Laboratornaya_1_SUKhTP

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра «Автоматизированные технологические и информационные системы»

Журнал лабораторных работ

По дисциплине «Системы управления технологическими процессами»

Студент гр. МХ-10-31 (подпись, А. Ф, Гареев

дата)

Преподаватель, канд. техн. наук, доцент (подпись, Е.А. Шулаева

дата)

Стерлитамак – 2014

Лабораторная работа № 1 «Проведение стадии полимеризации ВХ»

Цель работы: Получение навыков проведения и управления стадией полимеризацией винилхлорида производства суспензионного ПВХ.

Рисунок 1 - Заставка программы

Компьютерный тренажер «Полимеризация винилхлорида суспензионным способом» обеспечивает следующую функциональность: на мнемосхемах отражены основное технологическое оборудование, трубопроводы с указанием материальных потоков исполнительные механизмы (рисунок 2).

Открывшееся окно представляет собой мнемосхему технологического процесса производства поливинилхлорида суспензионным способом.

Рисунок 2 – Окно «Производство поливинилхлорида суспензионным способом»

Стадии производства (рисунок 3)

Рисунок 3 - Меню «Стадии производства» окна «Производство ПВ суспензионным способом»

При нажатии на пункт контекстного меню «Стадия полимеризации винилхлорида» открывается окно «Стадия полимеризации винилхлорида» (рисунок 4).

Рисунок 4 - Окно «Стадия полимеризации винилхлорида»

Меню окна содержит 9 пунктов:

1. Запуск процесса;

2. Основные сведения и стадии;

3. Расчеты;

4. 2D модели аппаратов;

5. 3D;

6. ФСА;

7. Справка;

8. О программе;

9. Выход.

При нажатии на пункт меню «Запуск процесса» появляются Диалоговые окна программы, позволяющее пользователю самому задавать объем реактора и количество винилхлорида в заданных пределах (рисунок 5, 6).

Рисунок 5 - Диалоговое окно ввода объема реактора

Рисунок 6 - Диалоговое окно ввода количества винилхлорида

После ввода количества ВХ появляется окно рассчитанной рецептуры процесса.

Рисунок 7 - Окно рецептуры процесса

После нажатия на кнопку «Запуск процесса» появится вновь мнемосхема стадии полимеризации винилхлорида. Справа появляется рамка с опциональными кнопками для выбора стадии (рисунок 8).

Рисунок 8. Окно «Стадия полимеризации винилхлорида» после запуска процесса

Следующим шагом является выбор требуемой операции согласно технологическому регламенту. Сначала требуется дозирование компонентов в реактор Р1. Выберем операцию дозировки. Сразу после нажатия справа вверху отобразится надпись «Происходит выполнение операции, пожалуйста, подождите» (рисунок 9). Слева вверху появляется надпись, отображающая текущую выполняемую операцию.

Рисунок 9 - Окно «Стадия полимеризации винилхлорида» после выбора шага «Дозирование метоцела»

Рисунок 10 - Окно «Стадия полимеризации винилхлорида» после выбора шага «Дозирование Триганокс 47»

Рисунок 11 - Окно «Стадия полимеризации винилхлорида» после выбора шага «Дозирование алькотекса В-72»

Рисунок 12 - Окно «Стадия полимеризации винилхлорида» после выбора шага «Дозирование сухих компонентов через Е1»

Рисунок 13 - Окно «Стадия полимеризации винилхлорида» после выбора шага «Дозирование алькотекса WD-100»

Рисунок 14 - Окно «Стадия полимеризации винилхлорида» после выбора шага «Дозирование обессоленной воды »

Для отображения состояния работы насосов и открытия клапанов меняется цвет фигуры, расположенной возле элементов. При включенном насосе (открытом клапане) заливка круга становится зеленой, при выключенном насосе (закрытом клапане) отображается синим цветом (рисунок 9).

Рисунок 15 - Включение мешалки в реакторе

После загрузки обессоленной воды автоматически включается мешалка в реакторе (отображение зеленым цветом) (рисунок 15).

Рисунок 16 - Окно «Стадия полимеризации винилхлорида» после выбора шага «Дозирование винилхлорида »

После дозирования всех компонентов в реактор Р-1, появляется возможность произвести разогрев реакционной массы. После выбора этого пункта появляется ползунок для возможности открытия клапана поз. 7-4 для подачи пара (рисунок 17).

Вводим температуру, которую надо достичь соответственно варианту 50 . После достижения указанной температуры элемент управления клапаном и температуры автоматически скрываются.

Смесь нагревают до температуры 50 ⁰С в зависимости от требуемой молекулярной массы ПВХ. Заданную температуру поддерживают с отклонениями не более ± 0,5⁰С, чтобы получать однородный по молекулярной массе полимер.

