Đồ án bước đầu tìm hiểu hệ thống điều khiển nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất đơn giản

Đồ án bước đầu tìm hiểu hệ thống điều khiển nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất đơn giản

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy côgiáo trường Đại học Mỏ - Địa chất , các thầy cô giáo trong bộ môn Lọc Hóa Dầu khoaDầu khí Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến giáo viên hướng dẫn –TS Nguyễn AnhDũng đã tận tình giúp đỡ em tiến hành thực hiện và thu thập số liệu cần thiết để em hoànthành bản đồ án này

Cuối cùng ,em xin gửi lời cảm ơn đến bố mẹ và những người thân trong giađình,những người đã luôn động viên em về mặt tinh thần để em có thể hoàn thành bản đồ

án này

Trong quá trình thực hiện đồ án,mặc dù em đã hết sức cố gắng nhưng do kiến thức vàkinh nghiệm tiếp xúc thực tế còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sóttrong quá trình làm đồ án Vì vậy, em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô, ýkiến đóng góp của các bạn trong lớp để đồ án này hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội , ngày 21 tháng 11 năm 2013

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

NỘI DUNG

LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC vi

DANH MỤC HÌNH VẼ x

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT 3

1.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất 3

1.2.Nguyên liệu dầu thô của quá trình chưng cất 3

1.2.1.Thành phần hóa học của dầu thô 3

1.2.2.Các đặc tính quan trọng của dầu thô 4

1.3.Các sản phẩm của quá trình chưng cất 6

1.3.1.Phân đoạn khí hydrocacbon 6

1.3.2.Phân đoạn xăng 6

1.3.3.Phân đoạn kerosen 7

1.3.4.Phân đoạn gasoil nhẹ 7

1.3.5.Phân đoạn gasoil nặng 7

1.3.6.Phân đoạn cặn dầu mỏ (cặn gurdon) 8

1.4.Phân loại các quá trình chưng cất 9

1.4.1.Chưng cất đơn giản 9

1.4.2.Chưng cất phức tạp 12

1.4.3.Chưng cất chân không và chưng cất bằng hơi nước 15

1.5.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất 16

1.5.1.Chế độ nhiệt của tháp chưng luyện 16

1.5.2.Áp suất của tháp chưng luyện 17

1.5.3.Những điểm cần chú ý khi điều chỉnh, khống chế chế độ làm việc của tháp chưng cất 18

1.6.Các điều kiện cần thiết để đảm bảo cho việc chưng cất 19

1.7.Cân bằng vật chất cho tháp chưng cất 19

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 22

2.1.Khái quát chung về điều khiển 22

2.1.1.Các khái niệm cơ bản 22

2.1.2.Phân loại hệ thống điều chỉnh tự động 23

2.2.Cơ sở về điều khiển quá trình 24

2.2.1.Khái niệm 24

2.2.2 Phân loại quá trình 26

2.2.3.Mục đích và chức năng điều khiển quá trình 27

2.2.4.Các thành phần cơ bản của hệ thống 28

2.2.5.Mô tả chức năng hệ thống 30

2.3.Các sách lược điều khiển cơ sở 31

2.3.1.Điều khiển truyền thẳng 31

2.3.2.Điều khiển phản hồi 34

2.3.3.Điều khiển tỉ lệ 38

2.3.4 Ðiều khiển tầng 40

2.3.5.Điều khiển suy diễn 44

2.3.6.Điều khiển lựa chọn 45

2.3.7.Điều khiển phân vùng 47

2.4.Đánh giá các sách lược điều khiển 47

2.5.Các khí cụ đo thường được sử dụng 49

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ THÁP CHƯNG CẤT 50

3.1.Mô tả bài toán điều khiển 50

3.1.1.Mục đích điều khiển 50

3.1.2.Phân biệt các biến quá trình 50

3.1.3.Mô hình đơn giản 51

3.2.Sách lược điều khiển 52

3.2.1.Mô tả sơ đồ P&ID 52

3.2.2.1.Sơ đồ điều khiển đơn giản 52

3.2.2.2.Sơ đồ điều khiển kết hợp 53

3.3 Một số sơ đồ điều khiển nhiệt độ tháp chưng cất thực tế 56

3.4.Đánh giá cấu trúc và các sách lược điều khiển được áp dụng 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

DANH MỤC HÌNH VẼ

STT Tên Nội dung Trang

8 Hình 2.2 Quá trình kỹ thuật nhìn từ quan điểm hệ thống 22

9 Hình 2.3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình 25

10 Hình 2.4 Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển quá trình 25

11 Hình 2.5 Cấu trúc tổng quát của điều khiển truyền thẳng 27

12 Hình 2.6 Cấu hình song song của điều khiển truyền thẳng 28

13 Hình 2.7 Cấu trúc cơ bản của điều khiển phản hồi 30

19 Hình 3.1 Mô hình đơn giản hóa cho quá trình nhiệt ở dòng sản phẩm

đỉnh

45

20 Hình 3.2 Điều khiển nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất 46

21 Hình 3.3 Sơ đồ P&ID cho hệ thống điều khiển nhiệt độ đỉnh tháp 47

22 Hình 3.4 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt độ và lưu lượng hồi

MỞ ĐẦU

Trong công nghiệp nói chung và ngành dầu khí nói riêng, người ta cần phải đo và kiểmtra thường xuyên các đại lượng như: áp suất, nhiệt độ, nồng độ, lưu lượng….Đó là nhữngquá trình đo liên tục Các tín hiệu đo từ các cảm biến được gửi về các trung tâm xử lý sốliệu Do đó đảm bảo chính xác các thông số này có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sảnsuất và chế biến dầu khí

Điều khiển quá trình không phải là một lĩnh vực mới, nhưng luôn chiếm vị trí quantrọng hàng đầu trong tự động hóa công ngiệp Ngày nay các nhà máy xí nghiệp đã vàđang được trang bị các hệ thống điều khiển tự động ở mức độ cao với các thiết bị tiêntiến Bất cứ một nhà máy lọc dầu nào đều không thể vận hành được nếu thiếu hệ thốngđiều khiển tự động Hệ thống điều khiển tự động đảm bảo cho sựu hoạt động của quytrình công nghệ đạt được kết quả mong muốn

