Производство полипропилена

Polipropilen.docx

Министерство Образования и Науки РФ
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Тверской государственный технический университет»
По теме «Выбор и расчёт средств измерений в системах автоматизации технологических процессов»
ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИПРОПИЛЕНА
Проектирование системы автоматизации 5
Разработка схемы автоматизации технологического процесса .. 10
Расчет расходомера переменного перепада давления и определение его погрешности .. ..14
Автоматизация - одна из ведущих отраслей науки и техники развивается особенно динамично она проникает во все сферы человеческой деятельности. Автоматизация качественно изменяет характер труда рабочих. В цехах с автоматизированным производством главной фигурой становится специалист новой формации - оператор программист рабочие других ранее не существовавших профессий.
В течении ряда десятилетий под автоматикой подразумевалось прежде всего выполнение без участия человека некоторых действий однозначно связывающих причину и следствие.
Сущность современного этапа развития автоматизации можно было бы кратко охарактеризовать как переход от автоматизации« действий» к автоматизации « принятия решений» то есть переход от так называемой цикловой (обеспечивающей выполнение повторяющихся действий) автоматики и автоматической стабилизации технологического режима к использованию средств обеспечивающих оптимизацию процессов к осуществлению органической связи основного производственного оборудования с автоматикой.
В каждом производственном процессе наряду с «вещественными потоками» существуют совершенно другие потоки которые называют «информационными». Они представляют собой некоторую первичную информацию о ходе производственного процесса и кодами для контроля и управления. Эта информация передаст и на соответствующие пункты управления ( операторская диспетчерская) где подвергаются обработке и используются при принятиях решений при управлении процессом.
Автоматическое регулирование технологических процессов на различных предприятиях позволяет получить высокую производительность при наименьших производственных затратах и высоком качестве продуктов. Однако системы автоматического регулирования оказывается недостаточно эффективными если они спроектированы только на основании общих положений теорем автоматического регулирования. Для наиболее эффективной работы таких систем их необходимо проектировать с учетом особенностей технологических процессов для которых они предназначены.
Довольно часто системы автоматически разработанные непосредственно на предприятиях работают вполне удовлетворительно. Это указывает с одной стороны - на то что успешное проектирование систем автоматики иногда выполняется без применения очень сложного материального аппарата. Такое положение объясняется наличием простых правил установки и наладки автоматических регуляторов.
В настоящее время рядом учёных в различных лабораториях и университетах создано более прогрессивные принципы проектирования систем автоматического регулирования. Однако предлагаемые ими методы обычно не реализуются полностью если в разработке систем не участвуют люди которые должны их эксплуатировать. Проблемы связанные с автоматическим регулированием технологических процессов как правило возникают на заводе поэтому должны решатся на самом заводе. До тех пор пока проектировщики систем автоматического регулирования и эксплуатационники не будут связаны между собой их общие проблемы останутся не решенными. Не смотря на то что решения задач автоматического регулирования возможно математическим методом эти же задачи приближенно могут быть решены путем довольно не сложных приемов. Таким образом управление высокого порядка быстродействующие вычислительные машины целесообразно применять лишь там где более простыми методами решить задачи не удается.
Блестяще разработанные общие положения о системах автоматического регулирования а так же математическое описание процесса регулирование сами по себе никакой ценности не представляли. Системы автоматического регулирования должны учитывать свойства технологического процесса с целью обеспечения оптимального протекания процесса.
Из глубоко знания технологического процесса система регулирования не может быть спроектирована квалифицировано. Для автоматического регулирования необходимо максимально знать требования предъявляемые различным химико-технологическим процессом.
Проектирование системы автоматизации.
1 Производство полипропилена. Описание продукта технологического процесса.
В курсовой работе проводится выбор и расчет средств измерений в системе автоматизированного технологического процесса представленного на основе производства полипропилена высокого давления.
Готовым сырьем (продукцией) такого процесса является полипропилен.
Полипропилен — полимер пропилена (пропена). PP (выпускается под торговыми марками: бален липол новолен олеформ пропатен каплен HOSTALEN MOPLEN). Крупнотоннажное производство полипропилена налажено как в России так и во многих зарубежных странах. Производители полипропилена - практически все крупные нефтехимические компании мира.
