Ngày nay tự động hóa các quá trình công nghệ trong các nhà máy công nghiệp là rất cần thiết, việc tự động hóa cá nhà máy công nghiệp mang lại hiệu quả to lớn cho nhà máy nói riêng và xã hội nói chung. Một số lợi ích khi tụ động hóa các quá trình công nghệ hóa học: + Năng suất thiết bị tăng trên cơ sở duy trì các thông số tối ưu của công nghệ. + Chất lượng sản phẩm ổn định. + Giảm tổn thất, chi phí nguyên, nhiên, vật liệu trong sản xuất. + Cho phép sử dụng công nghệ tiên tiến có độ phức tạp cao. + Năng suất lao động tăng. + Giảm kích thước nhà xưởng, tiết kiệm mặt bằng. + Cải thiện môi trường lao động, nhất là những công việc độc hại, nặng nhọc. Trên thế giới, đặc biệt là tại các nước phát triển gần như các nhà máy công nghiệp được tự động hóa hoàn toàn. Ở Việt Nam, việc ứng dụng tự động hóa trong các nhà máy công nghiệp là rất ít và gặp rất nhiều khó khăn. Trong các phân xưởng, các nhà máy của ngành công nghệ hoá học, việc điều khiển và tối ưu hoá quá trình công nghệ là nhiệm vụ mà người kỹ sư luôn phải tìm hiểu và thực hiện. Môn học Tự động hoá trong công nghệ hoá học đã trang bị cho các học viên những kiến thức cơ bản, cách thức, trình tự, nguyên lý của các phép đo, điều khiển để tiến hành tự động hoá các quá trình công nghệ trong các nhà máy công nghiệp.
Trang 1MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 2 PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXÍT SUNPHURIC 3
1 Công suất, quy cách sản phẩm và yêu cầu nguyên liệu: 3
2 Kỹ thuật công nghệ sản xuất: 3
PHẦN II: HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN 7 1 Tổng quan: 7
2 Các yêu cầu đối với hệ thống đo lường điều khiển: 7
3 Các thông số công nghệ chính của dây chuyền: 11
KẾT LUẬN 14
Trang 2MỞ ĐẦU
Ngày nay tự động hóa các quá trình công nghệ trong các nhà máy công nghiệp
là rất cần thiết, việc tự động hóa cá nhà máy công nghiệp mang lại hiệu quả to lớn cho nhà máy nói riêng và xã hội nói chung Một số lợi ích khi tụ động hóa các quá trình công nghệ hóa học:
+ Năng suất thiết bị tăng trên cơ sở duy trì các thông số tối ưu của công nghệ + Chất lượng sản phẩm ổn định
+ Giảm tổn thất, chi phí nguyên, nhiên, vật liệu trong sản xuất
+ Cho phép sử dụng công nghệ tiên tiến có độ phức tạp cao
+ Năng suất lao động tăng
+ Giảm kích thước nhà xưởng, tiết kiệm mặt bằng
+ Cải thiện môi trường lao động, nhất là những công việc độc hại, nặng nhọc Trên thế giới, đặc biệt là tại các nước phát triển gần như các nhà máy công nghiệp được tự động hóa hoàn toàn Ở Việt Nam, việc ứng dụng tự động hóa trong các nhà máy công nghiệp là rất ít và gặp rất nhiều khó khăn Trong các phân xưởng, các nhà máy của ngành công nghệ hoá học, việc điều khiển và tối ưu hoá quá trình công nghệ là nhiệm vụ mà người kỹ sư luôn phải tìm hiểu và thực hiện
Môn học Tự động hoá trong công nghệ hoá học đã trang bị cho các học viên
những kiến thức cơ bản, cách thức, trình tự, nguyên lý của các phép đo, điều khiển
