Chương 2. TỰ ĐỘNG HÓA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1. Tự động hóa quá trình xử lý nước sạch (nước nấu bia)
2.1.2. Hệ thống điều khiển quá trình xử lý nước
Nhà máy Bia cao cấp Hương Sen có thiết bị tiên tiến, hiện đại và tự động hóa với công suất ban đầu 15 triệu lít/năm. Năm 1998 Nhà máy đã hoàn thành và đi vào hoạt động, những giọt bia vàng, bia đen, bia tươi đầu tiền đã ra đời, được khách hàng trong nước và quốc tế ưa thích. Sản phẩm đạt chất lượng cao, mẫu mã đẹp gây ấn tượng cho người tiêu dùng, sản xuất tăng trưởng mạnh. Sau 10 năm đi vào sản xuất nhà máy đã nâng công suất lên hơn 100 triệu lít/năm.
Năm 2006 Công ty đã cho ra đời một Công ty Thương mại Hương sen - viết tắt là “DABECO” trực thuộc Công ty Hương Sen với chức năng chuyên mua bán và tiêu thụ sản phẩm, vật tư nguyên nhiên vật liệu, xuất nhập khẩu máy móc thiết bị, DABECO đã hoạt động mạnh và thành công có nhiều uy tín. Nhãn hiệu chính của công ty là bia Hương sen, bia Hương Sen, bia Beyker, nước cam, nước chanh, nước bí đao, nước cola, vải, sợi các loại được nhiều người ưa thích.Công ty là doanh nghiệp đầu tiên ở Việt Nam trong ngành Bia rượu - Nước giải khát xây dựng hệ thống quản lý chất lượng ISO 9001 - 2000 và áp dụng phần mềm quản lý trên toàn hệ thống. Công ty đầu tư thiết bị công nghệ tiên tiến, đồng bộ, nhà máy sạch sẽ đảm bảo vệ sinh môi trường, là doanh nghiệp có hệ thống xử lý nước thải tiên tiến nhất do Nhật Bản cung cấp, đồng thời ý thức bảo vệ tầng ozon đảm bảo môi trường sống cho con người được tổ chức JEA đánh giá cao. Công ty nhận được nhiều giải thưởng cao quý dành cho chất lượng như cúp Sen Vàng, Chân dung Bạch Thái Bưởi, 20 huy chương Vàng, giải thưởng Sao vàng đất việt và gần 20 cúp vàng các loại .
2) Tự động hóa công nghệ xử lý nước nấu
Hệ thống xử lý nước nấu bia Hương sen có công suất 70 m3/h. Hệ thống gồm 2 dãy làm việc độc lập. Khi một dãy làm việc thì dãy còn lại nghỉ nên luôn luôn đảm bảo nước đầu ra cung cấp được liên tục. Mỗi dãy gồm 1 tank cát, 1 tank than, 1 tank Anion và 1 tank Cation, cùng các thiết bị khác đi kèm như bơm nước, các loại van, các thiết bị giám sát, điều khiển ... đảm bảo cho hệ thống làm việc đúng theo quy trình công nghệ.
Trong 1 chu trình, nước sẽ đi qua tank cát đến tank than đến tank Anion đến tank Cation và cuối cùng đi về bể chứa thành phẩm nếu đạt chỉ tiêu chất lượng như quy định, nước không đạt tiêu chuẩn thì sẽ được đẩy tuần hoàn trở lại để thực hiện lại chu trình cho đến khi nào đạt thì sẽ được đi về bể chứa thành phẩm.
Sơ đồ hệ thống và sơ đồ công nghệ như hình 2.5, hình 2.6
Hình 2.5. Hình ảnh dây chuyền xử lý nước nhà máy bia hương sen
Khử trùng
Clo Lọc cát
Lọc than hoạt tính
Bơm và lọc tinh Lọc Anion
Lọc Cation
Đo kiểm tra nước
ra
Hơi nóng
NaCl 35%
HCl 30%
Nước đã xử lý Nước vào
(City water)
Hình 2.6. Sơ đồ khối công nghệ xử lý nước nấu nhà máy bia hương sen
a) Hệ thống khử trùng Clo
- Mục đích: Cung cấp và duy trì hàm lượng clo dư 0,1- 0,3 mg/l ở bể chứa trung gian cho mục đích khử trùng nước và oxy hoá Fe, Mn. Sơ đồ điều khiển như hình 2.7
Hình 2.7. Sơ đồ hệ thống khử trùng Clo
NaOCl 12,5% được định lượng vào hệ thống tại vị trí đường cấp nước vào bể với hàm lượng 5 g/m3. NaOCl được cấp vào hệ thống thông qua bơm định lượng tự động điều chỉnh lượng hoá chất tuỳ theo sự thay đổi lưu lượng của nước cấp. Tín hiệu điều khiển bơm 4 - 20 mA được cấp bởi đồng hồ lưu lượng KROHNE.
