Thiết kế hệ thống pha trộn dầu thực vật và dầu DO

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU……………………………………… ……………………… CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG PHA TRỘN………… … 1.1 KHÁI QUÁT VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC………………… ……… 1.1.1 Khái niệm…………………………………………………… ……… 1.1.2 Dầu thực vật………………………………………………… …………6 1.1.2.1 Thành phần hoá học dầu thực vật…………………… ……… 1.1.2.2 Tính chất lý học dầu thực vật………………………… ………… 1.1.2.3 Tính chất hố học dầu thực vật……………………… …………9 1.1.2.4 Các số quan trọng dầu thực vật………………… ………….11 1.1.2.5 Giới thiệu số dầu thông dụng……………………… ……….12 1.1.3 Dầu DO ( diesel oil)……………………………………… ………… 15 1.1.3.1 Tính chất………………………………………………… ………….15 1.1.3.2 Khí thải diesel………………………………………… ………19 1.2 CÁC DẠNG CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG PHA TRỘN… ……….20 1.2.1 Phương pháp pha trộn bể……………………………… ……….20 1.2.2 Phương pháp pha trộn trực tiếp đường ống………… ……….20 1.2.3 Một số hệ thống pha trộn ……………………………………21 1.3 THIẾT LẬP MƠ HÌNH TỐN CHO BÌNH CHỨA LỎNG TRONG CƠNG NGHỆ PHA TRỘN……………………………… …………………23 1.3.1 Phân tích……………………………………………… ………………23 1.3.2 Phương trình vi phân biểu diễn hệ thống …………… ……………….24 1.3.3 Phân tích bậc tự hệ thống……………………… …………… 24 1.3.4 Tuyến tính hóa phương trình………………………… ……………….25 1.3.5 Mơ hình hàm truyền đạt……………………………… ………………25 1.3.6 Lưu đồ PID…………………………………………… ………………26 CHƯƠNG XÂY DỰNG CẤU TRÚC CHO GIẢI PHÁP PHA TRỘN 27 2.1 KHÁI QUÁT VỀ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG PHA TRỘN .27 2.1.1 Cảm biến nhiệt độ…………………………………… ……………… 27 2.1.2 Thiết bị đo lưu lượng………………………………… ……………….28 2.1.3 Cảm biến mức……………………………………… …30 2.1.4 Động dị bộ…………………………………………… ……………31 2.1.5 Bơm li tâm……………………………………… …………………….32 2.1.5.2 Nguyên lý làm việc máy bơm……………… ………………… 33 2.1.5.3 Phân loại máy bơm ly tâm……………………… ………………… 33 2.1.6 Aptomat, công tắc tơ……………………………… ………………….34 2.1.7 Nút bấm, công tắc………………………………… ………………… 35 2.2 XÂY DỰNG CẤU TRÚC CHUNG CHO HỆ THỐNG PHA TRỘN… 36 2.2.1 Sơ đồ hệ thống pha trộn…………………………………… ………….36 ……………………………………… ………….38 2.3 XÂY DỰNG MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN… …… 39 2.3.1 ……………………………………………… ……… 39 …………………………………………… …………39 2.3.3 Sơ đồ bố trí thiết bị………………………………………… …………40 2.3.4 Bảng tín hiệu vào, ra……………………………………… ………… 41 CHƯƠNG 3.XÂY DỰNG THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN………………………………………… ………… 43 3.1 TỔNG QUAN VỀ PLC-S7200……………………………… …………43 3.1.1 Giới thiệu PLC (Bộ điều khiển logic khả trình)………… ……… 43 3.1.2 Phân loại…………………………………………………… …………45 3.1.3 Các điều khiển phạm vi ứng dụng………………… …………46 3.1.3.1 Các điều khiển……………………………………… ……… .46 3.1.3.2 Phạm vi ứng dụng…………………………………… …………… 46 3.1.4 Các lĩnh vực ứng dụng PLC…………………………… …………….46 3.1.5 Các ưu điểm sử