Автоматизация процесса «дегазации тетрахлорида титана»
Automation of the process of "degassing of titanium tetrachloride»
Мякушин Е.С.
Кемеровский государственный университет
На сегодняшний день титан широко используется в самых разных отраслях промышленности. Из титана производятся самые различные изделия металлопроката - титановая проволока, листы, арматура, балки, уголки и другие изделия, востребованные в промышленности, а также из титана производят хирургические инструменты, т.к. титан абсолютно инертен к организму живых существ. Основная часть титана расходуется на нужды авиационной и ракетной техники и морского судостроения. Его, а также ферротитан используют как легирующую добавку к качественным сталям и как раскислитель. Технический титан идет на изготовление емкостей, химических реакторов, трубопроводов, арматуры, насосов, клапанов и других изделий, работающих в агрессивных средах. Из компактного титана изготавливают сетки и другие детали электровакуумных приборов, работающих при высоких температурах. Высокая стоимость данного металла и материалов на его основе во многих случаях компенсируется их большей работоспособностью, а в некоторых случаях они являются единственным сырьем, из которого можно изготовить оборудование или конструкции, способные работать в конкретных условиях.
Уникальные свойства титана позволили ему эксплуатироваться в разнообразных условиях, где от продукции требуется прочность, надежность и стойкость к внешним факторам. Поэтому качеству титана уделяется самое высокое внимание и требования.
Одним из способов получения титана является восстановление магниетическим способом (добавление в тетрахлорид титана магния, при температуре 800-900оС). Для того чтобы из тетрахлорида титана можно было получить титановую губку, из которой затем путем переплавки в вакуумных электрических дуговых печах произведут титан, необходимо произвести очистку от растворенных в нем газов, для того чтобы продукт соответствовал всем возложенным на него требованиям. Исходя из физической сущности, наиболее эффективным способом очистки тетрахлорида титана от растворенных в нем газов является обработка его вакуумированием (дегазированием). Данный процесс является очень сложным и кропотливым, поэтому необходимо уделить особое внимание основному оборудованию, которое используется в процессе дегазации. Вследствие чего основной целью в производстве будет являться автоматизирование данного процесса, для обеспечения высокой эффективности производства, улучшения условий труда, безопасности работы и нормального протеканию процесса за счёт автоматического контроля и регулирования основных параметров технологического процесса, предупреждении опасных режимов работы, автоматической сигнализации, блокировки и управлению. Эффективность внедрения автоматизации зависит от поточности операций в технологии производства, наличия комплексной механизации, правильной эксплуатации аппаратуры и других компонентов. При автоматизации данного процесса используется микропроцессорный комплекс. Это связано с рядом положительных особенностей микропроцессоров как элементов управляющих устройств систем автоматизации, основными из которых являются программируемость и относительно большая вычислительная мощность, сочетающиеся с достаточной надёжностью, малыми габаритными размерами и стоимостью.
Технологический процесс дегазации (рисунок 1) тетрахлорида титана включает следующие операции:
прием и хранение тетрахлорида в баках;
задача аргона;
очистка тетрахлорида от растворенных в нем газов;
стравливание газов;
-подача очищенного продукта на дальнейшие процессы.
Требуемое качество конечного продукта обеспечивается соблюдением технологического режима каждой операции, т.е. поддержанием нормативных значений технологических параметров, в том числе, за счет внедрения автоматизированных систем. Объектом исследования является процесс дегазации тетрахлорида титана. Нарушение любого из параметров приведет к непригодности продукта (процесс повторной дегазации займет большое количество времени), большим экономическим потерям. Исключение брака и необходимости его переработки обеспечивается внедрением автоматизированной системы.
Сущность процесса
Содержание растворенных газов в тетрахлориде титана зависит от давления, температуры и природы газа. Если такие составляющие воздуха как кислород, азот, диоксид углерода растворены в тетрахлориде титана, то концентрация растворенного в нем газа пропорциональна парциальному давлению газа в газообразной фазе, находящегося в равновесии с жидкостью.
Газы из тетрахлорида титана могут быть удалены путем снижения их парциального давления в газообразной фазе или поднятием температуры.
Исходя из физической сущности и природы тетрахлорида титана, наиболее эффективным способом его очистки от растворенных в нем газов является обработка его вакуумированием.
Процесс дегазации тетрахлорида титана от растворенных газов осуществляется следующим образом:
а) насосом 4ЦГ-50/50 под давлением (9,0 - 10 кгс/см2) тетрахлорид титана из циркуляционного бака по трубопроводу нагнетается в эжекторный насос. В эжекторном насосе, вследствие протока тетрахлорида титана с высокой скоростью через сопло, создается разряжение (-0,95… -0,78 кгс/ см2). Нормы технологического режима представлены в таблице
1. Тетрахлорид титана из эжекторного насоса сливается обратно в циркуляционный бак;
б) тетрахлорид титана из приемного бака насосом 4ЦГ-50/50 под давлением (9,0 - 10 кгс/см2) по трубопроводу нагнетается в дегазатор, в котором установлены соплараспылители, благодаря чему он превращается в мелкодисперсное состояние. Так как бакдегазатор соединен с эжекторным насосом, то в баке-дегазаторе создается разряжение, вследствие чего происходит удаление выделяющихся из тетрахлорида титана газов из дегазатора в эжекционный насос, где он увлекается струей тетрахлорида титана, сливающегося в циркуляционный бак.
Так как растворимость газов в тетрахлориде титана ограничена, то в баке возрастает давление газов, которые стравливаются в «дыхательную» систему, а из нее в боров.
