Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển bể điện phân màng trao đổi ion

Công đoạn tinh chế nước muối lần 2 Nước muối cho quá trình điện phân màng trao đổi ion được chuẩn bị bởi việc hoà tan muối vào nước muối từ xưởng điện phân và được tinh chế trong một kiể

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

X W

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG

HỆ ĐIỀU KHIỂN BỂ ĐIỆN PHÂN MÀNG TRAO ĐỔI ION

ĐÀO QUÝ THỊNH

HÀ NỘI - 2009

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp này là do tôi tự hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS TS BÙI QUỐC KHÁNH Các số liệu kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực

Để hoàn thành luận văn này, tôi chỉ sử dụng các tài liệu đã ghi trong mục tài liệu tham khảo, không sử dụng các tài liệu khác mà không được ghi trong phần tài liệu tham khảo

Học viên

Đào Quý Thịnh

2

LỜI MỞ ĐẦU

Trong một dịp đi công tác tại Nhà máy hóa chất thuộc Tổng công ty giấy Việt Nam với nhiệm vụ: thiết kế hệ SCADA giám sát cho 53 ngăn điện phân bể điện phân màng ion R230 Qua quá trình làm việc và tìm hiểu tác giả nhận thấy bể điện phân màng ion là một đối tượng khá hấp dẫn: tồn tại nhiều quá trình cân bằng (vật chất, năng lượng), có sự phản ứng thay đổi vật chất, hơn nữa đối tượng điều khiển lại không

đo được Thực tế bể điện phân do Nhật chế tạo chất lượng rất tốt nhưng hệ điều khiển lại do Trung Quốc chế tạo, với sự giảm thiểu tối đa về kinh tế nên chất lượng điều khiển chưa cao, tính ổn định và bền vững của hệ thống thấp Từ đó tác giả nảy ra ý kiến là phải cải thiện nâng cao chất lượng và tính ổn định của hệ điều khiển bể điện phân màng ion, nâng cao hiệu quả sử dụng vốn, đem lại lợi ích kinh tế cao hơn nữa

Bản luận văn này giới hạn trong việc tìm hiểu, nghiên cứu dây truyền sản xuất xút đặc biệt là công đoạn điện phân màng ion Tác giả tập trung nghiên cứu bể điện phân, tìm cách mô hình hóa đối tượng Từ mô hình tìm được phân tích và đưa ra cấu trúc điều khiển mới nâng cao chất lượng và tính ổn định của hệ điều khiển

Trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu tác giả đã có nhiều thuận lợi khi được làm việc thực tế tại nhà máy Được cung cấp rất nhiều tài liệu thống kê trong quá trình vận hành rất hữu ích trong quá trình mô hình hóa đối tượng Tôi chân thành cảm ơn PGS.TS Bùi Quốc Khánh người có kinh nghiệm làm việc thực tế lâu năm trong lĩnh vực công nghiệp giấy với kiến thức chuyên sâu đã chỉ dẫn nhiệt tình cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn này Tôi cũng gửi lời cảm ơn đến các đồng nghiệp của tôi đã góp ý, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian qua

Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2009

Học viên

Đào Quý Thịnh

3

MỤC LỤC

Lời cam đoan 1

Lời mở đầu 2

Mục lục 3

Danh mục hình vẽ 4

Chương 1: Công nghệ sản xuất xút bằng phương pháp điện phân màng ion 6

1.1 Giới thiệu chung 6

1.2 Công nghệ sản xuất xút 7

1.2.1 Công đoạn rửa hòa tan muối 8

1.2.2 Công đoạn tinh chế nước muối lần 1 8

1.2.3 Công đoạn tinh chế nước muối lần 2 9

1.2.4 Công đoạn điện phân 16

1.3 Quá trình điện phân 20

1.3.1 Quá trình hóa học 20

1.3.2 Công đoạn điện phân trong nhà máy 23

1.3.3 Các thông số điều khiển 28

Chương 2: Hệ điều khiển Industrial IT 800 xA 36

2.1 Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất 36

2.2 Hệ điều khiển Industrial IT 800xA 37

2.2.1 Giới thiệu chung hệ Industrial IT 800xA 37

2.2.2 Các thành phần hệ Industrial IT 800xA 38

2.2.3 Các gói phần mềm cho hệ Industrial IT 800xA 38

2.3 Hệ điều khiển dây truyền sản xuất xút 41

2.3.1 Cấu hình hệ thống điều khiển 41

2.3.2 Các mạch vòng điều khiển và các điểm cảnh báo 44

Chương 3: Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển bể điện phân màng trao đổi ion 56

3.1 Thực trạng hệ thống điều khiển bể điện phân màng trao đổi ion R230 56

3.1.1 Các quá trình cân bằng trong bể điện phân màng trao đổi ion 56

3.1.2 Thực trạng hệ điều khiển bể điện phân màng trao đổi ion 60

3.2 Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển bể điện phân màng trao đổi ion 62

3.2.1 Cải tiến cấu hình hệ thống 63

3.2.2 Cải tiến cấu trúc điều khiển 66

3.2.3 Mô phỏng hệ thống 79

Kết luận 90

Tài liệu tham khảo 91

4

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Quá trình điện phân 6

Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ dây truyền sản xuất xút 8

Hình 1.3: Công đoạn tinh chế nước muối lần 2 10

Hình 1.4 Cấu tạo thùng điện phân R230 17

Hình 1.5 Mặt cắt phía trong của ngăn thùng điện phân .18

Hình 1.6 Hiện tượng xảy ra trong ngăn thùng điện phân 21

Hình 1.7 Sự thẩm thấu qua màng có lựa chọn của ion 22

Hình 1.8 Mô tả quá trình điện phân 23

Hình 1.9: Công đoạn điện phân 27

Hình 1.10: Mối quan hệ giữa cường độ dòng điện và điện áp ngăn thùng 28

Hình 1.11: Sự trao đổi Cation qua màng 30

Hình1.12: Sự ảnh hưởng của chênh lệch áp suất với điện áp ngăn thùng 33

Hình 1.13: Mối quan hệ giữa nhiệt độ của dịch điện giải và điện áp ngăn thùng .34

Hình 2.1: Sơ đồ phân cấp hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất 36

