Разработка автоматической системы контроля за работой установки по очистке воды

 

 

 

 

 

 

К У Р С  О В О Й  П Р О Е К  Т

Тема: Разработка автоматической системы контроля за работой установки  по очистке воды

 

Руководитель Крыкбаев М.М

 

Подпись  ______________             

 

 

Студент группы Карибаев Д.М

 

Подпись______________

 

 

 

 

 

Тараз 2012

 

З А Д А Н И Е

 

Тема курсовой работы:

 «Разработка автоматической системы контроля за работой установки по очистке воды.

Таразский  Государственный Университет  им.М.Х. Дулати 

Кафедра: Техническая кибернетика

студент группы АиУ-29-2 Карибаев Даурен Мекенбаевич

(Ф.И.О.)

Дисциплина: Автоматизация типовых технологических процессов производств _____________________________________________________________________

 

Краткое содержание курсовой работы

Введение:

I. Технологическая часть _______________________________________________________

II. Проектирование автоматизированной системы ________________________________

III. Реализация разработанной автоматизированной системы_______________________

 

Приложение (графическая  часть)_______________________________________________

1. Функциональная схема  автоматизации__________________________________________

2. Принципиальная электрическая  схема управления ________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дата сдачи:             « 30.11.12  »

Срок окончания:    « 28.12.12   »

 

Руководитель курсовой работы _______________ Крыкбаев М.М

                  подпись

Содержание

Введение

Под автоматизацией понимается осуществление производственных процессов  без непосредственного участия  человека.

Автоматизация управления производственными процессами может  быть частичной, если автоматизированы только отдельные операции, отдельные машины и агрегаты, участвующие в производственном процессе. Основным вопросом, рассматриваемым в этом случае, является задача автоматического регулирования производственным процессом.

Более высокой степенью автоматизации является комплексная автоматизация. При этом виде автоматизации технологическими процессами участок, цех, завод выполняют свои функции без непосредственного участия человека в процессе управления ими. При комплексной автоматизации производства автоматами выполняются как простые, так и сложные функции управления, связанные с непроходимостью принятия тех или иных самостоятельных решений.

Кроме двух ранее перечисленных  видов автоматизации существует еще и третий – полная автоматизация.

Автоматическим регулированием называется поддержание постоянства или изменение по какому-либо заданному закону величины, характеризующей производственный процесс, осуществляемое путем изменения состояния объекта регулирования или действующих на него возмущений и действия на регулирующий орган объекта.

Технологический процесс  – это процесс,  в результате которого из сырья или материалов получают продукт или изделие  с наперед заданными свойствами, определяемыми нормативной документацией.

Автоматизация производства выполняет следующие функции:

- функция управления техническими аппаратами и установками;

- функция контроля и измерения технических параметров;

- функция автоматического регулирования;

 

 

- функция защитной сигнализации блокировки технических устройств, технических аппаратов и т.д.;

- функция управления технологическими процессами. Системы, обеспечивающие управление технологическими процессами, называются автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУТП). АСУТП реализует функции, как сбора информации, так и

принятия самостоятельных решений в изменении технологических процессов;

- функция автоматического управления производством, которую реализует автоматическая система управления производством (АСУП).

В данном курсовом проекте  будет рассмотрена автоматизация  контроля за работой установки по очистке воды. В составе проекта графическая часть, которая содержит две схемы: функциональную и электрическую принципиальную схему, а также пояснительная записка, в которой будут рассмотрены следующие вопросы:

- краткое описание технологического процесса;

- выбор и описание функциональной схемы автоматизации;

- описание принципиальной схемы;

- выбор и описание используемых средств автоматизации;

 

Неконтролируемый сброс  промышленных, сельскохозяйственных и  бытовых отходов привел к значительному ухудшению качества воды, идущей на хозяйственно-питьевые нужды. В воде появились такие токсичные вещества как пестициды, гербициды, фенолы, нитриты, тяжелые металлы (ртуть, кадмий, свинец и др.). Применяемые на муниципальных водоподготовительных предприятиях технологии не позволяют полностью удалить эти загрязнения при водоподготовке.

