Thông tin tài liệu
MỞ ĐẦU: Bài tiểu luận môn động học và nhiệt động học nàygồm 2 phần: Phần 1: Nhập vào máy tính các thông số đầu vào của bài toán: nhiệt độ, nồng độ ban đầu của các chất và máy tính sẽ cho ta biết các giá trị: entanpi, entropi, năng lượng tự do Gibb, xét xem hệ có phản ứng hay không, tính phương vị phản ứng, nồng độ của các cấu tử khi đạt trang thái cân bằng, tính toán độ chuyển hóa. Trong thời gian hạn hẹp để hoàn thành tiểu luận, không khó tránh khỏi những thiếu sót, nhầm lẫn, hi vọng sự giúp đỡ của thầy cô và các bạn làm bài tiểu luận được hoàn thiện hơn, có quy mô ứng dụng hơn… Mọi sự góp ý về bài toán 2, lập trình tính toán vui lòng liên hệ Nguyễn Hồng Hải lọc hóa dầu ak55. Sự đóng góp của các bạn là cơ hội học tập tốt hơn của nhóm. Cuối cùng xin chân thành cảm ơn thầy Lê Đình Chiển và các bạn trong lớp học hóa dầu Ak55 đã giúp nhóm hoàn thành tiểu luận này. Phần 2: Trình bày những hiểu biết cơ bản về thiết bị khuấy trộn liên tục như vỏ thiết bị, cánh khuấy…. so sánh với các thiết bị khác có ưu điểm như thế nào. Thành viên trong nhóm: Nguyễn Hồng Hải 1021010121 (30% đóng góp ) Nguyễn Trọng Hoàng 1021010142 (25% dóng góp) Đặng Trần Hùng 1021010150 (25% đóng góp) Trần Trung Đức 1021010110 (10% đóng góp) Lê Hữu Hoàng 1021010141 (10% đóng góp) B) NỘI DUNG BÀI TẬP 2: Nêu ra một bài toán, tính toán bài toán đó, giải thích tại sao lại chọn thông số đầu vào đó. Có thể lập trình tính toán. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong nông nghiệp, phân đam là rất cần thiết cho nhà nông. Trong quá trình sản xuất phân đạm, xảy ra nhiều phản ứng khác nhau. Trong đó có phản ứng sản xuất NH 3 được đưa ra như sau: (phản ứng xảy ra ở thể khí) Bài toán đặt ra là nếu phản ứng trên ở nhiệt độ T thì phản ứng có xảy ra hay không. Và nếu nó xảy ra thì tại điểm cân bằng, nồng độ các cấu tử là bao nhiêu? Với nồng độ ban đầu của các chất là N 2 (a mol), H 2 (b mol), NH 3 (c mol) và nhiệt độ T được nhập từ bàn phím. Trong bài toán này coi các khí là khí lý tưởng và phản ứng ở áp suất khí quyển. Bài toán này sẽ không cho bộ các số nhiệt độ T, a, b, c cụ thể, mà các số này tùy vào người nhập muốn nhập bộ số nào thì nhập vào máy tính. Máy tính sẽ tính kết quả cho bạn. đồng thời sẽ vạch ra hướng phát triển them cho bài toán ở trường hợp tổng quát và các phản ứng khác phức tạp hơn, tổng quát hơn. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ: Tra các thông số cho bài toán: Entanpi chuẩn của các chất ΔH 0 298 (N 2 ) =0. ΔH 0 298 (H 2 ). ΔH 0 298 (NH 3 )=-46,11(KJ/mol) =-46110 (J/mol) Entropi chuẩn của các chất S 0 298 (N 2 ) =192,1(J/K.mol) S 0 298 (H 2 ) =130,6 (J/K.mol) S 0 298 (NH 3 ) =192,5 (J/K.mol) Nhiệt dung riêng của các chất phụ thuộc theo nhiệt độ: C p (N 2 ) (J/k.mol)=27,83 +4,26.10 -3 T C p (H 2 ) (J/K.mol)=27,54 -0,83.10 -3 T + 2.10 -6 T 2 C p (NH 3 ) (J/K.mol) =29,76 +25,45.10 -3 T-1,66.10 5 .T -2 Các thông số được tra trong sách bài tập hóa lý, tác giả Nguyễn văn Duệ, Trần Hiệp Hải, Lâm Ngọc Thiềm, Nguyễn Thị Thụ, nhà xuất bản giáo dục Việt Nam. Trang 194-195 và trang 519-520 Cơ sở lý thuyết giải quyết vấn đề : Quan hệ giữa entanpi và nhiệt độ được biểu diễn theo công thức : (1) Quan hệ giữa entropi và nhiệt độ được biểu diễn theo công thức : (2) Năng lượng tự do của phản ứng ở nhiệt độ T : (3) ΔG<0 : phương trình xảy ra theo chiều thuận. ΔG=0 : Phương trình cân bằng cân bằng. ΔG>0 : phương trình xảy ra theo chiều ngược lại . Quan hệ giữa năng lượng tự do và hằng số cân bằng : ΔG=-RTlnk (4) Biểu diễn nồng độ phần mol của các cấu tử theo phương vị ε : (5) Với υ = Συ i Tại điểm cân bằng : 0 ( . ) . i i i i p y k p υ υ φ − = ÷ ∏ Trong điều kiện áp suất khí quyển, khí lý tưởng thì p=p 0 và ϕ=1. Giải phương trình (6) ta tìm được ε. Thay ε vào công thức (5) ta tính được nồng độ của các chất lúc cân bằng. Giải quyết vấn đề : 2 2 3 3 2N H NH+ ƒ (tất cả đều ở thể khí) Bài toán sẽ không có kết quả cụ thể, (vì nó được đưa vào máy tính, kết quả sẽ chạy ở phần sau) -Nhiệt dung riêng của phản ứng : 3 2 2 , , , 2 3 p p NH p H p N c c c c∆ = − − =2.( 29,76 +25,45.10 -3 T-1,66.10 5 .T -2 ) - 3.( 27,54 -0,83.10 -3 T + 2.10 -6 T 2 ) – 2. (27,83 +4,26.10 -3 T) = -50,93 +49,13.10 -3 T-6.10 -6 T 2 -3,32.10 5 .T -2 (J/K.mol) -Entanpi của phản ứng : ΔH 0 298 (phản ứng)=2.ΔH 0 298 (NH 3 )=2.(-46110)=-92220 (J/mol) 0 298 298 ( ) T T p H H PU c dT∆ = ∆ + ∆ ∫ 3 6 2 5 2 298 92220 ( 50,93 49,13.10 6.10 3,32.10 . ) T T T T dT − − − = − + − + − − ∫ ΔS 298 =2S 298 (NH 3 ) - 3S 298 (H 2 )-S 298 (N 2 ) =2.192,5-3.130,6-192,1=-198,9 (J/K.mol) 0 298 298 ( ) T p T c S S PU dT T ∆ ∆ = ∆ + ∫ 3 6 5 3 298 50,93 198,9 ( 49,13.10 6.10 3,32.10 . ) T T T dT T − − − = − + − + − − ∫ Năn g lượng tự do Gibb: .G H T S∆ = ∆ − ∆ Ta lại có: .lnG RT k ∆ = − G RT k e ∆ − = Với R=8,314 -Biểu diễn nồng độ phần mol của các cấu tử theo phương vị: Số mol ban đầu của các cấu tử: N 2 (a mol), H 2 ( b mol), NH 3 (c mol) 2 2 3 3 2N H NH+ ƒ 1 3 2 2 υ = − − + = − 0 n a b c= + + 2 2 0 2 N N n a y n n ε ε − = = − 2 2 0 3 2 H H n b y n n ε ε − = = − 3 3 0 2 2 NH NH n c y n n ε ε + = = − Do hệ là khí lý tưởng, phản ứng xảy ra ở 1atm nên ta có: 3 2 2 2 2 2 2 0 0 3 3 3 0 0 2 2 ( 2 ) .( 2 ) . ( ).( 3 ) 3 . 