Разработка функциональной схемы автоматизации узла изомеризации пентана в изопентан

Министерство образования и науки РоссийскойФедерации
Государственное образовательноеучреждение высшего профессионального образования
МОСКОВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ им. К.Г. Разумовского
Филиал ГОУВПО «МГУТУ» в г. Мелеузе
Кафедра «Системы управления»
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине: «Технические измерения и приборы»
на тему: «Разработка функциональной схемыавтоматизации узла изомеризации пентана в изопентан»
 
Разработал: студент 3 курса Мигранов Д.Ю.
Институт: СА и И ДФО
Специальность: 324545
Шифр: 0938
Проверил: Ст. преподаватель: Луев А. В.
Мелеуз – 2011

Реферат
Данная работа состоит издвух основных разделов.
В первом разделе быладана характеристика основного оборудования, описание технологического процессаполучения изопентана. Второй раздел был сосредоточен на выборе и обоснованиипараметров контроля, средств контроля, параметров регулирования и управляющихвоздействий, средств регулирования, защиты и блокировки.
Были сделаны некоторыевыводы, касающиеся предложенной функциональной схемы автоматизациитехнологического процесса получения изопентана путем изомеризации пентана.
Графическая частьфункциональной схемы автоматизации представлена в виде приложения выполненнаяна листе формата А3.
Количество страниц вданной работе 34 (без приложений).

Содержание
Введение
РАЗДЕЛ 1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Технологическая схема процесса
1.2 Существующая схемаконтроля и автоматизации
РАЗДЕЛ 2 АВТОМАТИЗАЦИЯТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
2.1 Выбор и обоснованиепараметров контроля
2.2 Выбор и обоснованиесредств контроля
2.3 Выбор и обоснованиепараметров регулирования, управляющих воздействий и схем. Описание схем
2.4 Выбор и обоснованиесредств регулирования
2.5 Выбор и обоснованиесредств защиты и блокировки
Заключение
Список использованнойлитературы
Приложение

Введение
Функциональная схемаавтоматизации является основным техническим документом проекта автоматизации,определяющим структуру системы управления технологическим процессом, а такжеоснащение его средствами автоматизации. Составление и проектирование функциональныхсхем является неотъемлемой частью в разработке и решении технологических задачавтоматизации производства. Выполнение данной работы позволяет развивать навыкии умения самостоятельной инженерной деятельности, используя литературные,справочные и руководящие материалы для решения производственных проблем.
В данной курсовой работезатронута тема разработки функциональной схемы автоматизации узла изомеризациипентана в изопентан, которая является актуальной и на сегодняшний день. Данныйтехнологический процесс применяется нефтеперерабатывающими заводами дляповышения октанового числа природного бензина и нафтенов с прямолинейнымицепями. Улучшение антидетонационных свойств происходит в результате превращениянормального пентана в изопентан.
Автоматизациятехнологического процесса позволяет многократно увеличить производительность,качество готовой продукции и значительно уменьшает затраты связанныенепосредственно с изготовлением требуемого вида продукции. Спроектированнаяфункциональная схема автоматизации должна отвечать всем требованиям,предъявляемым к надежности, производительности и конструктивной составляющейисполняемого вида схемы.
Данная работа позволяетполучить теоретические и практические навыки, которые являются необходимымусловием для совершенствования своих профессиональных навыков с последующимприменением их на производстве.

