t_СР = 0,5(350 + 371,7) = 360,85 ˚С. 

     Тогда,  

V_C = [171569∙22,4∙0,1∙0,25∙(360,85 +273)] / [209∙4∙273] = 267 м³/ч 

    Объем циркулирующего газа составит: 

V_Ц =[G_Ц∙22,4z_Ц(t_CP + 273)] / [M_ЦP∙273] 

V_Ц = [12250∙22,4∙0,1∙1∙(360,85 + 273)] / [7,6∙4∙273] = 2095,7 м³/ч 

V=V_C+ V_Ц = 267 + 2095,7 = 2363 м³/ч 

u = (4∙2363)/(π∙4∙3600) = 0,21м/c 

          Динамическую вязкость смеси  определяют по ее средней молекулярной  массе, равной: 

М_СР = (G_C + G_Ц) / (G_C/M_C + G_Ц/М_Ц) = (171569 + 1225)/(171569/209 +

+ 12250/7,6) =75,55 

     По  уравнению Фроста находят динамическую вязкость смеси: 

μ = 1,87∙10^-6 кг∙с/м² 

     Средний диаметр частиц катализатора d = 4∙10^-3м. Плотность реакционной смеси в условиях процесса равна: 

γ = (G_C + G_Ц)/(V_C + V_Ц) = (171569 + 12250)/(267 + 2095,7) = 77,8 кг/м³ 

    Таким образом, 

∆P/H = 150∙[(1 – 0,48)²∙1,8710^-6∙0,21] / [0,48³∙(4∙10^-3)²] + 1,75∙[(1 –

- 0,48)∙39,7∙0,21²] / [0,48³∙4∙10^-3∙9,81] = 376,7 кг/(м²∙м) 

∆P = H∙376,7 = 4∙376,7 = 1506,8 кг/м²

         

          Таким образом, потеря напора катализатора не превышает предельно допустимых значений 0,2—0,3 МПа. Поэтому к проектированию принимают реактор цилиндрической формы с высотой и диаметром реакционной зоны 4 и 2 м соответственно. 

     3.8 Механический расчет 

     Определить  толщину стенки обечайки работающей под внутренним давлением вертикального  аппарата по следующим данным:

1. материал – сталь Х18Н12Т;
2. t = 420 ºС;
3. Дв = 2 м;
4. Н = 8 м;
5. Р = 4 МПа;

    6) шов сварной, двойной, автоматическая  сварка

    7) условия – аппарат для обработки  смеси под давлением;

    8) С_к= 1 мм = 0,001 м;

        С_э = 1 мм = 0,001 м. 

     Исходя  из графика σ* = 85  

     Определить  допускаемое напряжение по формуле: 

                                                 σ₀=η·σ* .                                                          

где    η – поправочный коэффициент, учитывающий условия аппарата. 

     Величина  поправочного коэффициента (согласно колеблется в пределах 0,9-1,0) определяется при проектировании в зависимости от условий эксплуатации, опасности и вредности обрабатываемых сред[18].

     Значение  η рекомендуется выбрать исходя из следующих соображений:

     - для узлов и деталей аппаратов,  предназначенных для обработки  или хранения под давлением  или без него, взрыво- и пожароопасных  продуктов, а также продуктов  высокой токсичности – с обогревом  этих узлов и деталей открытым  пламенем, точными газами или  открытыми электронагревателями  η=0,9;

     - то же, но для необогреваемых  узлов и деталей или при  обогреве, но с надежной изоляцией  их от источников нагрева, а  также для узлов и деталей  аппаратов, предназначенных для  обработки или хранения под  давлением или без него всех  прочих продуктов с обогревом  этих узлов и деталей открытым  пламенем, топочными газами или  открытыми электронагревателями  η=0,95;

     - во всех остальных случаях  η=1,0.

     Исходя  из данных η= 0,95, и следовательно  σ₀=0,95· 85 = 80,75

    Находим значение прочности сварного шва (φ_ш) по справочным данным.

     Исходя  из данных таблицы, φ_ш = 0,95.

     Находим φ₀ по формуле: 

                                          φ₀=(Н-∑d)/Н                                                              

     Получаем  φ₀=  0,875

     Поскольку φ_ш больше, чем φ₀, в дальнейшем за расчетное значение коэффициента берем φ=φ₀.         Находим значение определяющих параметров по формуле: 

А=(σ*/р)·φ. 

А = (85/4)0,875= 18,593 
 

     Определяем  расчетную стенку обечайки: 

 

     Полную  толщину стенки обечайки находим  по формуле: 

S = S' +С  = 57+1+1+1 +х = 60 мм

где    С – прибавка 

С = Ск + Сэ + Сд +Со = 1+ 1+1+ х= 3мм 

     Находим допускаемое давление с учетом толщины  по формуле: 

. 

     Так как 4,62 ˃4, то условия прочности выполняется. 

Расчет  днищ обечайки

     Материал  днища Х18Н10Т, Dв=2 м;hв— 0,5 м; в днище имеется центрально расположенное неукрепленное отверстие d = 0,2 м; днище сварное из двух частей, сварной шов ручной электродуговой двусторонний. В низу днища есть отверстие с диаметром 0,2 метра, φш =0,95, σ = 110.

 
 

φ₀ = φ_ш = 0,9 

_* φ_ш = 24,75 

S' = 0,07 м = 70 мм 

С = Ск + Сэ + Сд +Со = 1+ 1+1+ х =3 +х 

S = 70 + 3 + х =43 мм или 0,043 м 

Р_д =  4,6 Мпа 

     Условие выполняется, так как допускаемое  давление больше рабочего. 
 
 
 
 
 

     4 Описание функционирования системы автоматизации 

     4.1 Выбор и обоснование  параметров процесса 

     Контроль  технологического процесса включает следующие  виды контроля:

     - аналитический контроль технологического  процесса, включающий в себя лабораторный  контроль технологического процесса, контроль процесса с помощью  поточных газоанализаторов, контроль  воздушной среды в помещениях  и на территории установок  с помощью автоматизированных  газоанализаторов, лабораторный анализ  воздуха в зданиях и на площадке;

     - контроль технологического процесса  с помощью систем сигнализации  и блокировок.

     Регулирование основных параметров процесса.

     На  установках гидроочистки дизельных  топлив принята комплексная автоматизация процесса, которая достигается централизацией управления технологическим процессом, широким применением схем каскадного и взаимосвязанного регулирования, базирующихся на приборах малогабаритной унифицированной системы, и использованием анализаторов физико-химического состава веществ.

     Основным  фактором, влияющим на качество получаемого  продукта, является температура в реакторе. Регулирование заданной температуры на входе в реактор осуществляется автоматически путем изменения подачи отопительного газа или мазута к форсункам реакторной печи. Температурный режим в реакторе по высоте и по сечению контролируют многозонными термопарами. Температуру поверхности стенок реактора проверяют поверхностными термопарами. Сопротивление в реакторе определяется перепадом давления с помощью дифманометра.

     Для обеспечения нормального процесса нагрева продуктов в печах и правильного горения топлива предусмотрены соответствующие контрольно-измерительные приборы и автоматика. Температура нагрева продукта в печи автоматически регулируется подачей топливного газа к горелкам печей. Контроль за нагревом продукта в параллельных потоках осуществляется с помощью термопар, установленных на выходе продукта из печи по каждому потоку.

     Температуру продуктов сгорания контролируют с  помощью термопар, установленных на выходе из радиантных камер (над перевалами) н на выходе из конвекционной камеры. В этих же точках контролируют  разрежение дымовых  газов.

     Постоянное  давление топливного газа и мазута поддерживается автоматически регулятором  давления. Температура нагрева топлива  в подогревателях мазута и топливного газа регулируется клапанами, установленными на линии подачи пара к подогревателям. Процесс горения топлива в  печах контролируется автоматическими  газоанализаторами по содержанию окиси углерода и кислорода в дымовых газах , выходящих из конвекционных камер. Для налаживания работы горелок на трубопроводах мазута, пара и газа перед входом в горелку устанавливают манометры.

     Для поддержания режима стабилизационной колонны, работающей с горячей струей, необходимо: подавать в колонну определенное количество орошения, причем основным регулируемым параметром является расход орошения, а заданным — расход питания; подачу тепла автоматически регулировать температурой на тарелке испарительной секции колонны; контролировать и регулировать температуру, давление и уровень жидкости в нижней части колонны. 

      4.2 Автоматизация реакторного блока гидроочистки 

     На  рисунке 3 представлена функциональная схема автоматизации реакторного блока установки гидроочистки дизельного топлива (упрощенно), где из прямогонного дизельного топлива удаляются сернистые и другие соединения. Показателем эффективности этого процесса является состав гидроочищенного топлива (гидрогенизата). 

      

     Рисунок 3 – Автоматизация реакторного  блока гидроочистки 

     Сырье, расход которого стабилизируется (позиция 1-5), смешивается в тройнике смешения с циркуляционным водородсодержащим газом, и газосырьевая смесь, пройдя предварительно теплообменник Т-1, нагревается в печи П до температуры реакции (регулятор температуры поз. 3-1…3-6 управляет подачей топлива в печь) и поступает в реакторы Р-1 и Р-2 (поскольку автоматизация обоих реакторов аналогична, она показана на примере реактора Р-1). В реакторах содержащаяся в дизельном топливе сера соединяется с водородом циркуляционного газа. При работе реакторов особое внимание уделяют контролю их теплового режима- внутри них установлены многозонные термоэлектрические преобразователи, подключенные к многоточечному автоматическому потенциометру (позиция 4- 1, 4- 2 и 7-1, 7-2). Во многих точках измеряется и температура наружных стенок реакторов (позиция 5-1…5-13, 6-1…6-13).            Состояние катализатора(степень его закоксованности) косвенно оценивают по величине перепада давлений на входе и выходе реакторов (позиция 8-1…8-2). Перед разделением продуктов реакции их тепло используется для нагрева газосырьевой смеси в теплообменнике Т-1, а разделение их после охлаждения в воздушном (Х-1) и водяном (Х-2) холодильниках происходит в сепараторах высокого (С-1) и низкого (С-2) давлении. Из верхней части сепаратора С-1 отводится насыщенный сероводородом циркуляционный газ, а снизу гидрогенизат, который в сепараторе С-2 частично освобождается от растворенного в ней так называемого жирного газа, содержащего ряд компонентов. Из сепаратора С-2 гидроочищенное дизельное топливо направляется на стабилизацию. Уровень в сепараторах регулируется отбором гидрогенизата, а давление – сбросом газа. Отклонения уровня сигнализируется (позиция 10-5…10-7…11-5…11-7), как и ряд других параметров процесса [19]. 

      4.2 Выбор и обоснование  технических средств  автоматизации 

      Современная распределенная многоуровневая автоматизированная система управления, поддерживаемая оборудованием и программными продуктами различных фирм, таких как Honeywell, Modicon, Alan Bredly, Rosemount Fisher, Wika и т.д.