Автоматизація процесу прекристалізації фумарової кислоти

Автоматизація процесу прекристалізації фумарової кислоти

Вступ

Складність і висока швидкість протікання технологічних процесів у хімічній промисловості, їх чутливість до порушень режиму, а також вибухо - та пожежонебезпечність і шкідливість умов роботи спричиняють підвищену увагу до питань автоматизації хіміко-технологічних процесів. Автоматичні контроль та керування технологічними процесами забезпечують високу якість продукції, раціональне використання сировини та енергії, подовження термінів міжремонтного пробігу устаткування, зменшення чисельності технічного персоналу.

1.Опис технологічної схеми процесу

Після синтезу шляхом окиснення фурфуролу хлоратом натрію в присутності каталізатора - пятиокису ванадію сира фумарова кислота забруднена кислим малеатом натрію та неорганічними солями, такими як хлорид, хлорат та метаванадат натрію. Вміст основної речовини в сирому продукті 76%. Тому його очищають перекристалізацією з 1н розчину соляної кислоти. 1н соляна кислота готується з продажної 37%-ної HCl шляхом розведення водою у масовому співвідношенні 1:26,4 у реакторі з кислотостійкої сталі. По завершенні синтезу висушену сиру фумарову кислоту за допомогою шнекового постачальника загружають в стальний реактор, що обвязаний зі збірником 1н соляної кислоти, мірником для останньої та кожухотрубчатим теплообмінником. Перекристалізацію проводять за температури кипіння суміші (?100°С). При цьому продукт очищається від вказаних домішків. Після цього продукт фільтрують на нутч-фільтрі та сушать. Вміст основної речовини в готовому продукті становить 99,5%.

Вихід складає 43% від теоретичного значення розрахованого на фурфурол.

2.Аналіз технологічного обєкта

№ п/пНайменування стадії процесу (технологічний обєкт), місце заміру параметраНайменування параметра, що вимірюється або регулюєтьсяНорми технологічного режиму та допустимі відхиленняВимоги до схеми автоматизації (вимірювання, регулювання, сигналізація)1 Приготування 1н HCl, трубопроводи для кислоти та водиСпіввідношення витрат концентрованої HCl та водиm(HCl):m(води)= =1:26,4Регулювання2Приготування 1н HCl, реактор для приготування 1н соляної кислотиРівень заповнення реактора для приготування 1н соляної кислотиНе більше 0,7 повного обєму реактораСигналізація3Приготування 1н HCl, реактор для приготування 1н соляної кислотиТемпература сумішіНе більше 40°СРегулювання4Приготування 1н HCl, збірник для 1н соляної кислотиРівень заповненняНе більше 0,9 повного обєму збірникаСигналізація5Приготування 1н HCl, мірник для 1н соляної кислотиРівень заповненняОпераційна загрузка 1н соляної кислотиРегулювання6Перекристалізація, реактор для перекристалізаціїРівень заповнення реактора для перекристалізації Не більше 0,7 повного обєму реактораСигналізація7Перекристалізація, реактор для перекристалізаціїТемпература суміші100±5°СРегулювання8Перекристалізація, теплообмінникТемпература конденсата50±5°СРегулювання

3.Опис системи контролю та керування

В даній роботі ми розглядаємо процес автоматизації стадії перекристалізації сирого продукту у виробництві фумарової кислоти. Схема складається з наступних обєктів: реактор для приготування 1н соляної кислоти поз. 1, реактор для перекристалізації сирого продукту поз. 2, збірник 1н соляної кислоти поз. 3, мірник для 1н соляної кислоти поз. 4, теплообмінник поз. 5.

Автоматизація реактора поз. 1.

Приготування 1н соляної кислоти здійснюється шляхом змішування концентрованої 37%-ної 1н соляної кислоти з водою у співвідношенні 1:26,4 за масою. Таке співвідношення потоків вихідних речовин можна забезпечити використавши слідкувальну систему автоматичного регулювання співвідношення витрат. Для цього проводять вимірювання витрат в технологічному потоці соляної кислоти, що реалізується за допомогою встановлення звужувального пристрою 1-1, що приєднаний до пневматичного передавального пристрою 1-2, який передає на відстань сигнал до вторинного показу вального приладу 1-3, що в свою чергу обвязаний з пропорційно-інтегральним пневматичним регулятором 1-4 співвідношення витрат ПР3.33М1 (система СТАРТ). Даний регулятор 1-4 безпосередньо звязаний з пневматичним виконавчим механізмом МИМП ППХ 05В з позиціонером ПП-1 і верхнім дублером (прилад 1-5 на схемі).

Оскільки процес розчинення соляної кислоти екзотермічний, то реактор поз. 1 обладнано системою вимірювання температури реакційної маси з метою контролю за витратами оборотної води (одноконтурна стабілізувальна система автоматичного регулювання температури з використанням панелі керування). Для цього реактор має бути обладнаний спеціальною гільзою для термоелектричного перетворювача 3-1 для заміру температури; сигнал з 3-1 йде на вторинний показувальний і реєструвальний прилад ДИСК-250 із вмонтованим пропорційно-інтегральним регулювальним пристроєм з пневматичним вихідним сигналом 0,02-0,1 МПа 3-2, а з 3-2 на пневматичну панель керування ДПУ.1 3-3, далі пневмосигнал йде на мембранний пневмопривід В26-41 3-4, що регулює подачу оборотної води.

