УДК 681.5

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕКТИФИКАЦИИ

Медведева Людмила Ивановна1, Крамарев Максим Викторович2
1Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного университета, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматики, электроники и вычислительной техники
2Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного университета, студент бакалавр

Аннотация
В данной статье рассматривается процесс ректификации бутилового спирта и проводится разработка автоматизированной системы управления. Основным этапом разработки системы автоматизации будет выбор средств измерения.

Ключевые слова: , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Медведева Л.И., Крамарев М.В. Разработка автоматизированной системы управления процессом ректификации // Современные научные исследования и инновации. 2018. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2018/03/86041 (дата обращения: 24.09.2018).

Основное внимание в данной статье уделяется процессу ректификации, который относится к массообменным.

Основная задача массообменных процессов – разделение сложных смесей на частные компоненты.

Разработка автоматизированной системы управления этим процессом является актуальной задачей, так как частные компоненты следуют на дальнейшую переработку, уменьшается себестоимость продуктов и увеличивается конкурентоспособность производства.

Рассмотрим кратко описание процесса и его функциональную схему. Основным регулятором, стабилизирующим состав дистиллята (при разделении бинарной смеси при постоянном давлении), является регулятор температуры верха колонны 1, воздействующий на отбор дистиллята. Регулятор температуры 2 стабилизирует температуру питания. Регуляторы уровня 3 и 4 обеспечивают поддержание баланса в системе по жидкой фазе, а регулятор давления 5 – по паровой фазе [1, с. 205].

Рисунок 1 – Функциональная схема с использованием каскадной АСР

Предлагается использовать регулятор соотношения 6 греющего пара и питания обеспечивает минимизацию энергозатрат на разделение. Также из-за наличия транспортного запаздывания в ректификационной колонне, для регулирования температуры продукта применяется каскадная автоматизированная система регулирования с дополнительным импульсом по производной от температуры на контрольной тарелке (регуляторы 1 и 1а), что позволяет уменьшить динамическую ошибку регулирования. (рис. 1) [2, с. 341].

Основным этапом разработки системы автоматизации – является выбор средств измерения. Для реализации процесса необходимо выбрать следующие измерительные приборы: расходомеры на линии подачи исходной смеси и греющего пара в кипятильник, датчик давления верха колонны, уровнемер куба колонны и в дефлегматоре, датчики температуры верха колонны, средней её части и температуры исходной смеси.

Сравнительный анализ технических характеристик средств измерения основных технологических параметров представлены в таблице.

Таблица 1 – Технические характеристики средств автоматизации

Параметр

Измерительные средства

Расход Метран 350 выполнен на базе осредняющей напорной трубки Annubar и предназначены для расхода жидкости, газа, пара в системах автоматического контроля и управления технологическим процессом [3]. Может работать со средами в температурном интервале -40…+400°С. Пределы относительной погрешности измерений расхода до 0,8%. Имеют выходной сигнал 4-20 mA и выполняется в взрывозащитном исполнении. Цена составляет 29000 рублей. Rosemount 8800D определяет частоты вихрей, образующихся в потоке измеряемой среды при обтекании тела специальной формы. Частота вихрей пропорциональна объемному расходу. Может измерять расходы жидкости, газа и пара. Имеет возможность работы при температуре +40…+427°C и имеет выходной сигнал 4-20 mA. Могут выполняться в взрывозащитном исполнении. Погрешность измерения расходомеров для жидкости составляет 0,6%, а для пара и газа 1%. Цена за одну штуку приблизительно 24000 рублей [4].
Давление Эни-100 предназначены для непрерывного преобразования измеряемого давления пара, жидкости и газа в унифицированный токовый выходной сигнал 4-20 mA и (или) цифровой сигнал на базе HART-протокола. Они используются для работы в системах автоматического контроля, управления и регулирования. Также датчики выполняется в взрывозащитном исполнении. Погрешность датчика в пределах 0,1-0,5% с диапазоном измерения 0-40 кПа. Цена около 4000 рублей за штуку [5].

 

Датчики давления Метран-100 (в дальнейшем датчики) предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование измеряемых величин – давления избыточного, абсолютного, разрежения, давления- разрежения, разности давлений, гидростатического давления нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал 4-20 mA дистанционной передачи, цифровой сигнал на базе HART-протокола, цифровой сигнал на базе интерфейса RS-485 с протоколами обмена ICPили Modbus. Датчики предназначены для работы во взрывобезопасных и взрывоопасных условиях. Измерение давления возможно в пределах 40 Па до 16 МПа с погрешностью измерения 0,1-0,5%. Цена около 20000 рублей за штуку [6].
Температура Метран-276 позиция могут применяться во взрывоопасных зонах. Предназначены для измерения температуры нейтральных и агрессивных сред, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозиостойким. Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4-20 mA, что даёт возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей. Имеет диапазон измерения до 180 °C. Цена составляет около 2800 рублей за штуку [7]. Термометры сопротивления с выходным сигналом 4…20 мА ДТСхх5Е имеют вид взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» и предназначены для установки и работы во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок. Класс точности таких датчиков 0,25% и диапазоном измерения -50…+500 °C [8].

