Автоматизация процесса получения диоксида титана

Для исключения комкования диоксида титана, забивания и коррозии циклонов не допускается снижение температуры внутренней поверхности ниже 150С.

7). Рукавный фильтр.

Рукавный фильтр предназначен для тонкой очистки ППГС после циклонов, десорбера и сборников диоксида титана.

Техническая характеристика:

тип - РФ-120;

рабочая среда - пылепарогазовая смесь, содержащая диоксид титана, HCl, CO₂, H₂O, азот, и др.;

температура рабочей среды - 150...200С;

разряжение - 4,8...5,8 (480...580) кПа (мм вод. ст.);

площадь поверхности рукавов - 120 м²;

регенерация - посекционная обратной отдувкой и встряхиванием.

Рукавный фильтр выполнен из стали марки 10Х18Н9Т, обогревается электронагревателями или топочными газами, теплоизолирован снаружи шлаковой изоляцией и покрыт кожухом из листового алюминия. Аппарат снабжен патрубками ввода и вывода ППГС. Изнутри аппарат покрыт асбестовой тканью на жидком стекле с добавкой диоксида титана. Фильтрующий материал рукавов - сетка металлическая. Патрубок выгрузки диоксида титана оборудован шлюзовым затвором, для исключения комкования диоксида титана, забивания и коррозии аппарата не допускается снижение температуры внутренней поверхности ниже 150С.

8). Десорбер.

Десорбер предназначен для удаления НCl, адсорбированного частицами диоксида титана - “сырца”, при взаимодействии с увлажненным воздухом в условиях кипящего слоя.

Техническая характеристика:

рабочая среда - кислый (рН=3,5) диоксид титана “сырец”, увлажненный воздух или топочные газы от сжигания природного газа.

температура рабочей среды - 600...700С.

9). Скруббер санитарный.

( см. раздел “Охрана труда”)

10). Сборник.

Сборник предназначен для приема, охлаждения воздухом и хранения диоксида титана перед загрузкой в тару.

Техническая характеристика:

рабочая среда - кислый диоксид титана, рН водной суспензии по ГОСТ 9808-84 составляет 1...3,5;

температура рабочей среды - 20...700С;

расход воздуха - 12000 м³/ч;

площадь поверхности теплообмена - 202 м²;

режим работы - периодический;

диаметр - 3660 м;

высота - 8700 м.

Сборник выполнен из сплава ВТ-1 в виде кожухотрубного теплообменника с воздухоохлаждаемой рубашкой на кожухе. В трубное пространство загружается охлаждаемый материал, в межтрубное пространство подается охлаждающий воздух. Сборник оборудован патрубками загрузки и выгрузки материала, входа и выхода воздуха в рубашку и межтрубное пространство.

3.4. Характеристика товарной продукции.

Марка товарного продукта в зависимости от содержания диоксида титана и контролируемых показателей определяется при испытаниях и согласовывается с потребителем.

Диоксид титана представляет собой белый порошок. Химическая формула - TiO₂. Насыпная масса - 100...500 кг/м³. Плотность диоксида титана в зависимости от модификации составляет:

анатаз - 3840 кг/м³;

рутил - 4260 кг/м³.

Диоксид титана инертен и практически устойчив к взаимодействию реагентов - разбавленных минеральных кислот, сероводорода, сернистого газа, органических кислот. Заметно растворяется в расплавленной буре и фосфатах.

При производстве диоксида титана обычно получают продукт анатазной или рутильной структуры. Обе эти модификации обладают одинаковой кристаллографической структурой, но имеют разные параметры кристаллической решетки, что и обуславливает различие их свойств.

Структурное изменение диоксида титана при нагреве имеет исключительно важное значение для ее практического использования. Температурный интервал и скорость превращения зависит от способа получения продукта и от содержания в нем примесей.

По физико-химическим свойствам диоксид титана должен соответствовать следующим требованиям:

4. Основные решения по автоматизации.

4.1. Обоснование выбора системы приборов.

Устойчивое и эффективное функционирование систем управления невозможно без точной первичной информации о состоянии параметров объекта регулирования. Проблема заключается в жестких условиях эксплуатации средств автоматизации непосредственно контактирующих с сырьем и продуктами его переработки. Эти средства испытывают влияние агрессивной и абразивных сред, вибрационные нагрузки, подвергаются отложению твердых нерастворимых остатков, а также подвержены воздействию температуры и влажности окружающей среды.

Переход к оптимизации производства, созданию и внедрению автоматизированных систем управления с использованием вычислительной техники предъявляют повышенные требования к применяемым средствам автоматизации. Применение автоматизированных систем управления невозможно без развитой базы контрольно-измерительных приборов, первичных преобразователей, осуществляющих связь этих систем с объектами управления, а также без надежных исполнительных механизмов, реализующих управляющее воздействие. Таким образом внедрение автоматизированных систем управления должно сопровождаться созданием совершенных и надежных средств автоматизации.

