Quy trình tách acetone ra khỏi dòng không khí sử dụng quy trình hấp thu được mô tả ở hình 1. Dung môi sử dụng là nước hoặc một loại dung môi hữu cơ không bay hơi (nonvolatile). Sử dụng kiến thức được học ở môn học này và kiến thức về quá trình hấp thụ ở môn học quá trình thiết bị truyền khối, thiết kế hệ thống điều khiển (basic process control system BPCS) cho hệ thống này. Yếu tố gây nhiễu là lưu lượng tổng và nhiệt độ dòng khí nhập liệu (feed gas). Trong quá trình giải quyết vấn đề, nếu sinh viên cần biết thông tin gì thì tự tìm qua Google Search hoặc sử dụng giả định giả thiết phù hợp. Sinh viên không cần vẻ hình hệ thống BPCS, chỉ cần mô tả các vòng điều khiển được sử dụng: mô tả cặp biến điều khiển – biến điều chỉnh, cơ chế điều khiển (feedback, feedforward, cascade?)
Assignment chương Quy trình tách acetone khỏi dịng khơng khí sử dụng quy trình hấp thu mơ tả hình Dung mơi sử dụng nước loại dung môi hữu không bay (non-volatile) Sử dụng kiến thức học môn học kiến thức trình hấp thụ mơn học q trình & thiết bị truyền khối, thiết kế hệ thống điều khiển (basic process control system- BPCS) cho hệ thống Yếu tố gây nhiễu lưu lượng tổng nhiệt độ dịng khí nhập liệu (feed gas) Trong trình giải vấn đề, sinh viên cần biết thơng tin tự tìm qua Google Search sử dụng giả định / giả thiết phù hợp Sinh viên khơng cần vẻ hình hệ thống BPCS, cần mơ tả vịng điều khiển sử dụng: mô tả cặp biến điều khiển – biến điều chỉnh, chế điều khiển (feedback, feedforward, cascade?) Hình Quy trình hấp thụ để tách acetone khỏi dịng khơng khí ĐÁP ÁN Mơ tả quy trình: Dịng khơng khí chứa lượng nhỏ acetone (khoảng 6% thể tích) cần tách loại acetone sử dụng quy trình hấp thụ Dịng khơng khí nhập liệu (có chứa acetone, dòng “Feed Gas”) vào phần đáy cột hấp thụ (Scrubber D-1) di chuyển lên phần cột tiếp xúc với dịng lỏng dung mơi chảy từ xuống (dung môi nước loại dung mơi hữu khơng bay hơi) Q trình truyền nhiệt truyền khối dịng khí dịng lỏng (dung môi) xảy cột hấp thụ (Scrubber D-1): acetone bị hấp thu dung mơi, dịng khí sau tách loại acetone đỉnh cột (dịng “Discharge Gas”) Dịng dung mơi sau hấp thụ acetone đến cột chưng cất (Still D-2) để tách loại acetone (tái sinh dung môi) Acetone ngồi dịng sản phẩm đỉnh cột chưng cất Still D-2 (dòng “Product Acetone”), dòng dung môi “Lean Solvent” (đã tách loại acetone) sản phẩm đáy cột chưng cất D-2 hồi lưu trở lại cột hấp thụ D-1 Thiết kế BPCS cho quy trình này: Thiết kế BPCS cho cột chưng cất D-2: Sử dụng phương án thiết kế mẫu hệ thống BPCS cho cột chưng cất miêu tả giảng (slide 65-66 giảng chương 7, trang 436-437 tài liệu tham khảo “Process Technology Equipment and Systems, 4th Edition” Ghi 1: Nhiệt độ dòng đỉnh khỏi thiết bị làm nguội & ngưng tụ E-3 cần điều khiển (cố định giá trị cài đặt) cách sử dụng cascade control loop: temperature-to-flow cascade control loop vịng điều khiển nhiệt độ (primary control loop) định setpoint vòng điều khiển lưu lượng dòng nước làm mát (secondary control loop) Phương án không sử dụng thiết kế mẫu hệ thống BPCS cho cột chưng cất Ghi 2: Các phương án thiết kế khác với đáp án đưa phương án hợp lý chấp nhận Thiết kế BPCS cho cột hấp thụ D-1: Một số giả thuyết lập luận: - - Giả sử bay cấu tử dung