Dieu Khien Qua Tinh PTTHA

3,260 views

Published on

Published in: Education
4 Comments
8 Likes
Statistics
Notes
  • tác giả gửi mail cho em bài tài liệu này nhek, Em đang rất cần nó. Xin chân thành cảm ơn tác giả đã chia sẽ sách này.
    Email: vqtruong.eng@gmail.com
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • good! if i can dowload it!
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • tai lieu rat bo ich ,cam on nhieu
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • tai lieu hay qua rat bo ich
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
No Downloads
Views
Total views
3,260
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
19
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
4
Likes
8
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Dieu Khien Qua Tinh PTTHA

  1. 1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HOÁ HỌC ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Giáo viên hướng dẫn: TS. Hoàng Văn Hà Học viên: Phạm Thị Thu Hà
  2. 2. ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 1. ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI 2. CÁC BIẾN ĐIỀU KHIỂN 3.THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN NỘI DUNG
  3. 3. <ul><li>Trong các quá trình hóa học, có những đối tượng gây ra những biến đổi không tốt tới trạng thái hoạt động, thành phần và tính chất vật lí của dòng chảy. Để giảm thiểu tối đa tác hại do những biến đổi đó gây nên, cần đến các thiết bị điều khiển quá trình. </li></ul><ul><li>Trong các quá trình lớn, các thiết bị được kiểm tra độ thích hợp, an toàn và tối ưu hóa. </li></ul><ul><li>Để điều khiển 1 quá trình cần mô phỏng nó bằng 1 mô hình toán học với các biến độc lập và phụ thuộc. Khi giá trị của 1 biến độc lập được thiết lập, các giá trị khác tương ứng được tìm bởi máy tính và truyền tới thiết bị điều khiển. </li></ul><ul><li>VD: Nếu nhiệt độ, thành phần, tốc độ dòng vào tháp chiết thay đổi, máy tính sẽ nhanh chóng xác định các giá trị khác để duy trì độ tinh khiết ở đỉnh tháp. </li></ul>ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
  4. 4. <ul><li>Trong thực tế không phải tất cả các rối loạn nào cũng có thể được tính toán, do đó đặc trưng của quá trình không được biết chính xác. Điều khiển phản hồi được bổ sung tức thời. </li></ul><ul><li>Một trong những đặc trưng chính của một hệ thống điều khiển hiện đại là thiết bị phân tích nhanh chóng và chính xác. </li></ul><ul><li>VD: Trong tháp etylen, cần dùng đến 10 bộ phân tích để đảm bảo độ tinh khiết. </li></ul><ul><li>Sắc kí khí có tốc độ cao thời gian phân tích 30 – 120s, độ nhạy cỡ phần triệu. Phổ khối nhanh hơn, bền hơn dễ sử dụng nhưng độ nhạy kém hơn. </li></ul><ul><li>Phổ hồng ngoại và cộng hưởng từ hạt nhân cũng có thể dùng phân tích, giá thành rẻ hơn xong ít thiết bị có khả năng đo các tính chất vật lý như: chiết suất, độ nhớt… </li></ul>