Получение полипропилена. Сырьем для полипропилена служит газ пропилен (пропен). В промышленности получают полимеризацией пропилена главным образом в массе а также в растворе. Реакцию в массе осуществляют при 70-800С и давлении 27-30 МПа. Благодаря отсутствию растворителя упрощается выделение и сушка полипропилена. Полимеризацию в растворе (растворитель – гептан низкооктановые фракции бензина; t=70-800С p=05-01 МПа катализаторы - хлориды титана TiCl3 с алюминийорганическими соединениями Al(C2H5)2Cl) проводят до содержания полипропилена в растворителе 300-400 гл. После отделения на центрифуге полипропилен отмывают от остатков катализатора спиртом смесью воды со спиртом. Порошкообразный полипропилен сушат смешивают со стабилизаторами красителями и затем гранулируют. Как правило полипропилен выпускают в виде гранул диаметром 2-5 миллиметров (намного реже порошка). ПП относится к классу полиолефинов. Существует несколько подклассов полипропилена.
Свойства полипропилена: ММ = (60-300)*103; показатель текучести расплава (2300С216кг г10 мин) 02-55; легко кристаллизуется (максимальная степень кристалличности 75%); температура стеклования (температура размягчения) от -10 до -20 град.С; температура плавления 160-176 град. С; термическая деструкция начинается при 300 град.С; плотность 090-092 гсм3; усадка (при изготовлении изделий) 13-24%.
Химические свойства: устойчив в воде (вплоть до 1300С) и агрессивных средах (устойчив к кислотам и щелочам отдельные марки допущены к контакту с пищевыми продуктами и для производства изделий медико-биологического назначения); кроме сильных окислителей (HNO3 H2SO4 хромовая смесь).
Физические свойства: полипропилен-гомополимер хрупкий при низких температурах; полипропилен-сополимер с этиленом очень эластичный; полипропилен плохо проводит тепло – теплопроводность 015 Вт(м*К); в тонких пленках практически прозрачен; теплостойкость по Вика 95-1100С; морозостойкость от -5 до -250С; для полипропилена характерны высокая ударная вязкость; стойкость к многократным изгибам; хорошая износостойкость повышающаяся с ростом молекулярной массы.
Эксплуатационные свойства: полипропилен легко окисляется на воздухе особенно при температуре выше 1000С; термоокислительная деструкция протекает автокаталитически (самостоятельно) максимальная температура эксплуатации изделий из полипропилена 120-1400С; полипропилен легко подвергается хлорированию.
2 Описание технологического процесса получения полипропилена.
Технологическая схема производства.
Пропилен поступает в нижнюю часть реактора–полимеризатора 1 (Рис. 5.10.). Туда же подают инертный растворитель (обычно бензин) и катализатор. Необходимая степень перемешивания реакционной массы обеспечивается механической мешалкой и барботажем мономера через жидкую фазу.
В результате реакции полимеризации получают полипропилен. Основным показателем качества продукта полипропилена является средняя молекулярная масса определяющая механические и физические свойства получаемого продукта. Молекулярная масса полимера определяется расходом специальной добавки – регулятора молекулярной массы в качестве которого как правило используют водород.
Для отвода теплоты реакции в рубашку реактора подают хладоноситель.
Полученная суспензия полимера вместе с непрореагировавшим мономером через подогреватель 2 поступает в испарительную камеру 3. В последней происходит выделение из жидкости растворённого мономера и испарение части растворителя. Суспензия полимера отводится из нижней части испарительной камеры и подаётся на выделение растворителя а парогазовая смесь охлаждается в холодильнике 4 и поступает в сепаратор 5. Конденсат растворителя из сепаратора возвращается в испарительную камеру 3 а газовая фаза состоящая в основном из мономера направляется на очистку. В дальнейшем мономер вновь возвращается в реактор 1.
3 Регламент технологического процесса получения полиэтилена.
