(TIỂU LUẬN) NGHIÊN cứu hệ THỐNG điều KHIỂN THIẾT bị PHẢN ỨNG CSTR

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC oOo CHUYÊN ĐỀ LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ PHẢN ỨNG CSTR SV: Vũ Hoàng Lộc _ MSSV:1712056 - GVHD: TS Bùi Ngọc Pha LỜI CẢM ƠN Năm học: 2020 – 2021 Tieu luan NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC oOo CHUYÊN ĐỀ LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ PHẢN ỨNG CSTR SV: Vũ Hoàng Lộc _ MSSV:1712056 - GVHD: Bùi Ngọc Pha -Năm học: 2020 – 2021 [DOCUMENT TITLE] Tieu luan P a g e | 20 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích mục tiêu chuyên đề luận văn 2.1 Các phận thiết bị .3 2.2 Thực trạng vận hành thiết bị 2.3 Nguyên nhân thực trạng 3 CƠ SỞ LÍ THUYẾT, NỀN TẢNG CƠ BẢN .4 3.1 Động học phản ứng 3.2 Lý thuyết điều khiển 3.2.1 Những khái niệm .5 3.2.2 Các thành phần hệ thống .6 3.2.3 Các sách lược điều khiển 3.2.4 Bộ điều khiển THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH CSTR 4.1 Phản ứng xảy thiết bị 4.2 Quy ước kí hiệu 4.3 Thiết lập mơ hình thiết bị phản ứng .11 4.3.1 Phương trình cân mực chất lỏng 11 4.3.2 Phương trình tốc độ phản ứng 11 4.3.3 Phương trình cân lượng .11 4.3.4 Phương trình cân nồng độ .12 Tieu luan MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Sơ đồ quy trình cơng nghệ hệ thống thiết bị phản ứng hoạt động gián đoạn ……………………………………………………………………………….…… Hình 2: Xác định biến trình biến trạng thái trình …………… ……5 Hình 3: Các thành phần hệ thống điều khiển trình …………… Hình 4: Cấu trúc sách lược điều khiển phản hồi …………………………………… Hình 5: Cấu trúc sách lược điều khiển tầng … ………………………………… Hình 6: Cơ chế điều khiển ON-OFF ……………………………………………………… Hình 7: Cơ chế cải tiến điều khiển ON-OFF có dãy chết …………….………………… Tieu luan NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Điều khiển tự động cơng nghiệp hóa học ngày phát triển Đặc thù q trình cơng nghệ sản xuất hóa chất khó thay đổi cơng nghệ, mơ hình phức tạp, chịu nhiều tác động nhiễu Do thiết bị có đặc tính riêng nên nhu cầu phải thiết lập hệ thống điều khiển phù hợp với đặc thù q trình cơng nghệ hồn tồn cần thiết Thiết bị phản ứng thiết bị sử dụng ngành hóa với thơng số cơng nghệ phải kiểm sốt liên tục chặt chẽ Điều đảm bảo thực tốt nhờ ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động thay cho điều khiển thủ công truyền thống Nhằm ứng dụng kiến thức học vào điều khiển trình thực tế mả cụ thể đối tượng thiết bị phản ứng khuấy trộn phịng thí nghiệm q trình thiết bị (105-B2), tơi tiến hành khảo sát, thu thập liệu nhằm thay đổi chế hoạt động thiết bị phản ứng từ gián đoạn sang liên tục đưa phương án tối ưu hóa q trình điều khiển cho thiết bị phản ứng Hình 1: Sơ đồ quy trình cơng nghệ hệ thống thiết bị phản ứng hoạt động gián đoạn [DOCUMENT TITLE] Tieu luan Trang NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] Việc thay đổi