Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический
Университет»
Факультет заочный химико-технологический
Кафедра автоматизации производственных процессов
Контрольная работа
Руководитель:
____________
( подпись)
___________________
(оценка, дата)
Разработал:
Студент группы 2603с
____________
( подпись)
Содержание
Введение…………………………………………………………………………….2
1 Описание технологического процесса………………………………………….3
2 Спецификация приборов и средств автоматизации……………………………5
3 Выбор и обоснование параметров контроля, регулирования и управления...8
4 Выбор и обоснование приборов и средств автоматизации…………………… 9
Библиографический список……………………………………………………….12
Функциональная схема автоматизации отбелки ступени щелочения…………..13
Приложение…………………………………………………………………………14
Введение
Современные химические предприятия относятся к высокоавтоматизированным отраслям промышленности. Многие технологические процессы протекают без непосредственного участия человека. В эксплуатации находятся большое количество приборов, обеспечивающих автоматическое получение, преобразование, сортировку, передачу и использование информации. Поддержание заданных значений технологических параметров обеспечивается с помощью автоматических и автоматизированных систем управления.
Автоматизация приводит к улучшению основных показателей эффективности производства: увеличению количества и снижению себестоимости выпускаемой продукции, повышению производительности труда, обеспечивает высокое качество продукции, сокращение брака и отходов, способствует уменьшению затрат на сырье и энергию, уменьшение численности рабочих, удлиняет сроки межремонтного пробега оборудования. Внедрение в производство систем автоматизации способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнения воздуха и водоёмов промышленными отходами.
Инженеры - технологи химических предприятий обязательно принимают участие в разработке функциональных схем автоматизации, которые являются первыми и очень важными при проектировании систем управления производством.
1 Описание технологического процесса
Отбелка целлюлозы представляет собой многоступенчатый технологический процесс, при котором на каждой ступени для обработки целлюлозы используют различные отбельные реагенты, специфически проявляющие свое действие. Между отдельными ступенями отбелки производится промывка целлюлозы водой для удаления из массы отработанных растворов и последующее смешение массы со свежими реагентами.
В данной контрольной работе автоматизируется одна ступень четырехступенчатой схемы отбелки сульфатной беленой целлюлозы – ступень щелочения (Щ).
Процесс щелочения производится в башне с ходом массы сверху вниз и внутренней поглотительной колонкой при температуре 80 0С в течение 180 минут при концентрации массы 12%. Проведение щелочения при температуре 80 0С способствует более полному удалению из целлюлозы образовавшихся продуктов окисления и частичного хлорирования лигнина, что также повышает степень белизны целлюлозы.
В нижней части башни D1 масса разбавляется до массовой доли волокна 4 %, так как рабочая концентрация вакуум-фильтра около 4 %, и, насосом, подается из нижней части башни диоксида хлора на вакуум-фильтр. Непосредственно перед вакуум-фильтром масса разбавляется оборотной водой из бака.
Масса на вакуум-фильтре промывается свежей водой. Сходящая с вакуум-фильтра масса, с массовой долей волокна 14 %, подается транспортирующим шнеком в паровой смеситель химикатов. Также в паровой смеситель подаем гидроксид натрия. После смешения масса подается в шахту насоса средней концентрации МС. Где по необходимости разбавляется оборотной водой до концентрации 12%. Далее насосом подаем в башню щелочения. На выходе из башни масса разбавляется до концентрации 4% и подается на следующую ступень отбелки.
