Tiểu luận Tự động hoá trong công nghệ hoá học quá trình sản xuất Vinylclorua bằng phương pháp hydroclo hóa Axetylen”

Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

MỞ ĐẦU
Ngày nay khoa học ngày càng phát triển, những thành công mà khoa học
đem lại ngày càng to lớn, sự đóng góp không nhỏ của khoa học đem lại cho con
người nhiều lợi ích, không những thay thế con người mà còn tạo ra các giá trị thiết
thực về kinh tế. Một trong những tiến bộ đó là con người đã tạo ra các mạch điều
khiển tự động, vận dụng tự động hóa vào trong các quá trình công nghệ giúp tự
động quá trình sản xuất, nhờ vậy mà năng suất lao động được nâng lên cùng với
các sản phẩm có chất lượng, ổn định, giá thành thấp.
Chính những lợi ích mà tự động hóa mang lại mà các nhà công nghệ tìm mọi
cách tự động hóa trong dây chuyền sản xuất đến mức có thể phù hợp với những chỉ
tiêu cho phép.
Trong tiểu luận này em trình bày “Tự động hóa quá trình sản xuất
Vinylclorua bằng phương pháp hydroclo hóa Axetylen”
Trong những năm qua, vật liệu polime được ứng dụng rộng rãi và ngày càng
không thể thiếu được trong đời sống vật chất của con người . Do đó ngành công
nghiệp về vật liệu polime cũng được phát triển. Một trong những nguồn nguyên
liệu là vinyclorua (gọi tắt VC). Có công thức hoá học là CH2=CHCl.
VC được ứng dụng trong công nghiệp chủ yếu được dùng làm monome trong
quá trình polyme hoá để tổng hợp thành polivinylclorua, khoảng 95% tổng lượng
VC dùng để tổng hợp PVC và các polime khác. PVC là chất dẻo có nhiều tính chất
mà ta mong muốn như độ ổn định hoá học cao, ít bị ăn mòn( bị phá huỷ bởi các
axit mạnh như H2SO4, HCl) có khả năng co giãn và độ bền tương đối lớn, cách
điện tốt, không thấm nước, không bị phá huỷ khi tiếp xúc với nước và có một số
tính năng ưu việt khác, do có những tính chất tốt như vậy, PVC được dùng để sản
xuất các loại ống dẫn các chất hoá học, làm vật liệu lót bên trong các thiết bị hoá
học làm việc ở nhiệt độ thấp, để thay thế thép không gỉ và các hợp kim đắt tiền.
1

Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

PHẦN I: MÔ TẢ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
I.1. Sản xuất VC đi từ Axetylen:
Sản xuất VC từ axetylen là phương pháp phổ biến trong công nghiệp, nhất là
đối với các nước có nền công nghiệp dầu mỏ chưa phát triển. Đối với nước ta vì
nền công nghiệp dầu mỏ chưa phát triển, hơn nữa nước ta có tiềm năng về than đá
và đá vôi, rất thuận tiện cho việc sản xuất axetylen.
+ Cơ sở quá trình sản xuất VC từ axetylen dựa trên phản ứng:

CH ≡ CH + HCl → CH 2 = CHCl
Tại áp suất thường không có xúc tác, phản ứng không tiến hành do vậy khi
không có xúc tác ta phải tiến hành ở áp suất cao, nhưng ở áp suất cao các sản phẩm
phụ tạo ra nhiều (1,1 dicloetan và VC bị trùng hợp...) những sản phụ này không có
lợi cho việc thu sản phẩm cũng như bảo quản thiết bị. Do đó trong sản xuất người
ta phải dùng xúc tác.
Sản xuất VC đi từ Axetylen có thể tiến hành ở pha lỏng hoặc pha khí.
Cơ chế của quá trình sản xuất VC từ axetylen:

•

Phản ứng cộng HCl và axetylen đặc trưng cho liên kết nối ba:
CH ≡ CH

HCl
+
→

CH2 = CHCl ; ∆H = 112,4 (kJ/mol)