chế hoạt động thiết bị đem lại nhiều lợi ích kể đến: tạo chất lượng sản phẩm đồng với số lượng lớn tạo lợi cạnh tranh kinh tế cho sản phẩm Giảm chi phí vận hành mà chi phí khởi động chi phí để ổn định hệ thống 1.2 Mục đích mục tiêu chuyên đề luận văn Mục đích - Chuyển đổi thiết bị phản ứng từ vận hành gián đoạn sang vận hành liên tục ( chuyển đổi thành thiết bị phản ứng CSTR ) - Thiết kế điều khiển PLC S7-1200 sử dụng quy luật PID sách lược điều khiển tầng để tối ưu trình điều khiển nhằm :  Giảm thời gian xác lập hệ từ lúc vận hành đến hệ thông ổn định  Tăng độ ổn định thông số công nghệ hệ thống vận hành  Triệt tiêu nhiễu tác động gây cân lên hệ thống  Nâng cao suất, sản lượng sản phẩm - Đơn giản hóa quy trình vận hành thơng qua sử dụng hình giao diện HMI Mục tiêu - Vận dụng lí thuyết nền, nghiên cứu sở điều khiển, thiết bị phản ứng CSTR làm tiền đề cho ý tưởng cải tiến, thay đổi cấu tạo thiết bị - Khảo sát yếu tố, thông số công nghệ ảnh hưởng lên hệ thống thiết bị phản ứng CSTR để khắc phục, giải vấn đề tồn đọng hệ thống thiết bị phản ứng - Sử dụng phần mềm lập trình TIA Portal V15 để thiết lập thuật toán điều khiển cho PLC S7-1200 thiết kế tủ điện [DOCUMENT TITLE] Tieu luan Trang NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHẢN ỨNG THỰC TẾ 2.1 Các phận thiết bị Nồi đun dòng gia nhiệt ( gia nhiệt điện trở ) Bơm pha – 380V bơm DC- 12V Tháp giải nhiệt: Tháp đệm Bình phản ứng phản ứng khuấy hoạt động gián đoạn Hệ thống tủ điện 2.2 Thực trạng vận hành thiết bị - Không ổn định nhiệt độ nồi đun dòng gia nhiệt giai đoạn đầu trình vận hành thuật toán điều khiển chưa phù - Mối liên hệ nhiệt độ nồi đun bình phản ứng khảo sát dựa thực nghiệm chưa dùng sở lý thuyết để kiểm chứng - Sử dụng phương pháp dò dẫm thực nghiệm để tìm chiều cao lớp đệm tháp giải nhiệt, chưa tìm chiều cao tối ưu để giải nhiệt tốt - Tốc độ bơm dịng nóng biến thiên q nhanh nhiệt độ bình phản ứng đạt gần giá trị cài đặt làm hệ thống khó ổn định nhiệt độ - Hệ thống cách điện chưa tốt gây nguy hiểm cho người vận hành 2.3 Nguyên nhân thực trạng - Thiếu thời gian khảo sát nhiều phương án để tìm phương án vận hành tối ưu - Phương pháp khảo sát mối liên hệ nhiệt độ nồi đun bình phản ứng chưa tổng thể, khái quát chi tiết - Thiếu gian thời tính tốn chiều cao lớp đệm phù hợp - Do thuật toán điều khiển chưa hợp lí => Gây tác động lên quy trình vận hành - Do thiết kế thiết bị: Vị trí đặt cảm biến chưa thật hợp lí, tháp giải nhiệt thiết kế từ việc tận dụng vật liệu có sẵn lab khơng dựa nhiều vào sở tính tốn lí thuyết túy - Ảnh hưởng yếu tố bão hịa tích phân thuật tốn PID [DOCUMENT TITLE] Tieu luan Trang NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] CƠ SỞ LÍ THUYẾT, NỀN TẢNG CƠ BẢN 3.1 Động học phản ứng Động học phản ứng phần hóa học vật lý nghiên cứu tốc độ phản ứng Tốc độ phản ứng định nghĩa lượng tăng số mol sản phẩm/ lượng