dụng hệ thống điều khiển với PLC…… ……….46 3.1.6 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình…………………………… ……… 47 3.1.7 Cấu trúc phần cứng họ PLC S7-200……………………… ………… 49 3.1.7.1 Các tính PLC S7-200………………………… ………… 49 3.1.7.2 Các tiêu chuẩn thông số kỹ thuật họ S7-200………… ………….50 3.1.7.3 Các module S7-200………………………………… ………… 50 3.1.7.4 Giới thiệu cấu tạo phần cứng KIT thí nghiệm S7-200 53 3.1.8 Ngơn ngữ lập trình STEP7…………………………………… ………54 3.1.8.1 Cài đặt STEP7…………………………………………… ……… 54 3.1.8.2 Trình tự bước thiết kế chương trình điều khiển……… ……… 57 3.1.8.3 Viết chương trình điều khiển……………………………… ……….58 3.2 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN……………… ………… 62 3.3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN………… …………….64 KẾT LUẬN………………………………………………… ………………67 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………… …………………68 LỜI MỞ ĐẦU Những năm gần đây, nguồn nguyên liệu hoá thạch để sản xuất lượng ngày bị cạn kiệt, sản phẩm nguyên liệu gây nhiễm mơi trường tồn giới gây hiệu ứng nhà kính, thủng tầng zơn làm trái đất nóng dần lên, khí thải H 2S, SOX… làm mưa axit Do việc nghiên cứu nguồn lượng thay nguồn lượng thân thiện với môi trường nước giới quan tâm, nước ta nằm xu Trong số dạng lượng như: Năng lượng mặt trời, lượng gió, lượng thuỷ, lượng mặt trời, nhiên liệu sinh học…Để thay lượng truyền thống gây ô nhiễm từ nhiên liệu hoá thạch Trong số dạng lượng nguyên liệu sinh học quan tâm sản xuất từ loại ngun liệu trồng trọt khí thải gây nhiễm mơi trường Hiện động diesel có tỉ số nén cao giới có xu hưóng diesel hố động nên nhiên liệu biodiesel quan tâm Biodiesel coi loại nhiên liệu sinh học, trộn với diesel theo tỉ lệ thích hợp làm cho nhiên liệu diesel giảm đáng kể lượng khí thải gây nhiễm mơi trường mà ta khơng phải cải tiến động Biodiesel sản xuất từ loại dầu thực vật, mỡ động vật, chí từ loại dầu thải… : “Thiết kế hệ thống pha trộn dầu thực vật dầu DO” Trong trình làm đồ án, giúp đỡ hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo hướng dẫn bạn em hoàn thành đồ án Tuy nhiên trình độ có hạn, đổ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý thầy giáo bạn Hải Phòng, ngày….tháng…năm CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG PHA TRỘN 1.1 KHÁI QUÁT VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC (NLSH) 1.1.1 Khái niệm NLSH loại nhiên liệu hình thành từ hợp chất có nguồn gốc động, thực vật (sinh học) Ví dụ: Chất béo động thực vật: mỡ động vật, dầu dừa… Ngũ cốc: lúa mì, đậu tương, ngơ… Chất thải nơng nghiệp: rơm, rạ, phân… Chất thải công nghiệp: mùn cưa, gỗ, giấy vụn… NLSH chia thành: nhiên liệu lỏng ( diesel sinh học, xăng sinh học), khí sinh học, nhiên liệu sinh học rắn Nguyên liệu có ưu điểm: thân thiện với mơi trường, nhiễm Tuy nhiên vấn đề sử dụng NLSH vào đời sống nhiều hạn chế chưa hạ giá