студент с 01.01.2014 по 01.01.2019
АО "Волжский Оргсинтез" (Специалист по КИПиА)
сотрудник с 01.01.2009 по настоящее время
Волжский политехнический институт (филиал) ВолгГТУ (Автоматика, электроника и вычислительная техника, Студент)
студент с 01.01.2014 по 01.01.2019
Волжский, Россия
сотрудник
Волжский, Волгоградская область, Россия
Данная работа посвящена повышению эффективности управления процессом получения анилина на стадии ректификации. В ходе работы получено представление нынешнего состояния предметной области для исследования, проанализированы литературные источники. Выбран объект управления, дан расчет математической модели объекта регулирования, найдены оптимальные настроечные коэффициенты ПИД-регулятора, проведен анализ свойств объекта управления. Разработана новая система управления технологическим процессом на базе современных программно-аппаратных средств программируемого логического контроллера.
ректификация анилина, контроллер, датчики, кубовая жидкость, технологический процесс, колонна.
Анили́н (аминобензол, фениламин) – органическое соединение с формулой C6H5NH2, простейший ароматический амин. Представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом, немного плотнее воды и плохо в ней растворим, хорошо растворяется в органических растворителях. На воздухе быстро окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит. Название «анилин» происходит от названия одного из растений, содержащих индиго – Indigoferaanil (современное международное название растения – Indigofera suffruticosa).
Изначально анилин получали восстановлением нитробензола молекулярным водородом; практический выход анилина не превышал 15%. При взаимодействии концентрированной соляной кислоты с железом выделялся атомарный водород, более химически активный по сравнению с молекулярным.
В мире основная часть производимого анилина используется для производства метилдиизоцианатов, используемых затем для производства полиуретанов. Также он используется при производстве искусственных каучуков, гербицидов и красителей (фиолетового красителя мовеина). В России он в основном применяется в качестве полупродукта в производстве красителей, взрывчатых веществ и лекарственных средств (сульфаниламидные препараты).
Применение современных методов управления технологическим процессом позволяет повысить качественные показатели готовой продукции с увеличением экономической эффективности производства. Об актуальности темы свидетельствует ряд нерешенных вопросов, например, большая нестабильность механических характеристик готовой продукции. Малоисследованные характеристики возмущающих воздействий, действующих на процесс с изменением свойств исходных ингредиентов, практически постоянно приводят к переходным процессам, что говорит о необходимости дальнейших исследований и построения динамических систем управления [1].
Проведение некоторых современных технологических 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 серьезным последствиям. Внедрение специальных автоматических устройств способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение атмосферного воздуха и водоемов промышленными отходами [2].
Технологический процесс получения анилина запроектирован двумя потоками на стадии контактирования и одним потоком на стадии дистилляции. Основной целью процесса является получение товарного анилина (массовая доля анилина в продукте 99.4–99.8%) и анилина первого сорта (массовая доля анилина в продукте не менее 99.4%) путем перегонки кубового остатка, получаемого на стадии ректификации анилина.
Ректификация кубовой жидкости со стадии отгонки легкокипящих фракций, имеющей массовую долю 98.0% анилина, производится на 3-х колпачковой тарельчатой колонне, работающей непрерывно (рис. 1). Среда в колонне токсичная и пожароопасная. Остаточное давление создается масляным вакуум-насосом более 40 мм. рт. ст. и поддерживается на линии отдувки.
Колонна имеет куб, снабженный выносным кожухотрубчатым кипятильником (позиция 6), который обогревается паром температурой 160°C при давлении 0.6 МПа. Количество пара регулируется с коррекцией по уровню. Циркуляция кубовой жидкости через кипятильник естественная.
Кубовая жидкость из куба колонны со стадии отгонки легкокипящих фракций в количестве 6375–7320 л/ч непрерывно подается на 12-ю тарелку (считаю снизу) колонны (позиция 5) через теплообменник, где смесь подогревается до температуры 128–130°C. Температура в кубе колонны 138–140°C поддерживается изменением расхода греющего пара в выносном кипятильнике (позиция 6).
Пары дистиллята (товарный анилин), выходящие из колонны при температуре 97–98°C, конденсируются в трубчатом дефлегматоре (позиция 1), который охлаждается оборотной водой. Пары дистиллята, конденсируясь, стекают в емкость товарного анилина (позиция 3) объемом 6.3 м3. При этом массовая доля основного вещества в товарном анилине должна быть не менее 99.4%, воды не более 0.3%, нитробензола не более 0.004%. Из емкости товарного анилина (позиция 3) товарный анилин в количестве 5675–6420 л/ч насосом непрерывно откачивается на склад анилина.
Часть дистиллята в количестве 11 350–12 840 л/ч из емкости (позиция 3) насосом (позиция 4) в виде флегмы возвращается в колонну.
