Автоматизация процесса абсорбции

Введение
Управление каким-либо объектом – это процесс воздействия на него с целью обеспечения требуемого течения процесса в объекте или требуемого изменения его состояния. Управление без участия человека называется автоматическим управлением. Техническое устройство, с помощью которого осуществляется автоматическое управление объекта, называется управляющим устройством, а система управления совместно с объектом образует автоматическую систему управления. Развитие технических средств автоматизации (ТСА) является сложным процессом, в основе которого лежат интересы автоматизированных производств потребителей с одной стороны и возможностей предприятия производителя с другой. Стимулом является повышение эффективности работы производств потребителей за счет внедрения новой техники автоматизации. Развитие ТСА можно разделить на три характерных периода: – начальный этап; – этап комплексной автоматизации и механизации; – этап автоматических систем управления По виду энергии носителя сигнала канала связи, применяемой для приема, выдачи и обмена информацией различают следующие ветви устройств: – электрическая ветвь (ЭВ); – гидравлическая ветвь (ПВ); – пневматическая ветвь (ГВ); – комбинированная ветвь (КВ). Наиболее универсальной является электрическая ветвь. Её приборы и устройства обладают высокой чувствительностью, быстродействием, обеспечивают дальность связи и большую ёмкость передаваемой информации. Автоматизация приводит к улучшению основных показателей эффективности производства: увеличению количества, улучшению качества и снижению себестоимости выпускаемой продукции, повышению производительности труда. Внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции, сокращение брака и отходов, уменьшение затрат сырья и энергии, уменьшение численности основных рабочих, снижение капитальных затрат на строительство зданий (производство организуется под открытым небом), удлинение сроков межремонтного пробега оборудования. 1. Краткое описание технологического процесса абсорбции и оборудованияАбсорбцией называется процесс поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции растворение газа в жидкости не сопровождается химической реакцией или влиянием этой реакции на скорость процесса можно пренебречь. Физическая абсорбция в большинстве случаев обратима. На этом свойстве абсорбционных процессов основано выделение поглощенного газа из раствора – десорбция. Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно применять поглотитель и выделять поглощенный компонент в чистом виде. Во многих случаях проводить десорбцию не обязательно, так как абсорбент и абсорбтив представляют собой дешевые или отбросные продукты, которые после абсорбции можно вновь не использовать (например, при очистке газов). В промышленности процессы абсорбции применяют главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей от вредных примесей. Абсорбционные процессы широко распространены в химической технологии и являются основной технологической стадией ряда важнейших производств (производство неорганических кислот; абсорбция различных компонентов из коксового газа; абсорбция паров различных углеводородов из газов нефтепереработки и т.п.). Кроме того, абсорбционные процессы являются основными процессами при санитарной очистке выпускаемых в атмосферу отходящих газов от вредных примесей (очистка топочных газов от SO2; очистка от фтористых соединений газов при производстве минеральных удобрений). При абсорбции содержание газа в растворе зависит от свойств газа и жидкости, давления, температуры, и свойств газовой фазы (парциального давления растворяющего газа в газовой смеси).Абсорбционная установка – тип оборудования, использующегося при очистке газовоздушного потока от вредных химических примесей. Технология основана на способности жидких растворов (абсорбентов) поглощать определенные вещества при контакте с газообразной средой.Основные сферы применения абсорбционных установок – нефтеперерабатывающие и химические фабрики. Также это оборудование устанавливается на объектах ЖКХ, заводах по переработке мусора или промышленных отходов и на других промышленных объектах.Сегодня в промышленности используют три типа подобных установок для газоочистки:– распыливающие абсорберы,– барботажные колонны,– поверхностные абсорбционные устройства.При изменении условий, некоторые разновидности абсорбер аппаратов способны функционировать в разных режимах. Пример: часто взаимозаменяемы пленочные и пенные установки.Как работают распыливающие абсорберы. В подобных газопромывателях контакт фаз осуществляется на поверхности мелких капель жидкости. Различают следующие конструкционные типы:– полые абсорбционные установки,– скоростные прямоточные аппараты,– механические газопромыватели.Реагент распыляется в объеме газа встроенными орошателями, турбулентными силами газовоздушного потока или механическими разбрызгивателями.Полые распыливающие абсорберы. Эти абсорбционные установки представляют собой колонны или камеры. Очищаемый воздушный поток подводится через патрубок в нижней части аппарата и, поднимаясь, встречается с распыленной форсунками жидкостью.Рис. 1 – Полые распыливающие абсорберыСлабая сторона распыливающих абсорберов этого типа – сравнительно невысокая эффективность. Объясняется этот недостаток тем фактом, что с удалением от распыляющих устройств, уровень абсорбции быстро снижается. Падение эффективности обусловлено тем обстоятельством, что капли распыленного реагента быстро теряют скорость и сливаются между собой. В результате площадь межфазного контакта уменьшается. Для нивелирования этого явления оросители устанавливаются в несколько уровней.