Дипломная работа: Автоматизация узла получения оксиэтилированных алкилфенолов

Дипломная работа: Автоматизация узла получения оксиэтилированных алкилфенолов

Введение

В химической промышленности – комплексной механизации и автоматизации уделяется большое внимание, это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов, а так же чувствительностью их к нарушению режима.

С увеличением нагрузок аппаратов, мощностей машин, сложности и масштабов производства. С повышением давлений, температур и скоростей химических реакций, ручной труд даже на механизированном производстве подчас просто не мыслим. В таких условиях рабочий часто не в состоянии своевременно воздействовать на процесс, в случае его отклонения от нормы.

Ограниченные возможности человеческого организма является препятствием для дальнейшей интенсификации производства.

Наступает новый этап машинного производства автоматизации, когда человек освобождается от непосредственного участия в производстве.

Под автоматизацией понимают применение методов и средств автоматизации для управления производственными процессами. Понятие управления производственными процессами, подразумевает целенаправленные воздействия на этот процесс, который обеспечивает оптимальный или заданный режим его работы. Процесс управления складывается из многих элементарных операций, которые по их назначению можно объединить в три группы:

Получение и обработка информации о фактическом состоянии управляемого технологического процесса.

Анализ полученной информации и принятие необходимого решения о воздействии на процесс.

Осуществление принятого решения, то есть воздействие на технологический процесс изменением материальных или энергетических потоков.

Развитие химической технологии потребовало гораздо более совершенных систем управления, чем локальные системы автоматизации, они получили название автоматизированные системы управления технологическими процессами – АСУТП. Создание АСУТП, стало, возможно, благодаря внедрению мощных УВМ, что позволило использовать их для управления технологическими процессами в реальном масштабе времени.

АСУТП отличаются от локальных систем автоматизации более совершенной организации потоков информации. Практически полной автоматизацией процессов получения, обработки и представления информации. Возможностью активного диалога оперативного персонала с УВМ в процессе управления, для выработки наиболее эффективных решений. Более высокой степенью автоматизации функции управления, включая пуск и остановку производства.

Глобальная цель управления ТОУ с помощью АСУТП состоит в поддержании экстремального значения критерия управления при выполнении всех условий определяющих множества допустимых значений управляющих воздействий. Прямое решение такой задачи оптимального управления возможно лишь для относительно простых ТОУ. В большинстве же случаев приходится производить декомпозицию глобальной цели управления на ряд частных случаев. Для достижения каждой из них требуется решения более простой задачи управления, меньшей размерности.

По мере осуществления механизации производства сокращается тяжёлый физический труд, уменьшается численность рабочих, непосредственно занятых в производстве, увеличивается производительность труда и т.д.

В механизированном технологическом процессе человек продолжает принимать непосредственное участие, но его физическая работа сводится лишь к нажатию кнопок, поворота рычагов и т.п. Здесь на человека возложены функции управления машинами. Автоматизация приводит к улучшению основных показателей: эффективности производства, увеличению количества, улучшению качества и снижению себестоимости выпускаемой продукции.

1.  Характеристика объекта автоматизации

1.1 Описание технологического процесса

1.1.1 Описание процесса оксиэтилирования алкилфенолов

Реакция оксиэтилирования алкилфенолов проводится в реакторах периодического действия поз. SA-201А, В.

Реакторный блок состоит из трех параллельных реакционных узлов, которые работают со сдвигом по времени, то есть в первом реакторе идет загрузка сырья, во втором – реакция, в третьем – выгрузка готового продукта. Таким образом обеспечивается более равномерный выход продукта.

Каждый реакторный узел состоит из трех цилиндрических горизонтальных аппаратов поз. SA-201А, В, расположенных на двух уровнях.

Нижний аппарат поз. SA-201А служит для приема сырья и сбора продуктов реакции, а верхние аппараты поз. SA-201В служат для проведения реакции оксиэтилирования в паровой фазе.

Как нижний, так и верхние аппараты реактора снабжены обогревающими «рубашками». При необходимости обогрев производится паром 1,6 МПа реакторов поз. SA-201В, С 0,2 МПа реакторов поз. SA-201А для поддержания температуры продукта 120оС. Cброс конденсата низкого давления производится в емкость поз. SR-705, среднего давления- в емкость поз. SR-704.