Việc ứng dụng rộng rãi tự động hóa điều khiển quá trình các quá trình công nghệ đang

là một trong các yếu tố then chốt để thúc đẩy tiến bộ kỹ thuật của ngành công nghệ TạiViệt Nam ngành dầu khí là một ngành công nghệ rất non trẻ, ngành công nghệ lọc dầu làngành mớ bắt đầu sản xuất ở Việt Nam, hầu hết các thiết bị của ngành đều là các thiết bịnhập ngoại Việc khai thác sử dụng các thiết bị đều phụ thuộc nhiều vào nước ngoài, đặcbiệt là các thiết bị điều khiển, nên giá thành đắt Việc nghiên cứu, nắm vững quy trìnhcông nghệ nhà máy lọc dầu và các hệ thống điều khiển nhằm khai thác có hiệu quả và tìmcách tiếp cận thay thế dần các thiết bị điều khiển trong nước là một vấn đề cần được quantâm Hướng nghiên cứu ứng dụng lý thuyết điều khiển hiện đại đang góp phần rất lớntrong việc tự động hóa quá trình sản xuất, khai thác một cách triệt để và tối ưu hóa chấtlượng sản phẩm, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong công nghiệp khai thác và chế biếndầu khí

Do đó với bản đồ án tốt nghiệp “Bước đầu tìm hiểu hệ thống điều khiển nhiệt độ đỉnhtháp chưng cất đơn giản” mà em được giao Em hy vọng mình sẽ nắm bắt, bổ sung thêmkiến thức và hiểu rõ hơn về hệ thống điều khiển quá trình.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT

1.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất

Chưng cất là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng thành các cấu tửriêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp, trong đó vậtchất di chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và ngược lại

Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm khác nhau và thường có bao nhiêu cấu

tử ta sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm Quá trình chưng cất dầu là một quá trình vật lýphân chia dầu thô thành các phân đoạn khác nhau Quá trình này được thực hiện bằngcác biện pháp khác nhau nhằm tách các thành phần dầu theo nhiệt độ sôi của các cấu

tử có trong dầu mà không làm phân hủy chúng Hơi nhẹ bay lên ngưng tụ thành phầnlỏng

1.2.Nguyên liệu dầu thô của quá trình chưng cất

1.2.1.Thành phần hóa học của dầu thô

Trong dầu thô có chứa tới hàng trăm tạp chất khác nhau,nhưng nguyên tố cơ bảnchứa trong dầu khí phần lớn là cacbon C và hydro H (C chiếm 84-87%, H chiếm 11-14%), ngoài ra các nguyên tố cơ bản trên còn có các nguyên tố khác như lưu huỳnh Schiếm đến 5%, nitơ chiếm đến 1%, oxy chiếm đến 1% và một lượng rất nhỏ các nguyên

tố khác

Các hợp chất hydrocacbon phổ biến nhất trong dầu khí có thể trình bày như sau:

 Hydrocacbon parafin RHp: Các hydrocacbon parafin có công thức tổng quát

là CnH2n+2, trong đó năng lượng là số nguyên tử cacbon trong mạch

 Hydrocacbon naphtenic RHn (hay còn gọi là cycloparafin): Loại hợp chấtnày có công thức tổng quát là CnH2n.

 Hydrocacbon thơm RHa (hydrocacbon aromatic): hydrocacbon thơm cócông thức tổng quát CnH2n-6

 Các hợp chất phi hydrocacbon: Thường gặp nhất là những hợp chất của lưuhuỳnh, nitơ, oxy, các chất nhựa, asphanten và kim loại Nói chung các hợp chất phihydrocacbon đều có hại cho dầu mỏ trong quá trình chưng cất nên chúng cần được loạibỏ

1.2.2.Các đặc tính quan trọng của dầu thô

1.2.2.1Tỷ trọng

Tỷ trọng là khối lượng của dầu so với khối lượng của nước ở cùng một nhiệt độ

và thể tích Tỷ trọng của dầu thô dao động trong khoảng rộng tùy thuộc vào từng loạidầu, thông thường nó có giá trị từ 0,8 đến 0,99 Tỷ trọng của dầu là một tính chất vô cùngquan trọng trong việc đánh giá chất lượng của dầu thô và giá của nó trên thị trường thếgiới

1.2.2.2.Độ nhớt của dầu và sản phẩm dầu

Độ nhớt đặc trưng cho tính lưu biến của dầu cũng như ma sát nội tại của dầu Dovậy, độ nhớt cho phép đánh giá khả năng bơm vận chuyển và chế biến dầu, đánh giá khảnăng bôi trơn, tạo sương mù khi bơm vào động cơ, lò đốt

Độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm có 2 loại độnhớt:

 Độ nhớt động học (St hay cSt)

 Độ nhớt quy ước (độ nhớt biểu kiến) còn gọi là độ nhớt Engler

1.2.2.3.Nhiệt độ sôi trung bình

Nhiệt độ sôi trung bình của dầu thô và các phân đoạn dầu có quan hệ với các tínhchất vật lý khác nhau như tỷ trọng, độ nhớt, hàm nhiệt và trọng lượng phân tử của dầu

Do vậy nó là một thông số quan trọng được sử dụng trong đánh giá và tính toán côngnghệ chế biến dầu Từ đường cong chưng cất ta dễ dàng xác định được nhiệt độ sôi trungbình thể tích hay trọng lượng bằng các đồ thị chuyển đổi, ta có thể xác định được nhiệt độsôi trung bình mol,nhiệt độ sôi trung bình

1.2.2.4 Hệ số đặc trưng K

Được sử dụng để phân loại dầu thô, tính toán thiết kế hay lựa chọn công nghệ chếbiến thích hợp, K có quan hệ với tỷ trọng , trọng lượng phân tử và cả trị số octan hayxetan của các sản phẩm dầu, K được tính theo công thức sau :

K=

Trong đó :

Ts :là nhiệt độ sôi trung bình tính theo độ Rankine (˚R)

d :là tỷ khối của dầu ở 60 so với nước ở 60

K : là hệ số đặc trưng watson

Dầu thô Việt nam thuộc họ dầu parafinic trong số các mỏ dầu đang khai thác hiệnnay ở Việt nam, thông qua các nghiên cứu về dầu mỏ Bạch Hổ và Ðại Hùng ta có thể rút

ra những tính chất đặc trưng quan trọng :

