Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Bộ môn máy và tự động hóa các thiết bị trong CNSH-CNTP  BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN HỌC: Kỹ thuật đo lường và điều khiển các quá trình thiết bị trong CNSH-CNTP SVTH : Bùi Thị Lan MSSV: 20115963 Lớp : CNTP 1 – k56 1 I. Các thiết bị: 1. Thiết bị thanh trùng cao áp: - Mục đích: thanh trùng các loại đồ hộp hay chai lọ nhờ đạt được nhiệt dộ thanh trùng cao ( có thể lên đén 121-125 o C ). - Cấu tạo: Gồm một nồi vỏ chịu nhiệt có nắp đậy kín. Bên trong có 2 giá để chai lọ lúc thanh trùng. Có các đường cấp nước, hơi vào bên trong và đường xả hơi trong khoang, xả hơi thứ trong vỏ. Ngoài ra còn có một hệ thống đồng hồ đo nhiệt độ và áp suất bên trong để điều chỉnh hợp lý các van khí và nước bên ngoài. - Nguyên lý hoạt động: Thiết bị hoạt động được dựa trên nguyên lý khi tăng áp suất thì nhiệt độ sẽ tăng theo. Sản phẩm sau khi đặt vào trong khoang thanh trùng, đậy nắp kín vặn chặt bằng các ốc vít sẽ được cấp hơi từ từ để đạt được áp suất mong muốn. Sau đó nhiệt sẽ được cấp vào để tăng đến nhiệt độ thanh trùng. Sau thời gian thanh trùng, phải xả hơi từ từ qua van trong khi vẫn cấp khí nén vào để tránh chênh lệch áp suất quá mức gây vỡ vỏ đựng sản phẩm. Sau khi nguội sản phẩm sẽ được lấy ra. - Đo lường và điều khiển: Nồi có 1 đồng hồ đo áp suất, và 1 đồng hồ đo nhiệt độ. Các thông số được điều chỉnh thủ công nhờ các van. 2 3 2. Thiết bị ổn nhiệt có đảo trộn: Động cơ Gia Nhiệt Bơm N.Liệu vào Cánh khuấy H 2 O Hơi N.Liệu ra Bảng điều khiển Van màng mmammangfmmangmàng - Mục đích: Làm nóng, làm đều, làm mịn và tạo màu cho sản phẩm. Ngoài ra còn bổ sung thêm gia vị trong quá trình chế biến. - Cấu tạo: Thân thiết bị gồm 2 khoang: khoang ngoài chứa nước nóng có tác dụng cấp nhiệt, khoang trong chứa sản phẩm, hệ thống động cơ cánh khuấy. Ngoài ra còn có bơm, hệ thống van tự động, bình gia nhiệt, bình ngưng, bảng điều khiển, ống dẫn - Nguyên lý hoạt động: Nguyên liệu được đưa vào khoang nguyên liệu, cung cấp hơi đun nóng nước và bơm vào khoang cấp nhiệt. Nhờ sự trao đổi nhiệt giữa 2 khoang, nguyên liệu được làm nóng, động cơ hoạt động làm quay 4 cánh khuấy giúp nguyên liệu được nóng đều. Nước nóng sẽ được tuần hoàn để đảm bảo cung cấp đủ nhiệt cho nguyên liệu. Nhiệt độ của nước nóng sẽ được điều chỉnh nhờ van đóng mở tự động. Tùy theo yêu cầu của từng loại nguyên liệu mà có thể cho thêm các loại gia vị khác nhau. Sau khi kết thúc quá trình, sản phẩm được đưa ra ngoài theo đường ống dẫn. Thời gian thực hiện quá trình tùy thuộc vào từng loại sản phẩm. - Đo lường và điều khiển: Nhiệt độ là thông số công nghệ chính. Qua bảng điều khiển ta thiết lập giá trị mong muốn của nhiệt độ. Cảm biến nhiệt độ truyền tín hiệu của nhiệt độ trong nồi đo