Автоматизация колонны синтеза карбамида в филиале «Азот» АО «ОХК «УРАЛХИМ»

Аннотация 5
Введение 6
1. Описание технологического процесса 7
1.1. Назначение процесса 7
1.2. Описание технологической схемы синтеза карбамида 9
2. Критерии качества управления производством 18
3. Описание основных аппаратов производства 24
4. Анализ действия на объект регулирования возмущений. Обоснование выбора точек и параметров контроля технологического процесса 30
4.1. Технологическая схема как объекта управления 30
4.2. Фрагмент функциональной технологической схемы с выбранным объектом регулирования 31
4.3. Обоснование выбора точек контроля и регулирования 33
5. Идентификация объекта регулирования 35
5.1. Получение динамических характеристик расчет передаточных функций объекта управления 36
6. Описание существующей схемы автоматизации 38
6.1. Задачи автоматизации, решаемые для производства карбамида 38
6.2. Выбор и обоснование показателя эффективности и цели управления технологическим процессом. 38
6.3. Структура системы управления, обеспечивающая достижение поставленной цели. 39
7. Определение оптимальных настроек регулятора 40
7.1. Порядок расчета: 40
7.2. Расчет одноконтурной системы регулирования. 40
7.3. Моделирование процесса в среде MatLab. 40
8. Программная реализация 45
8.1. Описание схемы: 45
9. Используемые технические средства. 47
9.1. Методы построения и архитектура системы управления 50
9.2. Программные средства реализации и их доступность 52
10. Техническая реализация 53
11. Технологическая защита реактора. 54
Условные обозначения. 54
12. Нестандартное решение 59
13. Спецификация используемых технических средств 61
13.1. Состав и функции разработанной схемы автоматизации технологического процесса. 63
Заключение 66
Список литературы. 67

Весь текст будет доступен после покупки

Филиал «Азот» ОАО «ОХК «УРАЛХИМ» относится к предприятиям химической отрасли. Основным видом деятельности общества является производство минеральных удобрений и азотных удобрений.
Одним из основных подразделений филиала является цех по производству карбамида.
Карбамид выпускается как удобрение для сельского хозяйства и для применения в промышленности при производстве карбамидоформальдегидных полимеров.
Производство карбамида, предназначенное для получения гранулированного продукта ГОСТ 2081-92 Е, закуплено комплектно на компенсационной основе по контракту № 46-08/87015-126, с проектной мощностью 450 тыс. тонн в год. Количество суток работы в году - 300 (7200 час). Производство карбамида состоит из одного агрегата.
Метод производства карбамида - метод с жидкостным рециклом в виде водных растворов углеаммонийных солей.
Одной из важнейших задач, которые стоят перед предприятием, является:
-повышение качества продукции;
- совершенствование технологии производства;
- повышение надежности.
Современные химико-технологические процессы отличаются сложностью и большой скоростью протекания, а также вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасных веществ, которые перерабатываются. С увеличением нагрузки на аппараты с целью повышения объемов производства, осуществлять управление технологическими процессами при высоких давлениях и температурах, а также скорости химических реакций без использования современных разработок в области автоматизации становится невозможно. Отклонения параметров процесса от жестко заданных норм может привести не только к потере качества готовой продукции, порчи сырья, вспомогательных веществ (например, катализаторов), но и к аварийной ситуации, включая пожары, взрывы, выбросы большого количества вредных веществ в окружающую среду.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Описание технологического процесса
1.1. Назначение процесса
Производство карбамида, предназначенное для получения гранулированного продукта, закуплено комплектно на компенсационной основе по контракту № 46-08/87015-126.
Год ввода в эксплуатацию - 1981.
Мощность производства:
проектная - 450 тыс.т/год
достигнутая на 01.03.1983 г. - 450 тыс.т/год
Количество суток работы в году - 300 (7200 час).
Производство карбамида состоит из одного агрегата.
Метод производства карбамида - метод с жидкостным рециклом в виде водных растворов углеаммонийных солей.
Организации, выполнившие технорабочий проект:
- Кемеровский филиал ГИАП
- Дзержинский филиал ГИАП
- итальянская фирма "Текнимонт"
Генеральный проектировщик - Кемеровский филиал ГИАП
Проектировщик технологической части - итальянская фирма "Текнимонт"
Разработчик технологического процесса - итальянская фирма "Текнимонт"
Проектировщик строительной части - итальянская фирма "Текнимонт"
Проектировщик узлов отечественной поставки - Дзержинский филиал ГИАП

Структура производства

Рис. 1 Структура производства






1.2. Описание технологической схемы синтеза карбамида
Получения карбамида с двухступенчатой дистилляцией плава и жидкостным рециклом приведен на рис. 2.