để tiến hành tự động hoá các quá trình công nghệ trong các nhà máy công nghiệp
Tiểu luận: “ Tự động hoá quá trình công nghệ công đoạn sấy và hấp thụ trong dây chuyền công nghệ sản xuất axít Sunphuric” trình bày phương án ứng
dụng tự động hóa trong nhà máy sản xuất axít Sunfuric Do mới tìm hiểu về môn học và thời gian ngắn nên nội dung tiểu luận và phương án đo lường điều khiển còn nhiều sai sót Vì vậy rất mong thầy góp ý để bài tiểu luận được hoàn thiện hơn
Trang 3PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY CHUYỀN
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXÍT SUNPHURIC
1 Công suất, quy cách sản phẩm và yêu cầu nguyên liệu
+ Công suất thiết kế của xưởng là: ~ 420.000 Tấn/năm
+ Quy cách sản phẩm:
Nồng độ H2SO4 : 98,5% 0,2% trọng lượng
Chất lượng sản phẩm:
- Fe (% khối lượng) : ≤ 0,01%
- Cặn (% khối lượng) : ≤ 0,02%
- Sản phẩm axít có nhiệt độ tối đa đến 40oC + Yêu cầu nguyên liệu: Lưu huỳnh rắn 99,5%, chất lượng như sau:
- Độ tro : 0,1-0,5%
- Axít (như H2SO4) : ≤ 0,005%
- Tạp chất hữu cơ : 0,04 – 0,08%
- Tạp chất Asen : không
2 Kỹ thuật công nghệ sản xuất
Xưởng sản xuất axít Sunphuríc bao gồm các công đoạn chính như sau:
2.1 2.1 Kho lưu huỳnh: Lưu huỳnh rắn được nhập vào kho Lưu huỳnh từ kho được cấp đến công đoạn nấu chảy lưu huỳnh
2.2 Công đoạn nấu chảy lưu huỳnh: Lưu huỳnh rắn được vận chuyển từ kho chứa lưu huỳnh sang Tại đây, lưu huỳnh được làm nóng chảy bằng tác nhân nóng là hơi nước Lưu huỳnh nóng chảy được bơm sang lò đốt lưu huỳnh của công đoạn đốt và tiếp xúc
Trang 42.3 Công đoạn đốt và tiếp xúc: Đây là một trong những giai đoạn cơ bản trong công nghệ sản xuất axít Sunphuríc Lưu huỳnh lỏng được đốt cháy (Oxy hóa) trong không khí thành dạng lưu huỳnh dioxit (SO2) sau đó được Oxy hóa (chuyển hóa) tiếp thành lưu huỳnh trioxit (SO3) Các phản ứng như sau:
S + O2 = SO2
SO2 + 1/2 O2 = SO3
Hỗn hợp SO3 sau đó được đưa sang công đoạn sấy hấp thụ Tổng hiệu suất chuyển hóa SO2 sang SO3 trong toàn bộ quá trình chuyển hóa nói trên đạt ~99,9%
2.4 Công đoạn sấy và hấp thụ: Mấu chốt của công đoạn này là lưu huỳnh trioxit (SO3) kết hợp với nước (H2O) thành axít Sunphuríc (H2SO4) theo phản ứng húa học sau:
SO3 + H2O = H2SO4
Các bước chính trong công đoạn sấy và hấp thụ như sau:
Sấy không khí: Không khí được hút vào thiết bị lọc không khí (20.4-X041) và vào tháp sấy (20.4-T041) nhờ một quạt hút dẫn động bằng tua bin hơi nước (20.4-C041) Tại tháp sấy, không khí được sấy trực tiếp bởi axít tuần hoàn 98,5% Không khí được tách nước và mù axít cuốn theo sau khi qua tấm lưới khử mù được lắp ở đỉnh của tháp sấy Quạt hút (20.4-C041) cung cấp động lực để đưa khí qua tháp sấy Quá trình hấp thụ nước của axít trong tháp sấy sẽ tỏa nhiệt và đồng thời làm tăng nhiệt độ của không khí khô (không khí đã được hấp thụ hết hơi nước) Không khí khô sau đó được cung cấp cho lò đốt lưu huỳnh để Oxy hóa lưu huỳnh lỏng