Оскільки реактор не обладнаний мірним склом, а нам потрібно знати рівень рідини в реакторі, то реактор обладнують акустичним рівнеміром ЕХО-3, сигнал з якого йде на місцевий первинний перетворювач АП-3 позначений 4-1, далі через проміжний перетворювач ПП-3 позначений 4-2 сигнал подають на вторинний показувальний вузькопрофільний прилад М1830 позначений як 4-3. Готова 1н соляна кислота подається в збірник поз. 3, розрахований на обєм кислоти на 2 операції перекристалізації.

Автоматизація реактора поз. 2.

В даному реакторі відбувається безпосередньо перекристалізація сирої фумарової кислоти з 1н розчину соляної кислоти. Сира фумарова кислота загружається у реактор поз. 2 за допомогою шнекового постачальника. Перекристалізація ведеться при температурі ?100°С, тобто суміш нагрівається до кипіння. Нагрівання здійснюється перегрітою водою з температурою 109°С. Для контролю та підтримання температури реакційної маси реактор поз. 2 аналогічно до реактора поз. 1 має бути обладнаний спеціальною гільзою для термоелектричного перетворювача 8-1 для заміру температури; сигнал з 8-1 йде на вторинний показувальний і реєструвальний прилад ДИСК-250 із вмонтованим пропорційно-інтегральним регулювальним пристроєм з пневматичним вихідним сигналом 0,02-0,1 МПа 8-2, а з 8-2 на пневматичну панель керування ДПУ.1 8-3, далі пневмосигнал йде на мембранний пневмопривід В26-41 8-4, що регулює подачу гарячої води.

Для вимірювання рівня заповнення реактор поз. 2 обладнаний акустичним рівнеміром ЕХО-3, сигнал з якого йде на місцевий первинний перетворювач АП-3 позначений 4-1, далі через проміжний перетворювач ПП-3 позначений 4-2 сигнал подають на вторинний показувальний вузькопрофільний прилад М1830 позначений як 4-3. Реакційна маса після перекристалізації подається на нутч-фільтр.

Автоматизація збірника поз. 3.

Оскільки збірник поз. 3 розрахований на 2 операційних обєми, то необхідно обладнати його акустичним рівнеміром ЕХО-3, сигнал з якого йде на місцевий первинний перетворювач АП-3 позначений 5-1, а далі через проміжний перетворювач ПП-3 позначений 5-2 сигнал йде на вторинний показувальний вузькопрофільний прилад М1830 5-3. Із збірника поз. 3 1н соляна кислота подається в мірник поз. 4, розрахований на 1 операційній обєм кислоти.

Автоматизація мірника поз. 4.

Мірник слугує для відносно точного відмірювання обєму соляної кислоти, необхідного для однієї операції перекристалізації. Отже, його необхідно обладнати рівнеміром. Обираємо акустичний рівнемір ЕХО-3, сигнал з якого йде на місцевий первинний перетворювач АП-3 позначений 6-1, далі через проміжний перетворювач ПП-3 позначений 5-2 сигнал поступає на вторинний показувальний вузькопрофільний прилад М1830 5-3. Із мірника поз. 4 1н соляна кислота подається самопливом в реактор для перекристалізації поз. 2.

Автоматизація теплообмінника поз. 5.

Оскільки в ході перекристалізації потрібно забезпечити повну конденсацію парів на виході з реактора, то необхідно підтримувати певну температуру конденсату на виході з теплообмінника поз. 5, а значить і певні витрати холодоагенту. Для цього на виході з теплообмінника ставимо термоелектричний перетворювач 9-1 для заміру температури, сигнал з 9-1 йде на нормувальний перетворювач 9-2, а далі пневмосигнал йде на вториний пневматичний показу вальний прилад 9-3 зі станцією керування; керуючий сигнал зі станції керування подають на пневматичний регулятор 9-4, який керує пневматичним виконавчим механізмом 4-5 який регулює подачу холодної води до теплообмінника.

Висновки

фумаровий кислота хлорат ванадій

У процесі виконання розрахункової роботи нами були отримані практичні знання та навички з таких питань:

самостiйний аналiзу технологiчних процесiв з позицiй автоматизацiї;

квалiфiковане формулювання завдання на автоматизацiю технологiчних процесiв;

засвоєння принципів дії та особливостей застосування основних типів первинних вимірювачів (датчиків) технологічних параметрів;

ознайомлення з алгоритмами керування та функціональними можливостями автоматичних регуляторів (позиційних, аналогових, мікропроцесорних), особливостями конструкції та умовами експлуатації пристроїв безпосереднього впливу на технологічні процеси (виконавчі механізми та регулювальні органи);

робота схем та пристроїв сигналізації, автоматичного блокування і захисту, дистанційного керування технологічним електроустаткуванням;

вдосконалення техніки читання та розробки схем автоматизацiї технологiчних процесiв, ознайомлення з чинними стандартами в царинi контролю та керування хіміко-технологiчними процесами.

Використана література

1. Керівництво до виконання розрахункової роботи з курсу «Контроль і керування хіміко-технологічними процесами», Розроб.: Лукінюк М.В., Київ, «Політехніка», 2012 р.

2. Анфімова Н.К., Захарова Т.І. «Прекристалізації фумарової кислоти». - М.: Технології, 2010. - 272 с.

. Доцяк В.С. Кислоти. К.: Вища шк., 2006. - 550 с.