Hiện nay tự động hóa các quá trình sản xuất khá quen thuộc với các nhà máy sản xuất, vì tính hiệu quả về năng suất, tiết kiệm nhân công, tăng độ chính xác của nó và giảm giá thành sản phẩm, do đó nó được đang rất được ưa chuộng và được ứng dụng rộng rãi.Nhờ ứng dụng các phương tiện kỹ thuật tiên tiến, hiện đại như các dụng cụ, các thiết bị và máy điều khiển cho phép thực hiện các quá trình công nghệ theo một chương trình đã được tạo dựng, phù hợp với những tiêu chuẩn cho trước. Có thể nói việc ứng dụng các hệ thống điều khiển trong các thiết bị cũng như toàn bộ hệ thống sản xuất là một bước tiến dài trong sự phát triển làm tăng sự ổn định và hiệu quả sử dụng.Bài tiểu luận này xin trình bày về “Tự động hóa trong quá trình cô đặc dung dịch NaOH sử dụng hệ thống cô đặc xuôi chiều 2 nồi ống tuần hoàn trung tâm”.NaOH là 1 chất quen thuộc được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong đời sống hằng ngày, nó là nguồn nguyên liệu cơ bản, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp hóa chất và luyện kim, ngành dệt nhuộm, y dược, thuốc trừ sâu, hóa hữu cơ tổng hợp…
Trang 1MỞ ĐẦU
Hiện nay tự động hóa các quá trình sản xuất khá quen thuộc với các nhà máy sản xuất, vì tính hiệu quả về năng suất, tiết kiệm nhân công, tăng độ chính xác của nó và giảm giá thành sản phẩm, do đó nó được đang rất được ưa chuộng và được ứng dụng rộng rãi
Nhờ ứng dụng các phương tiện kỹ thuật tiên tiến, hiện đại như các dụng
cụ, các thiết bị và máy điều khiển cho phép thực hiện các quá trình công nghệ theo một chương trình đã được tạo dựng, phù hợp với những tiêu chuẩn cho trước Có thể nói việc ứng dụng các hệ thống điều khiển trong các thiết bị cũng như toàn bộ hệ thống sản xuất là một bước tiến dài trong sự phát triển làm tăng
sự ổn định và hiệu quả sử dụng
Bài tiểu luận này xin trình bày về “Tự động hóa trong quá trình cô đặc dung dịch NaOH sử dụng hệ thống cô đặc xuôi chiều 2 nồi ống tuần hoàn trung tâm”.
NaOH là 1 chất quen thuộc được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong đời sống hằng ngày, nó là nguồn nguyên liệu cơ bản, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp hóa chất và luyện kim, ngành dệt nhuộm, y dược, thuốc trừ sâu, hóa hữu cơ tổng hợp…
Trang 2
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP VÀ SƠ ĐỒ THIẾT BỊ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC NaOH BẰNG HỆ THỐNG XUÔI CHIỀU 2 NỒI ỐNG
TUẦN HOÀN TÂM
I Phương pháp cô đặc
1 Định nghĩa.
Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chưa chất không tan bay hơi, ở nhiệt độ sôi, với mục đích:
Làm tăng nồng độ chất tan
Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh)
Thu dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước)
Cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất, trong hệ thống thiết bị
cô đặc (nồi), hay trong hệ thống có nhiều thiết bị cô đặc ( nhiều nồi) Quá trình
có thể gián đoạn hoặc liên tục
Cô đặc không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dung dịch dễ bị phân hủy vì nhiệt, ngoài ra còn làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch, dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt Mặt khác, cô đặc chân không thì nhiệt độ sôi của dung dịch thấp nên có thể tận dụng nhiệt thừa của các quá trình sản xuất khác cho quá trình cô đặc
Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thường dùng cho các dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ ( là hơi bay ra trong quá trình cô đặc) cho cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác
2 Một số tính chất vật lý của dung dịch liên quan đến quá trình cô đặc.
Trang 3a Nhiệt hòa tan: Nhiệt hòa tan của các chất rắn khi hòa tan trong dung
môi có hai quá trình xảy ra
Do tương tác giữa các phân tử của dung môi và các phân tử chất tan mà mạng lưới tinh thể bị phá vỡ đây là quá trình thu nhiệt
Do tạo thành mối liên kết giữa các phân tử của chất tan và phân tử của dung kmooi gọi là quá trình solvat hóa đây là quá trình tỏa nhiệt
Lượng nhiệt hòa tan chính là tổng của 2 lượng nhiệt này Khi tính toán cân bằng nhiệt cho quá trình cô đặc ta cần biết nhiệt hòa tan để thêm vào hay bớt nhiệt đi
b Nhiệt độ sôi của dung dịch.