được về bộ điều khiển từ đó quyết định độ mở của van hơi (van màng). Bộ điều khiển là hàm PID tỉ lệ tích phân, vi phân với bộ chuyển đổi khí điện, dòng thành áp. Với giá trị dòng từ 4÷20 mA chuyển thành 0.2÷1 bar 3. Thiết bị cô đặc chân không: - Mục đích: Làm giảm lượng nước trong sản phẩm, mà nhiệt độ không quá cao giữ nguyên chất lượng thành phẩm. Dùng cho những sản phẩm yêu cầu nhiệt độ chế biến không quá cao(60- 70ºC) 5 Tín hiệu vào Cấp khí nén Khí ra Bộ chuyển đổi khí điện - Cấu tạo: Gồm khoang đun nóng nguyên liệu, khoang nước ngưng, bơm chân không vòng nước, động cơ cánh khuấy. Ngoài ra còn có phễu chất thơm, bảng điều khiển, hệ thống van và đường dẫn hơi, dẫn nước, đồng hồ đo áp suất, nhiệt độ… - Nguyên lý hoạt động: Nguyên liệu được đưa vào trong khoang đun nóng nhờ sự chênh áp giữa áp suất chân không trong khoang và áp suất khí quyển bên ngoài, và được đảo trộn nhờ động cơ cánh khuấy. Hơi được cấp vào khoang đun nóng, làm sôi nguyên liệu dẫn tới hiện tượng bốc hơi. Phần hơi nước sẽ được hút sang khoang ngưng, sau đó được làm mát và ngưng tụ. Để tăng hiệu suất bốc hơi ta dùng bơm hút chân không để bơm hút hơi, khí và tạo độ chân không. Để đảm bảo quá trình cô đặc thì nhiệt độ nên giữ ở khoảng 60 – 70ºC (ở -0,5 đến -0,6 at), tránh nhiệt độ quá cao khiến sản phẩm bị hút theo đường hơi. Quá trình bốc hơi sẽ làm nguyên liệu dần được cô đặc. Lấy mẫu sản phẩm qua cửa thử và kiểm tra độ cô đặc bằng thiết bị chuyên dùng. Có thể bổ sung các chất phụ gia qua phễu chất thơm. Nước ngưng ở bình có thước đo để ta dễ dàng kiểm tra và tháo nước để tránh tình trạng nước tràn. Khi lấy sản phẩm ra phải tiến hành ngừng cấp hơi, mở van xả áp tăng áp suất bên trong thiết bị cho cân bằng với áp suất bên ngoài, mở van ở đáy thiết bị, sản phẩm sẽ tự động chảy xuống. - Các thiết bị đo lường và điều khiển tự động -Thiết bị đo và hiển thị nhiệt độ tại chỗ: nhiệt kế giãn nở nhiệt được cố định ở vỏ thiết bị, phần chân cắm vào dung dịch để ( có vỏ bảo vệ ) xác định nhiệt độ của dung dịch. Dải đo của thiêt bị từ 0 0 C – 120 0 C, thang đo là 2 0 C. -Thiết bị đo áp suất: + Áp kế chân không: đo áp suất không bên trong buồng cô đặc, được cố định ở phía bên trên của buồng bốc. Dải đo từ -1 – 1,5bar. Thang đo 0,05 bar. + Áp kế đo áp suất của khí đốt, được lắp ở đầu tiếp giữa ống dẫn hơi và thiết bị cô đặc. - Thiết bị đo thể tích: là ống thủy tinh nối thông hai đầu với bình chứa nước ngưng, chỉ thị thể tích nước ngưng. Thang đo 5l;7.5; 10; 12.5; 15l. 6 4. Thanh trùng ống lồng ống: Mục đích: Thanh trùng sản phẩm ở dạng lỏng nhằm tác dụng tránh sự tiếp xúc vi khuẩn, tăng thời gian bảo quản sản phẩm. Cấu tạo: hệ thống ống lồng ống gốm 2 lớp: lớp ngoài là nhiệt, lớp trong là nguyên liệu. Hệ thống bơm trục vít, bơm nước, thùng