РАЗДЕЛ 1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
 
1.1 Технологическая схема процесса
Реакция изомеризациипентана в изопентан протекает по следующему уравнению:
/>
Изомеризация – этопроцесс получения изоуглевородов (в частности изопентана) из углеводородовнормального строения. Целью процесса является получение сырья длянефтехимического производства (изопрен из изопентана) и высокооктановыхкомпонентов автомобильных бензинов.
Процесс проводится впаровой фазе над платиновым катализом в присутствии водорода, циркулирующего всистеме; одновременно с изомеризацией катализатор очищает продукт отсеросодержащих соединений. Исходное сырье из емкости 1 насосом 2 черезтеплообменник 3 направляется в колонну 4, обогреваемую кипятильником 5. Парыверха колонны 4 поступают на конденсацию в дефлегматор 6. Конденсат собираетсяв емкость 7 и возвращается в колонну насосом 8. Несконденсировавшийся газстравливается в топливную сеть. Кубовая жидкость низа колонны 4 насосом 10подается в колонну 11. Пары верха колонны через конденсатор 12 собираются вемкости 13, откуда насосом 14 часть их подается в колонну 11 в виде флегмы,остальная часть – в емкость 15.
Функциональная схемаиспользуется в качестве первого этапа синтеза технологической схемы и какпервый уровень декомпозиции при выполнении системного анализа проектируемойсистемы, сопоставительного анализа систем – аналогов или альтернативныхвариантов структуры. На основании функциональной схемы составляют материальныебалансы.
Приведем краткуюхарактеристику технологической аппаратуры входящей в функциональную схемуавтоматизации производства изопентана.
1) Емкость – тара необходимаядля хранения исходного сырья. Для хранения изопентана применяются, как правило,шаровые резервуары и газгольдеры.
 2) Насос –гидравлическая машина, преобразующая механическую энергию приводного двигателяв энергию потока жидкости, служащая для перемещения и создания напора жидкостейвсех видов, механической смеси жидкости с твердыми и коллоидными веществами илисжиженных газов. В качестве насоса для перекачки фракции изопентанапредпочтительнее насос электрический марки БЭН 385/3. Основные параметры ихарактеристики данного насоса указаны в таблице 1.1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
насос
БЭН 385/3 1,2 90 39845 1,1 16 3 Б/о К, К1 Изопентановая фракция 25÷25 650-615
Таблица 1
1) Насосы БЭН(электронасосы БЭН) — Обозначение:
2) Номинальная подача,м³/ч
3) Напор при номинальнойподаче, м
4) Рабочий интервалподач, м³/ч
5) Допускаемыйкавитационный запас при номинальной подаче, м
6) Давление в контуре,кгс/см2
7) Номинальная мощностьвстроенного двигателя, кВт
8) Вид охлаждениянаружной поверхности статора двигателя-жидкостное (Ж) или без охлаждения (Б/о)
9) Условное обозначениематериала проточной части
10) Наименованиежидкости, перекачиваемой насосом БЭН
11) Температура, °С
12) Плотность, кг/м³
3) Теплообменник – устройство,в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному(нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимостиот назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители.4) Ректификационная колонна – аппарат, предназначенный для разделения жидкихсмесей, составляющие которых, имеют различную температуру кипения. Классическаяколонна представляет собой вертикальный цилиндр с контактными устройствамивнутри.
5) Кипятильник – простейшийэлектрический прибор, предназначенный для нагрева жидкостей. В качественагревательного элемента в кипятильнике используется трубчатыйэлектронагреватель.
6) Дефлегматор – теплообменникдля частичной конденсации пара. В ректификационных колоннах служит дляобразования флегмы необходимой для орошения контактных элементов колонны.
7) Конденсатор (втеплотехнике) (лат. condenso — уплотняю, сгущаю) – теплообменный аппарат дляконденсации (превращения в жидкость) паров вещества путём охлаждения. Дляполучения изопентана используется конденсатор для сбора паров поступающих сверха ректификационной колонны в емкость.
1.2 Существующая схема контроля иавтоматизации
В данном технологическомпроцессе изомеризации пентана в изопентан необходимо регулировать:
1) температуру;
2) поддержание постоянногоуровня жидкости;
3) поддержаниепостоянного расхода смеси подаваемой в колонну;
4) поддержаниепостоянного уровня вязкости;
5) поддержание массывыпускаемой продукции.
В данной схеме контролябудем использовать комбинированный вид регулирования. В качестве контролируемыхи регистрируемых параметров примем следующее:
1) регистрация и контрольтемпературы в ректификационной колонне;
2) регистрация и контрольуровня жидкости в ректификационной колонне;
3) регистрация и контрольверхнего и нижнего уровня жидкости в емкости; 4) контроль работы насосов;
5) контроль и регистрацияпостоянного расхода жидкости поступающей в теплообменник и ректификационнуюколонну;
6) контроль и регистрациявязкости смеси вытекающей из дефлегматора.
7) контроль массы готовойпродукции.
В каждой техническойсистеме существует функциональная часть — объект управления. Функции объектауправления технической схемой заключаются в восприятии управляющих воздействийи изменении в соответствии с ними своего технического состояния. Объектуправления технической схемы не выполняет функций принятия решений, то есть неформирует и не выбирает альтернативы своего поведения, а только реагирует навнешние (управляющие и возмущающие) воздействия, изменяя свои состоянияпредопределенным его конструкцией образом.
Ниже приведем расшифровкуобозначений приборов используемых в схеме (таблица 2).
Таблица 2Код прибора на схеме Расшифровка TE Термопреобразователь электрический LE Емкостной уровнемер FE Электронный датчик преобразования расхода VE Прибор для измерения вязкости M Электродвигатель WIA Прибор для измерения массы продукта TY Преобразователь температуры LY Преобразователь уровня жидкости H Аппаратура для ручного дистанционного управления NS Пусковая аппаратура для управления электродвигателем FT Прибор для измерения расхода с дистанционной передачей VY Преобразователь вискозиметра Код прибора на схеме Расшифровка TIRC Прибор для измерения температуры регистрирующий и регулирующий LIRC Прибор для измерения уровня жидкости регистрирующий и регулирующий. LIRA Прибор для измерения уровня регистрирующий и сигнализирующий FIRC Устройство для измерения расхода регистрации регулирующее VIRC Прибор для измерения вязкости регистрации регулирующий TC Регулятор температуры LC Регулятор уровня жидкости FC Регулятор расхода жидкости VC Регулятор вязкости смеси WR Регистрация массы HL Сигнальная лампа
схема изомеризация пентанизопентан