Рис. 2. Схема получения карбамида с жидкостным рециклом (синтез и дистилляция плава):
1 – четырехступенчатый компрессор для диоксида углерода; 2 – танк жидкого аммиака; 3 – плунжерный насос для аммиака; 4 – конденсатор I ступени; 5 – колонна синтеза; 6 – смеситель; 7 – плунжерный насос; 8 – промывная колонна; 9 – ректификационная колонна I ступени; 10 – подогреватель I ступени; 11 – сепаратор I ступени; 12 – ректификационная колонна II ступени; 13 – подогреватель II ступени; 14 – сепаратор II ступени; 15 – вакуум-испаритель; 16 – сборник раствора карбамида; 17 – маслоотделитель; 18 – центробежный насос; 19 – конденсатор; 20 – вакуум-насос; 21 – конденсатор II ступени; 22 – резервуар; 23 – центробежный насос; 24 – абсорбер; 25 – сборник раствора карбонатов аммония; 26 – десорбер; 27 – холодильник; 28 – теплообменник; 29 – центробежные насосы .
Исходным сырьем для производства карбамида является жидкий аммиак и газообразная двуокись углерода. Образование карбамида из NH3 и CO2 происходит в колонне синтеза, поз. R901, при температуре 195?198 °С и давлением 19,5-22,0 МПа при соотношении молярных долей компонентов
NH3: CO2 : Н20 = (3-3,5) : 1 : (0,5-0,8).
1. 2 NH3 + CO2 + ===> NH4COONH2 + Q (38000 кал/моль)
2. NH4COONH2 + ===> CO(NH2)2 + H 2O - Q (6800 кал/моль)

Первая реакция образования карбамата аммония протекает почти мгновенно и при данных условиях идет до конца.
Вторая реакция дегидратации карбамата аммония с образованием карбамида протекает медленно не полностью. При условиях данного процесса производства и времени пребывания реагентов в колонне синтеза (около 30 минут) степень конверсии CO2 в карбамид составляет 62-70 %.
Дистилляция плава синтеза
Полученный в колонне синтеза раствор проходит 3-ступенчатую дистилляцию, работающую при давлении 6,5-7,5 МПа; на второй ступени – 1,0-1,3 МПа; на третьей ступени – 0,15-0,3 МПа.
Процесс дистилляции заключается в отделении раствора карбамида от непрореагировавшего сырья, которое возвращается в колонну синтеза поз.3. В основе процесса дистилляции лежит разложение карбамата аммония при снижении давления и нагревании с выделением аммиака и двуокиси углерода в газовую фазу, и последующей конденсацией выделенных газов путем их охлаждения с образованием водных растворов углеаммонийных солей (УАС).
Основные параметры контроля - также температура плава, давление отходящих газов, уровень в аппаратах с разделением сред (сепараторы), поступенчатое снижение давления раствора карбамида осуществляется с помощью дросссерирующих клапанов регулирования уровня позиции LE 4а (для примера указан только один уровень, назначение остальных – аналогичное).
Реакционная смесь после колонны синтеза, содержащая 30-35 % карбамида, карбамат аммония, аммиак, воду и инерты (газы, не участвующие в данной реакции), дросслелируется через клапан PIRC 3а до давления 6,5-7,5 МПа и температуры 140-150 °С, подогревается паром 2 МПа в испарителе I ступени поз. 4 до температуры 185-190 °С (поз. TIRС13а). При этом происходит разложение карбамата аммония и выделение аммиака, двуокиси углерода, паров воды и инертов (N2, O2, H2, CH4). На первой ступени дистилляции отделяется основная масса инертов.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Технологический регламент цеха карбамида Филиала «Азот» АО «ОХК «УРАЛХИМ».
2. Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: Учебн. Для техникумов. – 2-е изд., перераб. и доп. –М,: Химия, 1985. – 352 с.
3. Experion. Operator’s Guide. EP-DSXX46. June 2010.
4. Д. М. Горловский, Л.Н. Альтшулер, В.И Кучерявый. Технология карбамида. Ленинград, Химия, 1981 г.
5. Клюев, А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие / А.С. Клюев.- М.: Энергия, 1980. - 512 с., ил.
6. Клюев, А.С. Наладка средств автоматизации и автоматических средств регулирования: Справочное пособие 2-е изд., перераб. и доп / А.С. Клюев. -М.: Энергоатомиздат, 1989. - 368 с.
7. Позин М. Е.:Технология минеральных удобрений, ч. 1, изд. 4-е, испр.Л., Изд-во «Химия», 1984.- 324 с.

Весь текст будет доступен после покупки