Министерство  образования и науки РФ

        

      Государственное образовательное учреждение

      высшего профессионального образования 

      Санкт-Петербургский  государственный технологический  институт

      (Технический  университет) 

      

      

 
 

Факультет: Информатики и управления     

Кафедра: САПР и У

Дисциплина: Программное обеспечение систем 
 
 

      Пояснительная записка к курсовому проекту  на тему:

      «Моноэтаноламиновая (МЭА) очистка углекислого газа» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

Студент 864 гр

Востряков А.В.

Проверил:

Халимон В.И. 
 

_____________                   ____________________                  _____________

дата                                                       оценка                                               подпись 
 
 

      Санкт - Петербург

      2010

      ЗАДАНИЕ

ЦЕЛЬ  РАБОТЫ

      Изучение  основ  построения АСУТП, базовых  понятий и определений. Глубокое изучение исходного технологического процесса  и рассмотрение на его  основе полного перечня функциональных задач АСУТП.

      Анализ  результатов проделанной работы. 
 

ВВЕДЕНИЕ

      В настоящее время в любой отрасли промышленности используются системы автоматического управления. Примерами таких систем являются системы автоматического управления химическими процессами, атомными реакторами, системы управления движением ракет, самолетов, искусственных спутников и т. д.

      Современные АСУТП являются динамическими системами  с изменяющимися характеристиками. Структурные компоненты АСУТП модифицируются в процессе проектирования и наладки, модифицируются в процессе эксплуатации. Все это требует, чтобы процесс их проектирования производился быстро и комплексным путем с выходом на программное обеспечение управляющих вычислительных машин.

      Промышленная  автоматизация уменьшает численность  обслуживающего оборудование персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и повышает безопасность производства. Выполнять свою работу настолько качественно, как промышленная автоматика, человек вряд ли смог бы физически. Высокий уровень производительности достигается благодаря тому, что в производстве сегодня используются технические средства автоматизации. Они обеспечивают автоматическое получение, передачу, преобразование, сравнение и использование информации в целях контроля и управления производственными процессами.

      Разработку высокоэффективных АСУТП в рамках САПР возможно осуществить при условии унификации и стандартизации методов проектирования, широкого применения математических методов и средств вычислительной техники, применения методов многовариантного и оптимизационного проектирования, создания банков данных и знаний, содержащих систематизированную информацию, сведения справочного характера и правила логического вывода для автоматизации процессов получения, преобразования и хранения информации, автоматизации нетворческих эргономических процессов, организации взаимодействия с САПР различных уровней и назначений.

      В данном курсовом проекте рассматривается процесс производства серной кислоты по схеме сухой очистки. Суть процесса управления состоит в оптимизации выхода целевого компонента и обеспечении безопасности производства, т.к. работа производится с агрессивными средами. Также процесс управления подразумевает получение наиболее дешёвой серной кислоты с учётом издержек на сырьё, энергию и воду. 

ОПИСАНИЕ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

      Метанол – один из наиболее важных по значению крупнотоннажных продуктов химической промышленности.

      Исторически известно несколько способов получения  метанола:

1. сухая перегонка древесины и лигнина;
2. термичесaкое разложение формиатов;
3. синтез из метана через хлористый метил с последующим омылением;
4. неполное окисление метана на катализаторах или без таковых под давлением.

      Из  перечисленных способов промышленностью  был освоен лишь первый, и в качестве единственного он пребывал до середины второго десятилетия прошлого века. В настоящее время процесс сухой перегонки древесины полностью вытеснен каталитическим синтезом из смеси монооксида углерода и водорода (синтез-газа):

      CO+2H₂ =CH₃OH

      сырьем  для которого главным образом  является природный газ (преимущественно метан). Также известны, но менее распространены схемы употребления с этой целью отходов нефтепереработки, коксующихся углей.

      Получение метанола из синтез-газа впервые было осуществлено в Германии в 1923 году. Тогда процесс проводился под  давлением 10–35 МПа на оксидных цинк-хромовых катализаторах в интервале температур 320–400°С. Мощность первой промышленной установки не превышала 20 тонн в сутки, что не давало возможность говорить о каких либо серьезных промышленных объемах метанола.

      До 60-х годов прошлого столетия метанол синтезировали только на цинк-хромовых катализаторах. Впоследствии были разработаны более активные катализаторы на основе оксидов цинка и меди, которые позволили смягчить условия синтеза: снизить давление до 4–15 МПа, а температуру – до 250°С, что упростило аппаратурное оформление стадии синтеза, улучшило качество метанола-сырца и экономические показатели процесса.

      Современная технологическая схема получения  метилового спирта из природного газа включает в себя следующие основные стадии:

• очистка природного газа от соединений серы путем гидрирования их до сероводорода с последующей адсорбцией последнего оксидом цинка (ZnO);
• конверсия природного газа в синтез-газ (паровая, паро-углекислотная, паро-кислородная или паро-кислородно-углекислотная);
• непосредственно сам синтез метанола на медьсодержащих катализаторах при 200–300°C и давлении 4–15 МПа. Смесь на выходе из реактора содержит 3–5% метилового спирта. После охлаждения смеси и конденсации метанола-сырца оставшийся газ подают обратно в реактор. Метанол-сырец помимо метанола (94–99%) содержит также воду, бутиловые, амиловые спирты, пропанол и ряд других примесей;
• ректификация метанола-сырца.