  5. 6. Điều khiển tối ưu tháp etylen. Tháp có 12 tín hiệu đầu vào máy tính và 4 tín hiều đầu ra để điều khiển dòng. Theo Skrokov, 1980 1 quá trình tách chiết etylen có 600 mạch điều khiển và 400 vòng tương tác với giá khoảng 6 triệu đô. Các thiết bị máy tính của hệ thống điều khiển này có giá khoảng 3 triệu đô
  6. 7. I. ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI <ul><li>Trong điều kiện phản hồi, sau khi tạo ra độ lệch cho 1 biến điều khiển, thiết bị điều khiển sẽ hoạt động để giảm bớt hoặc xóa bỏ độ lệch đó. </li></ul><ul><li>Thông thường, có 1 dao động của giá trị biến điều khiển, có biên độ và chu kì dao động. Độ lệch giảm dần hay không đổi phụ thuộc vào bản chất của hệ thống và kiểu hoạt động của thiết bị điều khiển. </li></ul><ul><li>Thiết bị điều khiển thường có 3 kiểu hoạt động hiệu chỉnh sau: </li></ul><ul><li>Điều khiển tỉ lệ: Hoạt động điều khiển tỉ lệ với độ lệch. </li></ul><ul><li>Điều khiển tích phân: Hoạt động điều khiển ở thời gian t tỉ lệ với tích phân của độ lệch ở thời điểm đó </li></ul><ul><li>Điều khiển đạo hàm: Hoạt động điều khiển tỉ lệ với tốc độ mà ở đó độ lệch được tạo ra. </li></ul>
  7. 8. Mối quan hệ giữa độ chênh lệch đầu ra m – m 0 và tín hiệu đầu vào e như sau: Sử dụng trong thiết bị điều khiển PID PID là bộ điều khiển tỉ lệ - tích phân – đạo hàm kết hợp cả ba kiểu điều khiển. Kiểu tỉ lệ tốc độ nhanh nhưng khi tăng tốc độ hoạt động thì sai số tăng. Bổ xung kiểu tích phân giúp giảm hoặc triệt tiêu hoàn toàn sai số nhưng khả năng đáp ứng lại chậm. Kiểu đạo hàm làm tăng tốc độ hiệu chỉnh. Khi kết hợp cả 3 kiểu này tạo ra bộ điều khiển PID hoạt động nhanh, không có sai số. Các giá trị K p, K i, K d tương ứng với các kiểu điều khiển được xác định bằng thực nghiệm và cài đặt sẵn cho thiết bị điều khiển.
  8. 9. CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC BIẾN ĐẶC TRƯNG TƯƠNG ỨNG P, PI, PID Thành phần PID Nhiệt độ P hoặc PI Mức chất lỏng P Áp suất chất khí PI Áp suất chất lỏng Bộ điều khiển Biến
  9. 10. <ul><li>Một bộ điều khiển thường gồm: </li></ul><ul><li>1 detetor VD: cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ </li></ul><ul><li>Bộ truyền Thiết bị chuyển giá trị biến thành các giá trị của áp suất, nhiệt độ… </li></ul><ul><li>Thiết bị tự điều khiển </li></ul><ul><li>Van điều khiển </li></ul><ul><li>Giá thành của 1 hệ thống điều khiển phụ thuộc vào: độ nhạy, tốc độ đáp ứng, độ chuẩn và bản chất của các thiết bị trên cùng với dung lượng của thiết bị quá trình. </li></ul><ul><li>Kí hiệu: </li></ul><ul><li>Khi lập sơ đồ quá trình của hệ thống điều khiển các thiết bị được kí hiệu bằng các chữ cái và có thể có kèm chữ số đằng sau. </li></ul><ul><li>VD: Van điều khiển được kí hiệu CV – dãy số đằng sau, đetector không cần dùng kí hiệu đặc biệt, dùng 1 điểm đơn giản kết nối đường truyền tín hiệu với thiết bị. </li></ul>
  10. 11. Kí hiệu các thiết bị điều khiển trong sơ đồ quá trình.