РАЗДЕЛ 2 АВТОМАТИЗАЦИЯТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
 
2.1 Выбори обоснование параметров контроля
 
Регулированиетемпературы и уровня ректификационных колонн главным образом сводится кподдержанию материального баланса между отводом пара и подачей жидкости. Параметром,характеризующим баланс, является уровень жидкости в емкости, из которой смесьпоступает в ректификационную колонну. Надежность работы данного оборудования вомногом определяется качеством регулирования уровня. При повышении давления,снижение уровня ниже допустимых пределов, может привести к нарушению циркуляциив системе, в результате чего произойдет повышение температуры стенокобогреваемых труб, и их пережег.
Повышениеуровня также ведет к аварийным последствиям, так как возможен заброс жидкости впароперегреватель, что вызовет вывод его из строя. В связи с этим, к точностиподдержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования. Необходимообеспечить равномерное питание колонны жидкостью, так как частые и глубокие изменениярасхода питательной жидкости могут вызвать значительные температурные напряженияв металле оборудования.
Емкостямс естественной циркуляцией присуща значительная аккумулирующая способность,которая проявляется в переходных режимах. Если в стационарном режиме положениеуровня жидкости в емкости определяется состоянием материального баланса, то впереходных режимах на положение уровня влияет большое количество возмущений.Основными из них являются изменение расхода питательной жидкости, изменениепаросъема при изменении нагрузки потребителя, изменение температуры питательнойжидкости.Поддержание постоянного расхода смеси необходимо для рационального ееиспользования и для предотвращения переполнения ректификационной колонныподаваемой жидкостью.
Измерениемассы продукции на выходе является также необходимым условием в выборепараметров контроля, т.к. переполнение продукции на выходе может привести квыбросам наружу вместе с продукцией вредных веществ, что является негативнымфактором для рабочего персонала данной установки.
Такженемаловажным фактором в выборе параметров контроля является безаварийная работаэлектронасосов, т.к. вследствие выхода из строя одного из насосов установкипроизойдет остановка всего технологического процесса, что также негативноотразится на производительности данной установки. Сигнализация же позволяетсвоевременно выявить неисправность данного насоса и произвести необходимыеналадочные работы техническим персоналом.
Впитательной жидкости растворены соли, допустимое количество которыхопределяется нормами. В процессе парообразования эти соли остаются в емкостной водеи постепенно накапливаются. Некоторые соли образуют шлам – твердое вещество, кристаллизующеесяв емкостной жидкости. Более тяжелая часть шлама скапливается в нижних частяхоборудования.
Необходимымпараметром контроля является и датчик для измерения уровня вязкости. Он позволяетболее точно контролировать технологический процесс получения изопентана, ненарушая допустимых концентраций.
Сигнализацияпараметров и защиты, действующие на останов емкости, физически необходимы, таккак оператор не в силах уследить за всеми параметрами функционирующей установки.Вследствие этого может возникнуть аварийная ситуация. Например, при упущениижидкости из емкости, уровень смеси в нем понижается, вследствие этого можетбыть нарушена циркуляция и вызван, пережег труб донных экранов. Сработавшая безпромедления защита, предотвратит выход из строя парогенератора. Надежностьзащиты в значительной мере определяется количеством, схемой включения инадежностью используемых в ней приборов. По своему действию защитыподразделяются на действующие, на останов парогенератора; снижение нагрузкипарогенератора; выполняющие локальные операции.
Согласновышеперечисленного автоматизация работы установки по переработки пентана визопентан должна осуществляться по следующим параметрам:
1) по поддержанию постояннойтемпературы в колонне и кипятильниках;
2) по поддержаниюпостоянного давления пара;
3) по поддержаниюпостоянного уровня жидкости в емкости;
4) по поддержаниюпостоянного расхода смеси подаваемой в колонну;
5) по поддержаниюпостоянной работы электронасосов;
6) по поддержаниюпостоянного значения вязкости;
7) по определению массывыпускаемой продукции.
 
2.2 Выбори обоснование средств контроля
 
Автоматические устройстваконтроля при правильном выборе обеспечивают быстрые и точные измерения технологическихпараметров.
В установке попереработке пентана в изопентан для измерения уровня жидкости в емкости будемиспользовать емкостной уровнемер серии ИСУ100И (рисунок 1)
/>
Рисунок1 — Уровнемер емкостной ИСУ100И
Уровнемерсерии ИСУ100И обеспечивает измерение текущего уровня и сигнализацию двух перестраиваемыхпредельных уровней воды, молока, пива, щелочи, кислот, нефти и нефтепродуктов,зерна и продуктов его размола, сахара, цемента, песка, извести, а также другихжидких и сыпучих сред, в том числе в емкостях, находящихся под избыточнымдавлением.
Составуровнемера:
1)преобразователь вторичный ИСУ 100 (предусмотрен вариант поставки со встроеннымжидкокристаллическим индикатором);
2)датчик – показывающий прибор (поставляется при необходимости).
Призаполнении или опорожнении резервуара электрическая емкость расположенного внем чувствительного элемента (ЧЭ) изменяется пропорционально уровню погруженияв контролируемую среду. Это изменение емкости преобразуется электронной схемойв сигнал постоянного тока, который затем используется для местных показаний,для двух установок сигнализации и для передачи на другие устройства. Техническиеданные данного устройства указаны в таблице 3.
Таблица3Пределы диапазона измерений в относительных единицах уровня 0… 100 % Пределы допускаемой основной погрешности ± 0,05 Питающая сеть 220 В, 50 Гц Потребляемая мощность 15 ВА Выходные сигналы: аналоговый: 0… 5, (0/4… 20) мА релейный: количество 2 коммутируемая нагрузка 2.5 А, 250 В Условия эксплуатации: температура воздуха — 40°С… + 50°С относительная влажность до 95 % (при 35°С) вибрационные нагрузки 5… 80 Гц, 1g Степень защиты оболочек: IP54