thành sản xuất thấp so với nhiên liệu truyền thống Lợi ích NLSH: Ít phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch Tăng cường an ninh lượng Giải vấn đề khí hậu Đóng góp vào phát triển bền vững Có tham gia doanh nghiệp vừa, nhỏ Ngun liệu để sản suất NLSH: nơng sản, có dầu, chất thải dư thừa, mỡ cá, tảo Trong phương pháp nhằm nâng cao chất lượng nhiên liệu diesel phương pháp sử dụng nhiên liệu sinh học phương pháp có hiệu sử dụng nhiều Nhiên liệu sinh học định nghĩa loại nhiên liệu nhận từ sinh khối Chúng bao gồm bioethanol, biodiesel, biogas, ethanol-blended fuels, dimethyleter sinh học dầu thực vật Nhiên liệu sinh học sử dụng giao thông vận tải ethanol sinh học, diesel sinh học xăng pha ethanol Có thể so sánh nhiên liệu dầu mỏ với nhiên liệu sinh học sau: Bảng 1.1 : So sánh nhiên liệu sinh học với nhiên liệu dầu mỏ Nhiên liệu dầu mỏ Nhiên liệu sinh học Sản xuất từ dầu mỏ Sản xuất từ nguyên liệu tái tạo thực vật Hàm lượng lưu huỳnh cao Hàm lượng lưu huỳnh cực thấp Chứa hàm lượng chất thơm Khơng chứa hàm lượng chất thơm Khó phân hủy sinh học Có khả phân hủy sinh học cao Khơng chứa hàm lượng oxy Có 11% oxy Điểm chớp cháy cao Điểm chớp cháy cao Như vậy, việc phát triển nhiên liệu sinh học có lợi nhiều mặt giảm đáng kể khí độc hại SO 2, CO, CO2 – khí nhà kính, hydrocacbon, giảm cặn buồng đốt… mở rộng nguồn lượng, đóng góp vào an ninh lượng giảm phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu, đồng thời đem lại lợi nhuận việc làm cho người dân… 1.1.2 Dầu thực vật Dầu thực vật nguyên liệu sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp thực phẩm ngành công nghiệp khác Trong công nghiệp thực phẩm dầu thực vật loại thức ăn dễ tiêu hố, cung cấp nhiều lượng Trong ngành cơng nghiệp, dầu thực vật sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất xà phòng chất tẩy rửa Dầu thực vật có tính khơ để sản xuất chất tạo màng sơn, véc ni, vật liệu chống thấm tách ẩm … công nghiệp tổng hợp hữu dầu thực vật làm nguyên liệu để tổng hợp chất hoá dẻo, polyme mạch thẳng Đặc biệt, giới, ngành lượng quan tâm đến vấn đề ô nhiễm môi trường nhiên liệu hoá thạch cạn kiệt, nên nhiều nước quan tâm đến dạng lượng mới, dầu thực vật nguyên liệu tốt để tổng hợp lên biodiesel, dạng lượng nhiều nước quan tâm Các nguyên liệu dầu thực vật để sản xuất biodiesel là: Dầu đậu nành, dầu sở, dầu bông, dầu cọ, dầu dừa Tuỳ vào điều kiện nước số lượng nguyên liệu sẵn có, điều kiện kinh tế phương pháp sản xuất mà sử dụng sản xuất biodiesel từ nguyên liệu khác Mỹ người ta sản xuất biodiesel chủ yếu từ dầu đậu nành, Châu Âu sản xuất chủ yếu tờ dầu hạt cải Việt Nam nước nơng nghiệp ta có nguồn ngun liệu sản xuất biodiesel phong phú nhiên thời gian có hạn nên đồ án ta sử dụng dầu đậu nành, dầu dầu sở, dầu sẵn có rẻ tiền 1.1.2.1 Thành phần hoá học dầu thực vật Các loại dầu khác