МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «УГНТУ»
Кафедра автоматизации химико-технологических процессов
КУРСОВАЯ РАБОТА
по курсу «Системы управления химико-технологическими процессами»
на тему
«Проектирование системы управления колонн установки получения биоэтанола»
Выполнил ст.гр. ТБ-04-01
Позолотина Н.В.
Проверил Пручай В.С.
Уфа 2008
Исходные данные
1. Промышленная микробиология: Учеб. пособие для вузов по спец. «Микробиология» и «Биология» / З. А. Аркадьева, А. М. Безбородов, И. Н. Блохина и др. Под ред. Н.С. Егорова.- М.: Высш. шк., 1989.- С. 426-430
2. Холькин Ю.И. Технология гидролизных производств / Ю.И. Холькин.– М.: Лесная пром-сть, 1989. –496 с.
3. Маринченко В. А. Технология спирта / В.А. Маринченко– М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981. – 416 с. 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
Содержание
Введение
1. Общая характеристика технологического процесса и задачи его автоматизации
2. Описание схемы процесса
3. Анализ процесса как объекта управления
3.1 Выбор параметров контроля
3.1.1 Расход
3.1.2 Качество
3.2 Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования
3.2.1 Температура
3.2.2 Расход
3.2.3 Уровень
3.3 Выбор сигнализируемых параметров и ПАЗ
3.3.1 Давление
3.3.2 Уровень
3.4 Выбор параметров защиты и блокировки
4. Выбор технических средств автоматизации
4.1 Датчики температуры
4.2 Датчики давления
4.3 Датчики уровня
4.4 Датчики расхода
4.5 Датчики качества
4.6 Регуляторы
4.7 Дисплейная станция
4.8 Вспомогательные преобразователи
4.9 Исполнительные механизмы
5. Описание схем автоматизации
5.1 Описание схем контроля
5.1.1 Контроль расхода
5.1.2 Контроль качества
5.2 Описание схем контроля и регулирования
5.2.1 Контроль и регулирование расхода
5.2.2 Контроль и регулирование температуры
5.2.3 Контроль и регулирование уровня
5.3 Описание схем контроля, регулирования и сигнализации
5.3.1 Контроль, регулирование и сигнализация уровня
5.3.2 Контроль и сигнализация давления
5.4 Описание подсистемы противоаварийной защиты (ПАЗ)
5.4.1 Контроль и блокировка по температуре электродвигателя насоса
6. Спецификация на средства автоматизации
Заключение
Список используемых источников
Для обеспечения наиболее устойчивой и производительной работы предприятия необходимо точное соблюдение режима ведения процесса.
Задачи автоматизации производства сводятся к разработке алгоритма управления и реализации его техническими средствами автоматики, обеспечивающими оптимальность показателей технико-экономической эффективности.
По мере осуществления автоматизации производства сокращается тяжёлый физический труд, уменьшается численность рабочих, непосредственно занятых в производстве, увеличивается производительность труда. К тому же, внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции. Автоматизация производства обеспечивает также сокращение брака и отходов, уменьшение затрат сырья и энергии, уменьшение капитальных затрат на строительство зданий, удлинение срока межремонтного пробега оборудования.
В автоматизированном производстве роль человека сводится к составлению режимов и программ протекания технологических процессов, к контролю за работой приборов.
В данной работе проектируется система автоматизации колонн К-2 и К-3 установки по производству биоэтанола. Для этого используются современные средства автоматизации, которые обеспечивают требуемое качество продуктов, соблюдение норм техники безопасности, исключают ручной труд.
Наличие легколетучих взрывопожароопасных сред предъявляет повышенные требования к строгому соблюдению всех параметров ведения технологического процесса проектируемой установки. Во избежание возникновения аварийных ситуаций в системе автоматизации по возможности применяются приборы с взрывозащитой.
В эпоху промышленного прогресса спирт широко применяют как растворитель, экстрактант, антифриз и химическое сырье для производства синтетического каучука. В настоящее время в нашей стране в нашей стране большая часть этилового спирта используется на технические нужды, остальная – в медицине и для других целей.
