đề tài thiết kế hệ thống điều khiển quá trình và thiết bị chưng cất hệ ethanolnước bằng tháp đệm ứng dụng điều khiển quá trình trong ngành kỹ thuật hóa học và chuyên ngành vật liệu vô cơ

Một hệ thống điều khiển quátrình tự động gồm những giải pháp đo lường, thiết bị điều khiển, phương pháp vận hànhđể đảm bảo các yêu cầu của quá trình và thiết bị công nghệ như chất lượng,

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

BÀI TẬP ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH - MÃ MÔN HỌC: 604039

(BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ CÁ NHÂN)

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CHƯNG CẤT HỆ ETHANOL-NƯỚC BẰNG THÁP ĐỆM (ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH TRONG NGÀNH KỸ THUẬT HÓA HỌC VÀ

CHUYÊN NGÀNH VẬT LIỆU VÔ CƠ)

GVHD: GVC, T.S TRẦN VĂN NGŨ SVTH: CHUNG THẾ SANG

MSSV:62000221

NHÓM: 01 – 12

NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH TRONG NGÀNH KỸ THUẬT HÓA HỌC 4

1 Tổng quan về Điều khiển quá trình 4

2 Ứng dụng trong Chưng cất 5

3 Ứng dụng trong Sấy 6

4 Ứng dụng trong Cô đặc 7

5 Ứng dụng trong Hấp thụ 8

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH TRONG CHUYÊN NGÀNH VẬT LIỆU VÔ CƠ 10

1 Ứng dụng trong Nhà máy sản xuất Axit Sunfuric 10

2 Ứng dụng trong Nhà máy sản xuất phân bón 10

KẾT LUẬN 12

TÀI LIỆU THAM KHẢO 13

MỞ ĐẦU

Điều khiển quá trình tự động đang chiếm xu thế ngày càng quan trọng trong các ngành công nghiệp từ khai thác, chế biến và năng lượng Một hệ thống điều khiển quá trình tự động gồm những giải pháp đo lường, thiết bị điều khiển, phương pháp vận hành

để đảm bảo các yêu cầu của quá trình và thiết bị công nghệ như chất lượng, sản lượng, hiệu quả, an toàn cho con người và môi trường

Nội dung trong báo cáo chuyên đề cá nhân này gồm hai phần chính là Ứng dụng điều khiển quá trình trong ngành Kỹ thuật Hóa học nói chung và chuyên ngành Vật liệu

Vô cơ nói riêng

CHƯƠNG 1: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH TRONG NGÀNH KỸ THUẬT HÓA HỌC

1 Tổng quan về Điều khiển quá trình

Điều khiển quá trình là “ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong điều khiển, vận hành, giám sát các quá trình công nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và an toàn cho con người và môi trường

Để thực hiện điều khiển quá trình phải cần hệ thống điều khiển – là hệ thống thực hiện tác động của thiết bị điều khiển lên đối tượng điều khiển

Mục đích và chức năng của Điều khiển quá trình:

+ Đảm bảo hệ thống vận hành ổn định: đảm bảo các điều kiện vận hành bình thường, thuận tiện, kéo dài tuổi thọ của máy móc, thiết bị

+ Đảm bảo vận hành an toàn: nhằm mục đích bảo vệ con người, máy móc, thiết bị và môi trường

+ Bảo vệ môi trường: giảm nồng độ các chất độc hại trong khí thải, nước thải, giảm bụi, sử dụng tiết kiệm và hợp lý nguyên liệu và nhiên liệu

+ Nâng cao hiệu quả kinh tế, tăng lợi nhuận: giảm chi phí nhân công, nguyên liệu và nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu cầu thay đổi của thị trường

+ Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm: thay đổi tốc độ sản xuất theo

ý muốn, bảo đảm các thông số chất lượng sản phẩm trước các biến nhiễu thường xuyên trong quá trình sản xuất

Trong ngành Kỹ thuật Hóa học, điều khiển quá trình được ứng dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp sản xuất các sản phẩm thích hợp với những quá trình liên tục như lọc dầu, sản xuất giấy, nước trái cây, hóa chất, v.v Hệ thống điều khiển được tự động hóa nên có thể vận hành, kiểm soát một quá trình, dây chuyển phức tạp bằng bộ điều khiển trung tâm

