nghiên cứu, nâng cấp hệ thống điều khiển quá trình sản xuất co2 lỏng tại công ty tnhh một thành viên phân đạm và hóa chất hà bắc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

-------

-------

NGUYỄN ĐẠT THẠCH

NGHIÊN CỨU, NÂNG CẤP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ
TRÌNH SẢN XUẤT CO2 LỎNG TẠI CÔNG TY TNHH MỘT
THÀNH VIÊN PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT HÀ BẮC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

-------

-------

NGUYỄN ĐẠT THẠCH

NGHIÊN CỨU, NÂNG CẤP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ
TRÌNH SẢN XUẤT CO2 LỎNG TẠI CÔNG TY TNHH MỘT
THÀNH VIÊN PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT HÀ BẮC

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số : 60.52.02.02

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGÔ TRÍ DƯƠNG

HÀ NỘI, 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Nguyễn Đạt Thạch, học viên lớp cao học K21DNNA chuyên
ngành kỹ thuật điện. Tôi cam đoan những nội dung tôi viết trong luận văn là
nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của T.S Ngô Trí Dương và
không có sự sao chép bất hợp pháp từ nghiên cứu của người khác. Nếu sai tôi
hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Người cam đoan

Nguyễn Đạt Thạch

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page i

LỜI CẢM ƠN
Để thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp này em xin gửi lời cảm ơn tới thầy
giáo TS. Ngô Trí Dương đã hướng dẫn tận tình trong suốt thời gian làm luận
văn vừa qua.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới Công ty TNHH một thành viên Phân
đạm và Hóa chất Hà Bắc đã tạo điều kiện cho tôi tiếp cận, nghiên cứu các yếu
tố kỹ thuật và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện những nghiên
cứu của đề tài.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo của Khoa Cơ
Điện cùng các thầy cô giáo bộ môn đã truyền đạt những kiến thức mới và bổ
ích cho em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Học viên

Nguyễn Đạt Thạch

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN

i

LỜI CẢM ƠN

ii

MỤC LỤC

iii

DANH MỤC BẢNG

vi

DANH MỤC HÌNH

vii

MỞ ĐẦU

1

1.

Đặt vấn đề

1

2.

Mục đích của đề tài

2

3.

Nội dung đề tài nghiên cứu

2

4.

Phương pháp nghiên cứu

2

5.

Giới hạn đề tài

3

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1.1.

4

Công ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc

4

1.1.1. Thực trạng sản xuất của Công ty TNHH một thành viên Phân
đạm và Hóa chất Hà Bắc

4

1.1.2. Chỉ tiêu chất lượng và đặc tính của Cacbonddioxxit (CO2) lỏng
1.2.

5

Thiết bị quản lý - Quy trình công nghệ sản xuất CO2 lỏng

6

1.2.1. Thiết bị quản lý

6

1.2.2. Quy trình công nghệ sản xuất CO2 lỏng

8

1.3.

Chỉ tiêu Công nghệ

10

1.3.1. Áp suất

10

1.3.2. Nhiệt độ

11

1.3.3. Lưu lượng

13

1.3.4.

Số lượng và các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm và nguyên liệu phụ

13

1.4.

Thực trạng về hệ thống.

15

1.4.1. Về cơ cấu máy móc thiết bị
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

15
Page iii


1.4.2. Về hệ thống bảo vệ, giám sát

17

1.5.

Giải pháp nâng cấp.

18

1.5.1. Về yêu cầu thiết bị hệ thống.

18

1.5.2. Giải pháp.

18

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CÁC
CÔNG ĐOẠN CỦA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT KHÍ CO2 LỎNG

20

Xây dựng lưu đồ điều khiển hệ thống rửa khí CO2 lỏng

20

2.1.

2.1.1. Yêu cầu về công đoạn rửa khí CO2

20

2.1.2. Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống rửa khí CO2

22

2.1.3. Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống rửa khí CO2

25

2.2.

Lưu đồ thuật toán điều khiển máy nén CM2000

26

2.2.1. Yêu cầu công đoạn nén lạnh CO2

26

2.2.2. Xây dựng cấu trúc điều khiển máy nén lạnh CM 2000

28

2.2.3. Xây dựng lưu đồ thuật toán cấu trúc điều khiển máy nén lạnh
2.3.

CM2000

29

Lưu đồ thuật toán điều khiển bộ sấy khô B1100

30

2.3.1. Yêu cầu bộ sấy khô.

30

2.3.2. Xây dựng cấu trúc điều khiển cho bộ sấy khô B1100

34

2.3.3. Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển bộ sấy khô B1100

35

2.4.