 Dầu thô Việt nam thuộc loại nhẹ vừa phải, có tỷ trọng nằm trong giới hạn0,830 – 0,850 Đặc tính này quyết định tổng hiệu suất sản phẩm trắng (xăng, diesel,kerosen) trong dầu thô cao hay thấp Dầu càng nhẹ tổng hiệu suất càng cao và dầu đócàng có giá trị Đối với dầu thô Việt nam, tổng hiệu suất sản phẩm trắng từ 50%-60%khối lượng dầu thô

 Dầu thô Việt Nam, là loại dầu sạch, chứa ít các độc tố, rất ít lưu huỳnh,nitơ, kim loại nặng Mỏ Bạch Hổ chứa 0.03% -0,05% lưu huỳnh, dầu thô Đại Hùng chứa0,08% Những loại dầu thô ít lưu huỳnh như vậy trên thế giới rất hiếm

1.2.2.5 Thành phần phân đoạn

Trong dầu thô có nhiều phân đoạn khác nhau, dựa vào tên chế biến sản phẩm dầuthô được chia thành các phân đoạn như sau :

 Phân đoạn khí: bao gồm các hydrocacbon từ C1 đến C4

 Phân đoạn xăng: gồm các hợp chất có nhiệt độ sôi vào khoảng từ 30˚C tới180˚C

 Phân đoạn kerosen: gồm các hợp chất có khoảng nhiệt độ sôi từ 180˚C tới250˚C

 Phân đoạn gasoil: gồm các hợp chất có nhiệt độ sôi từ 250˚C tới 350˚C

 Cặn chưng cất áp suất thường hay còn gọi là mazut có nhiệt độ sôi trên350˚C

 Phân đoạn dầu nhờn (hay là gasoil nặng ): gồm các hợp chất có nhiệt độ sôi

từ 350˚C tới 500˚C

 Phân đoạn gurdon, bitum có nhiệt độ sôi trên 500˚C.

1.3.Các sản phẩm của quá trình chưng cất

Khi tiến hành chưng cất dầu mỏ chúng ta nhận được nhiều phân đoạn và sản phẩndầu chúng được phân biệt với nhau bởi giới hạn nhiệt độ sôi (hay khoảng nhiệt độchưng), bởi thành phần hydrocacbon, độ nhớt, nhiệt độ chớp cháy, nhiệt độ đông đặc, bởinhiều tính chất có liên quan đến việc sử dụng chúng

1.3.1.Phân đoạn khí hydrocacbon

Phân đoạn khí bao gồm các hydrocacbon từ C1÷ C4 và một lượng ít C5÷ C6 Khíthu được chủ yếu là C3, C4 Tùy thuộc vào công nghệ chưng cất, mà phân đoạn C3, C4thu được ở thể khí hay đã được nén hóa lỏng

Phân đoạn này thường được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình phân tách khí

để nhận các khí riêng biệt cho các quá trình chế biến tiếp thành những hóa chất cơ bản

1.3.2.Phân đoạn xăng

Với khoảng nhiệt độ sôi dưới 1800C phân đoạn xăng bao gồm cac hydrocacbon từ

C5÷ C10, C11 đó là các parafin, naphten và aromatic.Tuy nhiên thành phần và số lượnggiữa thì khác nhau phụ thuộc vào nguồn gốc của dầu thô ban đầu

Ngoài hydrocacbon, trong phân đoạn xăng còn có các hợp chất của lưu huỳnh,nitơ, oxy,…

Xăng được sử dụng làm nhiên liệu cho các động cơ xăng Ngoài ra, xăng còn đượcdùng trong các ngành công nghiệp như sơn, cao su, keo dán, hương liệu, dược liệu,…

Đặc biệt, xăng sử dụng làm nguyên liệu tổng hợp hóa dầu hay còn còn gọi là phânđoạn naphtha Từ phân đoạn này người ta sản xuất được các hydrocacbon thơm khác nhưbenzen,tuloen,…

1.3.3.Phân đoạn kerosen

Phân đoạn này được gọi là dầu lửa, có nhiệt độ sôi từ 180 ÷ 250˚C, bao gồm cáchydrocacbon có số cacbon từ C11 ÷ C15,C16

Thành phần chủ yếu là các n-parafin và rất ít iso-parafin Các hydrocacbonnaphten và thơm, ngoài loại có cấu trúc một vòng và nhiều nhánh phụ, còn có mặt củahợp chất hai hoặc ba vòng Trong kerosen bắt đầu có sự hiện diện của hydrocacbon cócấu trúc hỗn hợp giữa vòng thơm và vòng naphten như tetralin và đồng đẳng của nó Cáchợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ, oxy tăng dần

Phân đoạn kerosen được sử dụng chủ yếu làm nhiên liệu cho đông cơ phản lực vàdầu hỏa dân dụng trong đó làm nhiên liệu cho phản lực là ứng dụng chính

1.3.4.Phân đoạn gasoil nhẹ.

Phân đoạn gasoil nhẹ hay còn gọi là phân đoạn dầu diesel, có khoảng nhiệt độ sôi

từ 250 ÷ 350˚C và chứa các hydrocacbon có số cacbon từ C16 ÷ C21

Trong phân đoạn này, phần lớn các n-parafin và iso-parafin, còn hydrocacbonthơm rất ít Ngoài naphten và thơm hai vòng là chủ yếu, những chất có ba vòng bắt đầutăng lên còn có các hợp chất với cấu trúc hỗn hợp (giữa naphten và thơm) Hàm lượnglưu huỳnh, nitơ, oxy tăng nhanh

Phân đoạn gasoil của dầu mỏ được sử dụng chủ yếu làm nhiên liệu cho động cơdiesl, đây là một loại nhiên liệu động cơ hiện nay được sử dụng khá phổ biến trên thếgiới.

1.3.5.Phân đoạn gasoil nặng.