К прочим недостаткам относятся: относительно высокий расход энергии, требовательность к чистоте распыляемого реагента, большой расход жидкости. Чтобы уменьшить степень каплеуноса, скорость газовоздушного потока ограничивается – это сужает область применения.Преимущества полых распыливающих абсорберов – простая конструкция, низкое гидравлическое сопротивление, возможность очистки газовоздушного потока с высоким начальным уровнем загрязнения. Также к достоинствам можно отнести простоту обслуживания и ремонта.Скоростные прямоточные абсорбционные установки. Наиболее распространенный представитель этой группы распыливающих абсорберов – скруббер Вентури. В этих аппаратах жидкий абсорбент подхватывается газовоздушным потоком, имеющим высокую скорость. Капли реагента дробятся завихрениями, возникающими в результате действия турбулентности.Рис. 2 – Скоростные прямоточные абсорбционные установкиПодобная конструкционная схема абсорбционной установки позволяет добиваться степени очистки до 99.9%. Высокая эффективность достигается за счет большой поверхности контакта фаз, активного перемешивания и протяженного времени взаимодействия сред.Единственный недостаток данного типа распыливающих абсорберов – ограничение по очистке газов, содержащих абразивную пыль. Высокая скорость потока разгоняет пылевые частицы, что усиливает их деструктивное воздействие на внутренние поверхности элементов скрубберов.Механические распыливающие абсорберы. Это установки различной конструкции, в которых распыление промывающего реагента выполняется вращающимися деталями. Данный метод абсорбционной очистки отходящих газов позволяет создавать компактные и высокоэффективные машины. Единственный минус – сложность производства.Принцип действия барботажных абсорбционных установок. В данных агрегатах, использующих абсорбционный метод очистки газов, поверхность межфазного взаимодействия развивается в результате движения газовых пузырьков по жидкости. В результате взаимодействия сред образуется пена, что дало второе название оборудованию этого типа.Рис. 3 – Барботажные абсорбционные установкиРазличают четыре основных вида конструкции пенных абсорбер аппаратов:– установки со сплошным барботажным слоем,– газопромыватели тарельчатого типа,– скрубберы с подвижной насадкой,– промыватели с механическим перемешиванием жидкого абсорбента.Толщина образующегося слоя пены зависит от объемов подаваемого газа и жидкого реагента.Как работают поверхностные абсорберы. В данных абсорбционных установках межфазный контакт происходит на поверхности промывающего реагента. Это или зеркало спокойной жидкости, или стекающая пленка жидкого вещества. В данных абсорберах площадь контакта сильно зависит от размера установки и ее конструкционных элементов.Рис. 4 – поверхностные абсорберы Различают три основных типа этих аппаратов для абсорбционного метода очистки отходящих газов:– с горизонтальным зеркалом жидкости,– пленочные газопромыватели,– промыватели со стационарно зафиксированной насадкой.Достоинства оборудования этого типа: простая конструкция, низкое гидравлическое сопротивление, возможность очищать газы с высоким начальным уровнем загрязнения. Также к сильным сторонам специалисты относят простоту обслуживания и ремонта.Недостатки поверхностных абсорбционных установок: относительно низкая эффективность, большие габариты.2. Цель управления технологическим процессом абсорбцииАбсорберы как объекты управления являются сложными объектами, для них характерно наличие больших инерционностей с запаздыванием практически по всем каналам регулирования. Ярко выраженная распределенность параметров, что требует при автоматизации применения распределенного контроля температуры по высоте абсорбера, а иногда и распределенных регулирующих воздействий. Абсорберы обладают свойством самовыравнивания, т.е. способностью приходить к новому установившемуся режиму после снятия возмущения без вмешательства регулятора. Это многоемкостные объекты, динамика которых описывается дифференциальными уравнениями не ниже второго порядка В качестве объекта управления процессом абсорбции примем абсорбционную установку, состоящую из абсорбционной колонны и двух холодильников – на линиях абсорбента и газовой смеси (Рисунок 5).Целью управления процессом абсорбции является:– поддержание постоянства заданной концентрации извлекаемого компонента в обедненном газе;– соблюдение материального и теплового баланса абсорбционной установки;– получение насыщенного абсорбента заданного состава.Рис. 5 – Схема автоматизации процесса абсорбции: Т-1,Т-2 холодильники; АК-1 — абсорбционная колонна3. Выбор регулируемых параметров и регулирующих воздействий. Внешние и внутренние возмущенияПоказателем эффективности процесса является концентрация Yк извлекаемого компонента в обедненной смеси, а целью управления – достижение определенного значения этой концентрации. Показатель эффективности φ определяется следующим образом.Количество поглощаемого компонента в абсорбереопределяется следующим уравнением массопередачи:где к – коэффициент массопередачи;F – поверхность массопередачи;∆ср – средняя движущая сила процесса.Средняя движущая сила процесса определяется следующим образом:Концентрация Yк определяется разностью количеств извлекаемого компонента, поступающего в колонну с газовой смесью и поглощаемого из нее абсорбентом.Количество компонента, поступающего в колонну, однозначно определяется расходом газовой смеси Fc и начальной концентрацией в ней извлекаемого компонента Yн.