Спроектировать систему управления колонны К-2 установки полимеризации пропан – пропиленовой фракции

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ 

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра автоматизации химико-технологических процессов

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по курсу “Системы управления химико-технологическими процессами” 

На тему «Спроектировать систему  управления колонны К-2 установки  полимеризации пропан – пропиленовой фракции»

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студ. гр. ТБ-03-02                                                                                 И.С. Шаяхметова

 

Проверила: доцент                                                                                                             В.С. Пручай 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УФА 2007

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

 

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра автоматизации химико-технологических процессов

 

Студенту Шаяхметовой Инне Салаватовне

 

Задание на курсовое проектирование

 

Дисциплина «Системы управления химико-технологическими процессами»

 

Рассчитать и спроектировать систему управления колонны К – 2 установки полимеризации пропан – пропиленовой фракции

 

 

Исходные данные

1. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа.: Учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002.
2. Рудин М.Г., Драбкин А.Е. Краткий справочник нефтепереработчика. – Л.: Химия, 1980. – 63 с.
3. ГОСТ 21.404 – 85. Обозначения условные приборов и средств автоматизации.
4. Автоматизация технологических процессов: методические указания к курсовому и дипломному проектированию / Составитель: Л.Г.Дадаян. – Уфа: Изд.УНИ, 1985.-22с.
5. Приборы и средства автоматизации. Каталог. 7 томов. 2004.
6. Номенклатурный каталог продукции промышленной группы Метран.2005.
7. Курс лекций по СУХТП.
8. Интернет

 

 

Предоставить материалы в указанные  сроки:

1. Общая характеристика технологического процесса и задачи его автоматизации__________________________________________  26 неделя.
2. Описание схемы процесса_________________________________27 неделя.
3. Анализ процесса как объекта управления____________________ 28 неделя.
4. Выбор технических средств автоматизации__________________ 29 неделя.
5. Описание схем контроля, регулирования и сигнализации_______30 неделя.
6. Спецификация средств автоматизации ______________________ 31 неделя.
7. Функциональная схема автоматизации______________________ 32 неделя.

 

 

 

 

Дата выдачи «20» февраля 2007г.

 

Консультант

 

Студент

 

 

 

Содержание

 

Введение                                                                                                                     с.

1 Описание технологической схемы____________________________________5

  1.1 Назначение установки___________________________________________5

  1.2 Сырьё и продукция______________________________________________5

  1.3 Установка полимеризации  пропан – пропиленовой фракции___________5-6

  1.4 Материальный баланс___________________________________________ 6

  1.5 Показатель качества_____________________________________________6

  1.6 Расчёт параметров  процесса_____________________________________  6-7

     2 Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования_____________ 8

  2.1 Выбор регулируемых  параметров_________________________________ 9

    2.1.1 Температура_________________________________________________9

    2.1.2 Расход_____________________________________________________  9

    2.1.3 Уровень____________________________________________________ 9

    2.1.4 Давление___________________________________________________ 9

    2.15 Качество____________________________________________________9

  2.2 Выбор контролируемых параметров_______________________________10

  2.3 Выбор исполнительных устройств________________________________ 10

     3 Выбор средств автоматизации______________________________________11 

       3.1 Ремиконт Р  – 130_______________________________________________11

       3.2 Буйковый  уровнемер____________________________________________11

       3.3 Жидкостной  хроматограф «Цвет – 4000»___________________________12

       3.4 Дифманометр  Метран 100-ДД. Датчик давления Метран 100 – ДИ_____12

       3.5 Термопреобразователь  ТСПУ Метран - 276 МП_____________________13

       3.6 Дисплейная станция Димиконт ДС – 130__________________________ 13

     4 Спецификация средств автоматизации_______________________________14-17

    Заключение

    Список использованных  источников

  

 

Введение

Автоматизация технологических процессов, являясь  одним из главных направлений научно-технического прогресса, создает основу для повышения производительности труда во всех отраслях народного хозяйства.

Современные технологические процессы нефтеперерабатывающей, нефтехимической и микробиологической промышленности характеризуются сложностью отдельных элементов и их взаимосвязей, высокими скоростями протекания химических реакций, многомерностью, т.е. большим числом контролируемых и регулируемых параметров и показателей эффективности, разнообразия технологических операций и технологического оборудования, многотоннажностью, а также взрыво- и пожароопасностью. В таких условиях управления технологического процесса становится важным широкое использование методов, средств и систем автоматизации.

В данной курсовой работе рассмотрен процесс полимеризации пропан – пропиленовой фракции, в частности, колонна К – 2  данной установки. Разработана система управления, просчитаны параметры процесса, составлена функциональная схема автоматизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Описание технологической установки

1.1 Назначение установки

Получение низкомолекулярных полимеров (олигомеров) пропилена, используемого  в качестве моторного топлива  и сырья нефтехимического синтеза.

1.2 Сырьё и продукция

Сырьём установки полимеризации  является пропан – пропиленовая фракция, получаемые на ГФУ непредельных газов. Полимеризацию ведут до получения триммеров и тетрамеров полимеров – сырья для нефтехимии. Полимеризат делится на фракции: н.к. – 125 С ^°(димеры), 125 – 175 С^°(тримеры), 175 – 260 С ^°(тетрамеры), выше 260 С ^°.