Основными режимными параметрами рассматриваемого в курсовой работе технологического процесса являются (в скобках указаны их номинальные диапазоны значений):
Давление в реакторе-полимеризаторе (номинальное значение давления 1-4 МПа);
Температура в реакторе-полимеризаторе (номинальное значение температуры 60-80°С);
Степень полимеризации (изменяется на 6% при изменении температуры на 1°С);
Температура в подогревателе (номинальное значение температуры предположительно 100-150°С) для максимального разделения суспензии мономера в камере 3;
Давление в испарительной камере (номинальное значение давление падает до предположительно 02-08 МПа);
Также стоит заметить что важной задачей для нас является регулирование расходов непрореагировавшего мономера и расхода мономера подаваемого в реактор.
Также обязательным условием высокого качества результата химического процесса (реакции) является присутствие регулятора молекулярной массы.
Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 30 000—60000.
Таким образом основными параметрами для измерения в рассматриваемом технологическом процессе являются: давление температура расход (мономера катализатора растворителя и регулятора молекулярной массы).
4 Автоматизация процесса полимеризации.
Показателем эффективности процесса является степень превращения мономера в полимер. Её следует поддерживать на постоянном – максимально возможном для данного мономера и данных условий – значении. Степень превращения зависит от характеристики катализатора температуры и давления в реакторе состава растворителя и мономера расхода растворителя мономера и регулятора молекулярной массы.
Определяющим фактором являются химический состав и соотношение компонентов катализатора концентрация его в реакторе расход и способ приготовления. При управлении процессом полимеризации целенаправленно изменяют или стабилизируют только расход катализатора. С изменением остальных параметров в объект поступают возмущения.
Важным параметром является температура в зоне реакции. При повышении температуры на 1С скорость полимеризации пропилена возрастает на 6%. Верхний предел температуры устанавливают исходя из работоспособности катализатора. При чрезмерном повышении температуры скорость процесса полимеризации может возрасти до критического значения и произойдёт авария. Поэтому температуру следует поддерживать на строго определенном значении близком к критическому; регулирующее воздействие достигается при этом изменением расхода хладоносителя поддаваемого в рубашку реактора.
С изменением состава мономера растворителя и регулятора молекулярной массы в объекте будут возникать возмущения которые могут значительно изменить ход процесса. Например катализатор очень чувствителен к малейшим примесям серы и пропадиена а присутствие некоторых веществ вообще прекращают реакцию.
Давление в реакторе влияет на растворимость мономера и водорода в жидкой фазе то есть на их концентрацию в реакционной массе. Кроме того в реакторах с газовой фазой давление определяет температуру кипения растворителя. Поэтому давление следует стабилизировать изменением расхода продукта реакции – суспензии полимера.
Расход мономера катализатора растворителя и регулятора молекулярной массы влияет на степень превращения мономера в полимер не в меньшей степени чем остальные параметры. Их можно стабилизировать и тем самым устранить сильные возмущения по этим каналам а можно изменять с целью внесения регулирующих воздействий.
Обычно стабилизируют расход растворителя регулятора молекулярной массы и катализатора. Расход же мономера изменяют таким образом чтобы поддерживать количество непрореагировавшего мономера постоянным минимально возможным для данных условий. Для определения количества непрореагировавшего мономера после сепаратора устанавливают датчик расхода. Данный узел регулирования реализуется с помощью двухконтурной системы в которой основным регулятором является регулятор расхода непрореагировавшего мономера а вспомогательным – регулятор расхода мономера подаваемого в реактор.
В схеме предусмотрено также регулирование температуры суспензии после подогревателя 2 изменением расхода пара подаваемого в подогреватель. Это необходимо для полного выделения мономера из жидкой фазы. Для поддержания материального баланса регулируют уровень суспензии и давление в испарительной камере 3.
Разработка схемы автоматизации технологического процесса.
1 Схема автоматизации процесса полимеризации этилена под высоким давлением.
В результате проделанной работы по исследованию процесса производства полипропилена методом полимеризации учитывая основные режимные параметры процесса и их значения а также принимая во внимание необходимые меры безопасности при произведении была разработана схема автоматизации на формате(см. Приложение).
Схема автоматизации была разработана в среде твердотельного проектирования КОМПАС 3D v.10. Схема выполнена согласно установленным на момент создания ГОСТам на листе формата А3.
2 Выбор комплекса технических средств автоматизации.
Все обозначения соответствуют нумерации и обозначению на схеме автоматизации технологического процесса. В скобках указана стоимость за 1прибора согласно каталогу производителя.