Отличительная особенность эксплуатации аппаратуры автоматизации в металлургической промышленности является высокая агрессивность технологической среды. Надежность работы аппаратуры автоматизации снижает склонность среды к зашламлению, а также загрязненность технологических аппаратов и трубопроводов. Присутствие твердой фазы в жидких средах приводит к коррозии чувствительных элементов первичных преобразователей и проточной части регулирующих органов. Повышенная влажность воздуха, наличие в воздухе паров агрессивных сред и пыли приводят к ухудшению электрических характеристик изоляционных материалов и способствуют усилению коррозии приборов.

Для измерения текущих параметров технологического процесса и преобразования их в унифицированные сигналы выбраны электрические контрольно-измерительные приборы системы ГСП.

В качестве первичных преобразователей для измерения температуры выбраны термопары ТПП (1400°С), ТХА (600°С) с различной длиной монтажной части. В качестве средств для измерения расхода применяются приборы “Сапфир-22М” с различными пределами измерений. Данный выбор основан на том, что по своим техническим и эксплуатационным характеристикам эти приборы являются современными средствами измерения, основанными на совершенно новом принципе действия. Это положительно сказывается на повышении точности измерения разности давлений и преобразования в унифицированный сигнал.

Преобразование измеренных значений текущих параметров процесса в унифицированные сигналы необходимо для согласования приборов с контроллером. Кроме того электрические контрольно-измерительные приборы имеют более высокую чувствительность, быстродействие и надежнее в эксплуатации.

4.2. Выбор средств управления.

Каждый технологический процесс требует таких приборов, которые бы в лучшей мере выполняли возлагаемые на них функции. Этот фактор обуславливает широкий спектр автоматических регулирующих устройств.

Все регуляторы классифицируются по различным признакам. Этими признаками могут быть: вид используемой энергии (электрический ток, сжатый воздух, жидкость), закон регулирования, характер связи между входной и выходной величиной, исполнение (приборное, аппаратное, агрегатное).

Для реализации данной автоматизированной системы управления среди наиболее известных типов автоматических регуляторов подходит микропроцессорный контроллер “Ремиконт Р-130”.

Ремиконт Р-130 (далее Ремиконт) - это компактный, малоканальный, многофункциональный, микропроцессорный контроллер, предназначенный для автоматического регулирования и логического управления технологическими процессами.

Предназначен для применения в различных отраслях промышленности.

Ремиконт эффективно решает как сравнительно простые, так и сложные задачи управления. Благодаря малоканальности он позволяет, с одной стороны, экономично управлять небольшим агрегатом и, с другой - обеспечить высокую живучесть крупных систем управления.

Ремиконт имеет три модели - регулирующее, логическую и непрерывно-дискретную. Регулирующая предназначена для решения задач автоматического регулирования, логическая - для реализации логических программ шагового управления, непрерывно-дискретная - для решения смешанных задач регулирования и логики.

Регулирующая модель позволяет вести локальное, каскадное, программное, супервизорное, многосвязное регулирование. В этой модели возможно вручную или автоматически включать, отключать, переключать и реконфигурировать контуры регулирования, причем все эти задачи решаются независимо от сложности структуры управления. В сочетании с обработкой дискретных сигналов эта модель позволяет выполнять также логические преобразования сигналов и вырабатывать не только аналоговые или импульсные, но и дискретные команды управления.

Логическая модель формирует логическую программу шагового управления с анализом условий выполнения каждого шага, заданием контрольного времени на каждом шаге и условным или безусловным переходом программы к заданному шагу. В сочетании с обработкой аналоговых сигналов эта модель позволяет также выполнять разнообразные функциональные преобразования аналоговых сигналов и вырабатывать не только дискретные, но и аналоговые управляющие сигналы.

Непрерывно-дискретная модель позволяет выполнять разнообразные преобразования как аналоговых, так и дискретных сигналов.

Все модели Ремиконта содержат средства оперативного управления, расположенные на лицевой панели контроллера, позволяющие вручную изменять режимы работы, устанавливать задание, управлять ходом выполнения программы, вручную управлять исполнительными устройствами, контролировать сигналы и индицировать ошибки.

Стандартные аналоговые и дискретные датчики и исполнительные устройства подключаются к Ремиконту с помощью индивидуальных кабельных связей. Внутри контроллера сигналы обрабатываются в цифровой форме.

Ремиконты могут объединятся в локальную управляющую сеть “Транзит” кольцевой конфигурации, не требующие дополнительных устройств. В одну сеть может включаться как одинаковые, так и различные модели контроллеров.

Ремиконт прост в работе. Для работы с ним не нужно быть программистом. Процесс программирования прост и заключается в извлечения из памяти контроллера нужных алгоритмов, объединения их в систему заданной конфигурации и установления требуемых настроечных параметров.

Ремиконт представляет собой комплекс технических средств, в состав которого входит центральный микропроцессорный блок контроллера и ряд дополнительных блоков. Центральный блок преобразует аналоговую и дискретную информацию в цифровую форму, ведет обработку ее и вырабатывает управляющие воздействия. Дополнительные блоки используются для предварительного усиления сигналов термопар и термометров сопротивления, формирования дискретных выходных сигналов на напряжение 220 В, организации внешних соединений и блокировок.