Истощение запасов нефти и газа поставило перед наукой важнейшую задачу – разработать способы получения новых видов топлива, в первую очередь восполнить нехватку бензина. Недостаток в нем особенно остро ощущается в странах Америки и Западной Европы. Изыскание новых энергетических ресурсов – одна из наиболее актуальных проблем современности. Этиловый спирт – горючее, которым частично можно заменить бензин, его можно добавлять к бензину (10% и больше). Смесь спирта и бензина (газойль) используется как топливо для автомобильного транспорта. Полагают, что при этом уменьшается загрязнение окружающей среды выхлопными газами, происходящее при неполном сгорании бензина, так как спирт полностью окисляется до СО2 и Н2О. По-видимому, производство моторного этанола путем брожения займет значительное место в странах, имеющих предпосылки для получения дешевого растительного сырья: почвенно-климатические условия, благоприятные для высоких урожаев сельскохозяйственных культур, а также быстрорастущих древесных пород.
В процессе спиртового брожения наряду с основным продуктом брожения – этанолом образуются побочные продукты: глицерин, высшие спирты, сивушные масла, альдегиды, органические кислоты, эфиры, углекислый газ. Большинство из них находит практическое использование. Сивушное масло и эфиро-альдегидную фракцию выделяют при ректификации этилового спирта и выпускают в виде технических продуктов. Углекислый газ улавливают, очищают от сопутствующих примесей и превращают в жидкую углекислоту. Ее используют в разных целях, в том числе для газирования воды, пива и безалкогольных напитков; применяют при сварочных работах как защитный агент против окисления швов, а также в литейном и других производствах. Сухой лед, получаемый из сжиженного углекислого газа, применяют в качестве хладоагента в пищевой промышленности, медицине, машиностроении и энергетике. Выделенная после брожения биомасса дрожжей утилизируется в хлебопечении, а на барде после отгонки спирта выращивают кормовые дрожжи.
Сырьем для производства спирта служат разнообразные растительные материалы, содержащие в достаточном количестве сбраживаемые сахара или другие углеводы, которые можно осахарить. Наиболее широко используются крахмалосодержащие материалы – зерно (рожь, пшеница, кукуруза, ячмень, овес, просо) и картофель, сахаросодержащие материалы – меласса (отход сахарного и крахмало-паточного производства), дефектная сахарная свекла, а также древесина и отходы сельскохозяйственных растений. Дальнейшее увеличение производство спирта будет идти в основном по пути увеличения мощностей предприятий, использующих непищевое сырье.
Сырьем для получения технического спирта могут служить гидролизаты древесины и других растительных отходов. Древесина хвойных и лиственных пород содержит от 40 до 75% полисахаридов. Различают легко- и трудногидролизуемые полисахариды. Легкогидролизуемые полисахариды состоят из гемицеллюлоз и пектиновых веществ. Трудногидролизуемые полисахариды содержат целлюлозу с небольшой примесью гемицеллюлоз.
Растительное сырье под давлением подвергают кислотному гидролизу. Полученный гидролизат содержит 3,2 – 3,5% редуцирующих сахаров, преимущественно глюкозу, в небольших количествах галактозу и маннозу, а также пентозы – ксилозу, арабинозу, рамнозу.
Для сбраживания древесных гидролизатов используют ряд рас Sacch. cerevisiae и Schizosaccharomyces. Последние более полно сбраживают галактозу, чем сахаромицеты, и поэтому дают более высокий выход спирта. Брожение проводят по непрерывно-поточному способу при высокой концентрации биомассы (17-25 г/л).
Присутствующие в гидролизате вредные примеси играют роль антисептиков – подавляют развитие посторонних микроорганизмов. Поэтому на гидролизных спиртовых заводах отсутствуют установки для размножения чистых и производственных культур дрожжей, а одни и те же дрожжи используют на протяжении многих месяцев.
Зрелая бражка, полученная в результате брожения, содержит 1,0-1,5% этанола и побочные продукты брожения, несброженные сахара и другие органические вещества. При перегонке бражки и ректификации гидролизного спирта не удается полностью избавиться от этих примесей; гидролизный спирт (ректификат) содержит до 0,05-0,1% метанола и несколько большее количество кислот, сложных эфиров и альдегидов, чем ректификат из пищевого сырья.
При традиционном способе получения этанола из гидролизатов древесины и отходов сельскохозяйственных растений значительная часть моносахаридов, в основном ксилозы, остается неиспользованной. Выявлены дрожжи Pachysolen tannophilus, Candida shehatae (син. Pichia stipitis) и другие, способные сбраживать ксилозу с образованием этанола.
Процесс выделения спирта является пожаро- и взрывоопасным, поскольку промежуточные и конечные продукты его – легколетучие и легковоспламеняющиеся.