2.1 Показывающие местные приборы.
Критерий отбора: высокий показатель надежности при работе во взрывоопасной среде. Степень защиты приборов от воздействия твердых частиц пыли и воды.
- Термометр манометрический сигнализирующий ТКП-160Сг-М2 (0-120 °C) (5560 р.). Производитель – «Самара Прибор».
Критерий отбора: высокий показатель надежности при работе в среде повышенной взрывоопасности. Наличие качественной сигнализации.
а 2а 3а 7а 19а - ЭМИС-ВИХРЬ 200. Интеллектуальный вихревой расходомер (Qm Qmax = 13570 19700 Нм3ч для газов) (Цена зависит от диаметра трубопровода и номинального значения расхода) Производитель группа промышленных компаний "ЭМИС-Корвет
Критерий отбора: высокая надежность при работе в высокоопасной среде. Наличие встроенного преобразователя. Выходной сигнал: унифицированый электрический сигнал 4 20mА. Поэтому данный датчик включает в себя промежуточный преобразователь.
a15а - Преобразователи избыточного давления ОВЕН ПД 100-ДИ. Предназначены для непрерывного преобразования избыточного давления измеряемой среды в унифицированный сигнал постоянного тока 4 20 мА.
(10 кПа-25МПа) (2655 р.). Производитель – ОВЕН.
Критерий отбора: помехоустойчивость удовлетворяют требованиям к оборудованию класса А высокая устойчивость к воздействию различных измеряемых сред.
а14а - Термопреобразователи сопротивления ДТС-EХ типа ТСМ ТСП во взрывозащищенном исполнении. (Для маркировки T4 T6: –50 +150 °С) (ДТС015-100М.В3.80.ЕХ-Т4 - 89680 р.). Производитель – ОВЕН.
а - Радиолокационные измерители уровня серии LFT компании SICK (макс. диапазон измерений – 3 метра) (14600 р.). Производитель – SICK.
Критерий отбора: Нечувствительны к таким свойствам материалов как диэлектрическая проницаемость давление вакуум влажность загрязнение вязкость пена и температура. Поэтому с их помощью можно измерять уровень любых материалов вязких (например мазута) липких пенистых и т.д.
В данной схеме отсутствуют.
2.4. Измерители-регуляторы.
б - Универсальный измеритель-регулятор восьмиканальный ОВЕН ТРМ138В-Р (4 20 mA) (14160 р.) Производитель – ОВЕН.
Критерий отбора: Может применяться в пищевой медицинской химической нефтеперерабатывающей промышленности. Предназначен для подключения датчиков находящихся во взрывоопасных зонах.
Может быть использован в качестве многозонного регулятора многопороговой сигнализации а также как восьмиканальный активный барьер искрозащиты.
б - Измеритель-регулятор двухканальный с RS-485 ОВЕН ТРМ202-Щ1.ТИ (4 20 mA) (3 658 руб.) Производитель ОВЕН.
Критерий отбора: Вычисление и регулирование разности измеряемых величин. Два универсальных входа для подключения широкого спектра датчиков. Можно подключать два датчика разного типа. Удобства при конфигурировании.
б 5б 3б 6б - Измеритель-регулятор одноканальный ОВЕН ТРМ1 (4 20 mA) (1829 р.) Производитель – ОВЕН.
Критерий отбора: Предназначен для измерения регистрации или регулирования температуры теплоносителей и различных сред в холодильной технике сушильных шкафах печах различного назначения и другом технологическом оборудовании а также для измерения других физических параметров (веса давления влажности и т. п.).
б - Измеритель -регулятор одноканальный с RS-485 ОВЕН ТРМ201 (4 20 mA) (3186 р.). Производитель – ОВЕН.
Критерий отбора: Аналог ОВЕН ТРМ1 с интерфейсом RS-485. Применяется для измерения регистрации или регулирования температуры теплоносителей и различных сред в холодильной технике сушильных шкафах печах различного назначения пастеризаторах и другом технологическом оборудовании а также для измерения других физических параметров (веса давления влажности и т. п.).
2.5. Исполнительные механизмы.
- Исполнительные взрывозащищенные механизмы МЭО-16-IIВТ4-00.