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc hệ Industrial IT 37

Hình 2.3: Vị trí và vai trò cụ thể của từng phần mềm 40

Hình 2.4: Sơ đồ phân cấp hệ thống điều khiển dây chuyến sản xuất xút ở nhà 41

máy hoá chất - Tổng công ty giấy Việt Nam 41

Hình 2.5: Cấu hình hệ thống điều khiển của quá trình sản xuất xút 42

Hình 3.1: Mô hình thùng điện phân R320 56

Hình 3.2: Sơ đồ điều khiển dòng điện hiện tại 60

Hình 3.3: Cấu hình hệ điều khiển hiện tại 61

Hình 3.4: Cấu hình hệ thống mạng Profibus-DP có dự phòng theo phương án 1 63

Hình3.5 Cấu hình hệ thống mạng Profibus-DP có dự phòng theo phương án 2 64

Hình 3.6 Cấu hình hệ thống mạng Profibus-DP có dự phòng theo phương án 3 65

Hình 3.7: Sơ đồ điều khiển dòng điện phân cải tiến 66

Hình 3.8: Sơ đồ mô phòng mạch vòng điều khiển dòng điện 67

Hình 3.9: Kết quả mô phỏng mạch vòng điều khiển dòng điện 68

5

Hình 3.10: Các tham số ảnh hưởng đến quá trình 69

Hình 3.11: Các cấu trúc điều khiển Feed Forward 70

Hình 3.12: Mô hình áp suất đầu ra thùng điện phân R320 75

Hình 3.13: Mô hình nồng độ NaOH đầu ra thùng điện phân 75

Hình 3.15: Công cụ lập trình Control Builder 79

Hình 3.17: Kết quả mô phỏng mạch vòng nước muối cấp 80

Hình 3.18: Mạch vòng điều khiển lưu lượng dòng NaOH 31% 80

Hình 3.19: Mạch vòng điều khiển áp suất khí Hydro 81

Hình 3.20: Mạch vòng điều khiển áp suất khí Clo 81

Hình 3.21: Công cụ lập trình Process Portal A 82

Hình 3.22: Trang màn hình điều khiển số 1 83

Hình 3.23: Trang màn hình điều khiển số 2 84

Hình 3.24: Ba loại Faceplate điều khiển 84

Hình 3.25: Đồ thị xu hướng Trend 85

Hình 3.26: Giao diện SCADA điện áp 53 ngăn điện phân 86

Hình 3.27: Nồng độ NaOH đầu ra tại dòng điện 9 kA khi bổ sung mạch vòng điều khiển lưu lượng NaOH 31% 87

Hình 3.28: Nồng độ NaOH đầu ra tại dòng điện 9 kA khi không có mạch vòng điều khiển lưu lượng NaOH 31% 87

Hình 3.29: Nồng độ NaOH đầu ra tại dòng điện 10 kA khi bổ sung mạch vòng điều khiển lưu lượng NaOH 31% 88

Hình 3.30: Nồng độ NaOH đầu ra tại dòng điện 10 kA khi không có mạch vòng điều khiển lưu lượng NaOH 31% 88

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thống kê các Loop điều khiển 44

Bảng 2.2: Thống kê các điểm hiển thị và cảnh báo 45

Bảng 2.3: Bố trí đầu vào ra tương tự và số 47

Bảng 3.1: Danh mục các thiết bị dự phòng cần thiết 65

6

CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XÚT BẰNG PHƯƠNG PHÁP

ĐIỆN PHÂN MÀNG TRAO ĐỔI ION

1.1 Giới thiệu chung

Hiện nay để sản xuất xút NaOH người ta sử dụng phương pháp điện phân muối

ăn (NaCl) Thực tế có 2 phương pháp điện phân, đó là:

1 Điện phân màng ngăn bằng Amiăng

2 Điện phân màng trao đổi ion (đây là phương pháp điện phân mới, hiện đại và được sử dụng ngày càng phổ biến)

Trong luận văn tốt nghiệp này tôi xin đề cập tới phương pháp điện phân bằng màng trao đổi ion Công nghệ cụ thể của nhà máy hóa chất thuộc Tổng công ty giấy Việt Nam công suất thiết kế 7000 tấn /năm (8000 giờ và 100% NaOH)

Sơ đồ công nghệ chung của quá trình điện phân như hình 1.1

Hình 1.1 Quá trình điện phân

Đầu vào quá trình công nghệ là dung dịch muối ăn NaCl, khi được điện phân bằng dòng điện một chiều với cường độ thích hợp NaCl loãng và khí Clo sẽ thoát ra ở anot, xút và Hydro sẽ đi ra ở catot

Công nghệ này cũng dùng để sản xuất khí Clo trong công nghiệp

7

1.2 Công nghệ sản xuất xút

8

1.2.1 Công đoạn rửa hoà tan muối

Nguyên liệu: Muối công nghiệp với tỷ lệ NaCl đạt từ 90% trở lên

Theo tiêu chuẩn thế giới, muối công nghiệp có chất lượng tốt là muối có:

+ Tỷ lệ NaCl trong muối đạt từ 98 - 99%

1.2.2 Công đoạn tinh chế nước muối lần 1

− Loại hình công nghệ: thiết bị lọc khung bản

− Lưu lượng thiết kế: 900 m3/giờ

− Điều kiện thiết kế của thiết bị lọc khung bản:

+ Số lượng thiết bị: 2 thiết bị lọc (Vận hành trong chế độ dự phòng redundant)

+ Phương thức lọc: dùng khung bản lọc và phương thức cấp liệu của chính thiết bị

− Chu kỳ tái sinh: 48 giờ

− Hiệu suất lọc tối đa: 1ppm (parts per million): một phần triệu

− Đặc tính kỹ thuật của nước muối lần 1

Nước muối cung cấp tới quá trình tinh chế nước muối lần 2 trong dây chuyền của Ashahi phải đạt được các đặc tính kỹ thuật sau:

1.2.3 Công đoạn tinh chế nước muối lần 2

Nước muối cho quá trình điện phân màng trao đổi ion được chuẩn bị bởi việc hoà tan muối vào nước muối từ xưởng điện phân và được tinh chế trong một kiểu thông dụng đối với loại ngăn thùng catốt thuỷ ngân của quá trình điện phân Clo - kiềm Quá trình này yêu cầu phải có quá trình tinh chế nước muối lần 2 Sau khi xử lý với điều kiện cho phép Nước muối đã được tinh chế với bộ lọc nước muối và các cột trao đổi Ion để đạt được chất lượng nưóc muối phù hợp cho quá trình điện phân Clo - kiềm màng trao đổi Ion

− Loại hình công nghệ: Sử dụng nhựa tạo màng anpha Cellulose

− Lưu lượng thiết kế: 9 m3/giờ

− Điều kiện thiết kế của tháp nhựa tạo màng (Chelating Resin Tower)

− Số lượng thiết bị: 2 chiếc (Vận hành ở chế độ dự phòng redundance)

− Cơ chế tái sinh: vận hành tự động

+ Chu kỳ tái sinh : 24 giờ

+ Thời gian tái sinh : 6 giờ

11

a Công đoạn lọc chất rắn lơ lửng

Trong dây chuyền điện phân màng trao đổi Ion thì một lượng S.S (chắt rắn lơ lửng ) trong nước muối đã lọc phải được giữ ở mức thấp vì S.S này sẽ bịt lỗ cột trao đổi ion, và S.S chứa các kim loại dây tác hại đến các màng , để đảm bảo lượng S.S là thấp, các bộ lọc bằng gốm được sử dụng với lớp tạo màng và chất trợ lọc

Vì quá trình diễn ra của bộ lọc dựa trên các thành phần của bộ lọc, trực tiếp là chất trợ lọc và chất tạo màng và việc cắp vào của chũng vì thế chúng phải được lựa chọn phù hợp với số lượng, cấu tạo và hình thù của chất rắn S.S trong dây chuyền của nhà máy hoá chất Asahi, chất Alpha-Celluloge thích hợp được sử dụng cho chất tạo màng và chất trợ lọc