có thành phần hố học khác Tuy nhiên, thành phần chủ yếu dầu thực vật glyxerit, este tạo thành từ axit béo có phân tử lượng cao glyxerin (chiếm 95-97%) Cơng thức cấu tạo chung là: R1COOCH2 R2COOCH R3COOCH2 R1, R2, R3 gốc hydrocacbua axit béo, chúng có cấu tạo giống gọi glyxerit đồng nhất, khác gọi glyxerit hỗn tạp Các gốc R có từ đến 22 nguyên tử cacbon Đại phận dầu thực vật có thành phần glyxerit hỗn tạp Thành phần khác dầu thực vật axit béo Các axit béo có dầu thực vật đại phận dạng kết hợp glyxerit lượng nhỏ trạng thái tự Các glyxerit thủy phân tạo thành axit béo theo phương trình phản ứng sau: R1COOCH2 R2COOCH CH –OH R1COOH CH–OH+ R2COOH CH –OH R3COOH + 3H2O R3COOCH2 Thường axit béo sinh từ dầu mỡ vào khoảng 95% so với trọng lượng dầu mỡ ban đầu Về cấu tạo, axit béo axit cacboxylic mạch thẳng có cấu tạo khoảng 6-30 nguyên tử cacbon Các axit lúc no khơng no Có thể tham khảo thành phần % axit béo loại dầu thực vật khác bảng 1.1 Bảng thành phần hóa học loại dầu thực vật: Bảng 1.2: Các thành phần axit béo loại dầu thực vật % C16:0 C16:1 C18:0 C18:1 C18:2 C18:3 Khác Loạidầu Dầubông 28.7 0.9 13.0 57.4 0 Dầuhướng dương 6.4 0.1 2.9 17.7 72.9 0 Dầu cọ 42.6 0.3 4.4 40.5 10.1 0.2 1.1 Dầuthầu dầu 1.1 3.1 4.9 1.3 89.9 Dầu đậu nành 13.9 0.3 2.1 23.2 56.2 4.3 Dầu lạc 11.4 2.4 48.3 32.0 0.9 4.0 Dầu dừa 9.7 0.1 3.0 6.9 2.2 65.7 Dầu sở 13-15 - 0.4 74-87 10-14 - - Một thành phần dầu thực vật glyxerin, tồn dạng kết hợp glyxerit Glyxerin rượu ba chức, dầu mỡ lượng glyxerin thu khoảng 8- 12% so với trọng lượng dầu ban đầu Ngoài hợp chất chủ yếu dầu thực vật chứa lượng nhỏ hợp chất khác photphatit, chất sáp, chất nhựa, chất nhờn, chất màu, chất gây mùi, tiền tố sinh tố… 1.1.2.2 Tính chất lý học dầu thực vật Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ đơng đặc: Vì dấu khác có thành phần hố học khác với loại dầu khác có nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ đơng đặc khác Các giá trị nhiệt độ không ổn định thường khoảng Tính tan dầu thực vật: Vì dầu khơng phân cực chúng tan tốt dung môi không phân cực, chúng tan rượu chúng không tan nước Độ tan dầu vào dung mơi chúng phụ thuộc vào nhiệt độ hồ tan Màu dầu: Dầu có màu tuỳ theo thành phần hợp chất có dầu Dầu tinh khiết khơng màu, dầu có màu vàng carotenoit dẫn xuất, dầu có màu vàng clorofin… Khối lượng riêng: Khối lượng riêng dầu thực vật thường nhẹ nước, d20p = 0,907- 0,971 1.1.2.3 Tính chất hố học dầu thực vật Thành phần hóa học dầu thực vật chủ yếu este axit béo với glyxerin chúng có đầy đủ tính chất este: Phản ứng xà phịng hố: Trong điều kiện thích hợp dầu mỡ thuỷ phân ( to, áp suất, xúc tác) Phản ứng: C3H5(OCOR)3 + 3H2O RCOOH +C3H5(OH)3 Phản ứng qua giai đoạn trung gian tạo thành diglyxerit monoglyxerit Nếu q trình thuỷ phân có mặt loại kiềm (NaOH, KOH), sau trình thủy phân, axit béo tác dụng với kiềm