Công suất tính toán của bơm định lượng: 2,5 l/h.
b) Hệ thống lọc trong, lọc sắt, mangan - Mục đích Lọc trong và lọc Fe, Mn
Hình 2.8. Sơ đồ công nghệ tank lọc cát
Nước vào
Nước ra
Nước rửa ngược
Nước thải
- Quá trình hoạt động như
Hệ thống có công suất lọc 70 m3/h bao gồm 02 bình lọc cát thạch anh hoạt động song song. Quá trình sục rửa các bình lọc hoàn toàn tự động thông qua bơm rửa ngược P1101. Một trong 2 bình lọc sẽ được rửa ngược khi một trong các điều kiện sau đạt được:
- Độ chênh áp trước/sau bình PT501- PT502 = 0,5 Bar.
- Thời gian hoạt động của bình lọc: 3 – 5 ngày.
Chú ý:
- Qúa trình sục rửa bình lọc sẽ được thực hiện tuần tự cho các bình A, B.
- Khi áp suất nước cấp đầu vào > 2bar thì bơm rửa ngược mới hoạt động.
Nếu áp suất nước đầu vào < 2 bar thì quá trình rửa ngược sẽ không thực hiện và ở chế độ chờ Waiting.
c) Hệ thống lọc than hoạt tính - Mục đích
Hệ thống lọc than hoạt tính được sử dụng để loại trừ clo dư cũng như các tạp chất hữu cơ (THM và các tạp chất) có trong nước, hệ quả của các quá trình công nghệ xử lý nước trước đó.
Nguồn nước đầu vào.
Nước sau quá trình lọc Fe, Mn và lọc trong:
áp suất P: 3,5 – 4 bar, lưu lượng 70 m3/h.
pH: 6,5 – 7,5.
Clo dư < 1mg/l.
-Các thông số kỹ thuật của hệ thống.
Công suất: 70m3/h.
áp suất nước cấp: 3 – 4 bar.
áp suất khí nén cho hệ thống van điều khiển 4- 6 bar.
áp suất hơi steam cho quá trình tái sinh: 5 – 6 bar.
Lượng Steam cho một lần tái sinh khoảng 125 kg/bình lọc.
Đường kính bình: 1200 mm.
Chiều cao bình 3500 mm.
- Qui trình làm việc
Hệ thống gồm có 2 bình lọc hoạt động song song, vật liệu bình lọc bằng inox AISI 316. Quá trình tái sinh bằng hơi nóng trực tiếp.
Nước vào sau lọc cát
Hơi nóng vào
Nước ra
Nước rửa
Hơi nóng
ra
Hình 2.9. Sơ đồ công nghệ tank lọc than
Nước sẽ đi từ đỉnh bình xuống đáy qua lớp vật liệu lọc than hoạt tính. Các quá trình làm việc của bình lọc gồm có:
Washing: Quá trình này được thực hiện ở giai đoạn đầu khi mới bắt đầu đưa hệ thống vào làm việc.
Service: Là quá trình lọc cơ bản của hệ thống.
Flushing: Là quá trình sục rửa định kỳ của hệ thống nhằm loại bỏ các tạp chất trong cát. Thời gian thực hiện quá
trình này có thể là 2 hay 3 ngày/lần tuỳ thuộc vào chất lượng nước đầu vào. Quá trình này sẽ được thực hiện tự động và luân phiên giữa các bình thông qua bơm rửa ngược P1101.
Disinfection: Quá trình này có mục đích vệ sinh, khử trùng nhả hấp thụ của than hoạt tính sau một khoảng thời gian làm việc. Tuỳ thuộc vào chủng loại của than hoạt tính cũng như chất lượng nguồn nước mà định kỳ thời gian thực hiện quá trình này có thể là sau mỗi 1 hoặc 2 tuần/1 lần (căn cứ vào kết quả đo của hệ thống để kiểm soát hàm lượng clo dư sau bình lọc than). Thời gian thực hiện quá trình này khoảng từ 10 – 12h. Quá trình này được thực hiện tự động gồm các bước sau:
- Sục rửa (Water loosening) thời gian 5 -10 phút.
- Xả rửa xuôi (water discharge) thời gian 60- 90 phút.
- Cấp hơi, hâm nóng trực tiếp (heating).
- Sau quá trình sục rửa, hơi nước nóng steam (áp suất 5- 6 bar) qua van giảm áp xuống áp suất 1,5 bar sẽ được cấp trực tiếp vào bình. Trước đó, hệ thống cấp hơi steam có quá trình chuẩn bị hơi (1- 2 phút) cho việc xả nước ngưng trong hệ thống đường ống.