2 2 NH N H c y n c n k y y a b a b n n ε ε ε ε ε ε ε ε ε ε + ÷ − + − = = = − − − − ÷ ÷ − − (*) Giải phương trình (*) ta tìm được phương vị ε của phản ứng. thay phương vị ε vào biểu thức nồng độ các chất lúc cân bằng ta tìm được nồng độ các chất lúc cân bằng. -Tính độ chuyển hóa của phản ứng: Giả sử a ≤ b/3 => N 2 hết trước. độ chuyển hóa tính theo N 2 : Số mol N 2 lúc cân bằng: n N2 = a- ε Độ chuyển hóa: (số mol N 2 phản ứng)/(số mol N 2 ban đầu) = (số mol N 2 ban đầu – số mol N 2 cân bằng)/ (số mol N 2 ban đầu) = ε/a -Nói thêm về phương pháp giải phương trình (*): Có 4 phương pháp để giải phương trình (*): phương pháp lặp, phương pháp chia đôi, phương pháp newton, phương pháp thử nghiệm. tuy nhiên phương pháp lặp và phương pháp newton khi các thông số a,b,c, T chưa biết thì rất khó để xác định các biểu thức đạo hàm có dấu thay đổi như thế nào, mà nều xác định được thì rất phức tạp nên không được trình bày ở đây. Nên bài chỉ chọn 1 trong 2 phương pháp còn lại. phương pháp thử nghiệm (thay từng số ε vào để thử xem kết quả k nào gần với k nhất. phương pháp này chỉ có thể chạy trên máy tính mà thôi. Nó có thể giải được cho hệ phản ứng gồm nhiều phương trình, tuy nhiên sai số của ε ta không thể xác định được). Phương pháp chia đôi chỉ thuận tiện khi chỉ xác định ε cho hệ 1 phản ứng mà thôi. Khi gặp nhiều phản ứng thì phương pháp chia đôi không thể làm được. tuy nhiên với bài toán này thì chúng chọn phương pháp chia đôi là hiệu quả hơn. Dưới đây là ví dụ về chương trình Lập trình tính toán: !"#$%& '#%()*% )*%(+)*% +)*%,)*&)*-)*.)*)*)*)*/%) '#)*01)*0()*01()*2)*#)*!)*)*3)*)*4)*4)*4) -5678%(+59+8% +59679852 :#!1#!1!0((*1!0.(*'. (!: :##*!%%!#8 !0!&&;#%7#: ' .5!<2:!0=++&8: >?@%.=99 ' 5!<2:/#%!!18: >?@%=+ ' 5!<2:/#%!!(8: >?@%=+ ' 5!<2:/#%!!1(8: >?@%=+ :2/!&A!0*&%0!: :*/#%1*(*1(%8:B::B.B:*:BB:*:BB:*+*:BB:: %(59++79C.96D97C.E96EF+++C+EC.E96 ED7C+ECF.F96 G % 59679+79C>.F96F>D97C+EC.96C+EC.E 96ED7C+ECF.EF96E %,5%(.C% 4%,=+. :!&20!1(*!%%: 4 4%,5+. :*#%/#% : 4 4%,H+. &52%,F-C. +5DD #5+85+ 4H5F. 35 %/ 35F 4 ' /%5D3F 45&DCEC+CEFCCE 45&DC/%EC+C/%EF/%CC/%E 44C4H5+. 5835/% #53 %/ 5/% 6 353 #53 4 >?@%#H+7+++ 015/%F+C/% 0(5C/%F+C/% 01(5DC/%F+C/% 4H5F. !5/%F %/ !5C/%F 4 :!!:B.B:8:B-!%(*B:IF#%: :!!:B.B:8:B-!% *B:IFJ7#%: :%!!,8:B-!%,*B:IF#%: :/!!8:B-!&* :!!!8:B-!/%* ://!/%8:B-!#* :#%!