Khi nước muối sơ bộ (Primary brine) sau tinh chế lần 1 đạt được các chỉ tiêu sau thì nó bắt đầu được tinh chế lần 2 để phục vụ cho quá trình điện phân Có hai bộ lọc nước muối (M-140A và M-140B) được lắp đặt và vận hành luân phiên nhau Các bộ lọc là bộ lọc bằng gốm Bộ lọc này bao gồm một hình trụ và các nguyên tố cacbon nguyên chất xốp Trước khi bộ lọc này được sử dụng các thành phần lọc phải được tạo màng với chất anpha Cellulose Lượng anpha Cellulose đã tạo màng trên các thành phần lọc thông thường là 1 kg/m2 trên bề mặt bộ lọc

Quá trình lọc nước muối xảy ra như sau:

− Bể chứa nước muối D110

+ Nước muối sơ bộ qua van LV101 được cấp tới bể D110, mức nước muối trong bể D110 (được khống chế mức từ 50 - 60%) được đo bởi bộ chuyển đổi và hiển thị mức (LIT-101) Lưu lượng nước muối vào bể D110 được khống chế bởi bộ cảnh báo, điểu khiển và hiển thị mức (FICA 101) thông qua van LV101 Lưu lượng dung dịch NaCl được đo bởi bộ chuyển đổi và hiển thị lưu lượng (FIT101)

+ Khi nồng độ NaCl vượt mức 310 + 5 (g/l) thì cần phải bổ xung nước sạch để giảm nồng độ của NaCl Do đó người ta sử dụng bộ điều khiển và hiển thị tỉ lệ dòng chảy (FIC102) để điểu khiển pha trộn giữa nước và dd NaCl sao cho hợp lí và thông qua van FV102 Lưu lượng nước được đo bởi bộ chuyển đổi và hiển thị lưu lượng (FIT102)

12

− Bể tạo màng D120:

+ Chứa Alpha Cellulose và các thành phần lọc (thường có khoảng 5 kg Alpha Cellulose để đảm bảo cấp 1kg Alpha Cellulose/1m2 của bộ lọc M140A/B) + Cánh khuấy A120 để khuấy đều Alpha Cellulose và các thành phần lọc tạo thành chất tạo màng cấp cho bộ lọc M140A/B

+ Bơm P124 bơm chất tạo màng này từ bể D120 đến bộ lọc M140A/B

− Bể trợ lọc D130(bể trợ lọc) :

+ Alpha Cellulose và nước muối được trộn đều liên tục với nhau bởi cánh khuấy A130 trong D130 Sau đó dung dịch này được bơm P134A/B bơm tới đầu ra của bể D110

+ Mức của bể D130 được đo bởi bộ LIA102

+ Sau đó hỗn hợp : nước muối từ bể D110 và chất trợ lọc từ bể D130 được bơm P114A/B đưa tới bộ lọc M140A/B

− Bể chứa D150

X101 là bể thu hồi : nước muối từ M140A/B, từ tháp trao đổi Ion T160A/B, khí nén Nước muối ra khỏi bộ lọc M140A/B sẽ được đưa tới bể D150 và mức nước muối trong đó được đo bởi bộ LIA-104 Mức của nó thường được khống chế khoảng 50%

b Quá trình trao đổi Ion:

Ion Canxi và Magiê hoặc các Cation khác trọng nước muối là rất có hại đối với màng trong quá trình điện giải Nhìn chung các Cation này có thể được di chuyển tới một vài khu vực bởi xử lý hoá chất và quá trình lắng đọng trong tinh chế muối sơ bộ

Lượng nhựa : 4000 lit

Chiều cao vành đỡ nhựa: 105cm

Các đặc tính chính của khu vực hạt nhựa như sau:

Hình dạng : Hình khối cầu

Trọng lượng riêng : Xấp xỉ 1,12 (dạng Na)

Tỉ trọng tương đối: 700 - 800 g/l

Kích thước ảnh hưởng: 0,45 – 0,6 mm

Tổng số khả năng trao đổi Ion: 1,26 eq/l - nhựa (Na)

Lượng bị vỡ : 0,5 eq/l - nhựa

Nhiệt độ vận hành: 50- 650ºC

Dải PH vận hành: 9 -12

Hạt nhựa sử dụng trong cột cho tinh chế nước muối lần 2 là ion Na của

SUNPEARL-SC-410 được thay thế với Ion kim loại, đặc biệt là với các cation phức hợp, sự phù hợp với phương trình sau:

(RCH NHCH PO Na) Na + Ca 2 + → (RCH2NHCH2PO3Na)2Ca + 2Na +

2 2 3 2 2

Sự dễ dàng quan hệ để thay thế của SUNPEARL –SC-401 cho nhiều Ion kim loại

là tương tự như đối với EDTA:

Cu2 +,Po2 +>Zn2 +>Ca2 +,Cd2 +>Mg2 +,Ni2 +>Sr2 +>Ba2 +>Na+

Sau đó hạt nhựa có thể được tái sinh với Axit HCl và NaOH, như thế hạt nhựa lại trở lại dạng chất rắn dễ hấp thụ

Thường thì hạt nhựa được đo dưới điều kiện của “Back Wash Settle” với nước đã khử khoáng Thông thường thì lượng hạt nhựa co lại khoảng 10-12%, so với lượng thường đo lực nén bởi nước (được chảy xuống) và hấp thụ Cation phức hợp

14

Trong một dạng khác là mối quan hệ giữa lượng hạt nhựa trong dạng Na thì bằng khoảng 1,2 -1,4 thời gian nó trong dạng H Điều này có nghĩa là hạt nhựa to lên trong quá trình tái sinh bởi xút

Trong quá trình xử lý hạt nhựa với Axit, một lượng dư HCl được yêu cầu để đảm bảo chắc chắn cho phản ứng tái sinh xảy ra Tỷ lệ giữa HCl được sử dụng và hệ số tỷ

lệ được yêu cầu trên thực tế là 2-3

Để kiểm tra sự không đầy đủ qua trình tái sinh, Axit và kiểm trong chất lỏng thải được

đo tại thời điểm ổn định sau quá trình khở động bước tái sinh

Trong hệ thống tinh chế nước muối lần 2 của nhà máy hóa chất ta nghiên cứu có

3 cột trao đổi ion T-160A/B/C Hai cái chạy liên tục và cái thứ 3 thì dừng để tái sinh Sau 24 giờ cột sơ bộ (ban đầu) được dừng để tái sinh hạt nhựa, cột thứ hai được nâng cấp thành cột ban đầu và cột đã tái sinh xong được chạy thành cột thứ hai

Cột trao đổi ion dùng để loại bỏ các ion Mg2+, Ca2+ và các ion khác trong nước muối vì chúng rất có hại đối với màng trong quá trình điện giải

Công đoạn tinh chế nước muối lần 2 bao gồm cả việc khử clo trong nước muối

Để tiến hành công việc này thì trong dây chuyền dùng bể D320 chứa Na2SO3 với máy khuấy A322

Cụ thể quá trình khử ion diễn ra tuần tự trên hệ thống như sau:

− Bể D141

+ Một phần nước muối từ bể D150 được bơm P154A/B đưa tới bể D141 rồi từ bể này nước muối được bơm P141 bơm quay trở lại cho bộ lọc M140A/B (để vệ sinh bộ lọc) và D120, D130

+ Mức trong bể D141 được đo bởi LIA-103 ( Khoảng 70% )

