4 Средства измерения и контроля

Сложность и высокие темпы развития современной техники, увеличение размеров предприятий, огромный объем вычислительных операций по переработке информации – таковы важнейшие причины, требующие осуществления автоматизации основных технологических параметров процессов. Автоматизация производств позволяет освободить обслуживающий персонал установки, обеспечивает повышение производительности труда, снижение себестоимости продукции, улучшение ее качества, облегчает и улучшает условия труда, снижает аварийность.

4.1 Описание технологического процесса как объекта управления

Процесс получения яблочной кислоты состоит из следующих стадий:

• Приготовление фосфатного буфера;

• приготовление фумарата натрия;

• приготовление пермибилизованных клеток;

• синтез яблочной кислоты в реакторе;

• двухстадийное центрифугирование;

• нейтрализация и выделение яблочной кислоты;

• упаривание раствора лимонной кислоты в выпарных аппаратах;

• кристаллизация;

• сушка и упаковка готового продукта.

Все стадии технологического процесса необходимо проводить при определенных условиях:

- отклонение температуры в аппаратах должно быть не более 2 ^о С,

- рН среды должно быть постоянным 0,5;

- отклонение уровня 2,5%.

Регулировать эти параметры вручную невозможно, поэтому процесс необходимо автоматизировать. В качестве контролируемых и регулируемых параметров выбраны те, которые обеспечивают устойчивость работы установки. Число контролируемых параметров должно быть небольшим, чтобы не происходило информационной перегрузки операторов-технологов и вместе с тем таким, чтобы обеспечить полное представление о технологическом процессе.

Для соблюдения технологического режима ведения процесса необходимо регулировать следующие параметры: температура, рН, уровень, давление и расход.

Основной стадией в производстве яблочной кислоты является синтез, при которой важнейшим технологическим параметром является температура в аппарате. Для поддержания необходимой температуры на уровне 29  2 °С во время реакции в рубашку реактора подают холодную воду.

Также в процессе синтеза необходимо контролировать рН среды рН=7,50,5. Такое значение рН поддерживается подачей 20% раствора едкого натра.

На стадии вакуум-выпарки необходимо контролировать давление в вакуум-выпарной установке – (0,021) МПа.

На стадии сушки регулируется температура входящего и отходящего воздуха в барабанной сушилке на уровне 45 С и 35 °С соответственно.

На каждом этапе во избежание переливов необходимо контролировать уровень жидкостей в емкостях.

4.2 Выбор средств контроля и регулирования

При выборе приборов контроля и регулирования руководствуемся такими критериями, как надёжность, точность, приспособленность к измеряемой среде, удобство в эксплуатации. Этим требованиям соответствуют приборы Государственной системы приборов (ГСП), выполненные из унифицированных элементов, узлов, имеющие стандартные входные и выходные сигналы.

4.2.1 Датчик уровня.

Среда измерения уровня: содержащая нерастворимые примеси вода или просто вода, шлам, сухой осадок,. Минимальное значение измеряемого уровня 0,6 м, максимальное 11,2 м. Выбираем радарный уровнемер. Уровнемер УЛМ – 11 не чувствителен ко многим вызывающим проблемы характеристикам жидкостей, таких как изменение плотности, агрессивности, вязкости или проводимости. Радиолокационный луч свободно проникает через слои пены, взвеси, на стабильность датчика не влияют изменения объема заполненного парами пространства резервуара и температура процесса.

Диапазон измерений уровня 0,6 – 30 м. Погрешность измерений уровня: для жидкостей 1 мм, для сыпучих продуктов 5 см. Режим работы непрерывный. Ширина луча 4 град. Выходной сигнал 4 – 20 мА; Условие эксплуатации : Т= -60…._{150 С}, Р_ат=0,1 – 0,4 М Па.

4.2.2 Датчик расхода .

Выбираем расходомер электромагнитный Метран – 300ПР. _{Предназаначен для измерения объемного расхода электропроводных жидкостей, пульп, эмульсий. Давление измеряемой среды : 0,05 – 4 Мпа, 0,05 – 2,5 для (Ду = 150 – 200 мм). Диаметр условного прохода датчика и предел измерения : 1) Ду= 25 мм, F = 0,18 – 9,0 м3/ч ; 2) Ду= 32 мм, F = 0,25 – 20,0 м3/ч ; 3) Ду= 50 мм, F = 0,4 – 50,0 м3/ч; 4) Ду= 100 мм, F = 1,5 – 200,0 м3/ч.; 5) Ду= 150 мм, F = 5,0 – 400,0 м3/ч. Температура измеряемой среды – 1 …150 0С.} Пределы основной относительной погрешности _{0,5 %, в диапозоне скоростей измеряемой среды от 0,3 до 10 м/с. Выходной сигнал 4 – 20 мА.}

4.2.3 Датчики температуры.