Lưu đồ thuật toán điều khiển máy nén lạnh CM1600- Máy băng

38

2.4.1. Yêu cầu về máy nén lạnh CM1600

38

2.4.2. Xây dựng cấu trúc điều khiển máy nén lạnh CM1600

40

2.4.3. Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển máy nén lạnh CM1600

41

CHƯƠNG III. THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CO2 LỎNG

42

3.1.

42

Nghiên cứu về PLC S7-300.

3.1.1. Tổng quan về PLC S7-300.

42

3.1.2. Cấu trúc của PLC S7-300.

42

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page iv


3.1.3. Tổ chức bộ nhớ CPU của PLC S7-300.

45

3.1.4. Nguyên tắc hoạt động của PLC S7-300.

46

3.1.5. Làm quen lập trình với phần mềm Step7.

47

3.1.6. Chương trình điều khiển dây truyền sản xuất CO2 lỏng

52

3.2.

55

Nghiên cứu phần mềm WinCC 7.0

3.2.1. Thiết kế giao diện

56

3.2.2. Kết quả chạy giao diện giám sát điều khiển quá trình sản xuất
3.3.

CO2 lỏng

63

Mô phỏng quá trình trên giao diện thiết kế

67

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

76

1.

Kết luận

76

2.

Đề nghị

77

TÀI LIỆU THAM KHẢO

78

PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN S7 – 300 CHO DÂY
CHUYỀN SẢN XUẤT CO2 LỎNG TẠI CÔNG TY TNHH MỘT
THÀNH VIÊN PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHÁT HÀ BẮC

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

79

Page v


DANH MỤC BẢNG
Thứ tự

Tên bảng

Trang

1.1

Các thiết bị quản lý

6

1.2

Chỉ tiêu về áp suất

10

1.3

Chỉ tiêu về nhiệt độ

12

1.4

Chỉ tiêu về lưu lượng

13

3.1

Bảng tín hiệu vào ra cho hệ dây truyền sản xuất CO2

53

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page vi


DANH MỤC HÌNH
Thứ tự

Tên hình

Trang

1.1.

Sơ đồ nguyên lý dây truyền sản xuất CO2

1.2.

Tủ điều khiển trung tâm

15

1.3.

Module nguồn PS 307 2A

16

1.4.

Module CPU 312

16

1.5.

Module đầu vào số

17

2.1.

Cấu trúc cơ bản của điều khiển phản hồi

22

2.2.

Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển phản hồi

23

2.3.

Sơ đồ cấu trúc điều khiển quá trình rửa khí CO2

24

2.4.

Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống rửa khí CO2

25

2.5.

Sơ đồ cấu trúc điều khiển máy nén CM 2000

28

2.6.

Lưu đồ thuật toán điều khiển máy nén lạnh CM 2000

29

2.7.

Sơ đồ cấu trúc điều khiển bộ sấy khô B1100

34

2.8.

Lưu đồ thuật toán điều khiển bộ sấy khô B1100

35

2.9.

Lưu đồ thuật toán điều khiển sự cố của bộ sấy khô B1100

37

2.10.

Sơ đồ cấu trúc điều khiển máy nén lạnh CM1600

40

3.1.

Cấu trúc của PLC S7-300

43

3.2.

Tổ chức bộ nhớ của CPU S7-300.

46

3.3.

Vòng quét chương trình

46

3.4.

Tạo New project

48

3.5.

Đặt tên cho project

48

3.6.

Xây dựng cấu cứng cho trạm PLC

49

3.7.

Chọn PLC

49

3.8.

Khai báo cấu phần cưng cho PLC.

50

3.9.

Chọn các khối module cho PLC

50

3.10.

Màn chính của PLC

51

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

9

Page vii


3.11.

Chọn ngôn ngữ lập trình cho PLC

51

3.12.

Khung soản thảo chương trình.

52

3.13.

Tạo project mới.

57

3.15.

Của sổ tạo driver trong MPI

58

3.16.

Của sổ tạo tên cho driver mới

58

3.17.

Của sổ cài đặt thông số liên kết giữa PLC và WinCC

59

3.18.