Дляизмерения температуры будем использовать измеритель температуры многоканальныйпрецизионный ТМ-12 (рисунок 2).
 Данныйконтрольно-измерительный прибор предназначен для измерения температурыконтактным способом с помощью первичных преобразователей — термометровсопротивления (ТС) с учетом индивидуальных статических характеристик (ИСХ) илиноминальных статических характеристик (НСХ) преобразования. Данный приборприменяется ля контроля температуры и определения параметров, температурныхполей объектов и процессов в медицинских, санитарно-эпидемиологических иэкологических, научно-исследовательских учреждениях, на предприятиях пищевойпромышленности, машиностроения, теплоэнергетики и нефтяной промышленности.Технические характеристики прибора приведены в таблице 4.
/>
Рисунок2 — Измеритель температуры многоканальный ТМ-12
Напередней панели пластмассового корпуса прибора находятся: дисплей, клавиатура исветовой индикатор сети.
Назадней панели корпуса располагаются:
1)12 разъемов для подключения ТС (для модификаций «ТермоизмерительТМ-12.1», «Термоизмеритель ТМ-12.2» и «ТермоизмерительТМ-12.4»);
2)разъем для подключения кабеля связи с коммутатором (для модификаций «ТермоизмерительТМ-12.1», «Термоизмеритель ТМ-12.3» и «ТермоизмерительТМ-12.4»);
3)разъем интерфейса RS-232C.
Таблица4Количество каналов измерения 12 Диапазон измеряемой температуры, °С от -50 до +200 Разрешение, °С 0,01 Пределы допускаемой основной погрешности измерения температуры в диапазоне от 0 °С до 100 °С при измерениях с использованием ИСХ ТС, °С ± 0,05
Пределы допускаемой погрешности измерения температуры в
диапазонах от -50 °С до 0 °С и от 100 °С до 200 °С при измерениях с использованием ИСХ ТС, °С ± 0,1 Время непрерывной работы, ч, не менее 144 Количество результатов измерения, сохраняемых в энергонезависимой памяти прибора в режиме мониторинга для каждого канала, не менее 20 000 Напряжение питания однофазным переменным током, В 220 Частота переменного тока, Гц 50 ± 1 Потребляемая электрическая мощность, В·А, не более 2,5 Габаритные размеры, мм, не более 115 х 250 х 280 Температура окружающего воздуха, °С от + 10 до + 35 Относительная влажность воздуха, %, не более 75 Атмосферное давление, кПа от 84 до 106,7
Дляизмерения расхода жидкости поступающей в ректификационную колонну будемиспользовать электронный датчик турбинного преобразователя расхода «ТУРБОМИД–01»(рисунок 3).
Данныйдатчик применяется для преобразования сигнала в последовательностьэлектрических импульсов (импульсный сигнал положительной полярности от 10 до2500 Гц, амплитуда 12 ± 2,5 В). Используется для измерения объема, расходанефти и нефтепродуктов при оперативном и коммерческом учете с использованиемвторичных приборов типа Импульс–2, Импульс–4, Импульс–5 или аналогичных.
Областьюприменения являются предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей,нефтехимической, газовой промышленности. Подключение осуществляется черезискробезопасный барьер типа БИБ–02.

/>
Рисунок 3 — Датчиктурбинного преобразователя расхода «ТУРБОМИД–01»
Питаниеи съем сигнала осуществляется вторичным прибором по двух, трехпроводной схеме.Технические характеристики данного датчика приведены в таблице 5.
Таблица5Диапазон возможных значений коэффициента преобразования ПР от 1 до 999999 (дискретность 1). Токовый выходной сигнал расхода от 0 до 20 мА на нагрузке до 750 Ом Цифровой сигнал RS232 Габаритные размеры(В*Ш*Г) 90 х 90 х 235 мм Класс точности ± 0,05 Масса не более 1 кг
Управлениетехнологическими процессами только по таким параметрам, как давление, уровень,расход и температура, часто не гарантирует получение продуктов требуемогокачества. Во многих случаях необходим автоматический контроль состава и свойстввырабатываемых продуктов. Прибором для такого контроля являются автоматическиеанализаторы вязкости.
 Вязкость— один из показателей качества горючесмазочных материалов. Например, впроизводстве полимеров и различных продуктов на их основе вязкость служитважнейшим технологическим параметром, так как по ее величине можно оценитьмолекулярную массу и концентрацию вещества, а также его структуру в расплавеили растворе. Для измерения уровня вязкости в узле изомеризации пентана визопентан применим вибрационный вискозиметр типа Visconic модель 7829 (рисунок4). Это последняя разработка компании Mobrey в заслужившей широкое признаниесерии 782x датчиков камертонного типа. Вискозиметры серии 7829 Visconic были разработаныспециально для применения в нефтяной и химической промышленности(углеводородные применения). Вискозиметры модели 7829 Viscomaster разработаныдля измерения вязкости нефтепродуктов. Помимо известной точности и надёжности,присущей вискозиметрам Solartron 7827, Solartron 7829 имеет конфигурируемоемикропроцессорное электронное устройство, которое производит полную обработкусигналов, расчёт значений вязкости и плотности при линейных условиях, расчетзначений плотности при стандартных условиях (с помощью разработанных длянефтяной индустрии методов, базирующихся на стандартах API), диагностику внутрисамого датчика. Технические данные данного вискозиметра приведены в таблице 6.
/> />
Рисунок4 — Вибрационный вискозиметр Visconic модель 7829
Таблица6Диапазон преобразования динамической вязкости От 1 до 12500сПз Диапазон преобразования плотности От 0 до 3 г/см3 (0-3000 кг/м3) Основная относительная погрешность преобразования вязкости ±0,05% от шкалы диапазона Повторяемость (вязкость) ±0.5% от показаний Повторяемость (плотность) ±0.0001 г/см3 (±0.1 кг/м3)

Измерениемассы продукта на стадии готовности является одним из основных определенийпоказания качества производимого продукта. В качестве датчика для измерениямассы изопентана будем использовать расходомер массовый RHM160, которыйизображен на рисунке 5. Данный вид датчиков находит применение на предприятияхнефтехимической, химической, нефтяной и газовой промышленности. Возможностьизмерения расхода продуктов в температурном диапазоне от -200 °С до +400 °Спозволяет использовать расходомеры практически в любом технологическомпроцессе. В немалой степени расширению области применения расходомеровпозволяет способность массомеров работать при больших колебаниях давления,благодаря конструктивным особенностям прибора. Технические характеристики данногоприбора приведены в таблице 7.
/>
Рисунок5 — Расходомер массовый RHM160
Таблица7Диапазон расхода (кг/час) 30 000,0 … 1 500 000,0 Номинальный расход (кг/час) 1 380 000,0 Допустимое давление (кг/см2) 40 В диапазоне изменения расхода 1/5 0,10% В диапазоне изменения расхода 1/10 0,15% Стабильность измерений 0,05%
 

2.3Выбор и обоснование параметров регулирования, управляющие воздействий и схем.Описание схем
 