- Hơi steam được cấp từ từ vào bình và dừng lại khi nhiệt độ tại đáy bình đạt giá trị t= 90- 1000 C. Thời gian này thực hiện trong khoảng thời gian từ 1- 3 giờ.
- Duy trì nhiệt độ (Retention) tiếp theo hơi steam sẽ còn được duy trì trong bình với một lượng phù hợp nhằm du trì nhiệt độ trong bình than trong một thời gian tiếp theo 30- 60 phút.
- Xả hơi steam (steam release) sau đó hơi nóng được xả ra ngoài nhằm giảm nhiệt độ trong bình, thời gian xả nhiệt độ 30- 60 phút.
- Làm nguội tự nhiên (cooling) tiếp theo hệ thống sẽ chuyển sang giai đoạn làm nguội tự nhiên. Quá trình làm nguội bình tới khi nhiệt độ đáy bình giảm xuống t= 600 C. Quá trình làm nguội tự nhiên này có thể cần từ 6 – 8h.
- Làm nguội bằng nước (cooling by water) quá trình làm nguội hệ thống bằng nước, nước được cấp từ từ vào bình nhằm làm giảm nhiệt độ tại đáy bình xuống t= 40 0C trong khoảng thời gian 30- 60 phút.
Hình 2.10. Sơ đồ tram bơm trung gian
Nước vào
Nước ra
- Cuối cùng là quá trình xả rửa (washing) trước khi đưa bình vào sử dụng, thời gian 5- 10 phút.
d) Hệ thống trạm bơm trung gian P1201/ P1202 Hệ thống gồm 2 bơm
như hình 2.10 trong đó 1 bơm làm việc 1 bơm dự phòng.
Bơm 4 hoạt động thông qua biến tần nhằm duy trì áp suất cần thiết cho hệ trao đổi cation/anion (đặc biệt trong giai đoạn tái sinh hút hoá chất).
Bơm 5 hoạt động bơm tuần hoàn hệ thống khi kết thúc quá trình tái sinh hoặc bể chứa thành phẩm đầy.
e) Hệ thống lọc tinh
Hai hệ thống cột lọc tinh 5 micron (như hình 2.11) sau hệ thống lọc than và hệ thống trao đổi ion cho phép loại trừ các phần tử hạt lọc của hệ thống trước đó.
Khi độ chênh áp suất đầu vào/ra của hệ thống >0,5 bar thì phải tiến hành thay các fil lọc.
f) Hệ thống trao đổi anion/cation Mục đích: Khử cứng, kiềm và các muối khác trong nước như Cl-, Sulphate nhằm đạt được các yêu cầu cho nước nấu bia.
Nguồn nước đầu vào sau bình than và lọc tinh.
Các thông số cơ bản của hệ thống
-Công suất 70 m3/h.
-Lượng nước của một chu kỳ hoạt động 250- 300 m3.
Hình 2.11. Sơ đồ cột lọc tinh
Nước ra Nước
Vào
Nước thải
Hình 2.12. Sơ đồ công nghệ tank lọc Anion
NaCl vào
Nước vào
Nước rửa ngược Hồi NaCl
-Hệ thống gồm có: 4 bình lọc Composite d 1000;Vật liệu lọc Purolite C100, A400; Hệ thống van, đường ống, hệ thống cấp hóa chất tái sinh HCl 30%, NaOH 35%; Các hệ thống đo, đầu dò, kết nối với tủ điều khiển qua trung tâm.
Qui trình hoạt động
Hệ thống có 2 dãy AB và CD hoạt động song song với nhau. Mỗi dãy gồm có một bình trao đổi cation và một bình anion nối tiếp nhau . Như vậy một trong 2 dãy sẽ ở chế độ làm việc trong khi dãy kia ở chế độ tái sinh hoàn nguyên hoặc chạy tuần hoàn (Recycle).
Khi bể chứa thành phẩm đầy thì cả hai sẽ cùng chạy ở chế độ tuần hoàn.
Chế độ tái sinh: Quá trình tái sinh của dãy đang làm việc được thực hiện khi một trong các điều kiện sau đạt được.
-Độ điện dẫn (CD_conductivity) nước đầu ra (sau bình anion) tăng tới giá trị đặt trước (30 micro Siemens/cm).
-Lượng nước đã xử lý đạt giá trị đặt trước: 350m3.
Khi đó thì hệ thống sẽ tự động chuyển sang chế độ tái sinh hoàn nguyên cho cả hai bình Cation và Anion đồng thời. Khi đó dãy đang ở chế độ tuần hoàn sẽ chuyển sang chế độ làm việc. Tổng thời gian cho quá trình tái sinh là 120- 150 phút bao gồm các bước sau:
- Rửa ngược: 10 phút
- Hút axit, xút: 60 phút, lưu lượng HCl 30% cần thiết 220 l/h.