Кубовая жидкость из колонны (позиция 5) в количестве 600–800 л/ч при температуре 138–140 °C с массовой долей анилина не более 80% насосом (позиция 8) подается на дальнейшую разгонку для получения анилина более низких сортов [3].
Одним из важных этапов модернизации системы автоматизированного управления технологических процессов является замена морально устаревших средств автоматизации на более прогрессивные. Так, в качестве основного узла управления, выбирается контроллер ModiconM580 ePAC – инновационный контроллер ePAC со встроенной системой Ethernet, который позволит повысить эффективность управления технологическим процессом [4]. Он включает в себя следующие элементы:
- модуль 8 аналоговых входов Modicon X80 BMXAMI0800, подключается с помощью 28-контактной клеммной колодки;
- модуль 8 аналоговых выходов Modicon X80 BMXAMO0802, подключается с помощью 20-контактной клеммной колодки, токовый контур питается от источника питания (модуля) и не требует внешнего питания;
- модуль дискретного вв/выв Modicon X80 BMXDDM16022;
– модуль питания 24 В Modicon X80 BMXCPS2000 обеспечивает электропитанием каждый модуль, подключенный к платформе ввода / вывода;
– сигнальное реле, встроенное в каждый модуль электропитания, имеет беспотенциальный контакт, доступный на передней панели, на 2-х контактный разъем [5].
При выборе датчиков измерения параметров процесса нижнего уровня, предпочтение отдается приборам фирмы SIEMENS – известного производителя средств автоматизации:
- микропроцессорный емкостный уровнемер для жидкостей и сыпучих веществ SIEMENSSITRANS LC 300 [6];
- погружной датчик температуры SIEMENS Immersion Temperature Sensors QAE3075с НСХ Pt100 и выходным сигналом 4…20 мА[7], погружная часть 16 см, диапазон температуры измеряемой среды 0…200°С;
- вихревой расходомер SIEMENSSITRANS FX предназначен для измерения нормального объемного и массового расхода пара, газа, проводящих и не проводящих жидкостей посредством одного устройства с возможностью компенсации по температуре и давлению [8];
- в качестве исполнительного механизма для внесения регулирующего воздействия был выбран 2-ходовый клапан SIEMENS MVF461H с магнитным приводом для управления, пружинным возвратом и ручным управлением [9].
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что система управления процессом получения анилина на стадии ректификации, созданная на базе микропроцессорной техники с использованием современного оборудования в области автоматизации технологических производственных процессов, будет удовлетворять заданным требованиям.
1. Артеменко А.И. Органическая химия - 1987[Электронный ресурс] //URL:https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/72235.
2. ГОСТ 21.208-2013. Система проектной документации для строительства. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах - Введ.2014-12-01. -М.: Стандартинформ, 2014. - 15 с.
3. Технологический регламент цеха №20\8, АО« Волжский Оргсинтез».
4. CPU модуль Schneider Electric [Электронный ресурс]// BMEP581020 - processor module M580 - Level 1 - Distributed - Schneider Electric URL: https://www.schneider-electric.com/en/product/BMEP581020/processor-module-m580---level-1---distributed/.
5. Платформа и модули Modicon X80 Schneider Electric [Электронный ресурс]// Standard environment - Modicon X80 I-Os - Schneider Electric URL: https://www.schneider-electric.com/en/product-range/61938-modicon-x80-i-os/ .
6. Уровнемер фирмы SIEMENS [Электронный ресурс]// Непрерывное измерение уровня - Цифровое производство, автоматизация промышленности, непрерывные процессы и приводы - Siemens. URL: https://w5.siemens.com/web/ua/ru/iadt/ia/sensors/instrumentation/signaling/Pages/level-measurement.aspx.
7. Датчик температуры SIEMENS [Электронный ресурс] // QAE3.. - Погружной датчик для высокой температуры. URL: https://hit.sbt.siemens.com/RWD/(S(o521lcthnpljmqyzs54qzmd2))/app.aspx?RC=RU&lang=ru&MODULE=Catalog&ACTION=ShowProduct&KEY=BPZ%3aQAE3.
8. Расходомер SIEMENS [Электронный ресурс]// Вихревые расходомеры SITRANS FX300 - Цифровое производство, автоматизация промышленности, непрерывные процессы и приводы - Siemens URL: https://w5.siemens.com/web/ua/ru/iadt/ia/sensors/instrumentation/flow-measurement/Pages/sitrans-fx300.aspx.
9. 2-ходовой магнитный клапан SIEMENS [Электронный ресурс]// MVF461H40-20 - 2-ходовой седельный магнитный клапан, фланцевое соединение, PN16 DN40, kvs 20, AC-DC 24 ВURL:https://hit.sbt.siemens.com/RWD/app.aspx?RC=RU&lang=ru&MODULE=Catalog&ACTION=ShowProduct&KEY=BPZ%3aMVF461H40-20.