— электродвигатель синхронный
— редуктор с червячной передачей
— блок сигнализации положения БСПТ-IIВТ6 или
БСПР-IIВТ6 или БСП-IIВТ6
Критерий отбора: Надежный взрывозащищенный исполнительный механизм. Возможность в случае отказа автоматики работы в ручном режиме. Относительно небольшие габариты и вес (12-14кг). Антикоррозийное покрытие. Широкий набор способов установки исполнительного механизма на объекте.
2.6. Промежуточные (нормирующие) преобразователи.
Расчет расходомера переменного перепада давления и определение его погрешности.
1 Исходные данные для расчета.
Измеряемая среда – водород.
Наибольший измеряемый расход:
Избыточное давление:
Температура перед сужающим устройством:
Допустимая потеря давления при расходе:
Внутренний диаметр трубопровода перед сужающим устройством при t=C: D20=300 мм
Показатель адиабаты:
Материал трубопровода – сталь Ст20
2 Сводная таблица результатов расчета.
Определяемая величина
Номера пунктов формул рисунков приложений таблиц
Определение недостающих для расчета данных
Температура измеряемой среды перед диафрагмой Т
Барометрическое давление
Абсолютное давление водорода перед диафрагмой
Внутренний диаметр трубопровода при температуре
Плотность водорода в нормальном состоянии
Коэффициент сжимаемости водорода в раб. условиях (Р и t) К
Плотность водорода в раб. условиях (Р и t)
Динамическая вязкость водорода в рабочих условиях (P и t)
Коэффициент сжимаемости водорода при давлении Р и температуре 20
Плотность водорода при давлении Р и температуре 20
Выбор сужающего устройства и дифманометра
Тип сужающего устройства
Диафрагма камерная; материал - сталь Х17
Тип и разновидность дифманометра
Дифманометр поплавковый ртутный показывающий с интегратором ДП-781
Верхний предел измерений дифманометра
Определение номинального перепада давления дифманометра
Вспомогательная величина С
Предельный номинальный перепад давления дифманометра Δ
Приближенное значение модуля сопла m
Определение числа Рейнольдса
Минимально допустимое число Рейнольдса
Так как Re> расчет продолжаем
Граничное значение числа Рейнольдса
Определение параметров сужающего устройства
Наибольший перепад давления в сопле ΔP
Поправочный множитель на расширение водорода
Вспомогательная величина
Следовательно значения m=0057 и =0989 считаются окончательными
Поправочный множитель на тепловое расширение материала сопла
Диаметр отверстия сопла при температуре
Коэффициент расхода
Диаметр отверстия сопла при температуре t d
Расход соответствующий наибольшему перепаду давления ΔP
Допустимое нижнее предельное значение наибольшего расчетного расхода
Следовательно расчет выполнен правильно
Определение поправки на влияние числа Рейнольдса
Поправка к показаниям дифманометра Δ
Так как 0017% 03% поправку на влияние числа Рейнольдса не вводим
Определение погрешности измерения расхода
Исходный коэффициент расхода
Расход выраженный в долях верхнего предела измерений дифманометра
Верхний предел измерений манометра
Класс точности манометра
Погрешность показаний вторичного прибора
ф. 108 с добавлением слагаемых
Предельная погрешность измерения расхода отнесенная к верхнему пределу измерений дифманометра
Выполнено в виде чертежа в формате А3.
Управление любым технологическим процессом или объектом в форме ручного или автоматического воздействия возможно лишь при наличии измерительной информации об отдельных параметрах характеризующих процесс или состояние объекта. Измерения параметров осуществляется с помощью самых разнообразных технических средств обладающих нормированными метрологическими свойствами. Технологические измерения и измерительные приборы используются при управлении (ручном или автоматическом) многими технологическими процессами в различных отраслях промышленности.
Средства измерений играют важную роль при построении современных автоматических систем регулирования отдельных технологических параметров и процессов (АСР) и особо автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) которые требуют представления большого количества необходимой измерительной информации в форме удобной для сбора дальнейшего преобразования обработки и представления ее а в ряде случаев для дистанционной передачи в выше или ниже стоящие уровни иерархической структуры управления различными производствами.

ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ПРОПИЛЕНА.doc

14.2. ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ПРОПИЛЕНА
Технологическая схема производства. Пропилен поступает в нижнюю часть реактора-полимеризатора 1 (рис. 14.2). Туда же подают инертный растворитель (обычно бензин) и катализатор. Необходимая степень перемешивания реакционной массы обеспечивается механической мешалкой и барботажем мономера через жидкую фазу.
В результате реакции полимеризации получают полипропилен. Основным показателем качества продукта полипропилена является средняя молекулярная масса определяющая механические и физические свойства получаемого продукта. Молекулярная масса полимера определяется расходом специальной добавки — регулятора молекулярной массы в качестве которого как правило используют водород.
Для отвода теплоты реакции в рубашку реактора подают хладоноситель. Полученная суспензия полимера вместе с непрореагировавшим мономером через подогреватель 2 поступает в испарительную камеру 3. В последней происходит выделение из жидкости растворенного мономера и испарение части растворителя. Суспензия полимера отводится из нижней части испарительной камеры и подается на выделение растворителя а парогазовая смесь охлаждается в холодильнике 4 и поступает в сепаратор 5. Конденсат растворителя из сепаратора возвращается в испарительную камеру 3 а газовая фаза состоящая в основном из мономера направляется на очистку. В дальнейшем мономер вновь возвращается в реактор 1.
Автоматизация процесса полимеризации. Показателем эффективности процесса является степень превращения мономера в полимер. Ее следует поддерживать на постоянном — максимально возможном для данного момента и данных условий — значении. Степень превращения зависит от характеристики катализатора температуры и давления в реакторе состава растворителя и мономера расхода растворителя мономера и регулятора молекулярной массы.
Определяющим фактором являются химический состав и соотношение компонентов катализатора концентрация его в реакторе расход и способ приготовления. При управлении процессом полимеризации целенаправленно изменяют или стабилизируют только расход катализатора. С изменением остальных параметров в объект поступают возмущения.
Важным параметром является температура в зоне реакции. При повышении температуры на 1 °С скорость полимеризации пропилена возрастает на 6%. Верхний предел температуры устанавливают исходя из работоспособности катализатора. При чрезмерном повышении температуры скорость процесса полимеризации может возрасти до критического значения и произойдет авария. Поэтому температуру следует поддерживать на строго определенном значении близком к критическому; регулирующее воздействие достигается при этом изменением расхода хладоносителя подаваемого в рубашку реактора.
С изменением состава мономера растворителя и регулятора молекулярной массы в объекте будут возникать возмущения которые могут значительно изменить ход процесса. Например катализатор очень чувствителен к малейшим примесям серы и пропадиена а присутствие некоторых веществ вообще прекращает реакцию.
Давление в реакторе влияет на растворимость мономера и водорода в жидкой фазе т.е. на их концентрацию в реакционной массе. Кроме того в реакторах с газовой фазой давление определяет температуру кипения растворителя. Поэтому давление следует стабилизировать изменением расхода продукта реакции — суспензии полимера.
Расход мономера катализатора растворителя и регулятора молекулярной массы влияет на степень превращения мономера в полимер не в меньшей степени чем остальные параметры. Их можно стабилизировать и тем самым устранить сильные возмущения по этим каналам а можно изменять с целью внесения регулирующих воздействий.
Обычно стабилизируют расходы растворителя регулятора молекулярной массы и катализатора. Расход же мономера изменяют таким образом чтобы поддерживать количество непрореагировавшего мономера постоянным минимально возможным для данных условий. Для определения количества непрореагировавшего мономера после сепаратора устанавливают датчик расхода. Данный узел регулирования реализуется с помощью двухконтурной системы в которой основным регулятором является регулятор расхода непрореагировавшего мономера а вспомогательным — регулятор расхода мономера подаваемого в реактор.
В схеме предусмотрено также регулирование температуры суспензии после подогревателя 2 изменением расхода пара подаваемого в подогреватель. Это необходимо для полного выделения мономера из жидкой фазы. Для поддержания материального баланса регулируют уровень суспензии и давление в испарительной камере 3.

Moy_polipropilen_v_12.cdw

Полимеризация пропилена
в производстве полипропилена