Около 40 лет назад начала развиваться принципиально иная технология очистки воды — мембранная технология. Она основана на пропускании  воды под давлением через полупроницаемую мембрану и разделении воды на два потока: фильтрат (очищенная вода) и концентрат (концентрированный раствор примесей). Мембранная фильтрация незаменима для избавления воды от микробов. Принцип метода мембранной фильтрации – концентрирование присутствующих в анализируемой пробе микроорганизмов на поверхности мембранного фильтра с размером пор 0,45-0,65 мкм путем пропускания пробы через фильтр. После фильтрации пробы, фильтр с задержанными микроорганизмами помещают на питательную среду и инкубируют в соответствующих условиях.

Мембранные фильтры  являются фильтрами, удерживающими  частицы на своей поверхности, что  означает отсутствие удерживания частиц на внутренней ткани фильтра. Благодаря  равномерному и однородному распределению  пор на поверхности легко определить максимальный размер частиц, которые могут пройти через фильтр, так что можно говорить об абсолютном уровне фильтрования. Эти фильтры не меняют природу фильтрата и почти не адсорбируют жидкость внутри себя.

Следует помнить, что  по эффективности очистки мембранные системы не имеют себе равных: она достигает практически 100% по любому из видов загрязнений. Достаточно сказать, что только перечень удаляемых примесей занимает не одну страницу. Через мельчайшие поры полупроницаемой тонкопленочной мембраны, имеющие размер порядка 0,0001 микрона, способны просочиться под давлением только молекулы воды и кислорода, а все примеси, остающиеся по другую сторону мембраны, сливаются в дренаж.

 

 

 

 

 

 

 

I. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Классификация систем мембранной очистки воды

Если по разные стороны  полупроницаемой мембраны находятся  солесодержащие растворы с разной концентрацией, молекулы воды будут перемещаться через  мембрану из слабо концентрированного раствора в более концентрированный, вызывая в последнем повышение уровня жидкости. Из за явления осмоса процесс проникновения воды через мембрану наблюдается даже в том случае, когда оба раствора находятся под одинаковым внешним давлением. Было установлено, что процесс этот продолжается до тех пор, пока между растворами не установится определенная разница в давлении, так называемое осмотическое давление — сила, под действием которой вода проходит через мембрану. В 60-е годы ХХ в. было обнаружено, что если искусственно к концентрированному раствору приложить давление, больше осмотического, то будет протекать обратный процесс: молекулы воды будут переходить из концентрированного раствора в разбавленный. Этот процесс называется «обратным осмосом». В процессе обратного осмоса вода и растворенные в ней вещества разделяются на молекулярном уровне, при этом с одной стороны мембраны накапливается практически идеально чистая вода, а все загрязнения остаются по другую ее сторону. Тогда ученые пришли к выводу, что явление обратного осмоса можно использовать для очистки воды от различных примесей, так как обратный осмос обеспечивает гораздо более высокую степень очистки, чем большинство традиционных методов фильтрации, основанных на фильтрации механических частиц и адсорбции ряда веществ с помощью активированного угля. Кроме того, метод обратного осмоса гораздо проще и дешевле в эксплуатации по сравнению с ионообменными системами. Первоначально обратный осмос применялся для опреснения морской воды. Постепенно стали изготавливаться мембраны с различным диаметром пор, соответственно обеспечивающие разную чистоту воды на выходе.

 

1.2. Классификация мембранных процессов

Мембранные процессы можно классифицировать по размерам задерживаемых частиц на следующие  типы:

микрофильтрационные(MF)

ультрафильтрационные(UF)

нанофильтрационные(NF)

обратноосмотические (RO).

При переходе от микрофильтрации  к обратному осмосу размер пор  мембраны уменьшается и, следовательно, уменьшается минимальный размер задерживаемых частиц. При этом, чем меньше размер пор мембраны, тем большее сопротивление она оказывает потоку и тем большее давление требуется для процесса фильтрации.

Микрофильтрационные мембраны с размером пор 0,1-1,0 мкм задерживают  мелкие взвеси и коллоидные частицы, определяемые как мутность. Как правило, они используются, когда есть необходимость в грубой очистке воды или для предварительной подготовки воды перед более глубокой очисткой.

Ультрафильтрационные  мембраны с размером пор от 0,01 до 0,1 мкм удаляют крупные органические молекулы (молекулярный вес больше 10 000), коллоидные частицы, бактерии и вирусы, не задерживая при этом растворенные соли. Такие мембраны применяются в промышленности и в быту и обеспечивают стабильно высокое качество очистки от вышеперечисленных примесей, не изменяя при этом минеральный состав воды.