Theo độ tỏa nhiệt nó vượt trội hơn ba lần so với phản ứng hydro clo hoá
olefin. Nó có chiều ngược lại chút ít, nhưng khi giảm nhiệt độ cân bằng hoàn toàn
dịch chuyển về phía phải. Hằng số cân bằng khi tạo VC:
KCB (ở 2000C) = 8.104
KCB (ở 3000C) = 7.102
2


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

Quá trình cộng HCl vào axetylen xảy ra liên tiếp tạo VC và 1,1 dicloetan:
HCl
HCl
CH ≡ CH +
→ CH 2 = CHCl +
→ CH 3CHCl2

Vì vậy hidroclo hoá axetylen được thực hiện khi có xúc tác chọn lọc, nó làm
tăng vận tốc giai đoạn cộng đầu tiên. Xúc tác cho mục đích này là muối Hg 2+ và
Cu2+.
Trong số những muối Hg2+ người ta dùng clorua thuỷ ngân (HgCl 2) ngoài
phản ứng cơ bản nó còn tăng tốc độ phản ứng hydrat hoá axetylen tạo thành
axetandehyt. Do nguyên nhân này người ta dùng nó cho quá trình pha khí ở 150200oC, khi dùng những chất khô hơn. Tương tự như axetandehyt (do tạp chất ẩm
không lớn lắm) và 1,1 dicloetan được tạo thành không quá 1%.
Đối với pha lỏng tốt nhất là dùng muối Cu2+ vì nó không bị mất hoạt tính và
tăng mức độ của phản ứng cộng nước của axetylen. Xúc tác là dung dịch CuCl 2
trong HCl có chứa muối clorua amon. Khi có CuCl 2 quá trình phụ dime hoá
axetylen càng tăng và tạo thành vinylaxetylen.
Tác động xúc tác của muối thuỷ ngân và đồng vào phản ứng hydroclo hoá
được giải thích bằng sự tạo thành những phản ứng phối hợp trong đó axetylen bị

kích hoạt và tác dụng với anion clo và chất trung gian thu được trạng thái chuyển
đổi với liên kết cacbon hoặc những hợp chất hữu cơ chóng bị phân giải bởi axit.
Vì sự tạo thành đồng thời ít nhiều của những phức không hoạt động với HCl
(hoặc anionclo), sự tạo thành của VC trong pha khí được mô tả theo phương trình

R=K
động học sau:
3

PC2 H 2 PHCl
1 + b.PHCl


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

Sản phẩm thu được là VC. Nó là một monome quan trọng dùng nhiều để tổng
hợp các vật liệu polime khác. Khi polime hóa có mặt peroxit nó tạo ra PVC.
I.2. Sản xuất VC từ C2H2 theo phương pháp pha khí :
I.2.1 Xúc tác
Xúc tác của quá trình tổng hợp VC theo phương pháp pha khí trong trường
hợp này dùng xúc tác HgCl2 ngâm tẩm trên than hoạt tính. Đặc điểm của loại muối
này là rất độc nên người ta có xu hướng thay thế muối thuỷ ngân bằng các muối
kim loại khác như BaCl2, CdCl2 …khi nồng độ HgCl2 trên than hoạt tính tăng, hiệu
suất chuyển hóa axetylen thành vinyl clorua tăng.
Ta thấy nồng độ HgCl2 tăng 5-10% thì hiệu suất tăng vọt lên, ngưng khi nồng
độ HgCl2 lớn hơn 20% hiệu suất chuyển hoá tăng chậm đồng thời phản ứng tỏa
nhiệt làm cho xúc tác bị nung nóng cục bộ HgCl 2 bị thăng hoa, axetylen trùng hợp
bao phủ bề mặt xúc tác làm cho xúc tác giảm hoạt tính nhanh.
% HgCl2 trên than hoạt