Của sổ tạo tag trong WinCC

59

3.19.

Của sổ tạo tên tag và chọn kiểu dữ liệu

60

3.20.

Của sổ chọn loại dữ liệu và địa chỉ

60

3.21.

Của sổ tạo màn giao diện

61

3.22.

Của sổ tạo giao diện

61

3.23.

Của sổ xác lập đặc tính thời gian chạy trong WinCC

62

3.24.

Giao diện chung của hệ thống

63

3.25.

Giao diện hệ thống rửa khí CO2

64

3.26.

Giao diện hệ thống máy nén CM2000

65

3.27.

Giao diện hệ thống sấy khô B1100

66

3.28.

Giao diện hệ thống máy nén lạnh CM1600 (máy băng)

67

3.29.

Giao diện chung của hệ thống khi chạy runtime

68

3.30.

Giao diện khi bật hệ thống rửa khí CO2

69

3.31.

Giao diện hệ thống khí CO2 khi bật CM0180, P0310, P0320

70

3.32.

Giao diện khi chạy hệ thống máy nén CM2000

71

3.33.

Giao diện khi chạy hệ thống sấy khô B1100

72

3.34.

Giao diện quá trình tiếp theo của bộ sấy khô B1100

73

3.35.

Giao diện hệ thống sấy khô khi chuyển chế độ làm việc của

3.36.

hai bình B1101, B1102.

74

Giao diện khi chạy máy nén lạnh CM1600

75

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page viii


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Lịch sử trải qua nhiều giai đoạn và từng chứng kiến các cuộc Cách
Mạng Khoa học Kỹ Thuật. Nó không những giải phóng sức lao động, mà còn
giúp việc sản xuất được tiên tiến và nhanh chóng, số lượng và chất lượng sản
phẩm không ngừng tăng lên phục vụ cho đời sống nhân loại.
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, trong các ngành công
nghiệp hiện đại như hiện nay, việc sử dụng máy tính đòi hỏi gần như là tất
yếu, chúng giúp cho việc sản xuất hay kiểm tra sản phẩm được dễ dàng,
thuận lợi, hạn chế sai số, thất thoát,... Người ta không phải xuống tận các
phân xưởng để theo dõi hay điều chỉnh bằng tay mà hoàn toàn có thể điều
khiển và thu thập, quản lý dữ liệu ngay tại phòng điều khiển trung tâm nhờ
ứng dụng giao diện giám sát tự động hóa.
Nhận thấy tầm quan trọng của tự động hóa ứng dụng trong các nghành
công nghiệp. Đặc biệt là nghành công nghiệp sản xuất CO2 lỏng và rắn có vai
trò quan trọng trong đời sống như ứng dụng để sản xuất, bảo quản thực phẩm,
dược phẩm, bảo quản vũ khí, trong lĩnh vực sân khấu, phim ảnh, dùng trong
việc cứu hỏa, làm môi chất lạnh mới thay thế cho chất CFC, đặc biệt là giải
pháp nghiên cứu làm mưa nhân tạo từ CO2 rắn, nhằm hạn chế mất mùa, chống
mực nước chết của các hồ thủy điện khi gặp hạn hán.
Từ những phân tích trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:
“Nghiên cứu, nâng cấp hệ thống điều khiển quá trình sản xuất CO2 lỏng tại
Công ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc”.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 1


2. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu, đánh giá thực trạng hệ thống điều khiển quá trình sản xuất
CO2 lỏng.
- Đề ra giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiển giám sát quá trình sản xuất
CO2 lỏng tại Công ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc.
3. Nội dung đề tài nghiên cứu
- Tổng quan về quy trình công nghệ sản xuất khí CO2.
- Thiết kế điều khiển quá trình sản xuất CO2 lỏng.
- Nghiên cứu phần mềm S7 - 300
- Thiết kế giao diện giám sát quá trình sản xuất khí CO2 lỏng tại Công ty
TNHH một thành viên Phân Đạm và hóa chất Hà Bắc.
4. Phương pháp nghiên cứu
* Các kết quả kế thừa:
- Dựa trên nghiên cứu thực trạng hệ thống điều khiển dây chuyền sản
xuất khí CO2 lỏng dựa trên các số liệu thống kê.
- Kế thừa công trình nghiên cứu của thế hệ trước về cơ sở lý thuyết các
phần mềm PLC S7 – 300.
* Định hướng nghiên cứu:
- Nghiên cứu phần mềm lập trình simatic S7 – 300 và phần mềm giao
diện WinCC 7.0
* Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng:
Chạy thử giao diện giám sát nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi, từ đó hoàn
thiện và nâng cấp hệ thống.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 2

