Аннотация
автоматизация программный транспортирование
В данной работе представлен проект АСУТП закачки, и транспортирования концентрированной серной кислоты, на складе серной кислоты предприятия ООО «Саф-Нева» Проект состоит из расчётно-пояснительной записки и графической части.
Расчётно-пояснительная записка содержит: описание технологического процесса закачки и транспортирования серной кислоты; описание используемого оборудования; обзор систем управления применяемых для данных технологических процессов и анализ задач управления технологическим оборудованием.
Проектно-конструкторская часть содержит: разработка оптимального варианта реализации автоматизированной подсистемы управления на основе методов декомпозиции; разработка подсистемы закачки серной кислоты на склад и подсистемы транспортирования кислоты в производственные цеха.
Информационное и программное обеспечение включает в себя разработку алгоритмов управления закачкой и транспортированием серной кислоты, разработку программы управления, разработку программы визуализации данных процессов.
В расчётно-пояснительной записке приводится: эксплуатационная документация, функционально-стоимостной анализ базового варианта цеха, раздел безопасности и экологичности проекта. В заключении содержится описание проделанной работы.
Данный дипломный проект содержит:
страниц расчётно-пояснительной записки:165
рисунков:55
таблиц:8
формул:28
листов графической части: 12 листов формата А1
использованных источников:19
Введение
Пищевая промышленность является одной из приоритетных областей промышленного производства. Кроме того это особая область, на которую практически не влияют различные финансовые катаклизмы, в том числе и мировой финансовый кризис. Это обусловлено тем, что люди могут отказаться от дорогих вещей, машин и т.д., но не могут отказаться от пищи. В связи с этим пищевая промышленность является наиболее интересной областью для инвестиций. Обычно эти инвестиции направлены на расширение производства, модернизацию и автоматизацию имеющегося оборудования.
К основным продуктам питания россиян относится хлеб и важнейшим сырьем для производства хлебобулочной продукции являются хлебопекарные дрожжи.
Брожение дрожжей - сложный технологический процесс, который требует постоянного контроля множества параметров. Один из важнейших параметров - кислотность среды (рН). Дрожжевая субстанция находится в водном растворе. Система является замкнутой, в процессе жизнедеятельности дрожжей выделяется щелочь. Для регулирования уровня pH (нейтрализации щелочной среды) используется концентрированная серная кислота.
Регулирование уровня pH, основывается на показания датчика pH, с аналоговым выходом 4-20 млА. Серная кислота подается из склада серной кислоты.
Цель автоматизации - максимально исключить участие человека в производстве. Техпроцессы с вязанные с серной кислотой являются очень опасными не только для жизни и здоровья человека но и для окружающей среды и любая авария на таком производстве может иметь катастрофические последствия. Кроме этого данная автоматизация будет производить сильный экономический эффект. Стабильная подача серной кислоты позволит лучше регулировать уровень pH, что позволить сохранить до 30% процентов продукции. Сточные воды при должном регулировании pH являются нейтральными, это позволить сократить денежные отчисления и штрафы связанные с превышением ПДК щелочей в сточных водах.
При проектировании АСУТП так же следует учесть тот факт, что
концентрированная серная кислота является очень агрессивной средой. В связи с
этим необходимо подобрать соответствующее оборудование с должным уровнем
защиты.
1.
Обоснование автоматизации технологических процессов на предприятии ООО
«Саф-Нева»
1.1 Описание технологического процесса транспортирования и
складирование серной кислоты
Серная кислота́ H2SO4 - сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота - тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. В технике серной кислотой называют её смеси как с водой, так и с серным ангидридом.
Серная кислота и олеум - очень едкие вещества. Они поражают кожу, слизистые оболочки, дыхательные пути (вызывают химические ожоги). При вдыхании паров этих веществ они вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко - ларингит, трахеит, бронхит и т. д. Отсюда следует, что человек должен, как можно меньше контактировать с серной кислотой и, как можно меньше находиться в помещениях, где она хранится. Таким образом, возникает необходимость максимального удаления человека из производства связанного с серной кислотой.
Серная кислота представляет опасность не только для здоровья человека, но и реальную угрозу для окружающей среды. Устранение непосредственного участия человека из технологических процессов связанных с кислотой позволить сократить до минимума «человеческий фактор». В данном проекте речь идет о складе, который расположен на территории завода «Кургандрожжи». Склад позволяет полностью удовлетворить потребность производства в серной кислоте. Процесс ферментации дрожжей - процесс непрерывный и длится на протяжении 8 часов. Все это время необходимо бесперебойно обеспечивать ферментеры серной кислотой. Устранение человека из процесса транспортирования кислоты в цех ферментации, а так же установка нового надежного оборудования позволит максимально снизить риски связанные с нарушением снабжения ферментеров кислотой.