1.3 Установка полимеризации пропан – пропиленовой фракции

Сырьё из ёмкости высокого давления Е-1 через теплообменник Т-1 и подогреватель  Т-2 подается в реактор Р-1, который  состоит из нескольких вертикально  расположенных секций, заполненных катализатором. Продукты реакции, пройдя через теплообменник Т-1 и холодильник Х-1, направляются в депропанизатор К-1. Верхним продуктом депропанизатора является отработанная пропан-пропиленовая фракция, часть которой используется как хладагент в реакторе Р-1, а балансовый избыток выводится с установки. Нижний продукт колонны К-1 представляет собой полимеризат, который разделяется на узкие фракции в колонах К-2 и К-3. С верха колонны К-2 отбирается смесь димеров и тримеров, значительная часть которой через ёмкость Е-1 возвращается в реактор Р-1, с верха  колонны К-3 – тетрамеры пропилена, с низа колонны К-3 – тяжелые полимеры.

Мощность установки – 350 тыс. т/год.

 

1.4 Материальный баланс

Поступило

Пропан – пропиленовая фракция                                                            100,0

 

Получено

Димеры (фракция н.к.- 125 С ^°)                                                                5,1

Тримеры (фракция н.к. – 125 - 175 С ^°)                                                    8,2

Тетрамеры (фракция н.к. – 175 – 260 С ^°)                                               19,2

Остаток выше 260 С ^°                                                                                2,3 

Отработанная пропан – пропиленовая фракция                                     64,0

                                                 …………………………………………………

                                                                 Всего                                           100,0

1.5 Показатель качества

В остатке – фракция  н.к. 175 С ^°- тяжелые полимеры и тетрамеры.

Показатель качества определяется содержанием примесей дистиллята (димеров и триммеров) в остатке. Содержание примесей –  не более 0,5% - определяется с применением хроматографических методов. 

 

1.6 Расчёт параметров  процесса

Выход дистиллята (димеров и триммеров), % – 13,3%

Выход остатка (тяжелые  полимеры и тетрамеры), % - 21,5%

Сырьё (%): F = 13,3 + 21,5 = 34,8 %

Сырьё (тыс. т/год): F = 34,8 * 350 000 / 100 = 121,8 тыс. т/год

Поток холодного орошения

gx0 = D * R, где

R – флегмовое число (для газофракционирующей пропановой колонны, R = 4)

gx0 = 13,3 * 4 = 53,2 %

Поток горячего орошения

Gгс = W * S, где

S = 0,1 * R

Gгс = 21,5 * 0,1 * 4 = 8,6 %

Рассчитаем диаметр  трубопровода для сырья:

Объемный расход:

V = F / r * 300 * 24 * 3600

r175 = r20 – a (t – 20)

a = 0,01828 – 0,00132 * 0,501 = 0,001166

r175 = 0,501 – 0,001166 * (175 – 20) = 0,3202

V = 121800 / 0,3202 * 300 * 24 * 3600 = 0,0146 м³/с

d = Ö 4V / w p

d = Ö 4 * 0,0146 / 3,14 * 1 = 136 мм

Принимаем стандартное  значение диаметра = 150 мм

Аналогично рассчитываем остальные стандартные диаметры трубопроводов. 

 

W	100 мм
D	100 мм
Gгс	75 мм
gx0	175 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования

Для обоснованного  выбора регулируемых параметров необходимо установить:

1. назначение и показатели эффективности всего ТП в целом и отдельных технологических операций (механических, гидромеханических, теплообменных, массообменных, химических), выполняемых с помощью соответствующей технологической аппаратуры;
2. основные возмущающие воздействия (контролируемые и неконтролируемые), оказывающие влияние на ход ТП и его показатели эффективности;
3. взаимосвязь данного ТП с другими ТП производства (цеха, завода, комбината) и отдельных технологических операций ТП между собой.

В качестве регулируемых параметров прежде всего необходимо выбрать наиболее важные технологические показатели эффективности ТП и его отдельных операций, таких как состав целевого продукта или содержания отдельного комитета в смеси на выходе массообменного или химического аппарата, температура нагрева или охлаждения в теплообменнике, производительность насоса, давление в сепараторе, коэффициент соотношения расходов и т.д.

Также необходимо обеспечить регулирование (стабилизацию или изменение  по заданной программе) тех режимных параметров, которые создают оптимальные условия протекания процессов, например, температуры или профиля температур в химическом реакторе, соотношение расходов газовой смеси и абсорбента в процессе абсорбции и т.д.

Особое внимание следует  уделить стабилизации (если это возможно) основных возмущений, оказывающих существенное влияние на процесс. Так, например, расход, состав и температура питания являются наиболее сильными возмущениями процесса ректификации, и их желательно застабилизировать, однако обеспечить регулирование расхода и состава питания не всегда удается.

Наконец, следует поддерживать постоянными те температуры, от которых  зависит безопасность ведения процесса и его операций, например, постоянство уровня жидкости в емкости или кубе колонны позволяет обеспечить бесперебойную работу центробежного насоса.

2.1 Регулируемые параметры

2.1.1 Температура

Регулируется температура  верха и низа колонны для осуществления  заданной степени разделения. Температура  верха колонны регулируется расходом потока холодного орошения. Температура  низа колонны регулируется расходом водяного пара в испарителе. Также  регулированию подвергается температура сырья, водяного пара и температура продукта после холодильника. Предусмотрена сигнализация и блокировка на подаче водяного пара.