Hấp thụ trung gian: Khí đã được làm nguội sau khi ra khỏi thiết bị tận dụng nhiệt sau lớp 3 lần 2 vào tháp hấp thụ trung gian (20.4-T042) Trong tháp hấp thụ trung gian (20.4-T042) khí SO3 được tách ra khỏi dòng hỗn hợp khí SO3 bằng cách hấp thụ vào dung dịch axít Sunphuríc tuần hoàn Hỗn hợp
Trang 5khí SO2 sau khi qua tháp hấp thụ trung gian (20.4-T042) và hệ thiết bị khử
mù axít (20.4-X044) sẽ quay lại công đoạn chuyển hóa để chuyển hóa hết khí SO2 thành SO3
Hấp thụ cuối: Hỗn hợp khí SO3 ra khỏi thiết bị tận dung nhiệt sau lớp 5 lần 2 đi vào tháp hấp thụ cuối (20.4-T043) trước khi thải ra ngoài thông qua ống thải khí Tại tháp hấp thụ cuối cùng, SO3 trong dòng khí phản ứng với nước có trong axít tuần hoàn 98,5%
Hệ thống Axít hấp thụ: Trong tháp hấp thụ trung gian (20.4-T042) và tháp hấp thụ cuối (20.4-T043), SO3 trong dòng hỗn hợp khí SO3 phản ứng với nước có trong axít tuần hoàn 98,5% Nhiệt độ của axít tuần hoàn qua tháp hấp thụ tăng do sự tỏa nhiệt của phản ứng hấp thụ Axít ra khỏi tháp hấp thụ trung gian và thấp hấp thụ cuối quay lại thùng chứa axít (20.4-V041) Mù axít có chứa SO3 tương đương H2SO4 100% thải ra nhỏ hơn 35mg/Nm3 do đó lọc tách qua các thiết bị khử mù
Hệ thống axít hấp thụ gồm một thùng chứa axit (20.4-V041) và các bơm axít (20.4-P041, P044) có một vách ngăn ở giữa, vách ngăn này giúp cho axít của tháp hấp thụ cuối tách khỏi phần khác của hệ thống, vì vậy SO2 hòa tan sẽ không bị thải trực tiếp tới ống thải khí nhà máy (20.4-S041) Ngăn của bể có bơm (20.4-P044) tuần hoàn axít hấp thụ cuối, bơm này cung cấp axít qua thiết bị làm lạnh axít cuối (20.4-E044) rồi tới tháp hấp thụ cuối Axít hấp thụ cuối sẽ quay lại chính ngăn này, một phần axít ra khỏi tháp sấy được
bổ sung tới ngăn chứa axít hấp thụ cuối này để kiểm soát nồng độ của axít theo yêu cầu Axít thừa từ ngăn axít hấp thụ cuối này sẽ chảy xuống dưới vách ngăn lửng sang ngăn kia của bể chứa bơm (20.4-P041) phía axít hấp thụ trung gian
Bơm axít tuần hoàn cung cấp axít qua thiết bị sấy lọc sơ bộ (20.4-ST041) và thiết bị làm lạnh Axit hấp thụ trung gian (20.4-E042) Axít từ tháp hấp thụ trung gian và tháp sấy quay trở lại ngăn tương ứng Nồng độ axít trong ngăn trung gian được duy trì ở 98,5% H2SO4 bằng cách thêm nước khử
Trang 6khoáng vào lượng nhỏ tuần hoàn tới thùng chứa axít Axít sản phẩm 98,5% được lấy ra theo dòng của thiết bị làm mát axít chính (20.4-E041) và chảy qua thiết bị làm mát axít sản phẩm (20.4-E043)
2.5 Kho chứa Axít Sunphuaríc: Axít sản phẩm sau khi làm mát bởi thiết bị làm mát axít sản phẩm (920.4-E043) được chảy về kho chứa Axít Sunphuaríc dự trữ cho sản xuất Kho chứa này được bố trí hai bồn chứa axít Sunphuaríc (20.5-V01A/B) với sức chứa 7200 tấn, trong kho có bố trí hai bơm axít Sunphuaríc (20.5-P01A/B) để cấp đến xưởng sản xuất DAP và xưởng sản xuất axít Phốtphoríc
