báo cáo bài tập cuối kì đề 2 nhận biết các biến quá trình ta có các biến f1 t1 f2 t2 v1 h2 f3 t3 w4 t4

Đưa ra các giả thiết đơn giản hóa cần thiếtCác giả thiết: - Thiết bị khuấy trộn lý tưởng, nghĩa là nhiệt độ và mật độ khối lượng tại mọi vị trí trong mỗi bình chứa nhiệt như nhau giống h

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

-*** *** -  

BÁO CÁO BÀI TẬP CUỐI KÌ

ĐỀ 2

Chuyên nghành : Điều khiển và tự động hóa

Thành viên : Báo Ngọc Đăng Khoa - 21151408

Từ Công Nam - 21151289 Hoàng Anh Sơn - 21151330 Đinh Văn Tính - 21151366

GV hướng dẫn : Nguyễn Phong Lưu

TP HỒ CHÍ MINH – 12/2023

ĐỀ 2

a Nhận biết các biến quá trình

Ta có các biến: F1, T1, F2, T2, V1, h2, F3, T3, W4, T4

Trong đó:

Biến điều khiển: F3, W4

Biến cần điều khiển: T4

Biến nhiễu: T1, T2, T3

b Xây dựng (các) phương trình mô hình Đưa ra các giả thiết đơn giản hóa cần thiết

Các giả thiết:

- Thiết bị khuấy trộn lý tưởng, nghĩa là nhiệt độ và mật độ khối lượng tại mọi vị trí trong mỗi bình chứa nhiệt như nhau giống hệt như nhiệt độ và mật độ khối lượng dòng ra

- Các thành phần năng lượng khác không đáng kể so với nhiệt lượng, tổn thất nhiệt

ra bên ngoài cũng được bỏ qua

- Áp suất và khối lượng riêng của dòng quá trình trước và sau khi khuấy trộn, được coi là không thay đổi đáng kể

- Tiết diện bình đều

Xây dựng các phương trình mô hình:

o Phương trình cân bằng vật chất toàn phần:

+ Ở bình 1:

ⅆ (ρV 1)

ⅆ t =F1 ρ−F 2 ρ Giả thiết khối lượng riêng của dòng vào không thay đổi đáng kể, phương trình trở thành:

ⅆ V 1

ⅆ t =F1 −F 2 (1) + Ở bình 2:

ⅆ(ρS 2 h 2)

ⅆ t =F2 ρ+F 3 ρ−w 4

ⅆ (ρV 2)

ⅆ t =F2 ρ+F 3 ρ−w 4

Giả thiết khối lượng riêng của dòng vào không thay đổi đáng kể, phương trình trở thành:

ⅆ(V 2)

ⅆt =F2 + F 3 −F 4(2)

Trong đó F 4=w 4

ρ

o Phương trình cân bằng năng lượng:

+ Ở bình 1:

ⅆ (ρV 1 H 2)

ⅆt =F1 ρH 1 −F 2 ρH 2 Trong đó: H là enthalpy là đại lượng phụ thuộc thành phần, nhiệt độ, áp suất:

Ta có: H=Cp T

 ρⅆ(V 1.Cp T 2)

t

ⅆ =ρ F 1 H 1− ρ F 2 H¿ρ Cp.(F 1.T 1−F 2.T 2)

 ⅆ (V 1.T 2)ⅆt =F 1 T 1−F 2.T 2

 V 1 Tⅆⅆ 2t +T 2 Vⅆ 1

t

ⅆ =F 1 T 1−F 2.T 2

Do bình ở cơ chế tự tràn F = F =F1 2

=> V 1 T ⅆ 2

t

ⅆ =F(T1− 2)T (3)

+ Ở bình 2:

ρⅆ (V 2 H 4 )

t

ⅆ = ρ F 2 H 2+ ρ F 3 H 3−ρ F 4 H

 ρⅆ (V 2.Cp T 4)

t

ⅆ = ρ F 2 Cp T 2+ρ F 3 Cp T3−ρ F Cp4.

 ⅆ (V 2.T 4)ⅆt =F 2 T 2+F 3 T 3−F 4.T 4

 V 2ⅆ 4T

t

ⅆ +T 4

V

ⅆ 2

t

ⅆ =F 2.T 2+F 3.T 3−F 4.T 4

 V 2ⅆ 4T

t

ⅆ =F 2 (T 2−T 4) +F 3.(T 3−T 4) (4)

Trong đó F4 = F2 + F3

c Phân tích số bậc tự do của mô hình và đánh giá khả năng điều khiển được

- Tổng số biến quá trình là 10, số phương trình là 4

=> Số bậc tự do = 10 – 4 = 6 = số biến vào

=> Mô hình nhất quán

d.Tuyến tính hóa mô hình và đưa về dạng hàm truyền đạt

- Ở điều kiện làm việc của hệ thống các biến quá trình không thay đổi giá trị, vì thế giá trị các biến chênh lệch cũng như đạo hàm bẳng 0