  11. 12. ĐIỀU KHIỂN KẾT HỢP Trong một vài điều kiện cần sự tương tác giữa các thiết bị điều khiển. ĐK thành phần điều chỉnh giá trị cho trước của ĐK nhiệt độ Giá trị cho trước của tốc độ dòng được điều chỉnh bởi điều khiển nhiệt độ. Kết hợp các thiết bị điều khiển giúp hoàn thiện hệ thống điều khiển, tăng tốc độ ĐK
  12. 13. II. CÁC BIẾN ĐIỀU KHIỂN <ul><li>Trong các quá trình hóa học các biến cần được điều khiển bao gồm: </li></ul><ul><li>Nhiệt độ </li></ul><ul><li>Áp suất </li></ul><ul><li>Thành phần </li></ul><ul><li>Tỉ lệ dòng </li></ul><ul><li>Mực chất lỏng </li></ul><ul><li>Tốc độ dòng và 1 số tính chất vật lí khác như: độ nhớt, chiết suất… </li></ul>
  13. 14. 1. NHIỆT ĐỘ <ul><li>Nhiệt độ được điều chỉnh bởi 1 thiết bị trao đổi nhiệt (HTM) </li></ul><ul><li>Việc điều chỉnh nhiệt độ có thể thực hiện theo các cách sau: </li></ul><ul><li>Điều chỉnh tốc độ dòng của HTM </li></ul><ul><li>Điều chỉnh áp suất ngưng tụ khí hoặc hơi. </li></ul><ul><li>Làm ngập bề mặt trao đổi nhiệt tiếp xúc với hơi ngưng bằng nước ngưng. </li></ul><ul><li>Các hệ thống phản ứng ở áp suất hơi thích hợp có thể duy trì nhiệt độ sôi mong muốn bằng cách cất hồi lưu ở chính áp suất hơi đó. </li></ul>
  14. 15. 2.ÁP SUẤT Áp suất được điều khiển bằng việc điều chỉnh dòng chảy ra từ các bình. Dòng chảy có thể là quá trình tự chảy, ngưng tụ khí sinh ra từ hệ thống Trong hệ thống cất phân đoạn, áp suất được điều khiển theo cách làm ngập bề mặt truyền nhiệt để thay đổi tốc độ ngưng tụ dòng khí. Điều khiển áp suất thấp với bơm phun dòng và máy bơm chân không: Xả không khí vào PC. Tốc độ nước và hơi được điều chỉnh bằng tay. Dòng không khí có thể đặt nhỏ như mong muốn. Phương pháp này chỉ có thể dùng nếu K 2 không làm hại đến quá trình
  15. 16. Cả nước và hơi cấp đều được điều khiển tự động, giá thành nói chung thấp nhất. Tiết lưu dòng khí Van khí lớn và đắt hơn trường hợp a, dùng van cánh bướm thích hợp.
  16. 17. Không đặt thiết bị điều khiển áp suất. Đặt 1 van điều khiển để điều chỉnh áp suất từ bộ chỉ báo áp suất( PI) Thường sử dụng trong trường hợp áp suất thấp nhất
  17. 18. 3. MỰC CHẤT LỎNG Mực chất lỏng trong bình thường được điều chỉnh bằng cách bổ xung hoặc chảy ra ngoài qua các van. Mực chất lỏng khi bắn hoặc chảy rối thường không ổn định, trong TH này sử dụng các thiết bị điều khiển chậm. <ul><li>Điều chỉnh tốc độ dòng chảy </li></ul><ul><li>Đặt 1 van xả, van này có thể điều chỉnh khi đã tắt thiết bị. </li></ul><ul><li>Van xả đặt trong 1 nồi hơi nằm ngang, đặt cố định </li></ul>
  18. 19. 4. TỐC ĐỘ DÒNG <ul><li>Tốc độ dòng thường được đo thông qua sự chênh lệch áp suất, ngoài ra còn sử dụng tới các thiết bị khác. </li></ul><ul><li>Đo tức thời nhiệt độ và áp suất cho phép đo dòng trên mỗi đơn vị khối lượng, bộ đo khối lượng dòng trực tiếp cũng được sử dụng. </li></ul><ul><li>Kết quả đo dòng được truyền tới 1 thiết bị điều khiển để điều chỉnh độ mở van duy trì điều kiện mong muốn. </li></ul>
  19. 20. 5. DÒNG CHẤT RẮN Ngoại trừ việc định lượng liên tục thì điều khiển dòng chất rắn ít chính xác hơn dòng lỏng. Cân tự động băng chuyền liên tục có khả năng chính xác tới ± 1% hoặc ± 0.1% khi cần thiết. Thiết bị cấp chất rắn bằng bộ truyền động có tốc độ thay đổi.
