thiết kế hệ thống điều khiển tự động hệ thống chưng cất hệ acid fomic - acid acetic

Chưng cất là một phương pháp để tạo ra những hợp chất có độ tinh khiết cao. Thiết kế hệ
thống chưng cất là nhiệm vụ quan trọng của kỹ sư hoá học. Tuy nhiên trong quá trình hoạt động,
các thông số của hệ thống luôn luôn dao động do các thay đổi bên trong và các yếu tố bên ngoài
tác động vào. Do đó, để hoàn thiện hệ thống chưng cất cần thiết phải có hệ thống điều chỉnh tự
động để kiểm soát và ổn đònh các thông số.
Vì thế, đề tài ″ Thiết kế hệ thống điều chỉnh tự động cho quá trình chưng cất Acid fomic –
Acid Acetic ″ của môn ″ Đồ án chuyên ngành Máy & thiết bò ″ cũng là một bước giúp cho sinh
viên tập luyện và chuẩn bò cho việc thiết kế hoàn chỉnh các quá trình & thiết bò công nghệ sau
này.
Tập thuyết minh đồ án này gồm7 chương :
Chương I : Giới thiệu
Chương II : Sơ lược về qui trình công nghệ
Chương III : Tổng quan về hệ thống điều khiển tự động
Chương IV : Khảo sát đối tượng công nghệ
Chương V : Lựa chọn các kênh điều chỉnh
Chương VI : Các kênh điều chỉnh
Chương VII : Đánh giá và kết luận
Một số kí hiệu trong bản vẽ qui trình công nghệ
Tài liệu tham khảo
Để hoàn thành đồ án này , thực sự em đã cố gắng rất nhiều . Song , vì đây là bước đầu làm
quen với công tác thiết kế nên chắc hẳn không tránh khỏi những sai sót.
Cuối cùng , em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Máy – Thiết Bò , đặc
biệt là thầy Hoàng Minh Nam , người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong
suốt thời gian thực hiện đồ án thiết kế này .
Ngày … tháng … năm…
Sinh viên

Trang
Chương I : Giới thiệu ...........................................................................................................4
I. Đặt vấn đề ......................................................................................................................4
II. Mục đích đồ án .............................................................................................................4

III. Nội dung đồ án ............................................................................................................4
Chương II: Sơ lược về qui trình công nghệ ........................................................................5
I. Cơ sở lí thuyết ................................................................................................................5
II. Thuyết minh qui trình công nghệ ..................................................................................5
III. Các thông số của tháp chưng cất .................................................................................5
Chương III: Tổng quan về hệ thống điều khiển tự động ..................................................10
I. Khái niệm ......................................................................................................................10
II. Phương thức điều khiển ................................................................................................11
III. Cấu trúc của hệ thống điều chỉnh ................................................................................13
IV. Một số đặc tính của sự điều chỉnh ...............................................................................15
Chương IV: Khảo sát đối tượng công nghệ .......................................................................18
I. Xác đònh nhiệm vụ điều chỉnh ........................................................................................18
II. Lựa chọn các thông số điều chỉnh .................................................................................18
Chương V: Lựa chọn các kênh điền chỉnh .........................................................................22
Chương VI: Các kênh điều chỉnh .......................................................................................24
I. Kênh 1: áp suất trong tháp – lưu lượng hơi đốt ở nồi đun ..............................................24
II. Nhiệt độ nhập liệu – lưu lượng dòng hơi đốt gia nhiệt ..................................................27
III. Mực chất lỏng trong tháp – lưu lượng dòng nhập liệu & lưu lượng dòng hơi đốt .........30
Chương VII : Đánh giá và kết luận ....................................................................................33
Một số kí hiệu trong bản vẽ sơ đồ qui trình..........................................................................34
Tài liệu tham khảo ...............................................................................................................35
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
Chöông I: Giôùi thieäu
I.Đặt vấn đề:
Đồ án quá trình thiết bò đã làm trước đây là thiết kế hệ thống chưng cất hệ acid fomic –
acid axetic với năng suất 300 kg/h. Nhưng trong thực tế khi vận hành, các quá trình diễn ra không
ổn đònh do các yếu tố nhiễu tác động vào hệ thống như : nồng độ dòng nhập liệu, nhiệt độ dòng
nhập liệu, nhiệt độ môi trường, hệ số truyền nhiệt …nên các thông số công nghệ thực tế sẽ lớn
hơn hoặc nhỏ hơn giá trò tính toán trong một khoảng nhỏ nào đó nhưng lại ảnh hưởng đến quá
trình chưng cất.
Cụ thể:
Nhiệt độ dòng nhập liệu không đạt nhiệt độ sôi hoặc nồng độ dòng nhập liệu thay đổi 
nồng độ sản phẩm đỉnh không đạt yêu cầu.
Lượng hơi đốt ở nồi đun không ổn đònh quá trình tiếp xúc pha và truyền khối kém, dễ xảy ra
hiện tượng ngập lụt.
Cặn bẩn bám lên bề mặt truyền nhiệt  tốn kém nhiệt hơi đốt.
Nếu không có sự kiểm tra, theo dõi và điều chỉnh mà quá trình lại xảy ra liên tục  chất
lượng sản phẩm không ổn đònh.
Xuất phát từ mục tiêu đó, đồ án chuyên nghành đặt ra phải đi sâu vào thông số công nghệ, tìm
hiểu sao có thể ổn đònh các thông số và ổn đònh được chúng.
II.Mục đích đồ án:
Thiết kế hệ thống điều chỉnh lưu lượng nhập liệu, nhiệt lượng cung cấp ở đáy, áp suất đáy
phòng khi có sự cố ngập lụt trong tháp chưng cất acid fomic – acid axetic năng suất 300kg/h.
III.Nội dung:
Xác đònh nhiệm vụ điều chỉnh.
Chọn lựa các đại lượng kiểm tra, theo dõi và điều chỉnh.
Xác đònh những tác động điều chỉnh.
Chọn lựa công cụ điều chỉnh và kiểm tra.

Chương II: Sơ lược về qui trình công nghệ
I.Cơ sở lí thuyết:
Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêng biệt
dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp.
Có hai phương pháp thực hiện:
Chưng cất đơn giản không có dòng hoàn lưu : là quá trình có một giai đoạn trong đó pha lỏng
được bốc hơi, pha hơi tạo nên luôn luôn ở trạng thái cân bằng với pha lỏng trong nồi và sau
đó đến thiết bò ngưng tụ  nồng độ sản phẩm thu được không cao và giảm dần theo thời gian.
Chưng cất có dòng hoàn lưu: là quá trình có hai giai đoạn chưng và cất trong đó lượng hơi
bốc lên liên tục và ổn đònh  nồng độ sản phẩm thu được cao và ổn đònh.
Các thiết bò chưng cất:
Tháp mâm xuyên lỗ:
♣ Ưu điểm: chế tạo đơn giản, hiệu quả truyền khối cao, trở lực thấp.
♣ Nhược: khi đường kính tháp lớn thì sự phân bố chất lỏng trên mâm không đều,
mâm phải phẳng và đều.
Tháp mâm chóp:
♣ Ưu điểm: hiệu quả truyền khối cao, ổn đònh.
♣ Nhược điểm: chế tạo phức tạp, trở lực lớn.
Tháp đệm:
♣ Ưu điểm: chế tạo đơn giản, trở lực thấp.
♣ Nhược điểm: hiệu suất thấp, dễ xảy ra hiệu ứng thành và dễ bò gập lụt.
Hiện nay xu hướng dùng tháp mâm van vì chế tạo đơn giản và trở lực thấp.
II.Thuyết minh qui trình công nghệ:
Nhập liệu là hỗn hợp acid fomic – acid axetic 25% được đưa từ bình chứa nguyên liệu lên
bồn cao vò nhờ bơm nhập liệu. Trước khi đưa vào tháp ở vò trí mâm nhập liệu, dòng nhập liệu
được gia nhiệt từ 30
0
C đến 110,7
0
C bằng hơi bão hoà ở thiết bò gia nhiệt.

Hơi ra từ đỉnh tháp được dẫn qua thiết bò ngưng tụ, tại đây hơi được ngưng tụ hoàn toàn,
một phần được hoàn lưu vào tháp với tỉ số hoàn lưu thích hợp R và phần còn lại được làm nguội
bằng thiết bò làm nguội sản phẩm đỉnh.
Lỏng ở đáy tháp được dẫn qua nồi đun Kettle và được đun nóng gián tiếp bằng hơi bão
hoà, hơi ở nồi đun dẫn vào tháp để cấp nhiệt cho tháp. Lượng lỏng đi ra khỏi nồi đun được làm
nguội để làm sản phẩm đáy.
Trong tháp luôn xảy ra quá trình tiếp xúc pha và truyền khối giữa hai pha lỏng và hơi. Hệ
thống làm việc liên tục cho sản phẩm đỉnh là acid fomic và sản phẩm đáy là acid axetic.
III.Các thông số của tháp chưng cất:
3.1.Nồng độ – lưu lượng các dòng:
Nhập liệu Sản phẩm đỉnh Sản pẩm đáy
3.2.Thông số nhiệt độ – áp suất:
Nhiệt độ Áp suất
T
F
(
0
C) T
D
(
0
C) T
W
(
0
C) P(at) P(at)
111,8 101,4 116 1 0,2
3.3.Thiết bò trao đổi nhiệt:
TB gia nhiệt nhập
liệu

TB ngưng tụ TB làm nguội sản
phẩm đỉnh
TB làm nguội sản
phẩm đáy
Nồi đun Kettle
Q
F
(kw)
D
(m)
L
(m)
Q
D
(kw)
D
(m)
L
(m)
Q
spđỉnh
(kw)
D
(m)
L
(m)
Q
spđáy
(kw)
D

(m)
L
(m)
Q
đ
(kw)
D
(m)
L
(m)
80 0,47 4,2 487 0,624 4,5 13,35 0,32 3,5 66 0,36 4,1 540 0,64 5,2
3.4.Thông số chính của tháp chưng cất:
Tỉ số hồi lưu (R) 11,072
Đường kính tháp (D) 1 m
Chiều cao tháp (H) 14,36 m
Bề dày thân (S) 4 mm
Số mâm
Phần chưng 13 mâm
Phần cất 32 mâm
Số tai treo 4
Số chân đỡ 4
Mâm nhập liệu thứ 13
Chóp
Số chóp/mâm 37
Đường kính chóp 73,6 mm
3.5.Thông số mặt bích:
Bích liền phẳng, kiểu I
D
t
(mm)

D
1
(mm)
D
b
(mm)
D
(mm)
d
b
(mm)
h
(mm)
t
(mm)
Z
(cái)
1000 1060 1090 1140 20 20 18,5 24
3.6.Thông số các ống dẫn hơi:
Tên gọi
D
y
L Dn Db D1 h bulong
mm mm mm mm mm mm
d
b
Z
mm cái
Ống dẩn hơi ra ở đỉnh 150 130 159 260 225 202 M16 8
Ống hoàn lưu 50 100 57 140 110 90 M12 4

Ống nhập liệu 50 100 57 140 110 90 M12 4
Ống dẫn lỏng ra ở đáy 40 100 45 145 110 88 M12 4
Ống dẫn hơi ra ở đáy 150 130 159 260 225 202 M16 8
3.7.Thông số bơm nhập liệu:
Loại bơm
Năng suất
(m
3
/h)
Số vòng quay
(vòng/phút)
Áp suất toàn phần
(m)
Nhiệt độ chất
lỏng
(
o
C)
XB 90 ÷ 280 1450 ÷ 2900 4 ÷ 33 -50 ÷ 100
Chương III: Tổng quan về hệ thống điều khiển tự động
I.Khái niệm:
Trong tất cả hoạt động của con người ở bất cứ nơi đâu vào mọi thời điểm nào đều liên
quan đến khái niệm điều khiển. Nó là tập hợp tất cả các tác động mang tính tổ chức để đạt được
mục đích mong muốn. Có thể nói điều khiển là nhân tố cuối cùng quyết đònh sự thành bại của các
hoạt động. Trong công nghiệp, hệ thống điều khiển ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm,
năng suất lao động và chi phí sản xuất.