СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Характеристика объекта автоматизации
1.1 Описание технологического процесса
1.2 Основные характеристики и особенности технологического объекта с точки зрения задач управления
1.3 Обобщенный критерий эффективности управления процессом
2. Анализ структуры существующей системы управления
2.1 Анализ организационно-технической структуры
2.2 Анализ существующей системы управления
2.3 Выводы по необходимости модернизации системы
3. Разработка и описание системы контроля, регулирования
и управления технологическим процессом
3.1 Выбор и описание структурной схемы системы управления
3.2 Техническое обеспечение. Спецификация на приборы и средства
автоматизации
3.3 Разработка и описание функциональной схемы технологического
объекта автоматизации
4. Разработка и описание сборочных чертежей
4.1 Описание схемы внешних электрических и трубных проводок 85
4.2 Описание плана трасс
4.3 Описание схемы подключения барьеров искробезопасности 89
4.4 Описание схемы измерительных цепей
5. Расчет цифровой АСР
5.1 Построение математической модели
5.2 Расчет оптимальных настроечных параметров цифровых
регуляторов
5.3 Расчёт переходных процессов в цифровых АСР 105
6. Безопасность жизнедеятельности
6.1 Характеристика проектируемого объекта
6.2 Обоснование выбора системы автоматизации
6.3 Обеспечение безопасности технологического процесса
6.4 Производственная санитария
6.5 Электробезопасность
6.6 Пожарная профилактика и средства тушения пожара
6.7 Охрана окружающей среды и защита населения и территории
6.8 Чрезвычайная ситуация и методы защиты
7. Технико-экономическое обоснование дипломного проекта
7.1 Расчет капитальных вложений на технические
средства автоматизации
7.2 Расчет дополнительных эксплуатационных издержек
7.3 Расчет экономических показателей от внедрения АСУ ТП
Заключение
Список использованной литературы
Список сокращений
Введение
В данном дипломном проекте будет проводиться анализ организационно-технической структуры, анализ существующей системы управления; исходя из требований, предъявляемых к современным автоматизированным системам управления технологических процессов и анализа объекта управления, будут выявлены недостатки и нерешённые задачи существующей системы управления.
Исходя из анализа, требуется сделать выводы о необходимости замены существующей системы управления и предложить пути модернизации, поставить задачу на дипломное проектирование. Общая задача управления технологическим процессом формируется обычно как задача максимизации (минимизации) некоторого критерия (себестоимости, энергозатрат) при выполнении ограничений на технологические параметры, накладываемые регламентом. Спецификой автоматизации тепловых процессов является то, что они очень энергоемки, поэтому система автоматизации должна способствовать снижению энергозатрат на обеспечение заданной степени превращения исходного вещества в конечный продукт при заданной максимально возможной интенсивности реакции.
В ходе работы будут разработаны: функциональная схема автоматизации и установлены параметры контроля, регулирования и блокировки, выбраны схемы регулирования; описана структурная схема системы управления и перечислены функции, выполняемые на каждом уровне системы управления.
Для реализации функций контроля, регулирования и управления будут выбраны технические средства автоматизации.
Будут разработаны: схема внешних электрических и трубных проводок, с указанием монтажных длин и типов проводов и кабелей; схема измерительных цепей, где будет наглядно представлена связь полевого оборудования и помещения управления, в виде указания барьеров искробезопасности, модулей ввода-вывода и модулей управления; схема подключения барьеров искробезопасности, на которой будет изображены терминальные панели для крепления барьеров искробезопасности.
Кроме того, в данной работе будут охвачены:
- раздел по безопасности жизнедеятельности, с рассмотрением взрывопожарной и пожарной опасности, санитарной характеристики производственных зданий и наружных установок, физико-химических и токсических свойств, применяемых продуктов;
- раздел технико-экономического обоснования проекта, где будет рассчитаны капитальные затраты на приобретение средств автоматизации, дополнительные эксплуатационные издержки, экономические показатели от внедрения АСУ ТП.
Необходимо будет сделать вывод о проделанной работе, решённых и нерешённых задачах управления и путях дальнейшего совершенствования системы управления.