Hình 1.1: Sơ đồ thành phần cấu trúc của hệ thống điều khiển tự động

ĐT: Đối tượng tự động hóa; CB: Cảm biến; SS: So sánh; BĐ: Bộ đặt; N: Nguồn; BĐK:

Bộ điều khiển; CCCH: Cơ cấu chấp hành; X: Tác động điều chỉnh; Y: Thông số điều chỉnh; Z: Các thông số nhiễu; YPV: Giá trị thực tế của thông số Y; YSV: Giá trị đặt của thông số Y

2 Ứng dụng trong Chưng cất

Chưng cất là quá trình tách dung dịch hỗn hợp lỏng đồng nhất thành các cấu tử riêng biệt nhờ kết quả của trình truyền khối hai chiều nhiều lần giữa pha hơi và pha lỏng Hiện nay, trong ngành Kỹ thuật Hóa học ứng dụng điển hình điều khiển quá trình

là trong Chưng cất phân đoạn dầu mỏ của hệ thống nhà máy lọc dầu

Đây là quá trình sản xuất liên tục nên các thông số đo và điều khiển bao gồm nhiệt

độ, áp suất, lưu lượng và sử dụng sách lược điều khiển phân tầng

Hình 1.2: Lưu đồ điều khiển hệ thống Chưng cất phân đoạn dầu mỏ

PDC- Điều khiển hiệu áp suất; FC- Điều khiển lưu lượng; TI- Hiển thị nhiệt độ

3 Ứng dụng trong Sấy

Sấy là quá trình tách ẩm (hơi nước) ra khỏi bề mặt vật liệu bằng tác nhân chủ yếu

là nhiệt Quá trình xảy ra khi áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường

Hiện nay, trong ngành Kỹ thuật Hóa học ứng dụng điển hình điều khiển quá trình trong Sấy giấy của hệ thống nhà máy sản xuất giấy

Đây là quá trình sản xuất liên tục nên các thông số đo và điều khiển bao gồm, áp suất, mức lỏng ngưng và sử dụng sách lược điều khiển phân tầng

Hình 1.3: Lưu đồ điều khiển hệ thống Sấy đối lưu giấy

PC- Điều khiển áp suất; PT- Điều khiển hiệu áp suất; LC- Điều khiển mức lỏng ngưng

4 Ứng dụng trong Cô đặc

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch (gồm dung môi và chất tan – thường là nước) bằng cách tách một phần dung môi ra khỏi dung dịch theo phương pháp nhiệt hoặc phương pháp lạnh

Hiện nay, trong ngành Kỹ thuật Hóa học ứng dụng điển hình điều khiển quá trình trong Cô đặc nước mía trong nhà máy sản xuất đường

Đây là quá trình sản xuất liên tục nên các thông số đo và điều khiển bao gồm nhiệt

độ, áp suất, mức chất lỏng và sử dụng sách lược điều khiển phân tầng

Hình 1.4: Lưu đồ điều khiển Hệ thống cô đặc chân không gián đoạn mía đường

PIC- Hiển thị và điều khiển áp suất; PT- Truyền dẫn tín hiệu áp suất; LT- Truyền dẫn tín hiệu mức chất lỏng; LC- Điều khiển mức chất lỏng; TT-Truyền dẫn tín hiệu nhiệt độ; TI-Hiển thị nhiệt độ; TIC-TI-Hiển thị và điều khiển nhiệt độ; M- Động cơ điện

5 Ứng dụng trong Hấp thụ

Hấp thụ là quá trình mà có một hoặc vài cấu tử khí hay hơi tách ra khỏi hỗn hợp khí hay hơi hóa tan có chọn lọc vào môi trường lỏng

Hiện nay, trong ngành Kỹ thuật Hóa học ứng dụng điển hình điều khiển quá trình trong Hấp thụ hơi nước từ khí thiên nhiên bằng etylen glycol trong nhà máy chế biến khí Đây là quá trình sản xuất liên tục nên các thông số đo và điều khiển bao gồm nhiệt

độ, áp suất, mức chất lỏng, lưu lượng và sử dụng sách lược điều khiển phân tầng

nh 1.5: Lưu đồ điều khiển hệ thống Hấp thụ hơi nước từ khí thiên nhiên bằng etylen

glycol PIC- Hiển thị và điều khiển áp suất; PSV- Van điều chỉnh áp suất ở mức an toàn; LC-Điều khiển mức chất lỏng; TIC-Hiển thị và điều khiển nhiệt độ; FIC- Hiển thị và điều khiển lưu lượng

