Mô phỏng và tối ưu hóa quá trình chuyển hóa biodiesel từ mỡ cá trên cơ sở ngôn ngữ lập trình matlab

LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp MÔ PHỎNG VÀ TỐI ưu HÓA QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA BIODIESEL TỪ MỠ CÁ TRÊN cơ SỞ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB đã được hoàn thành nhờ sự giúp đỡ vô cùng quý giá của gia đình, thầy cô, nhà trường và bạn bè. Bằng tất cả lòng chân thành của mình, con xin được nói lời cảm ơn đến cha mẹ, bà ngoại, anh, chị, em và mọi người trong gia đnh. c ảm ơn mọi người đã luôn bên con, động viên con, giúp đỡ con, tạo mọi điều kiện cho con hoàn thành xuất sắc luận văn tốt nghiệp. Tôi xin cảm ơn thầy PGS.TSKH. Lê Xuân Hải. Thầy là ngưòi trực tiếp giúp tôi, hướng dẫn tôi từng bước một đi đến hoàn thành luận văn tốt nghiệp một cách tốt đẹp. Tôi xin được xưng “con” với thầy để bày tỏ lòng kính trọng vói một ngưòi thầy tâm huyết với nghề. Thầy không những giúp tôi về mặt vật chất, thầy còn dạy tôi nhiều điều trong cuộc sống. Làm việc với thầy, tôi thấy mình còn nhiều điều cần phải học để hoàn thiện bản thân. Tôi xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Chế Biến Dầu Khí, bộ môn Quá Trình và Thiết Bị, bộ môn Hữu Cơ, cảm ơn tất cả các thầy cô thuộc Khoa Kỹ Thuật Hóa Học, cảm ơn Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM đí t ạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin cám ơn những người bạn của tôi (anh Hùng, anh Long, anh Đăng, Tùng, My, Nguyên, anh Lợi và các bạn khác), những người đã đóng góp cho tôi những ý kiến, cùng tôi giải quyết những khúc mắc, khó khăn trong lúc nghiên cứu. Mọi người luôn là bạn tốt của tôi. Tôi xin cám ơn một người, người này đã động viện tôi, cho tôi thêm nghị lực để tôi có được thành công này. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn chính bản thân mình đã cố gắng và đã không phụ lòng những người đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn. Nhân dịp tết sắp đến, tôi xin chúc cha mẹ, ngoại, mọi người trong gia đình, thầy Lê Xuân Hải, quí thầy cô thuộc các bộ môn trong khoa Kỹ Thuật Hóa Học, và toàn thể thầy cô, công nhân viên trường Đại Học Bách Khoa TpHCM một năm mói an khang thịnh vượng. Chúc tất cả mọi người có một cái tết thật vui vẻ bên gia đình và bạn bè. Trang 2 LỜI CẢM ƠN..............................................................................................................................1 LỜI MỞ ĐẦU..............................................................................................................................2 Trang 1 CHƯƠNG 1 DIESEL YÀ BIODIESEL.....................................................................................3 CHƯƠNG 2...............................................................................................................................22 ,(*)...................................................34 CHƯƠNG3................................................................................................................................41 MÔ HÌNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA BIODIESEL TỪ MỠ CÁ TRÊN Cơ SỞ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB.......................................................41 ^(cs;v-^.cs) + rs....................................46 £ỊT=Í t) , Im -rắì ,.....................................48 =LH,trxH,*-L»,-x«, + F'-+V-y„, -V-y„, (62).............98 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................................101 PHỤ LỤC.................................................................................................................................105 Trang 6 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, nhu cầu sử dụng nhiên liệu và sản phẩm dầu mỏ phát triển mạnh dẫn đến phát sinh nhiều vấn đề cần được giải quyết như: nhiên liệu ngày càng cạn kiệt, nạn ô nhiễm môi trường do khí thải động cơ, các lò đ ốt công nghiệp ngày càng gia tăng. Điều này đang đòi hỏi các nhà khoa học phải nghiên cứu tìm ra các biện pháp nhằm góp phần giải quyết các vấn đề còn tồn tại ữong lĩnh vực sản xuất và sử dụng nhiên liệu. Nhiên liệu sinh học đã mở ra một trang mới ữong lĩnh vực nhiên liệu. Ngoài chức năng như một phụ gia tăng cường oxy cho quá trình cháy, nhiên liệu sinh học còn thay thế nhiên liệu khoáng đang ngày càng cạn kiệt, bởi đây là nhiên liệu có thể tái sinh được. Hiện nay, nhiên liệu sinh học chủ yếu là biodiesel và bioethanol. Hai loại nhiên liệu sinh học này được dùng khá phổ biến để pha chung nhiên liệu hóa thạch với tỉ lệ thích hợp, đảm bảo cho động cơ hoạt động bình thường. Ở Việt Nam, việc sản xuất biodiesel chỉ mới xuất hiện trong khoảng vài năm gần đây và chỉ ở mức sản xuất thử nghiệm. Đã có nhiều đề tài về nghiên cứu cải thiện qui trình sản xuất biodiesel, nhằm tìm ra chế độ tốt nhất cho quá trình sản xuất biodiesel. Các nghiên cứu qui trình sản xuất biodiesel thường tiến hành theo con đường thực nghiệm nên đòi hỏi nhiều công sức tiền của và thời gian. Việc ứng dụng phương pháp mô hình hóa toán học và mô phỏng sẽ là những hỗ trợ hữu hiệu cho những nghiên cứu thực nghiệm. Bởi vậy luận văn này đã đư ợc thực hiện theo định hướng sử dụng Trang 2 công cụ mô tả toán học, mô phỏng nhờ ngôn ngữ lập trình để góp phần thúc đẩy nghiên cứu quá trình sản xuất Biodiesel. Trang 8 DIESEL YÀ BIODIESEL CHƯƠNG 1 I. DIESEL [11] Nhiên liệu diesel là sản phẩm của quá trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ (còn gọi là petrodiesel), với khoảng nhiệt độ sôi từ 250 đến 370°c, với số nguyên tử cacbon từ Ci4 đến c20Petrodiesel được sử dụng chủ yếu cho động cơ diesel (ngoài ra một phần sử dụng cho các tuabin khí). Động cơ diesel được phát minh bởi Rudolf Diesel. Động cơ này ra đời sớm nhưng không phát triển như động cơ xăng do gây nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của kỹ thuật công nghệ, các vấn đề được giải quyết và động cơ diesel ngày càng trở nên phổ biến và hữu dụng hơn. Nhờ vào những ưu điểm vượt trội của động cơ diesel như tiết kiệm nhiên liệu và khả năng duy trì công suất trong những điều kiện hoạt động rộng, động cơ diesel được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như dùng làm động cơ cho xe tải, máy xây dựng, nông nghiệp, công nghiệp nhẹ, các nhà máy điện và tàu thủy ... Động cơ diesel cũng làm việc theo nguyên tắc 4 chu kỳ (hút, nén, nổ, xả) như động cơ xăng nhưng khác động cơ xăng ở chỗ: Hình 1- Sơ đồ cấu tạo động cơ diesel - Trong động cơ xăng, hỗn họp xăng và không khí được phun trực tiếp vào trong xilanh sau khi dã được phối trộn trước; còn ở động cơ diese 1, không khí được hút vào trước trong Trang 3 xilanh và nén ở áp suất cao tạo ra môi trường có nhiệt độ cao, sau đó diesel mới được bơm cao áp phun vào. - Động cơ xăng dùng bugi đánh lửa để đốt cháy hỗn hcrp xăng và không khí; còn ở động cơ diesel, diesel sẽ tự bốc cháy ở nhiệt độ cao và áp suất cao trong xilanh. Những yêu cầu đối với nhiên liệu diesel gồm có: - Độ nhớt thấp đảm bảo nhiên liệu được cấp liên lục vào buồng cháy, phù họp với quá trình làm việc của động cơ. - Có khả năng tự cháy và bay hơi phù hcrp để động cơ khởi động dễ dàng, có tốc độ tăng áp suất xi lanh không quá lớn và có tốc độ cháy đủ lớn. - ít đóng cặn trong hệ thống cấp nhiên liệu và trong xy lanh. - Có tính ăn mòn thấp. Để đánh giá chất lượng petrodiesel, hiện nay người ta đang sử dụng trên dưới 20 chỉ tiêu kỹ thuật khác nhau [bảng 1], trong đó nột số chỉ tiêu quan trọng được nêu dưới đây: - Trị số cetane: Đây là chỉ tiêu chất lượng quan trọng nhất của nhiên liệu diesel, đặc trưng cho khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu diesel. Trị số cetane là một đại lượng quy ước, có giá trị (là một số nguyên nhận giá trị từ 0 đến 100) bằng tỷ số phần trăm thể tích của n-cetane (C16ĨỈ34) trong lỗn họp của nó với a-methyl naphthalene (C10H7CH3) sao cho hỗn họp này có khả năng tự bốc cháy tương đương với mẫu nhiên liệu diesel trong ềii kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (theo quy ước till a-methyl naphthalene có tị số cetane bằng 0 và n -heptane có tị số cetane bằng 100). Trị số cetane được xác đinh theo phương pháp thử ASTM-D.613. Tuy nhiên phương pháp thử này tốn rất nhiều thời gian và nhiên lệu chuẩn nên người ta đề nghị ra phương pháp tính toán trị số cetane ước lượng và được gọi là chỉ số cetane. Việc tính toán này dựa trên một số yếu tố của diesel như tỉ trọng, nhiệt độ sôi trung bình,... - Độ nhớt: đây cũng là một chỉ tiêu rất quan trọng đối với nhiên liệu diesel vì độ nhớt ảnh hưởng đến khả năng bơm và phun nhiên liệu vào xilanh. Độ nhớt động học được xác định ở 40°c theo phương pháp thử ASTM-D.445 (TCVN 3171-1995). - Nhiệt trị: là lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng nhiên liệu. - Hàm lượng lưu huỳnh: với áp suất cao và nhiệt độ cao trong xilanh, lưu huỳnh trong diesel có tỉế bị đốt cháy để tạo thành so 2, SO3 gây ăn nòn các chi tết trong xilanh. Ngoài ra các kpp chất của s khác như mercaptan (RSH) khi phân hựỷ tạo ra cặn rất cứng bám vào piston, xilanh. - Nhiệt độ đông đặc: là nhiệt độ cao nhất mà sản phẩm dầu lỏng đem làm lạnh trong điều kiện nhất định không còn chảy được nữa. Nhiệt độ đông đặc ảnh hưởng đến khả năng sử dụng nhiên liệu trong điều kiện nhiệt độ thấp (như khi thời tiết mùa đông). Trang 4 - Nhiệt độ chớp cháy: là nhiệt độ mà tại đó, khi sản phẩm dầu được đốt nóng, hơi của nó thoát ra sẽ tạo với không khí xung quanh một hỗn họp mà nếu ngọn lửa đến gần chúng sẽ bùng cháy. Xác định nhiệt độ chớp cháy có ý nghĩa rất quan trọng trong việc tồn trữ và bảo quản nhiên liệu. Nếu nhiệt độ chớp cháy thấp, khi bảo quản trong bể chứa ngoài trời nắng nóng phải đề phòng có tia lửa điện ở gần để tránh cháy nổ. - Hàm lượng nước: nước có trong dầu sẽ gây ăn mòn các chi tiết động cơ, làm giảm hiệu suất cháy của nhiên liệu khi hòa trộn với không khí. Trong thực tế hàm lượng nước trong dầu không được vượt