Автоматизация экстрактора противоточного типа

содержание

                                                                                                                       

    Введение                            3

    1 Исходные данные  на проектирование               4

    2 Разработка функциональной схемы автоматизации         9

    3 Выбор и обоснование приборов  и средств автоматизации       11

    4 Выбор контроллера и модулей  ввода/вывода            15

    Заключение                          17

    Список  литературы                                                                                     18

    Приложение  А-Спецификация на выбранные средства автоматизации  19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     введение 
 

     Автоматизация процесса означает полный перевод технологического оборудования на автоматический режим  работы, внедрению в производство устройств, действующих частично или полностью без участия человека. Автоматизация - высшая форма механизации. Она характеризуется освобождением человека частично или полностью так же и от оперативного управления механизмами, от постоянного участия его в процессе. Автоматические регуляторы или системы поддерживают неизменными или определенным образом изменяют какие-либо физические величины в техническом устройстве или технологическом процессе. При полной автоматизации процесс идет полностью без участия человека, за ним остаютс лишь функции предварительной настройки процесса и оборудования, включения и наблюдения за его ходом. Автоматика увеличивает производительность труда, повышает эффективность технологических процессов, улучшает качество продукции, повышает точность, сокращает численность обслуживающего персонала.

    Проведение  некоторых современных производственных процессов возможно только при условии их полной автоматизации. При ручном управлении такими процессами малейшее замешательство человека и несвоевременное воздействие его на процесс могут привести к серьёзным последствиям.

    Внедрение специальных автоматических устройств  способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение атмосферного воздуха и водоемов промышленными отходами.

    Цель  курсовой работы – ознакомление с  принципами построения современных систем автоматизации технологических процессов, реализованных на базе промышленных контроллеров и ЭВМ.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1 Исходные данные на проектирование  
 

    1.1Описание  принципа работы  технологической  установки

 

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

 
 
 

Рисунок 1 – Схема экстрактора противоточного типа 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.2 Перечень измеряемых  и регулируемых  переменных 
 

    Автоматическое  регулирование

    -Концентрация экстракта расходом воды

    -Температура воды расходом пара 

    Измерение и регистрация  на ЭВМ

    -Концентрация экстракта

    -Температура экстракта 

    Измерение

    -Температура экстракта

    -Температура воды

    -Расход экстракта

    -Расход пара в аппарат 1

    -Давление пара перед теплообменником 1 

    Сигнализация

    -Уровень в сборнике 3

    -Давление воды перед теплообменником 1

    -Давление воды перед экстрактором 2 

    Автоматическая блокировка

    -Отключение пара в аппарат 1 при снижении давления воды

    -Отключение воды при повышении уровня в сборнике 3

    -Отключения электродвигателя М1 экстрактора при снижении давления воды 

    Управление

    -Включение и отключение двигателя насоса Н1

    -Включение и отключение двигателя экстрактора М1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.3 Расчет диаметров  трубопроводов

    Производительностью установки по готовому продукту    1,3 т/ч

    Производительность теплообменника            1,3т/ч

    Производительность  экстрактора             1,3т/ч

    Температура воды в теплообменнике            (12-60) ^оС

    Температура экстракта на выходе             55^оС

    Расход греющего пара экстрактора             100кг/ч

    Давление пара у входа в  экстрактор            200кПа

    Давление воды на входе в теплообменник          150кПа 

    Расчет  трубопровода 

    Важной  характеристикой при выборе трубопровода является правильный подбор диаметра трубопровода, который рассчитывается на основе выражения (1-1.1): 

 

    где Q – расход продукта, м³/ч; 

              F – площадь поперечного сечения трубопровода, м²;

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

              D – внутренний диаметр трубопровода, м.

    Оптимальная скорость прохождения жидкости соответствует  минимуму эксплуатационных расходов, т.е. сумме стоимости энергии, амортизации и ремонта.

    При расчетах трубопроводов скорость движения (м/с) , ориентировочно может быть принята в следующих пределах:

    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

    Определяем  расход воды и диаметр трубопровода для подачи воды в теплообменник 1.

    Из  технической характеристики массовый расход . Тогда объемный расход , т.к. .

    Откуда,

    Зная  объемный расход воды определим диаметр  трубопровода:

D₁= =   = 0,02м

     где , т.к. жидкость передается насосом.

    Принимаем D₁ = 20мм.

    Определим расход и диаметр трубопровода для  подачи пара в теплообменник. Для того, чтобы определить расход и диаметр нужно написать уравнение теплового баланса теплообменного аппарата. Уравнение теплового баланса будет иметь вид:

    где G – соответствующий расход холодного теплоносителя (воды)

              и - теплоемкость холодного теплоносителя и конденсата греющего пара, ;

             и - начальная и конечная температура воды, ;

            - расход греющего пара, ;

              - удельная теплота парообразования, ;

             - температура конденсата выходящего из теплообменника, ;

    Считая, что конденсат выходит из аппарата при температуре конденсации равной температуре насыщенного пара и тогда уравнение примет вид:

      Из технической характеристики  оборудования и таблицы “Физические  свойства воды” находим:

     ;

     ;

     ;

    

    Подставляя  значения в формулу (2) и преобразуя ее, находим расход греющего пара:

    r определяем по таблице в зависимости от и .

    Находим объемный расход пара:

      определяем по таблице  в зависимости от  и .

    Зная  объемный расход пара определим диаметр  трубопровода для подачи пара:

,

    где

    Принимаем D_пара = 65мм

    Определяем  объемный расход и диаметр трубопровода для подачи пара в рубашку экстрактора.

    Из  технической характеристики: 
 

;

.

      берем по таблице в зависимости  от  .

     .

    Принимаем D = 40мм. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2 Разработка функциональной  схемы автоматизации 
 

    Схема построена на базе контроллера ADAM-800, укомплектованного соответствующим набором модулей ввода/вывода. Контроллер связан с ЭВМ через сеть Ethernet. Управляющая ЭВМ таким образом используется для вывода на экран значений технологических переменных, регистрации и сигнализации их предельных значений. Также ЭВМ формирует законы управления исполнительными механизмами, электродвигателем насоса.

    Концентрацию  экстракта измеряем концентратомером поз. QT-1а с выходным унифицированным токовым сигналом (4-20) мА, который подается на вход модуля аналогового ввода AI8231-1BD60 и вторичный прибор поз. QI-1б. Регулирования расхода воды происходит за счет изменения  расхода воды регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи пара. Это регулирующий орган оснащен электродвигательным исполнительным механизмом поз.1д с датчиком угла поворота поз. GE-2. Управляющие импульсы подаются на двигатель этого механизма с модуля дискретного вывода DO 8222-1ВН10 через магнитный пускатель поз. 1в. Для реализации сигнализации крайних положений  исполнительного механизма на ЭВМ его конечные выключатели подключаются к модулю дискретного ввода DI 8221-1ВН10. Исходя из особенностей управления электродвигательным исполнительным механизмом в схеме задействовано два канала управления дискретного вывода. Для управления исполнительным механизмом также предусмотрена кнопочная станция поз. 1г установленная  по месту.