Способы регулирования технологическим процессом производства бихромата натрия

В данной статье рассмотрены возможные способы регулирования технологическим процессом производства бихромата натрия для дальнейшей автоматизации процесса. 

Цель работы состоит в автоматизации бихроматного производства с учетом анализа способов регулирования данного производства.

Актуальность данной темы состоит в том, что на сегодняшний день на всех предприятиях на первое место ставится именно автоматизация, для того, чтобы труд людей использовался только для наладки, наблюдения и контроля за ходом производственного процесса и получения экономической эффективности, которая является огромной в результате реализации систем автоматизации.

Основными источниками экономической эффективности в результате реализации системы автоматизации бихроматного производства являются:

  • Снижение потерь исходного сырья, за счет более точного их дозирования;
  • Сокращение простоев оборудования за счет повышения коэффициента его загрузки по мощности и во времени; 
  • Уменьшение расхода электроэнергии за счет рационального управления оборудованием;
  • Уменьшение численности обслуживающего персонала за счет диспетчеризации системы управления технологическим процессом, что в свою очередь приведет к снижению затрат на производство и соответственно повышению его рентабельности [1].

Помимо перечисленных явных источников экономической эффективности, внедрение системы даст возможность получать и не явные (скрытые) ресурсы производства, за счет предоставления своевременной и достоверной информации, повышения оперативности и качества управления процессом, упрощение и повышение надежности контроля состояния технологического оборудования и т.д.

Основные статьи снижаемых эксплуатационных затрат от реализации неявных ресурсов:

  • Ремонт технологического оборудования, ликвидация аварий и сопутствующий расход комплектующих, энергоносителей, материалов;
  • Штрафы (например, за нарушение экологического состояния прилегающей территории);
  • Расходы на обеспечения контроля качества конечного продукта.

В настоящее время в технологическую цепь входит часть оборудования не отвечающее требованиям комплексной автоматизации.

Осуществление комплексной автоматизации затруднено из-за периодичности, наличия ручных операций при работе отстойников, плав-котлов, центрифуг и другого оборудования.

В производстве осуществлен теплотехнический контроль следующих параметров:

  • Расхода пара на батареи, на батарею вакуум-выпарки, на плав-котлы, на отопление;
  • Давления греющего пара – общий замер на батареи, индивидуальные приборы батарей;
  • Давления во всех греющих камерах и сепараторах выпарных батарей.

Автоматизирован процесс травки на одном из четырех потоков и выполнено программное управление работой центрифуг.

Регулирование процесса травки ведется по рН после смесителя щелокови серной кислоты.

В контур входит не серийный датчик рН.

Недостатком системы регулирования является сильная коррозия смесителя при местных перетравах.

Работниками КИП разработана схема программного управления центрифугам, которая в основном может быть принята без изменений при разработке системы комплексной автоматизации.

Схема управления центрифугами предусматривает как ручное, так и автоматическое управление по определенной программе.

Регуляторы работают как двухпозиционные, система приводов гидравлическая. Программа работы центрифуги может изменятся оператором во время работы. Работа центрифуги включает в себя следующие операции:

  • Загрузку
  • Фуговку
  • Промывку
  • Просушку
  • Регенерацию
  • Выгрузку.

Количество промывок и просушек может устанавливаться оператором в зависимости от качества щелоков, поступающих с первой стадии выпарки [1].

Датчиками, дающими импульсы в схеме сигнализации, защиты и блокировки последовательности операций, являются три электролитических сигнализатора. Один электрод сигнализатора устанавливают в патрубке слива фугата и промывной воды, а два других установленных один над другим, внутри ротора центрифуги.

Электрод в патрубке слива фугата дает сигнал об окончании фуговки и промывки при исчезновении потока фугата или промывной воды. Аэлектроды, установленные в роторе центрифуги, дают сигнал о заполнении ротора щелоками или промывной водой, а также предотвращают перелив щелоков из центрифуги.

Работа центрифуг, так же как и выпарных батарей, автоматически не связана ни с предыдущим, ни с последующими стадиями технологического процесса.Все приборы теплотехнического контроля и регулирования цеха бихромата натрия устанавливаются на самом технологическом оборудовании или на местных щитах.Каждая выпарная батарея и центрифуга имеют свой щит контроля и сигнализации.В цехе отсутствует также средства внутрицеховой диспетчеризации [1].

На сегодняшний день в процессе работы выпарных батарей на первой стадии выпарки наблюдается сильное забивание и зарастание аппаратов сульфатом натрия, что значительно снижает экономичность работы батареи и вызывает их частую остановку для промывки.

