Tự động hóa quá trình cô đặc gián đoạn dung dịch đường quy mô pilot

Bài viết trình bày nghiên cứu tự động hóa quá trình cô đặc đường của hệ thống cô đặc chân không gián đoạn quy mô pilot. Để phát triển hệ thống tự động hóa, bốn vòng điều khiển đơn độc lập đã được sử dụng nhằm điều khiển lần lượt mức lỏng khi nhập liệu, áp suất chân không trong thiết bị cô đặc, nhiệt độ của dung dịch trong buồng đốt và nhiệt độ của nước giải nhiệt trong thiết bị ngưng tụ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tự động hóa quá trình cô đặc gián đoạn dung dịch đường quy mô pilot TẠP CHÍ KHOA HỌC HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH JOURNAL OF SCIENCE Tập 18, Số 12 (2021): 2147-2161 Vol. 18, No. 12 (2021): 2147-2161 ISSN: Website: http://journal.hcmue.edu.vn https://doi.org/10.54607/hcmue.js.18.12.3268(2021) 2734-9918 Bài báo nghiên cứu * TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC GIÁN ĐOẠN DUNG DỊCH ĐƯỜNG QUY MÔ PILOT Trần Lê Hải1,2, Nguyễn Sĩ Xuân Ân1,2, Nguyễn Thị Như Ngọc1,2, Nguyễn Hồng Hải1,2, Lý Khắc Tòng1,2, Bùi Ngọc Pha1,2,* 1 Khoa Kĩ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam 2 Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam * Tác giả liên hệ: Bùi Ngọc Pha – Email: buingocpha@hcmut.edu.vn Ngày nhận bài: 07-9-2021; ngày nhận bài sửa: 16-11-2021; ngày duyệt đăng: 12-12-2021TÓM TẮT Cô đặc chân không hoạt động gián đoạn là một quá trình khó điều khiển tự động. Trongnghiên cứu này, chúng tôi nghiên cứu tự động hóa quá trình cô đặc đường của hệ thống cô đặc chânkhông gián đoạn quy mô pilot. Để phát triển hệ thống tự động hóa, bốn vòng điều khiển đơn độc lậpđã được sử dụng nhằm điều khiển lần lượt mức lỏng khi nhập liệu, áp suất chân không trong thiếtbị cô đặc, nhiệt độ của dung dịch trong buồng đốt và nhiệt độ của nước giải nhiệt trong thiết bịngưng tụ. Dựa trên nghiên cứu thực nghiệm và sử dụng mô hình bậc nhất có trễ (FOPDT), hàmtruyền của điều khiển quá trình đã được xây dựng thành công. Từ đó, các hệ số thuật toán điều khiểnPID bao gồm KP; KI và KD để lập trình cho bộ điều khiển đã được xác định thông qua phương phápZiegler-Nichols I. Kết quả đánh giá bằng thực nghiệm và mô phỏng Matlab/Simulink dựa trên các hệsố thu được cho thấy kết quả mô phỏng phản ảnh sự tương đồng với hành vi của quá trình thực tế,chứng minh rằng mô hình hàm truyền là đáng tin cậy. Mô phỏng máy tính được sử dụng để hiệu chỉnhcác hệ số điều khiển nhằm tối ưu chất lượng điều khiển quá trình dựa trên hàm truyền thu được cho kếtquả Kp = 71,5; KI = 4,5 và KD = 0 ứng với thời gian đáp ứng 1200 s, độ lọt vố POT khoảng 0,625% vàsai số gần bằng không. Kết quả của nghiên cứu đã thiết lập một phương pháp để xác định các hệ sốhoạt động điều khiển để tự động hóa quá trình cô đặc chân không hoạt động gián đoạn có thể áp dụngcho nhiều loại dịch nước trái cây và các sản phẩm có hoạt tính sinh học khác nhau. Từ khóa: tự động hóa; Matlab /Simulink; điều khiển quá trình; cô đặc chân không;Ziegler-Nichols1. Giới thiệu Cô đặc chân không là một quá trình phổ biến trong công nghiệp hóa học và thực phẩmnhằm nâng cao hàm lượng chất tan trong dung dịch. Đây là một quá trình không thể thiếuvà được sử dụng phổ biến trong quy trình sản xuất đường mía với quy mô công nghiệp lớnCite this article as: Tran Le Hai, Nguyen Si Xuan An, Nguyen Thi Nhu Ngoc, Nguyen Hong Hai, Ly KhacTong, & Bui Ngoc Pha (2021). Automation of sugar fed-batch evaporation process: A pilot study. Ho Chi MinhCity University of Education Journal of Science, 18(12), 2147-2161. 2147Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Trần Lê Hải và tgkđến rất lớn (Nguyen, 2011). Tuy nhiên, việc nghiên cứu ứng dụng cho các quy mô vừa vànhỏ lại còn rất hạn chế vì nhu cầu thực tiễn trước đây không cao. Ngày nay, các thực phẩm đặc sản, thực phẩm chức năng phát triển ngày càng nhiều vềchủng loại. Phương pháp cô đặc chân không có thể được áp dụng để chế biến các loại nướctrái cây đặc sản (Nguyen et al., 2014; Le et al., 2018) hay các loại nước uống cô đặc có dượctính cao làm thực phẩm chức năng (Dang et al., 2018). Với quy mô các doanh nghiệp đangkhởi nghiệp trong lĩnh vực này tại Việt Nam, các hệ thống hoạt động gián đoạn theo mẻ quymô pilot là phù hợp với thực tế nghiên cứu và sản xuất nhất. Hệ thống cô đặc chân không hoạt động gián đoạn quy mô pilot thường có cấu tạo đơngiản (Pham et al., 2010) và vận hành thủ công. Sử dụng bơm chân không kết hợp với thiếtbị ngưng tụ, các hệ thống này có thời gian cô đặc hoàn toàn phụ thuộc vào thao tác vận hànhvà kinh nghiệm của người sử dụng. Sự phát triển của khoa học kĩ thuật và tự động hóa ngàycàng cao đòi hỏi phải có những phương pháp điều khiển phù hợp hơn nhằm tăng độ chínhxác và hiệu quả sử dụng lao động cũng như đảm bảo được năng suất và chất lượng ổn địnhcủa sản phẩm. Nghiên cứu được phát triển từ một hệ thống cô đặc chân không sử dụng nồi cô đặcbuồng ...