Hiệu suất chuyển hoá,

tính

%

5

69,6

10

86,7

20

92,3

40

94,9

60

96,8

Vì vậy trong công nghiệp, kinh tế nhất là dùng lọai xúc tác HgCl 2 10% ngâm
trên than hoạt tính.
I.2.2 Sản xuất VC từ axetylen theo phương pháp pha khí
Ta tiến hành cho đồng thời C2H2 và khí HCl qua lớp xúc tác rắn ở nhiệt độ

cao ta được VC. Xúc tác dùng là HgCl 2 ngâm trên than hoạt tính. Hiện nay có
4


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

nhiều giả thiết về cơ cấu phản ứng có xúc tác, một số quan điểm cho rằng muối
thuỷ ngân tác dụng với axetylen tạo thành hợp chất trung gian:
CH≡CH + HgCl2

CHCl = CH-HgCl

Ở nhiệt độ lớn hơn 1200C hợp chất trung gian kém bền tác dụng với khí HCl
cho ta VC và hoàn nguyên xúc tác.
HgCl-CH=CH-Hg

+ HCl

CH2=CH-Cl + HgCl2

Nhiệt độ thích hợp cho phản ứng là 110-170 oC, khi xúc tác giảm hoạt tính có
thể tăng nhiệt độ lên 200oC. Khi nhiệt độ tăng dẫn đến tốc độ khuếch tán của các
cấu tử vào xúc tác làm tăng sự tiếp xúc và vận tốc của phản ứng tăng lên. Mặc
khác, ta cũng cần khống chế nhiệt độ nghiêm ngặt vì nếu vượt quá 275 oC thì HgCl2
bắt đầu phân hủy ở 3000C thì nó thăng hoa. Thường thì ta làm lạnh hoàn toàn với
các tác nhân làm lạnh là nước dưới áp suất hoặc dầu làm lạnh tuần hoàn để làm
mát thiết bị phản ứng chính, đảm bảo nhiệt độ ổn định (không quá 200 0C) để đạt
hiệu suất chuyển hoá cao nhất .
Ngày nay xúc tác được dùng rộng rải trong công nghiệp là HgCl 2 10% trọng
lượng trên than hoạt tính .

Cùng với các phản ứng chính, trong quá trình còn tạo ra một số phản ứng phụ.
Nếu dư C2H2 sẽ tạo thành dicloetan theo phản ứng.
CH HgCl2
CH CH + 2HCl

Cl- CH-CH-Cl

Hg + Cl-CH=CH-Cl

Hg
Cl-Hg- CH- CH- Hg-Cl
Cl

HgCl2 + Cl-CH=CH-Cl

Cl

Nếu dư nhiều khí HCl cũng sinh ra phản ứng phụ.

5


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

Để đảm bảo lượng C2H2 phản ứng hết ta phải cho thừa một lượng HCl tốt nhất
là dùng C2H2/HCl theo tỉ lệ 1/1,1( tỷ lệ mol).
Nguyên liệu trước khi đưa vào phản ứng cần phải làm sạch các tạp chất vì tạp
chất dễ làm xúc tác bị ngộ độc:
H2S

+ HgCl2 −−→ HgS + 2HCl

H3P

+ 3HgCl2 −−→ [HgCl]3P + 3HCl.

Hoặc có thể tham gia phản ứng.
CH≡CH + 2Cl2 −−→ Cl2CH-CHCl2.
Clo và axetylen tạo thành một hỗn hợp nổ. Đồng thời, nguyên liệu phải được
sấy khô vì muối thuỷ ngân cũng là xúc tác cho phản ứng tạo thành hyđrat hoá
axetylen thành axetandehyt:
CH≡CH + H2O −−→ CH3-CHO.
Chính những phản ứng này gây giảm hoạt tính của xúc tác dẫn đến thời gian
sống của xúc tác giảm, làm tăng giá thành sản phẩm, vì vậy cần làm sạch nguyên
liệu để loại các thành phần tạp chất. Hơi axetylen trước khi đưa vào thiết bị phản
ứng được đưa qua tháp chứa dung dịch K2Cr2O7, tại đây xảy ra phản ứng oxy hoá
khử loại bỏ H2S, H3P.
H2S + K2Cr2O7 −−→ K2SO4 + H2Cr2O3.
H3P + K2Cr2O7 −−→ K3PO4 + H2Cr2O3.
Do đó, nguyên liệu trước khi đưa vào phản ứng phải đảm bảo các yêu cầu sau:

6



Khí C2H2 có độ tinh khiết ≥ 99%.