Рисунок 17 - После выбора операции «Разогрев реакционной массы»

Рисунок 18 - График изменения температуры в реакторе

Важнейшим параметром процесса, определяющим марку ПВХ по константе Фикентчера и его качество, является температура полимеризации. В зависимости от желаемой степени полимеризации температуру поддерживают в пределах 50⁰С. При этом давление в реакторе-автоклаве соответствует упругости паров винилхлорида при данной температуре в пределах 0,5 МПа. Для получения поливинилхлорида с узким молекулярно-массовым распределением в процессе полимеризации поддерживают заданную температуру с отклонениями не более ± 0,5⁰С.

Следующий шаг - «Полимеризация винилхлорида».

Рисунок 19 - Окно параметров стадии полимеризации винилхлорида

В данной стадии осуществлена возможность изменения степени открытия клапана 7-3, а также имитации изменения давления при помощи ползунка.

Также есть возможность имитации аварии насоса Н-7, при выборе которого отображение состояния насоса Н-7 становится красным и происходит автоматическое открытие клапана 7-5.

Рисунок 20 - Имитация аварии насоса Н-7

При отклонении температуры от нормы, программа выводит сообщение об этом и просит пользователя отрегулировать температуру.

Рисунок 21 - Отклонение температуры от нормы

Рисунок 22 - Первая ступень сброса давления

Рисунок 23 - Вторая ступень сброса давления

Рисунок 24 - Третья ступень сброса давления

Рисунок 25 - Четвертая ступень сброса давления

Рисунок 26 - Пятая ступень сброса давления

Рисунок 27 - Сообщение об окончании полимеризации

Следующий шаг - «Полимеризация с обратным конденсатом». Здесь есть возможность изменения степени открытия клапана 11-4, что приведет к изменению температуры в позиции TR 11-1. Для завершения процедуры нажимаем на кнопку «Завершить».

Рисунок 28 - Процедура «Полимеризации с обратным конденсатом»

Рисунок 29 - Процедура «Загрузки пеногасителя»

Рисунок 30 - «Дополнительная загрузка обессоленной воды»

Процедура «Дополимеризация» аналогична «Полимеризации винилхлорида». По окончании процесса дополимеризации при давлении в реакторе более 6 МПа остаточный винилхлорид сбрасывают через стадию дегазации в газгольдер. При снижении давления в реакторе до 0,6 МПа сброс винилхлорида прекращают и приступают к выгрузке суспензии ПВХ из реактора. Последней операцией производится выгрузка суспензии из реактора- полимеризатора Р-1 в емкостный дегазатор Р-2. Суспензия выгружается через донный клапан и сетчатый фильтр и центробежным насосом перекачивается в емкостный дегазатор (рисунок 31).

После опорожнения реактора донный клапан закрывается и в реактор дозируется промывочная вода, в качестве которой используется обессоленная вода в количестве до 3 м³. Промывочная вода выгружается через донный клапан и также направляется в дегазатор.

После выгрузки суспензии и промывной воды операция выгрузки заканчивается (рисунок 32).

Рисунок 31 - Выгрузка суспензии из реактора в дегазатор

Рисунок 32 - Завершение выгрузки суспензии из реактора в дегазатор

Реактор готовят к загрузке следующей операции или к вскрытию для проведения штуцерного контроля, профилактических и ремонтных работ. Подготовка к загрузке начинается с покрытия внутренних поверхностей реактора нигрозином.

Вывод: в лабораторной работе я изучил и провёл все стадии полимеризации винилхлорида с помощью тренажёра. В эти стадии входили: 1. Дозирование метоцела, 2. Дозирование триганокса-47, 3. Дозирование алькотекса В-72, 4. Дозирование сухих компонентов, 5. Дозирование алькотекса WD-100, 6. Дозирование обессоленной воды , 7. Дозирование винилхлорида , 8. Разогрев реакционной массы, 9. Полимеризация винилхлорида , 10. Полимеризация ВХ с обратным конденсатором , 11. Загрузка пеногасителя , 12. Дополнительная загрузка обессоленной воды , 13. Дополимеризация , 14. Выгрузка суспензии из реактора.

Ответы на вопросы:

1. В настоящее время ПВХ получают тремя способами полимеризации винилхлорида: суспензионным, эмульсионным и блочным (или массовым).На суспензионный способ приходится более 80 % всего объема производства ПВХ. Это обусловлено рядом преимуществ: эффективностью отвода тепла реакции, высокой производительностью, относительной чистотой полимера, хорошей совмещаемостью его с компонентами при переработке в материалы и изделия, широкими возможностями модификации свойств ПВХ путем введения различных добавок и изменения параметров процесса полимеризации ВХ.