5. Giới hạn đề tài
Do thời gian nghiên cứu có hạn, phạm vi đề tài rộng, nên luận văn của
học viên tập trung chủ yếu vào nội dung: Nghiên cứu, nâng cấp hệ thống điều
khiển quá trình sản xuất khí CO2 lỏng tại Công ty TNHH một thành viên Phân
đạm và Hóa chất Hà Bắc bằng giao diện giám sát.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 3


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1.1. Công ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc
1.1.1. Thực trạng sản xuất của Công ty TNHH một thành viên Phân đạm
và Hóa chất Hà Bắc
Công ty Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc, nguyên là nhà máy sản xuất
phân đạm đầu tiên của Việt Nam, mang tên Nhà máy Phân đạm Hà Bắc và
nay là mang tên Công ty TNHH một thành viên Phân đạm và Hóa chất Hà
Bắc. Trụ sở công ty tại phường Thọ Xương, thành phố Bắc Giang, tỉnh Bắc
Giang. Hiện nay, công ty có khoảng trên 2000 công nhân viên làm việc và là
một thành viên trực thuộc Tổng Công ty Hóa chất Việt Nam, chịu sự quản lý
trực tiếp của Bộ Công Thương.
Quy mô sản xuất của công ty bao gồm các phân xưởng: Xưởng than,
xưởng nước, xưởng nhiệt, xưởng tinh chế khí, xưởng Amôniắc (NH3), xưởng
tổng hợp Urê, xưởng sản xuất CO2, xưởng điện, xưởng Đo lường- Tự động
hóa, xưởng sửa chữa. Trong đó, sản phẩm chính của công ty là Phân đạm Urê,
Amôniắc lỏng và CO2 lỏng.
Hàng năm, công ty sản xuất khoảng 200.000 tấn phân đạm Urê, 30.000

tấn CO2 lỏng và 108.000 tấn NH3, các sản phẩm này đạt khoảng 31.746.000
USD. Hiện tại công ty đang sử dụng 7 nồi hơi đốt than để sản xuất hơi quá
nhiệt 39 at, hơi sản xuất ra được phân phối tới 5 tuốc bin thông qua hệ thống
đường ống hơi để sản xuất điện năng và cung cấp cho các hộ tiêu thụ.
Về phần hệ thống sản xuất CO2 lỏng của Công ty TNHH một thành
viên Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc được đầu tư bởi thiết bị và công nghệ
tiên tiến của Cộng hòa Liên bang Đức, được áp dụng hệ thống quản lý chất
lượng theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 9001:2000. Với sản lượng trên 30.000

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 4


tấn/năm, công ty đang tiếp tục đầu tư mở rộng nhằm thỏa mãn nhu cầu của
các ngành kinh tế xã hội trong nền kinh tế quốc dân. Tất cả các sản phẩm CO2
lỏng của Công ty sản xuất đưa ra thị trường đều đạt tiêu chuẩn quốc gia, đáp
ứng được các yêu cầu cao của các ngành kinh tế kỹ thuật. Sản phẩm CO2 lỏng
của Công ty luôn được người tiêu dùng cả nước đánh giá là số 1 về chất lượng
và khả năng đáp ứng.
Sản phẩm của Công ty đạt Huy chương vàng Hội chợ Quốc tế Công
nghiệp Hóa chất Việt Nam; Giải thưởng Bông lúa vàng, Huy chương vàng
Hội chợ Nông nghiệp Quốc tế Cần Thơ; Huy chương vàng Hội chợ Công
nghiệp Quốc tế Việt Nam và Cúp vàng Nông nghiệp Việt Nam.
1.1.2. Chỉ tiêu chất lượng và đặc tính của Cacbonddioxxit (CO2) lỏng
* Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm
- Hàm lượng CO2 là 99,9%
* Đặc tính của CO2 lỏng
- Ở trạng thái bình thường là một chất khí không màu, không mùi,
không duy trì sự cháy, nặng hơn không khí 1,5 lần.