Вряде производств химической, нефтяной, пищевой и других отраслей промышленностив результате различных технологических процессов получают смеси жидкостей,которые необходимо разделить на составные части.
Дляразделения смесей жидкостей и сжиженных газовых смесей в промышленностиприменяют способы простой перегонки (дистилляции), перегонки под вакуумом и сводяным паром, молекулярной перегонки и ректификации. Ректификацию широкоиспользуют в промышленности для полного разделения смесей летучих жидкостей,частично или целиком растворимых одна в другой.
Сущностьпроцесса ректификации сводится к выделению из смеси двух или в общем случаенескольких жидкостей с различными температурами кипения одной или несколькихжидкостей в более или менее чистом виде. Это достигается нагреванием ииспарением такой смеси с последующим многократным тепло- и массообменном междужидкой и паровой фазами; в результате часть легколетучего компонента переходитиз жидкой фазы в паровую, а часть менее летучего компонента — из паровой фазы вжидкую.
Процессректификации осуществляют в ректификационной установке, включающейректификационную колонну, дефлегматор, холодильник-конденсатор, подогревательисходной смеси, сборники дистиллята и кубового остатка. Дефлегматор,холодильник-конденсатор и подогреватель представляют собой обычныетеплообменники. Основным аппаратом установки является ректификационная колонна,в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парамсверху стекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть аппарата в виде флегмы. Вбольшинстве случаев конечными продуктами являются дистиллят (сконденсированныев дефлегматоре пары легколетучего компонента, выходящие из верхней частиколонны) и кубовый остаток (менее летучий компонент в жидком виде, вытекающийиз нижней части колонны).
Важнымпараметром при этом является регулирование температуры ректификационных колонн.Способы регулирования температуры ректификационных колонн заключаются врегулировании теплового режима. Регулирование теплового режима – отвод тепла вконцентрационной (укрепляющей) зоне, подвод тепла в отгонной (исчерпывающей)секции колонн и нагрев сырья до оптимальной температуры.
Отводтепла осуществляется путем:
а)использования парциального конденсатора (кожухотрубчатый теплообменный аппарат;применяется в малотоннажных установках, трудность монтажа);
б)организация испаряющегося (холодного) орошения (наиболее распространена внефтепереработке);
в)организация неиспаряющегося (циркуляционного) орошения, используется широко ине только для регулирования температуры наверху, но и в средних сеченияхсложных колонн. На современных установках перегонки нефти применяются комбинированныесхемы орошения.
Подводтепла в отгонной секции:
г)Нагрев остатка ректификации в кипятильнике с паровым пространством(осуществляется дополнительный подогрев кубового продукта в выносном кипятильникес паровым пространством (рибойлере), где он частично испаряется. Образовавшиесяпары возвращаются под нижнюю тарелку колонны. Особенность этого способа – наличиев кипятильнике постоянного уровня жидкости и парового пространства над этой жидкостью.Этот способ широко применяется на установках фракционирования попутных нефтяныхи нефтезаводских газов, при стабилизации нефти, стабилизации бензинов прямойперегонки и вторичных процессов нефтепереработки.
д)Циркуляция части остатка, нагретого в трубчатой печи. В этом случае частькубового продукта перекачивается через трубчатую печь и подогретаяпарожидкостная смесь (горячая струя) вновь поступает вниз колонны. Этот способ используют,если необходимо обеспечить высокую температуру низа колонны, когда применениеобычных теплоносителей (водяной пар и др.) невозможно или нецелесообразно.
Еслитемпература наверху колонны выше нормы, необходимо увеличить подачу флегмы вколонну. При этом, однако, прежнего количества подводимого тепла в кубе будетнедостаточно и избыток флегмы не испарится в кубе, а перейдет в остаток.Поэтому одновременно с увеличением подачи флегмы надо увеличить подвод тепла,чтобы температура внизу колонны не стала ниже нормы.
Подачуфлегмы регулируют изменением отбора дистиллята: при частичной конденсации путемрегулирования количества подаваемой в дефлегматор воды, при полной конденсациипри помощи вентиля на линии отбора дистиллята. Подвод тепла в кубе регулируетсяизменением подачи греющего пара.
Регулированиепроцесса ректификации производится также путём изменения количества и составаподаваемой смеси. При изменении количества смеси меняется производительностьустановки и соответственно должно быть отрегулированы подвод тепла в кубе иподача флегмы. Существенное влияние оказывает изменение состава смеси. Длясохранения требуемого состава дистиллята надо уменьшить его отбор.
Отборостатка регулируется обычно так, чтобы уровень жидкости в кубе был постоянным.Если, вследствие увеличения подачи смеси уровень жидкости в кубе повышается,следует увеличить отбор остатка.
Вколоннах непрерывного действия наиболее целесообразно применять автоматическоерегулирование, например, по следующей схеме:
1)отбор дистиллята управляется регулятором температуры верхней части колонны;
2)подача пара управляется регулятором температуры нижней части колонны;
3)отбор остатка управляется регулятором уровня жидкости в кубе.
Использованиесложных колонн позволяет получить несколько фракций продуктов в однойректификационной системе. Отпарные колонны предназначены для отделениянизкокипящих компонентов из фракций нефтепродуктов, и для их нормальной работынеобходимо создать паровое орошение. Нагревание кубового продукта отпарныхколонн в печи приводит к ряду проблем. Происходит частичное термическоеразложение продуктов и ухудшается качество продукции. Требуется усложнениеконструкции основной печи или установка дополнительной печи. При использованиитеплообменников-испарителей также требуется печь и высокотемпературныйпромежуточный теплоноситель, что существенно усложняет систему и увеличиваетэнергозатраты. Возможно использование в испарителях в качестве теплоносителягорячих потоков, например кубового продукта основной колонны. Однакокоэффициент теплопередачи при передаче тепла от органической жидкости к кипящейорганической жидкости сравнительно невелик и требуется теплообменник с большойповерхностью теплообмена. Кубовый остаток основной колонны используют длянагрева сырья или других потоков, и экономия тепла в отпарной колонне приводитк увеличению энергозатрат в других частях установки. Тепловой поток в печах илитеплообменниках достаточно сложно регулировать. В куб основной колонны подаютперегретый водяной пар, который обычно перегревают в основной печи.Использование этого пара в отпарных колоннах не требует дополнительноготеплообменного оборудования, расход водяного пара сравнительно просторегулируется, водяной пар конденсируется в конденсаторах основной колонны ивода достаточно просто отделяется от нефтепродуктов, водяной пар взрыво- и пожаробезопасен.Поэтому в большинстве случаев для создания парового орошения в отпарныхколоннах используют подачу перегретого водяного пара.
Процессперегонки нефтепродуктов имеет ряд особенностей. Отметим, что существуетбольшая разность температур между верхом и низом основной колонны, расход парови жидкости существенно изменяется по высоте колонны от тарелки к тарелке. Снизувверх по колонне расход пара и жидкости увеличивается. Часть жидкости отбираютв отпарные колонны, а из отпарных колонн в основную колонну поступаютдополнительные потоки пара. Меняется соотношение между расходом пара ижидкости, что влияет на эффективность процесса ректификации. Для уменьшения расходапара и увеличения расхода жидкости используют промежуточное циркуляционноеорошение. Для повышения эффективности разделения целесообразно использоватьмножество циркуляционных орошений, но на практике обычно используютциркуляционные орошения только в местах отбора жидкости в отпарные колонны.Использование водяного пара для создания парового потока в отпарных колоннахимеет ряд недостатков. Повышаются энергозатраты на перегонку и конденсацию,увеличивается нагрузка по пару в колоннах, снижается производительность колонн,образуется большое количество загрязненных сточных вод. В условиях колонныводяной пар не конденсируется и практически не растворяется в нефтепродуктах,то есть он является инертным агентом. Наличие инертного агента существенновлияет на тепломассообмен и снижает качество фракционирования. Количествоподаваемого пара в колоннах атмосферной перегонки нефти может достигать 3,5% наисходное сырье, а объемная доля водяного пара в верху основной колонны частопревышает 50%. В основной колонне конденсация происходит при наличии водяногопара, а жидкость, подаваемая в отпарные колонны, практически не содержит воду.Чтобы достичь температуры кипения и обеспечить достаточно высокую долю отгона,отношение расхода водяного пара к расходу жидкости в отпарной колонне должнобыть не ниже, чем в основной колонне. Долю отгона можно увеличить также за счетперегрева водяного пара, но теплоемкость водяного пара невелика, а перегревводяного пара требует дополнительных затрат. Поэтому для достижения высокойдоли отгона и обеспечения требуемого качества фракционирования расход водяногопара должен быть достаточно большим. Существует оптимальный расход водяногопара, превышение которого перестает давать ощутимый результат. То есть доляотгона, достигаемая при подаче водяного пара, ограничена, и это ограничиваетвозможность повышения качества фракционирования в отпарных колоннах.
Техническийрезультат достигается также тем, что для регулирования производительностииспарителя используют изменение расхода конденсата из межтрубного пространстваиспарителя.
 