quá 0,25%. Trang 5 Bảng 1 -Tiêu chuẩn Việt Nam đối với nhiên liệu Diesel (TCVN 5689:2005) Các chỉ tiêu Phương pháp thử Mức quy định ASTM Chỉ sô cetane (*) min D.4737 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg max D.2622 TCVN DO 500 s 46 6701:2000 500 6608:2000 55 D.445 3171:2003 2-4,5 3753:1995 +6 D.5453 Điểm chớp cháy, °c min D.3828 D.93 Độ nhớt động học ở 40°c, mm2/s Điểm đông đặc, °c max D.97 Hàm lượng nước, mg/kg max E 203 Khối lượng riêng ở 15°c, kg/m3 D.1298 200 6594:2000 820-860 D.4502 (*): Phương pháp tính chỉ sô cetane không áp dụng cho các lọai nhiên liệu diesel có phụ gia cải thiện chỉ số cetane. Trong thực tế, khi động cơ nhiên liệu diesel hoạt động, thường thải ra một lượng rất lớn các họp chất độc hại như COx, NOx, S02, hơi hydrocacbon, ... Khi nhu cầu sử dụng các ản phẩm dầu mỏ nói chung và nhiên liệu diesel nói riêng gia tăng, nạn ô nhiễm môi trường cũng gia tăng, dẫn đến thúc đẩy hiện tượng nóng lên của bề mặt trái đất dưới tác dụng hiệu ứng nhà kính. Theo các nhà nghiên cứu trên thế giới thì cứ 1 kg nhiên liệu diesel truyền thống khi cháy sẽ thải ra 3,2 kg C02. Ngoài ra những lí do Trang 6 về mặt chính trị và tự túc năng lượng đặt ra một câu hỏi lớn trong việc tìm ra một nguồn nhiên liệu thay thế là hết sức cấp bách. Các nước trên thế giới luôn đặt vấn đề an ninh năng lượng lên hàng đầu để đảm bảo cho sự phát triển bền vững của nền kinh tế. Vì thế, các nước thiếu năng lượng sẽ dễ bị phụ thuộc vào các nước có nguồn năng lượng dồi dào hơn. Khi đó việc tìm ra nguồn năng lượng mới sẽ giúp các nước phát triển ổn định và độc lập nền kinh tế của nước mìnhế II. BIODIESEL [11] 1. Giói thiệu Biodiesel là loại nhiên liệu diesel có nguồn gốc sinh học và có thể được định nghĩa như sau: “Biodiesel là monoalkyl ester của axít béo có nguồn gốc từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật, được sử dụng cho động cơ diesel”. Như vậy, biodiesel là sản phẩm của quá trình chuyển hoá dầu thực vật hoặc mỡ động vật nhằm thay đổi một số tính chất về nhiên liệu do nguyên liệu ban đầu có độ nhớt quá cao nên không thể đưa trực tiếp vào động cơ diesel để sử dụng ngay được. Bảng 2 -Chỉ tiêu chất lượng cho Biodiesel BI00 Các chỉ tiêu Giới hạn Phương pháp thử Đơn vi • ASTM Điểm chớp cháy D 93 130,0 min °c D 2709 0,050 max % thê tích học Độ nhớt động học, 40°c D 445 1,9 - 6,0 Hàm lượng lưu huỳnh D 5453 0,05 max Chỉ sô cetane D 613 47 min Chỉ sô acid D 664 0,80 max Hàm lượng nước và cặn cơ mm2/s % khối lượng mgKOH/g So với Petrodỉesel, biodiesel có những ưu điểm như: Trang 7 - Biodiesel cháy tốt hom petrodiesel. - Biodiesel có ngiồn gốc sinh học nên có những tác động tích cực đến môi trường như: giảm lượng mưa axít, giảm hiệu ứng nhà kính khi đốt cháy do giảm lượng phát thải của các hydrocacbon chưa cháy, các hydrocacbon thơm, co, muội than, bồ hóng,... - Biodiesel là đốt không độc, dễ phân hủy sinh học (98% trong 3 tuần so với diesel chỉ 50%). - Biodiesel hầu như không chứa họp chất lưu huỳnh nên khi sử dụng không xảy ra hiện tượng ăn mòn thiết bị. - Nhiệt độ chớp cháy của biodiesel cao hơn diesel nên không ậo hỗn hcrp cháy nổ với không khí và hơi nhiên liệu. Điều này rất có ý nghĩa khi tồn trữ nhiên liệu. - Biodiesel có chỉ số cetane cao hơn diesel. - Khi sử dụng nhiên liệu biodiesel thì các nước không có nguồn nguyên liệu hóa thạch có thể chủ động về nguồn nguyên liệu đồng thời có thể thúc đẩy nền nông nghiệp phát triển. Như vậy, về mặt kinh tế, việc sử dụng biodiesel ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường, còn góp phần thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của nước ta: đất đai, khí hậu, nhân lực, hạn chế việc nhập khẩu nhiên liệu, từ đó giảm mức độ phụ thuộc vào nước ngoài. Bên cạnh những ưu điểm, biodiesel cũng có những nhược điểm sau: - Trong phân ử biodiesel có chứa nguyên tử oxy nên nhiệt trị thấp hơn die sel truyền thống. Vì vậy, khi sự dụng biodiesel làm nhiên liệu sẽ tiêu hao hơn nhiều so với nhiên liệu diesel truyền thống. - Khi sử dụng biodiesel thì hàm lượng khí NOx thải ra khi tăng khi giảm, không khống chế được. Đây chính là một trong những nhược điểm đáng kể của biodiesel so với diesel truyền thống. - Biodiesel có điểm đông đặc cao hơn diesel truyền thống nên gây khó khăn cho việc sử dụng ở các nước có nhiệt độ thấp vào mùa đông. Để khắc phục nhược điểm này, phụ gia làm giảm điểm đông đặc được đưa thêm vào biodiesel. - Khuyết điểm lớn nhất của biodiesel là giá thành cao hơn nhiều so với diesel truyền thống. Đây chính là nguyên nhân dẫn đến việc sử dụng biodiesel chưa phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, vấn đề này không còn quan trọng nữa một khi nguồn dầu mỏ cạn kiệt và vấn đề môi trường lên tiếng. - Hiện nay biodiesel thường được sản xuất chủ yếu theo mẻ. Đây là điều bất lợi vì năng suất thấp, khó ổn định được chất lượng sản phẩm cũng như các điều kiện của quá trình phản ứng. Một phương pháp để khắc phục nhược điểm này chu)ển từ sản xuất biodiesel từ qui trình sản xuất gián đoạn sang qui trinh sản xuất liên tục. Trang 8 Trang 9 Bảng 3 - Một số đặc tính chọn lọc của Diesel và Biodiesel Đặc tính nhiên liệu Diesel Nhiệt trị, Biodiesel Btu/gal 129,05 118,17 Độ nhớt động học ở 40°c, mm2/s 1,3-4,1 4,0 - 6,0 Tỉ trọng ở 15°c, lb/gal 7,079 7,328 Hàm lượng nước và cặn cơ học, max 0,05 0,05 Điểm chớp cháy, °c 60-80 100 - 170 Điểm đông đặc, °c -15-5 -3-12 40-55 48-65 Chỉ số cetane 2. Tình hình sử dụng nhiên liệu diesel trên thế giới và Việt Nam 2.1. Trên thế giới Ôtô chuyển dịch sang động cơ diesel. Giá dầu thô ngày càng tăng cao, các công nghệ tiên tiến như hybrid hay pin nhiên liệu vẫn còn quá xa để có thể áp dụng, diesel đang ngày càng trở thành lựa chọn họp lý cho người sử dụng xe hơi. Cùng với việc giá dầu thô tăng cao và hàng loạt công nghệ hiện đại như đa van hay Common Rail Diesel (phun nhiên liệu đơn đường), xu hướng chuyển dần sang sử dụng máy dầu của ngành công nghiệp xe hơi thế giới ngày càng rõ rệt. Thị trường châu Âu có thể được coi là mảnh đất hứa đối với các loại xe máy dầu, vốn chiếm tới gần 50% lượng ôtô các loại đang lưu hành. Tại một vài quốc gia như Pháp, Đức, Áo, Thụy Sĩ, sự hiện diện của động cơ diesel còn lấn át cả động cơ xăng. Nhu cầu giảm tiêu thụ nhiên liệu cũng giúp tăng lượng xe động cơ diesel tại thị trường ôtô lớn nhất thế giới là Mỹ. Ngay Nhật Bản, tỷ lệ xe máy dầu hiện mới chiếm khoảng 3% đến 5% số xe lưu hành, cũng Trang 10 đang trở thành thị trường mục tiêu cho những nhà sản xuất xe động cơ diesel hàng đầu thế giới. Mới đây, tổ hcrp công nghiệp nặng Fuji Heavy Industries, sở hữu nhãn hiệu Subaru, tuyên bố sẽ tung ra mẫu xe diesel đầu tiên vào cuối năm 2007, nhật báo Nihon Keizai Shimbun, dẫn lời Chủ tịch Kyoji Takenaka, cho biết. Trong tháng 3 vừa qua tại Anh, lượng tiêu thụ xe máy dầu đã tăng 8,9%. Nhờ đó, với tổng số 156.932 sản phẩm từ đầu năm, con số ôtô chạy bằng diesel các loại được bán ra hiện chiếm 36% ngành công nghiệp xe hơi xứ sở sương mù. Bước tiến gần đây nhất của công nghệ hybrid là sự kết hcrp giữa một mô-tơ điện và một động cơ diesel (thay cho động cơ xăng trước đây). Mercedes-Benz là một trong những hãng đi tiên phong khi giới thiệu mẫu xe hạng sang S-class được trang bị động cơ diesel-hybrid tại triển lãm ôtô Detroit 2005. Cũng tại đây, người ta còn thấy hiện diện chiếc Meta One với hệ thống động cơ tương tự của Ford Motor, vốn không mạnh trong lũih vực hybrid. 2ẳ2ẳ Tại Việt Nam Tại Việt Nam, số xe động cơ diesel đang chiếm hơn 20% thị trường ôtô mới tại Việt Nam, khoảng gần 40.000 chiếc. Năm 2001, con số này còn ở mức dưới 10%. Thông thường, máy dầu được ưa chuộng trong lĩnh vực chuyên chở. Sau Ford Transit, lần lượt xuất hiện Mercedes-Benz Sprinter và Toyota Hiace ráá làm tăng thêm lựa chọn cho khách hàng đối với loại xe chở khách 16 chỗ trang bị động cơ dầu. Nhưng với các xe 7 chỗ chở xuống, sự hiện diện của loại động cơ này còn ở mức rất khiêm tốn. Gần như độc chiếm thị trường xe pickup (Pickup là loại xe bán tải đa năng được chế tạo dựa trên cơ sở xe jeep và chỉ kém jeep khả năng vượt chướng ngại vật) ừong nước, với sự cạnh tranh không đáng kể từ Isuzu D-Max, nhưng số xe Ford Ranger bán ra cả năm 2005 cũng mới đạt 778 chiếc, chiếm 15% tổng số xe Ford tiêu thụ được. Ở dòng xe đa đụng hiện cũng chỉ có chiếc Isuzu Hi -Lander và một phiên bản Everest là trang bị động cơ diesel. Có thể đây vẫn sẽ là mảnh đất tiềm năng nhất đối với xe máy dầu ở Việt Nam. Theo Ford, xe máy dầu chiếm tới 75% số Everest hãng sản xuất. Từ đó, ta thấy rằng thị trường động cơ sử dụng nhiên liệu diesel đang mở rộng trong tương lai trên khắp thê giới. Điều đó càng khẳng định vai trò thay thế của nhiên liệu sinh học biodiesel ngày càng quan trọng. Ở nước ta hiện nay đã có một cơ sở sản xuất biodiesel ở tỉnh An Giang. Dù còn gặp nhiều khó khăn về giá cả nguyên vật liệu, công nghệ, chưa có chỉ tiêu đánh giá chất lượng từ phía bộ khoa học- công nghệ... nhưng đã mở ra một tương lai sáng lạn cho nhiên liệu sinh học biodiesel ở Việt Nam. 3ẵ Nguyên liệu sản xuất Biodiesel Trang 11 Các nguồn nguyên liệu chính Dầu thực vật__________________________________________________________ Dầu thực vật chủ yếu thu được ở trong phần hạt (cũng có một số ngoại lệ dầu nằm trong phần thịt quả, như bơ). Thành phần chính của dầu thực vật là triglyceride. Hàm lượng triglyceride có trong dầu thực vật khoảng 90 - 98%, nột lượng nhỏ monoglyceride, diglyceride, acid béo ự do 1 - 5% gồm phospholipids, phosphotides, carotenes... và một lượng nhỏ nước. Dầu thực vật không chứa các họp chất lưu huỳnh. Trong phân ử hàm lượng oxy chiếm khoảng 10%. [6] Các loại dầu này có giá trị thương phẩm cao, được sử dụng trong công nghệ thực phẩm. Ngoài ra còn có nlững loại dầu khác không được dùng trong công nghệ thực phẩm như dầu hạt cao su, dầu vỏ hạt điều, dầu Jatropha đều có thể sử dụng làm nguyên liệu. Dầu thải từ các nhà hàng, xí nghiệp, gia đình sau khi đã qua