chứa nguyên liệu, thiết bị cấp hơi vào trong nước. - Thiết bị điều khiển gồm: Bảng điều khiển, 2 bộ điều khiển tự động, bộ chuyển đổi điện khí, cảm biến, đồng hồ đo nhiệt độ tại chỗ, đồng hồ đo áp suất, các van an toàn và 2 van tự động ổn định 2 nhiệt độ… Thiết bị này có 1 bộ điều chỉnh tự động để ổn định nhiệt độ thanh trùng, nhiệt độ nóng A: Nơi để bơm nguyên liệu vào 7 B: Cảm biến mức D: Đồng hồ đo nhiệt độ nóng, nhiệt độ đầu ra của thanh trùng. G:Đồng hồ đo nhiệt độ nguội E: Bộ điều khiển nhiệt độ thanh trùng F: Bộ thanh trùng nhiệt độ ra của sản phẩm H: Bộ điều chỉnh nhiệt độ Cảm biến mức để: khi nào cạn thì không bơm nữa. Các van sử dụng là van màng, nếu không dùng van màng thì phải sử dụng van nào đó mà có thể dễ dàng điều chỉnh độ mở. Áp suất điều khiển để tác động vào van màng này để cho nó hoạt động là 0,2- 1 bar Độ mở của van là 0-100% tuyến tính phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển. Cảm biến đo nhiệt điện trở, đưa về bộ điều khiển cũng là tín hiệu điện nhưng có bộ chuyển đổi điện- khí chuyển 4-20 mA thành 0.2- 1 bar. Bộ điều khiển tự động biến đổi ra tín hiệu điện, tín hiệu điện biến đổi ra tín hiệu khí nén, tín hiệu khi nén đó đưa áp suất về van bắt van đó dừng ở vị trí mà theo tín hiệu điều khiển. Nguyên lý hoạt động:Dung dịch chạy trong ống nhỏ, bên ngoài khoảng không gian giữa 2 ống là tác nhân nhiệt. Nhiệt này do ta đặt. Quá trình này gồm 2 giai đoạn: Thanh trùng và làm nguội. nguyên liệu được đưa vào thùng chứa rồi được bơm vào hệ thống ống lồng ống. Bao gồm 3 quá trình: trao đổi nhiệt với nước nóng ở 8 ống, lưu nhiệt, trao đổi nhiệt với nước thường ở 2 ống. Quá trình nguyên liệu chuyển động trong hệ thống này, mở van hơi cung cấp nhiệt. Sự thay đổi nhiệt giữa 2 khoang thông qua bề mặt lớp vỏ ống sẽ xảy ra. Sản phẩm thu nhiệt cho tới khi đạt độ nóng cần thiết sẽ được lấy ra ở cuối đường ống. Nếu sản phẩm chưa đạt yêu cầu sẽ được hồi lưu vào thùng chứa để tiến hành làm nóng lại. Nhờ quá trình thay đổi nhiệt độ đột ngột và quá trình lưu sản phẩm trong thời gian dài ở nhiệt độ nóng nên nhiều vi sinh vật có hại, vi sinh vật gây bệnh sẽ bị tiêu diệt. 8 Sơ đồ nguyên lý 5.Thiết bị cô đặc màng: - Cấu tạo: của thiết bị bao gồm 2 thùng chứa, nguyên liệu và thành phẩm. Bơm chân không để làm giảm nhiệt độ bay hơi của sản phẩm, bơm pit-tông để tạo áp suất lớn. Một cánh tạo màng gắn với động cơ. Hệ thống các van điều chỉnh quá trình và các ống thủy, bình ngưng để theo dõi. - Nguyên tắc hoạt động: các van điều chình sẽ được đóng mở cho phù hợp với yêu cầu của quá trình. Nguyên liệu ban đầu được cho vào thùng chứa, rồi được bơm pit-tông đẩy tới buồng bay hơi với áp suất cao. Tại đây, nguyên liệu được tạo thành màng mỏng nhờ cánh tạo màng làm tăng diện tích bay