Реакционные верхние аппараты поз. SA-201В, С оснащены распылительными соплами для ввода реагирующей массы и окиси этилена.

Внутри нижнего аппарата поз. SA-201А также предусмотрены распылительные сопла для подачи циркулирующей массы.

Реакция оксиэтилирования алкилфенолов – периодическая операция, состоящая из нескольких стадий:

1 Загрузка катализированых алкилфенолов.

2 Начало реакции.

3 Реакция оксиэтилирования.

4 Выдержка и выгрузка готового продукта.

5 Опорожнение реактора.

Каждая стадия включает в себя ряд последовательных мероприятий и, в зависимости от марки получаемых неонолов, время проведения реакции может варьироваться.

Процесс оксиэтилирования алкилфенолов протекает следующим образом.

Перед приемом катализированных алкилфенолов в реактор поз. SA-201А необходимо проверить содержание кислорода в реакционной системе, для чего через клапан поз. 9–3 подать азот в реакторы поз. SA-201А, В, С и создать избыточное давление 0,01?0,03 МПа. Анализатором поз. 8–5 определяется содержание кислорода, которое должно быть не более 0,015% масс.

При удовлетворительном анализе на содержание кислорода в реакторе поз. SA-201А, В, катализированные алкилфенолы после теплообменника поз. Е-107А, В с температурой 130?140оС загружаются в реактор поз. SA201А.

Уставка на вихревом расходомере поз. 1–1 выбирается в зависимости от марки получаемых оксиэтилированных алкилфенолов. По окончанию отсчета заданного значения загруженных катализированных алкилфенолов в реактор поз. SA-201А, автоматически закрывается клапан поз. 1–3, установленный на входе в реактор.

От насоса поз. РС-701А, через клапан поз. 6–12 конденсатом водяного пара заполняются испаритель поз. Е-201 и сепаратор поз. SV-204.

Регулирование уровня в сепараторе переводится на автоматический режим от регулятора поз. 6–10.

Циркулирующие алкилфенолы подогреваются за счет подачи пара 1,6 МПа в наружные змеевики реакторов поз. SA-201В, С до температуры 150оС, после чего начинается подача окиси этилена на оксиэтилирование. Расчетное количество окиси этилена выбирается в зависимости от марки получаемых оксиэтилированных алкилфенолов и устанавливается на суммирующем расходомере поз. 8–1. С постепенным увеличением подачи окиси этилена в реакторы поз. SA-201В, С обороты турбонасоса поз. РС-201А, В также увеличиваются с 2400 обмин.

Начало реакции характеризуется подъемом давления и температуры в реакторе. Процесс оксиэтилирования протекает с выделением тепла, которое отводится в испарителе поз. Е-201 за счет вскипания конденсата водяного пара. Система охлаждения действует по принципу естественной циркуляции, парожидкостная смесь сепарируется в сепараторе поз. SV-204, пар поступает в коллектор водяного пара с давлением 0,2 МПа, а конденсат возвращается в испаритель. Подпитка системы конденсатом производится из емкости поз. SR-701 насосом поз. РС-701А, В.

Температура реакционной смеси на выходе из испарителя поз. Е-201 выдерживается регулятором поз. 3–1, регулирующий клапан которого поз. 3–4 установлен на выходе вторичного пара из сепаратора поз. SV-204.

Реакция оксиэтилирования алкилфенолов проводится при температуре 160?190оС и давлении 0,4?0,7 МПа.

Регулирование реакции оксиэтилирования и контроль за параметрами протекания процесса осуществляется сложной системой регулирования, контроля и блокировок.

При выходе параметров температуры, давления, уровня за регламентные значения при проведении реакции оксиэтилирования происходит закрытие клапана поз. 6–5, установленного на линии приема окиси этилена в реакторы поз. SA-201В, С. По окончании отсчета заданного значения окиси этилена, загружаемого в реакторы поз. SA-201В, С автоматически закрывается клапан поз. 8–8, установленный на входе в реакторы. Уровень в реакторе контролируется уровнемером поз. LR-8–6, установленном на реакторе поз. SA-201А.

Давление в системе по мере протекания реакции изменяется и проходит через 5 стадий:

1 – создание давления в реакторе азотом и загрузка сырья.

2 – повышение давления на стадии инициирования реакции.