chế biến: Dầu thải từ các nhà hàng, từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm như xí nghiệp sản xuất mì ăn liền, bánh biscuit,... là dầu đã được qua chế biến một hoặc nhiều lần. Dầu sử dụng trong các xí nghiệp sản xuất thường có nguồn gốc rõ ràng nên tính chất dầu rõ ràng. Còn dầu từ các nhà hàng chủ yếu là dầu ăn được mua trong các siêu thị, khu mua sắm... là dầu được tạo thành từ nhiều hỗn họp dầu khác nhau, nên tính chất dầu khó xác định. Tuy dầu thải có nguồn gốc từ nhiều dầu khác nhau nhưng thành phần của chúng tương tự nhau, đây là một ưu điểm của dầu thải do có thể phối trộn dầu thải của nhiều nguồn khác nhau để làm nguyên liệu. Bảng 4 - Thành phần acid béo có trong một mẫu dầu thải và một số tính chất hoá lý cơ bản của mẫu dầu thu được tại Thành phố Hồ Chí Minh Trang 12 Trang 13 Trang 14 Acid bo Tn % khối lượng C8:0 Acid caprilic 0.03 C10:0 Acid captic 0.01 C12:0 Acid lauric 0.18 C14:0 Acid miristic 0.89 C16:0 Acid panmitic 36.5 C16:l Acid panmitoleic 0.16 C18:0 Acid stearic 4.49 C18:l Acid oleic 40.45 C18:2 Acid linoleic 15.62 C18:3 Acid linolenic 0.94 C20:0 Acid arachidic 0.38 C20:l Acid gadoleic 0.21 C22:0 Acid behenic 0.14 Mỡ động vật Mỡ động vật được chia ra làm 2 nhóm : mỡ động vật trên cạn và mỡ động vật dưới nước. Mỡ động vật trên cạn chứa nhiều acid béo no, chủ yếu là acid panmitic và acid stearic (mỡ heo, mỡ bò). Mỡ động vật trên cạn chứa nhiều acid béo thuộc nhóm omega-6 hơn, hầu như không có omega-3 nên thường ở trạng thái rắn trong điều kiện nhiệt độ thường. Mỡ động vật dưới nước chứa hàm lượng acid béo không no thuộc nhóm omêga-3 tương đối lớn, ở thể lỏng trong điều kiện nhiệt độ thường. Nước ta thuộc vùng nhiệt đới, có nhiều sông nước nên nghề nuôi và chế biến thủy sản phát triển mạnh về cả chất và lượng, không chỉ phục vụ nhu cầu trong nước mà còn Trang 15 hướng đến xuất khẩu. Trong đó phải kể đến nghề nuôi và chế biến cá da trơn ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Hoạt động chế biến các sản phẩm từ cá da trơn thải ra ngoài một lượng lớn các phế phẩm, ảnh hưởng đến môi trường, mà trong đó chiếm chủ yếu là mỡ cá. Do đó, nếu sử dụng mỡ cá như nguồn nguyên liệu cho nhiên liệu mới là một phương án có hiệu quả về mặt kinh tế lẫn cho môi trường. Giới thiệu về nguồn nguyền liệu mỡ cá tra Cá tra là loài các ănựp, thức ăn thích họp nhất là các loại đạm có nguồn gốc từ động vật, đặc biệt là các loại các tạp , nhuyễn thể như ốc, nghêu, hến.... Cá tra là loại các nhiệt đới, nhiệt độ thích họp khoảng 26 °c - 30°c, không ếng được trong môi trương có khí hậu lanh. Cá tra quen sống ở nước ngọt, nhưng cũng có thể thích nghi ở cả những vùng nước lợ có nồng độ muối thấp. Trong tự nhiên cũng như khi nuôi ao, cá tra sống thành từng đàn và có thể sống được ở những nơi kênh rạch dơ bẩn, ao tù, nước đọng, mật độ nuôi dày (10 con/m2). Ở nước ta hiện nay, cá tra đang được coi là loại cá nuôi có năng suất cao nhất trong nghề nuôi thủy sản, năng suất trung bình theo năm khoảng 30 - 45 tấn/ha. Vì loài cá này có thể thích nghi với nhiều loại thức ăn khác nhau và các điều kiện sống khác nhau, nên các tra đang được coi là loài cá được nuôi phổ biến nhất, chiếm hơn một nửa diện tích nuôi trồng thủy sản ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Bảng 5 - Các tính chất hoá lý cơ bản của mỡ cá Tính chât Độ ẩm (%) Chỉ sô axit (mg KOH/g mỡ) Giá trị 0,287 0,94 Tỉ trọng ở 30°c 0,8638 Độ nhớt (Cst) 41,68 Bảng 6 - Kết quả phân tích thành phần acid béo của một mẫu mỡ cá tra Trang 16 Acid Công thức phân tử Khối lượng phân tử Hàm lượng (%) C12:0 c12h24o2 200 0,37 C14:0 C14H2802 228 3,73 C15:0 C15H30O2 242 0,13 C16:0 C16H3202 256 27,18 C16:l C16H30O2 254 0,98 C17:0 C17H3402 270 0,14 C18:0 C18ĨỈ3602 284 7,76 C18:l C18ĨỈ3402 282 44,87 C18:2 C18ĨỈ3202 280 10,41 C18:3 Ci8H3o02 278 0,96 C20:0 C20H40O2 312 0,22 C20:l C20H38O2 310 1,33 C20:4 C20H32O2 304 0,62 C20:5 C20H30O2 302 0,34 C22:0 C22H44O2 340 0,14 C22:l C22H42O2 338 0,23 C22:5 C22H34O2 330 0,13 C24:0 C24ĨỈ48O2 368 0,12 C22:6 C22H32O2 328 0,33 Cm:n Trang 17 Khối lượng mol trung bình của mỡ cá : Mmacá=[Macidbé0- 1P3 + 41 với khối lượng mol trung bình của acid béo được tính như sau: ________ M = -M____________ acid béo 19 Ẽmi ì—1 Trong đó mi là phần trăm khối lượng của axit béo có khối lượng mol phân tử là Mi trong mẫu. III. TÌNH HÌNH NGHIÊN cứu VÀ NHIỆM vụ LUẬN VĂN Tình hình nghiên cứu[l] Vói những ưu điểm của mình, biodiesel đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia: châu Âu (Đức, Ý, Áo , Pháp, Thụy Điển, Tây Ban Nha,...), Châu Mỹ (Hoa Kỳ đứng đầu thế giới về lượng biodiesel sử dụng, Brazil,...), châu Á (Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản,...), châu Phi và châu úcũng đã b ắt đầu nghiên cứu về biodiesel. Hầu hết các nghiên cứu về biodiesel tập trung vào 2 vấn đề: xúc tác và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng. Các hệ xúc tác được nghiên cứu đến nay gồm: xúc tác kiềm, xúc tác acid, không dùng xúc tác, hóa siêu âm, xúc tác enzym, xúc tác base không ion, xúc tác rắn. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng như: tính chất của nguồn nguyên liệu, nhiệt độ, thời gian phản ứng, tỉ lệ ancol:dầu, tỉ lệ xúc tác:dầu, tốc độ khuấy trộn. Tại Việt Nam, việc điều chế và thử nghiệm nhiên liệu biodiesel từ dầu thực vật bắt đầu được quan tâm từ những năm 1980. Công trinh lớn nhất được công bố có lẽ là Luận án Tiến sĩ của tác giả Nguyễn Đức Minh vào năm 1997. Trong công trình này, tác giả đã so sánh các tính năng kỹ thuật của nhiên liệu diesel có pha dầu đậu nành với các hàm lượng 10, 20, 100% với nhiên liệu diesel truyền thống. Ngòai ra, tác giả cũng đã thử nghiệm điều chế nhiên liệu biodiesel bằng phương pháp ester hóa dầu đậu nành với ethanol, sử dụng xúc tác NaOH, nhiệt độ phản ứng khỏang 50 - 65°c, thòi gian phản ứng 6-7 giờ. Trang 18 dầu thực vật phế thải đã được thực hiện ở Hà Nội (Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc Gia) và Tp. Hồ Chí Minh (Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh). Các nghiên cứu này chủ yếu đi theo hướng điều chế biodiesel bằng phương pháp ester hóa. Từ năm 2000, một số nhóm nghiên cứu ở Viện Hóa Học, Viện Môi Trường (Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc Gia) và ở Trung tâm Khoa học Môi trường và Phát triển bền vững thuộc Đại học Quốc Gia Hà Nội bắt đầu nghiên cứu công nghệ siêu âm để điều chế nhiên liệu biodiesel từ dầu thực vật. Từ năm 2001, nhóm nghiên cứu thuộc Bộ môn Công nghệ Chế biến Dầu khí và Trung tâm Lạc - Hóa đầu (Trường Đại học Bách Khoa TPHCM) đã bắt đầu nghiên cứu khả năng sản suất biodiesel từ các nguồn dầu thực vật. Tác giả Trương Quốc Vương đã khảo sát khả năng pha trộn trực tiếp dầu thực vật và dầu diesel để thay thế dầu diesel. Nguồn nguyên liệu sử dụng là dầu dừa hoặc dầu đậu phộng. Kết quả cho thấy rằng hỗn họp pha trộn 3% thể tích dầu dừa và 97% thể tích diesel hoặc hỗn họp 2% dầu đậu phộng và 98% dầu diesel có thể được sử dụng như nguồn nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu diesel truyền thống. Đây là một phương pháp đơn giản và có thể dễ dàng thực hiện ở quy mô sản xuất lớn hoặc nhỏ. Rõ ràng, khả năng sử dụng trực tiếp nguồn nguyên liệu dầu thực vật là khả thi. Tuy nhiên, lượng dầu thực vật sử dụng vẫn còn quá ít, và ử ợng diesel truyền thống dùng trong hỗn hợp nhiên liệu vẫn còn quá cao. Một trong những nguyên nhân của điều này là do độ nhớt của dầu thực vật quá cao dẫn đến những bất lợi trong quá trình phun nhiên liệu và đốt cháy. Vì vậy, cần phải biến tính dầu thực vật trước khi đưa vào sử dụng. Hiện nay, phương pháp chuyển vị ester với tác nhân ancol được lựa chọn khảo sát. Tác giả Nguyễn Thị Hồng Nơ [27] đã nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ nguồn nguyên liệu dầu dừa trên cơ sở thực hiện phản ứng chuyển metyl ester hóa giữa các triglyxerít có trong dầu dừa và methanol trên xúc tác rắn S04.Sn02 tự tổng họp. Điều kiện thích hợp cho quá trìnhđi ều chế xúc tác như sau: Nhiệt độ nung: 800°c, Thòi gian sulfate hóa: 2 h, Độ pH = 8 , Nồng độ H2S04: 4 M. Trang 19 Trong nỗ lực nâng cao hiệu suất của quá trình chuyển methyl ester hóa dầu dừa, các tác giả Phạm Hòan Vũ và Đào Đức Phú đã thay thế xúc tác rắn axít bằng xúc tác rắn kiềm. Ở đây, tác giả sử dụng K2CO3/AI2O3 tự điều chế như là xúc tác. So vói xúc tác rắn axít S04.Sn02 sử dụng ở ừên, xúc tác rắn kiềm này đã nâng hiệu suất phản ứng lên rất cao, khỏang 87 - 92% mà vẫn giữ được điều kiện phản ứng tương đối đơn giản (phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ khỏang 60°c, áp suất khí quyển, sự phân tách sản phẩm tương đối dễ dàng). Theo các tác giả này, các yếu tố liên quan đến quá trình điều chế xúc tác (như thời gian tẩm, thời gian nung và nhiệt độ nung) và tỷ lệ xúc tác quyết định đến hiệu suất của phản ứng. Một điểm đáng lưu ý nữa là khả năng phản ứng phụ thuộc rất lớn vào quá trình xử lý sơ bộ nguyên liệu dầu dừa trước khi thực hiện phản ứng. Dầu dừa phải được lọc bỏ các tạp chất cơ học, chất xơ trước khi đưa vào hệ phản ứng. Một trong những tác hại của những tạp chất này có lẽ là do ảnh hưởng che phủ của chúng lên các tâm họat động cũng như các lỗ xốp của chất mang, nhất là trong giai đọan đầu của phản ứng khi độ nhớt của dầu dừa còn khá cao, dẫn đến khả năng xúc tác của hệ xúc tác rắn giảm xuống. Việc sử dụng biodiesel từ dầu thực vật đã góp phần đáng kể trong vấn đề giảm ô nhiễm môi trường, giảm sự phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu nhập khẩu. Tuy nhiên, giá thành vẫn còn cao hơn r ất nhiều so với diesel truyền thống. Nhằm mục đích giảm chi phí cho quá trình sản xuất biodiesel, các tác giả Phan Ngọc Anh, Phùng Khánh Nghiêm và Nguyễn Thanh Dũng đã thử nghiệm trên nguồn dầu ăn thải từ các quá trinh chế biến thực phẩm. Tương tự như dầu thực vật, dầu ăn phế thải có thành phần chính là triglyxeride, ngòai ra còn có một lượng nhỏ acid béo tự do. Thành phần acid béo ữong dầu ăn phế thải không thay đổi nhiều so với dầu nguyên chất. Vì vậy, tính chất hóa lý của dầu phế thải không khác nhiều so với dầu nguyên chất. Ở Việt Nam, lượng dầu này chủ yếu thải ra môi trường bên ngòai gây ô nhiễm nguồn nước. Do vậy, việc nghiên cứu khả năng sử dụng từ dầu ăn phế thải là cần thiết vì sẽ góp phần vào việc giảm ô nhiễm môi trường tò nguồn dầu thải này. Đây cũng là hướng đã và đang được áp dụng tại nhiều nước trên thế Trang 20 giói. Các tác giả này đ& tập trung vào phản ứng ester hóa dầu ăn phế thải bằng phương pháp hóa học với sử dụng xúc tác kiềm. Quá trình chuyển hóa được thực hiện ở nhiệt độ môi trường, vói xúc tác KOH (0.75% khối lượng). Điều kiện tối ưu để phản ứng đạt hiệu suất khỏang 88.3% là: tỷ lệ mol methanol: dầu = 7: 1; thòi gian phản ứng là 90 phút. Sản phẩm methyl ester tổng họp tò dầu thải thỏa mãn hầu hết các tiêu chuẩn quy định cho nhiên liệu diesel. Tuy nhiên, hàm lượng cặn carbon Condradson quá cao so vói tiêu chuẩn và thành phần chưng cất của methyl ester dầu ăn phế thải khác xa so với nhiên liệu diesel. Vì thế, không thể sử dụng trực tiếp methyl ester cho động cơ diesel mà phải phối trộn methyl ester vói nhiên liệu diesel. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các hệ nhiên liệu phối trộn lên các tính năng kỹ thuật và thành phần khí thải của động cơ ở chế độ không tải và có tải cho thấy mẫu hỗn hợp 20% biodiesel và 80% diesel (B20) hòan tòan có thể dùng làm nhiên liệu thay thế cho diesel truyền thống. Trên cơ sở kết quả của các nghiên cứu sản xuất biodiesel tò các nguồn dầu ăn thải, tác giả Nguyễn Phúc Tuệ đã thỉ tính tóan sơ bộ để thiết kế phân xưởng sản xuất biodiesel từ dầu thực vật thải với năng suất 50 tấn/ngày. Phương pháp để sản xuất là phản ứng chuyển metyl ester hóa giữa ester của axít béo và methanol. Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ thường với xúc tác KOH. Theo tác giả, với tổng số vốn đầu tư gần 5 triệu USD mỗi năm chúng ta có thể thu lãi hom USD 900.000 với năng suất sản phẩm là 15.000 tấn/năm (đây là năng suất tối thiểu của nhà máy). Vì vậy, theo tác giả, dự án “Thiết kế phân xưởng sản xuất biodiesel từ dầu thải” là đáng giá về mặt kinh tế và môi trường. Nhiêm vu luân văn ••• Luận văn này được thực hiện ữong khuôn khổ của đề tài nghiên cứu trọng điểm của ĐHQG Tp.HCM (tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ chế biến Biodiesel từ mỡ cá da trơn phế thải và từ dầu hạt cây cao su. Mã số: B2008 - 20 - 03 TD) với các nội dung ứng dụng công cụ mô hình hóa toán học, vói sự hỗ trợ của ngôn ngữ lập trình MATLAB, mô phỏng đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ Trang 21 tới hiệu quả chuyển hóa biodiesel từ mỡ cá. ứng dụng nguyên lý cực đại Pontryagin xác định các hàm điều khiển tối ưu (nhiệt độ Topt(t), suất lượng dòng methanol u2opt(t)) đảm bảo quá trình chuyển hóa Biodiesel đạt được hiệu suất chuyển hóa mong muốn trong thời gian ngắn nhất (bài toán tác động nhanh). Nghiên cứu thực nghiệm để xử lý thu hồi Glycerine như một sản phẩm phụ của quá trình chuyển hóa biodiesel đã được thực hiện ở qui mô pilot. CHƯƠNG 2 Cơ SỞ LÝ THUYẾT I. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIODIESEL Các phản ứng hóa học trong quá trình chuyển hóa biodiesel từ mỡ cá Hiện nay, biodiesel chủ yếu được sản xuất từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật. Quá trình được thực hiện thông qua phản ứng chuyển vị ester của các triglyceride có trong dầu mỡ với tác nhân alcol như methanol... thành các ester béo 'ới mạch ngắn hơn . Trong phạm vi luận văn này, nguyên liệu chuyển hóa biodiesel là mỡ cá có hàm lượng acid béo ự do thấp (chỉ số acid AV80 >88.0 Độ tro % khôi lượng 0 (22) Chọn chế độ ban đầu: j=0,1=0,u(0) Giải hệ phương trình vi phân các biến trạng thái: =>x(t)=>tính I(i) Giải hệ phương trình vi phân phụ trợ: ->X(t)->tmh P(j),QG) 8©=e(j)*s® ■=> u(j+l)=u(j)+5(j) _______ị____________ Giải hệ phương trình vi phân các biến trạng thái: =>x(t)=>tính I(j+1) E 2. ti ơ) ff / ÍƠ)PỨ) r Kết thức Hình 7 - Sơ đồ thuật toán LUUS áp dụng nguyên lý cực đại Nguyên lý cực đại là công cụ toán học cho phép giải quyết các bài toán điều khiển tối ưu các hệ động lực được mô tả bởi các phương trình vi phân. Có nhiều thuật toán khác nhau đã đư ợc xây dựng để cụ thể hóa nguyên lý cực đại khi ứng dụng cho các bài toán điều khiển tối ưu khác nhau. Với quá trình chuyển hóa Biodiesel, căn cứ vào dạng các phương tnnh vi phân (hệ phương trình ữạng thái ( 1) và phiếm hàm mục tiêu I (7)) thuật toán thích hcrp được sử dụng là thuật toán LUUS[3]. Nội dung thuật toán LUUS được tóm tắt theo sơ đồ Hình 7. Với các công thức tính toán kèm theo: Công thức tính s(i) (23) Công thức tính w® (24) Trong công thức trên, W(j) là một ma ữận gồm n hàng và n cột (n là số biến điều khiển Ui) - Công thức tính p® (25) Công thức tính Q(i) (27) (26) Công thức tính epsilon E® = P®/(2.Q®) - Công thức tính hàm mục tiêu dùng công thức bài toán tác động nhanh là công thức (7) ở trên - Công thức tính các dXi/dt dùng công thức (9) ở ữên. - Công thức tính chênh lệch giá trị hàm mục tiêu giữa 2 lần hiệu chỉnh 51: (28) Trong các công thức trên, các đại lượng s, p, Q,s chỉ là những đại lượng phát sinh khi tiến hành hiệu chỉnh để đạt được chế độ điều khiển tối ưu cho các biến điều khiển CHƯƠNG3 MÔ HÌNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA BIODIESEL TỪ MỠ CÁ TRÊN Cơ SỞ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB L XÂY DựNG MÔ HÌNH TOÁN CHO QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA BIODIESEL Giả sử rằng trong hỗn hợp phản ứng chứa acid béo tự do (FFA), Triglyceride (TG), Diglyceride (DG) và Monoglyceride (MG), Methylester (E), Methanol (Me), Glycerine (G), nước (W), xúc tác (KOH), xà phòng (S). Phản ứng thực hiện trong thiết bị khuấy lí tưởng có thể tích V ở nhiệt độ T và thời gian phản ứng t. Dòng nguyên liệu vào có lưu lượng thể tích Fv, khối lượng riêng pv, nhiệt độ T v, và độ nhớt Uy. Hỗn hợp phản ứng trong thiết bị cố khối lượng riêng p, khối lượng m=p.v, độ nhớt o. Dòng sản phẩm đầu ra có lưu lượng thể tích Fr, khối lượng riêng pr=p, nhiệt độ Tr=T, độ nhớt Ur=U. Các phàn ứng hóa học của quá trình chuyển hóa được trình bày trong phần I, chương 2Ễ Hình 8 - Sơ đồ thiết bị phản ứng khuấy lí tưởng đem giản Phân tích định tính các đại lượng của đối tượng công nghệ Đối tượng công nghệ bao gồm các đại lượng được cho trong bảng sau: Bảng 9 - Các đại lượng của thiết bị phản ứng khuấy lí tưởng dòng Dòng vào Hỗn hợp phản ứng Dòng ra Tốc độ biến thiên nồng độ TênMG đại (mol/(lít.phút)) lượng / dCMG/dt / Lưu lượng thê tích Nồng độ G (mol/lít) (líưphút) CF G>vV CG / r CG,FĨ=C G pv / dcG/dt p / Pr=P T C-Me,v v T CMe — T>T CMe,r CMe u/v u /dt dCMe Ur=U / m / CE,V CE / CE=96%) cho quá trình chuyển hóa gián đoạn. Như vậy, giải bài toán điều khiển tối ưu bằng nguyên lý cực đại bước đầu đã cho thấy cách thức điều khiển 2 thông số nhiệt độ và suất lượng methanol thêm vào theo hình thức đơn giản (duy tó cố định biến điều khiển nhiệt độ và cho toàn bộ lượng methanol cần dùng vào ngay từ thời điểm đầu tiên) chính là phương thức họp lý nhất cho phép thực hiện quá trình chuyển hóa đạt yêu cầu đã đ ặt ra trong thời gian ngắn nhất. Đây là kết quả bước đầu để định hướng tới các bài toán điều khiển tối ưu phức tạp hơn nhằm xác lập các chế độ vận hành các quá trình chuyển hóa biodiesel quy mô công nghiệp đạt tới hiệu quả cao nhất. CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TINH CHẾ GLYCERINE Trong quá trình triển khai ứng dụng biodiesel một khó khăn cản trở rất lớn là nguyên liệu cho quá trình chuyển hóa có giá cao, ữong khi gia nhiên liệu bán ra lại không đủ sinh lợi. Vì vậy, việc tận dụng các sản phẩm phụ, thu hồi nguyên liệu chưa chuyển hóa là cần thiết. Sản phẩm phụ của quá trình chuyển hóa biodiesel là Glycerine, một chất được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống và sản xuất công nghiệp. Việc tận dụng nguồn sản phẩm phụ glycerine này sẽ đảm bảo lọi nhuận cho cả dây chuyền sản xuất biodiesel. Vì vậy, ữong luận văn này, tình bày thêm qui trình tinh chế glycerine từ nguồn glycerine thô của quá trình chuyển hóa biodiesel ở qui mô pilot. I. PHƯƠNG PHÁP THựC NGHIỆM Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ, thiết bị sử dụng Nguyên liệu Glycerine thô (pha glycerine sau quá trình lắng tách pha) còn lẫn methanol, xà phòng, methylester, KOH, các chất tạo màu,và các tạp chất khác...sau quá tình chuyển vị ester tạo methyl ester (biodiesel) 1.2ẻ Hóa chất sử dụng Acid H3P04 85% khối lượng, than hoạt tính mịn, KOH, methanol: sử dụng các hóa chất có độ tinh khiết phân tích của Trung Quốc. Thiết bi và dung cu thí nghiêm máy cô quay chân không • I B • o t bình cầu phản ứng thể tích 1 lít và 2 lít. hệ thống sinh hàn hồi lưu: sinh hàn, bình chứa nước, ống dẫn nước, máy bơm nước, bệ đỡ, giá đỡ. bếp từ, cá từ máy li tâm giấy lọc hệ thống máy hút chân không dùng khi lọc cân điện tử: chính xác đến 2 chữ số sau dấu phẩy pipet, bóp silicon phiểu chiết becher 250 ml đũa khuấy nhiệt kế rượu loại 100 °c Phương pháp thí nghiệm Hình 19 - Sơ đồ qui trình công nghệ tinh chế glycerine thô tò qui trình sản xuất biodiesel Trong qui trình này, methanolđóng vai trò r ất quan trọng trong việc làm giảm độ nhớt của dung dịch phản ứng khi tiến hành phản ứng loại xà phòng. Khi cho acid H3PO4 vào với lượng khoảng 13-14 ml cho 300 g mẫu glycerine thô, acid béo tự do tạo thành. Vì có nhiệt độ sôi cao ,nên khi tạo thành, acid béo làm dung dịch đặc sệt lại. Nếu không có methanol, độ nhớt dung dịch sẽ rất cao làm cho việc khuấy ữộn rất khó khăn, phản ứng xảy ra cục bộ không đều. Nhờ methanol có sẵn trong glycerine ban đầu làm cho độ nhớt dung dịch thấp nên quá trình khuấy trộn dễ dàng, phản ứng xảy ra đều hơn. Nếu điều kiện khuấy trộn tốt, phản ứng chỉ cần tiến hành trong khoảng 30 phút, tính ngay sau khi cho acid H3PO4 vào, chứ không cần phải đến 90 phút như bên trên. Nhiệt