hơi, và được gia nhiệt để bay hơi một lượng hơi nước do trong thiết bị có chân không nên nhiệt độ bay hơi của nguyên liệu giảm giúp quá trình bay hơi tốt hơn. Tiếp theo thành phẩm sẽ được bơm pit-tông đẩy sang ống thủy để kiểm tra, nếu đạt yêu cầu thì mở van cho vào thùng chứa. Nếu không thì mở van khác để hồi lưu lại ban đầu. 9 - Thiết bị có rất nhiều các cảm biến nhiệt độ và áp suất để thu được các thông số hoạt động từ đó có thể điều chỉnh quá trình cô đặc cho phù hợp. Quan trọng nhất là các bộ cảm biến có chức năng điều khiển TIC1 điều khiển lượng hơi cấp cho quá trình cô đặc từ đó điều khiển nhiệt độ quá trình cô đặc. Cảm biến tốc độ động cơ cánh tạo màng để có thể điều chỉnh tốc độ phù hợp. 6. Thiết bị thanh trùng tấm bản: - Cấu tạo: - Thùng chứa sữa. - Bơm hút sữa, đồng hồ đo áp suất, đo lưu lượng sữa. 10 [...]... chỉ: 10 Kgf/cm2 Khi đó giá trị thực tế sẽ là: 9,675 ≤ Pthực tế ≤ 10,375 (Kgf/cm2) III Kết luận: Thông qua đợt thí nghiệm của môn “ Kỹ thuật đo lường và điều khiển các quá trình thiết bị trong CNSH-CNTP , chúng em đã hiểu hơn về các dụng cụ đo cũng như cách thức hoạt động của chúng trong các thiết bị cụ thể Do còn nhiều thiếu sót nên em mong được sự chỉ bảo của thầy, để từ đó có thể hoàn thiện hơn kiến... chỉ đấu vào hai chân số 7 (+) và số 6 (-) 1.1.2 Rở le đóng ngắt mạch điện Rơ le có tác dụng đóng ngắt mạch điện chính cấp điện cho thiết bị, tác động mạnh hơn, rộng hơn để đảm bảo cho rơ le của bộ điều khiển không bị ảnh hưởng do nguồn điện có cường độ lớn Sơ đồ đấu nối của rơ le: 16 1.1.3 Mạch điều khiển nhiệt độ Được thiết lập từ bộ điều khiển PLC và rơ le đóng ngắt mạch để điều khiển thiết bị đun... – 81,5oC các giá trị sau có phần vượt qua khoảng giá trị làm việc là do quán tính nhiệt của thiết bị đun nóng và nước Thiết bị đo áp suất: 1 Bộ đo áp suất có truyền xa: Đây là thiết bị dùng để đo áp suất có thiết bị cảm biến truyền xa Nhãn hiệu: Px 61-3030 Giới hạn đo: -30’’Hg - +30 psi (-1,013 – 2,067 bar) Tín hiệu ra: 4 – 20 mA Nguồn cung cấp: 24V( DC) Công thức tính áp suất theo điện áp (và ngược... mỏng Do các dung dịch tẩy rửa đều được đun nóng trước khi đưa đến các thiết bị cần làm sạch nên hệ thống có một bộ cảm biến nhiệt độ có chức năng điều khiển độ mở của van cấp hơi gia nhiệt Bộ cảm biến chuyển tín hiệu điện sang áp suất để điều chỉnh áp suất của van màng, thay đổi độ mở van 14 II Khảo sát các phần tử đo: 1.1 Bộ điều khiển tự động 1.1.1 Bộ điều khiển nhiệt độ Bộ điều khiển lập trình PLC... Làm mát: Sản phẩm sau bước hai được làm mát bằng nước lạnh - Thiết bị đo lường: - Cảm biếnđóng mởđiện từ: được dùng để ngắt mở van hơi vào khoang nước nóng theo nhiệt độ đặt trước - Đồng h đo nhiệt độ: Đo nhiệt độ của đường nước nóng và nước ấm vào các khoang thanh trùng - Đồng hồ đo áp suất: Đo áp suất của đường nước nóng và nước ấm vào các khoang thanh trùng 8 Hệ thống CIP: Là hệ thống vệ sinh... bề mặt băng tải Quá trình diễn ra ba bước sau: 12 1 Thanh trùng : Nước nóng được làm nóng tới 90- 95 0 C bằng hơi nóng Nước được chứa trong bồn và được bơm phun bằng máy bơm ly tâm Quá trình được kiểm soát bằng hệ thống điều khiển 2 Tiền làm mát Nước nóng tầm 600C được phun vào sản phẩm sau bước 1, nhằm tránh làm rạn nứt thủy tinh do sự thay đổi nhiệt độ quá nhanh Quá trình có thể điều khiển bằng tay... áp suất theo điện áp (và ngược lại) áp dụng trong trường hợp thiếu các thiết bị hiển thị 1 trong 2 giá trị cần đo: i = 4 + (P + 1,013) x 5,195 (mA) P = -1,013 + (i-4) x 0,1925 (bar) Trong đó: i: cường độ dòng điện đo được (mA) P: áp suất đo được (bar) 2 Thiết bị đo áp suất tại chỗ: Đây là lại áp kế lò xo đàn hồi a, Chân không kế: Đơn vị đo: Kgf/cm2 Giới hạn đo: -1 – 0 (Kgf/cm2) 19 Cấp chính xác dụng... cách đấu nối để đo hiệu nhiệt độ hoặc đo nhiệt độ của đối tượng: 17 Sơ đồ phía trên là sơ đồ dành cho đấu nối đo hiệu nhiệt độ, giữa 2 đối tượng được gắn cảm biến nhiệt độ và phía dưới là sơ đồ dành cho đo nhiệt độ của một đối tượng 2 Thí nghiệm 2.1 Nội dung thí nghiệm - Tìm hiểu lại cấu tạo các loại cảm biến và dụng cụ đo nhiệt độ, áp suất - Tiến hành khảo sát đo nhiệt độ của nước bằng các loại cảm biến... điện trở Pt100 và các dụng cụ: nhiệt kế thủy ngân Nước được đun nóng bằng ấm điện thông qua nguồn điện được điều khiển bởi bộ điều khiển PLC sử dụng cảm biến điện trở Pt100 Đặt nhiệt độ cho bộ điều khiển là 80oC Bắt đầu đun nước từ khi còn lạnh Đọc và ghi lại nhiệt độ hiển thị trên mỗi dụng cụ đo sau mỗi 10 giây cho đến khi mạch điều khiển tự động ngắt điện lần 2 2.2 Kết quả Sau khi ghi lại các giá trị... tín hiệu tuân theo một hàm quy luật nào đó cho trước đối với đầu vào (input) Đầu ra là tín hiệu điện với cường độ dòng điện từ 4 – 20 mA Bộ điều khiển PLC có thể thay đổi hàm quy luật, khác với bộ điều khiển PID chỉ cố định một hàm Sơ đồ khối bộ điều khiển lập trình: Một bộ điều khiển PLC có thể được chế tạo theo các cách: - Cấu hình cứng: các bộ phận cấu thành được làm liền 1 khối; nhỏ gọn, giá thành . – k56 1 I. Các thiết bị: 1. Thiết bị thanh trùng cao áp: - Mục đích: thanh trùng các loại đồ hộp hay chai lọ nhờ đạt được nhiệt dộ thanh trùng cao ( có thể lên đén 121-125 o C ). - Cấu tạo: Gồm. lượng nước trong sản phẩm, mà nhiệt độ không quá cao giữ nguyên chất lượng thành phẩm. Dùng cho những sản phẩm yêu cầu nhiệt độ chế biến không quá cao( 60- 70ºC) 5 Tín hiệu vào Cấp khí nén Khí. nhân nhiệt. Nhiệt này do ta đặt. Quá trình này gồm 2 giai đoạn: Thanh trùng và làm nguội. nguyên liệu được đưa vào thùng chứa rồi được bơm vào hệ thống ống lồng ống. Bao gồm 3 quá trình: trao