- Từ phương trình (1): ⅆ 1ⅆVt =F 1 −F 2

=> Phương trình mô hình ở trạng thái xác lập của phương trình (1):

ⅆ(V 1)

ⅆt =F1− 2=0=F ¿F 1=F 2=F

- Từ phương trình (2): ⅆ (V 2)ⅆt = F 2 + F 3 − F 4

=> Phương trình mô hình ở trạng thái xác lập của phương trình (2):

ⅆ (V 2)

ⅆt =F 2+F 3−F 4 0= =¿F 2+F =F 43

- Từ phương trình (3): V 1ⅆ 2T

t

ⅆ =F(T1− 2)T

=> Phương trình mô hình ở trạng thái xác lập của phương trình (3):

V 1ⅆ (T 2) t

ⅆ =F (T1−T 2)=0=¿T 1= 2T

- Từ phương trình (4): V 2ⅆ 4ⅆTt =F 2 (T 2−T 4)+F 3.(T 3−T 4)

=> Phương trình mô hình ở trạng thái xác lập của phương trình (4):

V 2ⅆ(T 4) t

ⅆ =F 2(T 2−T 4)+F 3 (T 3−T 4)=0

Sử dụng các biến chênh lệch: ΔF =F−F , ΔT 1=T 1−T 1 , ΔT 2=T 2−T

=> ΔT 1= ΔT ở phương trình (3)

=> ΔF(ΔT 2− ΔT 4)+ ΔF 3 (ΔT 3−ΔT do F 1=F 2=F => ΔF 1= ΔF 2=ΔF Đặt biến:

d 1=ΔT 1 ;d 2=ΔF ; d 3= ΔT

x 1=ΔT 2; x 2=ΔT

u=ΔF 3 ; y=x 2=ΔT

Khai triển Taylor:

Phương trình (3):

V 1ⅆ (T 2)

t

ⅆ =F 1(T 1−T 2)=0 V 1

ⅆ (T 2) t

ⅆ =F 1 ΔT 1−F 1 ΔT 2+(T1− 2) ΔF 1T

Biến đổi Laplace 2 vế:

ΔT 2(s )= F

V 1 s+FΔT 1( s )+T 1−T2

V 1 s+FΔF(s )

x 1 ( s )= F

V 1 s+Fd 1(s)+

T 1−T 2

V 1 s+Fd 2(s) Đặt:

F

V 1 s+F=

Kd 1

1+t 1 s ( Kd1= 1; t1=V 1

F )

T 1−T 2

V 1 s+F=

Kd 2

1+t 1 s ( Kd2 = T 1−T 2

F )

Phương trình (4

Phương trình (4):):

V 2ⅆ (T 4)

t

ⅆ =F 2(T 2−T 4)+F 3 (T 3−T 4)

V 2ⅆ(T 4)

t

ⅆ =F T 2 F T 4+F 3 T 3−F 3 T−

Khai triển Taylor:

V 2ⅆ(T 4)

t

ⅆ = (T 2−T 4) ΔF +F ΔT 2−F ΔT 4−(T 3−T 4) ΔF 3+F 3 ΔT 3−F 3 ΔT

Laplace 2 vế:

F 3 ΔT 4(s )+F ΔT 4(s )+V 2 s ΔT 4(s ) =

(T 2−T 4)ΔF (s)+F ΔT 2(s)+(T 3−T 4) ΔF 3(s)+F 3 ΔT 3(s

ΔT 4(s )= T 2−T 4

V 2 s+F 3+F ΔF(s)+

F

V 2 s+F 3+F ΔT 2( s )+ T 3−T4

V 2 s +F 3+F ΔF 3(s)+V 2 s+F 3+FF 3 ΔT 3 ( Tạm đặt:

A=V 2 s+F 3+FT 2−T 4 ; B=V 2 s+F 3+FF ; C=V 2 s+F 3+FT 3−T 4 ; D=V 2 s+F 3+FF 3

 y(s) = x2(s) = A.d2(s)+B.x1(s)+C.u(s) +D.d3(s) (5)

Thay x1(s) vào (5) ta được:

Y(s) = A.d2(s)+C.u(s)+D.d3(s)+B ¿.1+t 1 sKd 2 d 2 (s) ¿ Y(s) = B Kd 1

1+t 1 s d 1( s )+(A +1+t 1 sB Kd 2)d 2( s)+D d 3(s )+C u(s ) Đặt:

F

V 2 s+F 3+F=

Kx 1

1+t 2 s(Kx 1=F 3+FF ; t 2=F 3+FV 2 )

F 3

V 2 s+F 3+F=

Kd 3

1+t 2 s(Kd 3=F 3+F 3F)

T 2−T 4

V 2 s+F 3+F=

Kd 4

1+t 2 s(Kd 4=

T 2−T 4

F 3+F )

T 3−T 4

V 2 s+F 3+F=

Ku

1+t 2 s(Ku=

T 3−T 4

F 3+F )

Từ đó ta có:

Y(s)=( Kx 1

1+t 2 s.