  20. 21. <ul><li>Van cánh quạt quay </li></ul><ul><li>Kiểu guồng xoắn nằm ngang </li></ul><ul><li>Băng truyền lấy vật liệu từ 1 cái phễu có van điều chỉnh phía dưới. </li></ul><ul><li>Bàn quay: tốc độ di chuyển vật liệu phụ thuộc vào tốc độ quay, độ cao phễu nạp liệu và vị trí máng. </li></ul><ul><li>Cấp liên tục với hệ thống băng chuyền có tốc độ thay đổi. </li></ul>
  21. 22. 6. TỈ LỆ DÒNG Điều khiển tỉ lệ dòng dùng trong các quá trình pha trộn hỗn hợp cấp cho phản ứng, như pha trộn nhiên liệu – không khí. Trong quá trình 2 dòng chảy, mỗi dòng có thiết bị điều khiển riêng, nhưng tín hiệu từ bộ sơ cấp sẽ đi tới thiết bị điều khiển tỉ lệ là bộ phận điều chỉnh giá trị cho trước cho các thiết bị khác. Trong hệ thống khí đốt – không khí, nhiệt độ và tính chất vật lí có thể biểu hiện thành phần hỗn hợp.
  22. 23. 7. THÀNH PHẦN <ul><li>Phân tích thành phần sử dụng sắc kí khí và phổ khối là phổ biến. </li></ul><ul><li>Hoặc sử dụng các thiết bị đặc thù của từng chất như pH, oxy và các sản phẩm cháy. </li></ul><ul><li>Sử dụng băng tẩm làm đetector thích hợp ở nồng độ chất thấp </li></ul><ul><li>Điều khiển thành phần bằng cách điều khiển 1 vài trạng thái khác như: thời gian, nhiệt độ, áp suất, tốc độ tái sinh xúc tác… </li></ul>
  23. 24. III.THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN <ul><li>THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT </li></ul><ul><li>THIẾT BỊ CHƯNG CẤT </li></ul><ul><li>THÁP CHIẾT LỎNG - LỎNG </li></ul><ul><li>THIẾT BỊ PHẢN ỨNG HÓA HỌC </li></ul><ul><li>THIẾT BỊ BƠM CHẤT LỎNG </li></ul><ul><li>THIẾT BỊ CẤP CHẤT RẮN </li></ul><ul><li>MÁY NÉN </li></ul>
  24. 25. 1. THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT TRAO ĐỔI NHIỆT KHÔNG CHUYỂN PHA SƯỞI BẰNG HƠI NƯỚC BÌNH NGƯNG BÌNH HÓA HƠI( HOẶC NỒI TINH CHẾ LẠI)
  25. 26. TRAO ĐỔI NHIỆT KHÔNG CHUYỂN PHA Điều khiển phản hồi( xuất hiện sai lệch, điều khiển giảm bớt độ sai lệch) nhiệt đầu ra của dòng. Nhiệt đầu ra của dòng sẽ điều khiển tốc độ dòng của HTM. Van có thể đặt ở cả đầu vào và đầu ra.
  26. 27. Điều khiển tín hiệu trước( phát hiện sai lệch theo mức độ đầu vào, kịp thời điều chỉnh tín hiệu trước làm ảnh hưởng tín hiệu đầu ra). Đặt giá trị cho trước T2 ở đầu ra, những biến đổi của tốc độ và nhiệt độ dòng vào được truyền tới máy tính, máy tính sẽ điều chỉnh tốc độ dòng của HTM để duy trì hằng số nhiệt đầu ra T2
  27. 28. SƯỞI BẰNG HƠI NƯỚC Nhiệt độ đầu ra của dòng sẽ được truyền tới điều khiển nhiệt độ để từ đó điều khiển dòng hơi, nước ngưng được loại bỏ bởi điều khiển mực chất lỏng hoặc đĩa thu hồi nước ngưng. Phương pháp này gặp khó khăn khi áp suất hơi dưới áp suất khí quyển.
  28. 29. Điều khiển nhiệt độ đặt trên bộ phận loại bỏ nước ngưng có tác dụng thay đổi lượng nước ngập bề mặt trao đổi nhiệt, từ đó thay đổi tốc độ ngưng tụ. Do dòng nước chảy qua van tương đối chậm nên kiểu điều khiển này chậm hơn so với trường hợp (a). Tuy nhiên van lỏng rẻ hơn van khí.
