TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRONG THÁP CHƯNG CẤT BENZENE TOLUENE BÌNH ĐỊNH 2022 I Lời mở đầu 2 II Lịch sử hình thành và phát triển lốp xe trên thế giới 2 III Cấu[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRONG THÁP CHƯNG CẤT BENZENE - TOLUENE BÌNH ĐỊNH 2022 I.Lời mở đầu II Lịch sử hình thành phát triển lốp xe giới III Cấu tạo & phân loại lốp xe ôtô IV Nguyên liệu quy trình sản xuất 4.1 Nguyên liệu 4.1.1 Cao su thiên nhiên 4.1.2 Cao su tổng hợp 4.1.3 Chất lưu hóa: lưu huỳnh với hợp chất lưu huỳnh 4.1.4 Chất xúc tiến 4.1.5 Chất chống tự lưu Scurax 4.1.6 Chất trợ xúc tiến 4.1.7 Chất phòng lão 4.1.8 Chất độn 4.1.9 Chất làm mềm chất hóa dẻo .6 4.1.10 Vải mành 4.1.11 Thép sử dụng lốp xe 4.2 Quy trình sản xuất lốp xe .7 4.2.1 Trộn nguyên liệu 4.2.2.1 Cán tráng tạo lớp vải mành 4.2.2.2 Cán tráng tạo lớp bố thép .8 4.2.3 Tạo lớp cao su mặt ngồi lốp, hơng lốp lớp lót .10 4.2.4 Ghép tạo hình lốp 11 4.2.5 Lưu hóa .12 4.2.6 Kiểm ta chất lượng sản phẩm 12 I Cấu trúc điều khiển tháp chưng cất 1.1 Quá trình chưng cất - Tháp chưng cất sử dụng phương pháp phân tách nhiều ngành hóa chất Quá trình phân tách thường diễn tháp chưng cất liên tục với đầu vào (F), sản phẩm đỉnh (P), sản phẩm đáy (W) - Quá trình phân tách thực nhờ tiếp xúc dòng ngược chất lỏng đĩa Lực dẫn động chênh lệch vận tốc cấu tử Lưu lượng sinh từ lò cấp nhiệt nước nóng khí thải (H) Nếu liệu vào hóa phần lưu lượng tăng thêm phần liệu vào chỗ mà đưa vào tháp - Lưu lượng từ đỉnh tháp ngưng tụ giàn ngưng nhờ nước khơng khí Cũng truyền nhiệt từ giàn ngưng sang trình khác để tận dụng lượng - Sản phẩm chưng cất đưa vào bình tích, từ đó, phần chất lỏng quay trở lại tháp gọi dòng hồi lưu Phần lại sản phẩm đỉnh (P) Dòng hồi lưu bên lớn dịng hồi lưu ngồi làm mát khơng nhiều, làm ngưng lượng - Lưu lượng chất lỏng tháp tăng đĩa cấp (khay cấp) phần chất lỏng cấp vào Ở phần đáy tháp, chất lỏng hóa lại nồi hơi, phần cịn lại sản phẩm đáy (W) 1.2 Mục tiêu trình - Mục tiêu trình chưng cất tách nhiều thành phần dễ bay khỏi liệu cấp.Thường có yêu cầu chất lượng cho sản phẩm đỉnh đáy Nếu độ tinh khiết sản phẩm nhỏ tiêu kĩ thuật giá trị sản phẩm thấp nhiều so với sản phẩm đạt tiêu chuẩn Hay độ tinh khiết cao giá trị sản phẩm cao Độ tinh khiết thể nồng độ thành phần dung mơi Các thành phần khác dễ khó bay sản phẩm Trong tháp chưng cất, sản phẩm nhẹ lên đỉnh, sản phẩm nặng xuống đáy - Độ tinh khiết biểu diễn thông qua nồng độ thành phần nặng sản phẩm đinh nồng độ thành phần nhẹ sản phầm đáy Chúng ta giả thiết yêu cầu độ tinh khiết sản phẩm đỉnh chặt chẽ, không cần quan tâm đến yêu cầu độ tinh khiết sản phẩm đáy, từ đưa nguyên lý hoạt động phù hợp cho tháp chưng cất - Cũng có số tháp chưng cất yêu cầu chặt chẽ chất lượng sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy Trong thực tế cài đặt cấu hình điều khiển chất lượng cho hai sản phẩm đỉnh đáy, điều khiển để cải thiện chất lượng cho sản phẩm thường cải thiện đáng kể chất lượng cho sản phẩm khác 1.3 Biến hệ thống nhiễu bên - Giả sử tháp chứng cất không đa dụng Nguyên liệu trực tiếp vào tháp từ phận trước mà khơng có đệm Trong trường hợp đó, nguồn nhiễu là: • Lưu lượng liệu cấp • Hỗn hợp liệu cấp • Enthanlpy liệu cấp ( nhiệt độ tỉ lệ hơi-lỏng) • Các thành phần khác: Áp suất hơi, nhiệt độ nước làm lạnh 1.4 Lựa chọn biến điều khiển 1.4.1 Điều kiện trình - Sự phân tách tháp xác định hệ hai bậc tự do: lưu lượng lưu lương lỏng Hơn nữa, áp suất ảnh hưởng đến trình hoạt động Giả sử áp suất đặt áp suất theo thiết kế Đối với tháp chưng cất hoạt động tốt, việc điều chỉnh hợp lý tỉ lệ liệu vào với sản phẩm đỉnh đáy theo cân khối lượng thành phần quan trọng - Ví dụ: Lưu lượng liệu gồm 40 thành phần nhẹ/ ngày, 60 thành phần nặng / ngày phải tách để sản phầm đạt độ nguyên chất 99% Nếu lưu lượng sản phẩm đỉnh 41 tấn/ngày chứa thành phần nặng có 40 thành phần nhẹ Điều có nghĩa độ tinh khiết đạt 97,6% Tương tự áp dụng cho sản phẩm đáy Việc cài đặt tỉ lệ P/W ( P/F, W/F tỉ lệ biến thế) quan trọng nên điều chỉnh trường hợp khác nhau, chẳng hạn thay đổi thành phần liệu cấp 1.4.2 Bình tích chất lỏng - Mức chất lỏng đĩa tháp chưng cất tự điều chỉnh Mức bình tích sản phẩm đỉnh, mức bình chứa chất lỏng bình ngưng mức đáy phải điều khiển giữ chúng vùng làm việc 1.4.3 Chất lượng - Tháp chưng cất hoạt động tốt điều chỉnh tự động sản phẩm có giá trị Bởi điều chỉnh chất lượng đảm bảo độ tinh khiết cho sản phẩm, sản phẩm khác thay đổi vùng định Nếu muốn, biến hiệu chỉnh thứ dược dùng để thực trình tối ưu - Trên thực tế, điều khiển nhiệt độ thường sử dụng dạng đơn giản điều khiển chất lượng Theo định luật pha Gibbs, hỗn hợp cấu tử nồng độ xác định khí áp suất nhiệt độ số Rõ ràng điều khơng cịn với hỗn hợp nhiều cấu tử Có thể ước lượng chất lượng sản phẩm dựa vào đo nhiệt độ - - - vài khay đại lượng thuận tiện để đo Phương pháp gọi đo lường suy diễn Trong phần tiếp theo, điều khiển chất lượng sản phẩm đỉnh nghiên cứu, điều khiển chất lượng sản phẩm đáy thực nhờ điều khiển nhiệt độ đáy tháp (T), nhiệt độ giống đo suy diễn chất lượng sản phẩm đáy Đối với đáp ứng động học tốt, vị trí đo nên đặt giàn ngưng trước nồi 1.5 Lưu lượng cấp Trong ví dụ tháp chưng cất này, giả thiết liệu cấp đưa vào phận trình trước Điều nghĩa tải cố định 1.6 Lựa chọn biến hiệu chỉnh Nếu liệu đưa vào tháp mà khơng có đệm khơng thể điều khiển lưu lượng hai phần tháp độc lập Điều cho lưu lượng lỏng Vì số biến điều khiển 2: H C R ( Hình dưới) Về pha hơi, hệ sử dụng thêm bậc tự ( cho C H tương ứng), điều khiển áp suất Trong dòng đến giàn ngưng nồi bên trong, van cho phép Những lưu lượng xác định C H - Về phía pha lỏng, nồng độ đĩa tự chỉnh, khơng cần thêm bậc tự - Ở chế độ tĩnh, khơng có biến điều chỉnh độc lập thêm vào đỉnh đáy Ở chế độ động, cần điều khiển mức cho bình tích đỉnh đáy, D B sử dụng biến điều khiển bổ sung - Tổng cộng có biến hiệu chỉnh ( D, B, H, C, R) năm biến điều khiển LD, LB, P, xD, T 1.7 Tốc độ công suất điều khiển - Đối với cặp biến điều khiển hiệu chỉnh, tốc độ công suất điều khiển nghiên cữu kĩ Kết thu hướng dẫn ta phát triển sơ đồ điều khiển 1.7.1 Điều khiển áp suất - B D không nên dùng để điều khiển áp suất thiếu công suất điều khiển R dùng độ lạnh không đủ lớn C H có cơng suất điều khiển lớn, đó, chúng ảnh hưởng đến dòng đến - Đáp ứng động học áp suất tới thay đổi C H phân tích nhờ hình ( Hình cho thấy tương tác tháp chưng cất) Đáp ứng dòng đỉnh (Vc) giàn ngưng thường tương đối nhanh; số thời gian xác định suất tỏa nhiệt đường ống (J/K), tỉ số tổng hệ số truyền nhiệt diện tích tương ứng bên ngồi đường ống Bộ hóa ( dịng VH) thường có đáp ứng động học nhanh Sự khác dòng từ nồi dòng tới giàn ngưng sau đồng đáp ứng áp suất (bỏ qua chênh lệch áp suất chạy tháp để đơn giản hóa vấn đề) Tốc độ thay đổi áp suất bị giới hạn