+ Một lượng Natri Sunfít được bơm P324A/B bơm tới đầu ra của bể D150 để khử Clo trong nước muối Sau đó được bơm P154A/B đưa tới bộ gia nhiệt E-142 để tăng nhiệt độ nước muối lên cỡ 60 đến 650C

+ Nhiệt độ được đo ,điề khiển và chỉ thị bởi bộ cảnh báo,điều khiển và hiển thị nhiệt độ TICA 101

15

+ Nước muối đã gia nhiệt ( để kích thích quá trình trao đổi Ion ) được bơm P154 đưa tới tháp trao đổi ion T160A/B để lọc các ion như Ca2+,Ba2+ ,Mg2+ ,… Gây

hư hại cho màng điện phân

− Tháp trao đổi ion T160A/B

+ Trong tháp T160A/B có hạt nhựa SUNPEARL-SC-401

(RCH2NHCH2PO3Na)2 Na2 + Ca2+ → (RCH2NHCH2PO3Na)2 Ca + 2Na+

+ Các ion khác như: Mg2+, Fe2+… cũng có phản ứng tương tự như trên làm tăng được hàm lượng ion Na+

+ Nước tinh khiết được bơm P434 đưa vào T160A/B

+ HCl và NaOH 32% được bơm P402A/B, P274A/B đưa vào T160A/B để tái sinh hạt nhựa:

Đầu tiên là phản ứng với HCl

(RCH2NHCH2PO3Na)2 Ca2 + 4 HCl → 2(RCH2NHCH2PO3H2) + CaCl2 + 2NaCl

Sau đó tiếp tục được tái sinh bằng NaOH

2(RCH2NHCH2PO3H2)+4NaOH→2(RCH2NHCH2PO3Na2)+4H2O

2(RCH2NHCH2PO3Na2)→ (RCH2NHCH2PO3Na)2Na2

− Sự tái sinh cho cột trao đổi ion

Sự tái sinh cho một cột trao đổi ion được thực hiện sau mỗi 48 giờ vận hành

Bảng 1.1 Các yêu cầu với việc tái sinh

Số bước Tên bước Thời gian yêu cầu Các hóa chất cấp Lưu lượng Bước 1 Rửa lần 1 1 giờ Nước tinh khiết 11m3/giờ Bước 2 Rửa ngược thông thường 0,5 giờ Nước tinh khiết 17m3/giờ Bước 3 Tái sinh với HCl 0,75 giờ + Nước tinh khiết

+ HCl 31%

6,6m3/giờ 1,7m3/giờ Bước 4 Rửa lần 2 2 giờ Nước tinh khiết 9,5m3/giờ Bước 5 Tái sinh với NaOH 1,5 giờ + Nước tinh khiết

+ NaOH 32%

7,5m3/giờ 790m3l/giờ Bước6 Rửa lần 3 1 giờ Nước tinh khiết 9,5m3/giờ Bước 7 Điền đầy nước muối 3 giờ Nước muối 4,8m3/ giờ

Tổng: 9,75 giờ

16

+ Lưu lượng nước đi vào cột trao đổi được đo bởi bộ chuyển đổi và chỉ thị FIT301 sau đó được điểu khiển bởi bộ cảnh báo điểu khiển và chỉ thị FICA301 thông qua van FV301

+ Lưu lượng NaOH đi vào được đo và hiển thị bởi bộ hiển thị và cảnh báo mức thấp FIA303

+ Lưu lượng dd Axit HCl được đo và hiển thị bởi bộ hiển thị và cảnh báo mức thấp FIA 303

+ Nước thải đi ra từ T160A/B được đưa tới bể nước thải X166 Mức của X166 được đo bởi LISA303

+ Z-164 là bể lọc các hại nhựa ra khỏi nước muối và nước khủ khoáng.Sau đó nước muối sẽ được đưa tới bể nước muối thu hồiX101

Nước muối qua T160A/B là đã đạt các tiêu chuẩn của quá trình tinh chế lần 2 rồi

nó được đưa tới bể D170 để tiến hành điện phân màng trao đổi ion Để điểu khiển mức của bể D170 người ta dung bộ điều khiển cảnh báo ,điều khiển và chỉ thị mức LICA

170 điều khiển thồng qua van LV170 được đặt ở đầu vào của các cột trao đổi Ion Kết thúc công đoạn tinh chế nước muối lần 2

1.2.4 Công đoạn điện phân:

a Cấu tạo thùng điện phân:

Sử dụng công nghệ điện phân màng ion, dùng thùng điện phân ACILYZER –

ML kiểu cực kép do công ty ASAHIKASEI của Nhật Bản chế tạo Đây là loại thùng điện phân đời mới nhất, nó là loại thùng điện phân kiểu cực kép tiên tiến cho nên nó giảm được tiêu hao khi vận hành ở mật độ dòng điện lớn, thao tác ổn định, thời gian sử dụng lâu dài

+ Mật độ dòng điện thiết kế cho thùng điện phân là: 6 kA/m2

+ Mật độ dòng điện khi vận hành là: 1,5 – 4,92 kA/m2

+ Đường ống chính của cực dương thùng điện phân làm bằng Titan

+ Đường ống chính của cực âm thùng điện phân làm bằng Niken

Thùng điện phân bao gồm:

+ 52 lưỡng cực, một cơ cấu đầu Anốt và một cơ cấu đầu Catốt Cơ cấu lưỡng cực được ngăn bởi tấm thép liền, chia nó thành 2 phần, một phần là ngăn

17

Anốt và một phần là ngăn Catốt Bề mặt trong của ngăn Anốt được lót máng Titan để chống clo hoá và bề mặt trong của ngăn Catốt được lót một máng Niken để chống ăn mòn hoá với nồng độ và nhiệt độ cao Các gân cho phần anốt được làm bằng titan và catốt bằng niken Mỗi ngăn có 2 vòi, vòi vào và

ra của dịch và một buồng để tách khí tại đỉnh mỗi ngăn

+ 53 tấm màng trao đổi ion được giữ bởi lực ép thuỷ lực

Hình 1.4 Cấu tạo thùng điện phân R230

+ Các ống phân phối phụ để cấp dịch Anốt và Catốt

+ Hệ thống 53 x 4 ống mềm để nối các ngăn với các ống góp và phân phối + Các dây cáp điện được đấu nối tới các cơ cấu đầu lắp tại hai ngăn đầu và cuối của thùng điện phân Dòng điện cung cấp được điều chỉnh từ phòng điều khiển Dịch Anốt và Catốt được cấp tới thùng điện phân để bắt đầu quá trình điện phân

+ Để quan sát các mức của chất lỏng trong ngăn Anôt và Catốt trong suốt các bước chuẩn bị để khởi động, sử dụng các ống trong suốt được lắp đặt cho cả

+ Khí clo được làm sạch và đưa tới bộ phận hấp thụ khí clo, khí Hiđrô được làm sạch và đưa tới bộ phận ống thông hơi bằng khí nitơ

+ Phần còn lại trong ngăn Anốt và Catốt được thổi xuống các bể dịch Anốt và Catốt cho riêng mỗi phần Bên trong thùng điện phân phải được rửa sạch bằng nước đã khử khoáng sau khi tháo dịch điện giải Sau khi thùng điện phân được rửa sạch thì nước ở trong ngăn Anốt và Catốt phải được tháo sạch để tránh phát sinh các vết phồng rộp trên màng