2. Процесс полимеризации ВХ суспензионным способом осуществляется в каплях мономера, диспергированного в водной среде при достаточно интенсивном перемешивании. В мономере растворяется инициатор, и при определенной температуре среды в каплях протекает реакция полимеризации. Таким образом, каждая капля эмульсии представляет собой микрореактор блочной полимеризации, окруженный водной средой, являющейся эффективным посредником для отвода тепла реакции, что способствует получению полимера с узким молекулярно-массовым распределением.

3. Формирование частицы ПВХ протекает в начальный момент в капле мономера, стабилизированной защитным коллоидом, образуются первичные разрозненные частицы (зародыши) размерами около 0,1 мкм. По мере развития процесса полимеризации число частиц не изменяется, но происходит рост их размеров , причем происходит это не за счет агрегирования зародышей, а вследствие полимеризации мономера на их поверхности и адсорбции молекул полимера, выпадающих из жидкой фазы ВХ. При степени конверсии 20-30% полимерные частички (глобулы) набухают в мономере, становятся липкими и при столкновениях между собой начинают агрегироваться . В дальнейшем все первичные частички в капле мономера объединяются, образуя пористый микроблок , все еще набухающий в жидкой фазе мономера, остающегося в полимер-мономерной частице, защищенной коллоидом. Положение соответствует моменту исчезновения жидкой фазы мономера и уплотнению частицы ПВХ, т.е. уменьшению ее пористости. Этот процесс активно протекает в диапазоне степеней конверсии от 70 до 90 %. Если процесс при этом не прерывать, то полимеризация ВХ в частице, набухшей в мономере, продолжается до образования монолитной частицы ПВХ, на поверхности которой оседает защитный коллоид.

4. Процесс полимеризации винилхлорида осуществляется периодическим способом в реакторах Р-1. После ввода рецептурного формата программа проверяет выполнение следующих условий:

В реактор одновременно начинается дозировка обессоленной воды; растворов метоцела, соды, алькотекса В-72, алькотекса WD-100. Температура загружаемой в реактор обессоленной воды регулируется в соответствии с рецептом.

После дозировки обессоленной воды в необходимом количестве, начинается дозировка эмульсий инициаторов и раствора агидола. После дозировки воды включается мешалка, предварительно включаются в работу насосы для подачи к зазору мешалки запорной воды и масла.

После дозировки воды начинается дозировка в реактор винилхлорида в количестве, указанном в рецепте.

Разогрев реактора начинается после дозировки винилхлорида.

По окончании дозировки каждого из компонентов, указанных в рецепте – дается сообщение «загрузка компонентов закончена».

При достижении в реакторе режимной температуры выдается сообщение «Реактор в режиме полимеризации» и начинается отсчет времени полимеризации. Эта точка отсчета используется для временных пунктов рецептурного формата и определения фактической продолжительности полимеризации – промежуток времени от момента достижения заданной температуры полимеризации в реакторе до начала падения давления.

По истечении времени, указанного в рецептуре, система управления делает четыре измерения величины давления в реакторе, определяет среднее значение и принимает его заданным рабочим давлением.

В процессе полимеризации постоянно контролируется нагрузка на мешалку и при превышении предельного значения, начинается аварийное дозирование обессоленной воды в реактор по следующей программе, определяется среднее значение нагрузки четырех последовательных замеров.

Если это значение больше или равно предельному значению, происходит дозировка 0,5 м³ обессоленной воды. Следующая дозировка происходит не ранее чем через 1 минуту. Общее количество отдозированной воды не должно превышать количество, указанного в рецептуре.

По прошествии времени, указанного в рецептуре начинается дозирование обессоленной воды в реактор

По прошествии времени, указанного в рецептуре, система управления начинает контролировать спад давления по сделанным подряд четырем замерам давления в реакторе, определяет среднее значение и сравнивает это значение с рабочим давлением (Рраб.). При достижении разности между заданным давлением полимеризации и определяемым средним давлением величины равной или больше указанного в рецептуре выдается сообщение «Давление падает. Полимеризация закончена». В этот момент процесс полимеризации закончился и начинается процесс дополимеризации и отсчет продолжительности дополимеризации. При дополимеризации отключается программа защиты реактора по росту давления, но остается защита, предусмотренная системой противоаварийной защиты (ПАЗ), которая работает в любой момент времени реактора.

Если давление в реакторе не падает по прошествии времени, то реактор также переводится на дополимеризацию. При этом выдается сообщение «Полимеризация закончена».

Процесс дополимеризации может вестись как с разогревом реактора, так и при температуре полимеризации (без разогрева). По окончании процесса полимеризации делается запрос о необходимости разогрева реактора и при положительном результате («Да») закрывается клапан 7-3 на трубопроводе подачи захоложенной воды.