Với khoảng sôi từ 350 ÷ 500˚C, phân đoạn gasoil năng bao gồm các hydrocacbon

từ C21÷ C35, hoặc có thể lên tới C40

Do có phân tử lượng lớn nên thành phần hóa học của phân đoạn này khá phức tạp,bao gồm một ít các n-và iso-parafin, lượng naphten và thơm nhiều Ở phân đọan gasoilnặng, hàm lượng của lưu huỳnh, nitơ, oxy tăng mạnh, hơn 50% lượng lưu huỳnh có trongdầu mỏ tập trung ở phân đoạn này, gồm các dạng như disunfua, thiophen, sunfua vòng,

….Các chất nitơ thường ở dạng đồng đẳng của piridin, pyrol và cacbazol Các hợp chấtcủa oxy ở dạng các axít Các kim loại nặng như V, Ni, Cu, Pb,…các chất nhựa, asphantencũng có mặt trong phân đoạn này

Ứng dụng chủ yếu của phân đoạn gasoil nặng là sản xuất dầu nhờn Ngoài ra, nócòn được dùng để sản xuất các sản phẩm trắng, đây là tên gọi của ba loại nhiên liệu, đólà: xăng, kerosen, diesel Để làm tăng số lượng các nhiên liệu này, người ta tiến hànhphân hủy gasoil nặng bằng phương pháp cracking hoặc hydrocracking Với cách này, cóthể biến các cấu tử nặng C21+C40 thành xăng (C5+C11), kerosen (C11+C16), diesl (C16+C20).Nhờ vậy mà nâng cao được hiệu quả sử dụng dầu mỏ

1.3.6.Phân đoạn cặn dầu mỏ (cặn gurdon)

Gurdon là phần còn lại sau khi đã tách các phân đoạn ở trên, có nhiệt độ sôi lớnhơn 500˚C, gồm các hydrrocacbon có số nguyên tử cacbon lớn hơn C41 và có thể lên đến

C80.Thành phần hóa học của phân đoạn này khá phức tạp và có thể phân thành ba nhóm

 Nhóm chất dầu (chiếm khoảng 45 ÷ 46%): bao gồm các hydro cacbon cóphân tử lượng lớn, tập trung nhiều các hợp chất thơm, có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗnhợp nhiều vòng giữa thơm và naphten, đây là nhóm hợp chất nhẹ nhất, có tỉ trọng gầnbằng 1, hòa tan trong xăng , n-pentan,…nhưng không hòa tan trong cồn

 Nhóm chất nhựa (chiếm khoảng 11÷16%): ở dạng keo quánh gồm thànhphần trung tính gồm thành phần axít.Các chất trung tính có màu đen hoặc nâu, nhiệt độhóa mềm nhỏ hơn 100˚C Tỉ trọng lớn hơn 1, dễ hòa tan trong xăng và naphtha Các chấtaxít là chất có nhóm –COOH, có màu nâu sẫm, tỉ trọng lớn hơn 1, dễ hòa tan trongclorofom và rượu etylic

 Nhóm asphanten: là nhóm chất rắn có màu đen cấu tạo tinh thể , tỉ trọng lớnhơn1, chứa phần lớn các hợp chất dị vòng và có khả năng hòa tan mạnh trong cacbondisunfua Khi đun ở nhiệt độ 300˚C không bị nóng chảy mà cháy thành cho

Ngoài những nhóm này, trong cặn gurdon còn có các hợp chất của kim loại nặng

Cặn gurdon được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như sản xuất bitum, thancốc, bồ hóng, nhiên liệu đốt lò, trong sản xuất bitum là chủ yếu

1.4.Phân loại các quá trình chưng cất

Tùy theo các biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia các quá trìnhchưng cất thành các quá trình như: chưng đơn giản, chưng phức tạp, chưng cất nhờ cấu

tử bay hơi, chưng cất trong chân không

1.4.1.Chưng cất đơn giản

Chưng cất đơn giản là quá trình chưng cất được tiến hành bằng cách bay hơidần dần, một lần hay nhiều lần không có hồi lưu Phương pháp này áp dụng để táchcác hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất khác nhau, tách sơ bộ và làm sạch cáccấu tử khỏi tạp chất

 Chưng bay hơi dần dần

Hình 1.1 : Sơ đồ tháp chưng cất bay hơi dần dần

Phương pháp này thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm

 Chưng cất bay hơi một lần: Còn được gọi là bay hơi cân bằng Nguyên

liệu được gia nhiệt đến nhiệt độ và áp suất nhất định Pha lỏng – hơi được tạo thành vàđạt đến trạng thái cân bằng thì cho vào tháp Pha hơi qua thiết bị ngưng tụ sau đó lấysản phẩm hơi đem ngưng tụ ta thu được chất có nhiệt độ sôi thấp nhất

Hình 1.2 : Sơ đồ chưng cất bay hơi một lần

II Phần cất

III Phần cặn

Nguyên lý hoạt động: Hỗn hợp chất lỏng được cho liên tục vào thiết bị đun sôi(2), ở đây hỗn hợp được đun nóng đến nhiệt độ xác định và áp suất P cho trước Phalỏng - hơi được tạo thành và đạt đến trạng thái cân bằng, ở điều kiện đó lại được chovào thiết bị phân chia một lần trong thiết bị đoạn nhiệt (1) Pha hơi qua thiết bị ngưng

tụ (3) rồi vào bể chứa (4), từ đó ta nhận được phần cất Phía dưới thiết bị (1) là phalỏng được tách ra liên tục và ta nhận được phần cặn

Tỷ lệ giữa lượng hơi được tạo thành khi bay hơi một lần với lượng chất lỏngnguyên liệu chưng ban đầu được gọi là phần chưng cất

Chưng cất một lần như vậy sẽ cho phép nhận được phần chưng cất lớn hơn sovới bay hơi dần dần ở cùng một điều kiện nhiệt độ và áp suất

Ưu điểm: Quá trình chưng cất này cho phép áp dụng trong thực tế để chưng cấtdầu Tuy với nhiệt độ chưng bị giới hạn, nhưng vẫn cho phép nhận một phần cất lớnhơn

 Chưng cất bay hơi nhiều lần: Là quá trình gồm nhiều quá trình bay hơi

một lần nối tiếp nhau ở nhiệt độ tăng cao dần lên (hay áp suất thấp hơn) Sản phẩm đáycủa chưng lần một là nguyên liệu cho chưng lần hai

Hình 1.3: Sơ đồ tháp chưng cất bay hơi nhiều lần

Trong đó :

1 Tháp chưng nhiệt độ thấp

2 Tháp chưng nhiệt độ cao

3 Thiết bị gia nhiệt

V Cặn chưng cất ở nhiệt độ cao

Nguyên tắc hoạt động: Nhiên liệu (I) được cho qua thiết bi gia nhiệt (3) và đượclàm nóng đến nhiệt độ cần thiết, sau đó cho vào tháp chưng đoạn nhiệt (1)