- Không độc hại, nhưng ở nồng độ cao có thể gây ngạt thở.
- Tan trong nước theo tỉ lệ 1:1
- Ở nhiệt độ nhỏ hơn 31,2oC và áp suất 75,3 at CO2 chuyển thành dạng
lỏng trong suốt, tiếp tục làm lạnh đến – 79oC sẽ chuyển thành CO2 dạng rắn
(băng tuyết).
- CO2 được đóng trong bình thép, chịu áp lực P= 20 at chứa 25 kg sản
phẩm, với khối lượng lớn hơn có thế nạp trong téc chuyên dụng để vận chuyển.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 5


1.2. Thiết bị quản lý - Quy trình công nghệ sản xuất CO2 lỏng
1.2.1. Thiết bị quản lý
Bảng 1.1 Các thiết bị quản lý
TT

TÊN THIẾT BỊ

CÁC THÔNG SỐ CHÍNH

KÝ HIỆU

SỐ
LƯỢNG

Pvào= 1,03 at; Pra= 1,14 at; Q= 800
1

Quạt khí thô

Nm3/h; số vòng quay của quạt 3620; C0180

1

N= 7,5 KW; n= 2895 v/phút
2

3

4

5

6

7

Bơm nước tuần Q= 6÷20 Nm3/h; Pvào= 1,1 at; Pra= 3,5
hoàn
Bơm KMnO4

Tháp rửa thô

at; N= 2,8 KW; n= 2840 v/phút.
Q= 6÷20 Nm3/h; Pvào= 1,1 at; Pra= 3,5
at; N=2,8 KW; n= 2840 v/phút.
Φ508×3; H= 5560; tvào= 60 oC; tra= 45
o

C; P= 1,14 at.

Tháp rửa

Φ508×3; H= 5560; tvào= 60 oC; tra= 45

KMnO4

o

Bơm định

Q= 260 lít/h; P= 6 at; N= 0,3 KW; n=

lượng KMnO4

1580 v/phút.

Tháp rửa tinh

C; P= 1,14 at.

Φ508×3; H= 5560; tvào= 60 oC; tra= 45
o

C; P= 1,14 at.

Bình hấp thụ Φ1100×4; H= 2350; T= 45 oC; P=
8

H2S bằng than 1,14 at; V= 1 m3 than hoạt tính
hoạt tính

(500kg)

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

P0320

1

P0310

1

B0300

1

B0310

1

P0350

1

B0320

1

B1800A,
B1800B

2

Page 6


VW- 10,7/0,002- 20; Q= 642 Nm3/h;
9

Máy nén CO2

P1= 2,5 at; P2= 9,0 at; P3= 20 at; số C2000

1

vòng quay 740 v/phút; N= 110 KW.
Φ508×4; H= 1875; tgia

nhiệt=

295 oC;

tmax= 300 oC; sàng phân tử 3A: 162
10 Bộ sấy khô

kg/tháp; chất hút ẩm 17,5 kg/tháp;

than hoạt tính 102 kg; Điểm sương: -

B1101/
B1102

2

65 oC báo cảnh, -60 oC báo động.
11

12

Bộ ngưng tụ
NH3
Bộ ngưng tụ
CO2

F= 247 m2

FNH3= 57 m2, FCO2= 55 m2.

1

W1610

1

C1600

1

B700

1

B1300A

1

105,3 m3; G= 100 tấn; Φ3000×26; H= B1300B

1

Công suất lạnh 140 KW; Nhiệt độ
13 Máy nén NH3

hóa khí -34 oC; Nhiệt độ hóa lỏng -45
o

C; Số vòng quay của máy nén 1450

v/phút; N= 100 KW; n= 2970 v/phút.
14 Tháp phân ly
15

16

P= 12÷17 at; t= -50 oC; V= 0,173 m3.

Bồn chứa CO2

P= 12÷17 at; t= -35÷ -25 oC; V= 50

50 tấn

m3; G= 50 tấn; Φ2600×15; H= 10160.

