Окисление цыклогексанола

Зміст

Вступ __________________________________________________________ 5

1. Техніко-економічне обґрунтування системи _____________________ 6

2. Аналіз технологічно-апаратурної схеми процесу _________________ 8

2.1.  Технічна характеристика підприємства _____________________8

2.2. Опис технологічного процесу окислення анолону____________ 10

2.3. Технічна характеристика обладнання, що використовується в технологічному процесі окислення анолону ________________________   18

2.4. Матеріальний та тепловий  баланси технологічного об’єкта __    20

2.5. Карта технологічних параметрів __________________________  29

3. Проектування автоматизованої системи керування _______________31

3.1.Аналіз існуючої  системи автоматизації та  рівня автоматизації___31

3.2. Вибір структури системи управління та комплексу технічних засобів__________________________________________________________ 32

3.2.1. Характеристика засобів автоматизації,  що застосовуються в процесі_________________________________________________________  32

3.2.2 Технічні засоби автоматизації контролера _________________   37 3.3. Опис функціональної схеми автоматизації ___________________ 46

3. 4. Розрахунок системи  автоматизованого регулювання температури  в кубовій частині колони ___________________________________________  54

3.4.1 Вимоги до якісних показників  функціонування САР  _________ 54

3.4.2 Моделювання та оптимізація  САР_________________________ 60

3.5. Дослідження динамічних характеристик контуру регулювання концентрації_____________________________________________________64

3.6. Розробка проекту автоматизації в TRACE MODE_____________ 76

3.7. Проектування зовнішніх електричних проводок _____________ 82

3.8. Опис компоновки і комутації щитів КВПіА _________________  83

4. Розрахунок  економічної ефективності ___________________________86

4.1. Техніко-економічні розрахунки ____________________________86

4.1.1. Одноразові капіталовкладення__________________________ 87

4.1.2. Експлуатаційні витрати  _________________________________90

4.2. Розрахунок економічного ефекту __________________________91

4.3. Розрахунок терміну окупності ___________________________ 93

5. Охорона праці та захист навколишнього середовища _____________ 94

5.1. Організація охорони праці при роботах по автоматизації на ВАТ “Рівнеазот” ____________________________________________________ 94

5.2. Шкідливі речовини та заходи захисту _____________________ 97

5.3. Заходи та засоби індивідуального захисту _________________ 105

5.4. Розрахунок заземлюючого пристрою ______________________106

5.5. Розрахунок блискавкозахисту цеху ________________________108

Висновки ____________________________________________________   111

Список використаної літератури _______________________________  113

Додатки ______________________________________________________  114

 

 

 

Вступ

Адипінова кислота –  дуже важливий продукт хімічної промисловості. Вона є основою при виробництві поліамідної смоли нейлон. Тому адипінову кислоту (АК) ще називають нейлоновою кислотою. Адипінова кислота використовується також в харчовій промисловості як замінник лимонної кислоти, як консервант та для виготовлення пекарських порошків. АК – важлива складова при виробництві солі АГ (гексометилендиаммонійадипінату), солі СГ (гексометилендиаммонійсебацината), поліуретанів; це чудовий пластифікатор при виробництві пластмас. У поліграфічній промисловості вона застосовується для одержання паперу високої якості.

 Оскільки  європейський ринок потребує якісної сировини і готовий платити за неї значні кошти, потрібно забезпечити конкурентоспроможну якісну продукцію. Тому актуальним є питання переходу від локальних до централізованих систем управління та моніторингу технологічних процесів. Централізовані системи управління дають можливість слідкувати та реєструвати дані, що надходять з різних ділянок технологічної лінії, а отже, збільшується швидкість реагування на відхилення параметрів від заданих меж, створюється можливість своєчасного усунення аварійних ситуацій. При застосуванні сучасної комп’ютерної техніки, контролерів та ін. пристроїв можна суттєво підвищити якість управління, швидкодію обробки інформації та зменшити собівартість продукції.

Тому без застосування систем автоматизації в умовах сучасного  хімічного виробництва не обійтись.     