Ở đây phần nhẹ được bay hơn trên đỉnh và qua thiết bị làm lạnh (4), sau đó vào

bể chứa (5) Phần nặng ở đáy tháp (1) được gia nhiệt ở thiết bị gia nhiệt (3) và dẫn vàotháp chưng đoạn nhiệt (2) Tháp chưng này có áp suất thấp hơn áp suất tháp chưng (1)

và phần nhẹ bay hơi lên đỉnh, qua thiết bị ngưng tụ (4) và sau đó vào bể (5) Ta thuđược sản phẩm nặng (IV) Ở đáy tháp (2) ta thu được phần cặn của quá trình chưng(V)

Phương pháp chưng cất dầu bằng bay hơi một lần và bay hơi nhiều lần có ýnghĩa rất lớn trong thực tế công nghiệp chế biến dầu ở các dây chuyền hoạt động liêntục Quá trình bay hơi một lần được áp dụng khi đốt nóng dầu trong các thiết bị traođổi nhiệt, trong lò ống và tiếp theo quá trình tách pha hơi khỏi pha lỏng ở bộ phậncung cấp, phân phối của tháp chưng luyện

Chưng cất đơn giản, nhất là với loại bay hơi một lần, không đạt được độ phânchia cao khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử của hỗn hợp chất lỏng

1.4.2.Chưng cất phức tạp

 Chưng cất có hồi lưu

Chưng cất có hồi lưu là quá trình chưng khi lấy một phần chất lỏng ngưng tụ từhơi tách ra cho quay lại tưới vào dòng hơi bay lên Nhờ có sự tiếp xúc đồng đều và thêmmột lần nữa giữa pha lỏng và pha hơi mà pha hơi khi tách ra khỏi hệ thống lại được làmgiàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn) so với khi không có hồi lưu, nhờ vậy có

độ phân chia cao hơn Việc hồi lưu lại chất lỏng được khống chế bằng bộ phận đặc biệt

và được bố trí phía trên thiết bị chưng cất

Hình 1.4: Sơ đồ tháp chưng cất có hồi lưu

 Chưng cất có tinh luyện

Đây là phương pháp phổ biến nhất dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễbay hơi có tính chất hòa tan một phần và hòa tan hoàn toàn với nhau Chưng cất có tinhluyện được thực hiện trong tháp tinh luỵện Ngoài đỉnh và đáy, nếu cần ta còn có thể thiết

kế hồi lưu trung gian bằng cách lấy sản phẩm lỏng ở cạnh sườn của tháp cho trao đổinhiệt làm lạnh rồi cho quay lại tưới vào tháp Ta cũng có thể lấy sản phẩm cạnh sườncủa tháp, trang bị thêm các bộ phận tách trung gian Mỗi bộ phận như vậy thực chất làmột tháp riêng mà nguyên liệu đầu vào lấy từ tháp chính Sản phẩm đáy của tháp nàyđược lấy ra còn sản phẩm đỉnh cho quay lại tháp chính Như vậy, ta có tháp kép Chưngluyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp không hóa lỏng ở áp suất thường

Hình 1.5 : Sơ đồ tháp chưng cất tinh luyện

Chưng cất có tinh luyện cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp với hồi lưu Cơ sởquá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả hai phía giữa pha lỏng và pha hơi

chuyển động ngược chiều nhau Quá trình này thực hiện trong tháp tinh luyện Để đảmbảo sự tiếp xúc hoàn thiện hơn giữa pha lỏng và pha hơi, trong tháp được trang bị các đĩahay đệm Độ phân chia một hỗn hợp các cấu tử trong tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúcgiữa các pha (số đĩa lý thuyết), vào lượng hồi lưu của mỗi đĩa và hồi lưu ở đỉnh tháp.

Các quá trình chưng cất ban đầu của dầu thô dựa vào quá trình chưng cất một lần

và nhiều lần tinh luyện

Quá trình tinh luyện xảy ra trong tháp chưng cất phân đoạn có bố trí các đĩa hoạtđộng của tháp được mô tả như hình 5 ở trên

Pha hơi Vn bay lên từ đĩa thứ n được tiếp xúc với pha lỏng Ln-1chảy từ đĩa n-1xuống, còn pha lỏng từ đĩa Ln từ đĩa n chảy xuống đĩa phía dưới n+1 lại tiếp xúc với phahơi Vn+1 bay từ dưới lên Nhờ quá trình tiếp xúc như vậy mà quá trình trao đổi chất xảy ratốt hơn Pha hơi bay lên ngày càng được làm giàu thêm cấu tử nhẹ, còn pha lỏng chảyxuống phía dưới ngày càng chứa nhiều các cấu tử nặng Số lần tiếp xúc càng nhiều, quátrình trao đổi chất càng tăng cường và sự phân tách của tháp càng tốt, hay nói cách kháctháp có độ phân chia cao

Ngoài đỉnh và đáy ,nếu cần người ta còn thiết kế hồi lưu trung gian bằng cách lấysản phẩm lỏng ở cạnh sườn tháp cho qua trao đổi nhiệt làm lạnh rồi quay lại tưới vàotháp Còn khi lấy sản phẩm cạnh sườn tháp, người ta trang bị thêm các bộ phận tách trunggian cạnh sườn tháp Như vậy theo chiều cao của tháp tinh luyện, ta sẽ nhận được cácphân đoạn có giới hạn sôi khác nhau tùy thuộc vào chế độ công nghệ chưng và nguyênliệu thô ban đầu

1.4.3.Chưng cất chân không và chưng cất bằng hơi nước

 Chưng cất chân không

Hỗn hợp các cấu tử trong dầu thô thường không bền, dễ bị phân hủy khi tăng nhiệt

độ Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khí quyển cao hơn nhiệt độ phân hủy củachúng, người ta phải dùng chưng cất chân không