2.4 Выбори обоснование средств регулирования
Необходимостьрегулирования расхода возникает при автоматизации практически любогонепрерывного процесса. АСР расхода, предназначенные для стабилизации возмущенийпо материальным потокам, являются неотъемлемой частью разомкнутых системавтоматизации технологических процессов. Часто АСР используют как внутренниеконтуры в каскадных системах регулирования других параметров. Для обеспечениязаданного состава смеси или для поддержания материального и теплового балансовв аппарате применяют системы регулирования соотношения расходов несколькихвеществ в одноконтурных или каскадных АСР.
Объектомпри регулировании расхода является участок трубопровода между точкой измерениярасхода, например местом установки служащего устройства 1 и регулирующиморганом 2 (рисунок 6).
/>
Рисунок 6 — Принципиальная схема объекта прирегулировании расхода
1 — измерительрасхода
2 — регулирующийклапан
Для регулирования расходаиспользуем регулятор расхода жидкости РРЖ(М) 65-210 (рисунок 7). Данныйрегулятор предназначен для регулирования потока жидкости. Предназначенпреимущественно для нефтяного производства и также имеется автоматизированныйрежим регулирования процессом. Характеристики данного регулятора приведены втаблице 8.
/>
Рисунок7 — Регулятор расхода жидкости РРЖ(М) 65-210
 
Таблица8Рабочее давление, кгс/см² 160, 210, 320 Установочное положение любое Управление регулятором ручное, автоматизированное Рабочая среда вода, солёная вода, нефтепродукты, пар, газ
Циклов срабатывания:
— с ручным управлением
— с автоматическим
до 10000
до 300000
Длярегулирования температуры будем использовать регулятор температурыдистанционный РТС-ДО(ДЗ). Регулятор температуры прямого действия типа РТС-ДО(ДЗ),предназначен для автоматического поддержания температуры регулируемой средыпутём изменения расхода пара, жидких и газообразных сред (рисунок 8).Технические характеристики регулятора указаны в таблице 9.