Bồn chứa CO2
100 tấn

P= 12÷17 at; t= -35÷ -25 oC; V=
13200.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 7


1.2.2. Quy trình công nghệ sản xuất CO2 lỏng
1.2.2.1. Thuyết minh
Khí CO2 nguyên liệu từ khu tinh chế của xưởng NH3 với áp suất P=
1,03 at và nhiệt độ t= 40 oC được đưa vào quạt khí khô (C0180). Tại đây khí
CO2 được làm tăng lên nhiệt độ t= 10 oC, áp suất P= 1,14 at. Việc kiểm tra
nhờ áp kế (PI0181).
Sau đó, khí được đưa qua tháp rửa khí thô bằng nước (B0300) làm sạch
sơ bộ khí CO2 nguyên liệu. Tiếp đến qua tháp hấp thụ H2S bằng thuốc tím
KMnO4 (B0310) có nhiệm vụ làm sạch khí CO2 nguyên liệu, KMnO4 nồng độ
2÷ 5% phản ứng theo phương trình sau:
H2S + 2KMnO4 = 2MnO2 + K2SO4 + H2
Sản phẩm phụ sẽ tràn ra ngoài nhờ một phần dung dịch chảy tràn.

Sau khi làm sạch bằng KMnO4 khí sẽ đi vào tháp rửa tinh bằng nước
(B0320).
Khí sau khi được rửa sẽ được đưa qua bộ lọc than hoạt tính gồm hai tháp
hấp thụ (B1800A, B1800B), hai tháp có thể làm việc nối tiếp, song song hoặc
đơn lẻ. Ở đây khí tăng nhiệt lên 5 oC và được tách các tạp chất. Sau đó khí vào
đoạn I máy nén khí CO2 không dầu kiểu pít tông 3 cấp (CM2000). Máy nén
nén lên áp suất trung gian P= 2,5 at, qua đó nhiệt độ khí lên ≤180 oC đi vào
thiết bị làm lạnh và phân ly đoạn I sau đó vào đoạn II máy nén, sau khi ra khỏi
đoạn II máy nén áp suất đạt 9,0 at, nhiệt độ ≤180 oC đi vào thiết bị làm lạnh và
phân ly đoạn II. Sau đó vào đoạn III máy nén, sau khi ra khỏi đoạn III máy nén
áp suất đạt 18,0 at, nhiệt độ là ≤180 oC khí được làm lạnh xuống 35÷ 40 oC.
Cấp cho hệ thống sấy khô (B1100) cấu thành chủ yếu từ tháp hấp phụ (B1101,
B1102). Có nhiệm vụ tách hết nước còn lại trong khí CO2, thời gian hấp phụ
khoảng 8h chạy máy. Khí ở đây được tách phần lớn lượng nước nhờ sấy ở
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 8


điểm sương -65oC. Ra khỏi bộ sấy khí CO2 khô được dẫn qua bộ lọc than hoạt
tính (B1200) nhằm tách bỏ hoàn toàn các tạp chất hữu cơ.
Trong công đoạn hóa lỏng tiếp theo khí CO2 được làm lạnh và hóa lỏng
ở áp suất 17,5 at, nhiệt độ t= -25oC. Khí trơ lẫn trong khí CO2 không hóa lỏng
ở áp suất này sẽ phóng không hoặc sử dụng cho việc tái sinh bộ sấy khô
(B1100). Sau đó CO2 lỏng được dẫn tới tháp phân ly CO2 (B7000) qua một
đường ống được bảo ôn lạnh. Tại đây các khí trơ ngậm trong CO2 lỏng được
phân ly. Phần khí của tháp phân ly này được sử dụng cho việc tái sinh chất
hút ẩm. CO2 thương phẩm được đưa vào thùng chứa (B1300) để sẵn sàng
phục vụ khách hàng.
1.2.2.2. Sơ đồ nguyên lý

Xem sơ đồ kèm theo.
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý dây truyền sản xuất CO2

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 9


1.3. Chỉ tiêu Công nghệ
1.3.1. Áp suất
Bảng 1.2 Chỉ tiêu về áp suất
TT

HẠNG MỤC

ÁP SUẤT(at)

1

CO2 vào quạt

1,03

PI 0171

2

CO2 ra quạt

1,14

PI 0181

3

CO2 vào máy nén

1,065

PI 2012

CO2 ra đoạn I máy nén

1,7÷2,5

CO2 ra đoạn II máy nén

8,2÷9,0

CO2 ra đoạn III máy nén

18

KÝ HIỆU

4

Áp suất dầu hòm trục

1,5÷4

5

Áp suất bộ ngưng tụ CO2

17,5

PIC 1172

6

Áp suất tháp chưng

12,5

PIC 7032

7

Áp suất thùng chứa CO2 lỏng

8

Áp suất ra máy nén NH3

9

Áp suất dầu phun

10

Áp suất cửa vào máy nén

>-0,03

11

Áp suất dầu

0,5÷0,6

12,5÷17,8
≤15
15,5÷16

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 10


Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 11


1.3.2. Nhiệt độ
Bảng 1.3 Chỉ tiêu về nhiệt độ
TT

HẠNG MỤC

NHIỆT
ĐỘ (oC)