giảm số mol tác chất đơn vị thể tích đơn vị thời gian Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng - Diện tích bề mặt tác chất rắn: lớn tốc độ phản ứng tăng - Nồng độ tác chất ban đầu: cao tốc độ phản ứng tăng - Nhiệt độ: Nhiệt độ cao thường tạo điều kiện cho tốc độ phản ứng tăng - Áp suất: Trong phản ứng pha khí, áp suất tăng tốc độ phản ứng tăng - Xúc tác: Làm tăng tốc độ phản ứng thông qua giảm lượng hoạt hóa - Yếu tố khác: Mơi trường phản ứng, tốc độ khuấy trộn,… => Do hệ thống phản ứng phản ứng không sử dụng xúc tác, pha lỏng đồng thể, chất phản ứng bất thuận nghịch, tỏa nhiệt nên quan tâm đến yếu tố nồng độ tác chất ban đầu, nhiệt độ tốc độ khuấy trộn Tốc độ phản ứng Theo thời gian, độ chuyển hóa tăng khiến nồng độ tác chất giảm kéo theo tốc độ phản ứng giảm nhiệt độ tăng làm tăng tốc độ phản ứng tăng Ở độ chuyển hóa thấp, nồng độ tác chất nhiều nên tăng nhiệt độ dẫn đến tốc độ phản ứng tăng Ở độ chuyển hóa cao, việc tăng nhiệt độ khơng có lợi cho phản ứng tốc độ phản ứng tăng tăng nhiệt độ chậm so với tốc độ phản ứng giảm nồng độ tác chất giảm cịn => Tốc độ phản ứng bị ràng buộc độ chuyển hóa X nên X=100% r = nhiệt độ Độ chuyển hóa X Phản ứng tỏa nhiệt phản ứng có chiều thuận tỏa nhiệt Nếu tăng nhiệt độ môi trường lên, môi trường lại có xu hướng cho lại, khơng có xu hướng nhận dẫn đến cấn nhiệt lượng tỏa, phản ứng không thuận lợi mặt nhiệt động học  Phản ứng tỏa nhiệt khơng cho độ chuyển hóa cao tăng nhiêt độ [DOCUMENT TITLE] Tieu luan Trang NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] 3.2 Lý thuyết điều khiển 3.2.1 Những khái niệm Quá trình trình tự diễn biến vật lý, hóa học sinh học, vật chất, lượng thông tin biến đổi, vận chuyển lưu trữ Trạng thái hoạt động diễn biến trình thể qua biến trình Điều khiển trình ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động điều khiển, vận hành giám sát q trình cơng nghệ nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu sản xuất an toàn cho người, máy móc mơi trường Biến q trình gồm biến vào biến ra, đó: biến vào đại lượng điều kiện phản ánh tác động từ bên ngồi vào q trình cịn biến đại lượng điều kiện thể tác động q trình bên ngồi Biến trạng thái bao gồm: biến cần điều khiển, biến điều khiển nhiễu Biến cần điều khiển ( Controlled Variable ) biến biến trạng thái trình điều khiển, điều chỉnh cho gần với giá trị đặt (setpoint) Biến điều khiển ( Manipulated Variable ) biến vào q trình can thiệp trực tiếp từ bên ngồi, qua tác động tới biến theo ý muốn Biến nhiễu ( Disturbance ) biến cịn lại khơng can thiệp cách trực tiếp hay gián tiếp phạm vi trình quan tâm Hình 2: Xác định biến trình biến trạng thái trình [DOCUMENT TITLE] Tieu luan Trang NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] 3.2.2 Các thành phần hệ thống Thiết bị đo: chức thiết bị đo cung cấp tín hiệu tỉ lệ theo nghĩa với đại lượng đo Một thiết bị đo gồm hai