Kd 1

1+t 1 s)d 1(s) + (

Kd 4

1+t 2 s+

Kx 1

1+t 2 s.

Kd 2

1+t 1 s¿ d 2(s)+ Kd 3

1+t 2 s d 3(s)+

Ku 1+t 2 s.u( s)



 Sơ đồ khối:

Đặt:

G =1 K d 1

1+t 1 s

G =2 K d 2

1+t 1 s

G3= K x 1

1+t 2 s

G =4 K d 4

1+t 2 s

G5=1+t 2 sK d 3

G6=1+t 2 sKu

=> Y(s)=G3.G1.d1(s)+ (G + G4 3.G2).d2(s)+ G d3(s)+ G5 6.u(s)

 Y(s)= G [ G d1(s) + G d2(s)] + G d2(s) + G d3(s) + G3 1 2 4 5 6.u(s)

e Mô phỏng Matlab

Chọn giá trị:

V1=V2=1

F=0 1/s, F 3=0.05/ s

T 1=T 2=2 0, T 3=35 °, T 4=23

Câu 2

Hệ thống chưng cất Condensate (chất ngưng tụ), dầu nhiễm cặn

Nguyên liệu Condensate từ bồn chứa sẽ được bơm khâu qua trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt Một phần dòng nhập liệu sẽ được hồi lưu vào cột chưng cất nhằm điều chỉnh phân đoạn của sản phẩm đỉnh Phần còn lại sẽ đi vào lò gia nhiệt, tại đây Condensate sẽ được gia nhiệt lên đến nhiệt độ khoảng 180 – 220 C để hoá hơi vào

phân tách phân đoạn Naphtha (sản phẩm đỉnh) ra khỏi phân đoạn dầu Diesel (sản phẩm đáy)

Tại tháp chưng cất, hơi Naphtha sẽ đi lên đỉnh tháp và tiếp xúc với dòng hồi lưu từ đỉnh tháp đi xuống Quá trình tiếp xúc của hai dòng lỏng hơi này giúp phân tách triệt để hai sản phẩm đỉnh và đáy Thông qua việc điều chỉnh tỉ lệ dòng hồi lưu vào đỉnh tháp giúp điều chỉnh điểm sôi cuối của sản phẩm đỉnh một cách dễ dàng

Pha hơi đỉnh (Naphtha) sau khi ra khỏi đỉnh tháp sẽ được ngưng tụ bởi trao đổi nhiệt rồi đến thiết bị làm mát, sản phẩm đỉnh sẽ được dẫn vào bình chứa trung gian Tại đây, hệ thống điều khiển mức tự động (LC) sẽ điều khiển bơm xuất sản phẩm đỉnh qua thiết bị làm lạnh trước khi vào bồn chứa sản phẩm Naphtha

Sản phẩm đáy (Diesel) ở đáy tháp được dẫn đến Reboiler và được gia nhiệt bằng hệ thống lò dầu tải nhiệt (hot oil System) Tại đây, phần sản phẩm đỉnh bị lôi cuốn theo dòng sản phẩm đáy sẽ bay hơi và quay về lại tháp chưng cất Sản phẩm đáy sau khi ra khỏi Reboiler sẽ vào bình chứa trung gian, tại đây hệ thống điều khiển mức tự động sẽ điều khiển bơm xuất sản phẩm đáy qua thiết bị làm mát trước khi

về bồn chứa Diesel thành phẩm

Các trao đổi nhiệt sử dụng nước làm mát từ tháp giải nhiệt trung tâm (Cooling Tower) của nhà máy

Hệ thống chưng cất hoạt động hoàn toàn kép kín, phần khí gas không ngưng (khí gầy) từ hệ thống được tận dụng 100% làm nhiên liệu cho bét đốt của lò gia nhiệt Tên các thiết bị trong hệ thống:

Máy bơm

Máy đo vòng quay

Bét đốt

Van khóa

Thiết bị làm lạnh

Bình gia nhiệt

Áp suất kế

Lưu lượng kế

Lọc chữ Y

Bình chứa trung gian

Cảm biến nhiệt

Van một chiều

Bình chứa khí đốt

Bộ sinh hơi