МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа природных ресурсов

Отделение химической инженерии

18.03.01 “Химическая технология”

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 1

АВТОМАТИЗАЦИЯ УСТАНОВКИ АТМОСФЕРНОЙ ПЕРЕГОНКИ НЕФТИ

по дисциплине:

Системы управления химико-технологическими и нефтехимическими процессами

Исполнитель:
студент группы	2Д12		Чижова Анастасия Васильевна
Руководитель:
преподаватель			Кузьменко Елена Анатольевна

Томск - 2024

Оглавление

Введение……………………………………………………………………..	3
1 Теоретическая часть………………………………………………………	4
1.1 Теоретические основы технологии и конструкции ректификационных колонн…………………………………………..	4
1.2 Анализ подготовки нефти………………………………………..	8
2 Технологическая схема атмосферной перегонки нефти………………..	10
3 Практическая часть……………………………………………………….	12
3.1 Описание схемы автоматизации…………………………………	12
3.2 Выбор точек контроля и обоснование контуров регулирования………………………………………………………...	14
3.3 Спецификация датчиков для контроля технологических параметров…………………………………………………………….	15
3.4 Описание приборов………………………………………………	16
Заключение…………………………………………………………………..	22
Список используемых источников………………………………………...	23

Введение

Современные предприятия химической промышленности сталкиваются с вызовами, связанными с необходимостью повышения эффективности и конкурентоспособности. Использование устаревших методов управления, таких как бумажный документооборот и ручное планирование, существенно замедляет развитие и ограничивает производственные возможности. Внедрение передовых информационных технологий и комплексной автоматизации становится ключевым условием успешного функционирования и роста предприятий.

Автоматизация производственных процессов охватывает все этапы деятельности: от планирования и контроля технологических параметров до управления финансовыми потоками и документооборотом. Это позволяет:

• оптимизировать ресурсы и снизить затраты;

• обеспечить безопасность производства и минимизировать влияние человеческого фактора;

• добиться высокой точности соблюдения технологических условий и минимизировать риски брака продукции;

• синхронизировать операции и повысить прозрачность процессов.

Особое внимание уделяется автоматизации контроля и управления технологическими процессами, так как химическое производство связано с высокими рисками из-за сложности применяемых технологий и опасных условий эксплуатации. Наличие надежных систем автоматизации позволяет поддерживать точность параметров, своевременно реагировать на отклонения, предотвращать аварийные ситуации и эффективно эксплуатировать оборудование.

Цель работы: разработать схему автоматизации установки атмосферной перегонки нефти и обосновать выбор датчиков для обеспечения надежности системы.

Объект автоматизации: установка дегидрирование бутилена в бутадиен.

1 Теоретическая часть

1. Теоретические основы технологии и конструкции ректификационных колонн

Добываемая из скважин нефть представляет собой непрерывную смесь, основными компонентами которой выступают парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды, а также ряд других веществ. Нефть при переработке на целевые нефтепродукты разделяется на ключевые фракции и группы углеводородов. Также в процессе переработки происходит изменение химического состава исходной нефти [1].

Подготовка нефти к переработке и последующая первичная переработка (прямая перегонка) имеют большое значение. Важной стадией в схеме переработки нефти является ее разделение на фракции в атмосферных установках. Осуществление данной стадии позволяет обеспечить сырьем все технологические установки любого нефтеперерабатывающего предприятия.

Продуктами атмосферной перегонки являются светлые фракции нефти, такие как дизельные, керосиновые и бензиновые. Все они выкипают при температуре до 360 °С. Производительность процесса составляет 45-60% от объема исходного продукта. Остатком этого вида перегонки является мазут, который далее разгоняют на атмосферно-вакуумных ректификационных колоннах.

Установки атмосферной перегонки нефти бывают с однократным и двукратным испарением. Для переработки нефтей с высоким содержанием бензиновых фракций целесообразно применение схемы с двукратным испарением. Предпочтительной является схема с предварительной ректификационной колонной частичного отбензинивания нефти и последующей перегонкой остатка в сложной атмосферной колонне.