thành phần cảm biến (sensor): đo đại lượng quan tâm chuyển đổi đo (transducer): chuyển đổi tín hiệu từ cảm biến sang dạng thích hợp Thiết bị chấp hành (final control): chức hệ thống/ thiết bị chấp hành nhận tín hiệu từ điều khiển thực tác động can thiệp tới biến điều khiển Các thiết bị chấp hành tiêu biểu công nghiệp van điều khiển, động cơ, máy bơm quạt gió Thiết bị điều khiển (bộ điều khiển, controller): thiết bị tự động thực chức điều khiển, thành phần cốt lõi hệ thống điều khiển cơng nghiệp Hình 3: Các thành phần hệ thống điều khiển trình 3.2.3 Các sách lược điều khiển Điều khiển phản hồi Dựa nguyên tắc liên tục đo giá trị biến điều khiển phản hồi thông tin điều khiển, so sánh với giá trị đặt, dựa vào sai lệch biến điều khiển giá trị đặt để xác định tín hiệu tác động vào biến điều khiển Sách lược điều khiển gọi điều khiển vịng kín [DOCUMENT TITLE] Tieu luan Trang NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] Hình 4: Cấu trúc sách lược điều khiển phản hồi Điều khiển tầng Điều khiển tầng sách lược điều khiển sử dụng cấu trúc điều khiển lồng nhau, tín hiệu điều khiển vịng ngồi ( biến thứ ) dùng để tính tốn tín hiệu đặt cho vịng điều khiển ( biến thứ hai ) Điều khiển tầng khắc phục nhược điểm điều khiển phản hồi đơn vịng như: ảnh hưởng nhiễu q trình tới biến cần điều khiển chậm phát hiện, đặc biệt q trình có số thời gian lớn, điều khiển phản hồi đơn vịng khó thực Hình 5: Cấu trúc sách lược điều khiển phản hồi 3.2.4 Bộ điều khiển Bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID (Proportional Integral Derivative) chế phản hồi vòng điều khiển sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển trình công nghiệp Bộ điều khiển thực giảm tối đa sai lệch cách hiệu chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Giải thuật tính tốn điều khiển PID gồm thành phần: tỷ lệ P, tích phân I vi phân D Một điều khiển PID gọi điều khiển PI, PD, P I vắng mặt tác động bị khuyết Trong điều khiển PI phổ biến nhất, đáp ứng vi phân nhạy nhiễu đo lường [DOCUMENT TITLE] Tieu luan Trang NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] Thành phần tỷ lệ Tỷ lệ với sai lệch điều khiển thời điểm Đáp ứng tỷ lệ điều chỉnh cách nhân sai số với số Kp, gọi độ lợi tỷ lệ Thành phần tỷ lệ tính theo cơng thức (1): P=K p e(t) C p (s)=K p (1) (2) Với Kp độ lợi tĩnh hay hệ số khuếch đại, e(t) sai số thời điểm xét Sai số hiệu tín hiệu đặt tín hiệu hồi tiếp trình độ Hàm truyền thành phần tỷ lệ theo công thức (2) Thành phần tỷ lệ triệt tiêu sai số xác lập trường hợp Nếu Kp tăng, tốc độ đáp ứng hệ tăng lên, sai số xác lập giảm Tăng tiếp Kp, chưa có vọt lố thời gian xác lập giảm, có vọt lố thời gian xác lập tăng Kp lớn làm cho hệ ổn định Thành phần tích phân Thành phần tích phân tỷ lệ thuận với biên độ sai số lẫn quảng thời gian xảy sai số tính theo cơng thức (3) Ki hệ số tích phân Giá trị tích phân xác định