Phân tích, cải thiện và thiết kế an toàn cho hệ thống cô đặc chân không đường mía một nồi bán liên tục

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - TRẦN THANH MINH TÂM PHÂN TÍCH, CẢI THIỆN VÀ THIẾT KẾ AN TỒN CHO HỆ THỐNG CƠ ĐẶC CHÂN KHƠNG ĐƯỜNG MÍA MỘT NỒI BÁN LIÊN TỤC (ANALYZING, IMPROVING AND DESIGNING SAFETY FOR SEMI-CONTINUOUS SINGLE-EFFECT VACUUM SUGAR CONCENTRATION SYSTEM) Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã ngành: 8520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2023 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Bùi Ngọc Pha Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 02 tháng 02 năm 2023 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Lê Thị Kim Phụng – Chủ tịch hội đồng PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh – Thư ký TS Trịnh Hoài Thanh – Phản biện TS Hoàng Tiến Cường – Phản biện PGS.TS Nguyễn Đình Quân - Ủy viên Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN THANH MINH TÂM MSHV: 2170752 Ngày, tháng, năm sinh: 10/05/1999 Nơi sinh: Cà Mau Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 8520301 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích, cải thiện thiết kế an tồn cho hệ thống đặc chân khơng đường mía nồi bán liên tục (Analyzing, improving and designing safety for semi-continuous single-effect vacuum sugar concentration system) II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Phân tích nguy hiểm khả vận hành (HAZOP) cho hệ thống cô đặc chân không tại, từ đưa phương án cải thiện hệ thống, bao gồm thiết bị điều khiển - Tiến hành lập trình phần mềm Tia Portal để điều khiển vận hành hệ thống - Thiết kế giao diện vận hành, giám sát an toàn thu thập liệu thông qua phần mềm Tia Portal - Tiến hành cô đặc thực nghiệm đường - Nghiên cứu đề xuất thiết kế an toàn cho hệ thống bao gồm vòng điều khiển phương án sửa đổi thiết bị theo hướng an toàn III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Tháng 9/2022 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Tháng 12/2022 i V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Bùi Ngọc Pha CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS Bùi Ngọc Pha TS Bùi Ngọc Pha TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC PGS TS Nguyễn Quang Long ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin dành lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Bùi Ngọc Pha hướng dẫn bảo tơi tận tình suốt q trình thực luận văn Nhờ có lời nhận xét, góp ý kịp thời xác thầy mà tơi có định hướng đắn cho luận văn Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời cảm ơn đến thầy phịng thí nghiệm Quá Trình Thiết bị tạo điều khiện thuận lợi, động viên giúp đỡ suốt trình học tập nghiên cứu Lời tiếp theo, muốn dành tri ân chân thành đến tập thể giảng viên trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh nói chung khoa Kỹ thuật Hóa học nói riêng, truyền đạt cho tơi kiến thức vơ bổ ích học thuật kinh nghiệm sống phong phú Những kiến thức tảng vững để tơi bước tiếp đường tương lai chọn Hơn nữa, xin dành lời cảm ơn trường này, trường Đại học Bách Khoa Tôi cảm thấy may mắn trưởng thành trường này, tơi biết ai, tơi nhận điểm mạnh yếu thân để phát huy hay cải thiện Tơi hồn thiện thân khơng tri thức mà người, cách ứng xử Tiếp theo đây, muốn dành đến lời cảm ơn đặc biệt gia đình tơi, đặc biệt cha mẹ giúp đỡ vô điều kiện mặt, tinh thần kinh tế Gia đình niềm cảm hứng động lực để phát triển thân Đằng sau ước mơ, hồi bão to lớn tơi hi sinh, đồng hành cha mẹ Lời sau cùng, cố gắng nỗ lực nhiều luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận dẫn, góp ý q thầy để luận văn hoàn thiện tốt TP Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 12 năm 2022 Học viên Trần Thanh Minh Tâm iii TĨM TẮT Tự động hóa q trình bốc hệ thống thiết bị đặc mang lại hiệu cao suất chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, hầu hết nghiên cứu trước hệ thống thiết bị cô đặc tập trung vào việc trì thơng số công nghệ nhiệt độ, áp suất mà bỏ qua yếu tố an toàn cho người, thiết bị sản phẩm Dựa phân tích nguy hiểm khả vận hành (HAZOP), luận văn đưa phương án cải thiện hệ thống cô đặc chân không phịng thí nghiệm, bao gồm thiết bị điều khiển Sau đó, việc thiết kế giao diện lập trình thơng qua phần mềm Tia Portal tiến hành Ngồi ra, luận văn cịn đề xuất thiết kế an tồn cho hệ thống, bao gồm vịng điều khiển phương án sửa đổi thiết bị theo hướng an tồn Cuối cùng, q trình đặc thực nghiệm với đối tượng đường mía tiến hành số liệu ghi nhận thông qua giao diện giám sát Kết thực nghiệm đường cho thấy: 8.33 kg dung dịch đường 26% ban đầu thu 3.3 kg đường 65% nhập liệu lần 24.72 kg dung dịch đường 26% thu 9.8 kg đường 65% phát triển thành phương thức nhập liệu bán liên tục Chất lượng điều khiển đánh giá tốt với thời gian xác lập ngắn 657s so với quy trình trước đó, độ vọt lố 0, sai lệch tĩnh gần 0, khả đáp ứng nhanh ổn định có nhiễu tác động Kết luận văn công cụ hữu ích phục vụ cho trình học tập nghiên cứu tiếp cận hướng điều