Programming | PLC programming » Kísérleti üzemi gyakorlat, PLC vezérelt gyakorlat

Kísérleti üzemi gyakorlat PLC vezérelt reaktor 1. Elméleti áttekintés Kémiai reakciók végrehajtására különböző méretű és típusú reaktorok szolgálnak, amelyek a hozzájuk csatlakozó segédáramok segítségével számos különböző ipari folyamat lejátszatását teszik lehetővé. A kémiai reakciók adott körülmények között történő megvalósításakor ki kell választanunk az optimális reaktortípust, a reakcióba vitt anyagok vagy anyagáramok ismeretében meg kell határozni a reaktor méreteit, és biztosítani kell azokat az üzemi paramétereket, melyek betartása esetén a reaktor megbízhatóan és tartósan működik. Az ipari termelésre szolgáló reaktorok tervezéséhez és működtetéséhez a lejátszatni kívánt reakciók sztöchiometriai, termodinamikai és reakciókinetikai jellemzőit kell ismernünk. Ezek segítségével ugyanis végső soron képesek vagyunk megmondani, hogy az adott üzemi körülmények között milyen

termékek és milyen mennyiségben távoznak a reaktorból. A gyakorlatban a kis mennyiségben rendelkezésre álló, vagy átalakítandó anyagokat szakaszos üzemben reagáltatjuk. A szakaszos üzem általában nagy rugalmasságot jelent, ami fontos akkor, ha különböző reakciók megvalósítást kell biztosítanunk. A folyamatos eljárás előnyei: állandósult állapot, idő és munkabér megtakarítás, szabályozhatóság és automatizálhatóság csak akkor használhatók ki a környezetvédelmi technológiák reaktorai esetén, ha állandó anyagáramok (pl. adott összetételű és mennyiségű) feldolgozást kell megoldanunk. Az 1. ábra az ideális működésű reaktorokban kialakuló koncentrációviszonyokat szemlélteti A szakaszos üstreaktor (angol kifejezéssel: batch reactor) és a folyamatos csőreaktor (continouos tubular reactor) működési elvét már a korábbiakban ismertettük. Kiegészítésképpen érdemes megemlíteni, hogy általában

csőreaktornak nevezünk minden olyan folyamatosan működő reaktort, amelyben az egyik (vagy mindegyik) reaktáns állandó jelleggel halad egy adott - a cső tengelyével megegyező - térirányban, és amelyben az áramlás irányában különböző pontokon elhelyezkedő fluidumelemek nem keverednek össze („visszakeveredés mentes” működési mód). A reaktor viselkedésének leírására első közelítésben tehát feltételezzük, hogy a fluidum „dugattyúszerű” áramlással halad (angolul „piston flow”, de használják a „plug flow”, azaz dugószerű áramlás kifejezést is). Homogén fázisú gáz- vagy folyadékreakciók lejátszatásakor a csőreaktor üres, csak a reagáló elegy halad rajta keresztül. Szilárd fázisú reakciók végrehajtására pl forgó csőkemencéket is alkalmazhatunk. Csőreaktorokat használunk sok nagyipari gáz- és folyadékreakció lejátszatására, de igen gyakori a heterogén katalitikus folyamatokban történő

alkalmazás. Ilyenkor a reaktort megfelelően formázott szilárd katalizátorral töltjük meg; a töltet általában nem mozog, ez az állóágyas reaktor, de ismerünk a gravitáció hatására mozgó töltetet is, továbbmenőleg van olyan megoldás is, amikor a fluidumáram a reaktoron belül szállítja a katalizátort („szállópor reaktor”). 1. ábra Ideális működésű reaktorokban kialakuló koncentrációprofil 1: szakaszos üstreaktor; 2: csőreaktor; 3: tankreaktor; 4: reaktorkaszkád A folyamatos reaktorok másik képviselője a kevert, folytonos tankreaktor (angol kifejezéssel: continuous stirred tank reactor, CSTR) olyan tartály, amelybe folyamatosan lépnek be a reagáló anyagok, s ugyanilyen áramban, folyamatosan távozik a végtermék, illetve több sorba kapcsolt reaktornál, a reaktorkaszkádnál (cascade reactor) a reakcióelegy az elsőből átlép a másodikba, harmadikba, stb., ahol esetleg más reakciókörülmények (hőmérséklet, nyomás)

uralkodnak. A tankreaktorok alapvető jellemzője, hogy bennük a koncentráció időben és térben is állandó (eltekintve a „felfutási” periódustól), ennek következtében a reakciósebesség (és így a hőtermelés sebessége) is állandó. Tehát ezek a berendezések jól szabályozhatóak; biztosítható az izoterm működés feltétele, ami sok szerves kémiai reakciónál (pl. halogénezés, szulfonálás, nitrálás vagy éppen a polimerizáció) alapvető jelentőségű. A reaktorkaszkád esetén az egyik tartályból a másikba átlépve a reakcióelegy koncentrációja nem folyamatosan, hanem ugrásszerűen változik. Az egyes anyagrészletek tartózkodási ideje a tankreaktorban vagy a reaktorkaszkádban természetesen nem azonos. A betáplált áramban lesznek olyan elemi térfogatok, amelyek a belépést követően azonnal kilépnek az első egységből, majd a másodikból, stb. is A többiek azonban rövidebb-hosszabb időt töltenek el az egyes egységekben,