Hơi nước ≤ 0,03%.

Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC


Không có H2S và H3P.



Khí HCl có độ tinh khiết ≥ 95%.



Không có Oxy và Clo.
Trong quá trình phản ứng nhiệt lượng tỏa ra rất lớn, với phản ứng chính tạo ra

VC nhiệt lượng tỏa ra là 26900kcal/mol. Còn với phản ứng phụ tạo ra dicloetan
nhiệt lượng tỏa ra là 40200 kcal/mol. Lượng nhiệt này cũng ảnh hưởng đến việc
lựa chọn thiết bị phản ứng loại ống chùm, đường kính các ống trong thiết bị có
chứa xúc tác cũng ảnh hưởng đến chế độ và tốc độ dòng khí trong ống.
Bên ngoài ống của thiết bị là chất làm mát, có thể dùng nước dưới áp suất
thường hoặc dầu làm mát để tải nhiệt. Việc lựa chọn tác nhân làm mát cũng tuỳ
thuộc vào yêu cầu kinh tế, kĩ thuật và điều kiện từng nơi. Trong trường hợp sử
dụng nước dưới áp suất thường có một số ưu nhược điểm sau:
-

Ưu điểm: Nước sẵn có không độc hại, rẻ tiền, có nhiệt dung lớn nên dể điều
chỉnh nhiệt độ của thiết bị.

-

Nhược điểm: Lượng nước cần dùng cho thiết bị lớn nên thiết bị cồng kềnh
và làm mát trong khoảng nhiệt độ không cao (do nhiệt độ sôi của nước
thấp).
Việc làm mát bằng dầu khắc phục được những nhược điểm trên nhưng giá

thành cao hơn. Chính vì vậy tuỳ từng điều kiện mà ta chọn tác nhân làm mát cho
phù hợp.
I.3. Sơ đồ công nghệ sản xuất VC bằng phương pháp hydroclo hóa
Axetylen
Hỗn hợp axetylen và cloruahydro cho qua vùng phản ứng có chứa đầy xúc tác
rắn (HgCl2/C*). Chất ban đầu phải khô để không tạo ra sự tạo thành axetaldehyt
quá nhiều và không tạo sự ăn mòn qúa mức cho thiết bị, HCl có tỷ lệ dư một chút
7


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

so với axetylen (5-10%) để làm tăng mức độ chuyển hóa axetylen. Nhiệt độ tối ưu
khoảng 160-180oC, khi đó qúa trình xảy ra đủ nhanh và đồng thời xảy ra sự lôi
cuốn HgCl2 nhiều (HgCl2 có độ hóa hơi cao). Khi HgCl 2 hao hụt dần dần và giảm
hoạt độ phản ứng, người ta tăng nhiệt độ đến ≈ 200oC.
Do độ toả nhiệt cao, người ta thực hiện qúa trình trong thiết bị hình ống trong
những ống có xúc tác và hỗn hợp khí chuyển động, còn trong khoảng trống giữa
các ống là chất làm lạnh hoàn lưu. Chất làm lạnh là chất truyền nhiệt hữu cơ
(thường là dầu truyền nhiệt) hoặc là nước, dầu tuần hoàn ở ngoài ống để tách nhiệt.
Suốt chiều cao ống có đặt từ 8- 12 pin nhiệt điện để đo nhiệt độ dọc theo ống đựng
xúc tác. ở chỗ nào có nhiệt độ cao nhất là phản ứng đang xảy ra mãnh liệt ở đấy.
Khi ta thấy pin nhiệt điện đặt ở đoạn cuối cùng có nhiệt độ cao nhất là xúc tác hết
hoạt tính, phải ngừng phản ứng đem xúc tác đi tái sinh.