%!8: :K15:B+B01 :0(5:B+B0( :01(5:B+B01( :!0!!8:B+B! 4 ! Chạy thử kết quả 9 Hình 2.1 kết quả của quá trình tính toán trên ngôn ngữ visual basic 4 Phát triển bài toán đó cho trường hợp tổng quát : Bài toán trên tính toán trong điều kiện áp suất khí quyển nên ϕ i =1 và p=p 0 . Nên để tổng quát hóa thì cần xét ở áp suất bất kì. ở áp suất, nhiệt độ xét, ta tra bảng tìm hệ số ϕ i rồi thay vào công thức : 0 ( . ) . i i i i p y k p υ υ φ − = ÷ ∏ Giải phương trình trên ta tìm được phương vị ε của phản ứng. Các bước khác tính như bài toán ở áp suất khí quyển. Phát triển mở rộng cho bài toán phản ứng bất kì, hệ nhiều phản ứng : A+B=> C+D E+F=> G+H ………… (hệ có nhiều phương trình phản ứng với các chất tham gia có thể trùng nhau hoặc không trùng nhau, tùy theo điều kiện thực tế của phản ứng) Hướng giải quyết vấn đề : B1 : tính các thông số entanpi, entropi ở điều kiện chuẩn, c p của các chất. B2 : tính Δc p , entropi, entanpi của các chất ở nhiệt độ T, sau đó tình năng lượng tự do Gibb, (các bước làm tương tự ở phần bài toán cụ thể ở trên) -xét xem hệ phản ứng có xảy ra hay không, nếu xảy ra tính hằng số cân bằng phản ứng theo quan hệ : ΔG=-RTlnk B3 :lập các biểu thức nồng độ của các chất lúc cân bằng. : + [...]... tra Những yếu tố cần quan tâm và có thể đo dễ dàng là áp suất, nhiệt độ nồng độ đầu vào, lưu lượng vào và mức Từ các thông số này và các phương trình chúng ta có thể tính toán ra nồng độ, một số yếu tố rất khó đo đạc Chúng ta sẽ sử dụng các cảm biến điện tử để đo các số liệu này một cách chính xác và nhanh 28 7) Ưu điểm, nhược điểm Ưu điểm : - Có khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao - năng suất cao... số này, bạn nên chia ra theo từng giải nhiệt độ cụ thể 5) Kết luận về bài toán : trong quá trình xây dựng bài toán, với thời gian còn hạn chế nên có thể còn có sai sót Nên có thể làm hạn chế tính đúng hay cụ thể, tổng quát của bài toán Nên em hi vọng thầy và các bạn góp ý bổ sung để bài toán được cụ thể hơn, lập trình tính toán được tốt hơn Mọi ý kiến đóng góp về bài toán, lập trình liên hệ tác giả :... chất vào và ra khỏi phân tố thể tích trong khoảng thời gian Δt ; • Số hạng thứ ba phụ thuộc vào vận tốc phản ứng trong phân tố thể tích ΔV và có dạng r.ΔV.Δt với r - phương trình vận tốc phản ứng hóa học khi không có trở lực vật lý (gradient nhiệt độ hoặc nồng độ) • Số hạng thứ tư biểu diễn lượng tác chất còn lại trong phân tố thể tích ΔV sau khoảng thời gian Δt phản ứng ; b)Cân bằng nhiệt • Cân bằng nhiệt. .. trường bên ngoài được biểu diễn theo nhiệt độ môi trường ngoài Tn, nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng Tf, hệ số truyền nhiệt tổng quát K và diện tích bề mặt truyền nhiệt S với biểu thức : K.S (Tn − Tf) Δt - Số hạng thứ tư bằng 0 • Vậy phương trình cân bằng nhiệt là : m.Ho.Δt − m.Hf.