      Готовым продуктом стадии ректификации является метанол-ректификат (марки А), который (применительно к условиям РФ) должен соответствовать нормам ГОСТ 2222-95 «Метанол технический».  

      Потребление

      Главным образом метанол используется в  качестве полупродукта в ряде промышленных синтезов. Основным потребителем является производство формальдегида, и далее – смол и других продуктов на его основе.

      В нефтеперерабатывающей промышленности метанол используется в качестве селективного растворителя для очистки бензина от меркаптанов, а также при выделении толуола. Кроме того, метанол применяется в качестве высокооктановой добавки к топливу, которая повышает мощность двигателя, резко снижая при этом количество выхлопных газов; для синтеза протеина (белково-витаминного концентрата), в производстве диметилтерефталата, ядохимикатов, химических средств защиты растений, для производства уксусной и муравьиной кислот (последняя используется при коагуляции латексов, как дубитель кожи, консервант пищевых продуктов и для силосования кормов). Получают из метанола также диметилформамид (растворитель полиакрилонитрила, используется также в технологии полиуретанов).

      Три четверти выпускаемого метанола потребляет химическая промышленность для производства формалина, уротропина, уксусной кислоты  и продуктов метилирования. В нефтехимической промышленности основные потребители – производства изопрена и метилтретбутилового эфира (МТБЭ).

      Важной  областью потребления метанола в  последнее время становится производство биодизельного горючего, получаемого переэтерификацией с CH₃OH рапсового масла.

      Метанол широко применяется в газовой  промышленности как реагент в  борьбе с гидратообразованием и, частично, как реагент для осушки природного газа. Перспективно использование метанола в производстве олефинов (этилена и пропилена) полимеризационной чистоты, спрос на которые во всем мире ежегодно возрастает. Предлагается использовать метанол также и как топливо для электростанций (с использованием газотурбинных установок), привязанных к крупным месторождениям природного газа.

      В качестве новых сфер потребления метилового спирта упомянем синтезы на его основе, которые в настоящий момент находятся на стадиях разработки технологий, либо внедрения в промышленную практику:

1. получение уксусного ангидрида карбонилированием метилацетата, произведенного из метанола;
2. синтез метилформиата дегидрированием CH3OH;
3. получение фторзамещенных метанов;
4. синтез акрилонитрила из метанола и ацетонитрила в присутствии кислорода;
5. синтез метакрилонитрила из метанола, изобутилена, аммиака и кислорода;
6. получение винил- и этилзамещенных ароматических соединений путем конденсации метилпроизводных ароматических углеводородов с метанолом на цеолитах.

 

      Процесс моноэтаноламиновой (МЭА) очистки углекислого  газа

      Процесс МЭА  - очистки синтез-газа от окиси  и двуокиси углерода является одним из важнейших а производстве аммиака и метанола. На Рисунке 1 представлена схема отделения очистки для производства метанола Щекинского ХК. Консервированный газ из отделения конверсии метана, содержащий СО₂ и СО, поступает в абсорберы А₃(нижний индекс показывает число аппаратов) с насадкой, орошаемой 30% водным раствором моноэтаноломина, который при нормальном давлении и невысокой температуре образует с углекислотой или окисью углерода непрочное химическое соединение. Очищенный газ, который должен содержать не более   % СО₂ амиачного производства и 6% СО₂ для метанолового, поступает через брызгоулавливатель БР в отделение компрессии. Раствор МЭА с богатым содержание СО₂ поступает после некоторого подогрева в теплообменниках Т₂ в регенератор Р₂, где углекислота переходит в парогазовую смесь (ПГС), получаемую в кипятильниках К₂, и удаляется из нее в скрубберах – охладителях СК₂. Регенерированный раствор МЭА поступает в промежуточные сборники СБ₂, попутно охлаждаясь в теплообменниках. Их сборников регенерированный раствор МЭА подается насосами Н₂ в абсорбер, охлаждаясь попутно в холодильниках (теплообменниках) Х1₂.

      Рисунок 1 – Технологическая схема процесса МАЭ. 
 

ВЫБОР ПЕРЕЧНЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗАДАЧ АСУТП

      Обозначим круг задач АСУТП:

• Прямое измерение
• Косвенное измерение
• Подготовка, хранение и передача данных
• Расчет ТЭП
• Отображение и регистрация данных
• Контроль отклонений
• Прогнозирование
• Анализ срабатывания блокировок защиты
• Сигнализация
• Диагностика состояния оборудования
• Оптимальное управление в установившимся режиме
• Оптимальное управление в переходном режиме
• Регулирование отдельных парамметров
• Однотактное логическое управление
• Программное и многотактное управление
• Контроль используемого управляющего воздействия