Сущность процесса ректификации сводится к выделению из смеси двух или в общем случае нескольких жидкостей с различными температурами кипения одной или нескольких жидкостей в более или менее чистом виде. Процесс ректификации осуществляют в ректификационной установке, включающей ректификационную колонну, дефлегматор, холодильник-конденсатор, подогреватель исходной смеси, сборники дистиллята и кубового остатка. Основным аппаратом установки является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам сверху стекает жидкость, подаваемая в верхнюю часть аппарата в виде флегмы (рисунок 1).

Ректификационные колонны широко применяются на технологических установках НПЗ для разделения смесей. Целью расчета ректификационных колонн является определение параметров технологического режима и размеров аппарата. К параметрам режима относятся: рабочее давление в аппарате, температуры входа и выхода различных материальных потоков.

Ректификация – диффузионный процесс разделения жидкостей, различащихся по температурам кипения, за счет противоточного многократного контактирования паров и жидкости [2]. На каждую, например, n-ю тарелку с вышележащей тарелки стекает жидкость и с нижерасположенной тарелки поднимаются пары. При теоретическом контакте на n-й тарелке система достигает состояния равновесия, при этом пары и жидкость будут иметь одинаковую температуру.

Для осуществления процесса ректификации температурный режим в колонне должен быть таким, чтобы температура убывала в направлении движения потока паров (возрастала в направлении движения потока жидкости). При контакте фаз в результате массообменных процессов температура паровой фазы снизится, часть паров конденсируется, и концентрация НКК в них возрастет, а температура жидкой фазы увеличится, часть ее испарится, и концентрация НКК в ней уменьшится [3].

Рисунок 1 – Конструкция колонны отбензинивания нефти [4]: 1 – корпус колонны; 2 – тарелка; 3 – опора; 4 – штуцер ввода орошения; 5 – штуцер отвода дистиллята; 6 – штуцер ввода паров из ребойлера; 7 – куб; 8 – штуцер отвода остатка; 9 – штуцер ввода исходного сырья.

По типу внутренних контактных устройств различают тарельчатые, насадочные и пленочные колонные аппараты (Рисунок 2).

Рисунок 2 − Схемы основных типов колонных аппаратов [5]:

а − тарельчатый; б − насадочный; в − пленочный; 1 − корпус колонны; 2 − полотно тарелки; 3 − переточное устройство; 4 − опорная решетка; 5 − насадка; 6 − распределитель; 7 − трубная решетка; 8 − трубка.

Области применения контактных устройств определяются свойствами разделяемых смесей, рабочим давлением в аппарате, нагрузками по пару (газу) и жидкости и т.п. В тарельчатых аппаратах (рисунок 1, а) контакт между фазами происходит при прохождении пара (газа) сквозь слой жидкости, находящейся на контактном устройстве (тарелке) жидкостью осуществляется на поверхности специальных насадочных тел, а также в свободном пространстве между ними.

В ректификационных колоннах применяются тарелки различных конструкций (колпачковые, клапанные, струйные, провальные и т.п.), существенно различающиеся по своим рабочим характеристикам и технико-экономическим данным.

В насадочных колоннах межфазная поверхность контакта фаз образуется за счет использования элементов в виде коолец, пружин и седел различной конфигурации. Насадочные колонны уступают тарельчатым в эффективности разделения и производительности, но простота конструкции, возможность изготовления коррозионностойкой насадки из недорогих материалов расширяют рамки использования насадочных колонн на производстве [4].

В пленочных колоннах жидкость стекает в виде пленки по внутренней или наружной поверхности вертикальных труб, а пар в виде сплошного потока поднимается вверх через сбододный объем насадки или внутри вертикальных труб [5].

При выборе конструкции контактного устройства учитывают как их гидродинамические и массообменные характеристики, так и экономические показатели работы колонны при использовании того или иного типа контактных устройств.