Нанофильтрационные мембраны характеризуются размером пор от 0,001 до 0,01 мкм. Они задерживают органические соединения с молекулярной массой выше 300 и пропускают 15-90 % солей в зависимости от структуры мембраны.

Обратноосмотические мембраны содержат самые узкие поры, и потому являются самыми селективными. Они задерживают все бактерии и вирусы, бoльшую часть растворенных солей и органических веществ (в том числе железо и гумусовые соединения, придающие воде цветность и патогенные вещества), пропуская лишь молекулы воды небольших органических соединений и легких минеральных солей. В среднем RO мембраны задерживают 97-99 % всех растворенных веществ, пропуская лишь молекулы воды, растворенных газов и легких минеральных солей. Такие мембраны используются во многих отраслях промышленности, где есть необходимость в получении воды высокого качества (разлив воды, производство алкогольных и безалкогольных напитков, пищевая промышленность, фармацевтика, электронная промышленность и т. д.). Использование двухступенчатого обратного осмоса (вода дважды пропускается через обратноосмотические мембраны) позволяет получить дистиллированную и деминерализованную воду. Такие системы являются экономически выгодной альтернативой дистилляторам-испарителям и используются на многих производствах (гальваника, электроника и т. д.). В последние годы начался новый бум в мембранной технологии. Мембранные установки стали все больше и больше использоваться в быту. Это стало возможным благодаря научным и технологическим достижениям: мембранные аппараты стали дешевле, возросла удельная производительность и снизилось рабочее давление. Системы обратного осмоса позволяют получить чистейшую воду, удовлетворяющую СанПиН «Питьевая вода» и европейским стандартам качества для питьевого водопользования, а также всем требованиям для использования в бытовой технике, системе отопления и сантехнике.

 

1.3. Преимущества и недостатки использования мембранной фильтрации

Метод мембранной фильтрации обладает следующими преимуществами:

1) Количественное определение 

2) Высокая точность

3) Исследование проб  больших объемов 

4) Исключение влияния  ингибиторов роста 

5) Экономия питательных  сред 

6) Экономия времени 

7) Документирование результата

Метод мембранной фильтрации решает все недостатки очистки воды от микробов:

Если в исследуемом образце воды ожидается низкое содержание микроорганизмов, можно взять большой объем пробы. При фильтрации на мембране задержатся все микробы.

1. Чтобы исключить  влияние естественных бактериостатиков, мембрану после фильтрации пробы  можно промыть физраствором или дистиллированной водой.

2. Процесс фильтрации  занимает немного времени (при  использовании установки на 47 мм, и фильтре 0,45 мкм – скорость  фильтрации при 90% вакууме 400-600 мл/минуту в зависимости от  происхождения фильтра).

3. Оборудование компактно, не требует обширного рабочего места

Установка вакуумной  фильтрации для анализа жидких проб выполнена из нержавеющей стали, что делает ее долговечной, простой  в использовании, позволяет проводить  обработку пламенем.

Для работы также потребуются мембранные фильтры и питательные среды.

Питательные среды можно  готовить самостоятельно, на что потребуется  дополнительное время, персонал, оборудование.

Но удобнее и выгоднее использовать питательные картонные  подложки (ПКП).

ПКП – это диск из сорбирующего материала, пропитанный селективной питательной средой, а затем высушенный в специальных условиях и стерильно упакованный в пластиковую чашку Петри. Активация питательной среды проводится непосредственно перед использованием путем смачивания подложки стерильной водой. В комплекте с подложками поставляются стерильные мембранные фильтры.

Материал мембранных фильтров – нитрат целлюлозы. Как  показала многолетняя практика, этот материал обеспечивает оптимальные  условия роста задержанных микроорганизмов, исключая получение ложного отрицательного результата.

Процесс изготовления ПКП  стандартизован и сертифицирован по международным стандартам ISO и GMP. Это  означает, что, используя ПКП, Вы застрахованы от влияния человеческого фактора  на результат анализа, когда при приготовлении питательной среды не выдержана строго рецептура, что приводит с созданию неудовлетворительных условий для роста микроорганизмов. Или когда в стерилизованную среду случайно вносится загрязнение, что обеспечивает ложный положительный результат.