Таким образом, создание вакуума в дегазаторе и удаление из него газов, выделяющихся из тетрахлорида титана, происходит в системе, состоящей из циркуляционного бака, насосов 4ЦГ-50/50, эжекторного насоса, трубопроводов с запорной арматурой.
Из дегазатора дегазированный тетрахлорид титана, по трубопроводам сливается в расходный трубопровод, затем на процессы восстановления.
Поскольку производительность насоса 4ЦГ-50/50 значительно превышает потребность в тетрахлориде титана на процессы, то избыток тетрахлорида титана из дегазатора самотеком сливается в ресивер [1].
автоматизация дегазация тетрахлорид титан
ТАБЛИЦА 1
Эффективность системы управления во многом зависит от рационального выбора комплекса технических средств, позволяющего своевременно получать и обрабатывать информацию в АСУ ТП и обеспечивать выполнение задач технологического управления. Выбор технических средств производился с учетом совместимости приборов; выбираемые датчики должны обеспечивать требуемую точность преобразования в заданном диапазоне; модульности; иметь высокую эксплуатационную надежность и долговечность; максимальной эффективности, заданных параметров и системного подхода. Немаловажным условием является и то, в каком виде представляется выходной сигнал, так это влияет на точность передачи данных.
Перечень первичных и нормирующих преобразователей, исполнительных механизмов и вспомогательной аппаратуры с указанием основных технических и эксплуатационных характеристик приведен ниже [2].:
Место отбора параметра - приемный бак №1,2
Рабочее значение параметра - +30…+70°С
Характеристика среды - TiCl4, агрессивная среда
Место отбора параметра - циркуляционный бак
Рабочее значение параметра - +30…+70°С
Характеристика среды - TiCl4, агрессивная среда
Место отбора параметра - линия задачи аргона
Рабочее значение параметра - 30-32 кПа
Место отбора параметра - «дыхательная система» приемного бака №1,2
Рабочее значение параметра - 30-32 кПа
Характеристика среды - аргон, неагрессивная среда
Для управления исследуемым технологическим процессом выбран модульный программируемый логический контроллер S7-1200 и модули ввода-вывода «SIEMENS». Решены задачи разработки программного обеспечения АСУ ТП. Приведена программная реализация САР средствами выбранного ПЛК. Решены задачи управления оборудованием путем разработки соответствующих логических схем и их реализации на программном уровне. Решены задачи разработки информационного обеспечения АСУ ТП. Разработаны структура и экранные формы SCADA-системы, позволяющие обеспечить супервизорный контроль и регулирование технологическим процессом. Предложенная АСУ ТП выполняет контроль следующих технологических параметров: температуры тетрахлорида титана в баках; контроль давления тетрахлорида после насосов, давления разряжения в дегазаторе и давления охлаждающей воды; контроль уровня тетрахлорида в баках; регулирование давления аргона в трубопроводах задачи аргона и баках; управление двигателями и задвижками. Предложенная АСУ ТП снижает брак продукции за счет поддержания необходимы рабочих параметров, а также обеспечивает безопасность персонала и технологического оборудования в аварийных ситуациях.
Рисунок 1 - Технологическая схема процесса
Список используемой литературы
1. Термопреобразователь с унифицированным сигналом ТСМУ-274-02;
2. Датчики давления Метран 150.
3. Радарный уровнемер ROSEMOUNT 5401.
4. Ультразвуковой расходомер OPTISONIC 3400.
5. Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР - 2М.
6. Механизм исполнительный МЭОФ 40/10 - 0,25У.
7. Электропривод AUMA SA.
8. Программируемый контроллер SIMATIC S7-1200.
9. Блок управления БУ-21.
10. Переключатель универсальный ПКУ.
11. Пускатель магнитный ПМЛ.
12. Пост кнопочный ПКЕ.
Данные из интернета
1. Процесс дегазации тетрахлорида титана - https://lektsii.org/5-62319.html
2. Магниетермическое восстановление тетрахлорида титана - http:// www. findpatent. ru/ patent /214/2145979. html
3. Технология и аппаратура для очистки тетрахлорида титана - http:// ctcmetar. ru/ metallurgiya titana /8770- tehnologiya -i- apparatura - dlya - ochistki - tetrahlorida - titana. html
4. Тепловое реле РТИ - https:// ekt. kz/ catalog / iek --- rele - teplovoe - rti
5. Светильники LPO - http:// russvet. ru/ products /5977/330159/
6. Пакетные выключатели - http:// www. elektrotehnik. ru/ pdf / paketnye _ vyklyuchateli _ pv _ pp. pdf
7. Ящик трансформаторный ЯТП - https://wattsap.kz/p8841637-yaschik-ponizhayuschimtransformatorom.html
8. Реле промежуточное РПУ - http:// erk. su/ media / sprav /1/ RPU _2 M. pdf
9. Резисторы проволочные ПЭВР - http:// asenergi. com / catalog / rezistory - moshchnye / pevr. html
10. Автоматические выключатели ВА47-29 - https:// shop 220. ru/ pdf /? id =990
11. Автоматические выключатели АК50 - https:// elektro 121. ru/ p 275968660- avtomaticheskij vyklyuchatel - ak 50. html
12. Контрольные и силовые кабели - http:// electrotechnika. kz/ kabel _ kvvge
13. Релейный модуль EMG 10-REL-https://www.phoenixcontact.com/online/portal/ru?uri=pxc-ocitemdetail:pid=2940090&library=ruru&tab=1