 

1. Техніко-економічне обґрунтування системи

Метою магістерської роботи є дослідження та автоматизація процесу окислення анолону у виробництві адипінової кислоти на ВАТ “Рівнеазот”. Задачею магістерської роботи є:

• заміна (при можливості) технічних засобів автоматизації;
• впровадження принципово нової SCADA-системи управління Trace Mode з метою створення нової автоматизованої систему управління технологічним процесом окислення анолону у виробництві адипінової кислоти з можливістю подальшої автоматизації усієї стадії вцілому.
• створення математичної моделі об’єкту автоматизації;
• розрахунок системи автоматизації, системи автоматичного регулювання;
• техніко-економічний розрахунок

Реалізація проекту  здійснюється на основі робочої документації. До складу робочих документів проектів по автоматизації виробничих процесів входять:

1. Структурні схеми контролю і керування, що визначають основні функціональні частини системи автоматизації, їхнє призначення і взаємозв'язки.
2. Функціональні схеми автоматизації виробничих процесів, що роз'ясняють визначені процеси, що протікають в окремих функціональних ланцюгах системи.
3. Загальні види щитів, пультів і постів контролю і керування.
4. Принципові, електричні, пневматичні, гідравлічні схеми автоматичного регулювання, керування, захисту, блокування, сигналізації і живлення. Ці схеми визначають повний склад елементів і зв'язків між ними, а також детальне представлення про принципи роботи системи.
5. Монтажні схеми щитів, пультів і постів контролю і керування, що показують з'єднання складових частин системи (проводи, джгути, кабелі, трубопроводи) із вказівкою місця  їхнього приєднання і введення.

6. Схеми зовнішніх  електричних і трубних проводок.

7. Плани розташування засобів автоматизації, електричних і трубних проводок.

8. Нетипові креслення установок засобів автоматизації.

9. Інші робочі  документи і матеріали.

 

2. Аналіз технологічно-апаратурної схеми процесу
1. Технічна характеристика підприємства

Під час аналізу технологічного процесу окислення анолону при  виробництві адипінової кислоти  на ВАТ “Рівнеазот” були виявлені наступні причини економічних втрат:

• низька точність керування технологічними параметрами;
• непланові простої обладнання;
• невиробничі витрати електроенергії;
• перевитрати сировини;
• недовипуск і втрати готової продукції.

Низька точність керування  технологічними параметрами процесу  окислення анолону при виробництві  адипінової кислоти призводить до:

• дестабілізації технологічних параметрів, що обумовлює до перевитрати сировини, електроенергії; недовипуск готової продукції;
• створення аварійних ситуацій;
• випуску неякісної  продукції;
• непланових зупинок окремого обладнання та агрегату в цілому.

Існуюча система автоматизації  технологічного процесу окислення  анолону при виробництві адипінової кислоти у цеху АК-2 ВАТ “Рівнеазот” передбачає, в основному, ручне дистанційне керування технологічними параметрами. Обладнання, яке використовується, є морально застарілим і не забезпечує потрібної точності керування технологічним процесом, що може призвести до небажаних наслідків, перерахованих вище.

Тому пропонуються наступні рішення по автоматизації даного технологічного процесу:

• проект автоматизації виконати на базі контролера Lagoon з використанням SCADA-системи Trace Mode;
• Оптимізувати температурний режим ректифікаційної колони (поз. К703);
• перейти на централізоване керування всім технологічним процесом з використанням 3-х рівнів автоматизації (рівня контролерів, оперативного, адміністративного рівнів)

Введення АСУ ТП з використанням сучасної мікропроцесорної техніки дозволить:

• підвищити точність керування технологічними параметрами;
• підвищити якість продукції;
• зменшити кількість шкідливих викидів в атмосферу;
• зменшити енергозатрати;
• зменшити тривалість вимушених простоїв цехового обладнання;
• збільшити термін служби обладнання;
• покращити умови праці обслуговуючого персоналу;
• підвищити продуктивність праці;
• зменшити собівартість продукції.

Створення багаторівневої системи керування забезпечить керування процесом на відстані, що є особливо важливим під час аварійних ситуацій.

Сервер для створення  архівів даних про хід технологічного процесу доцільно розмістити у вибухобезпечній зоні, що дозволить проаналізувати технологічні дані за певний період часу при виникненні такої необхідності.