+ Khi thùng điện phân được khởi động thì các ngăn Anồt và Catốt, ống phân phối phải được điền đầy với nước muối tinh chế và xút cho riêng từng phần

Hình 1.5 Mặt cắt phía trong của ngăn thùng điện phân

- Mất điện thùng điện phân: 12,7 KA

* Điện áp chênh lệch giữa phần dương và âm EDIZA-230

* Nhiệt độ nước muối sau E142: T = 45 ± 60 0C

c Yêu cầu của sản phẩm đầu ra (NaOH, Cl2, H2):

* NaOH ( lấy ngoài thùng điện phân làm chuẩn):

20

d Công đoạn xử lý các sản phẩm điện phân:

Các sản phẩm sau khi điện phân gồm có: NaOH 32% ,Cl2 , H2

Khí clo sau khi điện phân 1 phần sẽ được dùng để cùng với H2 đi vảo lò đốt tổng hợp tạo lên axit HCl.Sau đó HCl sẽ pha với nước với tỉ lệ nhất định tạo ra dung dich HCl và chứa vào kho chứa sau đó sẽ được bán phuc vự cho các ngành sản xuất khác Phần còn lại của khí Clo sẽ được làm lạnh sau đó sấy khô ,nén hóa lỏng ,cho vào kho chứa chuẩn bị để đưa sang nhà máy giấy phục vụ cho quá trình tẩy trắng bột

1 phần của Clo trong công đoạn này được sử dụng cho quá trình tổng hợp nước javen

Sản phẩm NaOH 32% một phần sẽ được cho vào kho chứa và đem bán phục vụ cho các ngành sản xuất khác Phần còn lại sẽ được pha trộn để tạo ra NaOH 10% để tạo ra nước javen và đưa sang nhà máy giấy phục vụ quá trình tẩy trắng bột

1

Cl2 + e Catốt: H2O + e- =>

-2

1

H2 + OHTổng quát: NaCl + H2O => NaOH +

Hình 1.6 Hiện tượng xảy ra trong ngăn thùng điện phân

NaCl được Ion hoá thành Na+ và Cl- Ion Cl- nạp điện tích và được giải phóng tại cực Anốt để biến thành thể khí Clo Trong lúc đó, các Ion Na+ được truyền qua màng trao đổi Ion trong ngăn Catốt Trong phần Catốt, nước chuyển thành khí H2 và Ion OH-Sút được tạo bởi phản ứng giữa Na+ và OH-, phản ứng chính ở trên về bản chất hoàn toàn tương tự như một quá trình màng ngăn thông thường Nhưng trong quá trình điện phân màng này, sút nguyên chất có thể đạt được do việc tách của dịch điện giải và sự thấm qua màng một cách có lựa chọn của các Ion Na+

22

− Sự thấm qua màng có lựa chọn của Ion Na+:

Ion Na+ trong phần Anốt qua được màng tới Catốt bởi lực hút của chúng tới màng Khi Ion Cl- và OH- nạp các điện tích âm giống nhau và di chuyển tới màng, chúng bị đẩy lui và không đi qua màng được

Hình 1.7 Sự thẩm thấu qua màng có lựa chọn của ion

− Sự di chuyển của nước qua màng:

Với sức căng của lực hút tĩnh điện qua màng thì không chỉ các Cation mà còn

có lượng nước di chuyển qua màng từ ngăn Anốt sang ngăn Catốt Mặc dù lượng nước chuyển qua dựa vào màng và các điều kiện điện giải, nhưng nó được ước lượng vào khoảng 1,655 m3/giờ tại dòng phụ tải là 11,66KA Tỷ lệ phân ly của NaCl không thể tính toán một cách đơn giản dựa trên nồng độ NaCl trong nước muối cung cấp và phần trở lại Anốt

− Sự kết tủa các Hydrô xít kim loại:

Trong quá trình điện giải, một số lượng Ion OH- có thể tồn tại ở màng vì số truyền qua của Ion Na+ trong màng là không phải tuyệt đối là 1.0 Nếu ở đó có các Cation kim loại như Ca++, Mg++, Fe++, Al3+, Ni++ ở dịch Anốt, chúng sẽ kết tủa ở trên hoặc trong màng dưới dạng Hydrôxit nó gây sự tăng điện áp vận hành và làm giảm hiệu suất dòng điện Chính vì vậy cần thiết phải loại bỏ các Cation kim loại này và giữ phía dịch Anốt không có các Cation này tại mọi thời điểm

23

1.3.2 Công đoạn điện phân trong nhà máy

Hình 1.8 Mô tả quá trình điện phân

Phía Anot

Đầu vào

Nước muối được tinh chế sẽ được đưa đến đầu vào ống phân phối phụ của thùng điện phân qua ống phân phối chính từ bể cao vị D170.Nước muối được cung cấp đến ngăn Anote thông qua các ống dẫn được nối từ ống phân phối phụ tới tất cả các ngăn thùng điện phân

Lưu lượng của nước muối tinh chế được điều khiển bởi bộ điều khiển FISCA

231 dự vào giá trị dòng điện một chiều được cung cấp cho thùng điện phân (IISA230) được lắp cho thùng điện phân

Bên Cạnh đó thì một lượng dd HCl cũng được đưa vào từ thùng chứa HCl Có tác dụng duy trì độ axít của dịch Anot ổn định Lưu lượng HCl được điểu khiển bởi bộ

Đầu ra

Hỗn hợp giữa khí Clo và nước muối loãng đi ra ngoài qua các ống dẫn chuyển tới ống góp phụ đi tới tháp tách sơ bộ Hỗn hợp này được tách thành khí và dung dịch Khí Clo đã tách được thu vào trong ống góp chính và đưa tới đỉnh của bể D260

Áp suất khí Clo được bởi bộ hiển thị và cảnh báo áp suất PIA217 và sau đó được đưa tới bể chứa Clo Áp suất Clo dược điều chỉnh bởi bộ điều khiển áp suất PICSA 216 và được ghi nhận bởi bộ PR216

Nước muối loãng được tháo ra từ bể D260 và đưa tới bộ phận xử lý nước muối loãng nhờ bơm nước muối loãng P-264A/B Một phần nước muối loãng được đưa vào ống góp chính để bảo vệ ống Titan và lưu lượng này được điều khiển bởi bộ điều khiển FICA 265

Mức của bể D260 được đo bởi LT260 và được điều khiển bởi bộ LICSA 260 thông qua van nước muối loãng LV260

25

Khí H2 đã tách trong ống góp phụ, được thu vào ống góp chính và đưa tới bộ lọc

mù ở đỉnh bể D270 Áp suất được đo bởi bộ PISA 227 Và được điều khiển bởi bộ điều khiển áp xuất PICSA226 Áp suất này được ghi lại bằng PR206

Áp suất Hidro được điều khiển khiển dựa trên độ lệch với áp suất khí Clo thông qua van điều khiển PV226 và đưa tới bộ phận xử lý khí

Sau khi từ thùng điện phân NaOH 32% lúc này được đưa đến bể chứa D270 Sau

đó được bơm Xút P-274A/B bơm trở lại bể cao vị D273 Một phần của xút được đưa tới bể thành phẩm