Δt + K.S (Tn − Tf) Δt = 0 (6) Hay : m (Ho − Hf.) + K.S (Tn − Tf) = 0 (7) • Nhiệt phản ứng ΔHR và vận tốc phản ứng (- rA) không... của phản ứng => thay vào phần mol các cấu tử => bài toán được giải quyết -giải bài toán trên bằng cách lập trình tương tự bài toán cụ thể Tuy nhiên khi lập trình ta dùng phương pháp thử nghiệm For epsilon1=0 to a1 step 0.00001 For epsilon2=0 to a2 step 0.00001 K1=… K2=…… 4) nhận xét và đánh giá bài toán 2 : ưu điểm : 1 .bài toán cho ta biết được nhiều giá trị, chỉ cần nhập bộ số : nhiệt độ tuyệt đối,... liệu và một dòng sản phẩm và tính chất của các dòng này không thay đổi theo thời gian, như vậy : - Hai số hạng đầu trong phương trình cân bằng là không đổi : Lượng tác chất nhập vào thể tích V của thiết bị phản ứng là F Ao(1-xAo).Δt và lượng tác chất ra khỏi thiết bị phản ứng là FAo (1-xAf).Δt ; - Vì hỗn hợp phản ứng trong bình có nhiệt độ và thành phần đồng nhất, nên vận tốc phản ứng là không đổi và. .. phẳng gắn chặt vào trục thẳng, trục quay nhờ bộ phận truyền động từ động cơ Dường kính của mái chèo thường vào khoảng 0,7 đường kính của thiết bị - Khả năng làm việc: + Nếu số vòng chất lỏng nhỏ thì chất lỏng sẽ chuyển động vòng tròn trên bề mặt nằm ngang trùng với mặt phẳng của cánh khuấy, và không có sự khuấy trộn chất lỏng ở các lớp khác + Khi khuấy trộn mạnh sẽ xuất hiện dòng chuyển động phụ, khi... nhằm mục đích xác định nhiệt độ tại mỗi điểm trong thiết bị phản ứng (hay tại mỗi thời điểm nếu thiết bị hoạt động gián đoạn) để xác định đúng vận tốc tại điểm đó • Trong một phân tố thể tích ΔV và một phân tố thời gian Δt, phương trình cân bằng nhiệt tổng quát cho thiết bị phản ứng là : (phương trình 2) • Dạng của phương trình (1) và (2) phụ thuộc vào loại thiết bị phản ứng và phương pháp vận hành... trạng thái chuẩn (nhiệt độ, áp suất, thành phần) để tính enthalpie - Giả sử entanpi (J/kg) so với trạng thái chuẩn của dòng nguyên liệu là H o và của dòng sản phẩm là Hf Gọi m là tổng lưu lượng của dòng nguyên liệu 25 (kg/s) (cũng chính bằng tổng lưu lượng của dòng sản phẩm) Do vậy, số hạng thứ nhất và thứ hai của phương trình cân bằng nhiệt sẽ là m.H o.Δt và m.Hf.Δt ; - Số hạng thứ ba là nhiệt trao đổi... nguyenhonghaidaukhibk55@gmail.com 11 II) BÀI TẬP 1: Giới thiệu thiết bị phản ứng khuấy trộn liên tục 1)Một số khái niệm vềThiêt bị khuấy trộn lý tưởng liên tục -Thiết bị phản ứng liên tục là thiết bị mà các chất tham gia phản ứng được đưa vào liên tục vào thiết bị và cũng được lấy ra liên tục Sau thời gian khởi động thì thiết bị làm việc ở trạng thái ổn đinh (nồng độ, nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, vận tốc
Ngày đăng: 28/08/2014, 01:58
Xem thêm: Bài tiểu luận môn động học và nhiệt động học, Bài tiểu luận môn động học và nhiệt động học