Количество же компонента, который переходит из газовой фазы в жидкую, в основном зависит от движущих сил на входе в аппарат ∆ 1 и на выходе из него ∆ 2 т.е. от положения рабочей АВ и равновесной ОС линий процесса. Положение равновесной линии определяется температурой и давлением процесса, а положение рабочей линии – начальной и конечной концентрациями компонента в обеих фазах. Если цель управления достигнута, то концентрация будет Yк постоянной, в жидкой фазе(Xк) она определяется удельным расходом Fa/Fc. Таким образом, концентрация Yк зависит от расхода газовой смеси, концентраций Хн и Yн, отношения расходов Fa/Fc, температуры и давления в аппарате.Изменения расхода газовой смеси могут быть сильными возмущениями, поэтому расход газа следует стабилизировать. Изменять же его с целью регулирования показателя эффективности нецелесообразно, так как при этом производительность абсорбера может оказаться ниже расчетной, и экономичность процесса снизится.Концентрации Хн и Yн определяются режимами других технологических процессов; с их изменением в объект будут вноситься возмущающие воздействия. Отношение Fа/Fc можно поддерживать постоянным путем стабилизации обоих расходов. Это отношение можно использовать также для регулирования процесса, причем изменять его следует путем изменения расхода Fа. Температура в абсорбере зависит от многих параметров: температуры, теплоемкости и расхода газовой и жидкой фаз, интенсивности массообмена между фазами (процесс абсорбции экзотермичен), потерь тепла в окружающую среду. Часть этих параметров обычно подвержена значительным колебаниям во времени; это относится, например, к интенсивности массообмена, которая для достижения цели управления должна быть переменной при изменяющихся концентрациях Хн,Yн. Такие возмущения приводят к нарушению теплового баланса и, следовательно, к изменению температуры в абсорбере. Чтобы этого не происходило, температуру следовало бы регулировать, однако в рассматриваемом абсорбере нет внутреннего охлаждения, поэтому ограничиваются стабилизацией температур абсорбента Tа и газовой смеси Т с на входе в абсорбер путем изменения расходов хладоносителей.Давление в абсорбере целесообразно стабилизировать путем изменения расхода обедненной смеси. В большинстве случаев изменения давления в аппарате при нормальном режиме работы бывают вызваны утечками газа. Следовательно, возмущения для САР давления монотонны и незначительны по амплитуде. Поэтому в качестве регулятора давления можно применять П-регулятор.а) б)Рис. 6 – Влияние давления (а) и температуры (б) напроцесс абсорбции: Х,Y – содержание поглощаемого компонента в жидкости и газеИтак, стабилизировать все параметры, влияющие на показатель эффективности, практически невозможно. Поэтому в качестве регулируемой величины следует взять концентрацию Yк, а регулирующие воздействия реализовать изменением отношения расходов Fa /Fc. Для улучшения качества регулирования показателя эффективности надо предусмотреть узлы регулирования расхода Fc, температур Т а и Т с, давления в колонне.В нижней части абсорбера должно находиться некоторое количество жидкости, обеспечивающее гидравлический затвор, что исключает поступление газовой смеси из абсорбера в линию насыщенного абсорбента и позволяет регулировать давление в абсорбере. Постоянное количество этой жидкости поддерживается регулированием уровня в абсорбере путем изменения расхода насыщенного абсорбента.В качестве параметров, которые необходимо контролировать, следует выбрать расход и температуру исходного и насыщенного абсорбентов, исходной и обедненной газовой смеси, хладоносителей, а также концентрацию извлекаемого компонента в обедненной смеси, уровень в нижней части колонны, температуру по высоте колонны, давление и перепад давления в ней. Сигнализации подлежат отклонения давления в колонне и концентрация извлекаемого компонента в абгазе от предельных значений.Схемой автоматизации должно быть предусмотрено устройство защиты, исключающее значительное повышение давления в колонне. Это устройство при определенном значении давления обеспечивает прекращение питания регуляторов воздухом. Выбор регулирующих органов (НО или НЗ) должен производиться так, чтобы регулирующий орган на магистрали обедненной смеси открылся, а на остальных – закрылся. Заданная температура в абсорберах насадочного и тарельчатого типа поддерживается посредством стабилизации температуры абсорбента на входе в аппарат. Обычно изменения температуры в рабочей зоне аппарата незначительны и ее автоматическое регулирование не требуется.Регулирование концентрации извлекаемого компонента в насыщенном абсорбенте. Такая цель управления часто ставится при проведении процесса абсорбции в производстве кислот. В этом случае из газовой смеси необходимо поглощать такое количество компонента, которое бы обеспечило постоянство концентрации Y K. В качестве основного регулируемого параметра следует брать эту концентрацию (часто используют также плотность продукта), а регулирующее воздействие должно осуществляться изменением расхода абсорбента. При этом датчик состава с целью уменьшения запаздывания может быть установлен не на линии насыщенного абсорбента, а в кубе колонны.