В складе серной кислоты располагаются две емкости для хранения объемом 40
м3 каждая. Одна из емкостей - рабочая, вторая служит в качестве
резервной емкости. Кроме того на складе расположена транспортная емкость, из которой
происходит передача кислоты. В здании основного производства расположена
буферная емкость.
.1.1 Процесс заполнения емкостей №1 и №2 хранения серной кислоты
1. Поставщиком поставляется на завод серная кислота в железнодорожной цистерне.
2. Цистерна устанавливается перед складом, в определенное место.
. К цистерне подсоединяется рукав для подачи сжатого воздуха.
. На цистерну монтируется металлический трубопровод для передачи серной кислоты из цистерны в емкость хранения. Данный трубопровод подсоединяется к соответствующему трубопроводу одной из двух емкостей (№1 или №2) при помощи гибкой вставки.
Процесс передачи осуществляется путем вытеснения серной кислоты из цистерны в емкость для хранения сжатым воздухом.
5. В зависимости от того какая из емкостей будет заполняться, открывается один из ручных клапанов, расположенный на соответствующем трубопроводе.
6. Открывается ручной клапан на линии сжатого воздуха и автоматический клапан. Начинается процесс передачи. Автоматический клапан включается с помощью кнопки на пульте управления.
В случае переполнения емкости срабатывает датчик аварийного верхнего уровня и автоматический клапан должен закрыться, т. е. процесс передачи прекратиться.
7. После окончания процесса заполнения емкостей №1 или №2, все клапана закрываются, и трубопроводы отсоединяются от цистерны.
1.1.2 Процесс транспортирования серной кислоты на производство
Предположим емкость №1 - рабочая и заполнена серной кислотой.
1. Первый шаровой трехходовой кран устанавливается в положение ОТКРЫТО на емкость №1 и ЗАРЫТ на емкость №2. Данный кран расположен на трубопроводе перелива из емкости хранения в транспортную емкость.
2. Второй шаровой трехходовой кран устанавливается в положение ОТКРЫТО на емкость №1 и ЗАРЫТ на емкость №2. Данный кран расположен на трубопроводе сброса давления из транспортной емкости.
. Открываются клапан подачи кислоты из емкости хранения в транспортную емкость и клапан подачи из транспортной в буферную емкость.
. Включается система автоматического управления на пульте управления.
. Срабатывает датчик нижнего уровня транспортной емкости так, как емкость пустая, и автоматически открывается клапан наполнения транспортной емкости. Клапан сброса давления - нормально открытый и поэтому находиться в открытом положении.
Начинается заполнение транспортной емкости серной кислотой.
6. При заполнении транспортной емкости срабатывает датчик верхнего уровня. Клапан наполнения закрывается. Процесс заполнения прекращается.
7. В процессе ферментации происходит задача серной кислоты в дрожжерастильные аппараты из буферной емкости, при этом клапана подачи из буферной емкости открыты.
При опорожнении буферной емкости срабатывает датчик среднего уровня, открывается автоматически клапан нагнетания давления и закрывается клапан сброса давления, среда начинает вытесняться воздухом из емкости транспортной в буферную емкость.
В случае срабатывания аварийного датчика верхнего уровня буферной емкости процесс передачи среды должен прекратиться, при этом клапан нагнетания давления закрывается, клапан сброса давления открывается.
8. При опорожнении транспортной емкости после срабатывания датчика нижнего уровня через определенное время автоматически закрывается клапан нагнетания давления, открываются клапаны наполнения и сброса давления. Процесс заполнения транспортной емкости повторяется.
9. После заполнения транспортной емкости процесс передачи повторяется.
Рассмотренные технологические процессы могут применяться не только на данном производстве. Инженерные решения найденные в ходе разработки проекта могут применяться и в других областях промышленности, где используется серная кислота:
. В производстве минеральных удобрений;
. Как электролит в свинцовых аккумуляторах;
. Получения различных минеральных кислот и солей;
. В производстве химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ;
. В нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;
. В пищевой промышленности - зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513(эмульгатор);
. В промышленном органическом синтезе в реакциях:
дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
гидратации (этанол из этилена);
сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);
алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.