KÝ HIỆU

1

Nhiệt độ CO2 vào quạt

40

2

Nhiệt độ CO2 ra quạt

≤45

3

Nhiệt độ CO2 ra đoạn I máy nén

≤180

4

Nhiệt độ CO2 ra đoạn II máy nén

≤180

5

Nhiệt độ CO2 ra đoạn III máy nén

≤180

6

Nhiệt độ CO2 vào đoạn I máy nén

≤50

7

Nhiệt độ CO2 vào đoạn II máy nén

≤50

8

Nhiệt độ CO2 vào đoạn III máy nén

≤42

9

Nhiệt độ dầu hòm trục máy nén

≤70

Nhiệt độ CO2 trước sấy khô

42

TI 2171

Nhiệt độ CO2 sau sấy khô

≤50

TI 2131

11

Nhiệt độ CO2 lỏng tại thùng chứa B1300A,B

-25

12

Nhiệt độ CO2 ra hấp thụ than hoạt tính thô

≤42

13

Nhiệt độ NH3 ra máy nén

≤105

14

Nhiệt độ phun dầu

≤65

15

Nhiệt độ điểm sương

-65

10

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

TI 0171

TI 2011

Page 12


1.3.3. Lưu lượng
Bảng 1.4 Chỉ tiêu về lưu lượng
HẠNG MỤC

TT

LƯU

LƯỢNG

ĐƠN
VỊ

1

Lưu lượng CO2 vào quạt

695

Nm3/h

2

Lưu lượng CO2 ra khỏi bộ sấy khô

645

Nm3/h

3

Năng suất hệ thống

1000

Kg/h

KÝ

HIỆU
FI 1331

1.3.4. Số lượng và các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm và nguyên liệu phụ
1.3.4.1. Các chất phụ trợ
a) Thuốc tím
KMnO4
ClSO4-2
H2O
Các thành phần không tan
b) Chất hút ẩm
Chất hút ẩm
Sàng phân tử 3A
c) Than hoạt tính

: 97,0% Wt
: 0,1% Wt
: 0,2% Wt
: 0,5% Wt
: 1,0% Wt
: 17,5 Kg
: 162,0 Kg

Than hoạt tính đặc biệt cho tháp B1800

: 0,5% Wt

Than hoạt tính tiêu chuẩn cho bộ lọc

: 1,0% Wt

d) Chất tải lạnh
Hệ làm lạnh của bộ hóa lỏng CO2. Chất tải lạnh là NH3 theo thông số
kỹ thuật của công ty.
e) Dầu bôi trơn
Dầu cho máy nén CO2 là GB 11181

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 13


1.3.4.2. Nguyên liệu
a) Khí CO2 nguyên liệu
Thành phần CO2

: ≥ 98% V

H2S

: ≤ 10 mg/m3

b) Thuốc tím
Nồng độ

: 2÷ 5%

Lưu lượng

: 120 lít/giờ

c) Nước sạch
Nhiệt độ (max)

: 32 oC

Áp suất cửa vào (min)

: 3,5 at

d) Khí đồng hồ đo
Áp suất

: 4÷ 8 at

Nhiệt độ (max)

: 35 oC

Độ ẩm theo điểm sương

: -40 oC

1.3.4.3. Chất lượng
a) Khí CO2 nguyên liệu
CO2

: ≥ 98%

Độ ẩm

: Bão hòa ở 40 oC, P= 1, 03 at

N2, O2

: Còn lại

b) CO2 sản phẩm
CO2

: ≥ 99,96%

H2S

: ≤ 1 PPM

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 14


1.4. Thực trạng về hệ thống
1.4.1. Về cơ cấu máy móc thiết bị
Dây chuyền sản xuất CO2 lỏng được sản xuất dựa trên các thiết bị, máy
móc đã được nêu ở bảng 1.1 cộng với việc sử dụng bộ điều khiển trung tâm
PLC S7- 300 gồm các module sau:

H×nh 1.2. Tủ điều khiển trung tâm

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Page 15