VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐIỀU CHẾ SUPE LÂN
2.1. Tổng quan về hệ thống thiết kế
Với các phân tích nêu trên, tác giả đã đưa ra giải pháp xây dựng hệ điều khiển tập trung sử dụng bộđiều khiển khả trình kết hợp với máy tính điều khiển và giám sát. Cấu hình của hệ thống được mô tả như hình sau:
Hình 2.1. Sơđồ cấu trúc của hệđo lường và điều khiển trong điều chế Supe lân
Bảng thống kê các đầu vào/ra:
TT Các đầu vào/ra Loại tín hiệu Số lượng Ghi chú 1 Đầu vào analog analog 4
2 Đầu ra analog analog 4 3 Đầu vào digital digital 56 4 Đầu ra digital digital 48
- Cấp hiện trường: hệ thống này có các điểm đo và điều khiển.
+ Các tín hiệu từ Sensor được đưa qua bộ biến truyền (Transmitter) để đưa tới cấp điều khiển (đối với tín hiệu tương tự) và có đệm cách li đối với các tín hiệu logic (chẳng hạn trạng thái hoạt động của một động cơ nào đó trong hệ thống).
PC RS232 RS232 RS232/RS485 RS485 S S A Cấp hiện trường Cấp điều khiển
Cấp điều khiển, giám sát và thu thập số liệu PC - Personal Computer PLC - Programmable Logic Controller S - Sensor A - Actuator
Trạm điều khiển hiện trường PLC
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 19
+ Các Actuator cũng nhận các tín hiệu điều khiển từ cấp điều khiển để điều khiển đối tượng (chẳng hạn nếu tín hiệu điều khiển đưa ra để điều khiển độ mở của van là: 4 - 20mA sẽ tương ứng với góc mở của van từ: 0 - 100%).
- Cấp điều khiển: là bộđiều khiển PLC có chức năng xử lí, tính toán từ các giá trị đầu vào (nhận được từ Sensor) đểđưa ra các quyết định điều khiển, cảnh báo... đồng thời cấp này thường xuyên gửi các thông tin trạng thái của các thiết bịở cấp trường và của chính nó lên cấp trên thông qua cổng truyền thông RS485.
- Cấp điều khiển, giám sát và thu thập số liệu: là máy tính PC với các chức năng cơ bản sau:
+ Điều khiển quá trình: người vận hành có thể thay đổi các chế độ điều khiển, thay đổi các giá trị đặt trước, có thể can thiệp tới từng điểm (Tag) trong hệ
thống. Đặc biệt có thể đưa ra yêu cầu cho quá trình như: năng suất của hệ thống phải đạt 90T/h với giá trị đặt đó cấp điều khiển sẽ phải tính toán để điều khiển các nguyên liệu đầu vào thích hợp theo giá trịđặt trước đó.
+ Giám sát quá trình: người vận hành có thể giám sát tình trạng hoạt động của tất cả các thiết bị trong hệ thống...
+ Chuẩn đoán quá trình: cấp này có thể đưa ra các cảnh báo về quá trình (chẳng hạn như sự thiếu hụt của một số nguyên liệu đầu vào... ).
+ Thu thập số liệu: cấp này sẽ thu thập, lưu trữ lượng tiêu tốn của nguyên liệu đầu vào cũng như sản lượng đầu ra ...
2.2. Bài toán công nghệ
2.2.1. Phối liệu công nghệ
Theo công nghệ thì công thức điều chế supe lân tiêu chuẩn được tính như sau: Qlan.CH(t/h) = Qapatit.100%(t/h) + QH2SO4.100%(t/h) = M0 x Qlan (t/h) + N0 x Qlan (t/h) Trong đó :
M0 + N0 = 1
Qlan.CH(t/h) Năng suất điều chế supe lân đặt trước theo yêu cầu của công nghệ (đơn vị T/h)
QH2SO4.100%(t/h) Năng suất axit sulfuric tính theo nồng độ 100% đổ vào thùng trộn (đơn vị T/h)
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 20
Qapatit.100%(t/h) Năng suất bột apatit có độấm 0% đổ vào thùng trộn (đơn vị T/h) M0 : hệ số phản ánh tình trạng trộn phối liệu của bột apatit có độẩm 0% N0 : hệ số phản ánh tình trạng trộn phối liệu của axit sunfuric nồng độ 100% Gọi K0 = M0/N0 là tỷ lệ trộn phối liệu giữa bột apatit có độ ẩm 0% và axit sunfuric nồng độ 100%.