tạo thành xà phòng: RCOOH + NaOH RCOONa + H2O Tổng quát hai trình : C3H5(OCOR)3 + 3NaOH 3RCOONa + C3H5(OH)3 Đây phản ứng trình sản xuất xà phòng glyxerin từ dầu thực vật Phản ứng cộng hợp : Trong điều kiện thích hợp, axit béo không no cộng hợp với số chất khác: +Phản ứng hydro hoá : phản ứng tiến hành điều kiện nhiệt độ, áp suất có mặt xúc tác Niken +Trong điều kiện thích hợp , dầu có chứa axit béo khơng no cộng hợp với halogen Phản ứng trao đổi este (rượu phân): Các glyxerit điều kiện có mặt xúc tác vơ xúc tác axit H2SO4, HCl xúc tác bazơ NaOH, KOH tiến hành este hố trao đổi với rượu bậc metylic, etylic… tạo thành alkyl este axit béo glyxerin: C3H5(OCOR)3 + 3CH3OH 3RCOOCH3 + C3H5(OH)3 Phản ứng có ý nghĩa thực tế quan trọng người ta sử dụng alkyl este axit béo làm nhiên liệu giảm cách đáng kể lượng khí thải độc hại môi trường, đồng thời thu lượng glyxerin sử dụng nhiều ngành công nghiệp thực phẩm vật dụng, sản xuất nitro glyxerin làm thuốc nổ… Phản ứng oxi hố: Dầu thực vật có chứa nhiều loại axit béo khơng 10 STEP7 cịn có khả quan sát việc thực chương trình PLC Muốn ta cần tạo giao diện ghép nối PC PLC để truyền thông tin, liệu STEP7 ghép nối PC PLC qua nhiều giao diện khác ta chọn giao diện sử dụng cửa sổ sau: Sau chọn giao diện ta phải cài đặt tham số làm việc cho thơng qua cửa sổ hình chọn mục “Set PG/PC Interface ” Đặt tham số làm việc: 56 Sau cài đặt xong STEP7, hình desktop xuất biểu tượng phần mềm STEP7 Đồng thời menu Start Windows có thư mục Simatic với tất tên thành phần liên quan, từ phần mềm trợ giúp đến phần mềm cài đặt cấu hình, chế độ làm việc STEP7 3.1.8.2 Trình tự bước thiết kế chương trình điều khiển Hình 3.10: Trình tự bước thiết kế chương trình 3.1.8.3 Viết chương trình điều khiển 57 Khai báo phần cứng Ta phải xây dựng cấu hình phần cứng tạo project Dữ liệu cấu hình truyền đến PLC sau Cấu trúc cửa sổ lập trình Hình 3.11: Cấu trúc cửa sổ lập trình - Bảng khai báo phụ thuộc khối Dùng để khai báo biến tham số khối Phần soạn thảo chứa chương trình, chia thành Network Các thông số nhập kiểm tra lỗi cú pháp Nội dung cửa sổ “Program Element” tuỳ thuộc ngôn ngữ lập trình lựa chọn Có thể nhấn đúp vào phần tử lập trình cần thiết danh sách để chèn chúng vào danh sách Cũng chèn phần tử cần thiết cách nhấn nhả chuột Các công cụ thường sử dụng * Các Menu công cụ thường dùng - New (File Menu) Tạo 58 - Open (File Menu) Mở file - Cut (Edit menu) Cắt - Paste (Edit Mennu) Dán - Copy (Edit Menu) Sao chép - Download (PLC Menu) Tải xuống - Network (Insert) Chèn network - Program Elements (Insert) Mở cửa sổ phần tử lập trình - CLear/Reset (PLC) Xố chương trình thời PLC - LAD, STL, FBD (View)Hiển thị dạng ngôn ngữ yêu cầu Các phần tử lập trình thường dùng (cửa sổ Program Elements) * Các lệnh logic tiếp điểm: * Các loại counter 59 * Các lệnh toán học Số