Trang 7PHẦN II: HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN
1 Tổng quan:
Ta sẽ đưa ra các yêu cầu tổng quát về mức độ điều khiển tự động cho toàn bộ hệ thống đo lường điều khiển của nhà máy trong điều kiện vận hành bình thường và đảm bảo an toàn khi hệ thống công nghệ sự cố và dự kiến cấu hình cho hệ thống điều khiển, đồng thời đưa ra yêu cầu cho việc lựa chọn và thiết kế hệ thống đo lường điều khiển
Nhà máy sản xuất axít sulfuric, có dây chuyền công nghệ phức tạp làm việc ở điều kiện nhiệt độ và áp lực cao, dễ cháy nổ, ăn mòn cao, có yêu cầu chặt chẽ về bảo vệ môi trường và an toàn sản xuất Các yếu tố này rất quan trọng đối với việc lựa chọn hệ thống điều khiển tự động để hệ thống vận hành an toàn và hiệu quả
3 Các yêu cầu đối với hệ thống đo lường điều khiển:
3.1 Mức độ tự động hóa
Hệ thống điều khiển được lập dựa trên nguyên tắc áp dụng kỹ thuật tiên tiến, kinh tế hợp lý, vận hành chắc chắn, thuận tiện, đáp ứng đầy đủ yêu cầu công nghệ sản xuất Căn cứ công nghệ sản xuất của nhà máy, yêu cầu vận hành, ta áp dụng phương thức điều khiển tập trung để giám sát và điều khiển quá trình sản xuất của nhà máy Theo đó một hệ thống điều khiển hiện đại sẽ được sử dụng để điều khiển, giám sát các thông số công nghệ của các dây chuyền sản xuất chính và các bộ phận quan trọng khác trong nhà máy Đối
Trang 8với các hạng mục phụ trợ không ảnh hưởng trực tiếp đến dây chuyền sản xuất chính sẽ thực hiện điều khiển tại chỗ, các thông tin cần thiết sẽ được gửi
về trung tâm điều khiển
Các thiết bị đo chỉ thị tại chỗ sẽ được lắp tại các vị trí công nghệ có yêu cầu quan sát trong quá trình vận hành chạy thử hoặc tại các vị trí chỉ cần theo dõi tại chỗ mà không cần hiển thị tại trung tâm
3.2 Yêu cầu chung đối với hệ thống điều khiển trung tâm:
- Có khả năng điều khiển, hiển thị, khống chế một cách tốt nhất các thông số công nghệ của dây chuyền sản xuất
- Cung cấp đầy đủ và chính xác các thông tin phục vụ kịp thời cho quản lý, lưu trữ và điều hành sản xuất
- Theo dõi tình trạng làm việc, điều khiển, liên động, bảo
vệ các động cơ điện trong dây chuyền sản xuất chính
- Điều khiển tập trung toàn bộ các dây chuyền chính và
có khả năng chuyển sang chế độ điều khiển bằng tay khi cần thiết
3.3 Thiết bị đo hiện trường:
Đo nhiệt độ:
Đồng hồ chỉ thị nhiệt độ tại chỗ sử dụng loại nhiệt kế lưỡng kim có đường kính mặt đồng hồ 150mm
Tại các điểm quan trọng sử dụng cặp nhiệt điện kiểu K đo nhiệt độ rất cao, kiểu S đo nhiệt độ cao và nhiệt điện trở Pt100 cho các điểm nhiệt độ thấp
Vật liệu của thermowell phải tương đương hoặc cao hơn vật liệu đường ống, thông thường là SS304 Tại các điểm đo nhiệt độ cao thì sử dụng cặp nhiệt có vỏ làm từ vật liệu chịu được nhiệt độ cao Đo nhiệt độ lò đốt dùng loại cặp nhiệt có vỏ làm từ vật liệu chịu nhiệt độ cao và chịu ăn mòn
Đo áp suất:
