Автоматизация экстрактора противоточного типа

Введение

Автоматизация производства — это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Введение автоматизации на производстве позволяет значительно повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции, сократить долю рабочих, занятых в различных сферах производства.

С другой стороны автоматизация – это научно-техническая дисциплина, разрабатывающая методы, средства, и приемы такой деятельности, которая направленна на частичное или полное исключение человека из трудового процесса путем передачи его функций в специально созданную машину (автомат). Автомат – это устройство, которое выполняет определенную последовательность операций в режиме автоматического управления. 

Автоматизация технологических процессов в промышленности осуществляется путем внедрения систем контроля регулирования и управления на базе комплекса технических средств общепромышленного и отраслевого назначения. В настоящее время в промышленности накоплен уже значительный опыт автоматизации технологических процессов.

Цель курсовой работы - ознакомление с принципами построения современных систем автоматизации технологических процессов, реализованных на базе промышленных контроллеров и ЭВМ. В настоящее время такие системы широко применяются на мясоперерабатывающих предприятиях. В ходе выполнения курсовой работы необходимо решить следующие задачи:

- ознакомиться с методикой разработки  функциональных схем автоматизации  технологических процессов на  базе серийно выпускаемых приборов  и промышленных контроллеров;

- ознакомиться с характеристиками  современных приборов и средств  автоматизации;

- изучить основные подходы к  обоснованному выбору приборов  и технических средств автоматизации;

- изучить действующие стандарты  и другие нормативные документы  регламентирующие правила оформления  технической документации по  автоматизации технологических  процессов.

 

 

 

 

 

 

1 Исходные данные  на проектирование 

 

Темой данной курсовой работы является “Автоматизация экстрактора противоточного типа” схема которой представлена на рисунке 1:

 

1 – теплообменник, 2 –  горизонтальный противоточный шнековый  экстрактор, 3 – промежуточный сборник

Рисунок 1 – Схема экстрактора противоточного типа

 

Извлечение целевого компонента из твердой фазы производится в горизонтальном противоточном шнековом экстракторе 2 обогреваемым паром. Растворитель (вода) перед подачей в экстрактор подогревается в теплообменнике 1 паром (Р=200 кПа). Экстракт сливается в промежуточный сборнике 3, откуда откачивается на дальнейшую переработку центробежным насосом Н1.

Перечень измеряемых и регулируемых переменных

Автоматическое регулирование:

Концентрация экстракта температурой воды

Температура экстракта расходом пара в экстрактор 2

Измерение и регистрация на ЭВМ:

Температура экстракта

Расход экстракта

Измерение:

Концентрация экстракта

Температура экстракта

Расход пара в аппарат 2

Давление пара перед аппаратом 2

Сигнализация:

Уровень в сборнике 3

Давление воды перед теплообменником 1

Давление пара перед теплообменником 1

Автоматическая блокировка:

Отключение пара в аппарате 1 при снижении давления воды

Отключение воды при повышении уровня в сборнике 3

Отключение электродвигателя М1 при снижении давления воды

Управление:

Включение и отключение двигателя насоса Н1

Включение и отключение двигателя экстрактора М1

Значения контролируемых параметров:

1. Концентрация экстракта     70 %
2. Расход экстракта       1 м3/ч
3. Давление пара перед экстрактором 2   2·105 Па
4. Уровень в сборнике 3      1 м
5. Давление пара перед теплообменником 1   2·105 Па
6. Температура воды      700С

Расчет диаметров технологических трубопроводов

Необходимо рассчитать внутренние диаметры трубопроводов: D1 для подачи воды в теплообменник 1 и далее в экстрактор 2; D2 для расхода пара, подаваемого в теплообменник 1; D3 для слива экстракта в промежуточный сборник 3; D4 для откачивания экстракта центробежным насосом Н1 из сборника 3 на дальнейшую переработку.

Диаметры технологических трубопроводов можно определить по расходу продукта:

D= ,                                                        (1)

где   Q – расход продукта, м3/с;

        W – скорость продукта (жидкости), м/с;

        D – внутренний диаметр трубопровода, м.

Оптимальная скорость прохождения жидкости соответствует минимуму эксплуатационных расходов. Поэтому при расчете трубопроводов скорость движения ориентировочно может быть принята в следующих интервалах:

Движение жидкости при подаче насосом, м/с                                     1-2,5

Движение самотеком, м/с                                                                    0,1-0,5

Для газов, м/с                                                                                          5-20

Для паров, м/с                                                                                       15-40

Произведем расчет внутреннего диаметра трубопровода D1 для подачи воды в теплообменник 1 и далее в экстрактор 2.

Объемный расход воды:

Q= ,                                                      (2)

где G – расход воды, кг/с;

      G=1 т/ч=0,27 кг/с;

      ρв – плотность воды, кг/м3;

      ρв=1000 кг/ м³.

Q= =0,27·10-3 м³/с

Принимаем объемный расход воды Q=0,27·10-3 м3/с, скорость движения воды самотеком по трубопроводу W=0,5 м/с.

D1= =0,03 м

Принимаем внутренний диаметр трубопровода для подачи воды в теплообменник 1 и далее в экстрактор 2 D1=30 мм.

Произведем расчет внутреннего диаметра трубопровода D2 для расхода пара, подаваемого в теплообменник 1.

По тепловой нагрузке аппарата можно определить расход греющего пара, воспользуемся следующим выражением, полученным из уравнения теплового баланса:

Gп=1,08·Gв·C·(tк-tн)/r,                                            (3)

где 1,08 – постоянный коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду;

Gв – расход продукта (жидкости) через теплообменник, кг/с;

Gв=0,27 кг/с;

С – теплоемкость продукта (жидкости), Дж/кг·К;

С=4,19·103 Дж/кг·К;

r – удельная теплота парообразования, Дж/кг;

r=2208·103 Дж/кг;

tк,tн – начальная и конечная температуры нагреваемого продукта, 0С,

tк = 700С, tн = 200С;

Gп =0,026 кг/с.

Объемный расход пара:

Q=Gп/ρ,                                                        (4)

где ρ – плотность пара, кг/м3;

      ρ=1,107 кг/м3;

Q=0,026/1,107=0,023 м3/с.

Принимаем скорость движения пара по трубопроводу W=20 м/с:

D2= =0,038 м.

Принимаем внутренний диаметр трубопровода для расхода пара, подаваемого в теплообменник 1 D2=38 мм.

Произведем расчет внутреннего диаметра трубопровода D3 для слива экстракта в промежуточный сборник 3.

Q= ,                                                              (5)

где G– производительность экстрактора, кг/с;

      G=0,27 кг/с;

      ρэ - плотность экстракта, кг/м3;

      ρэ=1100 кг/м³;

Q= =2,45·10-4 м³/с.

Принимаем скорость движения экстракта самотеком по трубопроводу W=0,5 м/с:

D3= =0,025 м.

Принимаем внутренний диаметр трубопровода для слива экстракта в промежуточный сборник 3 D3=25 мм.

Произведем расчет внутреннего диаметра трубопровода D4 для откачивания экстракта центробежным насосом Н1 из сборника 3 на дальнейшую переработку.

Принимаем скорость движения экстракта по трубопроводу при подаче насосом W=1,5 м/с:

D4= =0,014 м

Принимаем внутренний диаметр трубопровода для откачивания экстракта центробежным насосом Н1 из сборника 3 на дальнейшую переработку D4=14 мм.

Исходя из расчета выбираем стандартные, выпускаемые промышленностью,  трубы стальные бесшовные горячедеформированные с  внутренним диаметром 30 мм, 38 мм, 25 мм и 20 мм.

 

2 Разработка функциональной  схемы автоматизации

 

Функциональная схема системы автоматизации технологических процессов является основным техническим документом, определяющим структуру и характер систем автоматизации технологических процессов, а также оснащение их приборами и средствами автоматизации (в том числе средствами вычислительной техники).

На функциональной схеме показывается упрощённая схема цепи агрегатов подлежащих автоматизации, приборы, средства автоматизации и управления, а также линии связи между ними.

Функциональная схема автоматизации экстрактора противоточного типа построена на базе контроллера ADAM 8000, в комплект которого входит набор модулей аналогового и дискретного ввода-вывода. Контроллер связан с ЭВМ через сеть Ethernet. Управляющая ЭВМ используется для вывода на экран значений технологических переменных, их регистрации и сигнализации их предельных значений и формирует законы управления исполнительными механизмами, электродвигателем насоса H1 и экстрактора М1.

Для автоматического регулирования концентрацииэкстракта расходом параиспользуется кондуктометрический концентратомер КВЧ 5М, состоящий из чувствительного элемента QЕ-1а, установленного на трубопроводе и преобразователя поз. QT-1б, с унифицированным выходным сигналом (4-20 мА). К этому преобразователю подключен вторичный измерительный прибор КСУ2-080-01поз. QI-1в. Сигнал подается на вход модуля аналогового ввода ADAM-8231-1BD60. Регулирование концентрации экстракта осуществляется путем изменения расхода пара регулирующим органом 25ч14нж с электроприводом поз. 1е и датчиком угла поворота поз. GE-2, установленным на трубопроводе подачи пара.  Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода ADAM-8222-1BH10 через магнитный пускатель ПМЛ-4500 поз. NS-1г. Для реализации сигнализации крайних положений исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода ADAM-8221-1BН10. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция ПКЕ-222 поз. HS-1д.