tổng giá trị sai số khứ theo thời gian Hàm truyền tính theo cơng thức (4) t I=K i  e(t)dt (3) Ci (s)= o Ki (4) s Sự tác động thành phần tích phân làm cho sai lệch tĩnh xấp xỉ không kết hợp với điều khiển tỷ lệ P Trường hợp người ta gọi điều khiển PI (tỷ lệ - tích phân) Khi cịn sai số cịn tín hiệu điều khiển thành phần tích phân tạo nên, hệ số tích phân lớn, sai số xác lập nhỏ độ vọt lố tăng Tuy nhiên thành phần tích phân có nhược điểm tượng bão hịa tích phân xảy biến điều khiển vào vùng bão hòa hay cấu chấp hành có hạn chế gây sai số xác lập Thành phần vi phân: [DOCUMENT TITLE] Tieu luan Trang NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] Cải thiện chất lượng điều khiển theo cách dự báo trước xu hướng sai lệch điều khiển đưa tác động chống lại xu hướng Tốc độ thay đổi sai số trình tính tốn cách xác định độ dốc sai số theo thời gian ( đạo hàm bậc theo thời gian) Thành phần vi phân tính theo cơng thức (5) với Kd hệ số vi phân Hàm truyền điều khiển vi phân (6) D=K d de(t) (5) dt Cd (s)=K ds (6) Thành phần vi phân làm hệ đáp ứng chậm ổn định Điều khiển vi phân sử dụng để làm giảm biên độ vọt lố, K d lớn độ vọt lố nhỏ Tuy nhiên đơi làm hệ ổn định thành phần vi phân nhạy với nhiễu Thành phần vi phân sử dụng mà phải kết hợp với thành phần tỷ lệ tích phân THƠNG SỐ ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH CSTR 4.1 Phản ứng xảy thiết bị A+BC+D Tính chất phản ứng : Xảy pha lỏng Phản ứng thuận nghịch Phản ứng tỏa nhiệt ( Hr < ) Các giả thiết đặt : Tỉ lệ mol chất tham gia phản ứng 1:1 Chiều cao mực chất lỏng thiết bị phản ứng giữ không đổi => Thể tích dung dịch bình phản ứng số Khuấy trộn lí tưởng: nồng độ chất vị trí Bậc phản ứng phản ứng bậc 4.2 Quy ước kí hiệu Thơng số phản ứng k1: Hằng số tốc độ phản ứng theo chiều thuận k2: Hằng số tốc độ phản ứng theo chiều nghịch Hr : Enthapy trình phản ứng chiều thuận [DOCUMENT TITLE] Tieu luan Trang NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] o Nhiệt độ ( C) T: Nhiệt độ bình phản ứng T1: Nhiệt độ dịng nhập liệu thứ T2: Nhiệt độ dòng nhập liệu thứ hai THot: Nhiệt độ dòng gia nhiệt vào thiết bị phản ứng T’Hot : Nhiệt độ dòng gia nhiệt thiết bị phản ứng TCool : Nhiệt độ dòng giải nhiệt vào thiết bị phản ứng THot: Nhiệt độ dòng giải nhiệt thiết bị phản ứng Năng lượng (J) E: Năng lượng bình phản ứng E1: Năng lượng dòng nhập liệu thứ mang vào E2: Năng lượng dòng nhập liệu thứ hai mang vào EHot: Năng lượng dịng nóng gia nhiệt cho thiết bị ECool: Năng lượng dòng lạnh giải nhiệt cho thiết bị Nồng độ mol (mol/l) CA: Nồng độ mol cấu tử A thiết bị phản ứng CA0: Nồng độ mol cấu tử A dòng nhập liệu thứ CB: Nồng độ mol cấu tử B thiết bị phản ứng CB0: Nồng độ mol cấu tử B dòng nhập liệu thứ hai CC: Nồng độ mol cấu tử C thiết bị phản ứng CD: Nồng độ mol cấu tử D thiết bị phản ứng Lưu lượng (l/s) F1: Lưu lượng dòng nhập liệu thứ F2: Lưu lượng dòng nhập