›
›

Bài giảng Tin học trong công nghệ hóa học-thực phẩm - Trịnh Văn Dũng

GIẢI BÀI TOÁN
CÂN BẰNG VẬT CHẤT – NĂNG LƯỢNG
1- Đặt vấn đề
Để tính toán thiết bị phản ứng:
• Lựa chọn dạng và kết cấu thiết bị;
• Thiết lập cân bằng vật chất;
• Chọn phương pháp cấp và tách nhiệt rồi thiết lập cân bằng nhiệt;
• Xác định thể tích vùng phản ứng và của thiết bị; 
pdf 58 trang thamphan 30/12/2022 580
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Tin học trong công nghệ hóa học-thực phẩm - Trịnh Văn Dũng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_tin_hoc_trong_cong_nghe_hoa_hoc_thuc_pham_trinh_va.pdf

Nội dung text: Bài giảng Tin học trong công nghệ hóa học-thực phẩm - Trịnh Văn Dũng

  1. ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA ___o0o___ TIN HỌC TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM (Computer for Chem. and Food Engineering) PGS. TS. TRÒNH VAÊN DUÕNG BOÄ MOÂN: QUAÙ TRÌNH VAØ THIEÁT BÒ COÂNG NGHEÄ HOÙA –THÖÏC PHAÅM –SINH HỌC
  2. 1- Ñaëët vaáán ñeàà •Caùc quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä Hoaù-TP-SH • Moâhìnhvaätlyù • Thí nghieäm môùi •Thay ñoåi yù töôûng vaø coâng thöùc •Moâ hình toaùn hoïc Soá lieäu thöïc nghieäm Sai Thông số công nghệ • So saùnh = f() • Ñuùng •Söû duïng cho tính toaùn, phaân tích, thieát keá vaø ñieàu khieån
  3. GIAÛI BAØI TOAÙN CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG 1- Ñaëët vaáán ñeàà Để tính toán thiếtbị phản ứng: • Lựachọndạng và kếtcấuthiếtbị; • Thiếtlập cân bằng vậtchất; • Chọnphương pháp cấpvàtáchnhiệtrồithiếtlập cân bằng nhiệt; • Xác định thể tích vùng phản ứng và củathiếtbị;
  4. GIAÛI BAØI TOAÙN CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG nmy j Pha y n  1- Ñaëët vaáán ñeàà S yi n nR j Vi Pha xn S xi  nmx j Caân baèng vaät chaát – naêng löôïng coù theå ñöôïc thieát laäp: Cho töøng nguyeân toá hoùa hoïc, moãi nhoùm chöùc, goác töï do Cho moãi caáu töû hay taát caû caùc caáu töû; Cho töøng pha hoaëc cho taát caû caùc pha; Cho moät ñoaïn cuûa thieát bò hay caû thieát bò; Cho moät hoaëc moät cuïm thieát bò; Cho moät phaân xöôûng, moät nhaø maùy, moät ngaønh Cô sôû ñeå thieát laäp caân baèng vaät chaát laø ñònh luaät baûo toaøn vaät chaát. Ñaây thöôøngø laøø moätä heää phöông trình tuyeáán tính
  5. GIAÛI BAØI TOAÙN CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG 1- Ñaëët vaáán ñeàà Baøi toaùn 1: Phaân tích moät hoãn hôïp phaûn öùng cho thaáy goàm 7 caáu töû: ZnCl2, BaS, Na2SO4, ZnS, BaCl2, NaCl, BaSO4. Haõy thaønh laäp phöông trình tyû löôïng cuûa caùc phaûn öùng trong thieát bò?
