Реконструкция производства бутадиена на базе цеха Д-4а ЗАО «ЭКООЙЛ»

 

  H2 = h3 – h1 = 53,725 – 1,5 = 52,225 м                                    (3.32)

 

Выбирается соответствующая ректификационная колонна с параметрами:

Диаметр, мм     – 1800;

Высота, м     – 54,225;

Количество тарелок, шт.    – 84;

Расстояние между тарелками, мм  – 600; 

Тарелки (тип)     – клапанные, двухпоточные;

Толщина стенки, мм   – 16.

 

3.3.3. Расчет конструктивного оформления клапанной тарелки и ее гидравлическое сопротивление

 

Исходные данные:

• диаметр аппарата Da = 1800 мм
• высота сливной перегородки hСЛ = 42 мм

Методика расчёта: расчет конструктивного оформления тарелки.

 

Тарелка располагается на опорном кольце. Клапанные элементы размещены по вершинам равностороннего треугольника, одно из оснований которого обязательно параллельно линии слива и приема жидкости (рис П1.3).

 

Принимают шаг элементов в одном ряду 100 мм, между рядами 87 мм. Длина линии слива обычно составляет (0,7 + 0,9)Da. В данном случае диаметр аппарата Da = 1800 мм. Принимают длину линии слива LD = 0,72 × Da = 0,72 × 1800 = 1300 мм.

На такой тарелке можно разместить 186 клапанных элемента. Схема клапанного элемента с указанием размеров приведена на рис. (П1.2). Высота сливной перегородки hСЛ (рис. П1.3), выполняемой в виде вертикальной пластины, составляет от 25 до 50 мм. Принимают hСЛ = 42 мм.

Гидравлическое сопротивление клапанной тарелки вычисляется по формуле [12]:

 

ΔР = ΔРС + ΔРσ + ΔРЖ                                                           (3.33)

 

где ΔРС – перепад давления на сухой тарелке, Па;

ΔРσ – перепад давления, необходимый для преодоления сил

поверхностного натяжения жидкости, Па;

ΔРЖ – перепад давления, необходимый для преодоления столба

жидкости на тарелке, Па.

а) Перепад давления на сухой тарелке

                                             (3.34)

 

Здесь  ξ – коэффициент местного сопротивления, определяемый опытным путем и

            в среднем для клапанных тарелок равный 2,5 – 3,5 (принимают ξ = 3);

 ρГ – плотность газа в рабочих условиях низа аппарата, кг/м3;

 ρГ = 0,291 кг/м3;

 ωО – скорость газа в отверстиях под клапанами, м/с.

                                                        (3.35)

 

где VСЕК – секундный объем газов под нижней тарелкой аппарата, м3/с;

VСЕК = 1,327 м3/с;

fO – сечение одного отверстия под клапаном, м2;

NO – число отверстий (клапанов) на тарелке, шт;

NO = 186 шт.

                                                           (3.36)

 

где dO – диаметр отверстия под клапаном, м;

dO = 0,04 м.

Тогда

 б) Перепад давления, необходимый для преодоления сил поверхностного натяжения жидкости

                                                         (3.37)

 

где σ – поверхностное натяжение жидкости, Н/м;

σ = 0,009 Н/м [13];

dЭ – эквивалентный (гидравлический) диаметр щели под клапаном, м.

Для клапанных тарелок dЭ = 2а = 2 × 7 = 14 мм = 0,014 м.

 

в) Перепад давления, необходимый для преодоления сопротивления столба жидкости на тарелке

 

Определяется по эмпирическому уравнению:

                             (3.38)

Здесь k – коэффициент, равный для клапанных тарелок 0,5;

Q – часовой объем жидкости стекающей с нижней тарелки аппарата, м3/ч.

 

                                 (3.39)

где L1 – количество насыщенного экстрагента, покидающего нижнюю тарелку аппарата, кмоль/ч;

L1 = 750,2 кмоль/ч;

МХ – молекулярная масса насыщенного экстрагента;

МХ = 41,06;

ρЖ – плотность насыщенного экстрагента, кг/м3;

ρЖ = 723,3 кг/м3.

 

Тогда

 

 

Тогда ΔР = 14,08 + 2,6 + 60,45 = 77,13 Па.

 

Условия раскрытия клапана на орошаемой жидкостью тарелке.

Клапан откроется при скорости газа (в м/с), определяемой по формуле:

 

                                                  (3.40)

 

 

где GК – масса стального клапана, кг;

GЖ – масса цилиндрического столбика жидкости над клапаном, кг;

f – площадь клапана, на которую действует давление газа, м2.

 

Масса стального клапана (см. рис. П1.2) подсчитывается по формуле:

 

                                           (3.41)

 

где dК – диаметр клапана, м;

dК = 74 мм = 0,074 м;

δ – толщина клапана, м;

δ = 0,002 м;

ρСТ – плотность стального материала клапана, кг/м3.

ρСТ = 7800 кг/м3.

Массу цилиндрического столбика жидкости над клапаном можно вычислить по формуле:

                                       (3.42)

 

где Δh – высота подпора жидкости над сливной перегородкой, м.

Высоту подпора жидкости над сливной перегородкой определяют по  
формуле [14]:

                                                  (3.43)

 

где q – количество жидкости, приходящейся на единицу длины слива

в час, м3/(м×ч).

                                  (3.44)

 

Поэтому

 

 

Для упрощения принимаем, что сферическая поверхность клапана (см. рис. П1.2), на которую действует давление газа, равна площади круга, диаметром 0,051 м, поэтому

                         (3.45)

Тогда

 

Такую скорость должен иметь поток газа в отверстии под клапаном, чтобы поднять клапан и цилиндрический столбик жидкости над ним. После поднятия клапан в отверстии под ним установится скорость газа ωО = 5,68 м/с.