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH TRONG CHUYÊN NGÀNH VẬT LIỆU VÔ CƠ

1 Ứng dụng trong Nhà máy sản xuất Axit Sunfuric

Điều khiển tự động quá sản xuất axit Sunfuric theo công nghệ đã định, mô phỏng trạng thái hoạt động của toàn dây chuyền sản xuất trên màn hình, đồng thời lưu trữ và thống kê số liệu trong từng thời gian làm việc cụ thể

-Công suất dây chuyền đến 500.000 tấn/ năm

- Công nghệ sản xuất axit sunfuric: phương pháp tiếp xúc kép với xúc tác là V2O5 ( hàm lượng 5-12%).Phương pháp tiếp xúc này cho nồng độ axit cao (98-99%),

- Quá trình sản xuất axit sunfuric tiến hành theo 4 giai đoạn chính

+ Tạo SO bằng cách đốt nhiên liệu chứa S2

+ Tinh chế khí (làm sạch tạp chất có trong khí)

+ Chuyển hóa SO thành SO2 3

+ Hấp thụ SO bằng H O → H3 2 2SO4

- Hệ thống cho phép vận hành ở ba chế độ: tự động hoàn toàn, bán tự động và hoàn toàn bằng tay để đảm bảo hoạt động liên tục của quá trình sản xuất khi có sự cố một phần hoặc toàn bộ hệ tự động

2 Ứng dụng trong Nhà máy sản xuất phân bón

Điều khiển tự động cấp liệu định lượng các thành phần theo định mức đặt trước, thông qua việc cân và điều khiển các băng tải cấp liệu, mỗi băng cho một thành phần Mô phỏng trạng thái hoạt động toàn dây chuyền sản xuất trên màn hình, đồng thời lưu trữ và thống kê số liệu trong từng thời gian làm việc cụ thể

- Cho phép tạo mác mới (quy định lưu lượng định mức các thành phần và năng suất làm việc) Cho phép lưu 500 mác

- Có khả năng quản lý và điều khiển 8 băng tải cấp liệu (có thể hơn nữa theo yêu cầu cụ thể)

- Năng suất tổng từ 20T/h dến 100T/h; thành phần nhỏ nhất chiếm tỷ lệ 2%; thành

- Điều khiển 8 cân cho 8 băng tải cấp liệu: Phụ gia, DAP, AMS, Apatit, Supe lân, KCl, Urê Độ chính xác cân động: 3%

- Cho phép làm việc ở chế độ tự động và bán tự động

- Hoạt động phân cấp: Bộ BFC điều khiển, máy tính mô phỏng, lưu trữ và quản lý

dữ liệu

- Bộ BFC có chế độ làm việc độc lập và lưu trữ số liệu tạm thời

- Có chế độ chạy kiểm tra để kiểm tra toàn bộ dây chuyền trong điều kiện không tải

KẾT LUẬN

Điều khiển quá trình tự động có rất nhiều ứng dụng trong ngành Kỹ thuật Hóa học

và riêng với chuyên ngành Vật liệu Vô cơ thì ứng dụng trong các ngành công nghiệp sản xuất hóa chất vô cơ, hóa chất dùng trong nông nghiệp và một số ứng dụng khác liên quan nữa

Trong giới hạn của bài báo cáo chuyên đề cá nhân này, có thể rút ra được những nội dung cần thiết về điều khiển tự động trong quá trình và thiết bị công nghệ để áp dụng

cụ thể và phát triển hệ thống dây chuyền sản xuất hoặc xứ lý chất thải khi thực tập ngoài thực tế ở các nhà máy liên quan

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình, Hoàng Minh Sơn, NXB Bách Khoa Hà Nội [2] Điều khiển tự động các quá trình công nghệ sinh học – thực phẩm, Nguyễn Minh Hệ -Nguyễn Ngọc Hoàng – -Nguyễn Đức Trung, NXB Bách Khoa Hà Nội

[3] Điều khiển quá trình, Bùi Quốc Khánh – Phạm Quang Đăng – Nguyễn Huy Phương –

Vụ Thụy Nguyên, NXB Khoa học và Kỹ thuật