  6. GIAÛI BAØI TOAÙN CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG 1- Ñaëët vaáán ñeàà Phöông trình tyû löôïng: v1ZnCl2 + v2BaS + v3Na2SO4 + v4 ZnS + v5BaCl2 + v6NaCl + v7BaSO4 = 0 Thieát laäp phöông trình caân baèng vaät chaát Chaát ZnCl2 BaS Na2SO4 ZnS BaCl2 NaCl BaSO4 Caân baèng theo x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 Keõm (Zn)1001000 Clo (Cl) 2000210 Bari (Ba)0100101 Sunfit (S)0101000 Sunfat (SO4) 0010001 Natri (Na)0020010
  7. GIAÛI BAØI TOAÙN CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG 1- Ñaëët vaáán ñeàà Baøi toaùn 2: Khảosátquátrìnhlênmen theosơđồbên? Cơ chất + Dinh dưỡng Nito + O2  Sản phẩm + CO2 + H2O
  8. GIAÛI BAØI TOAÙN CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG 1- Ñaëët vaáán ñeàà C + O2  CO2 (1) 2C + O2  2CO (2) C + CO2  2CO (3) 2CO + O2  2CO2 (4) Ma traän heä soá tyû löôïng: Chaát CO CO C O Phaûn öùng 2 2 110   202   3  2  0 42-20 
  9. GIAÛI BAØI TOAÙN CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG 1- Ñaëët vaáán ñeàà Baøi toaùn 3: Khaûo saùt phaûn öùng Fisher – Trofsa? Tìm soá phaûn öùng ñoäc laäp? Caùc phaûn öùng: • CO + 3H2  CH4 + H2O (1) • 2CO + 2H2  CH4 + CO2 (2) • 3CH4 + CO  C4H10 + H2O (3) • C4H10 + 2CO + 4H2  C6H14 + 2H2O (4) • 2C6H14 + 2CO + 3H2  C14H30 + 2H2O (5) • 2C14H30 + 8CO + 15H2  C36H74 + 8H2O (6) • 2C4H10 + 2CO + 4H2  2C3,5H7OH + 3CH4 (7) • 3CH4 + 3CO + 4H2  C6H14 + 3H2O (8)
  10. • CO + 3H2  CH4 + H2O (1) • 2CO + 2H2  CH4 + CO2 (2) • 3CH4 + CO  C4H10 + H2O (3) • C4H10 + 2CO + 4H2  C6H14 + 2H2O (4) • 2C6H14 + 2CO + 3H2  C14H30 + 2H2O (5) • 2C14H30 + 8CO + 15H2  C36H74 + 8H2O (6) • 2C4H10 + 2CO + 4H2  2C3,5H7OH + 3CH4 (7) • 3CH4 + 3CO + 4H2  C6H14 + 3H2O (8) Haïng ma traän: 10000001-1-3 01000004-4-9 00100006-6-13 000100014-14-29 000010036-36-73 00000102,5-35-65 0000001-1-11 0000000000
  11. GIAÛI BAØI TOAÙN CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG 1- Ñaëët vaáán ñeàà Baøi toaùn 2: Khảosátquátrìnhlênmen theosơđồbên? Cơ chất + Dinh dưỡng Nito + O2  Sản phẩm + CO2 + H2O CHmOi + a NH3 + b O2  c CHpOnNq + d CHrOsNt + e H2O + f CO2 [Cơ chất] DD Nito [Sinh khối] [Sản phẩm TĐC] Cần tìm: Hệ số tỷ lượng: a, b, c, d, e, f Công thứccấutạo: i, m, n, p, q, r, s, t
  12. GIAÛI BAØI TOAÙN CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG 1- Ñaëët vaáán ñeàà Baøi toaùn 2: Khảosátquátrìnhlênmen theosơđồbên? CHmOi + a NH3 + b O2  c CHpOnNq + d CHrOsNt + e H2O + f CO2 [Cơ chất] DD Nito [Sinh khối] [Sản phẩm TĐC] C: 1 = c + d + f Heä coù 14 ñaïi löôïng, 4 phöông H: m + 3 a = c p + dr + 2e trình caân baèng nguyeân toá: O: l + 2b = cn + ds + e + 2f - Cần lập thêm 10 phöông trình N: a = cq + dt - Biết trước 10 đại lượng - Sẽ giaûi ñöôïc 4 aån
  13. GIAÛI BAØI TOAÙN CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG 1- Ñaëët vaáán ñeàà Baøi toaùn 2: Khảosátquátrìnhlênmen theosơđồbên? [Cơ chất] + DD Nito + O2  [Sinh khối] + [Sản phẩm TĐC] + H2O + CO2 Ñaët:  1  2 3  4 5 6 7 a b c d 1 1 1 1 Khi ñoù: E = 0 a 2 b 2 c 2 d 2 a b c d 3 3 3 3  E  1  2  3  4  5  6  7 a 4 b 4 c 4 d 4 0 0 2 0 1 0 2 0 0 2 1 0
  14. GIAÛI BAØI TOAÙN CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG 1- Ñaëët vaáán ñeàà Baøi toaùn 4: Moät thaønh loø ñoát coù beà daøy caùc lôùp sau: gaïch chòu löûa (sa moát) 120 mm; gaïch caùch nhieät 65 mm; lôùp theùp chòu löïc 10 mm. Nhieät ñoä trong loø laø 800 0C, khoâng khí beân ngoaøi laø 35 0C, caùc lôùp thaønh coù heä soá daãn nhieät (W/m.K): gaïch sa moát 0,81; gaïch caùch nhieät 0,23; theùp 45, heä soá caáp nhieät (W/m2.K): trong loø 69,6; khoâng khí 13,9. Tìm nhieät ñoä beà ngoaøi lôùp theùp vaø giöõa caùc lôùp thaønh cuõng nhö maát maùt nhieät töø 1 m2 thaønh loø baèng caùch laäp vaø giaûi heä phöông trình treân Excel? Caàn boïc lôùp boâng thuûy tinh (heä soá daãn nhieät 0,09 W/m.K) daøy bao nhieâu ñeå nhieät ñoä beân ngoaøi thaønh loø coøn 45 0C?