1.2 Описание используемого оборудования
На момент получения задания ан проектирование АСУТП на предприятии уже были установлены следующие элементы:
) Две емкости, предназначенные для хранения серной кислоты производства завода ММЗ. Объем каждой емкости 40 м3.
На данных емкостях установлены фильтры для очистки воздуха от паров серной кислоты. Кроме того в верхней части к емкостям приварено несколько труб, окачивающихся фланцами. Данные трубы предназначены для соединения с системой внешних трубопроводов, по которым кислота поступает в емкость. В нижней части емкости так же есть подобные соединения, он предназначены для слива кислоты.
Для установки датчиков уровня предусмотрены технологические отверстия.
Рисунок 1.1 - Емкость хранения серной кислоты
.) Транспортная емкость, представляющая собой толстостенный металлический сосуд. Объем транспортной емкости - 400 л. Емкость рассчитана на высокое давление и предназначена для передачи кислоты путем вытеснения её сжатым воздухом. К транспортной емкости приварены трубы с фланцевыми соединениями. Они служат для приема и передачи концентрированной серной кислоты, а так же для подвода сжатого воздуха.
Для установки датчиков уровня предусмотрены технологические отверстия.
Рисунок 1.2 - Транспортная емкость
Рисунок 1.3 - Буферная емкость
) Буферная емкость находится в здании основного производства. Емкость предназначена для обеспечения потребителей кислотой Её объем составляет около 1,5 м3. Буферная емкость оснащена средствами для подсоединения трубопроводов подачи и слива кислоты. Так же как и на емкостях хранения, на буферной емкости расположен фильтрующий элемент, предназначенный для очистки воздуха от паров кислоты.
) В качестве запорной арматуры с ручным приводом проекте используются
мембранные клапана с фланцевым окончанием VMOV/CP-NО d20. При работе с
концентрированной серной кислотой неприменимы шаровые краны, поэтому были
выбраны мембранные клапана. Фирма FIP специализируется на производстве трубопроводов и запорной арматуры с
высокой коррозийной стойкостью. Есть несколько серий: ПВХ, ХПВХ, ПП и др.
Трубопровод - состоит из полимерного трубопровода из материала ХПВХ, стойкого к
агрессивным средам.
Рисунок 1.4 - Мембранный вентиль
Материал корпусаU-PVC (ПВХ)
PP-H (ПП-гомополимер)
PVDF (ПВДФ)
C-PVC (Х-ПВХ)
Материал мембраны
EPDM
FPM
PTFE
Материал кольцевых уплотненийEPDM FPM
Дополнительное оборудование: индикатор положения, предохранительный
запорный механизм, электрический датчик положения, установочная платформа для
корпусов DN 15-50, окончания из полиэтилена,
окончания из полипропилена.
1.3 Обзор технических средств, применяемых для транспортирования и
складирования серной
.3.1 Насосы
В случае когда кислота должна подаваться бесперебойно, применяют насосы различной конструкции. Принцип устройства центробежного насоса следующий. Внутри закрытого корпуса вращается рабочее колесо с лопастями Жидкость, попадая на эти лопасти у центра колеса, отбрасывается центробежной силой к стенкам корпуса. При этом создается давление, которое выталкивает жидкость в нагнетательный трубопровод. Создаваемое давление пропорционально диаметру рабочего колеса и квадрату частоты вращения этого колеса.
Центробежный насос для перекачивания кислоты показан на рисунке 1.10
К фланцу 2 чугунной станины 8 прикреплен корпус 1 насоса, вынесенный за пределы станины, благодаря чему на нее не попадают капли кислоты, которые могут вытекать из сальника. Часть вала 7, проходящего через сальник 6, защищена от действия кислоты втулкой 3, на которую насажено рабочее колесо 5. Поверхности втулки и рабочего колеса пришлифованы и притерты так, чтобы нужное уплотнение между ними достигалось без прокладки. При сборке насоса эти поверхности дополнительно защищают кислотостойким лаком, что полностью предотвращает их соприкосновение с кислотой.
Вал 7 монтируется на шарикоподшипниках 9, один нз которых (ближайший к муфте 12) воспринимает максимальную нагрузку. В крупных насосах для этой цели установлен специальный упорный подшипник. Станина насоса имеет крышку 10, через которую в ванну 4 заливают масло. Вал насоса соединен с валом электродвигателя эластичной муфтой 12.