azaz a tartózkodási idő statisztikai értelemben eloszlásfüggvénnyel írható le; az eloszlás bizonyos egyszerűbb esetekben számítható. Megjegyzendő, hogy egyes eljárások szigorúan véve nem szakaszosak, vagy folytonosak, hanem „félfolyamatos” műveletnek tekinthetők. A penicillint például nagy fermentorokban gyártják, amit a termelés kezdetén mikroorganizmussal oltanak be. Megfelelő idő elteltével a fermentort kiürítik, és a fermentléből kinyerik a penicillint. Az eljárás így szakaszosnak tűnik; üzem közben azonban a fermentorba folyamatosan levegőt és tápoldatot (pl. cukrot) adagolnak, és folyamatosan eltávolítják a gáznemű melléktermékeket is. Termikus működés alapján kétféle idealizált reaktortípust különböztetünk meg: az izoterm, illetve az adiabatikus működésű berendezéseket. Az izoterm reaktort az jellemzi, hogy az exoterm reakcióhő elvezetésére vagy az endoterm reakció hőszükségletének

fedezésére hűtő- vagy fűtőfelületeket, elemeket építenek be. Az időben változó szakaszos reaktorban, illetve a csőreaktorban a tengely hossza mentén azonban, hiszen induláskor (a belépési ponton) nagy a reaktánskoncentráció, így nagy a reakciósebesség, és a hőtermelés sebessége is. Az idő vagy az áramlás előrehaladásával a reakciósebességgel együtt a hőtermelés sebessége is csökken, így csökkenteni kell az el- vagy az odavezetett hőt, ami nem egyszerű feladat, azaz az izoterm feltételek nehezen valósíthatók meg. Adiabatikus működés esetén a reaktorba a reakció hőmérsékletére előmelegített anyagáramok lépnek be, de a továbbiakban hőátadás nincs, így a fejlődő exoterm reakcióhő hatására a reakcióelegy felmelegszik, míg endoterm reakció esetében lehűl. A valóságban a reaktorok rendszerint „politrop” üzemben működnek, ami azt jelenti, hogy a gyakorlatban sem az izoterm, sem az adiabatikus működés

feltételeit nem sikerül teljes mértékben teljesíteni. 2. A Yokogawa folyamatirányító rendszer bemutatása A Yokogawa cég egy nemzetközileg is elismert ipari mérés- és irányítástechnikai, illetve laboratóriumi méréstechnikai eszközöket, valamint ezekhez kapcsolódóan átfogó megoldásokat és szolgáltatásokat kínáló vállalat. A Yokogawa rendszer egy grafikus folyamatirányítási szoftver, amely lehetővé teszi az automatikus nyit-zár szelepek pneumatikus irányítását PLC vezérelten, az egyes anyagok bemérését, segédáramok ki-és bekapcsolását, a reaktor leürítését, hőmérséklet,- nyomás,- valamint pH-értékek ellenőrzését. A szoftver számos funkcióval rendelkezik: az egyes készülékeket grafikusan be lehet hívni, trendvonalak segítségével követhetők az egyes mérőműszereken mért paraméterek változásai, a képernyők elmenthetők, betölthetők, kinyomtathatók kívánalom szerint (az alapvető kezelési

funkciókról lásd a szintén elérhető HIS Felhasználói kézikönyvet!). A szoftvert sokan kedvelik egyszerű áttekinthetősége miatt. Ha a felületre tekintünk, azonnal látszik, mely eszközök/szelepek működnek és melyek vannak zárt állásban. Egy szelep akkor van nyitva, ha a színe megegyezik a belépő és kilépő csővezeték színével, az eltérő szín zárt állást jelez. A szelep zárt állásban A szoftverben az egyes eszközök általában háromféle üzemmódban érhetők el: automata (AUT), manuális (MAN) és kaszkád (CAS) módban. Ezt mindig az eszköz piktogramja alatti 3 betűs rövidítés jelzi. Kézi vezérléshez mindig ki kell választani a manuális üzemmódot Kattintsunk az eszköz piktogramjára, majd a bal oldalt megjelenő dialógusablakban a 3 betűs rövidítésre. Nyugtázzuk a választást az OK gombra kattintva (ellipszis kis ponttal a belsejében) Manuális módban az eszközöket az (ON/OFF) gombra kattintva kapcsolhatjuk be