  15. CHÖÔNG II: DAÃN NHIEÄT 3. Truyeààn nhieätä baèèng daãn nhieäät qua töôøøng moätä lôùpù vaøø nhieààu lôùùp: • 3.2 Daãn nhieät oån ñònh qua töôøng phaúng nhieàu lôùp: Lôùp 1:: 1 = 120 mm; 1 = 0,81 t   W/m.K;    Lôùp 2: 2 = 65 mm; 2 = 0,23 W/m.K : 3 = 10 mm; 3 = 45 W/m.K. t1 = 800 0 0 tT2 tT1 C, t2 = 35 C; 2 1 = 69,6 W/m .K tT1 > tT4 2 2 = 13,9 W/m .K t T4 tT3 x   
  16. GIAÛI BAØI TOAÙN CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG Phöông phaùpù ma traänä giaûûi heää phöông trình tuyeáná tính: AXAX == BB (2) Ñieààu kieään ñeåå heää (1) hay (2) coùù nghieääm: det A 0 (*) Heää (1) hay (2) coùù nghieääm: thoûûa maõn ñieààu kieään (*). 1 Nghieäm cuûa phöông trình (2) coù daïng: X A B (3) Duøøng caùcù pheùùp tính ma traänä treân Excel baèèng nhöõngõng leänhä sau: MDETERM ñeåå tính ñònh thöùc cuûûa ma traään: =MDETERM(A) MINVERSE ñeåå tìm ma traään nghòch ñaûûo cuûûa A: =MINVERSE(A) MMULT ñeåå nhaân hai ma traään: MMULT(A 1,B);
  17. GIAÛI HEÄ PHÖÔNG TRÌNH TUYEÁN TÍNH 3- Thöïc haønhø treân maùùy: 20,9x1 1,2x2 2,1x3 0,9x4 21,70 Ví duïï giaûiû heää phöông trình: 1,2x1 21,2x2 1,5x3 2,5x4 27,46 2,1x1 1,5x2 19,8x3 1,3x4 28,76 0,9x1 2,5x2 1,3x3 32,1x4 49,72 Thöïc hieään giaûiû heää trình tuyeáán treân: Môûû baûûng tính Excel Treân A1 ñaùùnh: Giaûiû heää phöông trình tuyeáán tính vaøø format vaøoø taâm vuøøng A1:I1
  18. GIAÛI HEÄ PHÖÔNG TRÌNH TUYEÁN TÍNH 3- Thöïc haønhø treân maùùy: Nhaäp soá lieäu vaø tính ñònh thöùc:
  19. GIAÛI HEÄ PHÖÔNG TRÌNH TUYEÁN TÍNH 3- Thöïc haønhø treân maùùy: Chuaån bò A 1 cheøn leänh MINVERSE(A): =MINVERSE(B8:E11), Nhaán Shift + Ctrl + Enter
  20. GIAÛI HEÄ PHÖÔNG TRÌNH TUYEÁN TÍNH 3- Thöïc haønhø treân maùùy: Cheøøn leäänh MINVERSE töø menu: Insert/function/minverse
  21. GIAÛI HEÄ PHÖÔNG TRÌNH TUYEÁN TÍNH 3- Thöïc haønhø treân maùùy: Cheøøn xong leänhä Minverse
  22. GIAÛI HEÄ PHÖÔNG TRÌNH TUYEÁN TÍNH 3- Thöïc haønhø treân maùùy: Ñeåå tìmt ma traän nghieäm X döôùi daïng (3) nhôø leänh: MMULT(A-1,B): Boâi ñen I8:I11; Cheøn =MMULT(B8:E11,G8:G11); baám Shift + Ctrl + Enter