liệu thứ hai F: Lưu lượng sản phẩm Fhot : Lưu lượng dòng gia nhiệt thiết bị phản ứng Fcool: Lưu lượng dòng giải nhiệt thiết bị phản ứng Nhiệt dung riêng (J/kgoC) Cp1: Nhiệt dung riêng dòng nhập liệu thứ Cp2: Nhiệt dung riêng dòng nhập liệu thứ hai Cp: Nhiệt dung riêng dung dịch thiết bị phản ứng [DOCUMENT TITLE] Tieu luan T r a n g 10 NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] CpHot : Nhiệt dung riêng dòng gia nhiệt CpCool : Nhiệt dung riêng dòng giải nhiệt Khối lượng riêng (kg/m3) 1: Khối lượng riêng dòng nhập liệu thứ 2: Khối lượng riêng dòng nhập liệu thứ hai hối lượng riêng dung dịch bình phản ứng Hothối lượng riêng dòng gia nhiệt Coolhối lượng riêng dòng giải nhiệt Thơng số thiết bị A: Diện tích đáy thiết bị phản ứng (m2) h: Mực chất lỏng dung dịch thiết bị phản ứng (m) m: Khối lượng dung dịch bình phản ứng (kg) V: Thể tích dung dịch thiết bị phản ứng (l) 4.3 Thiết lập mơ hình thiết bị phản ứng 4.3.1 Phương trình cân mực chất lỏng Adh  Fin  Fout  F1  F2  F  dt (1) 4.3.2 Phương trình tốc độ phản ứng rC  rD  rA  rB  k1C ACB  k2CC CD  k1C A2  k 2CC2 (2) Theo phương trình Arrhenius: Cơng thức tính số tốc độ phản ứng E k  ko e RT Với E lượng hoạt hóa phản ứng, khơng phụ thuộc nhiệt độ Kết luận: Hằng số tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ 4.3.3 Phương trình cân lượng dE  Ein  Eout  ERe action  Ehot  Ecool dt (3) Trong đó: dE d ( VCpT ) VCpdT   dt dt dt ERe action  rV H r  V H r (k1C A2  k2CC2 ) [DOCUMENT TITLE] Tieu luan T r a n g 11 NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] ' EHot   Hot CpHot FHot (THot  THot ) ' ECool  Cool CpCool FCool (TCool  TCool ) E E in  1F1Cp1T1   F2Cp2T2 out   FCpT 4.3.4 Phương trình cân nồng độ VdC A  Fin C A  Fout C A  VkrA dt (4)  F1C A0  FC A  V (k1C A2  k2CC2 ) VdCB  FinCB  Fout CB  VkrB dt (5)  F2CB  FCB  V (k1C A2  k2CC2 ) VdCC VdCD    FCC  V (k1C A2  k2CC2 ) dt dt (6) 4.4 Xác định thông số ảnh hưởng mơ hình Mơ hình (1), yếu tố mực chất lỏng h thiết bị phản ứng phụ thuộc: lưu lượng dòng vào: F1 F2 lưu lượng dòng ra: F Mơ hình (2), yếu tố tốc độ phản ứng mà thông qua số tốc độ phản ứng: k1, k2 bị ảnh hưởng nhiệt độ thiết bị phản ứng: T Mơ hình (3), nhiệt độ thiết bị phản ứng: T chịu tác động mạnh yếu tố Lưu lượng nhiệt độ ban đầu dòng gia nhiệt: FHot, THot Lưu lượng nhiệt độ ban đầu dòng giải nhiệt: FCool, TCool Lưu lượng nhiệt độ dòng nhập liệu thứ thứ hai: F1, T1 F2, T2 Thế tích bình phản ứng: V Mơ hình (4), (5) (6) , nồng độ chất dịng sản phẩm ( bình phản ứng ) bị tác động mạnh yếu tố Lưu lượng dòng vào thiết bị: F1 F2 Lưu lượng dòng thiết bị: F Tốc độ phản ứng Bảng tóm tắt yếu tố gây ảnh hưởng mơ hình Mơ hình Cân mực chất lỏng Tốc độ phản ứng Đại lượng quan tâm h k1, k2 [DOCUMENT TITLE] Tieu luan T r a n g 12 Đại lượng gây ảnh hưởng lớn F1, F2 F T,THot, TCool, T1 T2 FHot, FCool, F1 F2 NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] Cân