ПСАУ. Практическая работа ПСАУ. 1 Описание технологического процесса ректификации бутадиена
 Скачать 0.49 Mb.
|
 Содержание
 ВведениеХимическая промышленность является одной из важнейших отраслей народного хозяйства. Продукция химической промышленности характеризуется широким ассортиментом и массовостью. Предприятия нефтехимического комплекса отличаются своей сложностью, высокой скоростью протекания технологических процессов, большой мощностью оборудования, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ, значительными сырьевыми и энергетическими затратами. Конкуренция на рынке каучуков и латексов высока. Компании – потребители продукции химической промышленности, предъявляют всё более высокие требования к качеству и экологической чистоте продукта. Для того, чтобы удовлетворять этим требованиям, а также требованиям безопасности и экологичности производства, необходима разработка современных автоматизированных систем управления процессами. В данной работе рассматривается технологический процесс ректификации бутадиена в цехе ДК-5 на АО «Воронежсинтезкаучук». Очищенный бутадиен поступает непосредственно в производство каучуков. Следовательно, качество выпускаемой предприятием товарной продукции будет зависеть в том числе и от качества проведения процесса ректификации бутадиена.  В настоящее время управление процессом реализовано с помощью локальных контуров регулирования на базе технических средств автоматизации, устаревших как физически, так и морально. Некоторые производственные операции, такие как приготовление ингибитора, предотвращающего полимеризацию бутадиена, автоматизированы частично, и персоналу приходится осуществлять управление этим процессом самостоятельно. Контроль качества осуществляется при помощи лабораторных анализов. Также отсутствует система централизованного сбора и обработки информации о состоянии процесса, без которой достаточно сложно, а в некоторых случаях невозможно реализовать сложные алгоритмы расчёта и выдачи управляющих воздействий.Процесс ректификации - один из самых распространенных и сложных процессов для управления. Его сложность обусловлена такими свойствами, как наличие большого числа входных и выходных параметров, перекрестных связей, значительным временем запаздывания и т.д. Процесс также является взрыво- и пожароопасным, энергоемким, для него характерно интенсивное потребление энергоресурсов (электроэнергии, хладагентов, пара, воды). В связи с тем, что стоимость энергоресурсов постоянно растёт, одной из основных задач является уменьшение энергетических затрат. Процесс ректификации имеет особенность в том, что требует поддержания технологического регламента с высокой степенью точности. Из-за большого запаздывания в ректификационной установке выход какого-либо параметра за регламентные границы обычно приводит к большим потерям сырья, энергоресурсов, снижению показателей качества продукции. Поэтому точное поддержание технологических параметров в заданных границах является одним из главных условий оптимального проведения процесса, что достаточно сложно реализовать на оборудовании, используемом в настоящее время. Все вышеперечисленные свойства процесса ректификации говорят о необходимости применения современной системы управления с повышенными требованиями по надежности, качеству регулирования, пожаровзрывоопасности. Поэтому необходимо применение высокоэффективных вычислительных машин, обеспечивающих комплексную автоматизацию производства. Мощным средством, позволяющим решать задачи управления технологическими процессами, являются современные средства микропроцессорной техники (микроконтроллеры, ПЭВМ и т.п.).  Комплексная автоматизация процесса предполагает не только автоматическое обеспечение нормального хода процесса, но и автоматическое управление пуском и остановом аппаратов для проведения ремонтных работ и в критических ситуациях. Проектом предусматривается также автоматизация аналитического контроля с использованием промышленного хроматографа. Управление процессом приготовления ингибитора также планируется автоматизировать.Согласно предварительным прогнозам создание АСУТП должно привести к улучшению основных показателей эффективности производства: улучшению качества и снижению себестоимости продукции, повышению производительности труда, сокращению брака и отходов, уменьшению затрат сырья и энергоносителей, удлинению сроков межремонтного пробега оборудования.  1.1. Описание технологического процесса ректификации бутадиенаПривозной бутадиен из цеха Д-1 подаётся в ректификационную колонну КР. В колонне КР происходит освобождение бутадиена от высококипящих примесей ректификацией. Обогрев колонны КР осуществляется через кипятильники К1 и К2, в межтрубное пространство которых подаётся увлажнённый пар давлением 0,25 МПа (2,5 кгс/см2). Пары бутадиена из колонны КР поступают в дефлегматор ДФ, охлаждаемый рассолом, подаваемым в межтрубное пространство. Конденсат бутадиена-ректификата из дефлегматора ДФ поступает в сборник С1, откуда насосами Н3 и Н4 часть его подаётся в виде флегмы на орошение колонны КР, а остальная часть через холодильник КД1, охлаждаемый рассолом, откачивается в цех 2. Кубовые остатки ректификации бутадиена колонны КР откачиваются насосами Н1 и Н2 в цех 2. Отдувки из дефлегматора ДФ, содержащие бутадиен, направляются в конденсатор КД2, охлаждаемый рассолом. Бутадиен-конденсат стекает в ёмкость С2 и передавливается азотом в ёмкость цеха 2. Инертные газы из конденсатора КД2 стравливаются через сепаратор СП в цех 25. Жидкость с сепаратора СП сливается в ёмкость С2.  