АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА НЕЙТРАЛИЗАЦИИ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ВОДОУСТОЙЧИВОЙ ГРАНУЛИРОВАННОЙ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ
.docxАВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА НЕЙТРАЛИЗАЦИИ АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ВОДОУСТОЙЧИВОЙ ГРАНУЛИРОВАННОЙ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ
Рассматривается технологический процесс нейтрализации азотной кислоты в цехе водоустойчивой гранулированной аммиачной селитры филиала «Азот» АО «ОХК «УРАЛХИМ». Выявлены недостатки существующей системы автоматизации и предложены способы модернизации системы.
Производство водоустойчивой аммиачной селитры осуществляется в одну технологическую линию.
Метод производства основан на нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком; упаривании полученного раствора аммиачной селитры в выпарном аппарате с падающей пленкой до состояния высококонцентрированного плава с добавкой раствора сернокислого окисного железа в бак плава; гранулировании плава с последующим охлаждением гранул в трехсекционном выносном аппарате кипящего слоя; обработке гранул смесью жирных кислот с парафином с последующим охлаждением в односекционном аппарате кипящего слоя.
Основным аппаратом в производстве гранулированной аммиачной селитры является представленный на рисунке аппарат ИТН (использующий тепло нейтрализации), в котором происходит процесс нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком. Рис. Фрагмент технологической схемы аппарата ИТН Нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком является простой необратимой реакцией, которая в обычных условиях протекает почти без образования побочных продуктов и с выделением теплоты
HNO3 + NH3 → NH4NO3 + Q.
Аппарат ИТН представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд переменного диаметра. Нижняя часть нейтрализатора – реакционная зона – конструктивно обеспечивает протекание реакции нейтрализации до конца с большой скоростью и вывод раствора из аппарата. Верхняя часть нейтрализатора (промыватель с четырьмя колпачковыми тарелками) обеспечивает очистку сокового пара от непрореагировавшего аммиака и капель раствора аммиачной селитры.
Для процесса нейтрализации применяется азотная кислота с массовой долей не менее 56 %. Процесс нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком ведется в аппарате ИТН под давлением сокового пара от 5 до 20 кПа с получением раствора с массовой долей аммиачной селитры от 89 % до 92 %. Температура в реакционной зоне аппарата ИТН должна быть от 147 °С до 165 °С. Процесс ведется в слабокислой среде, так как при этом потери аммиака, азотной кислоты и аммиачной селитры меньше, чем в щелочной; рН раствора аммиачной селитры после аппарата ИТН должен быть от 1,5 до 2,0 ед.; рН автоматически регулируется подачей газообразного аммиака в ИТН. Концентрация зависит от температурного режима в нейтрализаторе, а также температуры аммиака и азотной кислоты, поступающих в нейтрализатор. Снижение концентрации вызывает ухудшение качества конечного продукта, а увеличение сверх расчетного может вызвать поломку оборудования ввиду значительной вязкости высококонцентрированного раствора. Основными возмущающими воздействиями являются изменения расхода аммиака и азотной кислоты [1].
Основной задачей проекта является замена средств измерений на более современные, а также перевод системы на микроконтроллер с целью повышения точности измерений, уменьшения потерь сырья, снижения себестоимости продукции. Применение пневматических средств измерений обходится дешевле и их целесообразнее использовать в пожаро- и взрывоопасных производствах, однако с увеличением длины пневматических трасс возрастает запаздывание при передаче показаний приборов, что приводит к ухудшению качества управления. При больших расстояниях соединительных линий целесообразно использовать электрические средства автоматизации.
Они характеризуются гораздо меньшим запаздыванием и превосходят по точности измерения. Кроме того, применение электрических средств упрощает внедрение вычислительных машин.
В качестве более современных средств измерений предложены: датчик давления EJX 530A для измерения давления аммиака, азотной кислоты, сокового пара. Погрешность измерений составляет 0,04 %. Полости под разделительной мембраной ограничены дополнительными защитными мембранами, при возникновении перегрузки давления или разности давления на сенсор не превысится предел его упругости [2];
датчик перепада давления EJX 110A для измерения перепада давления аммиака, сокового пара, магнезиальной добавки. Предназначен датчик для измерения расхода методом переменного перепада давления, а также для измерения уровня и плотности гидростатическим методом. Благодаря функции измерения рабочего давления одновременно может работать также как сигнализатор давления. Погрешность составляет 0,025 % [2];
электромагнитный расходомер Promag 50P для измерения расхода азотной кислоты. Сенсорное управление позволяет производить настройку без открывания крышки прибора. На точность электромагнитного принципа измерения практически не влияют такие свойства среды как давление, температура и вязкость. Погрешность составляет 0,5 % [3];
цифровые электроды измерения рН Orbisint CPS11D для измерения рН раствора аммиачной селитры. Высокая прочность электрода, не требующего больших затрат на обслуживание благодаря большой грязеотталкивающей кольцевой диафрагме из PTFE. Стойкость к внешним воздействиям, высокому давлению процесса. Степень защиты IP68 [4];
анализатор жидкости Liquiline М СМ42. Стойкий к внешним воздействиям пластиковый корпус. Простой ввод в эксплуатацию при помощи меню быстрой настройки. Погрешность 0,01 % [4];
термопреобразователи ТХКУ 0104Ех для измерения температуры аммиака, азотной кислоты, сокового пара, раствора аммиачной селитры выполнены во взрывозащищенном исполнении, имеют взрывобезопасный уровень взрывозащиты, обеспечиваемый видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» уровня «ia».
Измерительный преобразователь ИП0104 встроен в клеммную головку первичного преобразователя. Погрешность 0,5 % [5].
При автоматизации процесса данные со средств измерений выводятся на программируемый контроллер Simatic S7-1500, реализующий контурное и логическое управление и имеющий модульную конструкцию, позволяющую удовлетворять требованиям управления и сбора данных для широкого диапазона технологического оборудования.
Программируемый контроллер S7-1500 имеет модульную конструкцию и позволяет использовать в своем составе: модуль центрального процессора (CPU), предназначенный для выполнения программы пользователя, управления всеми узлами контроллера и компонентами системы распределенного ввода-вывода; сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов с различными электрическими и временными параметрами; коммуникационные модули (CM/CP), предназначенные для увеличения количества коммуникационных интерфейсов контроллера и выполнения обмена данными через промышленные сети PROFINET, Industrial Ethernet и PROFIBUS, а также через непосредственные соединения на основе последовательных интерфейсов; системные блоки питания (PS), предназначенные для питания электроники модулей контроллера через его внутреннюю шину, если мощности встроенного в CPU блока питания для этой цели недостаточно [6].
В результате модернизации системы управления получим повышение эффективности производства и снижение вероятности остановки из-за случайного сбоя средств измерений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Технологический регламент производства водоустойчивой гранулированной
аммиачной селитры АО «ОХК «УРАЛХИМ» / утв. директором филиала М.М. Чапаровым,
2015 г. – 395 с.
2. YOKOGAVA // Датчики давления и разности давления; техническая документация
/ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.yokogawa.com/fld.
3. Endress+Hauser // Электромагнитный расходомер; техническая документация /
[Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ru.endress.com/ru.
4. Endress+Hauser // Двухпроводный преобразователь; техническая документация /
[Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ru.endress.com/ru.
5. ЭЛЕМЕР // Датчики температуры; техническая документация / [Электронный
ресурс]. – Режим доступа: http://www.elemer.ru/.
6. Siemens // Микропроцессор; техническая документация / [Электронный ресурс]. –
Режим доступа: http://w3.siemens.ru/.