Регулирование состава при переменном расходе газовой смеси. Если расход газовой смеси определяется технологическим режимом предшествующего процесса, то стабилизировать его нельзя, а изменения его являются для абсорбера сильными возмущениями. Для качественного регулирования процесса эти возмущения следует компенсировать до распространения их в объекте. Эту задачу решает регулятор соотношения расходов газовой смеси и абсорбента с коррекцией по концентрации Y K. Такая схема регулирования применяется в процессах газоочистки. Если на установку поступает смесь постоянного состава, то исключается одно из сильных возмущающих воздействий. Тогда достаточно вместо регулирования концентрации Y K ограничиться стабилизацией расходов газовой смеси и абсорбента. Если при этом расход газовой смеси изменяется во времени, устанавливают регулятор соотношения расходов газовой смеси абсорбента без коррекции по концентрации.Регулирование процесса изотермической абсорбции. Некоторые процессы абсорбции протекают с большим выделением тепла, что ухудшает массопередачу. В связи с этим возникает необходимость в отборе части тепла из абсорбера, для чего устанавливают охлаждающие змеевики непосредственно в колонне. Расход хладоносителя, подаваемого в змеевик, должен определяться тепловым режимом всего абсорбера. Если змеевики установлены по всей высоте абсорбера, то параметром, характеризующим тепловой режим абсорбера, является температура хладоносителя на выходе из него. Если же змеевики установлены только в нижней части абсорбера, регулируемой величиной является температура насыщенного абсорбента. Регулирование перепада давления в колонне. Некоторые конструкции абсорбционных колонн очень чувствительны к нарушению гидродинамического режима: даже незначительные изменения скорости газа в колонне ведут к неустойчивым режимам ее работы. В этих случаях следует стабилизировать не давление, а перепад давления в колонне изменением расхода обедненной газовой смеси. Регулирование состава абсорбента, поступающего в абсорбционную колонну. Абсорбент, возвращаемый с участка десорбции, может содержать некоторое количество компонентов газовой смеси, что значительно ухудшает процесс aбсорбции. В этом случае необходимо постоянно выводить часть отработанного абсорбента из системы и вводить такое же количество свежего. Это осуществляется в специальной емкости, устанавливаемой между абсорбером и десорбером. При этом состав абсорбента на входе в абсорбер стабилизируют изменением расхода свежего абсорбента. Баланс между расходами свежего и отработанного абсорбента, выводимого из системы, поддерживается с помощью регулятора уровня, воздействующего на расход сливаемого абсорбента.Рис. 7 – Схема регулирования состава абсорбента, поступающего в колоннуРегулирование нескольких последовательно установленных абсорбционных колонн. Система автоматического регулирования последовательно установленных абсорберов принципиально не отличается от систем регулирования одного абсорбера. Концентрацию Yк регулируют изменением подачи абсорбента, поступающего в первый по ходу абсорбента аппарат. Стабилизируют уровни в каждом абсорбере, температуры газовой смеси и абсорбента на входе в установку и давление в последнем по ходу газа абсорбере. В тех случаях, когда между абсорберами установлены промежуточные холодильники для охлаждения абсорбента, необходимо предусмотреть регулирование температуры абсорбента перед абсорберами изменением расхода хладоносителей.4. Функциональные схемы регулированияБольшинству промышленных объектов химической технологии свойственны значительное чистое (транспортное) запаздывание и большие потери времени (обусловленные высокой инерционностью объектов). В этих случаях даже при оптимальных постройках регуляторов одноконтурных АСР характеризуются большими динамическими ошибками, низкой частоты регулирования и длительными переходными процессами. Для повышения качества регулирования необходим переход от одноконтурной АСР к более сложным системам, использующим дополнительные импульсы по возмущениям или вспомогательным выходным координатам (многоконтурные системы регулирования).В зависимости от характера корректирующего импульса различают следующие многоконтурные АСР: комбинированные, сочетающие обычный замкнутый контур регулирования с дополнительным каналом воздействия, по которому через динамический компенсатор вводится импульс по возмущению; каскадные – двухконтурные замкнутые АСР, построенные на базе двух стандартных регуляторов и использующие для регулирования кроме основной выходной координаты дополнительный промежуточный выход; с дополнительным импульсом по производной от промежуточной выходной координаты.Регулирование по возмущению. Если в объект поступают возмущения в виде изменения состава и расхода исходной смеси, то расход абсорбента целесообразно изменять в зависимости от этих параметров, т. е. использовать регулирование по возмущению. На схеме (см. Рисунок 10) показана двухконтурная система, осуществляющая такое регулирование.Рис. 8 – Регулирование по возмущениюЕсли в объект поступают возмущения в виде изменения состава и расхода исходной смеси, то расход абсорбента целесообразно изменять в зависимости от этих параметров, т. е. использовать регулирование по возмущению. На схеме (см. Рисунок 10) показана двухконтурная система, осуществляющая такое регулирование. Благодаря использованию многоконтурных систем можно значительно улучшить качество регулирования процесса и при наличии других возмущений.В качестве вспомогательных параметров выбирают:– расход абсорбента – при регулировании концентрации извлекаемого компонента в обедненной смеси;– расход хладоносителя – при регулировании температур газовой смеси и абсорбента, выводимых из холодильников;– расход насыщенного абсорбента – при регулировании уровня.Основным управляющим воздействием, поддерживающим постоянство концентрации извлекаемого компонента в обедненном газе, является изменение расхода свежего абсорбента. Контур стабилизации расхода свежего абсорбента удовлетворительно обеспечивает качество регулирования только в том случае, когда колебания расхода и концентрация удаляемого компонента насыщенного газа на входе в абсорбер незначительны.Если колебания расхода насыщенного газа на входе в аппарат превышают допустимые, то контур 8 должен регулировать соотношение расходов исходного насыщенного газа и исходного абсорбента (ведомый – исходный абсорбент).Температура в абсорбере зависит от температур, теплоемкостей и расходов газовой и в большей степени жидкой фаз, а также от интенсивности выделения тепла в процесс абсорбции и потерь тепла в окружающую среду. Большинство этих величин изменяется во времени, что приводит к изменению температуры в абсорбере. Повышение температуры в абсорбере замедляет протекание процесса. Для ее стабилизации на требуемом значении исходный абсорбент перед подачей в абсорбер охлаждают в теплообменнике Т-2. Повышение давления в абсорбере способствует извлечению ценных компонентов из исходной смеси. Это давление регулируют изменением отвода обедненного газа из абсорбера.Рис. 9 – Функциональная схема регулирования соотношения расходовДля предотвращения проскока газовой смеси из абсорбера в линию насыщенного абсорбента, в кубе абсорбера собирают некоторое количество жидкости, уровень которой регулируют изменением отвода насыщенного абсорбента из абсорбера в десорбер.Этот контур обеспечивает также соблюдение материального баланса абсорбера.Все остальные технологические параметры, влияющие на процесс абсорбции или определяющие его результат – контролируют:– Контур 6 – контроль состава насыщенного абсорбента на выходе из абсорбера;– Контур 7 – контроль расхода обедненного газа на выходе из абсорбера;– Контур 9 – контроль расхода насыщенного абсорбента на выходе из абсорбера;– Контур 10– контроль состава исходной газовой смеси на входе в абсорбер.Сигнализации подлежат отклонения давления в колонне и концентрация извлекаемого компонента в абгазе от предельных значений. Схемой автоматизации предусмотрено устройство защиты, которое исключают значительное повышение давления в колонне. Это устройство при определенном значении давления обеспечивает прекращение питания регуляторов воздухом. Выбор регулирующих органов (НО и НЗ) должен производиться так, чтобы регулирующий орган на магистрали обедненной смеси открылся, а на остальных – закрылся.Для расчета технико-экономических показателей УВМ должны быть поданы сигналы со всех расходов, а также сигнал по составу – Yк.5. Описание работы локальных автоматических схем регулированияЛокальные системы автоматического регулирования (АСР) поддерживают параметры отдельных стадий технологических процессов на оптимальном уровне. Их создание и усовершенствование должны происходить непрерывно, так как предъявляемые к ним требования возрастают с усложнением задач, решаемых АСУТП. В связи с этим особую важность приобретают вопросы построения промышленных АСР, которое базируется на общих принципах теории автоматического регулирования. Промышленная реализация локальных АСР осуществляется с помощью разнообразных технических средств, выпускаемых приборостроительной промышленностью. Локальные системы автоматического регулирования параметров, использованные при автоматизации абсорбционных установок, состоят из отдельных замкнутых контуров, каждый из которых включает в себя четыре звена: датчик (измеритель параметра), регулятор, исполнительный механизм и регулирующий орган. Регулятор имеет три режима работы - ручное управление, переходной режим и режим автоматического регулирования. При режиме ручного управления с панели дистанционного управления, находящейся в регуляторе, изменяют положение регулирующего органа пневматического клапана и таким образом достигают заданной величины регулируемого параметра. При режиме автоматического регулирования устанавливают на регуляторе заданное значение параметра и переводят его на работу в автоматическом режиме. При этом сигнал технологического параметра от датчика поступает в регулятор, где сравнивается с сигналом задания. При необходимости изменения величины параметра вручную или по сигналу от управляющей ЭВМ соответственно меняется задание на автоматическом регуляторе. Причем если от датчика поступает информация в виде электрического сигнала, то его преобразуют в пневматический при помощи электропневмопреобразователей. Локальные системы автоматического регулирования отдельных процессов производства объединяются системой централизованного оперативного управления производством предприятия, являющегося второй ступенью системы управления. Качество локальных систем автоматического регулирования определяется выбором рациональной схемы автоматического регулирования и законов регулирования технологических процессов. При этом необходимо знание как свойств типовых химико-технологических процессов, так и автоматических регуляторов, которые применяются для их автоматизации.6. Описание методов измерения регулируемых параметров и выбор средств автоматизацииВ технологическом процессе измеряется и регулируется один из таких параметров как температура. Температуру измеряют свежего абсорбента, насыщенного газа, обедненного газа, насыщенного абсорбента, где предел измерения температуры составляет 60℃, 18℃, 25℃ и 30℃ соответственно, а допустимое отклонение составляет ±5%.