* Dây chuyền công nghệ :
Qúa trình gồm 3 bộ phận chính sau:
a/ Chuẩn bị nguyên liệu: axetylen được sấy, sau đó trộn với HCl (dư 10%
mol để tránh phản ứng trùng hợp) và khí tuần hoàn.
b/ Phản ứng: Hỗn hợp khí thu được từ thiết bị trộn được đưa vào các thiết bị
phản ứng ống chùm đặt song song với nhau. Mỗi thiết bị có đường kính 2-4m,
chiều cao 4-6m chứa từ 1500 – 2000 ống xúc tác. Nhiệt phản ứng được tách và
điều khiển bằng cách tuần hoàn chất tải nhiệt lạnh bên ngoài ống phản ứng, qua
thiết bị trao đổi nhiệt đặt bên ngoài.
c/ Xử lý khí sản phẩm: Khí sản phẩm rời vùng phản ứng được rửa với NaOH
và nước để tách HCl dư, sau đó được nén tới 0,7 Mpa và làm lạnh, phần lớn sẽ
được ngưng tụ. Nước được tách ra trong thiết bị lắng và thiết bị chưng cất tách
nước. Sản phẩm VC được tinh chế trong tháp chưng cất nhiệt độ thấp ở 0,4 – 0,5
MPa. Khí thu hồi từ thiết bị lắng chứa chủ yếu là axetylen được làm sạch bằng hấp
thụ, tách và tuần hoàn lại thiết bị phản ứng.
Sơ đồ sản xuất vinylclorua từ axetylen được trình bày trong hình dưới đây

8


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

Hình 1.Sơ đồ công nghệ sản xuất VC bằng phương pháp hydroclo hóa axetylen
I.4. Phân tích quá trình công nghệ với tư cách là đối tượng tự động điều chỉnh
Z
ÐT

Y

CB

YPV

YSV

SS

BÐ

e

X
CCCH

µ

BÐK

N

Sơ
đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động:

9


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

ĐT: Đối tượng tự động hóa; CB: Cảm biến; SS: So sánh; BĐ: Bộ đặt; N:
Nguồn; BĐK: Bộ điều khiển; CCCH: Cơ cấu chấp hành; X: Tác động điều chỉnh;

Y: Thông số điều chỉnh; Z: Các thông số nhiễu; YPV: Giá trị thực tế của thông số
Y; YSV: Giá trị đặt của thông số Y.
Dưới tác động của nhiễu Z hoặc tác động đầu vào X thay đổi, làm cho thông
số công nghệ Y thay đổi, hay giá trị đo được Y PV thay đổi, dẫn đến giá trị sai lệch ε
thay đổi, kéo theo giá trị tác động điều chỉnh µ thay đổi, và do đó thiết bị chấp
hành sẽ đưa ra tác động điều chỉnh yếu tố đầu vào để bù vào sai lệch làm cho thông
số công nghệ Y trở lại bình thường.
Trong dây chuyền công nghệ sản xuất VC đã nêu trên thì đối tượng điều
chỉnh tự động cần quan tâm là hai thiết hị phản ứng ống chùm và thiết bị tháp
chưng để tách sản phẩm VC.
Yêu cầu điều khiển:
+ Đảm bảo các thông số kỹ thuật của phản ứng như nhiệt độ, áp suất để thu
được sản phẩm mong muốn, với chất lượng đạt yêu cầu.
+ Đảm bảo tính an toàn cho quá trình sản xuất.
Các tác động điều chỉnh của thiết bị phản ứng ống chùm thường được dùng là
lưu lượng nguyên liệu, lượng chất làm lạnh tuần hoàn trong tháp.
Các thông số nhiễu chủ yếu là chất lượng nguyên liệu và xúc tác, sự cố đường
ống dẫn liệu, sự cố ở thiết bị làm lạnh,…
Phân tích mối quan hệ tương quan giữa các thông số điều chỉnh với các tác
động điều chỉnh để đưa ra tác động điều chỉnh phù hợp:
I.4.1.Tác động điều chỉnh đối với thiết bị phản ứng ống chùm


10

Nhiệt độ:


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

Đặc điểm của phản ứng hydro hóa axtylen là tỏa nhiệt mạnh (∆H=
-100kJ/mol). Lúc phản ứng xảy ra sẽ tỏa nhiệt làm cho nhiệt độ trong thiết bị phản
ứng tăng lên liên tục. Nhiệt độ tăng làm cho phản ứng xảy ra nhanh hơn và tỏa
nhiệt mạnh hơn. Nhiệt độ trong thiết bị phản ứng lại tăng lên cao hơn, nếu không
có biện pháp khống chế nhiệt độ trong thiết bị phản ứng sẽ gây ra hiện tượng quá
nhiệt, không tạo được sản phẩm mong muốn, và thậm chí còn gây nổ nguy hiểm.
Do vậy phải có nhiệt kế để đo nhiệt độ, và tốt nhất là dùng loại ghi tự động có cảnh
báo để theo dõi liên tục và có tác động điều chỉnh phù hợp kịp thời.
Để điều chỉnh nhiệt độ của tháp ta có thể lắp bộ điều chỉnh nhiệt độ tác động
lên độ đóng hoặc mở của van khi đưa dòng chất tải nhiệt lạnh đi bên ngoài ống
phản ứng. Miền giá trị đặt để so sánh (Ysv là 110-200 0C). Nếu giá trị thực đo được
thấp hơn ngưỡng dưới của giá trị đặt (Ysvd = 110 0C) thì phải đưa ra tác động điều
chỉnh đóng van dẫn chất tải nhiệt lạnh vào để nâng nhiệt độ của thiết bị phản ứng
lên. Ngược lại giá trị thực đo được cao hơn ngưỡng trên của giá trị đặt (Ysvd =
2000C) thì phải đưa ra tác động điều chỉnh độ mở của van dẫn chất tải nhiệt lạnh để
giảm nhiệt độ của thiết bị phản ứng xuống.
Lưu lượng:
Để điều chỉnh lưu lượng của hỗn hợp khí phản ứng vào thiết bị phản ứng ta


sử dụng bộ điều chỉnh lưu lượng điều chỉnh độ mở của van. Lưu lượng của hỗn
hợp phản ứng ở đây chính là vận tốc thể tích của thiết bị, căn cứ và yêu cầu năng
suất đặt ra cho phân xưởng sản xuất mà ta chọn vận tốc để làm việc và các chi tiết
của thiết bị. Trong thực tế khống chế vận tốc thể tích phù hợp trong khoảng 25 ÷
50 (m3/m3.xt.h). Đây cũng chính là miền giá trị đặt để so sánh. Khi giá trị thực thấp
hơn ngưỡng dưới của giá trị đặt thì bộ điều khiển thực hiện tác động lên van (tăng
độ mở của van), còn khi giá trị thực đo được cao hơn ngưỡng trên của giá trị đặt thì
bộ điều khiển thực hiện tác động giảm độ mở của van.

11

Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

PHẦN II: THIẾT LẬP HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ
TRÌNH SẢN XUẤT VC
Trong sơ đồ công nghệ này hai đối tượng em thiết lập điều khiển tự động đó
là thiết bị phản ứng ống chùm và tháp tách sản phẩm VC
II.1.Thiết lập sơ đồ chức năng đo và điều khiển tự động thiết bị phản ứng
II.1.1.Đo và điều khiển nhiệt độ:

Hình 2: Sơ đồ chức năng đo và điều khiển nhiệt độ của thiết bị phản ứng
Để điều chỉnh nhiệt độ của thiết bị phản ứng ta lắp bộ điều chỉnh tầng gồm
hai bộ điều chỉnh tự động và một thiết bị chấp hành. Ở đây bộ điều chỉnh chính là
bộ TIC, còn bộ phận phụ là FIC. Khi tín hiệu ra của bộ điều chỉnh chính là nhiệt độ
sẽ tác động lên bộ điều chỉnh phụ lưu lượng. Từ bộ điều chỉnh này thực hiện chức

12


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

năng hiển thị và đưa ra tác động điều chỉnh độ mở của van hay đóng van của dòng
chất tải nhiệt.
II.1.2.Đo và điều khiển lưu lượng:

Hình 3: Sơ đồ chức năng đo và điều khiển lưu lượng của thiết bị phản ứng
Lưu lượng dòng khí phản ứng đi vào thiết bị phản ứng có ảnh hưởng đến
hiệu suất chuyển hóa và năng suất của thiết bị, vì vậy mà ta lắp bộ khí cụ đo điều
chỉnh lưu lượng đặt tại tủ điều khiển. Khi giá trị đo lớn hơn giá trị đặt (ε > 0) có

nghĩa là lưu lượng khí đi vào lớn nên thực hiện tác động giảm độ mở của van.
Ngược lại khi giá trị đo thấp hơn giá trị đặt (ε < 0) thì bộ điều khiển tác động tăng
độ mở của van.
II.2.Thiết lập sơ đồ chức năng đo và điều khiển tự động thiết bị tháp tách sản
phẩm VC
13


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

Tháp chưng tách VC làm việc ở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất 0,4 – 0,5 MPa.
II.2.1.Đo và điều khiển nhiệt độ:

Hình 4: Sơ đồ đo và điều khiển nhiệt độ ở đáy tháp tách VC
Để điều chỉnh nhiệt độ đáy tháp của thiết bị chưng ta lắp bộ điều chỉnh tầng
gồm hai bộ điều chỉnh tự động và một thiết bị chấp hành. Ở đây bộ điều chỉnh
chính là bộ TIC, còn bộ phận phụ là FIC. Khi tín hiệu ra của bộ điều chỉnh chính là
nhiệt độ sẽ tác động lên bộ điều chỉnh phụ lưu lượng. Từ bộ điều chỉnh này thực
hiện chức năng hiển thị và đưa ra tác động điều chỉnh độ mở của van hơi vào thiết
bị đun sôi đáy tháp.
II.2.2.Đo và điều khiển mức chất lỏng

14


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

Hình 5: Sơ đồ đo và điều khiển mức chất lỏng ở đỉnh tháp tách VC
Thực hiện đo mức chất lỏng trong Condenser từ đó điều chỉnh sự đóng hay mở van
cho thích hợp.

15


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

Hình 6: Sơ đồ đo và điều khiển mức chất lỏng ở đáy tháp tách VC
II.2.3.Đo và điều khiển áp suất đỉnh tháp tách VC

Hình 7: Sơ đồ đo và điều khiển áp suất đỉnh tháp tách VC
II.2.3.Đo và điều khiển lưu lượng tháp tách VC

16


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

Hình 8: Sơ đồ đo và điều khiển lưu lượng dòng sản phẩm vào tháp tách VC
Sau đây là sơ đồ điều khiển tự động của toàn bộ dây chuyền sản xuất VC

17


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

II.2.Mô tả hoạt động của các mạch điều khiển:
T1

T2 T3

T4

T5

V4

V5

Input
PLC
Output

V1

V2

V3

II.2.1. Mạch điều khiển nhiệt độ:[1]

18


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

Hình 9: Mô hình làm việc của bộ điều chỉnh PLC
PLC là một bộ điều khiển hiện đại, với nhiều cổng vào, sử dụng máy tính
công nghiệp để điều khiển. Thiết bị này nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau,
với tốc độ cao máy thực hiện các phép tính cần thiết, và dựa vào kết quả tính toán,
máy đưa ra chỉ thị để điều khiển quá trình công nghệ. Chỉ thị đưa ra có thể tác

động điều khiển lên nhiều van độc lập.
Khí cụ đo nhiệt độ có rất nhiều loại như nhiệt kế giãn nỡ, nhiệt áp kế, nhiệt
điện trở, cặp nhiệt điện,… Trong dây chuyền này em sử dụng khí cụ đo là loại cặp
nhiệt điện. Ưu điểm của dụng cụ này là gọn, bền, hoạt động ở cả vùng nhiệt độ
thấp và cao, dễ dàng đo và điều khiển từ xa. Nhưng nhược điểm là giữa nhiệt độ
cài đặt, và nhiệt độ thực sai nhau đến một vài độ, tùy thiết bị tiếp nhận.
•

Nguyên tắc làm việc của cặp nhiệt:
Nguyên tắc hoạt động của cặp nhiệt là dựa trên hiệu ứng nhiệt điện.