Mức của bể cao vị D273 được đo bởi LIT273 và được điều khiển bởi LICA273 thông qua van LV273 Trước khi vào bể D273,xút được làm lạnh bớt bởi bộ làm lạnh E273 với sự điểu khiển nhiệt độ của bộ điều khiển TICA273 thông qua van TV237 Trước khi quay trở lại thùng điện phân xút được hòa cùng với 1 lượng nước tinh khiết được điều khiển bởi bộ điều khiển lưu lượng FICA221 dựa trên trị số của bộ IISA 230 Để sao cho có được Nồng độ NaOH phù hợp (NaOH 31%)

Mức của bể chứa D270 được điều khiển bởi bộ điều khiển mức LICA270 thông qua van LV270 đưa NaOH về bể thành phầm

NaOH trong quá trình tới bể thành phẩm sẽ qua bộ làm lạnh E274 để làm lạnh.Nhiệt độ hiển thị bởi bộ TI 274

− Mô tả công đoạn khử clo trong nước muối loãng:

Trong nước muối loãng đưa từ xưởng điện phân, có khoảng 700 đến 800mg/l khí Clo được hoà tan, nếu lượng khí này không được loại bỏ trong bộ phận khử Clo, thì khí Clo gây ra vấn đề ô nhiễm không khí trong quá trình tinh chế muối lần 1 và tăng lượng tổn hao của Sunfít Natri sử dụng cho sự khử Clo, chất Alpha - Xenlulô, nguyên

tố lọc trong bộ lọc nước muối và nhựa thông trong các cột trao đổi Ion cũng bị phá huỷ bởi khí Clo hoà tan Do đó, khí Clo hoà tan nếu được loại bỏ và được khử trong bộ phận này

Nước muối loãng từ xưởng điện phân được đưa tới đỉnh của tháp khử Clo 310) với Axít HCl

(T-Sở dĩ phải cho HCl là do khi vận hành bộ khử Clo thì sự lưu ý cẩn thận nhất nên được quan tâm đối với độ Axít của nước muối đã cấp tới tháp khử Clo

26

Sau khi cấp điện một thùng điện phân, một phần Clo hoà tan trong nước muối như dạng NaClO hoặc HClO, đến khi độ PH của nước muối đầu ra thùng điện phân giảm xuống tới 2 – 2,5 bởi cấp đủ HCl phản ứng khử Clo không thể xảy ra đối với dạng NaClO hoặc dạng HClO, vì thế điều quan trọng là phải chuyển chúng thành dạng

Cl2 bằng cách cấp đủ HCl tới nước muối trước khi tới tháp khử Clo.Lượng HCl phải được điểu khiển với mức vừa đủ sao cho độ PH của dung dịch nước muối loãng là khoảng 1,5 đến 1,8

Lưu lượng HCl đi vào đường ống dẫn nước muối loãng được điều khiển bởi bộ điều khiển lưu lượng FIC601 qua van FV601

Tháp khử Clo được vận hành dưới điều kiện chân không, được tạo ra bởi các bơm chân không C-139A/B và áp suất khí Clo được điều khiển bởi bộ PICA-601 qua van PV601

Hầu hết lượng nước trong khí Clo được giữ lại bởi bộ tách hơi nước đọng tại đỉnh của T-310, và hơi nước trong khí Clo được cô đọng trong bộ làm mát của tháp Clo (E310)

Hơi được ngưng trong bình ngưng chảy xuống bể thổi xuống phần Anốt (D-280) Khí Clo chưa ngưng tụ được bơm chân không C-319A/B hút đến bình ngưng hơi D-319A/B và sau đó nó được đưa tới tuyến sản phẩm khí Clo hoặc tuyến phân huỷ, 1 phần sẽ quay lại nhằm điều khiển áp suất khí Clo sau tháp khử Clo

Nước muối loãng trong tháp khử sẽ được đưa đến bể chứa phục vụ được bổ xung thêm :

+ dung dich NaOH 32% từ P-274.Được điều khiển thông qua bộ điều khiển PHICA 610 thông qua van AV601

+ Một lượng NaCO3 bổ xung từ thùng chứa D320.Được điều khiển bởi bộ điều khiển FIC 602 thông qua van FV602

Mức của tháp khử T-310 được duy trì ở múc 70% nhờ bộ điều khiển mức LICSA

612 thông qua van LV 601

27

Hình 1.9: Công đoạn điện phân

1 0 1

)t-t(014,01

1

I

I)

E-E(

+

=

E1: Điện áp ngăn thùng tại dòng I1

E2: Điện áp ngăn thùng tại dòng I2 (10,8 KA)

E0: Hằng số (2,42V)

t1: Nhiệt độ vận hành

t2: Nhiệt độ tiêu chuẩn (900C) Thông thường giá trị 10,8 KA được đưa ra là dòng tiêu chuẩn (I2 = 10,8KA) và nhiệt độ 900C là nhiệt độ tiêu chuẩn (t2 = 900C) E0 là khoảng 2,42V tại nồng độ ở dịch Catốt là 32%

Độ dốc của đồ thị ở hình 1.10 phụ thuộc vào các giá trị khác như sự thực hiện của màng, điện cực

E 0

I

E

®iÖn ¸ p ng¨ n thï ng

Hình 1.10: Mối quan hệ giữa cường độ dòng điện và điện áp ngăn thùng

Nếu nồng độ của dịch Anốt giảm xuống dưới mức giới hạn tại vị trí dòng điện ổn định thì điện áp vận hành sẽ tăng đột ngột và sự tinh khiết của khí Clo bị giảm, và một vài vết rộp sẽ lại phát sinh ra trên màng Hiện tượng này có thể bị gây nên bởi sự điện giải của nước của chính bản thân dịch Anốt

Mặt khác, nếu nồng độ dịch Anốt tăng quá mức đã quy định, điện áp vận hành sẽ tăng do sự co lại của màng

Do đó, cần thiết phải giữ nồng độ dịch Anốt ở trong dải đã xác định

Nồng độ phía Catốt:

Nếu nồng độ của dịch Catốt tăng quá 34%, điện áp vận hành trên ngăn thùng sẽ tăng cao Vì thế màng được thiết kế với hiệu suất dòng điện có giá trị hoàn hảo nhất khi nồng độ đạt 32%

− Lưu lượng định mức của dịch điện giải:

Lưu lượng định mức của việc tuần hoàn dịch Anốt được tự điều khiển bởi thiết bị truyền dẫn ở trong nó Mặt khác, lưu lượng định mức của phía Catốt được điều khiển bởi bộ điều khiển FIA - 232 A-H

Lưu lượng định mức của dịch điện giải được xác định theo các phương diện sau: + Dịch điện giải đồng nhất: Cần thiết để đồng nhất nồng độ dịch điện giải tại bề mặt màng và tránh việc phát sinh các vết phồng rộp trên màng

+ Sự thoát khí: Khí Hidro và khí Clo được sinh ra trong các ngăn thùng điện phân trong quá trình điện giải Các ngăn thùng và các điện cực được thiết kế để thoát khí sinh ra từ các điện cực và bề mặt của màng

Nếu lưu lượng định mức của dịch điện giải giảm xuống, điện áp trên ngăn thùng tăng bởi tỷ lệ khí/chất lỏng cao Do đó một lượng vừa đủ của sự tuần hoàn dịch điện giải phải được duy trì ổn định