  23. GIAÛI HEÄ PHÖÔNG TRÌNH TUYEÁN TÍNH 3- Thöïc haønhø treân maùùy: Ñieàn caùc ma traän vaøo leänh MMUL
  24. GIAÛI HEÄ PHÖÔNG TRÌNH TUYEÁN TÍNH 3- Thöïc haønhø treân maùùy: Sau khi baám Shift + Ctrl + Enter
  25. GIAÛI HEÄ PHÖÔNG TRÌNH TUYEÁN TÍNH 3- Thöïc haønhø treân maùùy: Kieåm tra keát quaû tính toaùn baèng caùch nhaân A vôùi X nhaän ñöôïc BT, neáu ma traän BT sai leâch so vôùi B trong giôùi haïn e cho tröôùc thì döøng laïi, neáu sai soá lôùn thì caàn tìm vectô sai soá pheùp.
  26. GIAÛI HEÄ PHÖÔNG TRÌNH TUYEÁN TÍNH 3- Thöïc haønhø treân maùùy: Giaû heä phöông trình baèng Solver: Laäp heä: = TRANSPOSE(MMULT(MINVERSE(A),B)) Goïi Solver: ñieàn caùc thoâng soá vaøo hoäp thoaïi Nhaán Solver
  27. GIAÛI HEÄ PHÖÔNG TRÌNH TUYEÁN TÍNH 4- Baøøi taäpä veàà nhaø:ø AB 0,380 -0,050 0,010 0,020 0,070 -2,140 0,750 2,320 0,052 0,595 0,000 -0,040 0,040 1,833 -0,858 2,544 0,030 0,000 0,478 -0,140 0,080 1,736 3,16 -3,238 -0,060 0,126 0,000 0,470 -0,020 -1,242 -1,802 1,534 0,250 0,000 0,090 0,010 0,560 1,440 2,190 0,120 0,405 0,050 0,040 0,000 0,090 -1,475 1,065 1,777 -0,061 0,530 0,073 0,110 -0,060 2,281 0,975 -0,530 0,070 -0,036 0,380 0,030 0,020 0,296 -1,312 -0,626 -0,050 0,000 0,066 0,580 0,230 0,492 1,096 -2,772 0,000 0,081 -0,050 0,000 0,410 1,454 0,048 1,001 0,490 0,000 -0,128 0,090 0,150 0,964 1,564 2,322 -0,030 0,320 0,000 -0,061 0,020 1,279 -1,733 -2,261 0,010 -0,090 0,580 0,011 0,035 -1,799 1,393 -1,484 0,030 0,000 -0,073 0,580 0,000 -4,971 1,744 0,932 0,020 -0,030 0,145 -0,012 0,420 2,153 -2,046 1,758
  28. 4- Baøøi taäpä veàà nhaø:ø GIAÛI HEÄ PHÖÔNG TRÌNH TUYEÁN TÍNH 4.3 Trong thieát bò ñaåy lyù töôûng xaûy ra caùc phaûn öùng: A + 2B  R (1) R + B  S (2) 3B  2T (3) 2A + B  S + D (4) 3 Noàng ñoä ñaàu (kmol/m ): CA0 = 1; CD0 = CR0 = CS0 = CT0 = 0 3 Noàng ñoä hieän taïi (kmol/m ): CA = 0,44; CB = 1,06; CR = 0,05; CS = 0,33; CT = 0,14 Tính naêng suaát theo B? Bieát löu löôïng qua thieát bò baèng 5.10 3 m3/s
  29. q 1 t1 tT 1 q 1tT 1 1t1   q 2 t t  T 1 T 2 2  3 q tT 2 tT 3   3  4 q tT 3 tT 4  4 q 2 tT 4 t 2 