_{В качестве датчиков температуры используются термопары ИТ-1.3 ХК, со встроенным нормирующим преобразователем температуры НПТ-1, предназначенным для преобразования сигналов чувствительных элементов для измерения температуры в унифицированный сигнал постоянного тока. Для термопары ИТ-1.3 ХК диапазон измерения температур от 0 С до плюс 150 С, материал чувствительного элемента хромель-капель. Исполнение термопары взрывозащищённое. Основная погрешность +/- 0,5%, выходной сигнал 4…20 мА.}

4.2.4 Датчики давления.

Измеряемое давление Р = 0,3 – 0,5 МПа . Выбираем интеллектуальный Метран 100 – 1162 ДИ датчик избыточного давления. Диапазон измерения давления от 0 до верхнего предела измерений 1 – 4 кПа. Основная приведенная погрешность до _{0,5%. При эксплуатации возможный диапазон изменения температуры окружающей среды от – 40 до 80} ⁰_{С. Выходной сигнал 4 – 20 мА.}

4.2.5 Датчики рН.

Для измерения рН используется pH 200 в комплекте с датчиком ДПГ-4. Диапазон измерения 0 – 14 , в температурных пределах от 20 до 200 °С и давлении от 0 до 5 МПа. Сенсоры погружного типа. Выходной сигнал 4…20 мA.

4.2.6 Станция управления и сбора данных .

Выбираем станцию управления и сбора данных CX2000, которая является новым поколением многоканальных безбумажных электронных самописцев. Станция CX обеспечивает как контроль процесса, используя внутренние ПИД-контуры и/или внешние контроллеры, так и регистрацию событий процесса на внутренний/внешний носитель в реальном времени

CX2000 –станция управления с возможностью включения до 20 измерительных каналов и до 6 встроенных контуров. Выход сигнализации 6 точек. Используя поставляемый стандартно интерфейс Ethernet, можно отправлять электронную почту, контролировать площадку дистанционно по Интернету, и осуществлять передачу файлов по FTP – протоколу. Возможно три режима управления: одноконтурный, каскадное, контуром с PV переключателями. Есть функция автоподстройки для параметров ПИД – регулирования и функция подавления перерегулирования – Super. До 6-ти независимых встроенных контуров управления и возможность подключения до 16-ти внешних контроллеров (расширение до 32-х контуров). Мощный аппарат математической обработки на любом этапе вычислений (измерение, управление, запись данных)

Арифметические функции

Логарифмические и экспоненциальные функции

Логические операции

Дифференцирование, интегрирование

4.2.7 Исполнительное устройство.

Все регулирующие воздействия сводятся к изменению расхода какого-либо материала или теплоносителя. Поэтому в качестве исполнительных механизмов используются клапана.

Во всех случаях используется клапан регулирующий с электроприводом КМР.Э предназначен для автоматического регулирования расхода и перекрытия жидких и газообразных сред, изготавливается с условным проходом от 10 до 200 мм с условной пропускной способностью от 0,006 до 630 м³/ч на условное давление 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10,0 и 16,0 МПа, в том числе новая конструкция клапанов КМР.Э до Dу 125 мм и Kvy от 0,006 до 200 м³/ч. 

Указанный клапан применяются на трубопроводах с Dу до 400 мм. Корпуса клапанов изготавливаются из стали 20, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М3Т, хладостойких углеродистых сталей или других материалов по специальному заказу. Дроссельная пара изготавливается из сталей 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М3Т или специальных материалов.

4.2.8 Сигнализаторы.

Для оповещения обслуживающего персонала о том или ином отклонении технологического режима с дискретного выхода Р-130 поступает сигнал, обеспечивающий включение сигнальной лампы. В качестве сигнальной лампы используется лампа ЛС-4.

4.2.9 Контроль и сигнализация влажности .

Влажность продукта воспринимается преобразователем влажности ИПТВ 206 (позиция 49-1), Диапазон измерения относительной влажности —0...100 %. Погрешность измерения относительной влажности — ±2; ±3 %. Значение влажности преобразуется в унифицированный электрический сигнал 4…20 мА.