khiển tự động thiết kế an toàn cho hệ thống thiết bị đặc nói riêng thiết bị cơng nghệ hóa học nói chung iv ABSTRACT Automating the evaporation process in the system of concentrators has brought about high efficiency in productivity and product quality However, most of the previous studies on condensing equipment systems only focused on maintaining technological parameters such as temperature and pressure, ignoring safety factors for people, equipment and products Based on the hazard analysis and operability (HAZOP), the thesis has proposed a plan to improve the vacuum concentration system in the laboratory, including equipment and controls Then, interface design and programming through Tia Portal software was carried out In addition, the thesis also proposes a safe design for the system, including control loops and a plan to modify the device in a safe direction Finally, the experimental concentration process with the object of cane sugar was conducted and the data was recorded through the monitoring interface The sugar experimental results show that: initial 8.33 kg of 26% sugar solution would yield 3.3 kg of 65% sugar when feed-in one time and initial 24.72 kg of 26% sugar solution would yield 9.8 kg of 65% sugar when implementing semi-continuous feed-in method The control quality is evaluated as good with a 657s shorter setup time than the previous process, zero overshoot, almost zero static error, and fast and stable response to noise The result of the thesis will be a useful tool for the learning and research process when approaching the new direction of automatic control – the design of safe control systems – for evaporator equipment in specific and chemical equipment in general v LỜI CAM ĐOAN Tên là: Trần Thanh Minh Tâm Sinh ngày 10 tháng 05 năm 1999 Học viên lớp cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Hóa Học - Khóa 2021 - Trường Đại học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh Xin cam đoan: Đề tài “Phân tích, cải thiện thiết kế an tồn cho hệ thống đặc chân khơng đường mía nồi bán liên tục (Analyzing, improving and designing safety for semi-continuous single-effect vacuum sugar concentration system)” giảng viên TS Bùi Ngọc Pha hướng dẫn cơng trình nghiên cứu riêng Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng, thơng tin chi tiết mục “Tài liệu tham khảo” đề tài Tôi xin cam đoan tất nội dung luận văn nội dung đề cương yêu cầu giảng viên hướng dẫn Tác giả hồn tồn chịu trách nhiệm tính trung thực đề tài TP Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 12 năm 2022 Học viên Trần Thanh Minh Tâm vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ .i LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv LỜI CAM ĐOAN vi MỤC LỤC .vii PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tổng quan Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp thực Sản phẩm đề tài Kết cấu luận văn PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan hệ thống cô đặc 1.1.1 Định nghĩa cô đặc 1.1.2 Bản chất cô đặc nhiệt 1.1.3 Phân loại thiết bị cô đặc nhiệt 1.1.4 Hệ thống cô đặc chân không bán liên tục 1.2 Hệ thống cô đặc nước đường 1.2.1 Công nghệ cô đặc nước đường vii 1.2.2 Đặc điểm nguyên liệu sản phẩm trình đặc đường 1.2.3 Biến đổi hóa học q trình đặc 1.2.4 Yêu cầu chất lượng sản phẩm giá trị sinh hóa 10 1.3 Điều khiển trình 10 1.3.1 Mục đích chức điều khiển q trình 11 1.3.2 Sách lược điều khiển phản hồi 11 1.3.3 Bộ điều khiển 13 1.4 Hệ thống an tồn q trình 16 1.4.1 Các lớp bảo vệ trình 16 1.4.2 Hệ thống thiết bị an toàn 18 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CƠ ĐẶC CHÂN KHƠNG ĐƯỜNG MÍA MỘT NỒI BÁN LIÊN TỤC 20 2.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống thiết bị cô đặc chân không 20 2.1.1 Sơ đồ hệ thống thiết bị cô đặc chân không 20 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 21 2.2 Phân tích nguy hiểm khả vận hành (HAZOP) cho hệ thống 21 2.2.1 Mục đích phân tích HAZOP 21 2.2.2 Phân tích HAZOP 22 2.3 Phân tích cải thiện hệ thống thiết bị đặc chân không 26 2.3.1 Về phần thiết bị 26 2.3.2 Về phần quy trình vận hành 31 2.4 Xây dựng vòng điều khiển vận hành cho hệ thống cô đặc chân không 38 viii PHỤ LỤC Code vận hành tổng 121 122 Code chuyển đổi tín hiệu cảm biến 123 Code vận hành hệ thống tháp giải nhiệt 124 125 126 Code vận hành hệ thống nồi đun 127 128 129 Code vận hành hệ thống thiết bị cô đặc 130 131 132 133 134 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: TRẦN THANH MINH TÂM Ngày, tháng, năm sinh: 10/05/1999 Nơi sinh: Cà Mau Địa liên lạc: 117/9/1B Hồ Văn Long, phường Tân Tạo, quận Bình Tân, TP Hồ Chí Minh Q TRÌNH ĐÀO TẠO • ĐẠI HỌC - Tốt nghiệp trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM - Ngành học: Kỹ thuật hóa học - Loại hình đào tạo: Chính quy - Đào tạo từ năm 2017 đến năm 2021 • SAU ĐẠI HỌC - Tốt nghiệp trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM - Ngành học: Kỹ thuật hóa học - Học cao học từ năm 2020 đến năm 2022 Q TRÌNH CƠNG TÁC Khơng có