độ của phản ứng được chọn là 60 °c vìđ ặc tính động học của quá trình phản ứng loại xà phòng, khi nhiệt độ cao thì tốc độ phản ứng sẽ nhanh. Nhưng xét về mặt nhiệt động, nhận thấy phản ứng tỏa nhiệt, nên nhiệt độ cao quá sẽ không tốt cho phản ứng. Vả lại, nhiệt độ này dưới nhiệt độ sôi của methanol có ữong hỗn hợp phản ứng nên tránh được phần nào sự bay hơi mạnh mẽ của methanol. Như vậy, nhiệt độ 60 °c là nhiệt độ thích hợp cho quá trình phản ứng loại xà phòng. Sau khi phản ứng xong, làm nguội hỗn hợp phản ứng xuống nhiệt độ phòng, khoảng thòi gian làm nguội này mất khoảng 30 phút. Trong quá trình làm nguội này, để cho hỗn hợp phản ứng lắng tự nhiên. Dưới tác dụng của trọng lực, hỗn hợp phản ứng phân thành 3 lớp: lớp trên cùng là acid béo (có thể lẫn methanol), lớp giữa là glycerine và methanol, lớp cuối là muối lẫn glycerine (và có thể lẫn methanol). Chiết lấy lớp trên cùng và lớp giữa cho vào phiểu chiết. Lớp dưới cùng còn lẫn lớp giữa, đem đi lọc chân không, lấy lớp giữa, còn muối được tách ra và giữa lại. Trong phiểu chiết chứa lớp trên cùng và lớpgiữa, chiết lấy lớp giữa, lớp trên cùng sau chiết chứa acid béo chủ yếu (có thể có lẫn methanol). Lớp giữa thu được, sẽ được đem đi khử màu. Quá trình khử màu được tiến hành 3 lần để đảm bảo màu được khử hoàn toàn. Quá trình khử màu được tiến hành kín trong bình phản ứng có hoàn lưu nhằm tránh methanol bay hơi ra ngoài. Lượng than hoạt tính dùng lần đầu khoảng 5-6 % khối lượng mẫu đem khử màu. Hai lần còn lại lấy khoảng 4-5 % khối lượng mẫu đem khử màu. Than được cho trực tiếp vào hỗn hợp phản ứng, cho vào bình phản ứng, gia nhiệt đến 60 °c, rồi bắt đầu khuấy trong vòng 15-20 phút. Theo kinh nghiệm, trong quá trình gia nhiệt không cho khuấy, như vậy kết quả khử màu rất tốt. Quá trình khử màu là quá trình hấp phụ. Các phân tử tạo màu sẽ bám lên bề mặt của các hạt than hoạt tính. Như đã biết quá trình hấp phụ diễn ra tốt khi nhiệt độ thấp, áp suất cao, điều này đúng cho hấp phụ pha khí. Còn quá trình này là hấp phụ pha lỏng, còn rất nhiều yếu tố khác ảnh hưởng như khuếch tán nhiệt, nhiệt độ hấp phụ.... Nếu xét quá tình hấp phụ theo 2 khía cạnh động học và nhiệt động, thì khi nhiệt độ tăng theo động học tốc độ hấp phụ tăng, còn theo nhiệt động, tốc độ hấp phụ sẽ giảm, tốc độ giải hấp tăng. Chính vì vậy, tồn tại một nhiệt độ tối ưu cho quá tình hấp phụ này. Ở đây, tạm chọn nhiệt độ hấp phụ 60 °c, vì nhận thấy ở nhiệt độ này màu được khử tốt, vả lại nhiệt độ này thấp hơn nhiệt độ sôi của methanol nên tránh methanol bay hơi mạnh. Sau quá trình hấp phụ, làm nguội hỗn họp trong 20 phút, để nhiệt độ hạ xuống gần bằng nhiệt độ phòng, khi đó methanol bay hơi r ất ít. Hỗn hợp sau khi khử màu đem lọc chân không, loại than hoạt tính, thu lấy phần lỏng (lớp giữa sau khi khử màu lần thứ nhất). Than hoạt tính sau khi lọc, có thể đem đi nung ở nhiệt độ cao để tái sinh, sử dụng lại cho các lần khử màu tiếp theo. Phần lỏng thu được, đem khử màu thêm 2 lần nữa,cách tiến hành tương tự như lần đầu tiên, cùng điều kiện nhiệt độ, thời gian, nhưng với lượng than ít hơn. Sau 3 lần khử màu , hỗn hợp gần như trong suốt không màu, khi đó tiến hành kiểm ữa pH sẽ dễ dàng nhận biết hơn. Đẻ kiểm tra pH, thường dùng chất chỉ thị là giấy quì tím, hay methylđ ỏ (pH6.2 màu vàng cam). Sau khi kiểm fra pH, nếu pH trung tính (giấy quì màu vàng, methytt ỏ màu vàng cam) đem hỗn họp đi cô quay chân không loại methanol và một lượng rất nhỏ nước ở nhiệt độ phản ứng 70-80 °c, ữong thời gian khoảng 40 phút. Sau khi cô quay làm nguội, thu được glycerine tính chế. Nếu pH acid, thì hỗn hợp cần được trung hòa, vì sản phẩm cần ở pH trung tính. Để trung hòa, lấy một lượng mẫu nhỏ đem chuẩn độ để xác định lượng KOH trong methanol cần cho vào để trung hòa. Sau khi trung hòa, đem hỗn hợp làm lạnh ở nhiệt độ khoảng 3 - 4 °c, trong thời gian 60 phút để cho muối kết tinh lại. Đem hỗn họp lọc chân không, tách bỏ muối. Hỗn hợp sau khi tách muối, đem đi cô quay chân không ở nhiệt độ 80 °c, trong 60 phút để loại methanol và nước. Sau khi cô quay chân không xong, làm nguội, được glycerine tinh chế. Sản phẩm glycerine được đánh giá chất lượng thông qua các phân tích xác định hàm lượng và độ mầu. Các quy trình thực nghiệm được trình bày chi tiết hơn trong phụ lục PL-3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Kết quả thí nghiệm Vì hạn hẹp về thời gian, nên việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng các công đoạn trong qui trình không thể tiến hành. Với qui trình tinh chế mói này, chỉ chọn ra một chế độ tiến hành cho mỗi công đoạn trong qui trình. Hai thông số quan trọng được quan tâm trong qui trình tinh chế này là hiệu suất thu hồi và độ tinh khiết của glycerine thu được. Mầu glycerine thô lấy từ quá trình chuyển hóa tạo biodiesel chỉ dùng xúc tác KOH ưên pilot._____________________________________________________________ Chế độ tiến hành cho mỗi công đoạn trong qui trình công nghệ: Công đoạn loại xà phòng: o Lượng acid: 48-50 ml H3PO4 85 % cho 1000g glycerine thô o Nhiệt độ phản ứng: 60 °c o Thòi gian phản ứng: 90 phút Công đoạn khử màu lần i.Ệ o Lượng than hoạt tính: 5,4 % khối lượng mẫu đem khử màu o Nhiệt độ khử màu: 60 °c o Thời gian khử màu: 20 phút Công đoạn khử màu lần 2 và lần 3: o Lượng than hoạt tính: 4,5% khối lượng mẫu đem khử màu o Nhiệt độ khử màu: 60 °c o Thời gian khử màu: 20 phút Công đoạn trung hòa và kết tinh loại muối: vì lượng acid dùng vừa đủ, glycerine thu được có pH trung tính, nên công đoạn này bỏ qua. Cô quay chân không thu hồi methanol (và nước): o Khối lượng mẫu đem cô quay: 250-350g o Nhiệt độ cô quay: 70-80 °c o Thời gian cô quay: 40 phút o Tốc độ quay của trục quay: mức 5 (theo máy) o Độ chân không không đổi Bảng 27 - kết quả thực nghiệm Khôi lượng Glycerine thô(g) Thê tích acid H3PO4 85%(ml) Lượng than trong lần 1 (g) Lượng than trong làn 2 (g) Lượng Khôi lượngHiệu than Glycerine tinhthu (%) trong làn chế (g) 3 (g) suất Hàm lượng hồi methanol trong glycerine(%) 600,5 28 21,63 16,54 15,00 232,34 38,69 21,66 1083,91 50 40,41 31,5 29,7 437,50 40,37 32 1084,24 50 40,4 32 29,5 409,17 37,74 26,68 1022,21 48 35 26,73 25,2 399,18 39,05 20 Nhận xét: Hiệu suất thu hồi của cả qui trình trong khoảng từ 38% đến 40%. Xác định hàm lượng của glycerine tình chế: Cân chính xác lg glycerine 3 tính ch ế hòa tan với khoảng 50 ml nước cất. cân khoảng 5g KI04 hòa tan vói dung dịch glycerine vừa tạo, đem phản ứng khuấy không gia nhiệt trong 2 giờ. Sau phản ứng, đem lọc lấy dung dịch, thêm nước cất để đạt được 100 ml. Dùng pipet 10 ml (£ r ửa sạch hút chính xác 10 ml thêm phenolphtalein làm chất chỉ thị, đem chuẩn độ với NaOH 0,1N. Kết quả: Bảng 28 - Kết quả chuẩn độ oxy hóa xác định hàm lượng glycerine Mẩu Khối lượngKhối lượngThòi gianThể tích dd Thể tích mẫu (g) KIO4 (g) phản ứng sau khỉ phản dd đem (h) ứng (ml) đi chuẩn đô (ml) 5,4 2 100 10 Mẩu chuẩn 1,00 (Merch) Thể tích Hàm NaOH lượng 0,1N (ml) glycerine (%) 10,5 96,6 Mẩu không 1,00 5,07 2 100 10 10,1 92,9 Mâu dùng 1,02 5,04 2 100 10 10,8 97,4 dùng muối ngậm nước muối ngậm nước Xác định độ trẳng của glycerine sau tình chế Bảng 29 - Kết quả đo độ ừắng Mâu Lân đo L 1 63,76 Mâu glycerine 2 61,76 chuân 3 60,79 TB 62,10 1 59,65 Mâu glycerine 2 60,56 sau tinh 3 58,89 chê TB 59,7 a -1,26 -1,3 -1,25 -1,27 -1,6 -1,66 -1,51 -1,59 b 6,5 6,7 6,3 6,5 7,15 7,3 6,92 7,12 AL Aa Ab AE -2,4, -0,32 0,62 2,50 Mầu tốiMầu lục Mầu Có thể hơn hơn vàng phân chuẩn chuẩn hơn biệt chuẩn mẫu và chuẩn bằng mắt thường Nhận xét: Quá trình tẩy màu chưa tốt, mẫu sau tẩy màu bị nhiễm than nên lục và tối hơn. Kết luân: Qui trình đạt hiệu suất thu hồi từ 38%-40%, glycerien thu được ữong suốt không màu. Độ tính khiết đạt 92,9%. Hàm lượng methanol thu hồi tối đa đạt 32% khối lượng glycerine (trước cô quay chân không). Bàn luân • Kết quả cho thấy qui trình mới đạt hiệu suất thu hồi và (độ tinh khiết) tốt. Công đoạn phản ứng loại xà phòng, khử màu, lọc chân không dễ dàng nhờ methanol được giữ lại nên làm độ nhớt của hỗn hợp thấp. Nhưng việc này cũng d ẫn đến một nhược điểm là methanol có thể phát tán ra môi trường xung quanh gây độc hại vì vậy các công đoạn phải được làm kín tốt, nhiệt độ không quá cao tránh methanol bay hơi mạnh. Khi các thiết bị đã làm kin tốt thì qui trình này trở nên dễ dàng và đại hiệu quả tiết kiện năng lượng, tăng tuổi thọ cho thiết bị tốt. Các thí nghiệm vói khối lượng mẫu khoảng 1000 g được tiến hành dễ dàng chứng tỏ rằng qui trình hoàn toàn có thể tiến hành ữên qui mô lớn hơn. Xét ở khía cạnh qui mô lớn như qui mô công nghiệp, nếu ta có thể tiến hành quá trình chuyển vị ester giữa triglyceride và methanol với các thiết bị phản ứng đạt độ kín tốt, thì hoàn toàn có thể tiến hành tính chế glycerine thô theo qui trình công nghệ đã nêu ra ở bên trên. Với việc methanol được giữ lại làm cho độ nhớt hỗn họp thấp, khi tiến hành phản ứng nếu dùng thiết bị phản ứng dạng cánh khuấy thì công suất khuấy sẽ giảm đáng kể, ứng suất momen xoắn sẽ giảm đi rất nhiều, độ bền thiết bị tăng, tốc độ khuấy được cải thiện, phản ứng đồng đều hơn, triệt để hơn. Khi lọc, nhờ độ nhớt thấp, quá trình lọc sẽ dễ dàng, tốn ít công lọc. giữ lại methanol sẽ làm cho hỗn hợp sau phản ứng loại xà phòng dễ dàng phân lớp ữong thòi gian ngắn mà không cần phải tiến hành li tâm tách lớp, nhờ đó vừa tiết kiệm thời gian, tăng năng suất,vừa tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu. Độ nhớt hỗn họp thấp, lưu chất trong ống sẽ dễ dàng lưu chuyển, ít bám bẩn, tăng thời gian bảo trì,làm sạch đường ống, giảm công suất bơm. Tác nhân khử màu nếu dùng than hoạt tính, nên có hệ thống tái sinh than hoạt tính sau khi hấp phụ. Acid béo thu được trong quá trình tinh chế glycerine (lớp ữên cùng) có thể được đem đi thực hiện phản ứng ester hóa với methanol để tạo thêm biodiesel, hoặc cho các quá trình khác ntr n ấu xà phòng. Muối kali photphat thu được có thể được dùng để sản xuất phân bón cho nông nghiệp. Tận