Nhiệt độ sôi của dung dịch là một thông số kỹ thuật rất quan trọng khi tính toán và thiết kế truyền nhiệt cô đặc Vì căn cứ vào nhiệt độ sôi của dung dịch ta sẽ chọn được chất tải nhiệt với các thông số vật lý thích hợp, và chọn được chế độ làm việc hợp lý của thiết bị
II Công nghệ cô đặc
Có 2 hệ thống cô đặc: Cô đặc một nồi và cô đặc nhiều nôi Do ở bài tiểu luận nói về quy trình cô đặc 2 nồi do đó ta tìm hiểu hệ thống cô đặc nhiều nồi
1 Nguyên tắc cô đặc nhiều nồi:
Nồi thứ nhất, dung dịch được đun bằng hơi đốt; hơi thứ của nồi này vào đun nồi 2 Hơi thứ của nồi thứ 2 được đưa vào đun nồi thứ 3 v.v…, hơi thứ của nồi cuối cùng được đưa vào thiết bị ngưng tụ (như hình vẽ dưới đây)
Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi được bốc hơi 1 phần, nồng độ của dung dịch tăng dần lên
Điều kiện dể truyền nhiệt trong các nồi phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay phải có chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ
Trang 4trong các nồi Nghĩa là áp suất trong mỗi nồi phải giàm dần vì mỗi hơi thứ của nối trước làm hơi đốt cho nồi sau Thông thường thì nồi đầu làm việc với áp suất dư, còn nồi cuối làm việc ở áp suất chân không
Ưu điểm của cô đặc nhiều nồi: Cô đặc nhiều nồi có hiệu quả kinh tế cao về
sử dụng hơi đốt so với một nồi
2 Phân loại các hệ thống cô đặc nhiều nồi
Cô đặc nhiều nồi có 3 loại: xuôi chiều và ngược chiều, song song
+ Cô đặc 3 nồi xuôi chiều:
Dung dịch đi vào nồi 1 tiếp tục chuyển sag nồi 2 rồi nồi 3 nhờ chênh lệch
áp suất trong các nồi Còn hơi đốt đi vào phòng đốt của nồi 1 để đốt nóng dung dịch nồi 1, hơi thứ của nồi 1 đi vào phòng đốt nồi 2, hơi thứ của nồi 2 đi vào phòng đốt của nồi 3 và hơi thứ của nồi 3 đi vào thiết bị nhưng tụ 5
Ưu điểm của hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều: Loại này có ưu điểm
là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất Nhiệt độ nồi trước lớn hơn nồi sau
Nhược điểm của hệ thống: Nhiệt độ của các dung dịch ở các nồi sau thấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch lại tăng dần làm cho bộ nhớt của dung dịch tăng nhanh, kết quả hệ số truyền nhiệt sẽ giảm từ nồi đầu đến nồi cuối
+ Hệ thông cô đặc nhiều nồi ngược chiều: Đối với hệ thống này hơi di chuyển
giống như ở trường hợp xuôi chiều, còn dung dịch đi vào nồi 3 và sản phẩm ra khỏi ở nồi 1 Ở đây, áp suất nồi trước lớn hơn nồi sau, do đó dung dịch k tự chảy từ nồi nọ sang nồi kia được mà phải dùng bơm để vận chuyển
Ưu điểm: Hệ số truyền nhiệt trong các nồi hầu như không giảm đi mấy, lượng nước dùng làm ngưng tụ hơi trong thiết bị ngưng tụ sẽ nhỏ hơn
Trang 5Nhược điểm: Cô đặc ngược chiều cần phải có bơm để vận chuyển dung dịch
+ Hệ thống cô đặc nhiều nồi song song: Ở hệ thống này dung dịch đầu vào
đồng thời ở các nồi Sản phẩm cũng đồng thời được lấy ra ở mỗi nồi
Hệ thống này chỉ dùng khi yêu cầu nồng độ của dung dịch k cao lắm, vì khi dung dịch cô đặc kết tinh, di chuyển từ nối nọ sang nồi kia dễ làm tắc ống
3 Cấu tạo của thiết bị cô đặc
Có 3 loại cấu tạo của thiết bị cô đặc:
Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn ở tâm
Thiết bị cô đặc phòng đốt treo
Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài
Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức
Thiết bị cô đặc loại màng
Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng
Thiết bị cô đặc loại roto
Trong bài tiểu luận này ta sử dụng cấu tạo thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn ở tâm:
+ Cấu tạo: Phòng đốt 1, ống truyền nhiệt 2, và ống tuần hoàn 3 tương đối lớn + Hoạt động: Dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp hơi –lỏng
có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống, còn trong ống tuần hoàn thể tích dung dịch lớn hơn so với ống truyền nhiệt do đó lượng hơi tạo ra trong ống truyền nhiệt ít hơn vì vậy, khối lượng riêng của hỗn hợp hơi – lỏng ở đây lớn hơn trong ống truyền nhiệt, sẽ bị đẩy xuống dưới Kết quả là trong thiết bị có chuyển động tuần hoàn tự nhiên từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hoàn Vận tốc tuần hoàn càng lớn hệ số
Trang 6cấp nhiệt phía dung dịch càng tăng, quá trình đóng cặn trên bề mặt truyền nhiệt giảm
Ưu điểm của cấu tạo thiết bị này: Cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa và làm sạch
Nhược điểm: Vận tốc tuần hoàn cũng bị giảm vì ống tuần hoàn cũng bị đun nóng
III Sơ đồ dây chuyền sản cô đặc NaOH 2 nồi xuôi chiều ống tuần hoàn
tâm
1 Dây chuyền hệ thống bao ghồm:
1- Phòng chưa hỗn hợp ban đầu
2- Thùng cao vị
3- Bơm ly tâm
4- Thùng chứa nước ngưng
5- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
6,7,8- Thiết bị tháo nước ngưng
9,10- Nồi cô đặc
11- Thùng chứa sản phẩm
12- Thiết bị ngưng tụ
13- Thiết bị thu hồi
14- Bơm chân không
15- Bơm ly tâm
2 Quá trình làm việc của hệ thống:
Trang 7Dung dịch từ thùng chứa (1) được bơm (3) đưa lên thùng cao vị (2) , qua lưu lượng kế đi vào thiết bị gia nhiệt (5) Tại thiết bị gia nhiệt (5), dung dịch đi từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và được đun nóng đến nhiệt độ sôi rồi được đi vào nồi cô đặc (9) Sử dụng hơi bão hòa đi từ ngoài ống truyền nhiệt từ trên xuống để gia nhiệt Nước ngưng được tháo ra ngoài nhờ thiết bị tháo nước ngưng (6) rồi đưa vào thùng chưa (4)
Trang 8Tại nồi cô đặc (9), dung dịch chuyển động tuần hoàn từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống dưới trong ống tuần hoàn Do có sự chênh lệch áp suất giữa nồi (9) và nồi (10) nên dung dịch đặc tự chuyển động đi tiếp sang nồi
cô đặc (10) Còn hơi thứ bốc lên dùng làm hơi đốt cho nồi sau Hơi đốt đi vào khoảng trống phía ngoài ống truyền nhiệt sau khi cấp nhiệt sẽ ngưng tụ lại và được tháo ra ngoài bằng thiết bị tháo nước ngưng (7) rồi đưa về thùng chưa (4) Tại nồi cô đặc (10), quá trình diễn ra tương tự, sản phẩm là dung dịch NaOH đặc đưa về thùng chưa (11) Hơi thứ được dẫn sang thiết bị ngưng tụ (12) Nước ngưng được tháo ra nhờ thiết bị tháo ngưng (8)
Trong thiết bị ngưng tụ (12), hơi thứ đi từ dưới lên trao đổi nhiệt với nước làm lạnh đi từ trên xuống và ngưng tụ, chảy vào bể chứa Khí không ngưng đi qua thiết bị thu hồi bọt (13) và được bơm chân không (14) hút ra ngoài
Trang 9CHƯƠNG II THỰC HIỆN ĐIỀU KIỂN TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
CÔ ĐẶC NaOH SỬ DỤNG HỆ THỐNG XUÔI CHIỀU 2 NỒI ỐNG TUẦN
HOÀN
Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động:
Y Z
X
Y PV Y SV
ε µ
ĐT: Đối tượng tự động hóa; CB: Cảm biến; SS: So sánh; BĐ: Bộ đặt; N:
Nguồn; BĐK: Bộ điều khiển; CCCH: Cơ cấu chấp hành; X: Tác động điều chỉnh; Y: Thông số điều chỉnh; Z: Các thông số nhiễu; Y PV : Giỏ trị thực tế của thụng số Y; Y SV : Giá trị đặt của thông số Y.