1.1 Описание технологического процесса
Технологическая цель производства. Процесс производства стирола включает в себя стадии: дегидрирование этилбензола и ректификация углеводородного конденсата. Целью управления процессом дегидрирования является получение заданного выхода стирола. Выход стирола определяется расходом и составом этилбензольной шихты, соотношением расходов шихты и перегретого водяного пара, температурой в реакторе и активностью катализатора [6].
В состав производства стирола методом каталитического дегидрирования этилбензола входят следующие установки:
- печное отделение;
- реакторный блок;
- узел конденсации.
Печное отделение предназначено для перегрева водяного пара до температуры не более 750 0С.
Реакторный блок предназначен для получения контактного газа, содержание стирола в котором более 50%, путем каталитического дегидрирования этилбензола.
Для снижения парциального давления компонентов сырья в процессе дегидрирования вместе с этилбензолом вводится водяной пар. Водяной пар является также теплоносителем для эндотермической реакции дегидрирования.
Кроме того, за счет водяного пара происходит непрерывный процесс саморегенерации катализатора.
Основными показателями, характеризующими процесс дегидрирования, являются:
1. Выход стирола на пропущенный этилбензол - процентное отношение количества полученного стирола ко всему количеству этилбензола, пропущенного через реактор. Эта величина характеризует производительность реактора.
2. Выход стирола на разложенный этилбензол или селективность - процентное отношение количества полученного стирола к общему количеству разложенного этилбензола. Уменьшение селективности катализатора приводит к увеличению выхода побочных продуктов.
3. Конверсия этилбензола - процентное отношение разложенного этилбензола к общему количеству этилбензола, пропущенного через реактор. Конверсия показывает степень активности катализатора.
4. Объемная скорость подачи сырья - это расход этилбензольной шихты в м3/час, приходящийся на 1 м3 катализатора. Эта величина характеризует нагрузку реактора по сырью.
Дегидрирование этилбензола осуществляется на катализаторе при температуре 560÷630 0С по реакции:
С6Н5-СН2-СН3→С6Н5-СН=СН2+Н2 – 30000 ккал/ (кг/моль)
Кроме основной реакции, протекает ряд побочных реакций с получением бензола, толуола, этилена, а также тяжелокипящих:
1) С6Н5С2Н5 + Н2 → С6Н5СН3 + СН4
(этилбензол) (толуол) (метан)
2) С6Н5С2Н5 + Н2 → С6Н6 + С2Н6
(этилбензол) (бензол) (этан)
3) СН4 + Н2О → СО + 3 Н2
(метан)
4) 3 С6Н5С2Н5 → 4 С6Н6+3 Н2
(этилбензол) (бензол)
5) С+2 Н2О→ СО2+2 Н2
6) СО+Н2О→ СО2+Н2
7) 2 СО→ СО2+С
Катализаторами процесса дегидрирования этилбензола служат соединения на основе окиси железа и окиси хрома.
5. Влияние различных факторов на выход стирола: бензол, толуол практически не разлагаются в процессе контактирования, и являются разбавителями. Но увеличение их концентраций в сырье приводит к увеличению энергозатрат.
Стирол несколько снижает конверсию этилбензола. В процессе дегидрирования стирол разлагается, поэтому увеличение количества стирола нежелательно, во избежание излишней закоксованности катализатора. Изопропилбензол дегидрируется в - метилстирол. Наличие последнего ухудшает качество товарного стирола.
Диэтилбензол в сырье совершенно нежелателен, так как присутствие даже небольших количеств диэтилбензола в стироле приводит к получению нерастворимого полимера. Также нежелательно содержание в сырье растворенного хлорида, катализатора этилирования, который является ядом катализатора дегидрирования. Наличие ксилолов в сырье также нежелательно так как они ухудшают качество товарного стирола.
6. Разбавление водяным паром. Реакция дегидрирования этилбензола протекает с увеличением объема полученного газа. Процесс дегидрирования проводится при пониженных парциальных давлениях компонентов сырья, что осуществляется подачей перегретого водяного пара в реактор. При высоких температурах водяной пар взаимодействует с коксом, образующимся на поверхности катализатора.
Пар - является теплоносителем. Наиболее интенсивно реакция дегидрирования идет при температуре 600÷630 0С. Нагрев этилбензола до такой температуры приводит к его термическому разложению. Поэтому нагрев сырья до такой температуры производится непосредственно на вводе в реактор путем смешения с водяным паром.