môi khơng đáng kể, bỏ qua Có nghĩa là, hàm lượng cấu tử dung mơi dịng đỉnh khỏi cột hấp thụ D-1 xem = Dòng đỉnh khỏi cột hấp thụ D-1 (dịng “Discharge Gas”) dịng khơng khí chứa hàm lượng nhỏ acetone (“trace amount”) Có nghĩa là, dòng đỉnh chứa ba cấu tử: thành phần O2 N2 (chính khơng khí) hàm lượng nhỏ acetone Trong dòng “Discharge Gas” này, acetone cấu tử nặng nhất, có nhiệt độ sơi lớn nhiều so với hai cấu tử lại (O2 N2) Hàm lượng acetone dịng đỉnh tiêu chất lượng cần đạt cột hấp thụ D-1 (tiêu chí: hàm lượng acetone ≤ giới hạn cho phép) - - - - - - - - Dòng đỉnh thảy bỏ mơi trường (nó khơng phải sản phẩm có giá trị, cần đạt tiêu chất lượng nghiêm ngặt) Do đó, tiêu chí chất lượng liên quan đến hàm lượng acetone không cần kiểm sốt nghiêm ngặt Có nghĩa là, khơng cần sử dụng vòng điều khiển thành phần (AC control loop) để kiểm sốt thành phần dịng đỉnh Khi hoạt động cột hấp thụ, áp suất đỉnh cột cần điều khiển (cố định giá trị cài đặt = P1) cách sử dụng pressure control loop: sử dụng lưu lượng dòng khỏi đỉnh cột biến điều chỉnh Có thể giả sử nhiệt độ dòng khỏi đỉnh cột (= T1) nhiệt độ điểm sương dịng “Discharge Gas” tương ứng với áp suất P1 Giả sử dòng lỏng dòng phần đỉnh cột trạng thái cân pha với (là giả sử hợp lý cột hấp thụ dạng cột đệm) Có mối liên hệ trực tiếp nhiệt độ điểm sương T1 hàm lượng cấu tử nặng acetone dòng đỉnh T1 cao hàm lượng acetone dịng đỉnh lớn ngược lại Do đó, ta kiểm sốt hàm lượng acetone dịng đỉnh cách điều khiển nhiệt độ T1 (cố định giá trị cài đặt) Phương án tương tự với phương án kiểm sốt thành phần dịng sản phẩm đỉnh cột chưng cất cách điều khiển nhiệt độ đỉnh cột (nhiệt độ mâm đỉnh) Điều khiển nhiệt độ dòng khỏi đỉnh cột (T1) cách điều chỉnh nhiệt độ dịng dung mơi “Lean Solvent” nhập liệu (T2) vào cột hấp thụ đỉnh cột Cụ thể hơn, sử dụng cascade control loop: temperature-to-temperature cascade control loop vịng điều khiển nhiệt độ biến T1 (primary control loop) định setpoint vòng điều khiển nhiệt độ biến T2 (secondary control loop) Biến điều chỉnh secondary control loop lưu lượng nước làm mát thiết bị trao đổi nhiệt E-1 Sự thay đổi nhiệt độ / lưu lượng tổng dòng nhập liệu “Feed Gas” (chính yếu tố gây nhiễu) dẫn đến thay đổi nhiệt độ dòng đỉnh T1 (chính xác hơn, profile nhiệt độ bên cột hấp thụ thay đổi) Có nghĩa là, hàm lượng acetone dòng đỉnh thay đổi Hàm lượng acetone kiểm soát / điều khiển cách điều khiển nhiệt độ dòng đỉnh T1, sử dụng temperature-to-temperature cascade control loop trình bày Lưu ý là, cách thức điều khiển áp dụng thay đổi nhiệt độ / lưu lượng tổng dòng nhập liệu “Feed Gas” vừa phải Như vậy, cột hấp thụ Scrubber D-1 có vịng điều khiển sau (bảng 1) Bảng Các vòng điều khiển cột hấp thụ Scrubber D-1 Vòng điều khiển mực chất lỏng (LC) Biến điều khiển Mực chất lỏng đáy cột Vòng điều khiển áp suất (PC) Áp suất đỉnh cột Vòng điều khiển nhiệt độ (TC) Nhiệt độ dòng đỉnh Biến điều chỉnh Lưu lượng dịng lỏng (dung mơi) khỏi cột hấp thụ (sử dụng van điều khiển dòng này) Lưu lượng dòng đỉnh khỏi cột hấp thụ (sử dụng van điều khiển dòng này) Nhiệt độ dịng dung mơi “Lean Solvent” nhập liệu vào cột hấp thụ Loại Feedback control loop Feedback control loop Temperatureto-temperature cascade control loop