nguyên: * Số thực: Các loại times: * Các lệnh chuyển đổi liệu: * Các lệnh so sánh: 60 Đổ chương trình Ta phải thiết lập sẵn sàng kết nối đến PLC (hình 1.3) để đổ chương trình Hình 3.12: Sơ đồ đổ chương trình CPU 214 Giám sát hoạt động chương trình Để quan sát trạng thái hoạt động thời PLC ta dùng chức kiểm tra quan sát Trong chế độ kiểm tra phần tử LAD/FBD hiển thị màu khác Có thể định dạng màu menu Opton -> Customize Để kích hoạt chức kiểm tra quan sát ta Click vào biểu tượng mắt kính cơng cụ vào menu Debug -> Monitor Khi chương trình có đặc điểm: * - Trạng thái thực có màu xanh liền nét - Trạng thái không thực có dạng đường đứt nét Chú ý: Ở chế độ kiểm tra, thay đổi chương trình thực 61 3.2 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN Dựa vào bảng tin hiệu đầu ra, vào 2.1 2.2 ta có lưu đồ thuật toán điều khiển: BÐ Kiemtra E1, E2 S E6 Ð Chay B15; mo van 14,16 S E3 Ð Chay B8; mo van 7,10 Dung B15; dong van 14, 16 62 E4 S Ð Dung B8; dong van 7,10; chay Ð S cho 1p Ð Dung Ð, chay B20, mo van 19 E5 S Dung B20; dong van 19 Chay lai 63 3.3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 64 65 66 Sau khoảng thời gian ngắn thực đề tài tốt nghiệp, với nỗ lực cố gắng thân giúp đỡ tận tình thầy cô giáo, bạn bè lớp, đến em hồn thành đề tài tốt nghiệp Trong đề tài em tìm hiểu thực yêu cầu sau: 7-200 pha trộn pha trộn Tuy nhiên thời gian có hạn trình độ thân nhiều hạn chế nên đề tài thực cịn nhiều thiếu sót như: Em mong nhận bảo, sửa chữa đóng góp ý kiến thầy cô giáo, bạn lớp để em thựu hồn thành đề tài tốt Một lần em xin chân thành cảm ơn bảo, hướng dẫn tận tình , thầy khoa, bạn bè lớp giúp đỡ em trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Hải phòng, ngày…tháng…năm 2012 Sinh viên thực 67 Th.S Châu Chí Đức, Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC Simatic S7200, Nhà xuất khoa học kỹ thuật GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn (2005), Máy Điện, Nhà xuất xây dựng Ban điều khiển Cao đẳng Cơng nghiệp Hà Nội (2002), Khí cụ điện, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Đào Văn Tân, Võ Thạch Sơn, Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2008 , KS PGS.TS q , Webside: www.webdien.com www.tailieu.vn www.google.com.vn 68 ... CHUNG CHO HỆ THỐNG PHA TRỘN 2.2.1 Sơ đồ hệ thống pha trộn E1 E2 10 Ð 11 12 E4 15 14 16 13 17 22 18 23 E5 E7 21 20 19 E6 28 27 26 25 Hình 2.8: Sơ đồ hệ thống pha trộn dầu thực vật dầu DO 36 E3... mức Hệ thống lắp đặt khối sau: Khối 1: Hệ thống đường ống gồm: Đường dẫn dầu DO vào thùng khuấy trộn Đường dẫn dầu thực vật vào thùng khuấy trộn Đường dẫn nhiên liệu hỗn hợp từ thùng khuấy trộn. .. Phương pháp pha trộn bể Phương pháp pha trộn bể phương pháp pha trộn truyền thống sử dụng nhà máy lọc dầu trước nhà máy đầu tư cho thiết bị mức thấp Nguyên lý hoạt động hệ thống: cấu tử pha trộn từ