3 – подъем давления до заданного значения проведения реакции.

4 – падение давления в период выдержки после окончания реакции.

5 – падение давления при выгрузке продукта турбонасосом.

Датчик регулятора давления поз. 8–2 установлен на газовом трубопроводе реактора поз. SA-201А, В, С. На приборе устанавливается значение общей уставки на стадии инициирования и протекания реакции.

Изменение же давления по всем стадиям выдерживается по программе, в зависимости от времени операции.

При протекании 2-ой и 3-ей стадии реакции регулятор давления непрерывно определяет разность между уставкой давления и значением давления в измеряемый момент. Через систему дешифраторов передается сигнал на клапан поз. 8–8, установленный на трубопроводе подачи окиси этилена в реакторы поз. SA-201В, С.

Датчик регулятора температуры поз. 6–2 установлен на трубопроводе выхода реакционной смеси из реактора поз. SA-201А к турбонасосу поз. РС-201А, В.

При протекании реакции температура, так же как и давление, изменяется по стадиям:

1 – температура загрузки сырья.

2 – температура инициирования реакции.

3 – температура протекания реакции.

На 2-ой и 3-ей стадиях проведения реакции регулятор температуры

непрерывно определяет разность между значением уставки температуры и значением температуры в данный момент. Через систему дешифраторов оказывается регулирующее воздействие на клапан окиси этилена поз. 6–5.

В случае увеличения температуры или давления выше установленных происходит снижение расхода окиси этилена и таким образом выдерживаются заданные режимные значения температуры и давления в реакционном узле.

По окончании приема окиси этилена в реакторы поз. SA-201В, С циркуляция реакционной массы через испаритель поз. Е-201 продолжается для достижения максимального поглощения окиси этилена, имеющейся в объеме реакторов. Процесс выдержки характеризуется падением давления и его стабилизацией на уровне 0,1?0,25 МПа, а также снижением температуры на выходе из реактора поз. SA-201А до 160?165оС.

Далее производится опорожнение реактора поз. SA-201А от готового продукта, для чего производится переключение клапанов:

– открываются клапаны поз. 17–4, 16–3 на линии приема оксиэтилированных алкилфенолов в резервуар поз. SR-301;

– открывается клапан поз. 10–5 на линии откачки оксиэтилированных алкилфенолов от турбонасоса поз. РС-201А, В в резервуар поз. SR-301;

– закрывается клапан поз. 10–7 на линии циркуляции от турбонасоса поз. РС-201А, В в испаритель поз. Е-201;

– открывается клапан поз. 10–11 на линии опорожнения испарителя поз. Е-201;

– открывается клапан поз. 10–3 на линии опорожнения реактора поз. SA-201А.

При минимальном уровне в реакторе поз. SA-201А срабатывает блокировка поз. 10–1, что ведет к закрытию клапана на линии подачи пара 0,2 МПа в турбину поз. ТР-201А, В и останову турбонасоса.

При окончательном освобождении реактора поз. SA-201А производится следующее переключение клапанов:

– открывается клапан опорожнения линии нагнетания турбонасоса поз. РС-201А, В-поз. 10–9 в линию всаса насоса поз. РV-201А, В;

– открывается клапан на входе циркулирующей массы в испаритель поз. Е-201, поз. 10–7;

– закрывается клапан на линии откачки готового продукта от турбонасоса поз. РС-201А, В; поз. 10–5 в резервуар поз. SR-301;

– открывается клапан на линии откачки готового продукта от насоса поз. РV-201А, В; поз. 10–13 в резервуар поз. SR-301.

Включается в работу насос поз. РV-201А, В и производится окончательное освобождение реактора поз. SA-201А, В, С от готового продукта в резервуар поз. SR-301, после чего производится обратное переключение всех клапанов в начальное положение.

Реакторный блок готов к проведению следующего цикла реакции. С целью исключения накопления несконденсировавшихся паров окиси этилена существуют схемы освобождения реактора от этих паров вакуум-насосом поз. РAL-201А, В. Выброс газовой фазы производится через сепаратор поз. SV-201 в коллектор ВД-7 и далее в скруббер поз. С-801. Технологическая вода после вакуум-насосов возвращается в емкость поз. SR-501.