  29. 30. BÌNH NGƯNG Bình ngưng đặt ở điều khiển nhiệt độ của dòng nước ngưng. Sự tiết lưu dòng của thiết bị trao đổi nhiệt có thể làm cho nó quá nóng Bình ngưng đặt ở điều khiển áp suất của thiết bị trao đổi nhiệt. Sự tiết lưu dòng của thiết bị trao đổi nhiệt có thể làm nó quá nóng.
  30. 31. Tốc độ dòng nước ngưng được điều khiển bởi áp suất dòng hơi. Nếu áp suất tăng, tốc độ dòng nước ngưng tăng và phần diện tích bề mặt ngập nước giảm. Do đó tăng tốc độ ngưng tụ và giảm áp suất để thu được giá trị mong muốn.
  31. 32. BÌNH HÓA HƠI ( HOẶC NỒI TINH CHẾ LẠI) Bình hóa hơi. Nhiệt độ của dòng hơi điều khiển tốc độ dòng HTM. HTM có thể dùng cả lỏng hoặc hơi. Nồi tinh chế lại. Tốc độ nhiệt đầu vào không đổi được đảm bảo bởi điều khiển dòng của HTM.
  32. 33. 2.THIẾT BỊ CHƯNG CẤT <ul><li>Tối thiểu, 1 thiết bị chưng cất gồm có: 1 tháp, nồi tinh chế lại, bình ngưng và ắc quy. </li></ul><ul><li>Thiết bị được điều khiển 1 cách tổng thể. </li></ul><ul><li>Áp suất ở đỉnh và đáy luôn luôn được giữ không đổi, áp suất ở đỉnh đảm bảo các chất hồi lưu có thể ngưng tụ. Áp suất ở đáy giữ nhiệt độ sôi thấp để ngăn cản các sản phẩm không tốt bay hơi. </li></ul>
  33. 34. THÁP TÁCH CHIẾT ETYLEN VÀ ETAN. Sử dụng điều khiển tốc độ dòng ở bộ phận cấp, hồi lưu và cấp hơi nước. Điều khiển mực chất lỏng ở sản phẩm đáy và chất làm lạnh. Điều khiển áp suất ở sản phẩm đỉnh.
  34. 35. THÁP TÁCH DẦU THÔ Ở ÁP SUẤT THẤP
  35. 36. <ul><li>Sơ đồ chia thành 2 phần: bộ phận chưng cất phía trên và phía dưới. 2 phần này có khả năng điều khiển độc lập nhưng không hoàn toàn vì dòng vật chất và năng lượng tuân theo các định luật bảo toàn. </li></ul><ul><li>Bộ phận chưng cất phía dưới: nhiệt đầu vào được điều khiển bằng 5 cách khác nhau: </li></ul><ul><li>Điều khiển dòng của HTM </li></ul><ul><li>Điều khiển nhiệt độ của dòng hơi từ nồi tinh chế lại hoặc ở một vài điểm trên tháp. </li></ul><ul><li>Chênh lệch áp suất giữa các điểm chìa khóa trên tháp. </li></ul><ul><li>Mực chất lỏng ở phần đáy </li></ul><ul><li>Điều khiển thành phần hoặc 1 vài tính chất vật lí của sản phẩm đáy. </li></ul>
  36. 37. <ul><li>Bộ phận điều khiển phía trên điều khiển áp suất của tháp bằng các phương pháp sau: </li></ul><ul><li>Tiết lưu tốc độ dòng hơi </li></ul><ul><li>Điều khiển tốc độ ngưng tụ </li></ul><ul><li>Điều chỉnh nhiệt độ dòng của HTM </li></ul><ul><li>Điều chỉnh diện tích bề mặt trao đổi nhiệt tiếp xúc với hơi ngưng. </li></ul>
  37. 38. 3.THÁP CHIẾT LỎNG – LỎNG <ul><li>Sử dụng phao rỗng có trọng lượng trung gian giữa 2 pha. </li></ul><ul><li>Sử dụng dung môi nặng, bề mặt phân cách ở phía trên. </li></ul><ul><li>ILC điều khiển mực phân cách. </li></ul><ul><li>Pha nhẹ được loại bỏ bởi ĐK mực chất lỏng (LC) </li></ul>
  38. 39. Giống như TH (a) chỉ khác ở cách lấy pha nhẹ ra, TH (b) là dùng cửa trên tháp, TH (c) là lấy ra từ đỉnh. Mặt phân cách ở phía dưới, lấy pha nhẹ bằng cả ba cách ở các TH a, b, c
  39. 40. Duy trì tốc độ dòng vào và dung môi ở tỉ lệ cố định. Khi có sự thay đổi đầu vào, F 1 C sẽ truyền tới FRC để cài đặt lại dòng dung môi.