 

Уровень Levelflex FMP54 предназначен для непрерывного измерения уровня жидкостей в экстремальных условиях. Рабочее соединение с керамико-графитовым уплотнением обеспечивает применение при высокой температуре и давлении в паровых котлах и токсичных средах, например, аммиаке. Газонепроницаемое уплотнение является дополнительным условием безопасности. Только функция компенсации газовой фазы FMP54 обеспечивает стабильные показания при наличии газовой и паровой фазы. Стабильные показания в случае турбулентной поверхности, пенообразовании и меняющихся сред. Имеет микроимпульсный принцип измерения и работает в диапазоне от -196 до +450 °C. Максимальная величина измерения составляет 6 метров [9]. Байпасные роликовые указатели уровня NBK-R используют для непрерывного измерения, вывода  и контроля уровней жидкости. Байпасная трубка устанавливается на боковой стенке резервуара. В соответствии с законом о сообщающихся сосудах, уровень в байпасной трубке равен уровню в самой емкости. Поплавок со встроенными магнитами в байпасной трубке движется вместе с уровнем жидкости и бесконтактно передает информацию об уровне на внешний дисплей или на иное контрольное устройство. Имеют выходной унифицированный токовый сигнал 4-20 mA и максимальным уровнем измерения 6 метров. Могут работать при температурах -40 до +400 °C [10].

 

Расходомеры Метран 350 и Rosemount 8800D приблизительно одинаковы по своим техническим характеристикам, но Rosemount 8800D имеет цену немного ниже, поэтому для дальнейшей работы останавливаемся на нём.

Сравнив, технические характеристики датчиков давления для дальнейшей работы берём Эни-100, так как он имеет более выгодную цену по сравнению с конкурентом, при приблизительно одинаковых характеристиках.

После рассмотрения технических характеристик двух датчиков температуры остановимся на Метран-276, он полностью подходит по техническим характеристикам и имеет небольшую цену.

Среди рассмотренных уровнемеров делается выбор в пользу Levelflex FMP54 из-за стабильных показаний при изменении среды, более высокой безопасности и работе при высоких температурах.

Для разработки системы автоматизации были выбраны следующие средства измерения: расходомер Rosemount 8800D, датчик давления ЭНИ-100, термопреобразователь Метран-276 и уровнемер Levelflex FMP54.

Поделиться в соц. сетях

0

Библиографический список
  1. Дытнерский, Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Издательство Альянс, 2007. – 368с.
  2. Беспалов, А.В., Системы управления химико – технологическими процессами/ А.В. Беспалов, Н.И. Харитонов. – М.: Издательство Академкнига, 2007. – 690с.
  3. Расходомер Метран 350 [Электронный ресурс] // Каталог продукции Emerson URL: http://www2.emersonprocess.com/ru- RU/brands/Metran/products/ Flow/dpf/350/Pages/index.aspx (дата обращения 5.02.18)
  4. Расходомер  [Электронный ресурс] // Каталог вихревых расходомеров Rosemount URL: http://www.indelta.ru/userfiles /file/Rosemount_8800D.pdf  (дата обращения 5.02.18)
  5. Датчик давления ЭНИ [Электронный ресурс] // Каталог продукции ЭНИ URL: http://en-i.ru/product-catalog/together-development/pressure-sensor/pressure-sensor/  (дата обращения 5.02.18)
  6. Датчик давления Метран 100 [Электронный ресурс] // Каталог продукции Emerson URL: http://www2.emersonprocess.com/siteadmincenter/PM%20Metran %20Documents/Catalog/Metran/Метран-100.pdf  (дата обращения 5.02.18)
  7. Датчик температуры Метран 276 [Электронный ресурс] // Каталог продукции Метран. URL: http://www2.emersonprocess.com/siteadmincenter/PM %20Metran%20Documents/Catalog/Catalogues/DT/Метран-271_274_276.pdf (дата обращения 5.02.18)
  8. Датчик температуры ДТСхх5Е [Электронный ресурс] // Каталог продукции ОВЕН. URL: http://www.owen.ru/catalog/dtshh5exia_termosoprotivleniya_s _vihodnim_signalom_420_ma/59176813 (дата обращения 5.02.18)
  9. Уровнемер LevelFlex FMP 54 [Электронный ресурс] // Каталог продукции уровнемеров Levelflex URL: http://www.rizur.ru/uploads /data/file/levelflex_fmp51_52_54.pdf  (дата обращения 5.02.18)
  10. Уровнемер NBK-R [Электронный ресурс] // Каталог продукции уровнемеров KOBOLD URL: http://www.koboldgroup.ru/opisanie/NBK-R (дата обращения 5.02.18)


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Murky4488»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация