Система управления процессом ректификации

Минобрнауки России

федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования 

«Санкт-Петербургский  государственный технологический  институт

(технический  университет)»

(СПбГТИ(ТУ))

 

УГС	230000	Информатика и вычислительная техника
Направление подготовки	230100.62	Информатика и вычислительная техника
Специальность	230102	Автоматизированные системы обработки  информации и управления
Факультет                      Информационных технологий и управления
Кафедра                         Системного анализа
Учебная дисциплина    Программное  обеспечение систем проектирования АСУТП

Курс 5                                                                                          Группа 4894                       

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

 

Тема:

Система  управления  процессом  ректификации

 

Студент	__________________	И. . Черкасов
	(подпись, дата)
Руководитель,	__________________	В.И.Халимон
проф,.каф.СА. д.т.н.	(подпись, дата)
Оценка за курсовой проект	__________________	__________________
		(подпись руководителя)

 

 

 

Содержание

 

Сокращения и условные обозначения 4

1 Цель работы 5

2 Введение 6

3 Аналитическая часть 7

4 Практическая часть 8

4.1 Описание  процесса ректификации 8

4.2 Выбор перечня функциональных задач АСУТП 10

4.3 Функциональная структура АСУТП ректификации 14

4.4 Выбор минимального набора функциональных задач АСУТП 15

Выводы 17

Список использованных источников 18

 

 

Сокращения  и условные обозначения

АСУТП – Автоматизированная система управления технологическим  процессом.

АСУ - Автоматизированная система  управления

ММ – Математическая модель

ПО – Программное обеспечение

ТП – Технологический  процесс

СУ – Системы управления

ТЭП – Технико-экономические  показатели

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Цель работы

 

Изучение основ  построения АСУТП, базовых понятий и определений выпаривания в аппарате многократного действия. Глубокое изучение исходного технологического процесса  и рассмотрение на его основе полного перечня функциональных задач АСУТП. Освоение программного комплекса для автоматизации выбора  перечня функциональных задач АСУТП.

 

2 Введение

 

Автоматизированная  система управления технологическим процессом (АСУ ТП) -комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на предприятиях. Под АСУ ТП обычно понимается комплексное решение, обеспечивающее автоматизацию основных технологических операций на производстве в целом или каком-то его участке, выпускающем относительно завершенный продукт.

  АСУТП относятся к классу сложных  систем, которым присущи следующие  черты: 

- наличие  у всех элементов общей цели;

- системный  характер реализуемых алгоритмов  обмена и обработки

- информации;

- большое  число входящих в систему функциональных

- подсистем.

Целью создания АСУТП является повышение  эффективности производственно-хозяйственной  деятельности за счёт улучшения использования  имеющихся ресурсов. Иными словами, цель создания АСУТП - мобилизация резервов, не находящих применения в силу ограниченных возможностей традиционных методов  и средств управления. АСУТП создаются  производственными объединениями  на основе применения электронно-вычислительной техники и экономико-математических методов в целях совершенствования  управления и повышения эффективности  производства.

Современный этап развития АСУТП характеризуется  применением индустриальных технологий создания и внедрения АСУТП на базе серийно выпускаемых промышленных контроллеров, совместимых с персональными  компьютерами мощных программно-техничесих комплексов (ПТК) поддержки программирования АСУТП – SCADA систем, а также развития и стандартизации сетевых технологий.

АСУТП должны обеспечивать:

- автоматизированный  сбор и обработку информации  с широким использованием методов  оптимизации по основным задачам  и подсистемам управления общезаводского  и внутрицехового уровня, в том  числе в реальном масштабе  времени, в режиме телеобработки  и диалога;

- хранение  в памяти и комплексное использование  нормативно-справочной, промежуточной  и выходной информации в процессе  решения задач управления;

- организацию  рационального внутризаводского  и внутрицехового документооборота  с помощью средств АСУТП.

АСУТП является сложной системой, состоящей  из комплекса взаимосвязанных частей (подсистем), выделяемых по функциональному, структурно-организационному и другим признакам.

Сложность проблем автоматизации определяет значительную долю научно-исследовательских  работ в процессе создания АСУТП, связанных с разработкой новых  методов, применением новых средств  автоматизации процессов управления и совершенствованием организационных  структур управления в целях достижения требуемых технико-экономических  показателей.

Выбор конкретных подсистем и комплексов задач АСУТП определяется исходя из конкретных производственных и экономических  целей с учётом максимального  использования имеющихся типовых  проектных решений, пакетов прикладных программ, обеспечивающих снижение затрат на разработку АСУТП, и выпускаемых  технических средств.

3 Аналитическая часть

 

Рисунок 1 – Схема автоматизации процесса ректификации

 

Ректификация — наиболее распространенный метод разделения жидких однородных смесей, состоящих  из двух или нескольких летучих компонентов.

Процесс ректификации широко применяют в пищевой промышленности при получении технического и  пищевого этилового спирта, в производстве ароматических веществ и др. Он основаны на различной летучести  компонентов смеси при одной  и той же температуре. Компонент  смеси, обладающий большей летучестью, называется легколетучим, а компонент, обладающий меньшей летучестью, труднолетучим. Соответственно легколетучий компонент  кипит при более низкой температуре, чем труднолетучий. Поэтому их называют также низкокипящим (НК) и высококипящим  компонентами (ВК)

В результате ректификации исходная смесь разделяется на дистиллят, обогащенный легколетучим компонентом, и кубовый продукт, обогащенный  труднолетучим компонентом. Дистиллят  получают в результате конденсации  паров в конденсаторе-дефлегматоре. Кубовый продукт получают в кубе установки.

 

 

4 Практическая часть

4.1 Описание процесса ректификации

Технологический процесс  описывается следующим образом: исходная смесь загружается в кипятильник, который обогревается насыщенным водяным паром (теплоноситель). После нагрева смеси до температуры кипения ее пары поступают в нижнюю часть ректификационной колонны. Система 1 (рисунок 2) обеспечивает поддержание бинарной смеси, подаваемой  на тарелку питания колонны (1), при температуре кипения за счет изменения подачи теплоносителя в теплообменник (2).

 

Рисунок 2 - Система 1.

 

Пар нагревается  в кипятильнике и подается  в  нижнюю часть ректификационной  колонны. Система 2 (рисунок 3) – стабилизирует подачу  греющего пара в кипятильник (3).

 

\

Рисунок 3  -Система 2

 

В  ректификационной  колонне  исходная  смесь, нагретая  до температуры  кипения, и пар контактируют.  При каждом контакте из исходной  смеси выделяются пары, обогащенные  низкокипящим (легколетучим) компонентом. Из паровой фазы конденсируется высококипящий (труднолетучий) компонент, переходящий  в жидкость, именуемую в данном случае кубовым остатком. Часть кубового остатка внизу колонны испаряют с целью получения восходящего потока пара. Система 4 (рисунок 4) поддерживает постоянный  уровень в кубе колонны за счет  изменения расхода кубового продукта.

Рисунок 4 - Система 4

Из  ректификационной  колонне, пары обогащенные легко летучим компонентом, и поступают в конденсатор, в котором конденсируются. Система 3 (рисунок 5 )стабилизирует давление в  верхней  части колонный за счет изменения  скорости конденсации пара в конденсаторе. (4).

Диаметр тарельчатой ректификационной колонны равняется:

где — V расход проходящего по колонне пара, м3/с, w — приведенная скорость пара, отнесенная к полному поперечному сечению колонны, м/с. Приведенная скорость пара зависит от конструкции тарелок, рабочего давления в колонне и нагрузки колонны по жидкости, а также плотности жидкости и пара.

 

Рисунок 5  - Система 3

 

Конденсат разделяется  на флегму и продукт.

Флегма,  представляющая  собой  жидкость, возвращается для орошения колонны и взаимодействия с поднимающимися по колонне парами для получения  нисходящего потока жидкой фазы. Система 5 (Рисунок 6) – поддерживает постоянный уровень дистиллята во флегмой емкости 5.

Продукт охлаждается  и поступает на выход установки. Состав  продукта (дистиллята) однозначно определяется  температурой на верхней тарелке, которая стабилизируется системой  6 (Рисунок 6) за счет изменения подачи флегмы.

Рисунок 6 -Система  5 и 6.

 

 

4.2 Выбор перечня функциональных  задач АСУТП

 

Технологические требования следующие:  система управления процессом бинарной ректификации должна обеспечить заданный  состав дистиллята и поддержание теплового и материального баланса колонны  (1).

Наиболее  просто задача  решается  за счет стабилизации технологических параметров.

Необходимо  составить полный перечень задач  СУ для этого процесса.

Обозначим круг задач АСУТП:

 

1. Прямое измерение;
2. Косвенное  измерение;
3. Подготовка, хранение и передача данных;
4. Расчёт ТЭП;
5. Отображение и регистрация информации;
6. Контроль отклонений;
7. Прогнозирование;
8. Анализ срабатывания блокировок и защит;
9. Сигнализация;
10. Диагностика состояния оборудования;
11. Оптимальное управление в установившемся  режиме;
12. Оптимальное  управление в переходном режиме;
13. Регулирование отдельных параметров;
14. Однотактное  логическое управление;
15. Программное и многотактное регулирование;
16. Контроль исполнения управляющих воздействий.

 

Множество функций АСУТП не зависит  от процесса, тогда как параметры  и показатели естественно зависят  от того ТП, который мы рассматриваем.

В соответствии с вышеуказанной  методикой можно выделить 8 потоков:

 

• поток исходной смеси;
• поток пара;
• поток теплоносителя (греющий пар) ;
• поток хладоносителя (вода);
• поток  пара,  обогащенного легко летучим компонентом;
• поток флегмы;
• поток кубового  продукта;
• поток исходного  продукта  (дистиллят) .

 

Таблица 1 - Потоки процесса ректификации

Потоки и аппараты	Параметры и показатели
Поток Q1	Tисх средняя  температура кипения исходной  смеси
Поток Q2	G – расход пара Tп – температура пара
Поток Q3	Gгр - расход греющего пара
Поток Q4	Gхл  -расход хладоносителя
Поток Q5	P – давление пара, обогащенного легко летучим компонентом
Поток Q6	Gr - расход флегмы Lr – уровень флегмы во флегмовой емкости
Поток Q7	Gw - расход кубового продукта Lw – уровень кубового продукта в колонне
Поток Q8	Gd - расход дистиллята Td –температура дистиллята
Установка	R - флегмовое  число