Thông thường theo công nghệđiều chế lân chuẩn thì các thông số như sau: M0 = 0.672 N0 = 0.328 K0= 2.05
Nhưng trong thực tế axit đổ vào thùng trộn không phải là axit có nồng độ
100%, mà là axit có nồng độ nằm trong giải từ 66 - 69% là kết quả của sự pha trộn giữa nước và axit có nồng độ từ 75 - 78% được bơm từ khu điều chế Axit sang. Mặt khác bột đổ vào thùng trộn cũng không phải bột có độ ẩm 0% mà nó có một độ ẩm nhất định H% nào đó. Vì vậy công thức phối liệu cho bài toán supe lân là như sau:
Qlan(t/h) = Qapatit.H%(t/h) + QH2SO4.C% (t/h)
Trong đó:
Qlan(t/h) = QlanCH(t/h) + QH2O (QH2O thành phần của nước trong supe lân) Qapatit.H%(t/h) = Qapatit.100%(t/h) + QH2OA (QH2OA thành phần của nước trong bột apatit) QH2SO4C% (t/h) = QH2SO4.100% (t/h) + QH2OB (QH2OB thành phần của nước trong axit). Từ các thông số chuẩn công nghệ cho trước M0, N0, K0, C0 và năng xuất supe yêu cầu QlanCH của nhà sản xuất, để tạo ra Supe lân tiêu chuẩn từ bột apatit có độẩm H% và axit có nồng độ C% thì năng suất của các thành phần trước khi đổ vào thùng trộn được tính theo công thức sau:
QapatitH%(t/h) = M x QlanCH(t/h) = M0 x QlanCH(t/h) x 100/(100-H) Suy ra:
M = M0 x 100/(100-H)
QH2SO4C%(t/h) = N x QlanCH(t/h) = N0 x QlanCH(t/h) x 100/C Suy ra:
N = N0 x 100/C
QH2SO4C%(t/h) = N0 x QlanCH(t/h) x 100/C0 - QapatitH%(t/h) x H/100 Suy ra:
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 21
Vì vậy trên thực tế các thông số M.N.K,C là các thông số lựa chọn để cài đặt và chạy máy còn các hệ số M0, N0, K0, C0 gọi là các thông số chuẩn việc lựa chọn các thông số này tuỳ thuộc vào sản xuất ra các loại supe khác nhau và chúng được dựa vào các yếu tố cơ bản sau:
+ Hàm lượng P205 chung và độẩm H% của bột apatit trước khi vào trộn + Độ sệt của dung dịch trong thùng trộn
+ Hàm lượng P205 tự do của supe tươi
+ Hàm lượng P205 và hệ số phân hủy của supe thành phẩm
2.2.2. Vấn đề công nghệ cần giải quyết
Với giải thông sốđầu vào luôn thay đổi cũng như các thông sốđầu ra lại tùy thuộc vào sự lựa chọn của công nghệ sản xuất, để đảm bảo đưa ra đúng chất lượng sản phẩm cũng như năng suất thì cần giải quyết được những yêu cầu sau:
+ Từ các thông số công nghệ lựa chọn các thông số chuẩn M0, N0, K0, C0 thích ứng đểđiều chế ra loại supe mong muốn.
+ Từ các thông số nguyên liệu đầu vào và các thông số chuẩn đưa ra các thông số chạy điều chế thực tế M, N, K, C %.