30

+ Sự thoát nhiệt: Nhiệt phát sinh ra trong quá trình điện giải được truyền qua màng

từ dịch Anốt tới dịch Catốt do Ion Na+ và nước truyền qua Nhiệt này được loại bỏ bởi làm lạnh chất điện giải Do đó, lưu lượng vừa đủ của dịch điện giải là cần thiết

để loại bỏ sự quá nhiệt và để duy trì nhiệt độ của màng ở mức ổn định

− Điều chỉnh độ Axít:

Lưu lượng định mức dịch Anốt cũng được xác định để giữ độ Axít thấp hơn một mức nhất định trong quá trình cấp dịch Anốt, thậm chí khi đó một lượng vừa đủ Axít HCl được cung cấp tới ngăn ngăn Anốt

+ Độ Axít của dịch Anốt

Ion OH- tương đương với (1-CE) quay trở lại từ ngăn Catốt tới ngăn Anốt Để trung hoà Ion OH- này thì phải cung cấp một lượng xấp xỉ của Axít thêm vào dịch Anốt

Hình 1.11: Sự trao đổi Cation qua màng

+ Độ Axít và độ PH:

Mối quan hệ giữa độ Axít và độ PH phía Anốt phụ thuộc vào thành phần của Anốt, đặc biệt là hàm lượng Ion SO4 Do đó, mối quan hệ thực tế giữa độ Axít và PH sẽ được lấy theo việc sử dụng nước muối của nhà máy Một ví dụ cụ thể được chỉ ra dưới đây :

31

+ Axit của ngăn anốt và sư diễn ra của màng:

Màng điện phân của Công ty Asahi Kasei là loại màng Axít Perfluoro - Cacboxylic

và nó có đặc tính tuyệt vời khi ở trong trạng thái -COONa+ Nếu nhóm Cacboxylic này

bị thay đổi thành loại -COOH thì nó có thể không làm việc như một màng trao đổi Ion

Do đó, điều quan trọng là duy trì độ Axít của dịch Anốt dưới một mức đã xác định hoặc duy trì độ PH của ngăn Anốt ở mức xác định như trên Tại thời điểm mật độ dòng rất thấp, mà khuynh hướng xảy ra lúc khởi động hoặc dừng máy, sự điều khiển độ Axít phải được sử dụng hơn lúc có điều kiện bình thường Bởi vì lượng Ion OH- này di chuyển được qua màng là rất ít

Do đó, trong trường hợp này, cần thiết phải giảm độ Axít (Hoặc tăng độ PH) bằng cách giảm lượng Axít HCl thêm vào

Trong thực tế, lưu lượng định mức của Axít HCl được điều chỉnh để duy trì độ Axít của dịch trở lại Anốt ở một mức ổn định

+ Độ Axít của dịch Anốt và ôxy chứa trong khí Clo:

Phản ứng xảy ra trên Anốt là một phản ứng có tính cạnh tranh của Ion Cl- và OH-, tạo ra Cl2 và O2 riêng biệt Nếu độ Axít ở dịch Anốt giảm thì ôxy chứa trong sản phẩm khí Clo tăng lên như trên hình

+ Độ Axít cao và cực Anốt phụ:

Nếu độ Axít vào thùng cao hơn 0,15N thì các cực Anốt phụ trên các vòi đầu vào cực Anốt sẽ bị hư hại và bị hoà tan

+ Độ Axít và vết rộp màng:

Nếu độ Axít vào thùng lớn hơn 0,15N thì một vài vết rộp nước sẽ sinh ra trên màng

+ Sự ước lượng hiệu suất dòng điện dựa trên độ Axít của dịch Anốt

Khi giảm độ Axít của Anốt thì sự di chuyển của Ion OH- tương ứng với (1 - CE) trong quá trình điện phân, hiệu suất dòng điện có thể được tính dựa trên sự khác nhau giữa độ Axít của dịch cấp vào Anốt và độ Axít của dịch Anốt quay trở lại

Phương pháp này có độ chính xác không cao nhưng là điều kiện để ước lượng hiệu suất dòng điện một cách nhanh chóng

32

CE =

100.(1-NI00373

CQC

Ci: Độ axit của dịch Anốt vào (N)

C0: Độ axit của dịch Anốt ra (N)

Q: Lưu lượng của sự tuần hoàn dịch Anốt (m3/giờ)

Qi: Lưu lượng đầu vào của dịch Anốt ( = FICA-231 + FICZ-212)

Q0: Lưu lượng đầu ra của dịch Anốt ( = 0,75Qi)

I: Dòng điện ứng dụng đối với thùng điện phân (KA)

N: Số ngăn thùng điện phân được lắp đặt trong thùng điện phân

: Lượng ôxy chứa trong khí Clo(%): (0,5)

− Sự chênh lệch áp suất qua màng:

Hình 1.9 chỉ ra sự ảnh hưởng của chênh lệch áp suất với điện áp ngăn thùng Sự chênh lệch áp suất phần "Dương" làm giảm điện áp trên ngăn thùng Ngược lại, sự chênh lệch áp suất phần "Âm" làm tăng điện áp trên ngăn thùng từ 0,4 đến 0,5 V/1 ngăn thùng Trong thực tế việc vận hành các thùng điện phân thì sự chênh lệch áp suất 0,5 mH2O tại đỉnh các ngăn thùng được áp dụng giữa ngăn Catốt và Anốt

Nếu sự chênh lệch áp suất này vượt quá giới hạn thì cực Anốt sẽ bị biến dạng Ngược lại, nếu sự chênh lệch áp suất này là quá thấp hoặc âm, thì màng sẽ bị thủng

lỗ bởi các vật cứng trên cả cực Anốt và Catốt trong một giai đoạn vận hành ngắn Do

đó, cần thiết phải duy trì sự chênh lệch áp suất trong một dải ổn định Sự chênh lệch áp suất tại đỉnh của các ngăn thùng phụ thuộc vào sự chênh lệch áp suất giữa khí H2 và Clo trong ống góp phụ

áp suất sản phẩm khí phải được điều khiển tại một mức độ nhất định

− Nhiệt độ của dịch điện giải:

Điện trở của dịch điện giải và màng giảm xuống khi nhiệt độ của chúng tăng lên Trong thực tế quá trình điện giải thì điện áp ngăn thùng thấp nhất đã được thực hiện là tại nhiệt độ khoảng 900C

Điều xảy ra này là bởi vì sự bay hơi của nước tăng tại nhiệt độ cao hơn 900C, gây

ra tỷ lệ giữa chất khí/chất lỏng lớn hơn

Trên hình 1.10 một đường thể hiện mối quan hệ giữa điện áp của ngăn thùng và nhiệt độ vận hành có thể được thực hiện lên tới hơn 850C

34

Hầu hết nhiệt được chuyển tới ngăn Catốt qua màng từ dịch Anốt trong suốt quá trình điện giải, nhiệt độ của dịch Catốt được điều khiển bằng thiết bị làm mát dịch Catốt