/>
Рисунок 8 — Регулятор температуры дистанционныйРТС-ДО(ДЗ)
 
Таблица9Диапазоны настройки регулируемой температуры, °С 0-100; 100-200 Температура регулируемой среды, °С от 0 до + 225 Условная пропускная способность, Kv, М3/Ч 2,5; 4; 6,3; 10; 16,0; 25,0; 40,0; 63,0; 100; 160; 250; Условное давление, МПа 1,6; 1,0
Поддержаниепостоянного уровня жидкости в емкости является не менее важным параметромрегулирования в узле изомеризации пентана в изопентан. В качестве регуляторабудем использовать регулятор уровня жидкости EKC 347 (рисунок 9).
/>
Рисунок9 — Регулятор уровня жидкости EKC 347
 
Данныйконтроллер используется для регулирования уровня жидкости в насосныхрезервуарах, сепараторах, промежуточных охладителях, экономайзерах,конденсаторах, ресиверах. Принцип работы заключается в следующем: датчиксигнала постоянно регистрирует уровень хладагента в резервуаре. Контроллерполучает этот сигнал и затем открывает и закрывает вентиль, так что уровеньхладагента всегда поддерживается в заданных границах. Техническиехарактеристики данного регулятора приведены в таблице 10.
Таблица10Напряжение питания 24 В переменного тока Ѓ}15 %, 50/60 Гц, 60 В・А (напряжение питания гальванически отделено от входных и выходных сигналов). Потребляемая мощность Контроллер — 5 В・А 20 Вт катушка для AKV — 55 В・А Окружающая температура От −10° до +55°С во время работы От −40° до +70°С во время транспортировки Передача данных Можно подсоединить модуль передачи данных Дисплей Светодиоды, 3 цифры
Вязкостьявляется одним из параметров, определяющих состав и качество продуктов вомногих технологических процессах пищевых производств. В качестве регуляторавязкости будем использовать преобразователь сигналов Solartron серии 795X(рисунок 10). Данный преобразователь является дополнением к уже выбранномувискозиметру. Он позволяет создавать гибкие измерительные системы, отличающиесявысокой точностью, простотой использования и лёгкостью стыковки с системой управления.Был разработан для исключительно жестких режимов, являющихся нормой в нефтянойи нефтеперерабатывающей промышленности.
/>
Рисунок10 — Преобразователь сигналов Solartron серии 795X
Основныехарактеристики:
1) Высокаянадёжность
2) Максимальнаягибкость
3) Взаимозаменяемыеплатформы
4) Оптимизированныйпользовательский интерфейс
Клавиатура,управляющая простым меню, обеспечивает полный доступ к конфигурированию ипеременным из базы данных.
 
2.5 Выбори обоснование средств защиты и блокировки
Производствоизопентана, в состав которого входит установка ректификации
ароматическихуглеводородов, связано с применением и переработкой больших количествлегковоспламеняющихся веществ в сжиженном и газообразном состоянии. Этипродукты могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси. Особую опасностьпредставляют низкие места, колодцы, приямки, где возможно скапливаниевзрывоопасных смесей углеводородов с воздухом, так как пары углеводородов восновном тяжелее воздуха.
Наиболееопасными являются такие места, которые считаются труднодоступными для контроляпутем внешнего осмотра, где может быть повышенная загазованность, и которые похарактеру работы аппаратчик посещает не часто
Особоопасными факторами при эксплуатации данного узла являются:
— высокоедавление и температура при эксплуатации оборудования установки получения паравысокого давления;
— образованиевзрывоопасных концентраций природного газа (метана) при розжиге и эксплуатациикотла;
— возможностьполучения химических ожогов
Установлено,что наиболее часто аварии в наземных хранилищах сжиженного газа происходятвследствие утечки газов и загазованности территории складов при разрыветрубопроводов и гибких шлангов, разгерметизации фланцевых соединений исальниковых уплотнений, арматуры, насосов и компрессоров, переполнении иразрушении резервуаров. На отдельных предприятиях допускается эксплуатациярезервуаров без достаточного оснащения: необходимыми КИП и средствамиавтоматического регулирования. Способствует авариям также отсутствие илинедостаточная надежность средств и систем противоаварийной защиты, локализациии тушения пожаров. Отмечены случаи установки неработоспособных приборов замерауровней, неудачно запроектированных схем гашения вакуума, нарушения требованийбезопасной эксплуатации оборудования, трубопроводов и арматуры.
Предприятиянефтеперерабатывающей промышленности в значительной степени насыщены средствамиавтоматического регулирования. На основных установках непрерывно контролируютсяи регулируются важнейшие параметры технологического процесса. Главной задачейавтоматизации основного производства является расширение внедрения комплекснойавтоматизации с применением ЭВМ, автоматически определяющих и поддерживающихоптимальный и безопасный режим технологического процесса. Другой задачейявляется автоматизация вспомогательных хозяйств, в особенноститоварно-сырьевого хозяйства, процессов компаундирования нефтепродуктов иопределения их качества в потоке.
Технологическиесистемы оснащаются средствами контроля за параметрами, определяющимивзрывоопасность процесса, с регистрацией показаний и предаваемой (а принеобходимости — предупредительной) сигнализацией их значений, а такжесредствами автоматического регулирования и противоаварийной защиты. Любаясистема непрерывной ректификации должна быть оснащена средствамиавтоматического регулирования: уровня, и температуры жидкости в кубовой части,температуры исходной смеси, поступающей на разделение, и парогазовой фазыверхней части колонны, конденсата легкокипящего компонента, поступающего наорошение укрепляющей части колонны, давления в верхней и нижней части колонныили перепада давления.
Наполнениебаллонов должно производиться на установках, оборудованных средствамиавтоматики для предотвращения переполнения. При массовом методе наполнения нагазонаполнительных станциях используются установки, оборудованныепневматическими клапанами — отсекателями поступления газа в баллон придостижении максимально допустимой массы. Установка оснащена приборами исредствами автоматики, позволяющими контролировать температуру и давлениевыходящего продукта и осуществлять блокировку по предельным параметрам.
Особоеместо занимают те процессы химической технологии, интенсификация которыхнеотделима от проблемы их защиты средствами автоматики. Системы автоматическойзащиты, являясь основным элементом системы управления, вызывают необходимостьпо-новому сформулировать некоторые аспекты методов управления.
Обеспечениенасосной станции бесперебойным энергопитанием и забором воды,контрольно-измерительными приборами, средствами автоматики, сигнализации,является также неотъемлемым элементом средством защиты и блокировки всего узлаизомеризации пентана в изопентан.
Длянормальной и высокопроизводительной работы в производственных помещенияхнеобходимо, чтобы метеорологические условия (температура, влажность и скоростьдвижения воздуха), т.е. микроклимат, находились в определенных соотношениях.
Требуемоесостояние воздуха рабочей зоны обеспечено выполнением определенных мероприятий,в том числе:
— механизацией и автоматизацией производственных процессов и дистанционнымуправлением ими;
— применением технологических процессов и оборудования, исключающих образованиевредных веществ или попадание их в рабочую зону;
— надежной герметизацией оборудования, в котором находятся вредные вещества;
— защитой от источников тепловых излучений;
— устройством вентиляции и отопления;
— применением средств индивидуальной защиты.
Запрещаетсякурение на территории установки, за исключением установленных мест для курения,оборудованных специальным противопожарным инвентарем
Приэксплуатации установки должны быть обеспечены надежность безопасность работывсего основного и вспомогательного оборудования; возможность достиженияноминальной производительности котлов, параметров и качества воды, экономичныйрежим работы. Запрещаются работы на технологическом оборудовании, еслитрубопровод, к которому подключены импульсные линии, остается под давлением.Отсутствие давления в отключенной импульсной линии должно проверятьсясоединением ее с атмосферой. Запрещаются работы на действующемэлектрооборудовании без применения электрозащитных средств. При работе безприменения средств электрозащиты электрооборудование должно быть отключено.
Вкачестве защиты оборудования от выхода из строя необходимо применятьпредохранительные устройства. К предохранительным устройствам относятсяимпульсно-предохранительные устройства (ИПУ) и предохранительные клапаныпрямого действия. Предохранительные устройства предназначены для обеспечениябезопасной работы оборудования и систем электростанций путем зашиты отпревышения давления рабочей среды (насыщенного или перегретого водяного пара)выше допустимой величины. Так как промежуточный продукт рассматриваемого узлаизомеризации пентана в изопентан является легко воспламеняющимся и пожароопаснымпродуктом то также в качестве защиты и безопасности системы необходимоприменять предохранители огневые. Предохранители огневые типа ПО предназначеныдля временного предотвращения проникновения пламени внутрь резервуара с нефтьюи нефтепродуктами при воспламенении выходящих из него взрывоопасных смесейгазов и паров с воздухом.
Необходимотакже производить защиту электрических приводов насосов при помощи такогозащитного оборудования как устройство управления и защиты электроприводазадвижки без применения концевых выключателей. Оно предназначено для управленияи контроля работой задвижек и затворов и для защиты их механизмов иэлектропроводов при заклинивании без применения концевых выключателей. Такжеможно использовать для защиты электродвигателей устройство защитного отключениятрехфазного электродвигателя, предназначенное для защиты трехфазных асинхронныхэлектродвигателей, работающих в тяжелых производственных условиях: приперегрузках, вызванных пониженным напряжением в сети, при повышенной влажностии температуре, высокой запыленности.
Таккак при построении схемы было выбрано дорогостоящее электрооборудование то нужнов обязательном порядке защитить его при помощи различных специализированныхустройств таких как, например монитор напряжения сети позволяющий производитьзащитное отключение электрооборудования, при возникновении аварийных ситуаций.