Для освобождения реактора в аварийной ситуации или при получении несоответствующей продукции имеется возможность вывода продукта из реактора насосом поз. РС-201А, В в резервуар поз. SR-304, а также приема несоответствующей продукции из резервуара поз. SR-304 в реактор поз. SA-201А на переработку.

1.1.2 Узел деаэрации и нейтрализации оксиэтилированных алкилфенолов

Резервуар поз. SR-301 предназначен для приема и усреднения партий оксиэтилированных алкилфенолов, полученных в реакторах поз. SA-201А, В, С за счет постоянного перемешивания мешалкой поз. АG-301.

Температура в резервуаре поз. SR-301 поддерживается в пределах 100?150оС регулятором поз. 21–1, клапан которого установлен на линии подачи пара 0,2 МПа в наружный змеевик резервуара со сбросом конденсата в емкость поз. SR-705. Уровень в резервуаре поз. SR-301 контролируется уровнемерами поз. 16–1, клапан которого поз. 16–3 установлен на линии приема оксиэтилированных алкилфенолов. Из резервуара поз. SR-301 оксиэтилированные алкилфенолы насосом поз. РС-301А, В подаются на деаэрацию для удаления «следов» окиси этилена и азота в деаэратор поз. SA-301. Уровень в деаэраторе поддерживается регулятором поз. 18–1, клапан которого установлен на линии приема оксиэтилированных алкилфенолов из резервуара поз. SR-301. Температура в деаэраторе выдерживается в пределах 80?135оС регулятором поз. 22–1, клапан которого установлен на входе термостатированной воды в его наружный змеевик.

Деаэрация обеспечивается за счет распыления оксиэтилированных алкилфенолов на входе в аппарат под вакуумом и постоянного перемешивания продукта мешалкой поз. AG-303.

Поддержанию температуры и уровня в деаэраторе поз. SA-301 также способствует наличие линии циркуляции от насоса поз. РС-301А, В.

Давление в деаэраторе выдерживается в пределах 3724?6650 Па вакуумным насосом поз. PAL-303А, В за счет регулирования подачей охлажденной технологической воды в жидкостное кольцо насоса. Сброс жидкой и газовой фаз от насоса поз. РАL-303А, В осуществляется в сепаратор поз. SV-301.

В сепараторе поз. SV-301 происходит разделение газовой и жидкой фаз, газы сбрасываются в скруббер поз. С-801 на поглощение, жидкая фаза – сливается в емкость поз. SR-501.

Уксусная кислота периодически принимается со склада кислот и щелочей тит. 1221 цеха №2811 в емкость поз. SR-302.

Уровень в емкости поз. SR-302 выдерживается и контролируется измерителем поз. 13–1, который связан с клапаном поз. 13–3, установленным на линии приема уксусной кислоты. При минимальном уровне в емкости поз. SR-302 клапан поз. 13–3 открывается и производится прием уксусной кислоты, при максимальном – закрывается. Из емкости поз. SR-302 уксусная кислота периодически подается в расходную емкость поз. SR-303.

Уровень в емкости поз. SR-303 выдерживается и контролируется измерителем поз. 12–1, который связан с клапаном поз. 12–3, установленным на линии приема уксусной кислоты. При минимальном уровне в емкости поз. SR-303 клапан поз. 12–3 открывается и производится прием уксусной кислоты, при максимальном – закрывается.

Из деаэратора поз. SA-301 щелочные оксиэтилированные алкилфенолы насосом поз. РС-302А, В подаются на нейтрализацию уксусной кислотой в смеситель поз. МХ-301А через вихревой расходамер поз. 23–1, связанный с регулятором подачи уксусной кислоты и дозировочным насосом поз. РД-305А, В из емкости поз. SR-303.

Подача уксусной кислоты изменяется за счет регулирования производительности насоса поз. РД-305А, В.

Нейтрализированные оксиэтилированные алкилфенолы после смесителя поз. МХ-301А охлаждаются в теплообменнике поз. Е-301А, В до температуры 75?85оС и подаются на товарно-сырьевой склад цеха №2805 для хранения и отгрузки.

Температура оксиэтилированных алкилфенолов после теплообменника поз. Е-301А, В выдерживается регулятором поз. 24–1, клапан которого установлен на линии подачи термостатированной воды в теплообменник поз. Е-301А, В.

Таблица 1 – Описание сырьевых потоков и вспомогательных потоков

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7