Hình 1.13: Mối quan hệ giữa nhiệt độ của dịch điện giải và điện áp ngăn thùng

− Lực ép thủy lực

Một hệ thống ép thuỷ lực bao gồm một đầu đã cố định, một đầu ở phía cuối,một đầu di động để nới lỏng các ngăn thùng, một xi lanh thuỷ lực và các thanh dẫn ở bên cạnh Chức năng của hệ thống thuỷ lực là rất quan trọng trong hệ thống thùng điện phân, nếu áp lực của hệ thống thuỷ lực không đủ thì chất lỏng trong ngăn thùng sẽ rò rỉ

ra ngoài, nếu lực ép quá lớn thì màng sẽ bị phá hỏng

Trong lúc đó, xi lanh thuỷ lực này đã khoá bằng đai ốc cơ học để khoá đầu di động ngăn thùng Mục đích của việc khoá đầu di động trong suốt quá trình điện giải là

để chống lực ép làm kín quá cao trên các màng giữa các ngăn thùng, điều này có thể gây ra do mất điện hoặc các vấn đề khác Trong trường hợp mất điện hoặc các vấn đề khác đối với hệ thống bơm dầu, thì cần thiết phải khoá đầu di động càng sớm càng tốt nếu nó vẫn chưa được khoá ngay Cần thiết phải ép lại các ngăn thùng sau khi chạy

36

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN INDUSTRIAL IT 800xA VÀ

ỨNG DỤNG CHO DÂY TRUYỀN SẢN XUẤT XÚT

2.1 Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất

Hệ thống điều khiển, điều hành và quản lý sản xuất một cách tự nhiên được phân chia thành nhiều cấp Phù hợp với thực tế này, hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất cũng được phân chia thành nhiều cấp và điển hình của một hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất thường bao gồm 5 cấp

Hình 2.1: Sơ đồ phân cấp hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất

37

2.2 Hệ điều khiển Industrial IT

2.2.1 Giới thiệu chung về hệ 800xA

Industrial IT là một hệ điều khiển do hãng ABB phát triển, hệ cũng được phân chia thành 5 cấp như một hệ tự động hóa quá trình sản xuất và có các đặc trưng cơ bản:

− Tích hợp công nghệ thông tin

− Tiện lợi trong việc xây dựng chương trình điều khiển, thiết kế các giao diện vận hành và giám sát quá trình sản xuất

− Tính linh hoạt cao, thích hợp với các ứng dụng từ nhỏ tới lớn

− Truyền thông mở, có thể lựa chọn nhiều chuẩn truyền thông quen thuộc

− Có các gói phần mềm hỗ trợ rất mạnh trong việc lập trình ứng dụng cũng như thiết

kế giao diện Ta có thể sử dụng các thành phần đối tượng đơn lẻ như động cơ, tank chứa, máy bơm cũng như các khối điều khiển động cơ, các khối PID… được hỗ trợ sẵn trong các thư viện để xây dựng nên hệ thống của mình hoặc có thể sử dụng các gói thiết kế sẵn cho các ứng dụng quen thuộc như hệ thống điều khiển trong nhà máy xi măng, nhà máy nhiệt điện, thủy điện, hoá chất …

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc hệ Industrial IT

38

2.2.2 Các thành phần của hệ Industrial IT

Control IT: bao gồm các thiết bị phần cứng, các gói phần mềm và các thiết bị

phục vụ cho việc điều khiển thời gian thực, giám sát và quản lý các biến quá trình

Operate IT: Gồm các bộ phần mềm và phần cứng phục vụ cho việc giao tiếp với

người vận hành, cung cấp thông tin phục vụ cho việc giám sát và vận hành mọi lúc mọi nơi với nhiều cấp độ khác nhau

Engineer IT: Là bộ công cụ phần mềm rất mạnh của ABB cho phép định cấu

hình các hệ tự động và thiết bị quá trình một cách nhanh chóng bao gồm xử lý đồ họa, cấu trúc phần cứng và xây dựng tài liệu kỹ thuật

Communicate IT: Gồm các công cụ phục vụ cho việc truyền thông và giao tiếp

nhằm đảm bảo năng lực, độ tin cậy và tính bảo mật cao

Design IT: Gồm phần mềm và các dịch vụ để tối ưu quá trình thiết kế mẫu mã

sản phẩm, đào tạo và lập dự án

Drive IT: Bao gồm các bộ điều khiển động cơ, van… các giải pháp phần mềm

nhằm cung cấp và cải thiện hiệu quả chuyển động, mômen, tốc độ…

Advise IT: là công cụ phần mềm của ABB hỗ trợ việc tính toán các thông số quá

trình, chất lượng sản phẩm, giám sát các thông số của thiết bị, chuẩn đoán lỗi và đưa ra các chỉ dẫn cho người vận hành

Collaborate IT: Gồm các giải pháp phần mềm nhằm tăng cường sự phối hợp sản

phẩm của các nhà cung cấp và sản xuất thiết bị khác nhau

2.3.3 Gói phần mềm cho hệ Industrial IT 800xA

ABB cung cấp 2 công cụ phần mềm là ControlIT For AC800M/C và Process Portal A để giúp người sử dụng việc thao tác lập trình, thiết kế và giám sát hệ thống ControlIT cho AC800M/C là công cụ thiết kế phần cứng và lập trình điều khiển cho các thiết bị ControlIT gồm có 2 công cụ chính đó là Control Bulder và AC 800M connect Còn Process Portal A cung cấp môi trường là việc như là thiết kế giao diện điều khiển giám sát và giao diện với người dùng

Process Portal A là sản phẩm trợ giúp cho việc giám sát và điều khiển quá trình

Nó bao gồm những đặc tính hỗ trợ cho công việc điều khiển và giám sát trở nên hiệu quả hơn Những đặc tính đó như là: trình bày những hình ảnh của một tiến trình, cách

sử dụng các faceplate, trình bày những đồ thị và alarm

Những thành phần của Process Portal A:

+ Operator Workplace

+ Plant Explores Workplace

+ Advanced Operator Workplace

+ Sample Advanced Operator Workplace

+ Large Operator Workplace

2.3.3.3 Cấu trúc phần mềm trong hệ Industrial IT 800xA

Để có thể kết nối mạng AC800 M ngoài Control Builder và PPA ta cần phải sử dụng

thêm gói phần mềm AC800M connect là một sản phẩm phần mềm nằm trong ControlITcho AC800M

AC 800M Connect phải được cài đặt trong tất cả các máy tính trong hệ thống Dưới đây là sơ đồ vị trí và vai trò cụ thể của từng phần mềm trong gói AC800

Connect

40

Hình 2.3: Vị trí và vai trò cụ thể của từng phần mềm Trong đó :

+ Controller AC 800: là các bộ điều khiển quá trình

+ Control Builder : dùng để thiết lập cấu hình cho hệ thống : số các bộ điều khiển được sử dụng, địa chỉ các thiết bị trong hệ thống, chế độ hoạt động đơn lẻ hay

+ Process Portal A Connectivity Server: kết nối các giao diện đồ họa với các

tín hiệu quá trình tương ứng nhận được từ OPC Server để tạo thành giao diện quá trình

+ Operator Workplace: là nơi theo dõi trực tiếp các diễn biến của quá trình sản

xuất, các dữ liệu thời gian thực được thể hiện trên giao diện quá trình Người vận hành cũng có thể can thiệp vào hệ thống trong phạm vi hệ thống cho phép

Khi hoạt động ở chế độ Online, Process Portal A giao tiếp với bộ điều khiển thông qua OPC Server, sử dụng thông tin trong các đối tượng điều khiển