dụng tốt các sản phẩm phụ sẽ tăng hiệu quả kinh tế và tính cạnh tranh cho quá trình sản xuất biodiesel. ĐÈ XUẤT MÔ HÌNH TOÁN CHO QUÁ TRÌNH TINH CHÉ Vì hạn chế về thời gian, đề xuất mô hình toán cho các công đoạn sau: Giai đoạn phản ứng loại xà phòng Pha glycerine thu được sau quá trình chuyển hóa biodiesel có thể chứa các chất như: glycerine (chủ yếu), methanol, xà phòng, methylester (ít), KOH, các chất tạo màu và các tạp chất khác là nguyên liệu cho quá trình chuyển hóa loại xà phòng. Dòng nguyên liệu vào có lưu lượng thể tích Fv, khối lượng riêng pv, nhiệt độ Tv, và độ nhớt uv được cho vào thực hiện phản ứng với acid H3PO4 trong thiết bị khuấy lí tưởng ở nhiệt độ T và thời gian phản ứng t. Các chất tạo màu và các tạp chất không thực hiện phản ứng hóa học. Các phản ứng được đề nghị cho quá trình này tham khảo chương 2- Cơ sở lý thuyết, phần phản ứng hóa học cho quá trình loại xà phòng. Hỗn hợp phản ứng trong thiết bị phản ứng có thể tích V, khối lượng riêng p, khối lượng m=p.v, độ nhớt u. Thành phần hỗn họp trong thiết bị phản ứng sẽ gồm : acid H3P04(A), KOH (B), KH2P04(C), H20(W), xà phong(S),acid béo(FFA), methylester(E), methanol(Me), glycerine (G), các chất tạo màu và các tạp chất(R). Dòng sản phẩm đầu ra có lưu lượng thể tích Fr, khối lượng riêng pr=p, nhiệt độ Tr=T, độ nhớt ur=u. Phản ứng sẽ được tiến hành cho đến khi hết xà phòng (thời gian phản ứng t phút). Mô hình toán của quá tình nàylư ợc tiến hành tương tự quá trình chuyển hóa biodiesel. Mô hình toán tổng quát bao gồm cả cân bằng năng lượng và cân bằng vật chất cho quá trình loại xà phòng: ^^- = —(C — — c ) + r dt V A,v p ' A LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................................... LỜI MỞ ĐẦU.................................................................................................................................... CHƯƠNG 1 DIESEL YÀ BIODIESEL........................................................................................... CHƯƠNG 2.....................................................................................................................................22 ,(*).....................................................34 CHƯƠNG3......................................................................................................................................41 MÔ HÌNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA BIODIESEL TỪ MỠ CÁ TRÊN Cơ SỞ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB...................................................................41 ^(cs;v-^.cs) + rs......................................46 £ỊT=Í t) , Im -rắì ,.......................................48 =LH,trxH,*-L»,-x«, + F'-+V-y„, -V-y„, (62)...............98 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................................101 PHỤ LỤC.......................................................................................................................................105 cừ V dr = A (Q^ r r) , Ẹ ( A ^ ) , U - A J X T J -T ) dt V ' p Cp ' v /?.Cp jO.Cp.V dT, ue .60 (l + f).Ơ.A..(7’,-r) 2 -----— = /7- _! —--------------------------------zr------------------ /?,.£> £> ^4 = —k5CACB — kxCACs + k2CFFACc r B = ~k$CACB c ~ k5CACg + kxCACs — k2CFFACc rG =0 r r Với l FFA Me k3CECw kACFFACMe E kjCpCyự + kịC C r = k.c. c. -k r__ r_ + k r_r_ -k r__ c. r K 1 '-'a'-'S 2 FFA C T A = FFA Me '3'-'£'-'W 4 FFA Me w ~ ^5 C f C B ~ k3CECw + k4CFFACMe r R = 0 s = ~k£sCằ + k9CFFACc r r Xác định các thông số chưa bỉầ Các thông số chưa biết cần xác định ừong mô hình là các ră ng lượng hoạt hóa Eị, các hằng số Arhenius kOị, hệ số D. Kiểm định mô hình Cơ sở phản ứng hóa học cho quá trình loại xà phòng cần được kiểm định bằng thực nghiệm. Mô hình tháp chưng cất 2 cấu tử Trong qui trinh tinh chế glycerine đã được hiệu chỉnh, giai đoạn cuối là tách và thu hoi methanol ra khỏi hệ methanol và glycerine. Phương pháp thường được lựa chọn là chưng cất chân không vì glycerine dễ biến tính khi nhiệt độ cao hơn 180 °c. Phần này sẽ thiết lập mô hình toán mô tả tháp chưng cất cho hệ gồm 2 cấu tử methanol và glycerine Dòng nguyên liệu gồm methanol và glycerine đi vào tháp tại mâm thứ Np, sẽ phân thành 2 phần lỏng và hơi, phần hơi sẽ đi lên trên, phần lỏng sẽ ở lại mâm Np và đi xuống các mâm bên dưới. Dòng hơi từ đáy tháp với lưu lượng V sẽ đi từ dưới đáy lên trên đỉnh tháp. Tại mỗi mâm cấu tử nhẹ sẽ được tách ra và đi lên trên, phần cấu tô nặng sẽ theo ống chảy truyền chảy xuống các mâm bên dưới với lưu lượng L. Phần nhẹ sẽ được ngưng tụ tại thiết bị ngưng tụ, được chứa trong bình chứa trang gian. Lỏng ra khỏi bình chứa trung gian sẽ được phân thành 2 phần, phần hồi lưu về đỉnh tháp với lưu lượng R, phần còn lại là sản phẩm với lưu lượng D. Phần mole cấu tử nhẹ trong dòng sản phẩm đỉnh sẽ được điều chỉnh bằng lượng lỏng hồi lưu lại. Mức lượng ở bình chứa trung gian sẽ được điều chỉnh bằng lượng sản phẩm đỉnh D lấy ra. Trong bình chứa trung gian, ừên mỗi mâm trên tháp, đáy tháp và thiết bị đung sôi đáy tháp luôn chứa một lượng lỏng M. Nhiệt độ và áp suất chân trong tháp sẽ được thể hiện qua giá trị của các enthanpy h =f(T,P)và các độ bay hơi tương đối a=f(T,P). Tháp chưng cất chỉ có sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy, không có sản phẩm trích ngang. Phân tích định tính hệ thống Hình 20 - Sơ đề nguyên lý tháp chưng cất Bảng 30 - Các đại lượng và các quan hệ Tên đại lượng Kí hiệu Đơn vị Tông sô mâm lý thuyêt của tháp NT Lượng lỏng hôi lưu R m3/s Lượng sản phẩm đỉnh D m3/s Quan hệ với đại lượng khác Lượng sản phâm đáy B nrVs Lượng hơi ở đáy V m3/s Lượng lỏng chảy từ mâm n Ln m3/s Mn m3 Lượng lỏng giữ lại tại bình MD chứa sản phẩm đỉnh m3 Lượng lỏng giữ lại ữên mâm n Thành phân mole câu tử nhẹ xn trong pha lỏngtại mâm thứn Thành phân mole câu tử nhẹ yn trong pha hơi tại mâm thứn a.xn ~ \ +(a-\).xn Vn Độ bay hơi tương đối của a cấu tử nhẹ đối với cấu tử nặng Phân mole câu tử nhẹ ở đỉnh Phân mole câu tử nhẹ ở đáy tháp XD XB Chiêu dài của ông chảy tràn L\v Chiêu cao lỏng trên ông chảy tràn how Lượng lỏng giữ lại tại đáy MB tháp và nồi đun Thành phân methanol nhập z liệu m3 Các g i ả thuyết và điều kiện: Nhập liệu ở dạng lỏng sôi Độ bay hơi tương đối là không đổi ừong toàn tháp Lưu lượng hơi qua các mâm trong tháp bằng nhau: V=V 1=V2=....VnT Pha lỏng tại các mâm, ở đáy tháp và nồi đun, tình ch ứa sản phẩm đỉnh đồng nhất (nồng độ cấu tử nhẹ xn bằng nhau tại các điểm trong không gian) Bỏ qua sự mất mát nhiệt (cứ 1 mole hơi ngưng tụ thì có 1 mole chất đó bay hơi) Các đường hoạt động của phần chưng và phần luyện trong giản đồ MccabeThiele là đường thẳng Lưu lượng hơi và lỏng đi qua phần chưng và phần cất là không đổi khi đạt trạng thái ổn định Trong lúc chưng cất không có phản ứng hóa học xảy ra Xây dựng mô hình toán Tại thiết bị ngưng tụ condenser Theo định luật bảo toàn khối lượng, biến thiên lượng mole chất lỏng giữ trong thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh: (53) (54) Tương tự, tại mâm thứ NT (mâm ở đỉnh tháp) biến thiên tổng lượng lỏng giữ trên mâm Nx (55) biến thiên lượng methanol trong pha lỏng (56) Tại mâm thứ n - N j - l dMN — = L N - L N _j .. (57) dt d ( M J>V X ) ' —1 N y ,—1 .X., . ' I ' iyT iVy iVy—1 iVy- Avt ' N ~ AvT 1 - Nr ] + ^ - } y X t X 2 — 1 (58) Tại mâm thứ n dM ,;- = K*-K (59) at =L-»-x°« ~L-X-+v-y- ~v-y" m Tại mâm nhập liệu dM dt f^ = Ỉ^,- L„r+F (61) d M ( NF-XNF) = L H, t r x H,* - L »,- x «, + F '-+V-y„, -V-y„, (62) dt Tại mâm gần đáy tháp n=l dMl dt d (Ml .Xj) dt Tại đáy tháp và nồi đun (rebỉoler) dM LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................................. LỜI MỞ ĐẦU.............................................................................................................................. CHƯƠNG 1 DIESEL YÀ BIODIESEL..................................................................................... CHƯƠNG 2................................................................................................................................ ,(*)................................................... CHƯƠNG3................................................................................................................................. MÔ HÌNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA BIODIESEL TỪ MỠ CÁ TRÊN Cơ SỞ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB......................................... ^(cs;v-^.cs) + rs.................................... £ỊT=Í t) , Im -rắì ,..................................... =LH,trxH,*-L»,-x«, + F'-+V-y„, -V-y„, (62)............. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................................. PHỤ LỤC................................................................................................................................. + (a-l).xn phương trình thủy lực Phương trình thủy lực dùng kiểm soạt lượng lỏng tại mỗi mâm tránh không cho vượt quá mức gây ngập lụt tháp. Phương tình th ủy lực thường được xác định theo thực nghiệm, trong phạm luận văn xem như được cho trước. Trong trường hợp ổn định Mn trên mỗi mâm có thể có thể có giá trị không đổi Mo, lưu lượng lỏng L„ trong phần cất bằng lưu lượng lỏng hồi lưu vào tháp R và trong phần chưng (stripping section) bằng R+F. Lượng sản phẩm đỉnh và đáy phụ thuộc vào mức lỏng trong bình chứa sản phẩm đỉnh và trong nồi đun đáy tháp hay gián tiếp qua lượng lỏng chưa trong sản phẩm đỉnh MD và nồi đun MB. Quan hệ phụ thuộc thể hiện qua biểu thức (được cho trước): D = f ( M D ) B = f ( M B) (69) Đây là mô Hnh toán đơn gi ản chỉ dựa trên cân bằng vật chất mô tả một chưng cất 2 cẩu tử. Xác định các thông sổ chưa biết Xác định bậc tự do của mô hình tổng số biến số : 4NT+9 biến số, vói NT là tổng số mâm lý thuyết của tháp Trong đó: Thành phần lỏng hơi xn, yn: 2Nt biến số Lỏng chảy qua mỗi mâm Ln: N T biến số Lỏng giữ trên mỗi mâm Mn: NT biến số D, XD, R, xB,yB,V,B,MD,MB : 9 biến số tổng số các phương trình: 4NT+7 biến số Trong đó: Phương trình bảo toàn khối lượng cho tổng lượng lỏng: NT Phương trình bảo toàn khối lượng cho cấu tử : NT Phương trình thủy lực : NT+1 tháp Phương trình kiểm soát mức lỏng ở TBNT và nồi đun: 2 Phương trình cân bằng pha: NT Phương trình bảo toàn khối lượng cho TBNT: 2 Phương trình bảo toàn khối lượng cho đáy tháp: 2 Số bậc tự do là 2, như vậy có 2 biến số cần được cho trước. Hai biến số thường chọn là lượng lỏng hồi lưu R và lượng hơi ở đáy tháp V. Hai biến số R và V có thể giữ không đổi hoặc có thể thay đổi thông qua 2 bộ kiểm soát hoạt động dựa theo 2 quan hệ: R=f(xD) và V=f(xB). R tăng khi X nhỏ, V tăng khi X lớn. D B Một thông số chưa biết nữa là độ bay hơi tương đối của methanol so với glycerine. Độ bay hơi thường được xác định dựa vào hằng số cân bằng lỏng-hơi tra trong sổ tay: k r y a = methannl với kmethanoi, kglycerine: hăng sô cân băng lỏng-hơi của methanol và ^glycerine glycerine. Kiểm định mô hình Với các giả thuyết đề ra, mô hình tháp chưng cất có thể dùng để khảo sát sơ bộ quá trình chưng cất glycerine và methanol, so với thực nghiệm còn nhiều sai khác cần được kiểm chứng kỹ hơn. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. KẾT LUẬN - Bằng phương pháp mô tinh hóa toán h ọc sau đó mô phỏng quá trình chuyển hóa Biodiesel trên máy tính ái khảo sát được sự ảnh hưởng của các thông số nhiệt độ, thời gian chuyển hóa, tỉ lệ mol methanol:mỡ cá cho quá trình chuyển hóa Biodiesel. Kết quả của luận văn là một minh chứng thực tế cho khả năng và tính ưu việt của phương pháp mô phỏng computer trong việc hỗ trợ các nghiên cứu thực nghiệm. - Kết quả mô phỏng quá trình chuyển hóa gián đoạn cho thấy: Tỉ lệ mol methanol:mỡ cá tăng (cùng thòi gian và nhiệt độ chuyển hóa), thòi gian chuyển hóa giảm, hàm lượng methylester tăng. Thòi gian chuyển hóa tăng (cùng tỉ lệ mol và nhiệt độ chuyển hóa) thì hàm lượng methylester tăng dần đến gián trị không đổi. Khi nhiệt độ tăng, qui luật biến đổi phức tạp hơn, phần trăm methyl ester tăng sau đó giảm đi. Kéo dài thời gian chuyển hóa, điểm cực đại hàm lượng methyl ester có xu hướng chuyển dịch về phía nhiệt độ thấp hơn. - Trong các kết quả mô phỏng gián đoạn, chế độ chuyển hóa vói tỉ lệ mol methanol:mỡ cá = 7:1, nhiệt độ 55 °c đạt tiêu chuẩn về hàm lượng methylester (>96%), thời gian đạt ổn định ngắn, tiết kiệm methanol vào. Khi chuyển hóa gián đoạn nên tiến hành theo chế độ này với thòi gian chuyển hóa khoảng 45 phút. - Chế độ với tỉ lệ mol = 7:1, nhiệt đô 55 °c cũng được áp dụng cho hệ thống chuyển hóa liên tục. Kết quả mô phỏng các hệ thống chuyển hóa liên tục 1 bình, 2 bình nối tiếp, 3 bình nối tiếp (qui mô pilot thể tích mỗi bình V = 30 lít) cho thấy: Chuyển hóa liên tục trên hệ thống 1 bình phản ứng là không khả thi vì năng suất rất thấp. Chuyển hóa liên tục trên hệ thống gồm 2 hay 3 bình nối tiếp nhau (dãyđơn nguyên) là có thể thực hiện được, nhưng tốt hơn là hệ thống 3 bình nối tiếp vói năng suất cao nhất trong 3 trường hợp (156 lít/h). - Kết quả tối ưu cho thấy có thể điều khiển 2 thông số nhiệt độ, suất lượng cấp methanol như là các hàm số theo thời gian T(t) và u2(t) để sản phẩm đầu ra đạt yêu cầu trong thời gian chuyển hóa ngắn nhất. Từ các kết quả có được, khi giới hạn lượng methanol thêm vào sao cho tỉ lệ mol tổng methanol:mỡ cá = 7:1 thì chế độ: T(t) = Tmax = 55 °c = const; 0,5 phút đầu cấp methanol u2(t) = 0,988 líưphút, 15,5 phút cuối không cấp methanol u2(t) = 0 (tỉ lệ mol tổng methanol:mỡ cá = 7:1), thời gian chuyển hóa 16 phút, hàm lượng methylester = 96,28% là chế độ tối ưu về thòi gian chuyển hóa, tiết kiệm lượng methanol thêm vào. Kết quả hàm lượng methylester = 96,28% hoàn toàn trùng khớp khi chuyển hóa gián đoạn ở tỉ lệ mol = 7:1, nhiệt độ 55 °c, thời gian chuyển hóa 16 phút. Như vậy, nhờ tính toán tối ưu theo thuật toán LUUS đã giúp khẳng định chuyển hóa gián đoạn theo hình thức đơn giản (duy tì cố định biến điều khiển nhiệt độ và cho toàn bộ lượng methanol cần dùng vào ngay từ thời điểm đầu tiên) chính là phương thức họp lý nhất cho phép thực hiện quá trình chuyển hóa đạt yêu cầu đã đặt ra trong thời gian ngắn nhất. - Quá trình tính chế glycerine bên trên chỉ mới ở giai đoạn khởi đầu, chưa được tiến hành khảo sát các công đoạn. Với các điều kiện đã tiến hành cho các công đoạn, quá trình tinh chế đạt hiệu suất thu hồi khá tốt 38 - 40%, hàm lượng Glycerine sau tinh chế đạt 92,9% (hút nước kỹ bằng muối Na2S04 khan, hàm lượng Glycerine đạt 97,4%). Tuy nhiên độ trắng của sản phẩm chưa đạt yêu cầu vì trong quá trình lọc sau công đoạn tẩy màu Glycerine bị nhiễm than hoạt tính, cần chú ý hơn trong khâu lọc. KIẾN NGHỊ Khảo sát các công đoạn của qui trình tinh chế glycerine gián đoạn Vì lý do thời gian hạn hẹp, qui trình clra đư ợc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng trong các công đoạn. Đề nghị tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng ữong các công đoạn để hoàn thiện qui trình tinh chế glycerine: Công đoạn phản ứng loại xà phòng: o Lượng acid H3PO4 85% o Thời gian phản ứng o Tốc độ khuấy o Nhiệt độ phản ứng Công đoạn khử màu: o Lượng than hoạt tính sử dụng o Thòi gian khử màu o Nhiệt độ khử màu o Độ khuấy trộn Cô quay chân không thu hồi methanol: o Khối lượng mẫu đem cô quay o Nhiệt độ cô quay o Thòi gian cô quay o Tốc độ quay o Độ chân không Để dễ dàng khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến các công đoạn ữong quá trình tinh chế, có thể thành lập mô hình toán từ đó thành lập mô hình số hóa cho các công đoạn. Có được mô hình số hóa, có thể dễ dàng tính toán tìm ra chế độ tối ưu cho các công đoạn, từ đó đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất. Tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện qui trình tinh chế glycerine đến độ tinh khiết và độ trắng cao hơn. Phát triển qui trình tinh chế glycerine liên tục Nhờ tính phân tách nhanh sau phản ứng, sau phản ứng dẫn hỗn họp phản ứng qua máy lọc loại muối, lỏng dẫn vào thiết bị tách pha lỏng-lỏng, tách lấy lớp giữa được dẫn qua thiết bị làm lanh để tủa hoàn toàn acid béo còn lại sau đó lọc loại acid béo nếu cần. Quá trình khử màu có thể thực hiện với than hoạt tính. Nếu dùng tác nhân oxy hóa để khử màu khả năng glycerine cũng bị oxy hóa theo rất cao. Hình 21 - Sơ đồ tinh chế glycerine liên tục Trong qui trình tinh chế glycerine liên tục trên, dòng nguyên liệu ban đầu được đi qua thiết bị trao đổi nhiệt để tận dụng nguồn nhiệt của dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng, như vậy sẽ giảm năng lượng đun nóng ban đầu tại thiết bị gia nhiệt heater. Dòng nguyên liệu này sẽ đi vào hệ thống thiết bị phản ứng hoạt động liên tục ở nhiệt độ khoảng 60 °c. Dòng sản phẩm sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng, được làm nguội nhờ trao đổi nhiệt vói dòng nguyên liệu đầu vào tại thiết bị trao đổi nhiệt. Sau khi trao đổi nhiệt, nhiệt độ của dòng sản phẩm hạ xuống còn khoảng 30-40 °c. Dòng sản phẩm tiếp tục đi vào thiết bị lọc, thiết bị lọc có thể là thiết bị lọc ly tâm hay thiết bị lọc màng, để tách muối. Dòng lỏng qua thiết bị lọc sẽ được đưa vào thiết bị lắng tách lớp liên tục để phân tách lớp trên cùng (lớp acid béo) và lớp giữa. Lớp giữa sau khi được lấy ra tò thiết bị lắng sẽ được làm lạnh tại chiller để các acid béo và muối còn lẫn (thường là các acid có mạch cacbon ngắn) kết tủa hoàn toàn. Dòng lỏng sau khi làm lạnh sẽ đi qua một thiết bị lọc nữa để loại tinh acid béo (và muối có thể có). Sau thiết bị lọc, lớp giữa đã sạch acid béo và muối, được đưa vào thiết bị khử màu. Thiết bị khử màu có dạng là hệ thống thiết bị khuấy hoạt động liên tục. Glycerine cần được khử màu sẽ được trộn với một lượng than hoạt tính nhất định, sau đó được đưa vào hệ thống thiết bị khuấy có gia nhiệt nhiệt nhẹ (khoảng 60 °C). Lưu lượng dòng vào thiết bị sẽ được hiệu chỉnh sau cho thời gian lưu qua hệ thống thiết bị đủ lớn để quá trình hấp phụ diễn ra tốt. Hệ thống thiết bị hấp phụ có thể gồm 1 hoặc nhiều thiết bị dạng khuấy nối tiếp nhau thành dãy đơn nguyên, vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu lượng than hoạt tính sử dụng, nhiệt độ hấp phụ, thòi gian hấp phụ tối ưu cho công đoạn này để có thể đi đến một thiết kế cụ thể. Sau khi qua thiết bị dạng khuấy, than sẽ được lọc khỏi dung dịch nhờ máy lọc. Than hoạt tính sau quá tình hấp phụ được đưa về xưởng nun tái sinh, để tái sử dụng. Sau khi khử sạch màu, việc loại methanol (có thể có lẫn một ít nước) để nâng cao nồng độ của glycerine là cần thiết để có được glycerine thành phẩm đạt yêu cầu của thị trường. Có nhiều giải pháp cho công đoạn này như dùng thiết bị phân tách cân bằng lỏng-khí, chưng cất chân không...vì glycerine dễ biến tính khi nhiệt độ cao hơn 180 °c, nên nếu chưng cất thì chỉ có thể tiến hành chưng cất chân không. Việc thiết kế và đầu tư cho một tháp chưng cất chân không là phức tạp và chi phí đầu tư lớn. Vì vậy, giải pháp thiết bị phân tách cân bằng lỏng - khí với tính đơn giảm, mức đầu tư thấp sẽ thích hcrp để lựa chọn. Theo kết quả mô phỏng từ phần mềm Pro/II của Invensys Simsci, khi phân tách hệ glycerine và methanol trong thiết bị phân tách lỏng khí (Hash Drum) ở điều kiện áp suất chân không là 50 cmHg và nhiệt độ 120 °c, thì hệ glycerine-methanol phân tách gần như hoàn toàn, glycerine đạt nồng độ phần mol 99,16% (dòng nguyên liệu vào ở áp suất khí quyển). Trong qui trìnhđề nghị bên trên, sử dụng để tạo áp chân không đã sử dụng một van điều chỉnh áp suất có khả năng tiết lưu làm giảm áp tạo chân không mong muốn, thêm vào đó sẽ có một bơm phía trước (có thể thêm phía sau một bơm) để hỗ trợ. Dòng lỏng sau khi tiết lưu sẽ được bơm vào thiết bị tách lỏng khí dưới dạng bơm phun sương, tạo giọt lỏng phân tán nhỏ nhằm tăng bề mặt tiếp xúc với môi trường trong thiết bị Flash được gia nhiệt ở nhiệt độ khoảng 120 °c, áp suất chân không 50 cmHg. Hơi methanol ra khỏi thiết bị Flash sẽ được