Trang 9Đồng hồ chỉ thị áp suất tại chỗ sử dụng loại áp kế lò xo hoặc loại capsule Đồng hồ áp kế có màng phân ly sử dụng tại những vị trí mà môi chất có thể gây tắc và có tính chất ăn mòn Vật liệu màng đuợc xác định tuỳ thuộc vào từng loại môi chất công nghệ áp kế kiểu chống rung được dùng để
đo áp suất trên các đường ống đẩy của bơm Đường kính của mặt đồng hồ thông thường là 150mm
Biến truyền áp suất được sử dụng để đo áp suất tại những vị trí quan trọng Biến truyền áp suất có màng sử dụng cho các môi chất dạng tinh thể,
có độ nhớt và ăn mòn
Đo lưu lượng:
Nói chung, tấm lỗ đồng tâm (hoặc hình nón) kết hợp với biến truyền chênh áp sẽ được sử dụng để đo lưu lượng Vật liệu chế tạo tấm lỗ là thép không gỉ Với trường hợp đặc biệt thì vật liệu sẽ được lựa chọn tuỳ thuộc vào từng môi chất cụ thể
Lưu lượng kế điện từ được sử dụng để đo lưu lượng các môi chất có tính ăn mòn hoặc có lẫn các chất rắn
Lưu lượng kế kiểu votex được sử dụng để đo lưu lượng của hơi nước, khí và chất lỏng có rải đo rộng và độ rung động thấp (không ảnh hưởng đến
sự làm việc bình thường của thiết bị đo)
Lưu lượng khối lượng được sử dụng để đo lưu lượng tại những điểm quan trọng
Đồng hồ đo lưu lượng kiểu quay thường được dùng để đo lưu lượng trên các đường ống có đường kính trong nhỏ hơn 50mm
Lưu lượng kế kiểu Anubar đo tại những vị trí yêu cầu tổn thất áp lực thấp
Tuỳ theo từng điều kịên cụ thể mà có thể sử dụng các thiết bị đo lưu lượng khác
Van điều khiển:
Trang 10Một cách cách tổng thể van điều khiển sử dụng trong công trình đều được truyền động bằng khí nén, điều chỉnh góc mở van qua bộ định vị I/P có đặc tính tiết lưu theo % hoặc tuyến tính Tuỳ vị trí lắp van mà sử dụng van cầu hoặc van bướm
Theo yêu cầu công nghệ, các loại van sau sẽ được sử dụng như van điều khiển đế đơn, van điều khiển đế kép, van bướm, van cầu, van góc v.v
Van đế đơn được dùng cho các điểm yêu cầu độ rò nhỏ, chênh áp trước
và sau van nhỏ
Van đế kép được dùng cho các điểm không có yêu cầu nghiêm ngặt về
độ rò, chênh áp trước và sau van lớn hơn
Van điều khiển kiểu sleeve được sử dụng đối với các dung dịch không
có lẫn các hạt phần tử nhỏ và độ chênh áp trước và sau van lớn
Van kiểu quay sử dụng với các dung dịch có độ nhớt cao và có lẫn các hạt rấn
Van điều khiển kiểu tự truyền động sử dụng trong cho những nơi có yêu cầu điều khiển tại chỗ, không cần truyền tín hiệu đi xa hoặc điều khiển với độ chính xác cao
Vật liệu chế tạo thân van điều khiển không được thấp hơn cấp độ của vật liệu đường ống công nghệ Vật liệu bên trong van sẽ được xác định dựa theo đặc tính của từng môi chất
ở điều kiện bình thường, bộ truyền động kiểu màng được cấp khí nén với áp suất 20 – 100kPa
Van On-Off
Van On-Off tác động nhanh được sử dụng tại những vị trí có yêu cầu phải đóng hoặc mở khẩn cấp khi có sự cố về công nghệ sản xuất
Van On-Off loại thông thường có bộ truyền động khí nén kiểu lò xo, pit tông, có kèm van điện từ kiểu phòng nổ và công tắc vị trí kiểu phòng nổ tại
Trang 11những vị trí cần thiết.