 

2. Опис технологічного процесу окислення анолону

Адипінова кислота є одною з найважливіших з усіх аліфатичних дикарбонових кислот. Вона представляє собою безколірну кристалічну речовину (температура плавлення 152°С ), яка слабо розчиняється в холодній воді. Формула адипінової кислоти така:

HOOC-(CH₂)₄-COOH

Існують декілька методів  виробництва адипінової кислоти. Одним  з них є метод окислення нафти. Крім того, адипінову кислоту отримують в промисловості з бутадієну-1,3 і хлору через адіподинітрил. Джерелом адипінової кислоти можуть також слугувати тетрагідрофуран і бутадіон. В цьому випадку процес базується на ацетилені або фурфуролі.

Значний інтерес представляє також електрохімічна гідродимеризація акрилонитролу з утворенням насиченого динітрилу, який при гідролізі дає адипінову кислоту.

Зі всіх методів виробництва  адипінової кислоти найбільш економічні окислювальні методи, так як вони основані на більш дешевій сировині.

Інші насичені дикарбонові кислоти мають невелике значення. Їх отримують різними методами, включаючи не тільки реакції окислення.

Щавлева (С₂), янтарна (С₄) і глутарова (С₅) кислоти утворюються як побічні продукти при виробництві адипінової кислоти з циклогексану або циклогексанолу.

Анолон із забірника  насосом (поз.Н-702) подається в реактор окислення (поз.Р-707), де окислюється циркулюючою азотною кислотою з масовою часткою моногідрату 35-42%, в присутності каталізатора при температурі 75-89 °С і атмосферному тиску.

Реактор являє собою  пустотілий вертикальний циліндричний апарат з вмонтованими двома циліндрами. Циліндри утворюють один круговий і  два кільцеві перерізи.

Циркулюючий розчин і  анолон подаються в змішувальний пристрій реактора (поз. Р707), розташований в нижній частині реактора, де відбувається інтенсивне перемішування анолону і циркулюючого розчину. Анолон окислюється і вся реакційна суміш піднімається по висоті реактора, проходить послідовно два кільцевих перерізи і через перелив в верхній частині реактора подається у віддувну колону (поз.К-702).

У віддувній колоні (поз.К-702) за допомогою повітря з атмосфери та інертів при температурі 75-89 ⁰С і вакуумі 3-7 кПа віддуваються окисли азоту.

Атмосферне повітря, що надходить в колону підігрівається в калорифері. Загальна витрата газів на віддувку складає 1800-2600 м³/год, в тому числі слабких нітрозних газів не більше 800 м³/год.

Колона (поз.К-702) заповнена кільцями Паля, які розташовані в два шари.

В значній мірі очищена від оксидів азоту реакційна суміш подається в ректифікаційну колону (поз. К-703).

 В колоні (поз. К-703) відбувається відгонка води при температурі 65-75 ⁰С в кубі колони; при 60-70 ⁰С на третій тарілці; при 45-60 ⁰С в верхній частині колони і залишковому тиску 9,8-14,7 кПа в верхній частині колони.

Колона (поз. К-703) має 10 сітчасто-клапанних тарілок і обладнана двома циркуляційними випарниками (поз. Е-703).

Необхідна для ректифікації теплота підводиться в випарники (поз. Т-703) парою з тиском 0,6 мПа. Ця пара інжектує пару вторинного закипання.

Паровий конденсат від випарників (поз. Т-703) направляється в розширювач (поз. Е-790).

Кубовий залишок колони (поз. К-703), що являє собою розчин адипінової кислоти в азотній кислоті з домішками нижчих дикарбонових кислот (янтарної, глутарової) і каталізатора, після змішування із розчином азотної кислоти подається в реактор окислення по автономному контуру циркуляції з подальшою подачею в реактор (поз.Р-707).

Масова частка оксидів  азоту в розчині, що надходить в реактор, становить 0,018-0,06%.

Концентрація оксидів  азоту підтримується подачею  необхідної кількості реакційного  розчину через автономний контур.

Використання автономного  контуру дозволяє стабілізувати  роботу реакційного вузла, забезпечує повноту окислення органіки. Стабілізація роботи реактора усуває періодичне явище спінювання реакційних розчинів в колоні (поз.К-703), а також понижує масову частку азотної кислоти в соковій парі.