GIAO TRINH mô PHỎNG và tối ưu hóa bản CHÍNH(1)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA-ĐHQG TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

BÁO CÁO MÔ PHỎNG VÀ TỐI ƯU HÓA

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN ĐỘ CHUYỂN HÓA
(Phản ứng không thuận nghịch bậc 1)

GVHD: TS.HOÀNG NGỌC HÀ


Thành viên nhóm:

1. Nguyễn Thị Thanh Hương
2. Dương Thắng
3. Lâm Hoài Anh
4. Trần Dạ Hảo
5. Nguyễn Văn Thanh
6. Huỳnh Linh
7. Đoàn Thành Diệu
8. Khổng Đại Thành
9. Nguyễn Đặng Hải Trung
10.Đặng Duy Toàn

12/9/16

61101516
61103290
61100070
61101016

61103144
61101826
61100521
61103203
61103870
61103676

2


Bài toán.

Phản ứng pha lỏng không thuận nghịch bậc một được thực hiện trong bình khuấy trộn hoạt động ổn định. Khối
3
o
lượng riêng là 1,2 g/cm , nhiệt dung riêng là 0,9 cal/g. C.
3
5 -12000/RT
Lưu lượng nhập liệu là 200 cm /s và thể tích bình là 10 lít. Hằng sô vận tốc phản ứng là: k=1,8.10 e
,
-1
s với T là nhiệt độ, K. Nhiệt phản ứng là Hr=-46000 cal/mol, nhập liệu có nồng độ ban đầu là CA0=5 mol/l
o
và nhiệt độ là 20 C. Tìm nhiệt độ phản ứng nhập liệu vào tối ưu để độ chuyển hóa phản ứng đạt cực đại, và khi
đó, nhiệt độ cân bằng và độ chuyển hóa cân bằng của hệ là bao nhiêu? Chỉ ra khoảng nhiệt độ nhập liệu của hệ.
Mô phỏng quá trình bằng Matlab.

12/9/16

3

Nội dung

1. Mô hình hóa
. Phương trình cân bằng vật chất
.Phương trình cân bằng năng lượng
2. Matlab

.Thuật toán, phương pháp giải
.Ví dụ bài toán

12/9/16

4


Mô hình hóa

12/9/16

5


Mô hình hóa

•
•

-Bình có thể tích V

•
•
•
•
•

-Chất lỏng được cấp vào bình với lưu lượng thể tích F0

12/9/16

-Khối lượng riệng và nhiệt dung riêng của hỗn hợp phản ứng là không đổi trong
quá trình phản ứng:

-Chất lỏng ra khỏi bình với lưu lượng thể tích F
Giả sử F=F0=const
-Nhiệt độ của dòng cung cấp là T0
-Nhiệt độ dòng trong thiết bị là T

6


1. Phương trình cân bằng vật chất:

12/9/16

7


•Xét phản ứng bậc 1: A B (tốc độ k, s-1)

• -Dòng lưu chất A vào thiết bị: F0CA0
•
•
•

12/9/16

-Dòng lưu chất A ra khỏi thiết bị: FCA
-Tốc độ mất đi của A trong phản ứng: -kVCA
-Tốc độ thay đổi của A trong thiết bị:

8


=> phương trình cân bằng vật chất cho cấu tử A:
(1)

•
•

12/9/16

Xét ở trạng thái dừng:
Tại đó thiết bị có độ chuyển hóa:

9


•

Gọi là thời gian lưu

12/9/16

10


2. Phương trình cân bằng năng lượng
Tổng quát:

•
•
•

Với hệ đang xét:

•
•

-Độ chênh lệch của các dòng vào và ra không lớn, năng lượng thế năng là nhỏ.

12/9/16

-Hệ không sinh công
- Giả sử vận tốc các dòng vào và ra không lớn, thành phần năng lượng động năng
có thể bỏ qua:

-Không cung cấp nhiệt cho hệ :

11

12/9/16

12


•

Thể tích riêng:

•
•

Entropy (H) được định nghĩa:

•

12/9/16

Đối với chất lỏng thành phần

có thể bỏ qua so với U:
(2)

-Giả sử rằng etanpy của chất lỏng có thể được biểu diển như tích của nhiệt độ
tuyệt đối T và một nhiệt dung trung bình (là hằng số) Cp

13

•
•
•
•
•
•
•
•

12/9/16

-Giả sử thêm rằng các khối lượng riêng là hằng số:
-Q là nhiệt do phản ứng tỏa ra:
(2)

(*)

(do )
Xét tại điểm dừng
-Tại đó hệ có độ chuyển hóa XA
-Ta có phương trình thiết kế của bình khuấy hoạt động ổn định ta có:

14


•

-Từ (*) ta có:

•

Với mt là lưu lượng khối lượng của dòng:

12/9/16

15


•

Như vậy.

•

Và:

12/9/16

16


MATLAB

12/9/16

17


12/9/16

18


12/9/16

19


CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ THEO DÕI

12/9/16

20