Заключение
Вданной курсовой работе была разработана ФСА узла изомеризации пентана визопентан. Были рассмотрены следующие вопросы:
1) технологическая схема процесса;
2) существующая схема контроля и автоматизации;
3) выбор и обоснование параметров контроля;
4) выбор и обоснование средств контроля;
5) выбор и обоснование параметров регулирования,управляющих воздействий;
6) выбор и обоснование средств регулирования;
7) выбор и обоснование средств защиты иблокировки;
8) построение функциональной схемы автоматизацииузла изомеризации пентана в изопентан.
Также на основании выполненной работы хотелось бысделать выводы:
1) Для управления любыми производственнымипроцессами необходимо располагать объективной и достоверной информацией,сведениями о характеристиках и состояниях протекающих процессов. Эти данныеневозможно получить без использования контрольно-измерительных приборов исредств автоматизации.
2) Невозможно обеспечить высокоекачество и надежность выпускаемой продукции, без средств измерений.
3) Любой автоматизируемый узел должен иметьсредства защиты и блокировки оборудования для предотвращения чрезвычайныхситуаций на предприятии.

Списокиспользованной литературы
1. Башкатов Т.В.,Жигалин Я.Л. «Технология синтетических каучуков» Л.: Химия 1987.
2. Гармонов И.В. Синтетическийкаучук. – Л.: Химия, 1976.
3. Исакова Н.А., БеловаГ.А., Фихтенгольц В.С. «Контроль производства синтетических каучуков»под ред. Гармонова И.В., Л.: Химия 1980.
4. Кирпичников П.А.,Аверко-Антонович Л.А. Химия и технология синтетического каучука. – Л.: Химия,1970.
5. Кирпичников П.А., Береснев В.В.,Попова Л. М. Альбом технологических схем основных производств промышленностисинтетического каучука. – Л: Химия, 1986.
6. Лифиц И.М. Основы стандартизации,метрологии, сертификации. – М: Юрайт, 2000.
7. Раннев Г.Г., Тарасенко А.П. Методыи средства измерений. М.: ACADEMIA, 2003.
8. Шиянова Н.И., Зуев А.В.Технические измерения и приборы. Рабочая программа, методические указания изадание на курсовую работу. – М., МГУТУ, 2008.