Для предотвращения полимеризации бутадиена в колонне КР предусмотрена подача ингибитора от насоса Н5. В целях равномерного распределения по сечению колонны, снижения вязкости ингибитора производится его разбавление толуолом в соотношении от 1:3 до 1:5. Ингибитор из контейнера 164б передавливается азотом в ёмкость с мешалкой ЕС, куда подаётся растворитель от 108 насоса. Раствор в ёмкости ЕС перемешивается постоянно с целью предотвращения выпадения ингибитора в осадок. После освобождения дозера Д от предыдущей партии раствор ингибитора в толуоле скачивается в дозер Д, откуда насосом Н5 подаётся в колонну КР.Для предотвращения попадания кислорода в ёмкость ЕС поддерживается избыточное давление азота. Стравливание излишков азота из ёмкости ЕС производится в ёмкость 99ф. После ремонта колонна КР ставится на просушку. Сушка производится горячим толуолом от 108 насоса отделения растворителя, который, пройдя тарелки колонны, увлажняется и выводится из колонны и кипятильников. При наличии удовлетворительного анализа по влаге сушка колонны прекращается. Все новые аппараты, трубопроводы, арматура, имеющие контакт с диеновыми углеводородами или концентрированными диеносодержащими фракциями, а также аппараты после механической чистки от полимера, обрабатываются раствором диафена. Аппараты могут обрабатываться путём заполнения раствором и выдерживания определённого времени, так и путём циркуляции раствора. Продолжительность обработки: в условиях орошения - 24 часа, при заполнении аппарата 10-15 часов. Нормы технологического режима: Расход сырья в колонну – 27 т/ч; Уровень в кубе колонны – 3200 мм; Давление верха колонны – не более 0,3 МПа (3,0 кгс/см2); Давление куба колонны – не более 0,4 МПа (4,0 кгс/см2); Температура куба колонны – не более 50 град. С; Температура верха колонны – не более 40 град. С; Флегмовое число – не менее 0,5; Дозировка ингибитора в колонне – не менее 0,01 % массовой доли на количество подаваемого бутадиена; Температура бутадиена после холодильника КД1 – не более 25 град.С; Уровень в сборнике С1 – 2400 мм; Уровень в ёмкости ЕС – максимум 600 мм; Уровень в дозере Д – максимум 1600 мм; Давление в ёмкости ЕС – не более 0,5 МПа (5,0 кгс/см2); Уровень в сепараторе СП – не более 500 мм;  Уровень в сборнике С2 – не более 1200 мм.Требования к бутадиену-ректификату: Массовая доля бутадиена – не менее 99 %; Массовая доля фенола – не более 0,01 %; Массовая доля тяжёлого остатка – не более 0,1 %.  1.2. Основные технологические аппараты как объекты управленияОбъектом управления является технологический процесс ректификации бутадиена в процессе приготовления каучуков. Ректификационная установка является сложным объектом управления со значительным временем запаздывания, с большим количеством параметров, характеризующих процесс, многочисленными взаимосвязями между ними и т.д. Целью управления является поддержание постоянного состава целевого продукта – дистиллята. Состав кубового остатка при этом может колебаться в определённых пределах вследствие изменения состава исходной смеси. Рассмотрим основные аппараты процесса ректификации бутадиена.  В колонне КР осуществляется регенерация бутадиена от высококипящих примесей. Возмущениями в колонне являются начальные параметры исходной смеси (температура, расход), теплоносителя, подаваемого в кипятильники, изменение свойств теплопередающих поверхностей, отложение веществ на стенках и т.д. Кроме того, на технологический режим влияют колебания температуры атмосферного воздуха, так как колонна установлена под открытым небом. Для достижения цели управления необходимо стабилизировать расход исходной смеси, флегмы, кубового остатка; давление верха колонны; температуру и уровень в кубе. Давление верха колонны стабилизируется изменением расхода пара из колонны. Исполнительное устройство при этом устанавливается не на шлемовой трубе, соединяющей верхнюю часть колонны с дефлегматором ДФ, а на линии хладагента, поступающего в дефлегматор. Это вызвано, в частности, тем, что при дросселировании пара в шлемовой трубе дефлегматор начинает работать в режиме переменного давления, а это неблагоприятно влияет на процесс конденсации. Необходимость стабилизации давления паров в кубе отпадает, так как ректификационная колонна обладает хорошо выраженными свойствами самовыравнивания по этому параметру и регулирование давления в укрепляющей части колонны приведёт к тому, что давление в кубе через несколько минут примет определённое (несколько большее, чем вверху колонны) значение. Регулирование температуры в кубе колонны осуществляется с коррекцией по уровню путём изменения подачи греющего пара в кипятильники К1, К2. Контролю подлежат: расход исходной смеси, дистиллята, флегмы, кубового остатка, состав конечных продуктов, температурный режим по высоте колонны (вверху колонны, в кубе и на промежуточных тарелках), температура исходной смеси и греющего пара, уровень в кубе колонны, давление верха колонны и давление в кубе, давление и температура греющего пара.Кипятильники К1, К2 предназначены для нагрева кубовой жидкости. Возмущающими воздействиями при этом являются температура и давление греющего пара. Сборник С1 предназначен для сбора бутадиена-ректификата из дефлегматора ДФ. Он обеспечивает запас флегмы, необходимый для стабилизации состава дистиллята при значительных возмущениях. Для поддержания материального баланса в этой ёмкости следует регулировать уровень изменением расхода дистиллята, откачиваемого в цех 2. Холодильник КД1 предназначен для охлаждения бутадиена-ректификата до заданной температуры перед откачкой в цех 2. Управляющим воздействием является расход хладагента, возмущения – температура хладагента, расход и температура бутадиена. 1.3. Перечень контролируемых, регулируемых и сигнализируемых  параметровТаблица 1.1: Перечень контролируемых, регулируемых и сигнализируемых параметров
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||