Интенсивное образование кристаллов сульфата натрия происходит в зоне кипения раствора.В результате испарения растворителя создается пресыщение и образование кристаллов как внутри кипящего раствора, так и на стенках сепаратора.В случае наличия зоны кипения в греющих трубках или в циркуляционном патрубке после подогревателя, возможно зарастание их сульфатом натрия.Отложение кристаллов на греющих трубках и патрубке приводит к уменьшению их сечения, снижении скорости циркуляции, коэффициента теплопередачи и соответственно производительности выпарного аппарата.

Предотвращение кипения в греющей камере и входном патрубке щелоков в сепаратор достигается поддержанием постоянного уровня щелоков в аппарате.

В этом случае образование кристаллов сульфата натрия происходит в небольшой зоне зеркала кипящего раствора и на стенках сепаратора, соприкасающихся с кипящими щелоками.

Для определения методов борьбы с кристаллизацией на стенках сепаратора было проведено два опыта.

В первом случае сепаратор работал без орошения исходным раствором, во втором происходило орошение.

Раствор в циркуляционном контуре после подогревателя подавался по трубе в середину сепаратора по его оси.

Орошение осуществлялось через большое количество маленьких отверстий в кольцевой трубе внутри и вверху сепаратора.

После 1,5 суток работы аппарата без орошения толщина отложений соли была неравномерной и колебалась. От 5 до 15 мм.

В режиме орошения аппарат проработал 45 часов.

Инкрустации после вскрытия не оказалось не только выше уровня рассола, где на стенки попадают отдельные всплески кипящего рассола, но и в области кипения его под уровнем, в которой происходит постоянное омывание со стенок перенасыщенным раствором.

По–видимому, это объясняется тем, что слой ненасыщенного исходного раствора не сразу размывается турбулентными движениями кипящего раствора при достижении уровня, а продолжает какое-то время двигаться вдоль стенки, предотвращая инкрустацию ее.

Во время опытов работы аппарата ВНЦ-2,5 содержание твердой фазы в рабочем растворе колебалось от 7 до 15% веса циркулирующего раствора в аппарате.

Экспериментальные работы были завершены конкретными испытаниями опытной выпарной установки. Испытания продолжались 166 часов. Режим работы аппарата оставался неизменным. После вскрытия аппарата поверхность сепаратора оказалась совершенно чистой [2]. 

На основании вышеизложенного, для предотвращения инкрустации сульфата натрия на стенках сепаратора предлагаются следующие работы:

  • Осуществить ввод кипящего раствора из греющей камеры под уровень раствора в сепараторе;
  • Осуществить орошение внутренних стенок сепаратора исходным раствором.
  • Далее было проведено испытание шарового затвора, изготовленным с фторопластиковым уплотнением сальника и фторопластовыми кольцами, зажимающими шар.
  • После месяца работы шарового затвора состояние сальника было удовлетворительным, но кольцо было значительно изношено взвешенными частицами, содержащимися в исходном растворе.
  • Неудовлетворительно работало резиновое уплотнение между двумя половинами корпуса затвора.
  • В итоге необходимо использовать на трубопроводах щелоков шаровые затворы с усиленными штоками и повышенной точностью обработки чугунных колец.

Для производства бихромата натрия в соответствии с существующей технологией должны быть разработаны:

  • Система регулирования уровня щелоков в подтравочниках, предусматривающая поочередное заполнение и опорожнение подтравочников по заданной программе и опорожнение конусов подтравочников;
  • Система регулирования уровня в баках промывных вод фильтр прессов, предусматривающая одновременно с регулированием уровня контроля концентрации промывных вод и, в зависимости от последней, передачу промывных вод либо в печные цеха на гашение шлака, либо на первую стадию выпарки для упаривания;
  • Система уровня в репульпаторах;
  • Система регулирования уровня в бакахпитателях серной кислоты связанная с общезаводским кислотным хозяйством.
  • Системы регулирования уровня во всех буферных емкостях, отстойниках, конденсатных баках и т.п., за исключением питателей и сборников упаренных щелоков первой стадии выпарки и сборников фильтрата перед второй стадией выпарки.

Дополнительно к существующим необходимо испытать в промышленных условиях следующие схемы авторегулирования:

  • Схема автоматизации процесса получения гипохлорита натрия;
  • Схема автоматического дозирования содового раствора в подтравочники для перевода монохромата кальция в карбонат кальция;
  • Схема автоматического регулирования величины рН монохроматных щелоков в подтравочниках (нейтрализация);
  • Схемы автоматического дозирования гипохлорита натрия в полочные смесители (в зависимости от количества восстановителей) содержащихся в щелоках, приходящих на травку;
  • Схемы регулирования температуры в местах подогрева щелоков по ходу технологического процесса и системах оборотного водоснабжения;
  • Схема регулирования систем приточно-вытяжной вентиляции и отопления.