 Chưng cất bằng hơi nước

Thường sử dụng để tách hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bayhơi Khi chưng bằng hơi nước, người ta phun hơi nước qua lớp chất lỏng bằng một bộphận phun Hơi nước có thể là bão hòa hay quá nhiệt Trong quá trình tiếp xúc giữa hơinước và lớp chất lỏng, cấu tử cần chưng sẽ khuếch tán vào trong hơi Hỗn hợp hơi nước

và cấu tử bay hơi đó được ngưng tụ và tách thành sản phẩm Quá trình chưng bằng hơinước hợp lý nhất là dùng để tách cấu tử không tan trong nước khỏi tạp chất không bayhơi Ưu điểm của quá trình chưng bằng hơi nước là giảm nhiệt độ sôi của hỗn hợp vì cònhơi nước có tác dụng làm giảm áp suất riêng phần của cấu tử hỗn hợp Hơi nước đượcdùng ngay cả chưng cất khí quyển Lượng hơi nước có hiệu quả tốt nhất chỉ trong khoảng

2 -3% so với nguyên liệu đem chưng cất Chưng cất dầu với nước còn tăng cường khuấytrộn chất lỏng tránh tích nhiệt cục bộ, tăng diện tích bay hơi do tạo thành những tia vàbong bóng

Trong một số trường hợp chẳng hạn như nâng cao nhiệt độ bắt cháy của nhiên liệuphản lực hay diesel, người ta không dùng chưng cất với hơi nước mà dùng quá trình bayhơi một lần để tránh tạo thành nhũ tương nước bền trong nhiên liệu

1.5.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất

Các yếu tố công nghiệp có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và chất lượng củaquá trình chưng cất là nhiệt độ, áp suất và phương pháp chưng cất

Chế độ công nghệ chưng cất phụ thuộc vào chất lượng dầu thô ban đầu, vào mụcđích và yêu cầu của quá trình, vào chủng loại và sản phẩm cần thu và phải có dây truyềncông nghệ hợp lý.

Vì vậy khi thiết kế quá trình chưng cất ta phải xét kĩ và kết hợp đầy đủ tất cả cácyếu tố ảnh hưởng tới các quá trình làm việc của tháp chưng cất

1.5.1.Chế độ nhiệt của tháp chưng luyện

Nhiệt độ là thông số làm việc quan trọng nhất của tháp chưng cất Chất lượng vàhiệu suất của các sản phẩm thu được từ quá trình chưng cất sẽ bị thay đổi khi chế độ nhiệtcủa tháp thay đổi Chế độ nhiệt của tháp bao gồm; nhiệt độ của nguyên liệu vào tháp,nhiệt độ đỉnh tháp, nhiệt độ trong tháp và nhiệt độ đáy tháp

Nhiệt độ của nguyên liệu vào tháp được khống chế tùy theo vào bản chất của dầuthô, mức độ cần phân tách sản phẩm, áp suất trong tháp và lượng hơi nước đưa vào đáytháp Tuy nhiên cần chú ý để tránh sự phân hủy nhiệt của nguyên liệu do nhiệt độ quácao Do vậy nhiệt độ của lò gia nhiệt dầu thô phải được khống chế chặt chẽ

Nhiệt độ đáy tháp phụ thuộc vào phương pháp bay hơi dòng hồi lưu đáy Nhiệt độđáy tháp phải được chọn tối ưu, tránh sự phân hủy nhiệt của các cấu tử nặng nhưng phải

đủ để tách hết cấu tử nhẹ ra khỏi phần cặn đáy

Nhiệt độ đỉnh tháp được khống chế nhằm đảm bảo được sự bay hơi hoàn toàn sảnphẩm đỉnh mà không gây ra sự lôi cuốn theo các phần nặng khác Nhiệt độ đỉnh thápchưng cất khí quyển dầu thô được duy trì trong khoảng 100-120˚C.Với tháp chưng cấtchân không, áp suất chưng cất trong khoảng 10-70 mmHg, thường nhiệt độ không quá120˚C Với các mục đích giảm bớt mất mát Gasoil chân không hay mất mát các cấu tửtrong phân đoạn dầu nhờn

Để đảm bảo chế độ nhiệt của tháp, cũng như đã phân tích ở trên thì phải có hồilưu Các dạng hồi lưu ở đỉnh tháp là: hồi lưu nóng và hồi lưu nguội.

 Hồi lưu nóng: Quá trình hồi lưu nóng được thực hiện bằng cách ngưng tụ một

phần hơi sản phẩm đỉnh ở nhiệt độ sôi của nó Khi tưới trở lại tháp, chúng chỉ cầnthu nhiệt để bốc hơi Tác nhân lạnh có thể dùng là nước hay chính sản phẩm lạnh

Do thiết bị hồi lưu nóng khó lắp ráp và khó cho việc vệ sinh, đặc biệt khi côngsuất của tháp lớn nên ít phổ biến và bị hạn chế

 Hồi lưu nguội: Được thực hiện bằng cách làm nguội và ngưng tụ sản phẩm đỉnh

rồi tưới trở lại tháp chưng Khi đó lượng hồi lưu cần thu lại một lượng nhiệt cầnthiết để đun nóng nó đến nhiệt độ sôi và nhiệt độ cần để hóa hơi

Hồi lưu nguội được sử dụng rộng rãi vì lượng hồi lưu thường ít, làm tăng rõ ràngchất lượng mà không giảm nhiều năng suất của tháp chưng

 Hồi lưu trung gian: quá trình hồi lưu trung gian được thực hiện bằng cách lấy

một phần sản phẩm lỏng nằm trên các đĩa có nhiệt độ là t1, đưa ra ngoài làm lạnhđến to rồi tưới trở lại tháp, khi đó chất lỏng hồi lưu cần thu một lượng nhiệt để đunnóng từ nhiệt độ to- t2

Người ta thường kết hợp hồi lưu trung gian với hồi lưu lạnh cho phép điều chỉnhchính xác nhiệt độ chưng dẫn đến đảm bảo được hiệu suất và chất lượng sản phẩm củaquá trình

1.5.2.Áp suất của tháp chưng luyện

Khi chưng luyện dầu mỏ ở áp suất thường thì áp suất trong toàn tháp và ở một tiết diệncũng có khác nhau

Áp suất trong tháp có thể cao hơn một ít hay thấp hơn một ít so với áp suất khí quyển,tương ứng với việc tăng hay giảm nhiệt độ sản phẩm lấy ra khỏi tháp