+ Trong quá trình điều chế phải thường xuyên phân tích các thông sốđầu vào cũng nhưđầu ra để quay lại điều chỉnh các thông số chuẩn và thông số chạy máy.
+ Đo lường liên lục và chính xác các thông số chính sau:
* Nhiệt độ, nồng độ, lưu lượng và năng suất của axit sau khi pha loãng * Năng suất của bột apatit đổ vào thùng trộn
+ Điều khiển tựđộng và liên tục các cơ cấu chấp hành cấp liệu sao cho ổn định các thông số chạy máy như: nhiệt độ T0, lưu lượng F, nồng độ C%, năng suất Q của axit và năng suất của bột đổ vào thùng trộn mà vẫn bảo đảm được tỷ lệ phối liệu.
Để hiểu rõ hơn bản chất của sự việc ta sẽ di khảo sát ảnh hưởng của độ âm bột đến các thông số chạy máy như thế nào, cụ thể như sau:
Giả sử các thông số nguyên liệu đầu vào đã được xác định và hệ thống đang
được chạy với các thông số sau đây.
Tỷ lệ phối liệu M0 = 0.672 N0 = 0,328 K0 = 2.05 Nồng độ axit C = 68%
Độẩm apatit H = 0%
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 22
Với các điều kiện như trên thì thông số chạy máy là: M = 0,672; N = 0,482; K = 1,394. Theo công thức điều chế:
Qlân(t/h) = QH2SO4.100%(t/h) + Qapatit.100%(t/h) = 0,328.Qlân(t/h) + 0,672.Qlân(t/h)
Đểđiều chế năng suất Supe lân, Qlân = 50T/h thì năng suất apatit Qapatit.100% = 33,6T/h; năng suất axit 100%: Qaxit.100% = 16,4T/h (tương đương năng suất axit 68% là: Qaxit = 24,12T/h; trong đó thành phần nước là 7,72T/h và tỷ lệ trộn thực tế là: K1
= 33,6/24,12 = 0,4824).
Khi độ ẩm bột tăng 4% nghĩa là thành phần nước tham gia quá trình điều chế
tăng 4%, để giữ nguyên năng suất thành phẩm Supe là 50T/h và tỷ lệ phối liệu K0 như
trên thì năng suất bột độẩm 4% phải là: 35T/h thành phần nước trong bộ sẽ là 1,4T/h. Trong quá trình trộn thành phần nước này sẽ làm loãng thêm axit. Vậy để giữ nguyên tỷ lệ axit là 16,4T/h cũng như nồng độ axit trong quá trình trộn là 68%, thì thành phần nước trong axit pha loãng trước khi đổ vào thùng trộn chỉ còn là: 7,72 - 1,4 = 6,32T/h. Như vậy, năng suất axit pha loãng trước khi đổ vào thùng trộn chỉ còn: 16,4 + 6,32 = 22,72T/h, nhưng với nồng độ là: 16,4/22,72 * 100% = 72, 18%.
Như vậy, thực tế chạy máy khi bột ẩm tăng 4%, để giữ nguyên năng suất điều chế
và các thông số chuẩn thì các thông số chạy máy sẽ thay đổi cụ thể như sau: M = 0,7; N = 0,454; K =1,542; C = 72,18%
2.3. Thiết kế hệ do lường điều khiển công đoạn điều chế Supe lân
2.3.1. Biện pháp đo lường và điều khiển cung cấp axit H2SO4 vào thùng trộn
Để khống chế quá trình phối liệu theo như công nghệ bắt buộc phải đo lường liên tục chính xác nồng độ C% và năng suất axit H2SO4 C% của axit pha loãng trước khi đổ vào thùng trộn, đồng thời phải điều khiển liên tục quá trình pha loãng và cung cấp axit xuống thùng trộn để luôn ổn định nồng độ C% và năng suất axit bảo đảm chất lượng và năng suất Supe điều chế. Biện pháp đo lường và điều khiển năng suất Axit như sau: