luận văn công nghệ thực phẩm Phân tích quá trình công nghệ với tư cách là đối tượng của quá trình điều chỉnh tự động (tháp hấp thụ)

MỤC LỤC
Lời mở đầu 3 3
I. Quá trình công nghệ sấy khô khí4 4
I.1. Mục đích của việc sấy khô khí4 4
I.2. Phương pháp sấy khô khí4 4
I.2.1. Sơ đồ nguyên lí sấy khô khí bằng phương pháp hấp thô5 5
I.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ hấp thụ hơi nước 5 5

I.2.3. Các thông số của quá trình6 6
II. Phân tích quá trình công nghệ với tư cách là đối tượng của
quá trình điều chỉnh tự động 7 7
II.1. Sơ đồ thông số của quá trình công nghệ7 7
II.2. Mô hình toán học của sự điều chỉnh hàm Èm của khí khô8 8
II.3. Mô hình toán học của sự điều chỉnh mức chất lỏng trong
tháp hấp thô11 11
III. Đo và điều chỉnh tự động qúa trình công nghệ sấy khô khí14 14
III.1. Điều chỉnh hàm Èm của khí khô15 15
III.2. Điều chỉnh mức chất lỏng trong tháp hấp thô15 15
III.3. Điều chỉnh nhiệt độ làm việc của tháp hấp thô16 16
III.4. Điều chỉnh áp suất làm việc của tháp hấp thô16 16
III.5. Điều chỉnh nhiệt độ nạp liệu16 16
III.6. Điều chỉnh bằng máy tính17 17
IV. Thiết lập hệ tự động điều chỉnh quá trình công nghệ18 18
V. Các thiết bị đo lường20 20
V.1. Dụng cụ đo nhiệt độ20 20
V.2. Dụng cụ đo mức20 20
V.3. Dụng cụ đo lưu lượng21 21
V.4. Dụng cụ đo hàm Èm21 21
V.5. Dụng cụ đo áp suất21 21
Kết luận23 23
Tài liệu tham khảo24 24

LỜI MỞ ĐẦU

Đất nước ta đang trên con đường con đường công nghiệp hóa, hiện đại
hóa. Ngày nay, tất cả các nhà máy và xí nghiệp thuộc các nghành kinh tế
quốc dân, trong đó có nghành dầu khí, đều đã và đang được trang bị các hệ
thống tự động ở mức cao. Những hiệu quả mà tự động hóa mang lại cho sự
phát triển của kinh tế đất nước là không thể phủ nhận. Đó là: nâng cao chất
lượng sản phẩm, nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất, cải
thiện điều kiện làm việc cho công nhân viên nhất là ở những công đoạn có
tính độc hại cao
Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo dõi, giám sát các qui trình
công nghệ thông qua các chỉ số của hệ thống đo lường kiểm tra. Các hệ
thống tự động hóa thực hiện chức năng điều chỉnh các thông số công nghệ
nói riêng và điều khiển toàn bộ qui trình công nghệ nói chung. Hệ thống tự
động hóa bảo đảm cho qui trình công nghệ xảy ra trong điều kiện cần thiết
và bảo đảm nhịp độ sản xuất mong muốn của từng công đoạn trong qui trình
công nghệ. Chất lượng của sản phẩm và năng suất lao động của các phân
xưởng, của từng nhà máy, xí nghiệp phụ thuộc rất lớn vào chất lượng làm
việc của các hệ thống tự động hóa này.
Ở nước ta, dầu khí đã được phát hiện từ những năm đầu thập kỉ 70. Tuy
nhiên, phải đến năm 1986, tấn dầu đầu tiên mới được khai thác tại mỏ dầu
Bạch Hổ. Kể từ đó đến nay, sản lượng dầu khí chúng ta khai thác được ngày
một nhiều thêm. Riêng năm 1997, chóng ta đã khai thác được 10,1 triệu tấn
dầu. Sự đóng góp của nghành dầu khí đối với sự phát triển kinh tế đất nước
trong thời gian vừa qua là rất có ý nghĩa, nhưng điều này sẽ trở lên kém hiệu
quả nếu thiếu đi các hệ thống tự động hóa. Vai trò của các hệ thống tự động
hóa là đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực chế biến dầu khí.
Tiểu luận này thực hiện việc tự động hóa quá trình sấy khô khí. Đây là
một công đoạn đầu tiên, không thể thiếu trong việc chế biến khí thiên nhiên
và khí dầu má.

Em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Minh Hệ, người thầy đã tận tình
truyền đạt cho chóng em những kiến thức cơ sở cần thiết của môn học tự
động hóa các quá trình công nghệ hóa học-thực phẩm.
I. Quá trình công nghệ sấy khô khí:
I.1. Mục đích của sấy khô khí:
Khí đồng hành và khí thiên nhiên khai thác từ lòng đất thường bão hoà
hơi nước và hàm lượng hơi nước phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và thành
phần hoá học của khí. Mỗi một giá trị nhiệt độ, áp suất sẽ tương ứng với một
hàm lượng hơi nước cực đại có thể có nhất định. Hàm lượng Èm tương ứng
với hơi nước bão hoà tối đa được gọi là hàm lượng Èm cân bằng.
Hàm lượng hơi nước trong khí đồng hành và khí thiên nhiên cần phải biết
vì hơi nước có thể bị ngưng tụ trong các hệ thống công nghệ xử lí khí sau
này, kết quả sẽ tạo các điều kiện hình thành các hiđrat (các tinh thể rắn) dễ
đóng cục chiếm các khoảng không trong các ống dẫn hay các thiết bị, phá vỡ
điều kiện làm việc bình thường đối với các dây chuyền khai thác, vận
chuyển và chế biến khí. Ngoài ra, sự có mặt của hơi nước và các hợp chất
chứa lưu huỳnh (H
2
S và các chất khác) sẽ là tiền đề thúc đẩy sự ăn mòn kim
loại, làm giảm tuổi thọ và thời gian sử dụng của các thiết bị, công trình.
I.2. Phương pháp sấy khô khí:
Khí được sấy khô với mục đích tách hơi nước và tạo ra cho khí có nhiệt
độ điểm sương theo nước thấp hơn so với nhiệt độ cực tiểu mà tại đó khí
được vận chuyển hay chế biến. Trong công nghiệp, một trong những phương
pháp sấy khô khí hay được dùng là hấp thụ bằng các chất lỏng hót Èm.
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để sấy khô khí tại các công trình
ống dẫn khí cũng như tại trong các nhà máy chế biến khí. Chất hấp thụ-sấy
khô là những dung dịch nước đậm đặc của mono-, di- và trietylglycol.
Sự sấy khô khí bằng các chất hấp thụ này dùa trên sự khác biệt về áp suất
riêng phần của hơi nước trong khí và trong chất hấp thụ. Giá trị điểm sương

của khí, về nguyên tắc được đảm bảo bằng dung dịch của các glycol.
Lượng Èm có thể được tách ra từ khí bằng các chất hấp thụ-sấy khô được
xác định bằng khả năng hót Èm của các chất hấp thụ, nhiệt độ và áp suất, sự
tiếp xúc giữa khí với chất hấp thụ, khối lượng chất hấp thụ tuần hoàn trong
hệ và độ nhít của nó.
I.2.1. Sơ đồ nguyên lí công nghệ sấy khô khí bằng phương pháp hấp thụ:
II III IV

VI 3
5
1 2

I 7
V 4
6
8
Hình 1: Sơ đồ nguyên lí công nghệ sấy khô khí bằng hấp thụ
1- Thiết bị hấp thụ; 2,4- Thiết bị trao đổi nhiệt; 3- Thiết bị thổi khí; 5-
Thiết bị giải hấp thụ; 6- Thiết bị tái sinh hơi; 8- Bồn chứa DEG; I- Khí Èm;
II- Khí đã sấy khô; III- Khí thổi ra; IV- Hơi nước đi vào khí quyển; V- DEG
bổ sung; VI- DEG tái sinh.
Trong sơ đồ trên, khí Èm (I) được đưa vào phần dưới của thiết bị hấp thụ
1, còn glycol đậm đặc thì được đưa vào đĩa trên cùng của thiết bị này. Khí
sấy khô (II) sẽ đi ra từ phía trên của thiết bị, còn glycol đã hấp thụ nước thì
đi ra ở phía dưới. Khí đã sấy khô, sau đó, được đưa đi sử dụng, còn glycol
tiếp tục được đun nóng trong thiết bị trao đổi nhiệt 2 và đi vào hệ thống thổi
khí 3, tại đây sẽ tách phần hyđrocacbon đã bị hấp thụ. Tiếp theo glycol được
đun nóng trong thiết bị trao đổi nhiệt 4 và thiết bị giải hấp 5. Từ phía trên
của thiết bị 5, sẽ lấy ra hơi nước (IV), phần còn lại ở phía dưới chính là
glycol tái sinh được làm nguội trong thiết bị trao đổi nhiệt 4, 2 và sinh hàn 7,

đi vào bồn chứa 8, từ đây sẽ đi vào thiết bị hấp thụ 1 (bồn chứa 8 sẽ được bổ
sung một lượng glycol mới khi cần thiết).

I.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ hấp thụ hơi nước:
Để đặc trưng cho lượng hơi nước được hấp thụ trên lượng hơi nước có
trong khí Èm, người ta đưa ra đại lượng hệ số tách hay còn gọi là hiệu quả
hấp thụ. Người ta nhận thấy rằng khi tăng nhiệt độ và giảm áp suất của quá
trình hấp thụ sẽ làm giảm hiệu quả hấp thụ. Còn khi tăng lưu lượng riêng
của dung môi sẽ làm tăng hiệu quả hấp thụ.
Ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu quả hấp thụ là số đĩa lí thuyết của tháp hấp
thụ: Khi tăng số đĩa lí thuyết lên 6-8 đĩa (tương ứng với khoảng 30 đĩa thực)
thì lưu lượng riêng của dung môi sẽ giảm khi các điều kiện khác không đổi,
điều này dẫn đến việc giảm chi phí vận hành. Nhưng nếu số đĩa lí thuyết
tăng lên nữa thì ảnh hưởng của nó đến hiệu quả quá trình là không rõ rệt.
Hiệu quả hấp thụ còn phụ thuộc vào tỉ trọng và khối lượng phân tử của
dung môi; nếu tỉ trọng và khối lượng riêng của dung môi thay đổi, nhưng tỉ
số giữa chúng là không đổi thì hệ số hấp thụ cũng không đổi. Sử dụng dung
môi có khối lượng phân tử nhỏ sẽ làm tăng khả năng hấp thụ hơi nước, đồng
thời làm tăng hiệu quả của quá trình.

I.2.3. Các thông số của quá trình:
Ở các thiết bị công nghiệp, sự sấy khô khí đến điểm sương cân bằng là
không thực hiện được vì khí chỉ tiếp xúc với chất hấp thụ (glycol) có nồng
độ đã tính toán tại đĩa trên cùng, còn ở các mâm dưới nồng độ các glycol sẽ
giảm đi do sự hấp thụ nước. Do đó, trong các thiết bị công nghiệp, điểm
sương thực tế của khí sấy sẽ cao hơn từ 5 đến 11
0
C so với điểm sương cân
bằng. Thông thường sự sấy khí bằng các glycol được thực hiện đến điểm
sương không thấp hơn –25

0
C đến –30
0
C. Muốn sấy triệt để hơn thì cần phải
dùng dung dịch glycol có nồng độ đậm đặc hơn. Khi đó, sẽ phát sinh thêm
khó khăn do có sự gia tăng sự tiêu hao glycol cùng với khí khô.
Nhiệt độ giới hạn trên của quá trình sấy hấp thụ được xác định bằng sự
tiêu hao cho phép do bay hơi và trong thực tế, nhiệt độ này vào khoảng
38
0
C. Còn nhiệt độ giới hạn dưới phụ thuộc vào sự giảm khả năng hót Èm
của chất hấp thụ gây ra bởi sự tăng độ nhít của glycol. Nhiệt độ cực tiểu tiếp
xúc với glycol vào khoảng 10
0
C.
Khi hàm lượng nước trong chất hấp thụ tăng thì ảnh hưởng của sự tiêu
hao chất hấp thụ đến độ hạ điểm sương sẽ giảm. Ảnh hưởng của sự tiêu hao
chất hấp thụ đến mức độ sấy khí giảm khi đạt đến giá trị nhất định nào đó.
Nồng độ glycol là yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất đến điểm sương của khí. Khi
tăng nồng độ của glycol thì độ hạ điểm sương sẽ mạnh hơn so với tăng tiêu
hao tác nhân sấy.
Nồng độ glycol trong chất hấp thụ được xác định bằng nhiệt độ tái sinh
nã. Ở nhiệt độ 164,4
0
C, DEG bị phân huỷ một phần, còn ở 206,7
0
C, TEG
cũng sẽ phân huỷ. Nếu tái sinh glycol ở áp suất khí quyển thì thực tế sẽ
không thu được dung dịch có nồng độ lớn hơn 97- 98% khối lượng, vì nhiệt
độ ở phía dưới thiết bị giải hấp lớn hơn các nhiệt độ nêu trên nên chúng sẽ bị

phân hủy. Do vậy, glycol thường được tái sinh trong chân không.
* Tại tháp hấp thụ 1:
- Nhiệt độ tiến hành: 20
0
C.
- Áp suất tiến hành: 2- 6 MPa.
- Lưu lượng riêng chất hấp thụ: 30- 35 lít TEG/1 kg nước.
- Nồng độ chất hấp thụ tái sinh: 99,0-99,5% kl (TEG).
- Điểm sương của khí: -18
0
C đến -25
0
C.
* Tại tháp giải hấp 5:
- Nhiệt độ đáy tháp giải hấp: 190- 204
0
C.
- Áp suất tiến hành: 10- 13 kPa.

II. Phân tích quá trình công nghệ với tư cách là đối tượng của quá trình
điều chỉnh tự động (tháp hấp thụ):
II.1. Sơ đồ thông số của của quá trình hấp thụ khí Èm:

Hình 2: Sơ đồ thông số của quá trình hấp thụ khí Èm
Ở sơ đồ trên:
- Các tác động điều chỉnh :
- Các tác động nhiễu :
- Các thông số đặc trưng của quá trình:
Trong đó:
: Thể tích khí Èm đi vào tháp hấp thụ(m
3
/h).
: Lưu lượng chất hấp thụ (glycol) tái sinh (m
3
/h).
: Thể tích khí khô đi ra ở đỉnh tháp hấp thụ (m
3
/h).
: Dung dịch glycol đã bão hoà hơi nước (m
3
/h).
: Hàm Èm của khí cần sấy khô (kg/m
3
).
: Hàm Èm của khí khô (kg/m
3
).
: Mức chất láng trong tháp hấp thụ (m).
II.2. Mô hình toán học của quá trình điều chỉnh hàm Èm của khí khô:

Tháp hấp thụ được sử dụng để sấy khô khí là tháp đệm. Nh chóng ta đã
biết, bản chất vật lí của quá trình hấp thụ là do sự hình thành cân bằng pha
giữa hai pha khí-lỏng do sự khuếch tán của các chất từ pha nọ sang pha kia.
Động lực của quá trình khuếch tán là sự chênh lệch áp suất riêng phần giữa
các cấu tử trong pha lỏng và pha khí. Nếu áp suất riêng phần của các cấu tử
trong pha khí lớn hơn trong pha lỏng thì sẽ xảy ra quá trình hấp thụ (chất
lỏng hấp thụ khí). Trong thực tế, động lực quá trình khuếch tán trong tính
toán được tính qua nồng độ các cấu tử (vì áp suất riêng phần tỉ lệ thuận với
nồng độ).
Trong khi đó, năng suất làm việc của tháp đệm được xác định bằng tốc độ
khí đi qua tiết diện tự do của tháp; tốc độ khí phụ thuộc vào khả năng cho
phép lớn nhất của khí qua tháp. Năng suất sẽ lớn nhất khi lượng khí cho
phép đi qua tháp lớn nhất hay đạt trị số tới hạn.
Trong tháp đệm, chất lỏng hấp thụ đi vào tháp ở phía trên, còn khí Èm
men theo bề mặt của đệm đi lên. Trạng thái này xảy ra khi vận tốc khí rất bé.
Với sự tăng vận tốc khí, do lực ma sát phần của phim giữa hai pha bị giảm đi
và một líp bọt xuất hiện. Nếu tăng vận tốc tiếp, chất lỏng sẽ bị kéo lên.
Trạng thái này được gọi là điểm sặc và nó biểu diễn giới hạn phụ tải trên.
Tuỳ thuộc vào tỷ số của vận tốc pha khí với vận tốc điểm sặc , có thể
chia ra các phạm vi sau:
- : phạm vi màng. Bề mặt tiếp xúc pha trong phạm vi này có thể
coi bằng bề mặt của đệm đem dùng.
- : điểm phanh. Ở trên bề mặt phim, có xoáy tạo thành do ma
sát và đó là nguyên nhân dẫn tới kéo một phần chất lỏng.
- pham vi quá độ.
- điểm tan. Chất lỏng tạo thành một líp bọt xốp. Bề mặt tiếp
xúc pha không phụ thuộc vào bề mặt líp đệm.
- phạm vi nhò tương.
Các tháp đệm trong thực tế thường làm việc ở miền nhò tương vì ở đây
diện tích tiếp xúc pha là lớn nhất và có lợi hơn cả về mặt năng suất. Đây là

chế độ thuỷ động tốt nhất.
Việc xây dựng mô hình toán học của quá trình điều chỉnh tự động dùa trên
cơ sở thừa nhận líp đệm là một hệ đồng thể trong đó người ta quan sát một
phân tố đủ lớn với sự không đồng nhất của líp đệm, mặt khác phân tố nghiên
cứu cũng đủ bé so với quy mô biến đổi nồng độ và nhiệt độ.





Hình 3: Sơ đồ dòng ra và dòng vào tháp hấp thụ
Các giả thiết:
- Quá trình xảy ra trong điều kiện đẳng nhiệt.
- Thể tích của hơi nước bị tách ra khỏi khí Èm là không đáng kể.
- Chất hấp thụ (glycol) chỉ hấp thụ hơi nước.
- Hệ số khuếch tán không thay đổi trong toàn bộ không gian tháp.
- Vận tốc dòng không đổi đối với tất cả các tiết diện vuông góc với trục.
Khi đó, áp dụng phương trình bảo toàn vật chất cho đối tượng trong thời
gian , ta có:
Trong đó:
Nồng độ của hơi nước trong pha khí và pha láng.
: Thành phần để ý đến vận tốc chuyển khối.
Vận tốc của pha khí trong tháp đệm.
Trong trường hợp này, nếu chỉ chú ý đến khuếch tán dọc (theo chiều cao
của tháp hấp thụ), phương trình (1) sẽ có dạng:
ở đây:
Hệ số trộn dọc.
Viết phương trình (2) cho cả chất khí và chất lỏng, ta có:

Với:

Chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha hơi.

Chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha láng.

Nồng độ hơi nước trong pha hơi.
Nồng độ hơi nước trong pha láng.
: Chiều cao của tháp hấp thụ. : ChiÒu cao cña th¸p hÊp thô.
Hệ số trộn dọc của pha hơi và pha láng.
Thể tích khí trong một đơn vị thể tích đệm.

Thể tích lỏng trong một đơn vị thể tích đệm.

Diện tích tiếp xúc pha.
Hệ số cấp khối khí-lỏng và lỏng-khí.


Điều kiện biên của (*) là:
ở :
ở
Bên cạnh đó, ta cũng có:
Ở đây:
lưu lượng riêng chất hấp thụ (kg glycol/kg nước).
Ta cũng có:




Trong đó:
Khối lượng phân tử của chất hấp thụ (glicol).
Nồng độ của dung môi glicol trong dung dịch chất hấp thụ tái sinh.

: Chiều cao của tháp hấp thụ (m).
: Nồng độ của nước trong dung dịch bão hoà đi ra ở đáy tháp.
Ta nhận thấy hệ phương trình (*), và các phương trình từ (5) đến (16) ở
trên là hệ phi tuyến. Giải hệ phương trình trên bằng các phương pháp thông
thường là rất khó khăn, tốt hơn hết là giải gần đúng bằng máy tính số. Kết
quả là chúng ta sẽ thu được các hàm và . Từ đó, chúng ta có
thể xác định được sự biến thiên nồng độ của nước trong pha khí và pha lỏng
dọc theo chiều cao của tháp đệm. Đồng thời, cũng nhờ vậy, chúng ta sẽ xác
định gần đúng được hàm truyền của đối tượng cần điều chỉnh (ở đây, hàm
truyền thường có dạng rất phức tạp).
II.3. Mô hình toán học của sự điều chỉnh mức chất lỏng trong tháp hấp thụ:
Gọi H là mức chất lỏng trong tháp (m)
S là diện tích thiết diện của tháp (m
2
)
Viết phương trình vi phân dùa theo định luật bảo toàn năng lượng theo
thời gian dt, ta có:
Trong đó, W là lượng dung môi bão hoà đi ra khỏi đáy tháp hấp thụ
(m
3
/h).
Từ (19), ta có:
Ở trạng thái cân bằng thì:
Phương trình (20) là phương trình tuyến tính. Từ phương trình (14), ta suy
ra:
Thế (22) vào (20), ta có:
Phương trình (23) là phương trình tuyến tính. Ta có:
Chia cả hai vế cho S*H
0
, ta có:

Gọi là các độ mở van. Ta có:



Thế (26) và (27 vào (25), ta có:
Đặt:





Thế (29), (30), (31), (32), (33) vào (28), ta có:
3.1. Xét ảnh hưởng của tác động đầu vào :
Ta có:
Sử dụng phép biến đổi Laplace cho (35), ta có hàm truyền của tác động
đầu vào

là:
Khi tác động đầu vào , ta có:
Khi đó, ta có:






Hình 4
3.2. Xét ảnh hưởng của tác động đầu vào :
Ta có:
Sử dụng phép biến đổi Laplace cho (37), ta có hàm truyền của tác động

đầu vào là:
Khi tác động đầu vào , ta có:
Sử dụng phép biến đổi Laplace ngược, ta có:

1

t

t
Hình 5
III. Đo và điều chỉnh tự động quá trình công nghệ sấy khô khí:
Sơ đồ đo và điều chỉnh các thông số của quá trình hấp thụ được sử dụng
rất phổ biến vì nó đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn. Sự ổn định quá trình được
thực hiện bằng cách loại trừ các tác dụng kích thích chủ yếu, làm giảm mối
liên hệ bên trong và bên ngoài hệ thống điều khiển tự động.
Dùa vào sơ đồ thông số của quá trình công nghệ, ta nhận thấy các thông
số cần điều chỉnh là:
- Hàm Èm của khí khô thành phẩm.
- Mức chất lỏng trong tháp hấp thụ.
Ngoài ra, chóng ta còn phải ổn định các thông số khác nh nhiệt độ và áp
suất làm việc của tháp, nhiệt độ dòng khí Èm nguyên liệu.
Còng theo sơ đồ thông số của quá trình công nghệ, sự thay đổi hàm Èm
của khí Èm nguyên liệu là kích thích chính khiến quá trình hấp thụ thường
không ổn định, làm cho hệ điều chỉnh phức tạp. Để điều chỉnh các thông số
nêu trên, người ta sử dụng hai nguyên tắc:
- Theo độ sai lệch của các đại lượng điều chỉnh.
- Theo tác dụng kích thích.
Điều này cho phép hiệu chỉnh tự động hoạt động đồng thời của các bộ
điều chỉnh có kể đến tác dụng kích thích (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, hàm
Èm của khí Èm) và làm giảm sự chậm trễ của quá trình điều khiển.

III.1. Điều chỉnh hàm Èm của khí khô:
Trong quá trình hấp thụ, để đo hàm Èm của khí cần sấy khô và khí khô,
người ta dùng các Èm kế tóc bằng điện.
Như chúng ta đã biết, mục đích của quá trình hấp thụ là nhằm để tách mét
lượng nước nhất định ra khỏi khí Èm, làm cho khí chứa lượng hơi nước tối
thiểu, cần thiết cho các quá trình chế biến khí sau này. Vì vậy, chất lượng
của khí khô thu được cần phải tốt. Muốn vậy, hàm Èm của nó phải ổn định.
Để ổn định hàm Èm của khí khô, người ta có thể tác động vào các yếu tố:
lượng khí Èm đi vào tháp, lượng khí khô đi ra khỏi tháp, lượng và nồng độ
chất hấp thụ tái sinh hoặc nhiệt độ làm việc của tháp hấp thụ. Thường thì đối
với một dây chuyền công nghệ, người ta cố định nồng độ của chất hấp thụ.
Tuỳ thuộc vào chế độ vận hành của tháp, người ta tác động vào lưu lượng
các dòng vào, dòng ra tháp hay nhiệt độ làm việc của tháp. Để tối ưu hoá
quá trình công nghệ, người ta sẽ tác động vào lưu lượng khí Èm hay lưu
lượng chất hấp thụ tái sinh sao cho chế độ vận hành của tháp là ở chế độ
thuỷ động tốt nhất (chế độ nhò tương) ở một nhiệt độ làm việc xác định
(thường là thấp).
Thông thường, giải pháp tối ưu trong trường hợp này là người ta thay đổi
tốc độ của dòng chất hấp thụ tái sinh ở một nhiệt độ làm việc xác định của
tháp.
III.2. Điều chỉnh mức chất lỏng trong tháp:
Để đo mức chất lỏng trong tháp hấp thụ, người ta sử dụng phương pháp
đo mức bằng điện dung. Để tháp vận hành tốt, mức chất lỏng thường phải
được giữ ở một mức cố định. Để ổn định mức chất lỏng trong tháp hấp thụ,
người ta có thể tác động vào lưu lượng chất hấp thụ tái sinh hay lưu lượng
chất lỏng đi ra ở đáy tháp hấp thụ hoặc nhiệt độ làm việc của tháp. Tuy
nhiên, qúa trình điều chỉnh lượng chất hấp thụ tái sinh sẽ không phải là
phương pháp tối ưu do việc này sẽ ảnh hưởng đến hàm Èm của khí khô đi ra.
Đồng thời, việc thay đổi nhiệt độ làm việc của tháp có thể liên quan đến việc
làm tăng khả năng bay hơi chất hấp thụ, giảm hiệu quả của quá trình hấp thụ

và ảnh hưởng xấu đến chất lượng của khí khô thành phẩm, tăng lượng chất
hấp thụ tái sinh và vì vậy, tăng chi phí sản xuất trong giá thành sản phẩm.
Do đó, người ta tiến hành sự điều chỉnh lượng chất lỏng đi ra khỏi đáy tháp
chất hấp thụ. Quá trình điều chỉnh này được thực hiện nhờ cảm biến đo mức
và van tự động. Khi mức chất lỏng thay đổi, cảm biến, một mặt, sẽ truyền tín
hiệu đo về trung tâm xử lí (máy tính trung tâm) và mặt khác, sẽ tác động vào
cơ cấu chấp hành điều khiển van tự động.
III.3 iu chnh nhit lm vic ca thỏp:
Nhit lm vic ca thỏp c o bng cp nhit in. Nh chỳng ta ó
bit, quỏ trỡnh hp th l mt quỏ trỡnh to nhit nờn khi hp th hi nc
bng cht lng s xy ra s to nhit v nhit cỏc dũng lu cht s tng
lờn, dn n cng quỏ trỡnh s gim v mt iu kin xỏc nh no ú
quỏ trỡnh hp th s dng li v bt u quỏ trỡnh gii hp, bay hi hi nc
v cht hp th. Nhit lm vic nh hng rt nhiu n hiu qu hp th
hi nc t khớ ẩm. Nhit tng lm gim kh nng hp th hi nc
trong khớ ẩm. Nhit tng quỏ cao cú th lm bay hi nhiu cht hp th.
Thụng thng, khi hm ẩm ca dũng nguyờn liu thay i khụng nhiu
(trong mt gii hn xỏc nh no ú), ngi ta thng gi cho nhit lm
vic l khụng i, thng l thp nhm hn ch s bay hi cht hp th.
Thng thỡ lng nhit to ra khi cht hp th (glycol) hp th nc l
khụng ln, nờn khụng phi ly nhit ny ra khi thỏp hp th. n nh
nhit lm vic ca thỏp hp th, ngi ta cú th tỏc ng vo cỏc dũng
khớ khụ i ra nh thỏp hp th hoc dũng dung dch bóo ho hi nc i
ra ỏy thỏp hp th. Thụng thng, ngi ta thng tỏc ng vo tc
dũng khớ khụ. g rất nhiều đến hiệu quả hấp thụ hơi nớc từ khí ẩm.
Nhiệt độ tăng làm giảm khả năng hấp thụ hơi nớc trong khí ẩm. Nhiệt độ
tăng quá cao có thể làm bay hơi nhiều chất hấp thụ. Thông thờng, khi hàm
ẩm của dòng nguyên liệu thay đổi không nhiều (trong một giới hạn xác
định nào đó), ngời ta thờng giữ cho nhiệt độ làm việc là không
đổi, thờng là thấp nhằm hạn chế sự bay hơi chất hấp thụ. Th-

ờng thì lợng nhiệt toả ra khi chất hấp thụ (glycol) hấp thụ nớc là không lớn,
nên không phải lấy nhiệt này ra khỏi tháp hấp thụ. Để ổn định nhiệt độ
làm việc của tháp hấp thụ, ngời ta có thể tác động vào các dòng khí khô
đi ra ở đỉnh tháp hấp thụ hoặc dòng dung dịch bão hoà hơi nớc đi ra ở
đáy tháp hấp thụ. Thông thờng, ngời ta thờng tác động vào tốc độ dòng khí
khô.
III.4. iu chnh ỏp sut lm vic ca thỏp hp th:
Ngi ta o ỏp sut bng mt h thng t ng o ỏp sut. p sut lm
vic cú nh hng khỏ ln n kh nng hp th hi nc trong khớ ẩm. Khi
gim ỏp sut ca quỏ trỡnh hp th, s lm gim yu t hp th v ngc li.
Do vy, cn phi n nh ỏp sut lm vic. n nh ỏp sut lm vic,
ngi ta thng tỏc ng vo tc dũng khớ khụ i ra nh thỏp hp th.
suất của quá trình hấp thụ, sẽ làm giảm yếu tố hấp thụ
và ngợc lại. Do vậy, cần phải ổn định áp suất làm việc. Để ổn định áp
suất làm việc, ngời ta thờng tác động vào tốc độ dòng khí khô đi ra ở
đỉnh tháp hấp thụ.

III.5. iu chnh nhit np liu:
Nhit ca dũng nguyờn liu i vo thỏp hp th phi cao nhm trỏnh s
ngng t hi nc trờn thnh ng dn, to thnh hyrat. Nhit ca dũng
nguyờn liu i vo thỏp hp th khụng phi l mt thụng s cht lng sn
phm. Tuy nhiờn, nú li nh hng rt ln n ch vn hnh ca thỏp,
n kh nng tỏch hi nc khi khớ ẩm. Thụng thng, ngi ta thng
iu chnh sao cho nhit ny bng nhit lm vic ca thỏp. Quỏ trỡnh
n nh nhit ca nguyờn liu c duy trỡ nh mt thit b trao i nhit
v mt b iu chnh nhit . Trong thit b ny, khớ ẩm s trao i nhit
vi dũng lu cht (cú th l lnh hay núng).
III.6. H thng iu khin ti u bng mỏy tớnh:
Tiờu chun ti u ca quỏ trỡnh hp th l lựa chn t ng ti ti u ca
thỏp hp th x lớ lng khớ nguyờn liu np ó cho trong thi gian chu kỡ

xỏc nh vi giỏ thnh nh nht v cht lng m bo.
thc hin c iu ny, ngi ta lp mt chng trỡnh phn mm cho
mỏy tớnh sao cho h thng t ng ti u phi tớnh toỏn v duy trỡ t ng ti
lng ti u ca thỏp hp th tu thuc vo hm ẩm ca khớ nguyờn liu v
k hoch sn xut, d tớnh v iu khin tc dũng hi, dũng lng trong
thỏp v dũng cht hp th tỏi sinh sao cho quỏ trỡnh lm vic mi ch
u nm trong min ti u ca vựng lm vic bo m cho cht lng ca
sn phm (hiu chnh theo hm ẩm ca khớ khụ). Khi hp th hi nc trong
khớ nguyờn liu, h thng iu khin t ng cn phi ti u hoỏ tt c cỏc
khõu cụng ngh. Ngoi ra, h thng iu khin t ng cũn phi n nh tt
c cỏc thụng s cũn li nh ỏp sut hi, nhit lm vic ca thỏp, mc cht
lng trong thỏp, nhit nguyờn liu trc khi i vo thỏp hp th.
Mỏy tớnh iu khin thc hin cỏc nhim v sau:
- Nhn cỏc tớn hiu o t cỏc cm bin truyn v, phõn tớch chúng.
- Tớnh toỏn lng khớ nguyờn liu ti u ca thỏp v t nhim v cho b
iu chnh lu lng nguyờn liu.
- Tớnh toỏn lng cht hp th tỏi sinh ti u v t nhim v cho b iu
chnh lu lng cht hp th.
- Tớnh toỏn nhit v ỏp sut lm vic ch ti u ca thỏp, trờn c
s ú, t nhim v cho b iu chnh lu lng dũng khớ khụ i ra
nh thỏp hp th.
- Chuyển một thuật toán điều khiển này sang một thuật toán điều khiển
khác tương ứng với sự thay đổi nhiệm vụ tối ưu hóa khi chuyển từ chế
độ khởi động sang định mức và từ định mức về trạng thái dừng.
Ngoài ra, máy tính còn phải thực hiện các hoạt động bình thường theo yêu
cầu kiểm tra tự động tính đúng đắn và hoàn hảo của máy, in kết quả, thông
báo tình trạng không hoàn hảo
IV. Thiết lập hệ tự động điều chỉnh quá trình công nghệ:
Hoạt động của hệ tự động điều chỉnh được thể hiện trong hình 6. Trong sơ
đồ, khí Èm nguyên liệu được ổn định nhiệt độ nạp liệu tại thiết bị trao đổi

nhiệt trước khi đi vào tháp hấp thụ. Lưu lượng khí Èm được điều chỉnh nhờ
một bộ điều chỉnh lưu lượng đặt trên đường ống nạp liệu. Dung dịch chất
hấp thụ tái sinh đi vào đỉnh tháp hấp thụ. Lưu lượng của nó được điều chỉnh
nhờ một bộ điều chỉnh lưu lượng. Khí Èm sau khi tách một lượng Èm nhất
định chuyển thành khí khô sẽ đi ra ở đỉnh tháp hấp thụ. Hàm Èm của khí khô
sẽ được kiểm tra nhờ Èm kế tóc bằng điện. Sau đó, tín hiệu chất lượng này
được đưa về máy tính trung tâm. Nếu hàm Èm của khí khô thay đổi, máy
tính sẽ thực hiện quá trình tính toán và đặt nhiệm vụ điều chỉnh tự động cho
các bộ điều chỉnh chức năng (ở đây là các bộ điều chỉnh lưu lượng, nhiệt độ,
áp suất) nhằm ổn định hàm Èm của khí khô. Lưu lượng dòng khí khô đi ra ở
đỉnh tháp được điều chỉnh nhờ một bộ điều chỉnh lưu lượng. Mức chất lỏng
trong tháp hấp thụ được điều chỉnh nhờ một bộ điều chỉnh lưu lượng điều
chỉnh lưu lượng dung dịch bão hoà đi ra ở đáy tháp. Nhiệt độ và áp suất làm
việc của tháp được điều chỉnh nhờ các bộ điều chỉnh nhiệt độ và áp suất.

V. Các thiết bị đo lường:
Trong công nghệ sấy khô khí, người ta cần phải đo và kiểm tra thường
xuyên : áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, độ Èm, mức. Đó là những quá trình liên
tục. Các tín hiệu đo từ các cảm biến được gửi về trung tâm xử lí số liệu. Do
đó, đảm bảo đo chính xác các thông số này có ảnh hưởng rất lớn đến quá
trình sấy khô khí.
Dưới đây là các dụng cụ đo được dùng trong công nghệ sấy:
V.1. Dụng cụ đo nhiệt độ:
Để đo nhiệt độ dòng chảy trong đường ống và trong tháp hấp thụ, người ta
thường sử dụng cảm biến đo là cặp nhiệt điện (hoặc nhiệt kế điện trở).
Loại cặp nhiệt độ được sử dụng là cặp nhiệt điện Platin và Rodi, kí hiệu
PtRh 30/6 do Nga chế tạo. Đây là cặp nhiệt có dây dương là hợp kim 70%Pt
+ 30%Rh và dây âm 94%Pt + 6%Rh. Giới hạn đo của loại cảm biến này đạt
đến 1600
0

C.
Nguyên lí làm việc: cặp nhiệt điện chuyển tín hiệu điện áp dùa trên hiện
tượng nhiệt điện. Hiện tượng này nh sau: Nếu lấy hai đầu dây dẫn có bản
chất kim loại khác nhau nối chặt lại với nhau ở hai đầu rồi đốt nóng một đầu
thì trong vòng dây sẽ xuất hiện dòng điện. Dòng điện này được gọi là dòng
nhiệt điện. Sự xuất hiện dòng nhiệt điện này được giải thích bằng hiện tượng
khuếch tán điện tử tự do. Khi hai dây dẫn khác nhau được gắn tiếp xúc với
nhau, thì do hai dây có số lượng điện tử tự do khác nhau nên tại điểm tiếp
xúc có sự khuếch tán điện tử tự do. Dây nào có điện tử tự do nhiều hơn thì
số lượng điện tử tự do của nó khuếch tán sang dây kia sẽ nhiều hơn sự
khuếch tán ngược lại, vì vậy, bản thân nó sẽ thiếu điện tử tự do và mang điện
tích dương. Phía bên dây còn lại sẽ thừa điện tích tự do nên mang điện tích
âm. Như vậy, tại điểm tiếp xúc, sẽ xuất hiện sức điện động mà điện trường
của nó chống lại sự khuếch tán điện tử từ dây có số lượng điện tử tự do
nhiều hơn sang dây có Ýt hơn. Nhiệt độ càng tăng thì hoạt tính của các điện
tử càng tăng, khả năng khuếch tán tăng lên, giá trị sức điện động tăng lên.
V.2. Dụng cụ đo mức:
Để đo mức dung dịch trong tháp hấp thụ, người ta sử dụng phương pháp
đo mức bằng điện dung.
Nguyên lí hoạt động của mức kế điện dung dùa trên mối liên hệ giữa điện
dung của tụ điện và mức dịch thể trong bể. Cảm biến đo là tụ điện chuyển
đổi sự thay đổi mức của dịch thể sang sù thay đổi điện dung của tụ. Về mặt
cấu tạo, phần tử nhậy cảm điện dung được thực hiện dưới dạng các điện cực
hình trụ tròn đặt đồng trục hay các điện cực phẳng đặt song song với nhau.
Cấu tạo của các phần tử nhạy cảm điện dung được xác định theo tính chất
hoá lí của chất lỏng.
V.3. Dụng cụ đo lưu lượng:
Người ta đo lưu lượng các dung dịch vào và ra tháp hấp thụ bằng thiết bị
đo lưu lượng theo sự chênh lệch áp suất thay đổi.
Nguyên tắc hoạt động của thiết bị này dùa trên sự thay đổi áp suất của

dòng chảy ở hai bên của tấm chắn. Người ta tiến hành đặt một thiết bị thụ
hẹp ở trong một ống dẫn có dòng lưu thể đi qua. Ở đây, thiết bị thu hẹp đóng
vai trò là cảm biến đo. Khi có dòng chất lỏng chảy qua lỗ thu hẹp, tốc độ của
nó tăng lên so với tốc độ ở trước khi qua lỗ thu hẹp. Nh vậy, tại vùng đặt
thiết bị thu hẹp, có hiện tượng chuyển đổi thế năng sang động năng của dòng
chảy. Do đó, áp suất dòng chảy ở cửa ra của lỗ thu hẹp giảm xuống tạo ra sự
chênh áp suất phía trước và phía sau lỗ thu hẹp. Áp kế vi sai đo được sự
chênh áp này, từ đó, có thể đo được lưu lượng của dòng chảy.
Ưu điểm của các dông cụ loại này là đơn giản, chắc chắn, không có tiếng
ồn, dễ chế tạo hàng loạt, đo được ở mọi môi trường với áp suất và nhiệt độ
bất kì, giá thành thấp.

V.4. Dụng cụ đo hàm Èm của khí:
Để đo hàm Èm của khí, người ta sử dụng Èm kế tóc bằng điện.
Nguyên lí hoạt động của thiết bị này dùa vào sự thay đổi độ dài của chùm
tóc và sự thay đổi tương ứng với chùm tóc của lõi pherit trong biến áp dẫn
đến điện áp của các cuộn dây cảm ứng thay đổi khi hàm Èm của khí thay
đổi. Thiết bị chỉ thị đo tác động theo nguyên lí cầu cân bằng.

V.5. Dụng cụ đo áp suất:
Trong công nghiệp chế biến khí nói chung và trong quá trình hấp thụ nói
riêng, người ta thường sử dụng hệ thống tự động đo áp suất. Cấu trúc của
một hệ thống đo áp suất tự động bao gồm ba thành phần: cảm biến đo,
chuyển đổi đo và chỉ thị đo.
Cảm biến đo được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là các cảm biến đàn hồi
(lò xo một ống vòng, màng đàn hồi, màng hộp đàn hồi ). Nguyên lí làm
việc của nó dùa vào tính chất của các vật thể đàn hồi. Dưới tác động cảu áp
suất, các vật thể đàn hồi biến dạng sinh ra lực đàn hồi chống lại sự tác động
của lực áp suất. Khi hai lực cân bằng thì quá trình biến dạng kết thúc hình
thành mối liên hệ giữa độ biến dạng của vật thể đàn hồi và áp suất tác động

lên nó. Đây là một trong những đặc trưng cơ bản của cảm biến đàn hồi. Đặc
tính của các cảm biến đàn hồi có thể là tuyến tính hay phi tuyến tính tuỳ
thuộc vào cấu trúc và hình thức tác động lên nó. Thông thường, khi thiết kế
các cảm biến, cố gắng nhận được đặc tính tuyến tính của nó, hoặc tìm các
biện pháp để tuyến tính hoá nếu gặp phải đặc tính phi tuyến tính.
Điều kiện chuẩn làm việc của cảm biến đo là 20
0
C.
Bé chuyển đổi dùng ở đây là biến áp vi sai.
KẾT LUẬN
Để thực hiện tiểu luận, em đã tìm hiểu và nghiên cứu về công nghệ sấy
khô khí bằng chất hấp thụ, các hệ thống điều chỉnh tự động. Qua đó, em đã
hiểu được ảnh hưởng của các tác động điều chỉnh (lưu lượng các dòng ra và
vào tháp hấp thụ), tác động nhiễu lên các thông số đặc trưng cho chất lượng
sản phẩm, ở đây hàm Èm của khí khô và mức chất lỏng trong tháp hấp thụ.
Tiểu luận tập trung vào việc nghiên cứu sự tự động hoá công nghệ chế biến
khí, nhất là việc điều chỉnh các thông số đặc trưng của quá trình sao cho đạt
hiệu quả cao nhất. Đặc biệt em đã nghiên cứu việc áp dụng máy tính số vào
việc điều chỉnh này.
Tuy nhiên, do trình độ bản thân và thời gian làm tiểu luận có hạn, tiểu
luận đã không tránh khỏi những thiếu sót. Một trong số đó là mô hình toán
học của sự điều chỉnh hàm Èm của khí khô. Mặc dù đã có nhiều cố gắng
nhưng em chỉ đưa ra được mô hình toán học mang tính khái quát, định tính.
Trong khi đó, một mô hình toán học đầy đủ, chi tiết hơn là rất cần thiết cho
sự hiểu biết sâu sắc hơn về quá trình công nghệ cũng như việc điều khiển và
tối ưu hoá quá trình công nghệ. Em hy vọng rằng sau này em sẽ có thời gian
để nghiên cứu quá trình công nghệ một cách đầy đủ hơn, sâu sắc hơn và
hoàn thiện việc tự động hoá quá trình công nghệ này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Tự động hoá các quá trình công nghệ hóa học-thực phẩm

Biên soạn: TS. Nguyễn Minh Hệ
Trường đại học Bách khoa Hà nội (2002)
[2]. Cơ sở tự động hoá, tập 1.
Tác giả: TS. Nguyễn Minh Tuyển
Nhà xuất bản giáo dục (2000)
[3]. Tự động hoá và mô hình hoá quá trình lọc dầu
Biên soạn: TS. Đào Văn Tân
Trường đại học Mỏ-Địa chất Hà nội (2000)
[4]. Công nghệ chế biến khí thiên nhiên và khí dầu mỏ
Tác giả: MA. Berlin-VG.Gortrencốp-HP.Volcốp
Trường đại học kĩ thuật thành phố Hồ Chí Minh.
[5]. Công nghệ chế biến khí
Tác giả: TS. Nguyễn Thị Thanh Hiền
Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật (2002)
[6]. Những quá trình và thiết bị cơ bản của nghành công nghệ hóa học
Tác giả: A.G. Casatkin
Nhà xuất bản giáo dục (1966)
[7]. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, tập 2
Tác giả: GS.TS. Nguyễn Bin (chủ biên)
[8]. Gas conditioning and processing, volume 1
Author: John M. Campbell
Campbell Petroleum Series
[9]. Kĩ thuật hệ thống công nghệ hóa học, tập 1
Tác giả: Nguyễn Minh Tuyển, Phạm Văn Thiêm
Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật (2001)
[10]. Tính toán quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm,
tập 2
Tác giả: GS. TS. Nguyễn Bin