В этом случае температура в реакторе повышается за счет тепла, выделяющегося в процессе полимеризации.

Кроме того, предусмотрен дополнительный подогрев с паром. В этом случае открывается отсечной клапан 6-3 и в смеситель Х-1 подается пар. Вода в рубашке нагревается до температуры 80°С. Процесс дополимеризации прекращается при достижении температуры в реакторе, указанной в рецептуре или по прошествии времени дополимеризации.

Дополимеризация без разогрева (при температуре полимеризации) прекращается при снижении давления в реакторе до уровня, указанного в рецептуре, или по прошествии времени в соответствии с рецептурой.

По окончании процесса дополимеризации закрывается отсечной клапан (если он был открыт), останавливается насос Н-7 и дается сообщение «Дополимеризация закончена». Затем проверяется давление в реакторе и при давлении более 0,6 МПа (6,0 кгс/см²) открываются отсечные клапана 14-3, 14-4 и винилхлорид через дегазатор Р-2 сбрасывается на газгольдер.

При достижении давления в реакторе 0,6 МПа (6,0 кгс/см²) сброс винилхлорида прекращается, отсечные клапана 14-3, 14-4 закрываются и даетсясообщение «Приступить к выгрузке».

Момент начала выгрузки определяет оператор и дает команду на выгрузку. После выгрузки суспензии из реактора печатается сообщение «Реактор пустой, начать промывку».

Оператор дает команду – начать промывку. После этого в реактор дозируется обессоленная вода в соответствии с рецептурой. После окончания дозировки промывная вода откачивается в дегазатор Р-2.

После откачки промывной воды отключается насос Н-15, останавливается мешалка реактора и печатается сообщение «Реактор готов к гидроочистке».

Команду на проведение гидроочистки дает оператор. Процесс гидроочистки ведется по своей программе.

По окончании гидроочистки и откачки воды дается сообщение: «Гидроочистка окончена». Оператор направляет реактор на вскрытие или на подготовку к загрузке. При подготовке к загрузке цикл повторяется.

Вначале проводится покрытие реактора нигрозином и загрузка твердых компонентов в сборник Е-1.

5. Процесс полимеризации ВХ протекает при температуре 50 - 72 , данную температуру поддерживают с отклонениями не более ± 0,5°С, чтобы получать однородный по молекулярной массе полимер.

6. Процесс полимеризации ВХ протекает при давлении 0,5 – 1,4 МПа. Давление в пределах 0,5 – 1,4 МПа в реакторе-автоклаве соответствует упругости паров винилхлорида при температуре 50-72

7. При повышении давления над заданным значением на величину 0,05 МПа (0,5 кгс/см²) подает сигнал на рабочее место оператора и включает в работу аварийную программу защиты реактора от превышения давления, состоящую из пяти ступеней, срабатывающих последовательно в зависимости от скорости роста давления.

I ступень – при Рр плюс 0,05 МПа (0,5 кгс/см²) открывает клапан 14-2 и 14-3 для сброса давления на газгольдер.

II ступень – при скорости роста давления 0,1÷0,3 МПа (1,0÷3,0 кгс/см²) в час дополнительно открывает отсечной клапан 14-4 для сброса давления винилхлорида в газгольдер через емкостной дегазатор Р-2.

Перед осуществлением сброса система управления определяет дегазатор, через который можно осуществить сброс, по давлению в нем, которое должно быть не более 0,5 МПа (5,0 кгс/см²). Одновременно с открытием клапана 14-4 открывает отсечные клапана у выбранного дегазатора и осуществляет сброс.

III ступень – при скорости роста давления 0,3÷0,6 МПа (3,0÷6,0 кгс/см²) в час система управления выполняет действия 1 и 2 ступени, открывает отсечной клапан для сброса давления на стадию аварийной адсорбции через пеноотбойник на 10 секунд. Операции открытия и закрытия клапана через 10 секунд повторяются до тех пор, пока существует состояние 3-ей ступени.

IV ступень – при давлении в реакторе Рр плюс 0,2 МПа (2,0 кгс/см²) и скорости роста давления более 0,6 МПа (6,0 кгс/см²) в час выполняет действия 1,2,3 ступеней и открывает отсечные клапана, осуществляя впрыск в реакционную массу раствора третбутилпирокатехина или агидола в гексановом растворителе с целью прерывания процесса полимеризации. По истечении 2-х минут оператор закрывает отсечные клапана.

V ступень – при давлении в реакторе более 1,46 МПа (14,6 кгс/см²) срабатывает предохранительный клапан для сброса давления винилхлорида в атмосферу.