  40. 41. 4.PHẢN ỨNG HÓA HỌC <ul><li>Sự diễn tiến của 1 phản ứng hóa học phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, tốc độ dòng và thời gian lưu. </li></ul><ul><li>Thường các biến đó được điều khiển trực tiếp, nhưng khi đặc trưng chính của pưhh là thành phần thay đổi, phân tích thành phần và điều khiển các biến khác theo nó là phương pháp sử dụng phổ biến. </li></ul><ul><li>Do độ nhạy của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ, điều khiển nhiệt độ được ưu tiên khi thiết kế phản ứng </li></ul>
  41. 42. Điều khiển nhiệt độ của 1 bình phản ứng có cánh khuấy, hoạt động theo mẻ hoặc liên tục, bơm hồi lưu qua các thiết bị trao đổi nhiệt. HTM có thể đặt bên ngoài hoặc bên trong bình.
  42. 43. Điều khiển trực tiếp hoặc kết hợp nhiệt độ của bình phản ứng bằng 1 thiết bị trao đổi nhiệt bên trong. Nhiệt độ của bình dùng để cài đặt ĐK nhiệt độ của HTM. ĐK trực tiếp bỏ qua TC2 và điều khiển 1 điểm ở đầu ra của HTM, hoặc trên đường đi sản phẩm hoặc trong bình.
  43. 44. BƠM CHẤT LỎNG <ul><li>Có 3 loại bơm: </li></ul><ul><li>Bơm li tâm </li></ul><ul><li>Bơm kiểu xoay </li></ul><ul><li>Bơm kiểu pittong </li></ul><ul><li>Đầu ra của bơm được điều khiển bằng việc điều </li></ul><ul><li>chỉnh tốc độ động cơ. </li></ul>
  44. 45. Tiết lưu dòng của bơm li tâm Điều khiển tốc độ của 1 loại bơm bất kì bằng cách điều chỉnh tốc độ động cơ bằng bộ phận giảm tốc, khớp nối từ hoặc khớp nối thủy lực
  45. 46. Bên trái là điều khiển vòng của bơm quay và bên phải là bơm pittong có bộ triệt dao động để hãm êm khi áp suất tăng đột ngột
  46. 47. 7. MÁY NÉN <ul><li>Có 3 loại máy nén chính là: </li></ul><ul><li>Máy nén li tâm và hướng tâm </li></ul><ul><li>Máy nén kiểu dịch chuyển </li></ul><ul><li>Máy nén pittong tịnh tiến . </li></ul>
  47. 48. ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT BẰNG CẢ TUABIN VÀ ĐỘNG CƠ CỦA BƠM LI TÂM
  48. 49. Điều khiển dòng bằng cả tuabin hoặc động cơ của bơm li tâm. SC là 1 cấu trợ động điều chỉnh van chỉ hướng trong đầu hút của máy nén.
  49. 50. ĐIỀU KHIỂN MÁY NÉN KIỂU DỊCH CHUYỂN VÀ PITTÔNG <ul><li>Điều khiển dòng bằng sự thay đổi tốc độ máy </li></ul><ul><li>Điều khiển áp suất bằng 1 van vòng ở đầu hút của máy nén </li></ul>

×