tổng công suất nhiệt đĩa, đáy đỉnh - Giá trị tĩnh đáp ứng áp suất xác định nhờ hệ tự điều chỉnh nồi giàn ngưng: nhiệt độ đỉnh đáy cao nên áp suất cao để tăng cường truyền nhiệt giàn ngưng giảm truyền nhiệt nồi Cuối cùng, cân VC VH lập lại - Tuy nhiên, tự chỉnh bị ảnh hưởng đáp ứng thành phần ( gọi tự điều chỉnh thành phần): thay đổi bước nhảy H, thông qua áp suất cao nhiệt độ đỉnh cao hơn, lưu lượng đỉnh tăng lên Điều làm tăng thành phần khó bay sản phẩm đỉnh, kết nhiệt độ đỉnh tăng nhiều lưu lượng đỉnh tăng nhiều Đó kết phản hồi dương, cuối cùng, áp suất dừng giá trị thấp ( Hình dưới) - Đáp ứng áp suất H thay đổi bước nhảy - Rõ ràng đáp ứng động học này, H khơng thích hợp cho điều khiển áp suất Tuy nhiên hệ tự chỉnh đáp ứng thành phần đáy tạo phản hồi âm, kết đáp ứng áp suất thay đổi C không bị xấu - Kết luận, C H phù hợp cho việc điều khiển áp suất ( tốc độ điều khiển xác định bằng số thời gian nhỏ trừ trường hợp H, hệ tự chỉnh thành phần giàn ngưng mạnh 1.7.2 Điều khiển mức đỉnh - B không phù hợp với điều khiển mức đỉnh công suất điều chỉnh khơng D phù hợp tỉ số hồi lưu (R/D) lớn C R có cơng suất điều khiển lớn Đáp ứng mức thay đổi D, R C thuận lợi cho việc điều khiển: thành phần động học quan trọng tích phân Đáp ứng thay đổi H không thuận lợi; lưu lượng chất ngưng từ giàn ngưng tăng áp suất tăng.Vì vậy, đáp ứng xấp xỉ động học áp suất kiểu cascade ( số thời gian lớn ) động học mức ( tích phân ) Kết luận, C, R D biến hiệu chỉnh cho điều khiển mức đỉnh trừ trường hợp D, tỉ số hồi lưu lớn 1.7.3 Điều khiển mức đáy - D không phù hợp cho điều khiển mức đáy công suất điều khiển không B phù hợp tỉ số hóa (VH/B) lớn H, C R thường có cơng suất điều khiển lớn Đáp ứng lưu lượng lỏng đĩa (L1) từ thay đổi R đáp ứng bậc cascade: - Trong đó, τL = số thời gian thủy lực học cho đĩa ( bao gồm phần xả) N= số đĩa - Cho dù τL nhỏ (2s) lượng lớn đĩa (40) ảnh hưởng đáng kể đến thời gian chết (80s), điều với động học thủy lực nồi tích phân mức đáy dẫn đến điều khiển mức chậm ( thời gian dao động lớn 480s) - Đáp ứng mức đáy thay đổi H không thuận lợi động học độ nhạy lưu lượng lỏng tháp thay đổi lưu lượng có giá trị khơng thích hợp Điều tham sô λ lớn 0.5 ( xem bảng) Với λ là: - Trong đó, L= lưu lượng chất lỏng, V= lưu lượng chất khí, ML= lượng chất lỏng đĩa ( gồm phần thải) - Tuy nhiên, khơng có nhiều thơng tin giá trị λ hàm tải đĩa cho tháp khác có Các liệu có λL cón thể lớn tải đĩa thấp ( chí >1), giá trị tải đĩa cao có xu hướng nhỏ chí âm - Kết luận, B biến hiệu chỉnh thuận lợi, trừ giá trị VH/B lớn H biến hiệu chỉnh thích hợp trừ λ>0.5 1.7.4 Điều khiển chất lượng - Đáp ứng thành phần xấp xỉ đáp ứng tổng đại số thay đổi lưu lượng cục tương đối, tuân theo hàm bậc với số thời gian lớn: - Trong đó, Li+1= lưu lượng lỏng đến đĩa, Vi-1 = lưu lượng đến đĩa i τi = số thời gian lớn ( tỉ lệ với bình phương số đĩa ) - Vì vậy, đáp ứng chất lượng sản phẩm đáy thay đổi dòng hồi lưu không phù hợp cho điều khiển tự động với lý trình bày phần mức đáy Điều không cho điều khiển chất lượng đỉnh chất lượng đĩa gần đỉnh trường hợp số đĩa nhỏ Tương tự, lưu lượng lỏng ( với điều khiển áp suất theo C H tương ứng) phù hợp cho điều khiển chất lượng đáy tham số λ* lớn 0.5 - B D không ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm Vì vậy, nói rằng, R, C H phù hợp cho điều khiển chất lượng đỉnh C H phù hợp với điều khiển chất lượng đáy λ*