Lưu lượng NaOH 35% cần thiết 186 l/h.
- Rửa xuôi chậm: 40- 60 phút.
- Rửa xuôi nhanh: 10 phút.
Sau khi thực hiện xong quá trình tái sinh, hệ thống sẽ chuyển sang chế độ chạy tuần hoàn.
Chú ý: Trong quá trình hệ thống cần thực hiện quá trình tái sinh, nếu lượng hoá chất ở trong bình chứa ở mức thấp thì sẽ có tín hiệu báo alarm trên màn hình. Khi đó hệ thống sẽ chỉ chuyển sang chế độ tái sinh hoàn nguyên khi hoá chất đã được bổ sung vào các bình chứa.
g) Hệ thống phối trộn và kiểm soát chất lượng nước
Các thông số cơ bản của chất lượng nước đầu ra gồm có: pH, TH, TAC, muối (NaCl).Để kiểm soát các thông số kể trên, các bộ đo thông số tự động pH, TH, TA sẽ được gắn trên đầu ra của hệ thống trước khi cấp vào bể chứa.
Đồng thời, các tín hiệu điều khiển bộ điện dẫn CD sẽ được đưa tới van điều khiển tuyến tính V0801 cho phép phối trộn nước trước/sau trao đổi cation/anion với một lượng phù hợp nhằm đảm bảo các thông số đầu ra.
- Bộ đo Clo dư sẽ cho hiển thị giá trị tức thời Clo dư sau bình lọc than.
- Bộ đo pH sẽ cho hiển thị giá trị tức thời của pH nước sau xử lý.
- Bộ đo TH, TAC cho hiển thị giá trị tức thời TH, TAC nước sau xử lý.
Nếu đặt ở chế độ tự động cho phép thiết bị đo TH, TAC sau một khoảng thời gian nhất định (từ 5 – 99 phút). Khi đặt ở chế độ Standby (đèn Standby sáng) thì thiết bị ở chế độ chờ. Khi cần đo ta phải ấn vào phím yêu cầu đo.
-
3) Điều khiển hệ thống xử lý nước nấu
a) Các yêu cầu chung cho việc lắp đặt hệ thống
- Yêu cầu của phòng máy: nhiệt độ trong phòng 5- 400C, độ ẩm < 80%, mặt bằng phẳng. Yêu cầu về nguồn nước cấp: T= 5- 40 0C, áp suất 3,5 – 4 bar. Tất cả các yêu cầu cho việc lắp đặt cần tuân thủ các quy định, chỉ dẫn của nhà sản xuất.
Yêu cầu về hóa chất trong quá trình tái sinh hệ thống trao đổi Cation và /Anion - HCl 30%, NaOH 35% với độ tinh khiết cao.
- Hơi Steam sạch cho tái sinh bình lọc than.
Hình 2.13. Sơ đồ các bộ đo chất lượng đầu ra Nước vào Nước ra
- Đặc biệt chú ý các điều kiện an toàn khi sử dụng các loại hóa chất cho quá trình tái sinh đề phòng tai nạn cú thể xảy ra.Tất cả nước của quá trình tái sinh cần đưa về hệ thống xử lý chung của nhà máy.
b) Sơ đồ và nguyên lý điều khiển hệ thống
Sơ đồ đấu điều khiển hệ thống như hình 2.13
Hình 2.14. Sơ đồ điều khiển hệ thống xử lý nước nấu bia
- Hệ thống điều khiển thông qua giao diện điều khiển trên máy tính sử dụng phần mềm WinCC đặt tại nơi sản xuất. Máy tính kết nối PLC thông qua cổng MPI.
- Hệ thống thực hiện được ở cả 2 chế độ bằng tay và tự động.
- PLC S7-300 điều khiển kết nối trực tiếp với các thiết bị vào ra.
- Các van nước trong hệ thống dùng van khí nén điều khiển bằng điện từ PLC
- Điều khiển nhiệt độ cho quá trình làm sạch tank than nhờ van tuyến tính điều khiển từ PLC kết hợp cảm biến nhiệt độ.
- Điều khiển các bơm nhờ PLC và biến tần
- Các bộ đo kiểm tra chất lượng nước đặt tại chỗ, đầu ra kết nối PLC
Các tín hiệu vào PLC
- Các nút bấm vận hành - Các cảm biến
Các tín hiệu ra điều khiển - Điều khiển các van - Điều khiển động cơ Máy tính giám sát
và điều khiển
PLC S7-300 điều khiển
c) Hình ảnh giao diện điều khiển giám sát hệ thống qua dùng WinCC
Hình 2.15. Hình ảnh giao diện chính hệ thống xử lý nước