Таблица1 – Технологический режим отбелки ступени щелочения (Щ2)
Наименование процесса и оборудования | Название параметров технологического режима | Значение |
1 Башня отбелки гидроксидом натрия | Температура, 0С | 80 |
Продолжительность, мин | 180 | |
Концентрация массы, % | 12 |
2 Спецификация приборов и средств автоматизации
 |
Таблица 2 – Спецификация приборов и средств автоматизации
Позиция | Наименование и техни-ческая характеристика | Тип, модель, марка | Изготовитель | |
1 | 2 | 3 | 4 |
|
1-1 | Датчик уровня. Диапазон измерения 0,62 – 2070 кПа | Датчик давления Rosemount 3051. Модель Rosemount 3051L (датчик уровня) | «МЕТРАН», г. Челябинск |
|
1-2 | Вторичный регистрирующий прибор. | ДИСК-250 с ЭП-1324 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
|
1-3 | Магнитный расходомер интегрального типа. Диапазон измерения 0,36…360 м3/ч | Rosemount 8700 с датчиком расхода 8705 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
|
1-4 | Вторичный регистрирующий прибор. | ДИСК-250 с ЭП-1324 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
|
1-5 | Запорно – регулирующий клапан Ду-100, Ру-10 | Шаровой клапан MBV Серия М1 | « Метсо Автоматизация» Финляндия |
|
2-1 | Расходная дифрагма. Диапазон измерения 0…20 т/ч. Ду-80 | Датчик измерения перепада давлений Метран-43-дд | «МЕТРАН», г. Челябинск |
|
2-2 | Вторичный регистрирующий прибор. | ДИСК-250 с ЭП-1324 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
|
2-3 | Запорно – регулирующий клапан Ду-80, Ру-10 | Шаровой клапан MBV Серия М1 | « Метсо Автоматизация» Финляндия |
|
2-4 | Магнитный расходомер интегрального типа. Диапазон измерения 0,209…209 м3/ч | Rosemount 8700 с датчиком расхода 8705 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
|
2-5 | Вторичный регистрирующий прибор. | ДИСК-250 с ЭП-1324 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
|
Продолжение таблицы 2
1 | 2 | 3 | 4 |
2-6 | Запорно – регулирующий клапан Ду-50, Ру-10 | Шаровой клапан MBV Серия М1 | « Метсо Автоматизация» Финляндия |
3-1 | Преобразователь температуры. Диапазон измерения -50…500°С. | Метран-280 Модель «Метран 286» | «МЕТРАН», г. Челябинск |
3-2 | Вторичный регистрирующий прибор. | ДИСК-250 с ЭП-1324 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
3-3 | Датчик уровня. Диапазон измерения 0,62 – 2070 кПа | Датчик давления Rosemount 3051. Модель Rosemount 3051L (датчик уровня) | «МЕТРАН», г. Челябинск |
3-4 | Вторичный регистрирующий прибор. | ДИСК-250 с ЭП-1324 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
3-5 | Запорно – регулирующий клапан Ду-50, Ру-10 | Шаровой клапан MBV Серия М1 | « Метсо Автоматизация» Финляндия |
3-6 | Запорно – регулирующий клапан Ду-150, Ру-10 | Шаровой клапан MBV Серия М1 | « Метсо Автоматизация» Финляндия |
4-1 | Преобразователь температуры. Диапазон измерения -50…500°С. | Метран-280 Модель «Метран 286» | «МЕТРАН», г. Челябинск |
4-2 | Вторичный регистрирующий прибор. | ДИСК-250 с ЭП-1324 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
4-3 | Датчик концентрации целлюлозной массы Диапазон измерения 2…16% | Лейзвийный преобразователь концентрации КС/3 | «Kajaani» Финляндия |
4-4 | Вторичный регистрирующий прибор. | ДИСК-250 с ЭП-1324 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
4-5 | Датчик уровня. Диапазон измерения 0,62 – 2070 кПа | Датчик давления Rosemount 3051. Модель Rosemount 3051L (датчик уровня) | «МЕТРАН», г. Челябинск |
Продолжение таблицы 2
1 | 2 | 3 | 4 |
4-6 | Вторичный регистрирующий прибор. | ДИСК-250 с ЭП-1324 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
4-7 | Датчик измерения рН Диапазон измерения 2,5-13 | Двухпроводные датчики РН 200G | “Yokogawa”, Япония |
4-8 | Вторичный регистрирующий прибор. | ДИСК-250 с ЭП-1324 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
4-9 | Магнитный расходомер интегрального типа. Диапазон измерения 0,209…209 м3/ч | Rosemount 8700 с датчиком расхода 8705 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
4-10 | Вторичный регистрирующий прибор. | ДИСК-250 с ЭП-1324 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
4-11 | Датчик концентрации Диапазон измерения 2…16% | Лейзвийный преобразователь концентрации КС/3 | «Kajaani» Финляндия |
4-12 | Вторичный регистрирующий прибор. | ДИСК-250 с ЭП-1324 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
4-13 | Запорно – регулирующий клапан Ду-350, Ру-10 | Шаровой клапан MBV Серия М1 | « Метсо Автоматизация» Финляндия |
4-14 | Запорно – регулирующий клапан Ду-350, Ру-10 | Шаровой клапан MBV Серия М1 | « Метсо Автоматизация» Финляндия |
5-1 | Датчик уровня. Диапазон измерения 0,62 – 2070 кПа | Датчик давления Rosemount 3051. Модель Rosemount 3051L (датчик уровня) | «МЕТРАН», г. Челябинск |
5-2 | Вторичный регистрирующий прибор. | ДИСК-250 с ЭП-1324 | «МЕТРАН», г. Челябинск |
5-3 | Запорно – регулирующий клапан Ду-150, Ру-10 | Шаровой клапан MBV Серия М1 | « Метсо Автоматизация» Финляндия |
3 Выбор и обоснование параметров контроля, регулирования и управления
Основной задачей управления технологическими параметрами ступени отбелки отбельного цеха является обеспечение оптимального протекания технологического процесса. Необходимо осуществлять регулирование и контроль следующих параметров:
- температуру массы на щелочение,
- расход оборотной воды,
- расход гидроксида натрия,
- расход горячей воды на вакуум фильтр,
- уровень в ванне вакуум-фильтра,
- уровень оборотной воды в баке,
- уровень массы в башне щелочения,
- рН массы в башне щелочения,
- белизна в башне щелочения,
- массовая доля волокна после щелочения.
Уровень в ванне вакуум-фильтра контролируется уровнем LT-1-2. Уровень регулируется для обеспечения лучшей промывки массы на вакуум-фильтре.
Расход гидрооксида натрия осуществляется регулированием расхода FC-2-5. Уровень в башне Щ поддерживается контуром LC-4-6, для того, чтобы обеспечить наиболее интенсивное перемещение массы в башне.
В нижней части башни Щ масса разбавляется до массовой доли волокна 4 %, так как рабочая концентрация вакуум-фильтра около 4 %, и, насосом, подается из нижней части башни окислительного щелочения на вакуум-фильтр. Расход оборотной воды на разбавление устанавливается концентрацией QC-4-12 Непосредственно перед вакуум-фильтром масса разбавляется оборотной водой из бака насосом.
Уровень в баке фильтрата поддерживается уровнем LC-5-2. Масса на вакуум-фильтре промывается горячей водой. Расход воды на промывку регулируется расходом FC-1-4 Сходящая с вакуум-фильтра масса, с массовой долей волокна 14 %, подается транспортирующим шнеком в паровой смеситель химикатов. Сгущаем массу до 14 %, для того чтобы снизить расход реагентов. Если использовать сильно разбавленную массу, то необходимо подавать более концентрированный раствор гидроксида натрия, так как он будет разбавляться водой. Для подогрева массы в паровой смеситель подается острый пар. Температура массы регулируется количеством подаваемого пара, который управляется контуром поз. ТС-3-2. Масса поступает в башню Щ2. Концентрация массы подаваемая в башню контролируется концентрацией QC-4-4.
4 Выбор и обоснование приборов и средств автоматизации
Для измерения температуры используются интеллектуальные преобразователи температуры (ИПТ) Метран-286 с термометром сопротивления платиновый Pt-100. Данный датчик имеет высокий класс точности 0,15 %, также относится к средней стоимостной категории. Pt-100 в окислительной среде инертен, что, важно, так как используется в отбельном цехе. Выбрали данный термометр для применения в отбельном цехе, так как платина в окислительной среде инертна, а также данный термометр имеет влагозащищенную конструкцию.
Для измерения расхода используется магнитный расходомер интегрального типа Измеряемые среды: электропроводные жидкости, имеющие минимальную электропроводность 5·10C4 См/м Диаметр условного прохода 4...900 мм
Пределы основной относительной погрешности до ±0,25% (опция ±0,15%) Давление измеряемой среды 0,05…4,00 МПа Выходные сигналы: 4C20 мА,
Внесен в Госреестр средств измерений под № 000/3
Расходомеры электромагнитные серии Rosemount 8700 предназначены для измерений объемного расхода электропроводных жидкостей. Используются в системах автоматического контроля и управления технологическими процессами в энергетике, химической, пищевой, бумажной и других отраслях промышленности, а также в системах коммерческого учета жидкостей.
Основные преимущества:
- применение для измерения расхода агрессивных
сред;
- различные материалы электродов и футеровок;
- высокая точность измерений;
- отсутствие движущихся частей;
- малые потери давления.
- рабочие нормальные условия: температура окружающего воздуха -10…60 0С, влажность 5…95%, напряжение питания 100…240 В постоянного тока, частота 47…63 Гц.
Данный прибор имеет достаточно высокую точность, автоматическую настройку нуля, а также функцию самодиагностики, что упрощает его использование в плане технического обслуживания.
Для измерения уровня выбирается датчики. Высокоточные, интеллектуальные датчики гидростатического давления (уровня) Rosemount 3051L для измерения уровня жидкости обладают улучшенными значениями основной приведенной погрешности и стабильности измерений во времени. Датчики предназначены для измерения уровня жидкостей в закрытых и открытых резервуарах, для производственных процессов с различными типами фланцевых соединений,
с возможностью промывки мембран и защитой от парафиновых отложений.
Датчики нашли применение во всех отраслях промышленности и зарекомендовали себя как надежные и качественные приборы измерения 
гидростатического давления (уровня), имеют взрывозащищенное и искробезопасное исполнение. Основная приведенная погрешность ±0,075%
Данные датчики измерения уровня нашли широкое применение в целлюлозно-бумажной промышленности, так как корпус прибора выполнен влагонепроницаемым и коррозионно-устойчивым. А это необходимые условия для приборов автоматизации, применяемых в отбельном цехе.
Белизна измеряется датчиком Cormec, который в свою очередь связан с центральным блоком KAYAANI установленным в электро-щитовой. Блок питания датчика – блок вставного типа, который создает нужное напряжение датчика от напряжения 56 В, поставляемого выпрямителем центрального блока KAYAANI. Данный датчик работает при температуре измеряемой среды 0…100 0С. Датчик Cormec устанавливается в технологической линии с шаровым клапаном. Датчик и его части для сборки изготовляются из титана, обладающим стойкостью к химикатам, используемым в отбелке целлюлозы. Данный прибор предназначен для измерения остаточной концентрации химикатов, используемых в отбелке целлюлозы. Следовательно, датчик имеет соответствующее исполнение, то есть влагонепроницаемое и коррозионно-устойчивое.
Для измерения рН выбирается двухпроводной датчик модели РН 200G. К основным свойствам датчика относятся:
- даже во время измерения рН могут быть переданы сигналы о неполадке сенсора;
- три типа встроенных таблиц растворов стандартного типа обеспечивают легкую автоматическую калибровку прибора;
- во время автоматической калибровки стандартными растворами, степень износа электрода может быть проверена автоматически;
- ежедневное обслуживание прибора может выполняться без снятия его крышки, что продлевает срок службы изоляции прибора;
- датчик имеет очень удобную панель управления.
Датчик модели РН 200G имеет следующие технические характеристики:
1 Имеет водонепроницаемую и взрывобезопасную конструкцию в соответствии с Nema 4.