 

 

 

4. Автоматизация и АСУ ТП

 

Автоматизация производства, процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Автоматизация производства – основа развития современной промышленности, генеральное направление технического прогресса. Цель автоматизации производства заключается в повышении эффективности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, в создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства. Различают автоматизацию производства: частичную, комплексную и полную. [29]

 

Основные понятия об АСУ ТП

 

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) представляет собой систему управления, которая обеспечивает автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием.

Критерием управления обычно является технико-экономический показатель (например, себестоимость целевого продукта при заданном его качестве) или технический показатель (например, параметр процесса, характеристики целевого продукта).

Под оптимизацией управления технологическим объектом следует понимать наилучшее из возможных вариантов управления технологическим объектом, в результате которого достигается цель при оптимальных затратах. Такое определение АСУ ТП подчеркивает наличие в её составе современных автоматических средств сбора и обработки информации, в первую очередь средств вычислительной техники.

 АСУ ТП, созданные для объектов основного и вспомогательного производства, представляют собой нижний уровень автоматизированных систем управления на предприятии.

АСУ ТП могут использоваться для управления отдельными производствами, включающими взаимосвязанные объекты управления.

Организация взаимодействия АСУ ТП с системами управления высших уровней определяется наличием на промышленном предприятии автоматизированной системы управления предприятием – АСУП, а также автоматизированных систем организационно-технологического управления – АСУ ОТ [2].

 

Общая характеристика АСУ ТП

 

Автоматизированная система управления технологическими процессами – это человеко-машинная система, обеспечивающая эффективное функционирование технологического объекта на основе его управления с помощью средств автоматизации и вычислительной техники.

В отличие от АСР локального типа АСУТП решает задачи управления технологическим процессом как единым целым, во всей сложности взаимосвязанных структур и параметров процесса, автоматизируя принятие решений по оптимальному управлению этим процессом. Локальные же АСР, входящие в состав АСУТП, реализуют функции автономного управления отдельными частями технологического процесса и оперативного контроля за их режимами и параметрами.

 

 

АСУТП отличает преобладание задач оперативного управления над задачами организационно-экономического типа, характерными для автоматизированных систем управления предприятием (АСУП), объединением (АСУО), отраслью (ОАСУ). То есть АСУТП функционирует в одном темпе с управляемым объектом или в реальном масштабе времени.

Наибольшее распространение получили три принципа построения АСУТП: централизованное управление; супервизорное управление; децентрализованное (распределение) управление.

Надежность централизованной АСУТП определяется надежностью устройств связи с объектом (УСО) и управляющей вычислительной машины (УВМ). При выходе их из строя нормальное функционирование технологического оборудования невозможно.

Более широкими возможностями и надежностью обладают АСУТП, в которых непосредственное регулирование объектами осуществляется локальными АСР, а УВМ выполняет функции «советчика» в так называемом супервизорном режиме. Основная задача супервизорного управления - автоматическое поддержание процесса вблизи оптимальной рабочей точки. При этом для оператора существует возможность использовать плохо формализованную информацию о ходе технологического процесса, вводя через УВМ коррекцию установок в локальные контуры (например, при изменении состава сырья и состава вырабатываемой продукции).

При большом числе каналов контроля и управления, большой длине линий связи, децентрализация структуры системы становится принципиальным методом повышения живучести АСУТП и снижения эксплуатационных расходов.

Функционально-целевая децентрализация означает разделение процесса или системы на подпроцессы или подсистемы, имеющие самостоятельные цели функционирования, например переделы технологического процесса, режимы работы агрегатов и т.д..

Топологическая децентрализация означает территориальное (пространственное) разделение процесса на функционально-целевые подпроцессы, чтобы минимизировать суммарную длину линий связи, образующих вместе с локальными системами управления сетевую структуру.

Технической основой современных распределенных систем управления являются микропроцессоры (МП) и микропроцессорные системы (МПС), использование которых дает возможность достичь следующих целей:

• заменить аналоговые технические средства на цифровые там, где переход к цифровым средствам повышает точность, расширяет функциональные возможности и увеличивает гибкость систем управления;
• заменить технические средства с жесткой логикой на программируемые устройства или контроллеры;
• заменить одну мини-ЭВМ системой из нескольких микро-ЭВМ, когда необходимо обеспечить децентрализованное управление производством или технологическим процессом с повышенной надежностью. [30]

 

АСУ ТП нефтепереработки и нефтехимии

 

За прошедшее десятилетие автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) нефтепереработки и нефтехимии получили существенное развитие в количественном и качественном отношениях. Установилась масштабная деятельность зарубежных и отечественных фирм по созданию программного обеспечения для решения задач контроля к управления технологическими процессами. Появились организации, выполняющие разработку и внедрение АСУТП "под ключ", включая изготовление и комплектацию оборудования. Усилившаяся конкурентная борьба способствовала повышению качества и снижению стоимости технических средств, программного обеспечения и выполняемых работ. Большое внимание уделяется повышению надежности систем.

Основными направлениями совершенствования функций контроля и управления в АСУТП является разработка алгоритмов реального времени для косвенного контроля неизмеряемых переменных, автоматизация настройки регуляторов, введение адаптивного одноконтурного и многосвязного регулирования, применение оптимального управления и экспертных систем. В основе всех указанных разработок лежит математическое моделирование технологических процессов методами статистики (объектно-независимые пакеты), формальной кинетики (объектнозависимые пакеты) и теории нечетких множеств (для экспертных систем).