5. Экспериментальная часть.

5.1. Планирование эксперимента.

При исследовании объекта регулирования особое внимание уделяют определению динамических и статических характеристик. Методы определения характеристик бывают активные, пассивные и аналитические.

Для проведения эксперимента выбирают основные параметры технологического процесса

Одними из основных параметров, подлежащих автоматическому регулированию, являются уровень TiCl₄ в кубе-испарителе и количество испаренного TiCl₄, отводимого из куба-испарителя.

Автоматическое регулирование питания куба-испарителя должно обеспечивать поддержание уровня TiCl₄ в заданных пределах, а также сохранению соотношения количества подаваемого TiCl₄ к испаренному TiCl₄ .

Так как куб-испаритель является герметизированной емкостью для простоты расчетов и удобства вычислений считаем, что количество испаренного TiCl₄ при поддержании уровня в заданных условиях находится в прямопропорциональной зависимости от подаваемого TiCl₄. Или другими словами, по расходу подаваемого TiCl₄ можно судить о количестве испаренного TiCl₄ .

Исследуя объект регулирования мы приходим к выводу, что это объект со связным регулированием.

Схема связного регулирования показана на рисунке 5.1.

n W_1.1 Qж

W_1.2

N W_2.2 Нк

Рисунок 5.1. Схема исследуемого объекта.

Qж - расход подаваемого TiCl₄

Qг - расход испаренного TiCl₄

N - мощность нагревателей

Нк - уровень TiCl₄ в кубе-испарителе

5.2 Проведение эксперимента.

Для получения кривой разгона по каналу “положение регулирующего клапана - расход TiCl₄” применим активный эксперимент.

Схема эксперимента изображена на рисунке 5.2.1.

TiCl ₄

FE FE

40б 40а

NS

40в

куб -испаритель

Ремиконт Р-130

Рисунок 5.2.1. Схема проведения эксперимента по каналу “положение

регулирующего клапана - расход TiCl₄”

Установленное оборудование состоит из :

1. прибора для измерения расхода РВК (поз.40а) ;

2. клапана регулирующего 1-7НЗ с мембранным пневмоприводом МИМ ППХ-250-25-05 В-П (поз.40в) ;

3. Ремиконта Р-130 соединенного с ПЭВМ.

С панели управления Ремиконта подаем 10 % скачок по расходу TiCl₄ путем совместного нажатия кнопок “РУ” и ““. На экране монитора получим динамическую характеристику. Зафиксируем значения этой характеристики.

В итоге получаем кривую разгона по каналу “положение регулирующего клапана - расход TiCl₄”. Замерим время переходного процесса в разомкнутой системе, оно составило 10 сек. с дискретностью 0,5 сек. Значения времени и величины расхода приведены в таблице 5.2.1.

По значениям таблицы строим кривую разгона по каналу “положение регулирующего клапана - расход подаваемого TiCl₄”.

График кривой разгона изображена на рисунке 5.2.2.

Таблица 5.2.1. Значения кривой разгона по каналу “положение регулирующего клапана - расход подаваемого TiCl₄”.

Время t,с	Расход TiCl4 м3/ч	Время t,с	Расход TiCl4 м3/ч
0,0	500	5,5	585
0,5	505	6,0	590
1,0	514	6,5	592
1,5	521	7,0	594
2,0	535	7,5	595
2,5	545	8,0	596
3,0	555	8,5	597
3,5	565	9,0	598
4,0	570	9,5	599
4,5	575	10,0	600
5,0	580

рис. 5.2.2. График кривой разгона по каналу “положение регулирующего клапана - расход TiCl₄”.

Две другие кривые разгона вычисляем аналитически, зная математические зависимости между исходными данными.

Для этого схему объекта исследования, изображенную на рисунке 5.1 рассмотрим более детально. Схема изображена на рисунке 5.2.3.

X₁ Q_ж Q_ж

W₁

X₂ Q_исп.  Н_к

ИМ W₂ W₃

Рисунок 5.2.3. Схема объекта исследования.

где:

Х₁ - положение регулирующего клапана ;

Х₂ - мощность электронагревателей ;

Q_ж - количество подводимого TiCl₄ ;

Q_исп. - количество испаренного TiCl₄ ;

Н_к - уровень в кубе-испарителе.

Как видно из схемы необходимо рассчитать кривую разгона по каналу “мощность электронагревателей - количество испаренного TiCl₄” и кривую по каналу “разность количеств подаваемого и испаренного TiCl₄ - уровень в кубе-испарителе”.

Рассчитываем кривую разгона по каналу “мощность электронагревателей - количество испаренного TiCl₄”(Х₂ - Q_исп.).

Запишем уравнение теплового баланса в дифференциальной форме, в которое входят необходимые переменные.

mcdT +


29-04-2015, 03:59