Следующим параметром, подлежащим контролю и регулированию, является расход. В данном процессе измеряют расход насыщенного газа, который равен 9300 м3/ч с допустимым отклонением 2%. Также измеряют расход обедненного газа, который равен 7800 м3/ч с допустимым отклонением 4%. И расход насыщенного абсорбента равного 2800 м3/ч с отклонением 5% от желаемой величины. А измерению и регулированию подлежит расход свежего абсорбента равного 2850 м3/ч с отклонением от желаемого значения в 3%.Одним из важнейших параметров является концентрация насыщенного, обедненного газа, а также концентрация насыщенного абсорбента которые равны 10%, 1.5% и 40% соответственно. Допустимое отклонение всех значений равно ± 0,5%.Для благополучного протекания процесса абсорбции необходимо также регулировать давление в абсорбере и уровень жидкости в нем. Давление в абсорбере должно колебаться в диапазоне от 0,388 до 0,412 МПа, а уровень от 0,315 до 0,385 мКаждый параметр измеряется определенным датчиком, при этом датчики подобраны так, чтобы сигнал на выходе из него был 4…..20 мА. Далее сигнал попадает на регулятор, где в соответствие с ПИД- законам осуществляется регулирование, и из датчика сигнал поступает на исполнительный механизм, который в свою очередь перемещает шток регулирующего органа изменяя при этом расход вещества для поддержания процесса в заданных условиях.Составим таблицу, в которой опишем каждый элемент в соответствие с установленными требованиями.Таблица 1 – Технические характеристики приборовПозиция на функциональной схемеПараметрПриборТип прибораДиапазон измеренияТехническая характеристика1-1ТEТермопреобразователь сопротивления ТСПУ Метран-276ТСПУ Метран-2760 – 100°CНСХ - 100МЛинейная зависимостьПогрешность 0,5%Длинна монтажной части 500мм;1-22-23-2TIRFIRQIRВторичный приборПрибор измерения, регистрации, сигнализацииМетран-620---входной сигнал 4-20 мА4-25-26-27-2TICLICPICFICПИД-регуляторJUMO DICON400/500---Кол-во аналоговых входов – 4 (4-20 мА)выходов – 4 (4-20 мА)3-1FEРасходо-мер кориолисо-выйМетран-36033-11161 м3/чПогрешность измерения (%);±0,5; Выходной сигнал 4-20 мА7-1LEдиф. монометрМетран 100-дд----------Погрешность измерения±0,1%Выходной сигнал 4-20 мА 6-1PEдатчик давленияКорунд-ДД-105до 4 МПаПогрешность измерения±0,5%Вых сигнал 4-20мА2-1QEГазоанализаторКЕДР-М0-15 %Вых. сигнал 4 – 20 мА;Погрешность ±4%, ±6%, ±10% 4-35-36-3NSПусковая аппаратура для управления электродвигателем SAUTER----Входной сигнал 4-20 мАХод 8…49 ммВыбор технических средств автоматизации. Датчик давления КОРУНД -ДД-105 до 4 МПа . Датчики устойчивы к воздействию температуры окружающего воздуха в диапазоне рабочих температур от -40°С до +80°С. Датчики выдерживают кратковременное (импульсное, скачкообразное с последующим спадом до рабочих условий) воздействие температуры контролируемой среды в пределах от -60°С до +125°С. При этом погрешность датчика за пределами диапазона рабочих температур не нормируется. Датчики, в зависимости от заказа, могут поставляться для работы во взрывоопасных и взрывобезопасных условиях Датчик с выходным сигналом 4-20 мА Пределы допускаемой основной погрешности датчиков, выраженные в процентах от диапазона изменения выходного сигнала, равны ±0,15; ±0,25; ±0,5; ±1,0 %Вариация выходного сигнала датчика не превышает 0,05%. Зона нечувствительности датчика не превышает 0,1% от диапазона измерений. Напряжение питания датчиков Uпит=24 В.В качестве датчика температуры возьмем термопреобразователь ТСПУ Метран – 276.Технические характеристики термопреобразователя приведены в таблице 2.1443990635000Рис. 10 – Схема внешних электрических соединений датчиковТаблица 2 – Технические характеристики термопреобразователя Метран – 276Напряжение питания 24 В постоянного напряжения. Следующим измерительным преобразователем будет кориолисовый расходомер Метран – 360 - R100F. Измеряемая среда – газы и жидкости, эмульсии и суспензии, а также нефть и т.д. Параметры измеряемой среды:– температура -40…125℃– рабочее избыточное давление в трубопроводе до 30 МПа– пределы основной относительной погрешности измерений массового и обьемного расходов жидкостей ±0,5%Основные преимущества:– высокая точность измерения параметров в течение длительного времени;– возможность работы вне зависимости от направления потока;– отсутствие прямолинейных участков трубопровода до и после расходомера;– надежность работы при наличии вибрации трубопровода, при изменении температуры и давлении рабочей среды;– длительный срок службы и простота обслуживания благодаря отсутствию движущихся и изнашивающихся частей.Основные технические характеристики приведены в таблице 3.Таблица 3 – Основные технические характеристики расходомера Метран – 360 - R100FНа выходе у расходомера унифицированный токовый сигнал 4…20 мА.Питание 24 В постоянного напряжения. Электрическая схема подключения имеет вид:Рис. 11 – Электрическая схема подключения расходомера Метран – 360 - R100FСледующим измерительным датчиком будет датчик разности давления Метран-100-ДД.Измеряемые среды: жидкость.Диапазон измерения давления: от 4 до 250 кПа. Основная приведенная погрешность измерения до ±0,1%.Диапазон перенастроек пределов измерений до 25:1.Исполнения: обыкновенное и взрывозащещенное.Межповерочный интервал – 3 года.Гарантируемый срок эксплуатации – 3 года.