Dưới tác động của nhiễu Z hoặc tác động đầu vào X thay đổi, làm cho thông số công nghệ Y thay đổi, hay giá trị đo được YPV thay đổi, dẫn đến giá trị sai lệch ồ thay đổi, kéo theo giá trị tác động điều chỉnh µ thay đổi, và do đó thiết
bị chấp hành sẽ đưa ra tác động điều chỉnh yếu tố đầu vào để bù vào sai lệch làm cho thông số công nghệ Y trở lại bình thường
I Yêu cầu về điều khiển
+ Đảm bảo về chất lượng cho các quá trình bốc hơi
+ Đảm bảo cung cấp hơi thứ cho quá trình
+ Đảm bảo sự ổn định của mức của dung dịch trong thiết bị
Trang 10II Sơ đồ điều khiển tự động.
1 Điều khiển nhiệt độ:
Các thiết bị đo và điều khiển nhiệt độ của dòng hơi đốt nóng và dòng nguyên liệu đi từ thiết bị gia nhiệt ra và của 2 nồi cô đặc được đặt như trên hình vẽ + Nhiệt độ dòng hơi đốt: Được thiết bị đo hiển thị và ghi, đặt trên tủ điều khiển + Nhiệt độ của dòng nguyên liệu đi ra khỏi thiết bị gia nhiệt (5): Cũng được thiết bị đo hiển thị và ghi đặt trên tủ điều khiển
+ Nhiệt độ của hai nồi cô đặc: Cũng được thiết bị đo hiển thị và ghi được đặt tại các nồi
2 Điều khiển áp suất
Đo áp suất của hơi thứ tại nồi (9) và (10) và tại trong nồi
Trang 11+ Đo áp suất tại 2 dòng hơi thứ từ 2 nồi (9) và (10): Thiết bị đo hiển thị và ghi, được đặt trên tủ điều khiển
+ Đo áp suất trong 2 nồi cô đặc (9) và (10): Thiết bị đo hiển thị và ghi, được đặt tại các nồi
3 Điều chỉnh lưu lượng
Đo mức lưu lượng dòng nguyên liệu đi vào, thông qua thiết bị đo hiển thị và ghi Nếu giá trị đo được mà lớn hơn giá trị đặt thì thiết bị tự điều chỉnh bằng cơ cấu chấp hành thông qua việc đóng hoặc mở van
4 Điều chỉnh mức
Điều chỉnh mức ở thiết bị gia nhiệt (5): Sử dụng thiết bị đo mức hiển thị và ghi, nếu giá trị mức đo được trong thiết bị gia nhiệt lớn hơn giá trị đặt thì thiết bị tự điều chỉnh độ mở của van để tháo nước ngưng
Điều chỉnh mức ở hai nồi cô đặc (9) và (10): Sử dụng thiết bị đo truyền xa sau
đó nó sẽ đi đến thiết bị đo và điều chỉnh Nếu mức nước ngưng đo được cao hơn giá trị đặt cho phép thì thiết bị tự điều chỉnh độ mở của van để tháo nước ngưng
5 Cảm biến đo độ đậm đặc của dung dịch
Đo nông độ dòng sản phẩm trước khi vào thùng chứa, sử dụng thiết bị bộ cảm biến truyền xa Nếu độ đậm đặc thấp hơn giá trị yêu cầu thì thiết bị thay đổi độ
mở của van hơi đốt sao cho cường độ bốc hơi tăng
Trang 12CHƯƠNG III: KẾT LUẬN Qua quá trình làm bài tiểu luận: Tự động hoá quá trình cô đặc NaOH sử dụng hệ thống xuôi chiều 2 nồi tuần hoàn tâm em có những kết luận sau:
Đã thu đựơc những kiến thức tổng quan về quá trình tự động hoá một dây chuyền sản suất
Việc tự động hoá một quá trình sản xuất đòi hỏi phải thật logic và đơn giản nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất
Quá trình cô đặc NaOH sử dụng hệ thống xuôi chiều 2 nồi tuần hoàn tâm phụ thuộc vào nhiệt độ dòng hơi đốt và áp suất của từng nồi Ở sơ đồ điều khiển đã thiết kế này có thể thay đổi lượng hơi đốt vào nồi cô đặc (9) để đạt được nồng độ cô đặc theo yêu cầu Và ở đây ta cũng điều chỉnh được mức nước ngưng ở thiết bị gia nhiệt nồi cô đặc
Quá trình tự động hoá đặc biệt khi nhà công nghệ áp dụng thích hợp sẽ đưa ra những cảnh báo kịp thời nhằm bảo vệ thiết bị, tính mạng và tài sản của nhà máy, của tổ chức sản xuất…
Trang 13TÀI LIỆU THAM KHẢO