lượng T Cân nồng độ CA,CB,CC CD THot, TCool, T1 T2 F1, F2 F k1, k2 4.5 Chọn thông số công nghệ để điều khiển mơ hình Để cải tiến thiết bị phản ứng vận hành từ chế độ gián đoạn sang liên tục, ta cần: - Chọn điều khiển đại lượng F để ổn định h - Chọn điều khiển đại lượng FHot FCool để ổn định T - Chọn điều khiển đại lượng F1 F2 để cố định thời gian lưu tỉ lệ chất tham gia phản ứng Thời gian lưu có ảnh hưởng lên nồng độ chất CA,CB, CC CD dung dịch thiết bị phản ứng - Điều khiển nhiệt độ dòng nhập liệu T 1,T2 giúp T đạt giá trị cài đặt nhanh T tác động lên k1,k2 làm tăng tốc độ phản ứng ( mặt động học ) Kết luận: Cần điều khiển đại lượng F, FHot, FCool, F1, F2, T1 T2 NHỮNG ĐỀ XUẤT VÀ DỰ ĐỊNH THỰC HIỆN TRONG LUẬN VĂN 5.1 Đề xuất thiết kế , cấu tạo thiết bị - Lắp hình HMI giao diện điều khiển - Thiết kế lại hệ thống thiết bị phản ứng từ gián đoạn sang liên tục :  Sử dụng thêm cảm biến lưu lượng phục vụ điều khiển tầng  Lắp thêm cảm biến mức thiết bị phản ứng  Lắp thêm hệ thống bình gia nhiệt nhập liệu  Lắp thêm hệ thống bình chứa  Kiểm tra, tính tốn thay đường ống phù hợp - Tính tốn lại chiều cao lớp đệm tháp giải nhiệt - Điều khiển hệ thống từ xa không dây thông qua modun Wifi - Thay trở nồi đun với công suất cao - Mô hệ thống phần mềm COMSOL để tìm hệ số kP, kI kD 5.2 Đề xuất cải tiến thuật toán điều khiển - Thay đổi sách lược điều khiển: điều khiển tầng thay điều khiển phản hồi - Khắc phục điểm yếu tht tốn PID: tượng bão hịa tích phân - Thay đổi quy trình vận hành để nâng cao hiệu suất [DOCUMENT TITLE] Tieu luan T r a n g 13 NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] - Phương pháp tìm kiếm hệ số KP, KI, KD tối ưu QUY TRÌNH THỰC HIỆN LUẬN VĂN Cơng việc Tìm hiểu Mơ tả Mục đích Hệ thống lại kiến thức Thời gian Đánh giá ảnh hệ thống sở điều khiển trình, hưởng thông số công thiết bị kiến thức thiết bị nghệ đến hiệu suất phản phản ứng phản ứng, lý thuyết ứng tảng để đưa nhiệt động động học phương án cải tiến phù tháng phản ứng phản ứng tỏa hợp nhiệt Nghiên cứu cụ thể hơn, Có ý nghĩa việc tối tồn diện nhằm cải tiến ưu hóa vận hành, khắc Thiết kế lại thiết bị từ vận hành gián phục nhược hệ thống đoạn sang liên tục, đồng điểm thiết kế mang lại, thiết bị thời đề xuất phương án chất lượng điều khiển phản ứng đổi khác nhằm giải nâng cao (ổn định tháng vấn đề tồn nhiệt độ mong muốn) đồng đọng chưa giải thời đảm bảo chất lượng đầu sản phẩm (nồng độ) Thiết lập thuật toán, thiết kế giao diện điều khiển Thiết lập thuật toán PID điều khiển PLC S71200, thiết kế hình giao diện HMI – Kinco Phục vụ cho việc vận hành khảo sát thông số mà hệ tháng thống quan tâm Có nhìn tổng quan Hồn thành Thu thập, tổng hợp, đánh trình nghiên cứu giá số liệu, trình bày Nhìn nhận [DOCUMENT TITLE] Tieu luan T r a n g 14 tháng NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] chuyên đề báo cáo