Датчик гидростатического давления (уровня) могут использовать для измерения уровня в резервуаре открытых, закрытых, но соединенных с атмосферой, в закрытых под давлением. Давление столба жидкости определяется таким факторами, как уровень жидкости от объёма резервуара и его формы и определяется по формуле:P=hmax-hmin*ρДля закрытого резервуара установка имеет вид:Рис. 12 – Установка датчика разности давления Метран-100-ДД для закрытого резервуараДатчик питается от 24 В постоянного напряжения. На выходе токовый сигнал 4…20 мА. Электрическая схема подключения имеет вид:Рис. 13 – Электрическая схема подключения датчика разности давления Метран-100-ДДОптико–акустический газоанализатор КЕДР-М. Назначение: микропроцессорный газоанализатор КЕДР-М является автоматическим и непрерывно действующим прибором, предназначенным для определения концентрации одного из компонентов в сложной газовой смеси. КЕДР-М может быть использован для: – технологического контроля различных производств, в т.ч. производств аммиака, ацетилена, метанола;– оптимизации процессов горения по данным о составе дымовых газов;– контроля содержания оксида углерода в отходящих газах топливосжигающих установок различных типов - водогрейных котлов, ТЭЦ, асфальтовых заводов.Принцип действия: избирательное поглощение инфракрасного излучения определяемым компонентом анализируемой газовой смеси. Таблица 4 – Технические характеристики газоанализатора КЕДР-М Прибор имеет ряд исполнений, каждое из которых имеет один диапазон измерения одного из измеряемых компонентов (об. доля, %)SO20–0,1; 0–0,2; 0–0,5; 0–1; 0–2; 0–5; 0–10; 0–20 % Предел допускаемой основной приведенной погрешности газоанализатора, в % от верхнего предела диапазона измерений 0–0,1; 0–0,2; 0–0,5; 0–1; 0–2; 0–5; 0–10; 0–20 %SO2 Основные характеристики Время установления показаний9 сВыходной сигнал 0-5 мА или 4-20 мА (по желанию заказчика)Цифровой выход через интерфейс RS-232ИндикаторцифровойВремя прогрева не более 30 минПрибор выполнен в обыкновенном исполнении и устанавливается во взрывобезопасном помещенииТемпература окружающего воздуха5-50 °CВремя работы без подстройкине менее 30 сутПитаниеот сети 220 В 50 ГцПотребляемая мощность45 ВтГабаритные размеры180*360*420 ммМасса 12 кгJUMO DICON 400/500 универсальные регуляторы процесса. Приборы имеют два четырехразрядных 7-сегментных дисплея, пять или восемь светодиодов для индикации коммутационных положений и режимов, один восьмиразрядный матричный дисплей, а также шесть кнопок для управления и конфигурирования. В качестве дополнительных функций предусмотрены самооптимизация, переключение наборов параметров и до восьми предельных компараторов. Линеаризации стандартных датчиков измеряемых величин записаны в память, возможно программирование таблицы линеаризации по данным Пользователя. С помощью математического модуля регулятор процесса можно приспособить для выполнения различных задач.Технические характеристики.Таблица 5 – Вход для унифицированных сигналовТаблица 6 – ВыходыТаблица 7 – РегуляторТаблица 8 – Электрические характеристикиАналоговый цифровой индикатор Метран– 620. Автономный цифровой индикатор Метран – 620 предназначен для отображения различных параметров, измеряемых датчиками с унифицированным выходом сигналом 4-20 мА, установленными в полевых условиях или труднодоступных местах.Рис. 14 – Структурная схема индикатораОсновные технические характеристики:– питание индикатора осуществляется от токовой петли датчика, напряжение питания не превышает 4 В;– относительная погрешность индикации текущего значения измеряемой величины ±0,5%;– масса не более 0,2 кг.Также выбираем блок питания для регулятора фирмы JUMO TN-22.Питается от сети 220 В переменного напряжения. На выходе 24 В постоянного напряжения.Для датчиков выберем блок питания Метран – 602.Блок питания Метран-602 предназначен для преобразования сетевого напряжения 220 В в стабилизированное напряжения 24 В и питания датчиков с унифицированным токовым сигналом.Блок питания Метран-602 состоит из сетевого трансформатора и двух независимых каналов, каждый из которых имеет стабилизатор, схему электронной защиты. Схема электронной защиты предназначена для защиты питания от перегрузок и коротких замыкания в нагрузке. Блок питания автоматически выходит на рабочий режим после устранения замыкания в нагрузке.В качестве исполнительного механизма возьмем AVF 234S SUT Привод Клапана с Возвратной Пружиной для контроллеров с аналоговым (0...10 V и/или 4...20 мА) или переключаемым выходом (2- или 3-поз.управлением). Привод клапана имеет пружинную функцию с заданным конечным положением в случае сбоя питания или срабатывания ограничителя. Характеристика клапана (линейная / равнопроцентная / квадратичная) устанавливается на позиционере. Корпус из самозатухающегося, желтого пластика. Мотор постоянного тока, электроника управления, визуализация с помощью LED, передаточный механизм из закаленной стали, не требует ухода, комплект пружин, стержни монтажа из нержавеющей стали, и монтажная консоль из чугуна легкого металла для установки на клапан. Другие свойства: электронное отключение по нагрузке с помощью упора на приводе или клапане, автоматическая калибровка к ходу клапана, кодирующие переключатели для установки характеристики и времени хода, пусковая рукоятка для ручного управления на корпусе (с выключением двигателя и для вызова повторной инициализации). Возможно переключение направления действия извне (питание на разъем 2a или 2b). Электроразъемы (не более 2,5 мм2) с винтовыми разъемами. Три открываемых кабельных ввода для M20×1,5 (2×) и M16×1,5. Монтаж от вертикального (не перевернутого) до горизонтального положения.Регулирующий орган (РО) характеризуются следующими основными параметрами:– пропускная способность;– условная пропускная способность:– рабочее давление;– перепад давления на РО;– условный проход;– условий их применения.