Van On-Off là loại van bi hoặc van bướm Đế van là loại đế mềm cho các ứng dụng thông thường và đế kim loại cho những ứng dụng mà môi chất
có lẫn các hạt rắn hoặc môi chất
Vật liệu thân van On-Off không được thấp hơn cấp độ của vật liệu đường ống công nghệ Vật liệu bên trong van sẽ được xác định dựa theo đặc tính của từng môi chất
3.4 Yêu cầu đối với thiết bị đo lường
Các thiết bị đo lường và điều khiển sử dụng trong nhà máy phải là các thiết bị tiên tiến, làm việc tin cậy, chắc chắn, phù hợp với sản xuất và vận hành an toàn dài hạn của nhà máy
Vật liệu chế tạo các thiết bị đo phải đáp ứng các yêu cầu của môi chất công nghệ và môi trường xung quanh
Hệ thống điều khiển và đo lường đi kèm thiết bị công nghệ (bao gồm tủ điều khiển tại chỗ, phân tử dò, biến truyền, van điều khiển, bộ hiển thị v.v )
sẽ được cấp kèm theo thiết bị và phải tương thích với hệ thống đo lường chung của nhà máy
Trang 124 Các thông số công nghệ chính của dây chuyền:
4.1 Các thiết bị đo và mục đích sử dụng:
Thiết bị đo chênh áp, hiển thị và truyền xa
Thiết bị đo chênh áp, hiển thị và cảnh báo giới hạn trên, lắp đặt tại trung tâm điều khiển
Trang 13Thiết bị đo nhiệt độ và truyền xa.
Thiết bị đo nhiệt độ, hiển thị, lắp đặt tại phòng điều khiển
Thiết bị đo lưu lượng, truyền xa, hiển thị và điều chỉnh lưu
lượng
Thiết bị đo nhiệt độ, truyền xa, hiển thị và
điều chỉnh nhiệt độ
Thiết bị đo lưu lượng và truyền xa
Thiết bị đo lưu lượng, hiển thị, lắp đặt tại trung tâm điều khiển
Thiết bị đo nhiệt độ, hiển thị và điều chỉnh, được lắp đặt tại trung
tâm điều khiển
Thiết bị đo áp suất, hiển thị
Thiết bị đo áp suất, hiển thị và cảnh báo giới hạn trên, được lắp đặt
tại trung tâm điều khiển
4.2 Phân tích một số cụm thiết bị đo lường và điều khiển nhiệt độ:
Trang 14FI: Đo và hiển thị lượng dòng không khí qua thiết bị lọc không khí trước khí vào tháp sấy khí Lưu lượng cần thiết là 107963Nm3/h
PI: Đo và hiển thị áp suất của dòng không khí vào tháp sấy khí
PDIT: Đo chênh lệch áp suất của dòng khí trước và sau lọc, hiển thị và truyền tới trung tâm điều khiển
PDIAH: Đo chênh lệch áp suất, hiển thị, cảnh báo giới hạn trên, được lắp đặt tại phòng điều khiển Khi chênh lệch áp suất đến giới hạn trên sẽ cảnh báo để thay tấm lọc
TI: Đo nhiệt độ và hiển thị của dòng khí ra khỏi thiết bị sấy khí T041
FT -FIC: Đo lưu lượng của dòng khí ra khỏi thiết bị sấy khí T041 truyền về trung tâm điều khiển, tại trung tâm điều khiển sẽ hiển thị và điều chỉnh lưu lượng dòng khí hồi lưu về tháp sấy khí
Các vị trí khác yêu cầu xác định các thông số lưu lượng, nhiệt độ, áp suất cũng được lắp đặt các thiết bị phù hợp