Кроме перечисленных систем следует считать целесообразным проведение испытаний существующих систем автоматизации с целью определения качества их работы и возможности унификации аппаратурных решений [2].

Также необходима взаимная увязка производительности между отделениями цеха.

Общая производительность цеха определяется возможностями отделения, имеющего наименьшую производительность или оборудование, чаще выходящее из строя по причинам трудно поддающимся предварительному учету. 

Одним из таких отделений является отделение центрифуг, производительность которого может изменяться скачкообразно в зависимости от числа работающих центрифуг.

Так как нарушения режима могут носить относительно кратковременный характер, возникает необходимость в плавном изменении производительности выпарного отделения (первая и вторая стадии).

Включенный по одноимпульсной схеме регулятор депрессии из-за большого запаздывания не обеспечивал нужного качества регулирования. Поэтому по предложению завода была введена обратная связь по положению регулирующего клапана, установленного на трубопроводе исходного раствора.

Кроме того было обнаружено, что при питании реостатных датчиков вторичного прибора и исполнительного механизма от электронного регулятора наблюдается значительный нагрев датчиков.

При этом крутизна характеристики превышает необходимую норму в 8-10 раз. Последнее отрицательно сказывается на работе регулятора, так как любые люфты или неточности в кинетических соединениях приводят к ложным срабатываниям регулятора.

Во избежание этого в средний провод идущий от каждого датчика, должно быть включено сопротивление =800ом.

Для уменьшения колебаний концентрации упаренного раствора за счет произвольных изменений давления греющего пара предусмотрен регулятор, поддерживающий заданное давление в греющей камере первого корпуса (индивидуальный для каждой батареи).

При принятой схеме регулирования концентрации упаренного раствора, регулирование производительности батареи может осуществляться либо за счет изменения давления греющего пара, либо за счет изменения поверхности нагрева путем «подтопления» (изменения уровня конденсата) греющих камер выпарных аппаратов.

В качестве импульса для регулирования производительности принципиально может быть принят уровень в сборниках упаренного раствора, либо в питателях центрифуг.

Однако, практическое получение такого импульса связано с рядом технологических трудностей, обусловленных как структурной технологической схемой (наличие трех независимых питателей и двух промежуточных сборников упаренного раствора), так и физическими свойствами среды, параметры которой подлежат измерению и регулированию [3].

Система комплексной автоматизации предусматривает возможность автоматического и дистанционного управления цехом из помещения центрального щита управления.

Приборы для контроля и управления всем технологическим процессом (наблюдения, регулирования и регистрирования показаний) расположены на центральном щите по технологическому принципу.

При необходимости обслуживающий персонал может перейти с автоматического управления на дистанционное.

Отклонение параметров от заданных значений, требующее немедленного вмешательства, сигнализируется световым и звуковым сигналами. Аппаратура световой и звуковой сигнализации и проверки цепей сигнализации размещается на центральном щите.

На стене в операторной должны быть шкафы для щитков питания.

Централизация контроля и управления технологическим процессом в цехе позволяет не только наблюдать за ходом всего комплекса технологических процессов, но и своевременно принимать меры при нарушении режима. В результате увеличивается срок службы технологического оборудования [4].

Главное для этого необходимо грамотно выбрать аппаратурное оформление, составить алгоритмы управления производством, учитывая математические и логические связи между отдельными процессами и операциями.

А также алгоритм технологических защит, на примере наиболее вероятных аварийных состояний производства с указанием мероприятий для ликвидации и локализации аварии [4].

 

Список использованной литературы: 

  1. Авербух Т.Д., Павлов П.Г. «Технология соединений хрома» изд. 2-е, испр. Л., «Химия», 1973г. 336 с.
  2. Голубятников В.А., Шувалов В.В. «Автоматизированные системы управления в химической промышленности»Учебн. для техникумов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1985. — 352 с.
  3. Шишов, О.В. Технические средства автоматизации и управления: Учебное пособие / О.В. Шишов. М.: ИНФРА-М, 2012. 397 c.
  4. Схиртладзе, А.Г. Автоматизация технологических процессов: Учебное пособие / А.Г. Схиртладзе, С.В. Бочкарев, А.Н. Лыков. Ст. Оскол: ТНТ, 2013. 524
Год: 2017
Город: Актюбинск
Категория: Экономика
loading...