Выводы

Области применения абсорбционных процессов в химической и смежных отраслях промышленности весьма обширны.Получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью. Примерами могут служить: абсорбция SO3 в производстве серной кислоты; абсорбция HCl с получением соляной кислоты; абсорбция окислов азота водой (производство азотной кислоты) или щелочными растворами (получение нитратов) и т.д. при этом абсорбция проводится без последующей десорбции.Основные проблемы при осуществлении абсорбции связаны с подбором абсорбента и созданием рациональных условий контактирования газа и жидкости.При выборе абсорбента к нему предъявляется ряд требований:− селективность, т.е. способность избирательного поглощения извлекаемого (целевого) компонента при возможно малой растворимости в нем газа-носителя. Это позволяет перевести в жидкую фазу только поглощаемый компонент (ПК), оставляя газ-носитель в газовой фазе; − большая поглотительная способность, иначе – высокая растворимость поглощаемого компонента в жидкой фазе в рабочих условиях; при выполнении этого требования уменьшаются затраты, связанные с расходом абсорбента;− возможно более низкая летучесть, т.е. малая упругость паров абсорбента при рабочей температуре во избежание его потерь с уходящим газом и связанных с этим трудностей при его отделении от газа-носителя;− устойчивость в работе, т.е. абсорбент не должен подвергаться изменениям – разложению, окислению, и т.п.;− доступность и дешевизна, нетоксичность, негорючесть, малое коррозионное воздействие на аппаратуру; − легкая регенерируемость при десорбции.В большинстве случаев промышленные абсорбенты не удовлетворяют в полной мере одновременно всем перечисленным требованиям. Поэтому на практике приходится идти на компромисс, определяя при выборе абсорбента для каждого конкретного случая основные требования в зависимости от условий проведения процесса.

Список использованной литературы

ГОСТ Р 52350.29.2-20101. Взрывоопасные среды. Ч. 29-2. Газоанализаторы. Требования к выбору, монтажу, применению и техническому обслуживанию газоанализаторов горючих газов и кислорода.Гринюк, О. Н. Особенности газоаналитических измерений / О. Н. Гринюк, О. В. Алексашина // Вестник Международной академии системных исследований. Информатика, экология, экономика. 2015. Т. 17. № 1. С. 74-80.Евсеева, И. С. Использование газоанализатора для мониторинга и обеспечения экологической безопасности при переработке полимерных материалов / И. С. Евсеева, А. В. Мещеряков, Е. Н. Дашко // Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. 2017. Т. 1. С. 222-225.К вопросу обеспечения экологической безопасности для мониторинга газовоздушной среды с помощью газоанализатора / Н. Н. Ивонтьева, Н. В. Артемова, А. В. Мещеряков, А. Б. Плаксицкий // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. 2018. Т. 1. С. 289-292.Ларионова, Н.И. Л 25 Автоматизация процессов абсорбции и адсорбции : учебное пособие / Н.И. Ларионова, В.В. Елизаров. – Нижнекамск : Нижнекамский химико-технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «КНИТУ», 2013. - 53 с.Обзор газоанализаторов для метана / Г. Т. Земский, А. В. Ильичев, Н. В. Кондратюк, Д. В. Долгих // Актуальные вопросы пожарной безопасности. 2021. № 4(10). С. 14-27.Пачурин, Г. В. Взрывопожарная безопасность на объектах газотранспортных предприятий / Г. В. Пачурин, С. М. Шевченко, А. Е. Дерябин // ХХI век. Техносферная безопасность. 2017. Т. 2. № 4(8). С. 108-123.Потетня, К. М. Проведения исследований выхлопных газов с использованием современных газоанализаторов / К. М. Потетня, А. А. Садов // Научно-технический вестник: Технические системы в АПК. 2018. № 1(1). С. 12.Пугачева, Е. А. Контроль концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе различными газоанализаторами / Е. А. Пугачева // Экология. Риск. безопасность : Материалы Всероссийской научно-практической конференции, Курган, 29–30 октября 2020 года. – Курган: Курганский государственный университет, 2020. – С. 149-151.Суриков, В.Н., Буйлов, Г.П. Автоматизация технологических процессов и производств.:учебно-методическое пособие /ГОУВПО СПбГТУРП.-СПб., 2011.Часть1.-77 с.Тарасов, А. В. Газоанализаторы, используемые в системах газоснабжения, основанные на физико-химическом и физическом методах / А. В. Тарасов // Промышленные и строительные технологии. 2016. № 8(10). С. 7.