Hai dây dẫn khác nhau về bản chất, được hàn nối vào nhau, nếu giữa hai mối hàn
có chênh lệch nhiệt độ thì trong mạch xuất hiện một suất điện động .
Đo suất điện động này bằng một milivon kế nhạy. Suất điện động phụ
thuộc hiệu số nhiệt độ giữa hai đầu mối hàn. Nếu một đầu ta giữ nhiệt độ không
đổi (thường là 0cC - nước đá đang tan hoặc 100oC - nước đang sôi) thì suất điện
động chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của mối hàn kia. Do vậy, nếu đo được suất điện
động ta suy ra được nhiệt độ tại đầu dây có mối hàn.

19


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

to
Hình 10: Sơ đồ nguyên lý cặp nhiệt.
Độ lớn suất điện động của cặp nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ (∆t = t - t o) và
phụ thuộc vào bản chất của mỗi kim loại. Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào
kết cấu của cặp nhiệt điện, vào cấu tạo của dụng cụ đo và phụ thuộc vào phương
pháp đo. Và ngoài ra, để đảm bảo độ chính xác của dụng cụ đo, nhiệt độ của cực

lạnh phải được giữ ổn định. Trong điều kiện sản xuất, việc bảo đảm nhiệt độ không
thay đổi khi lắp đặt cặp nhiệt vào thiết bị công nghệ có độ nóng cao, thực tế là
không thực hiện được. Chính vì vậy ta kéo dài cặp nhiệt bằng dây dẫn cùng vật
liệu ở cực lạnh đến vị trí mà ở đó có thể giữ ổn định nhiệt được.
Các cặp nhiệt được chế tạo từ cặp vật liệu như nhau, có khả năng lắp lẫn
nhau, nghĩa là chúng tạo ra suất điện động như nhau ứng với nhiệt độ bằng nhau.
Chính vì vậy ta có thể nối đến một dụng cụ đo thứ cấp thông qua chuyển mạch,
nhiều cặp nhiệt cùng loại để đo nhiệt độ ở nhiều điểm trong dây chuyền công nghệ.
Và đây cũng là một ưu điểm để lựa chọn dụng cụ đo nhiệt độ trong dây chuyền
công nghệ này là cặp nhiệt.
Việc gá lắp cảm biến nhiệt độ:
Việc lắp ráp các cảm biến đo nhiệt độ vào thiết bị công nghệ có ảnh hưởng
đến độ chính xác của phép đo. Có nhiều vị trí gá lắp đầu đo cảm biến tuy nhiên chỉ
có cách lắp trùng với tâm của dòng chảy là cho kết quả sai số bằng 0, còn các vị trí
và hướng lắp khác đều có sai số của phép đo lớn hơn 0.
II.2.2.Cảm biến áp suất:[6]
20


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

Cảm biến đo áp suất tùy thuộc vào áp suất cao hay thấp mà có các loại khác nhau:

Hình 11: Sơ đồ dùng khi có chênh lệch áp suất

21


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

Hình 12: Sơ đồ chuyển sự dịch chuyển thành tín hiệu điện
Ngoài ra còn nhiều dạng cảm biến áp suất loại ống Bourdon… với nguyên
tắc chung là dựa vào sự dịch chuyển co, duỗi của ống xếp, dịch chuyển của ống
Bourdon tỉ lệ với áp suất, sự chuyển dịch này được chuyển thành tín hiệu điện.

22


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

KẾT LUẬN
Tự động hóa quá trình công nghệ đã mang lại nhiều lợi ích đáng kể, qua thời
gian tìm hiểu em rút ra một số kết luận sau:
+ Phần nào hiểu được cách lập một bộ điều khiển tự động, vị trí lắp
cũng như biết được cần điều chỉnh thông số của quá trình công nghệ và cách đưa ra
biện pháp xử lí khi có sự cố.
+ Hiểu được nguyên lý đo của các mạch điều khiển tự động, và cách
gá lắp của các cảm biến để cho sai số phép đo là tối thiểu.

23


Tiểu luận: Tự động hóa quá trình sản xuất VC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỤC LỤC

24