illetve ki. Mindig 2-szer kattintsuk! Az automata állásban lévő eszközöket automata programokkal vezérelhetjük melyek a megfelelő nyit-zár szelepek, azok megfelelő helyzetbe állításával - a gombokon szereplő segédáramok, feladatok vezérlését a rendszer elvégzi, szabályozza. Ezek nagy szürke gombokon találhatók és mindig a vezérelt folyamatszakasz mellett helyezkednek el. Így könnyen megoldható a rendszer vákuum alá helyezése, túlnyomás beállítása, légzőre nyitás vagy éppen hűtés/ fűtés/ termosztálás beállítása. A reaktor gázrendszerének automata programjai. 3. Feladatok I. A kapott kép segítségével, mely a R-R01143-as reaktort ábrázolja a Yokogawa felületén, próbálja meg a reaktoron található egyes automata nyit-zár szelepek azonosítását elvégezni! Ehhez a reaktorteremben tartózkodva tanulmányozza a reaktor felépítését, a beérkező segédáramok, csővezetékek irányát, helyzetét, a kézi

gömbcsapok és automata nyitzár szelepek helyét, valamint a készüléken található egyéb műszerek helyét és feladatát! Vázlatosan rajzolja meg a reaktor kapcsolási rajzát! II. Ha sikerült megtalálni lokálisan az egyes eszközöket, ellenőrizze, hogy helyesen azonosította-e azokat. Ehhez a csoport egyik fele menjen át a vezérlőbe és a gyakorlatvezető utasításainak megfelelően jelentkezzen be a Yokogawa folyamatirányító rendszerbe (ONUSER felhasználóként). A megfelelő szelepekre kattintva manuális üzemmódban kinyithatja-bezárhatja azokat, így megtalálhatja az egyes szelepek tényleges helyzetét! Megjegyzés: Érdemes a manuális használat után automatikusra visszaállítani az eszközöket, hiszen egyes későbbi feladatoknál a manuális módban hagyott szelepek problémát okozhatnak! III. A gyakorlatvezető vezetése mellett vizsgálja meg a megfelelő teremben az egyes segédáramok forrását! Jegyezze fel az ioncserélt víz

előállítására szolgáló berendezés paramétereit (kapacitás, szűrők pórusméretei, vezetőképesség értéke), a gőzgenerátor adatait (áramfelvétel, kapacitás, stb.), vizsgálja meg a kompresszort és a vákuumpumpát; a kompresszor által előállított műszerlevegő és technológiai levegő értékét olvassa le. Mitől függ a technológiai levegő maximális értéke? Nézze meg a csatlakozó nyomástartó tartályok felépítését, adatait. IV. Indítsa el a különböző segédáramokat egyesével (gőz, hűtés, vákuum, túlnyomás, légző)! Figyelem! Néhány kézi gömbcsapot is ellenőrizni kell és szükség esetén megnyitni azokat a reaktortérben, így elkerülhető, hogy a rendszer teljesen zárt legyen és ebből problémák adódjanak! V. Ürítse ki a reaktort! Ehhez nyissa ki a légzőt valamint a fenékszelepet; ha a leürítés lassan menne végbe, adjon némi túlnyomást a reaktorra. Ezután ürítse le is a köpenyteret a megfelelő

szerelvényen keresztül! A leürítést a gyakorlatvezető által megadott tömegértékig folytassa! VI. Mérjen be megadott tömegű ioncserélt vizet a megfelelő bemérő körön keresztül! Ehhez zárja el a fenékszelepet, majd állítsa be a megadott tömegáram értéket (ioncserélt víz bemérésnél adja meg a kívánt tömeget), majd nyissa ki a szelepet a bemérő körön! A bemérés során a légző mindig legyen nyitva! Jegyezze fel a bemérés előtt és után a tömegértéket! A művelet ellenőrizhető a trendvonalak segítségével. VII. A rendszer feltöltése után fűtse fel azt a gyakorlatvezető által meghatározott hőmérsékletre! Figyelem! Hőközlést zárt rendszer mellett nem végzünk! A légző legyen nyitva ilyenkor! Fűtéskor az egyenletes hőfelvétel miatt kevertetni kell a bemért anyagot, ehhez állítsa be a keverőt 40 RPM-es fordulatszámra, majd indítsa el a keverőt! Ellenőrizze a reaktorteremben a keverő működését! Ellenőrizze

folyamatosan a hőmérőn az aktuális hőmérsékletet! A kívánt hőmérséklet elérése után próbálja ki a termosztát üzemmódot! Ehhez kattintson a GŐZ-VÍZ gombra, és kövesse figyelemmel, hogyan nyitnak-zárnak az egyes csővezetékek szelepei szabályozván a megfelelő hőmérsékletet! Figyelem! A hűtés, fűtés, hőn tartás során a hőmérsékletet a kijelző jobb oldalán található 3 hőmérsékletszabályozó ablakban végezhető el, ellenőrizni kell, hogy melyik funkcióhoz melyik ablak tartozik! Az elvégzett műveletekről, tapasztalatokról jegyzőkönyv készüljön!