Áp suất trong mỗi tiết diện của tháp chưng luyện phụ thuộc vào trở lực thủy tĩnh khi hơiqua các đĩa, nghĩa là phụ thuộc vào số đĩa và cấu trúc đĩa, lưu lượng riêng của chất lỏng

và hơi Thông thường từ đĩa này sang đĩa khác, áp suất giảm từ 5-10 mmHg từ dưới lênkhi chưng cất, ở áp suất chân không qua mỗi đĩa áp suất giảm từ 1- 3 mmHg

Áp suất làm việc của tháp phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất của nguyên liệu và áp suấtriêng phần của từng cấu tử trong tháp Nếu tháp chưng luyện mà dùng hơi nước trực tiếpcho vào đáy tháp thì hơi nước làm giảm áp suất riêng phần của hơi sản phẩm đầu, chophép chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ thấp hơn Lượng hơi nước tiêu hao phụ thuộc vào ápsuất chung của tháp và áp suất riêng phần của các sản phẩm đầu

Lượng hơi nước tiêu hao cho tháp ở áp suất khí quyển khoảng 1,2- 3,5% trọng lượng, đốivới tháp chưng ở áp suất chân không khoảng 5-8% trọng lượng so với nguyên liệu

1.5.3.Những điểm cần chú ý khi điều chỉnh, khống chế chế độ làm việc của tháp chưng cất.

Để duy trì chế độ làm việc của tháp chưng cất chúng ta phải đảm bảo và nắm vữngcác nguyên tắc sau:

 Điều chỉnh áp suất trong tháp sẽ làm thay đổi điểm sôi của chất lỏng

 Nếu áp suất riêng tăng lên chất lỏng sôi ở nhiệt độ cao hơn Nếu áp suất tăng caoquá lượng chất lỏng trong tháp sẽ nhiều và như vậy sẽ dẫn đến hiện tượng “sặctháp”, làm giảm hiệu suất phân tách phân chia.

 Nếu các điều kiện trong tháp cố định thì sản phẩm đỉnh, sản phẩm cạnh sườn vàsản phẩm đáy trở nên nhẹ hơn nếu áp suất trong tháp tăng lên

 Nếu nhiệt độ đáy tháp quá lớn thì sản phẩm đáy chứa nhiều phần nhẹ hơn

 Nếu nhiệt cấp liệu và đáy tháp thấp Lượng hơi trên các khay chứa đĩa sẽ nhỏ nhưvậy phần lỏng sẽ nhiều và chúng chảy xuống phía dưới vào bộ phận chưng sẽ càngnhiều

 Với sơ đồ chưng cất phải sử dụng thiết bị đun sôi lại, nếu nhiệt độ của thiết bị quáthấp sẽ không tách hết phần nhẹ trong cặn và làm tăng lượng cặn

 Nếu nhiệt độ đỉnh quá cao sản phẩm đỉnh sẽ quá nặng và có nhiều sản phẩm hơn

so với thiết kế và ngược lại nếu nhiệt độ đỉnh quá thấp sản phẩm đỉnh sẽ quá nhẹ

1.6.Các điều kiện cần thiết để đảm bảo cho việc chưng cất

Phải đảm bảo sự tồn tại của pha lỏng chuyển động ngược chiều nhau trên toàn bộ chiềucao tháp chưng

Phải tồn tại chênh lệch nhiệt độ giữa hai pha hơi và pha lỏng phần cột chưng phải đảmbảo ở phía trên đĩa nạp liệu thực hiện quá trình tăng cường nồng độ các cấu tử nhẹ trongpha hơi nên gọi là phần tinh luyện

Phần cột chưng ở phía dưới đĩa nạp liệu thực hiện các quá trình tách các cấu tử nhẹ rakhỏi phần lỏng nên gọi là phần chưng Vì vậy phần đáy tháp phải đưa thêm các tác nhânbay hơi Mức độ phân chia tốt hay xấu còn phụ thuộc vào số đĩa và lượng hồi lưu.

1.7.Cân bằng vật chất cho tháp chưng cất

Hình 1.6 Sơ đồ khối phân xưởng CDU

Ta có phương trình cân bằng vật liệu: giả sử không có sự mất mát

Qin = Qoutó QFeed + QSteam = QGas + Qxăng + QKerosen + QGO + QResidue

Trong đó: QFeed là lượng nguyên liệu

QSteam là lượng hơi nước steam

QGas là lượng sản phẩm khí

Qxăng là lượng sản phẩm xăng

QKerosen là lượng sản phẩm Kerosen

 Nếu M> 200 :

wt% S = -58,02 + 38,463Ri - 0,023m + 22,4SG (14)

Trong đó : M là khối lượng phân tử trung bình phân đoạn

SG là tỷ khối của phân đoạn

Ri là điểm khúc xạ

m là tham số

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 2.1.Khái quát chung về điều khiển

2.1.1.Các khái niệm cơ bản

Trong hoạt động của con người bao giờ cũng có một mục đích nhất định Để đạt đượcmục đích của hoạt động, con người bao giờ cũng phải đánh giá được kết quả của hoạtđộng và điều khiển các hoạt động của mình để đạt được mục đích đề ra Như vậy, bất cứmột hoạt động nào đều bao gồm các tác động được chia thành ba chức năng khác nhau:chức năng công nghệ, chức năng đo lường - kiểm tra và chức năng điều khiển chức năngcông nghệ là những tác động đáp ứng được vai trò công nghệ của hoạt động chức năng

đo lường – kiểm tra sẽ đẩm bảo cho chức năng điều khiển tổ chức các tác động công nghệtheo một trình tự nhất định để đạt được mục đích mong muốn của hoạt động

Như vậy có thể nói, điều khiển là tập hợp tất cả các tác động mang tính tổ chức nhằmđạt được mục đích mong muốn của hoạt động Bất cứ một hoạt động có mục đích nàođều là sự hòa quyện của các tác động với các chức năng khác nhau: chức năng công nghệ,chức năng đo lường – kiểm tra và chức năng điều khiển Tuy nhiên nếu thiếu một tronghai chức năng đo lường – kiểm tra và điều khiển thì hoạt động công nghệ không bao giờđạt được mục đích mong muốn

Hệ thống điều khiển nói chung bao gồm hai thành phần cơ bản: đối tượng điều khiển(ĐTĐK) và chủ thể điều khiển (CTĐK) mà sơ đồ khối của nó như hình sau:

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển

y

ĐTĐK là thiết bị công nghệ hoặc quy trình công nghệ bắt buộc phải hoạt động theođúng mục đích nhất định của hoạt động công nghệ dưới sự tác động của các tác nhân điềukhiển u được phát ra từ CTĐK Đại lượng y biểu thị kết quả hoạt động của ĐTĐK dưới

sự tác động của u được gọi là đại lượng cần điều khiển Đại lượng z từ bên ngoài tácđộng lên ĐTĐK làm cho sự hoạt động của nó khác với mục đích mong muốn được gọi lànhiễu Sơ khai ban đầu CTĐK là con người và hệ thống điều khiển được gọi là hệ thốngngười điều khiển hay hệ thống điều khiển bằng tay Do nhu cầu về chất lượng của hệthống điều khiển và dựa trên sự phát triển của khoa học – kỹ thuật, con người đã chế tạo

ra thiết bị để thay thế chức năng CTĐK của mình trong hệ thống điều khiển Thiết bịđóng vai trò CTĐK của con người trong hệ thống điều khiển được gọi là thiết bị điềukhiển (TBĐK) Hệ thống điều khiển không có sự tham gia trực tiếp của con người nhưCTĐK được gọi là hệ thống điều khiển tự động (ĐKTĐ)

2.1.2.Phân loại hệ thống điều chỉnh tự động

Điều chỉnh là khái niệm hẹp của điều khiển Mục đích của điều chỉnh là giữ cho mộtthông số nào đó cố định hay thay đổi theo một nhu cầu cần thiết Như vậy hệ thống điềuchỉnh tự động chỉ có một đại lượng cần điều chỉnh Hệ thống điều khiển có thể có mộthoặc nhiều đại lượng cần điều chỉnh Có rất nhiều phương pháp để phân loại hệ thốngđiều chỉnh tự động:

 Theo đại lượng cần điều chỉnh: hệ thống điều chỉnh nhiệt độ, hệ thống điều chỉnh

áp suất, hệ thống điều chỉnh tôc độ…

 Theo trạng thái xác lập: hệ thống có sai lệch tinhxvaf hệ thống không có sai lệch

 Theo trạng thái quá độ: hệ thống dao động và hệ thống không dao động…

Tuy nhiên để nghiên cứu hệ thống dựa trên phương diện lý thuyết ta phân loại theo đặctính mô hình toán học của nó: hệ thống tuyến tính và hệ thống phi tuyến tính Hệ thống

mà tất cả các phần tử của nó tuyến tính được gọi là hệ thống tuyến tính Nếu trong cấutrúc của hệ thống tồn tại phần tử phi tuyến tính thì hệ thống được gọi là hệ thống phituyến tính Do đó đặc thù tuyến tính và phi tuyến tính rất khác nhau vì vậy tồn tại lý

thuyết điều khiển hệ tuyến tính và lý thuyết điều khiển hệ phi tuyến tính Cấu trúc hệ phituyến được phân thành hai thành phần: thành phần tuyến tính và thành phần phi tuyếntính Lý thuyết hệ phi tuyến tính cũng được phát triển trên cơ sở hệ tuyến tính.

Lý thuyết điều khiển tự động được phân thành bốn phần: lý thuyết hệ tuyến tính liên tụcthông thường, lý thuyết hệ tuyến tính xung – số, lý thuyết hệ phi tuyến tính và lý thuyết

hệ đặc biệt Lý thuyết điều khiển hệ thống thông thường là phần lý thuyết cơ bản nhất của

lý thuyết điều khiển tự động Nhiệm cụ của lý thuyết điều khiển tự động bao gồm:

 Nghiên cứu các phương pháp xây dựng mô tả toán học của hệ thống điều khiển tựđộng

 Nghiên cứu các phương pháp khảo sát chất lượng của hệ thống điều khiển tự độngbao gồm khảo sát ổn định và khảo sát chất lượng quá trình điều khiển

2.2.Cơ sở về điều khiển quá trình

2.2.1.Khái niệm

Điều khiển quá trình là ứng dụng kỹ thưật điều khiển tự động trong điều khiển, vậnhành và giám sát các quá trình công nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu quảsản xuất và an toàn cho con người, máy móc và môi trường

Quá trình là một trình tự các diễn biến vật lý ,hóa học hoặc sinh học trong đó vật chất,năng lượng hoặc thông tin được biến đổi, vận chuyển hoặc lưu trữ

Quá trình công nghệ là những quá trình liên quan tới biến đổi ,vận chuyển hoặc lưu trữvật chất và năng lượng, nằm trong một dây chuyền công nghệ hoặc một nhà máy sảnxuất năng lượng Một quá trình công nghệ có thể chỉ đơn giản như quá trình cấp liệu, traođổi nhiệt, trộn sản phẩm , nhưng cũng có thể phức tạp hơn như một tổ hợp lò phản ứng,tháp chưng luyện hoặc một tổ hợp lò hơi, tuabin,…

Bất kỳ một hệ thống điều khiển quá trình nào cũng không thể thiếu các biến quá trình.Biến quá trình thể hiện trạng thái hoạt động và diễn biến của một quá trình Biến quá

phản ánh tác động từ bên ngoài vào quá trình Biến ra là một đại lượng hoặc một điềukiện thể hiện tác động của quá trình ra bên ngoài

Hình 2.2 Quá trình kỹ thuật nhìn từ quan điểm hệ thống

Ngoài ra, bên cạnh các biến vào và biến ra, ta cũng cần quan tâm tới các biến trạngthái Các biến trạng thái mang thông tin về trạng thái bên trong quá trình Đôi khi mộtbiến trạng thái cũng có thể được coi là một biến ra

Do đó, nhiệm vụ của hệ thống điều khiển quá trình là can thiệp các biến vào của quátrình một cách hợp lý để các biến ra của nó thõa mãn các chỉ tiêu cho trước ,đồng thờigiảm thiểu ảnh hưởng xấu của quá trình công nghệ đối với con người và môi trườngxung quanh

Trong hình 2 ta thấy có sự xuất hiện của biến cần điều khiển, biến điều khiển vànhiễu.Vậy cụ thể chúng là những biến gì?

Biến cần điều khiển là một biến ra hoặc một biến trạng thái của quá trình dược điềukhiển, điều chỉnh sao cho gần với một giá trị mong muốn hay giá trị đặt hoặc bám theo