2 Крепление на трубе, стене или на пульте управления.
3 Температура внешней среды от -10 до +50 0С.
4 Диапазон измерения от -2 до 15 рН.
5 Передаваемый сигнал 4…20 мА постоянного тока, изолированный вывод.
6 Напряжение питания 17…40 В переменного тока.
7 Автоматическая компенсация диапазона температур от -10 до +130 0С.
8 Повторяемость 0,05 рН (электрод погружен в тот же самый стандартный раствор 3 раза).
9 Время реагирования 10 секунд.
10 Автоматическая калибровка прибора.
11 Имеет функцию самопроверки.
Так как датчик имеет водонепроницаемую и взрывобезопасную конструкцию в соответствии с Nema 4, его целесообразно применять в условиях 
отбельного цеха, то есть при повышенной температуре и влажности, а также при небольшом содержании в воздухе химически активных веществ.
Для измерения массовой доли волокна применяется датчик концентрации КС3/С «Kajaani». Запатентованный устойчивый к резким перепадам, не имеющий уплотнений передающий механизм на основе единой с корпусом передающей диафрагмы исключает проникновение массы в измеритель. Все смачиваемые части выполнены из титана. Тип датчика лезвийный преобразователь концентрации. Диапазон измерения 2…16%. Чувствительность датчика менее 0,01%. Встроенные кривые калибровки датчика по породному составу.
Вторичные приборы необходимы для преобразования контролируемых параметров в информацию. Мы выбрали приборы с дисковой диаграммой Диск 250 И 3331 и с пневматическим выходным сигналом Диск 250 с ЭП-1324.
Диск 250 предназначен для измерения и регистрации активного сопротивления, силы и напряжения постоянного тока, а также неэлектрических величин, в преобразованные выше сигналы.
Данный прибор имеет следующие технические характеристики:
1 Быстродействие 5 секунд.
2 Время оборота диска 24 часа.
3 Длина шкалы 560 мм, диаметр 250 мм.
4 Питание 220 В.
5 Потребляемая мощность не более 25 Вт.
6 Габаритные размеры 320×320×290.
По конструкции выбираются регуляторы приборного типа, то есть встроенные в измерительный прибор. По закону регулирования имеем пропорционально-интегральный регулятор. Этот регулятор обеспечивает устойчивое регулирование для объектов с самовыравниванием и без него. По виду питания выбирается регулятор непрямого действия, а именно электрические. Эти регуляторы имеют следующие преимущества: универсальность, быстродействие, питание от централизованных электрических частей, большой радиус действия, независимость рабочих характеристик от температуры и давления окружающей среды, легкость монтажа и демонтажа, значительная стандартизация и заменяемость деталей.
Пневматические исполнительные механизмы имеют следующие преимущества перед электрическими: пожаро - и взрывобезопасны, характеризуются высокой надежностью при работе в условиях агрессивных сред и резких колебаний температур, просты в эксплуатации, недороги, используют повсеместно имеющийся рабочий агент – воздух. Для автоматизации процесса отбелки выбирается 1 вид специальных исполнительных устройств:
Шаровой клапан MBVСерия М1 фирмы « Neles»Финляндия
Клапана имеют следующую характеристику: большую строительную длину, малую строительную высоту, малый ход затвора, малое время открывания и закрывания, малое гидравлическое сопротивление. Также клапана обладают высокой герметичностью по отношению к внешней среде и высокая герметичность запорного органа. Эти клапана удобны в обслуживании.
Библиографический список
1. Зингель, целлюлозно-бумажных производств [Текст] / . – Красноярск: : СибГТУ, 2005.- 278 с.
2. Зингель, схемы автоматизации [Текст] / . – Красноярск: : СибГТУ, 2004.- 212 с.
3. Зингель, и средства автоматизации. Справочное пособие [Текст] / . – Красноярск: : СибГТУ, 2000.- 260 с.