chuyên đề luận văn vấn đề giải hồn chỉnh quyết, vấn đề cịn nhiều bất cập nhằm có hướng phát triển cho luận văn sau TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Bá Minh Q trình thiết bị hóa bị cơng nghệ hóa học & thực phẩm _ Tập _ Kĩ thuật phản ứng, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [2] Phạm Văn Bơn, Nguyễn Đình Thọ Quá trình thiết bị truyền nhiệt _ Quyển 1: Truyền nhiệt ổn định, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [3] Hồng Minh Sơn, Cơ sở hệ thống điều khiển trình, Nhà xuất BK Hà Nội [4] Võ Đại Bình Điều khiển thiết bị phản ứng khuấy trộn hoạt động liên tục CSTR sử dụng giải thuật di truyền, Tóm tắt luận văn thạc sĩ, Đại học Đà Nẵng [5] Thomas Vielhaben, Günter Schulz-Ekloff, Rolf Neimeier and Georg Thiele, Design of Fuzzy Control for Maintaining a CSTR in the Steep Section of Its Nonlinear Characteristic [6] Mahdieh Alamdar Ravari and Mahdi Yaghoobi, “Optimum design of fractional order pid controller using chaotic firefly algorithms for a control CSTR system”, Asian Journal of Control, Vol 21, No 5, pp 1–11, September 2019 [7] Geetha M , Balajee K A, Jovitha Jerome , “Optimal Tuning of Virtual Feedback PID Controller for a Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) using Particle Swarm Optimization (PSO) Algorithm” , IEEE-International Conference On Advances In Engineering, Science And Management (lCAESM -2012) March 30, 31, 2012 [8] Abhishek Singh, Dr Veena Sharma, “Concentration Control of CSTR Through Fractional Order PID Controller by Using Soft Techniques” , IEEE – 31661 [9] Nguyễn Chí Ngơn, “ Tối ưu hóa điều khiển PID giải thuật di truyền”, Tạp chí Khoa học 2008:9 241-248 [10] Neha Khanduja and Bharat Bhushan, “ Intelligent Control of CSTR using IMCPID and PSO-PID Controller” , 1st IEEE International Conference on Power Electronics Intelligent Control and Energy Systems (ICPEICES-2016) [DOCUMENT TITLE] Tieu luan T r a n g 15 NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] [11] M Sha Sadeghi, F Bavafa, M H Zarif and S M S Alavi , “New approach to design a nonlinear PI controller for a CSTR system” , 2nd International Conference on Control, Instrumentation and Automation (ICCIA), 2011 [DOCUMENT TITLE] Tieu luan T r a n g 16 ... nền, nghiên cứu sở điều khiển, thiết bị phản ứng CSTR làm tiền đề cho ý tưởng cải tiến, thay đổi cấu tạo thiết bị - Khảo sát yếu tố, thông số công nghệ ảnh hưởng lên hệ thống thiết bị phản ứng CSTR. .. chế hoạt động thiết bị phản ứng từ gián đoạn sang liên tục đưa phương án tối ưu hóa q trình điều khiển cho thiết bị phản ứng Hình 1: Sơ đồ quy trình cơng nghệ hệ thống thiết bị phản ứng hoạt động... Trang NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CSTR [DOCUMENT TITLE] CƠ SỞ LÍ THUYẾT, NỀN TẢNG CƠ BẢN 3.1 Động học phản ứng Động học phản ứng phần hóa học vật lý nghiên cứu tốc độ phản ứng Tốc độ phản ứng