ngưng tụ và được đưa đi nâng cao nồng độ (nếu cần) để làm nguyên liệu cho quá trình chuyển hóa biodiesel. Glycerine sau ra khỏi Flash sẽ được làm nguội đến khoảng 30-40 °c, và được đưa vào các công đoạn xử lý thêm hoặc đưa vào kho chứa. Điều kiện phân tách chỉ ở nhiệt độ 120 °c, quá trình diễn ra liên tục nên không sợ glycerine bị biến tính vì nhiệt. Hiện nay, trên thế giới một số nơi đã dùng hệ thống tháp chưng cất đa cấu tử để chưng cất tách ngay glycerine, biodiesel, methanol và các tạp chất ngay sau công đoạn phản ứng. Hệ thống đạt năng suất cao nhưng chi phí đầu tư rất lớn, công nghệ phức tạp, xét điều kiện kinh tế, kí thuật nước ta chưa cao nên khó có thể áp dụng. Vói tính đơn giản về mặt công nghệ, chi phí đầu tư thấp, sản xuất liên tục, qui trình tinh chế glycerine liên tục bên trên có tính khả thi rất cao khi áp dụng ở Việt Nam. Qui trình đư ợc đề nghị chắc chắn còn rất nhiều khuyết điểm, hạn chế, cần được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện. Trang 104 PHỤ LỤC PL-1. GIỚI THIỆU VỀ MATLAB 1. Khái niệm Những năm gần đây MATLAB ă tr ở thành công cụ không thể thiếu của các cán bộ nghiên cứu, giảng dạy, sinh viên đại học, cao học và nghiên cứu sinh thuộc các nghành khoa học kỹ thuật nước ta. Điều này có được trước hết là do MATLAB cung cấp một công cụ tính toán và bậc cao dễ sử dụng, hiệu quả và thân thiện với người dùng. Đặc biệt với công cụ simulink, MATLAB giúp cho người sử dụng dễ dàng thực hiện các bài toán mô hình hóa, mô phỏng trên máy tính sau đó ghép máy tính vói thiết bị phần cứng để thực hiện việc mô phỏng có phần cứng hay còn gọi hardware in the loop và cuối cùng là chế tạo nhanh mẫu thử nghiệm tò kết quả mô phỏng (rapid phototyping). Một ưu điểm khác nữa của MATLAB là tính mở, các hàm MATLAB và các toolbox không ngừng được bổ sung theo sự phát triển của khoa học kỹ thuật không những bởi chính công ty The Math Works Inc, mà còn bởi người sử dụng trên toàn thế giới làm việc ở những chuyên nghành khác nhau, trong đó một số nhà nghiên cứu nước ta cũng đóng góp một phần nhỏế MATLAB có nguồn gốc từ chữ matrix laboratory , là một phần mềm và cũng là ngôn ngữ máy tính dùng để tính toán kỹ thuật. Ban đầu matlab được lập ra để giải quyết các phép tính trên ma ữận, và điều này khiến cho MATLAB có ứng dụng rất lớn trong nhiều nghành kỹ thuật khác nhau so với ngôn ngữ lập trình khác tính toán trên số vô hướng. MATLAB kết hợp tính toán vói lập trình và đồ họa trong môi trường phát triển tương tác, thời gian lập trình chỉ bằng một phần nhỏ so với thời gian lập trình bằng các ngôn ngữ khác nhờ vào các hàm có sẵn. MATLAB có dữ liệu cùng với thư viện hàm lớn nhờ vậy cho phép người sử dụng có thể có được các ứng dụng sau: sử dụng các hàm toán học trong thư viện, thực hiện các tính toán thông thường cho phép lập trình tạo ta những ứng dụng mới cho phép mô phỏng các mô hình thực tế phân tích, khảo sát và hiển thị số liệu phần mềm đồ họa cực mạnh cho phép phát triển, giao tiếp với các ngôn ngữ khác như FOTRAN, C++ Phần mềm bao gồm các thành phần MATLAB, Simulink, Aerospace Blockset, Aerospace Toolbox, Bioinformatics, Toolbox, Communications Blockset, Communications Toolbox, Control System Toolbox, Curve Fitting Toolbox, Data Acquisition Toolbox, Database Toolbox, Datafeed Toolbox, Distributed Computing Toolbox, Excel Link, Extended Symbolic Math Toolbox, Filter Design HDL Coder, Filter Design Toolbox, Financial Derivatives Toolbox, Financial Toolbox, Fixed-Income Toolbox, Fixed-Point Toolbox, Fuzzy Logic Toolbox, GARCH Toolbox, Gauges Blockset, Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox, Image Acquisition Toolbox, Image Processing Toolbox, Instrument Control Toolbox, Link for Cadence Incisive, Link for Code Composer Studio, Link for ModelSim, Link for TASKING, MATLAB Builder for •NET, MATLAB Builder for Excel, MATLAB Builder for Java, MATLAB Compiler, MATLAB Distributed Computing Engine, MATLAB Report Generator, Mapping Toolbox, Model Predictive Control Toolbox, Model-Based Calibration Toolbox, Neural Network Toolbox, OPC Toolbox, Optimization Toolbox, Partial Differential Equation Toolbox, RF Blockset, RF Toolbox, Real-Time Windows Target, Real-Time Workshop, Real-Time Workshop Embedded Coder, Robust Control Toolbox, Signal Processing Blockset, Signal Processing Toolbox, SimBiology, SimDriveline, SimEvents, SimHydraulics, SimMechanics, SimPowerSystems, Simscape, Simulink Accelerator, Simulink Control Design, Simulink Fixed Point, Simulink HDL Coder, Simulink Parameter Estimation, Simulink Report Generator, Simulink Response Optimization, Simulink Verification and Validation, Spline Toolbox, Stateflow, Stateflow Coder, Statistics Toolbox, Symbolic Math Toolbox, System Identification Toolbox, SystemTest, Target for Freescale MPC5xx, Target for Infineon Cl66, Target for TI C2000(tm), Target for TI C6000(tm), Video and Image Processing Blockset, Virtual Reality Toolbox, Wavelet Toolbox, xPC Target, xPC Target Embedded Option. Lịch sử hình thành Nhu cầu tính toán trên máy tính ẩtgia Ễng k ể từ cuộc cách mạng công nghiệp cách đây hơn 3 thế kỷ. nhiều năm qua các cuộc chạy đua của con người phụ thuộc ngày càng nhiều và tính toán số và máy tính số. kỹ thuật tính toán ban đầu được phát triển là tính tay kết hợp dựa vào các bản tra và sau đó phát triển lên người ta đã ứng dụng máy t ính vào tính toán Máy tính đầu tiên được lập trình bằng ngôn ngữ máy. Sau đó, các ngôn ngữ lập trình ra đời như ALGOL, FOTRAN, c,...trong nhều thập kỷ qua, người ta đã kết hợp ngôn ngữ lập trình, các tính toán toán học để phát triển thành các phần mềm thay vì những dòng code phức tạp. các phần mềm sẽ có cấu trúc lệnh đơn giản, giao diện đơn giản dễ sử dụng, thêm vảo đỏ nỏ còn tích hợp nhiều chức năng hơn như về đồ họa, các bộ dò lỗi....và MATLAB đi đư ợc phát triển tò nhu cầu tính toán kỹ thuật ngày càng phát triển, trải qua một thời kỳ dài với nhiều phiên bản: Matlab là viết tắt từ "MATrix LABoratory", được Cleve Moler phát minh vào cuối thâp niên 1970. và sau đó là cù nhiệm khoa máy tính tại Đai hoc New Mexico. MATLAB, nguyên sơ được viết bởi ngôn ngữ Fortran, cho đến 1980 nó vẫn chỉ là một bộ phận được dùng nội bộ của Đai hoc Stanford. Năm 1983, Jack Little, Ộ1 người đã học ở MIT và Stanford, ã vết lại MATLAB bằng ngôn ngữ C và nó đuợc xây dựng thêm các thư viên phục vụ cho thiết kế hê thống điều khiển, hệ thống hộp công cụ (tool b o x ) , mô phỏng... Jack xây dựng MATLAB trở thảnh mô hình ngôn ngữ lâp trình trên cơ sở ma trân {matrixbasedprogramming language). Steve Bangert là ngvừi đã viết trình thông dich cho MATLAB. Công VẸC này kéo dài gạn 1V2 năm. Sau này, Jack Little kết hợp với Moler và Steve Bangert quyết định đưa MATLAB thành dự án thương mại - công ty The MathWorks ra đời thời gian này - năm 1984. Phiên bản đầu tiên MATLAB 1.0 ra đời năm 1984 viết bằng c cho MS-DOS PC được phát hành đầu tiên tại IEEE Conference on Design and Control (Hội nghị IEEE về thiết kế và điều khiển) tại Las Vegas, Nevada. Năm 1986, MATLAB 2 ra đời trong đó hỗ trợ UNIX. Năm 1987. MATLAB 3 phát hành. Năm 1990 Simulink 1.0 được phát hành gói chung với MATLAB. Năm 1992 MATLAB 4 thêm vào hỗ trợ 2-D và 3-D đồ họa màu và các ma trận tiny tìm. Mm này õng cho phá t hành phiên 6n MATLAB Student Edition (MATLAB ấn bản cho học sinh). Năm 1993 MATLAB cho MS Windows ra đời. Đồng thời công ty này có trang web là www.mathworks.com Năm 1995 MATLAB cho Linux ra dơi. Trình dịch MATLAB có khả năng chuyển dịch từ ngôn ngữ MATLAB sang ngôn ngữ c cũng được phát hành trong dịp này. Năm 1996 MATLAB 5 bao g)m thêm các kiểu dữ liêu, hình ảnh hóa, bỏ truy sửa lỗi { d e b u g g e r ) , và bộ tạo dựng GUI. Năm 2000 MATLAB 6 cho ải mới môi trường làm việc MATLAB, thêm LAPACK và FFTW (Fastest Fourier Transform in the West - "biến đổi Fourier nhanh nhất của phương Tây"). Năm 2002 MATLAB 6.5 phát hành ãl cải thiện tốc độ tính toán, sử dụng phương pháp dịch JIT (Just in Time) và tái hỗ trợ MAC. Năm 2004 MATLAB 7 phát hành, có khả năng chính xác đơn và kiểu nguyên, hỗ trợ hàm lồng nhau, công cụ vẽ điểm, và có môi trường phân tích số liệu tương tác. Đến tháng 12, 2008. phiên bản 7.7 được phát hành với SP3 cải thiện Simulink cùng với hơn 75 sản phẩm khác. Năm 2009 cho ra đời 2 phiên bản 7.8 (R2009a) và 7.9 (R2009b). Năm 2010 phiên bản 7.10 (R201 Oa) cũng đã được phát hành. Một số phép toán cơ bản trong MATLAB Các lưu ý: Matlab có rất nhiều kiểu dữ liệu khác nhau như: integer, single, double, long, sym, string,.... Matlab vì là ngôn ngữ bậc cao nên phân biệt chữ hoa chữ thường. Biến trong matlab: chiều dài tên biến tối đa là 31 ký tự, bắt đầu bằng chữ sau đó là các chữ, số hay dấu gạch dưới Số: số thập phân dùng dấu chấm để tách phần nguyên và phần lẻ. Ma trận , vecto và mảng trong matlab thường được dùng không phân biệt, ma trận là đối tượng chủ yếu của matlab. Một số phép toán và lệnh Bảng 31 - Các toán tử số học Ký hiệu Ý nghĩa Ký hiệu Ý nghĩa + Cộng mảng,ma trận c Chuyển vị liên họp phức - Trừ mảng, ma trận * Nhân mảng * Nhân ma trận ./ Chia mảng / Chia ma ữận A Chia ữái mảng \ Chia trái ma trận A Lũy thừa mảng A Lũy thừa 0 ân định thứ tự tính toán Bảng 32 - Các toán tử logic Phép toán Ký hiệu Hàm m AND A&B and(A,B) OR AIB or(A,B) NOT -A not(A) Exclusive or Xor(a,b) Xor(A,B) các toán tử so sảnh: So sánh nhỏ hơn:< So sánh nhỏ hơn hoặc bằng: So sánh lớn hơn hoặc bằng :>= So sánh bằng: = (lưu ý: một dấu ‘=’ là dấu gán) So sánh khác: ~= các lệnh điều khiển chương trình: Lệnh if ....elseif ....else....end Lệnh switch... case....otherwise. Lệnh for....end Lệnh while ... end Lệnh break thường dùng cho vòng lặp for hay while. Ngoài ra còn một số lệnh khác. các hàm toán học: matlab có rất nhiều hàm toán học dựng sẵn, bạn có thể gõ help elfun, help elmat, help specfun để tìm hiểu rõ hom. Sau đây tôi xin giói thiệu một số hàm và biến thường dùng Bảng 33 - Các biến và các hằng đặc biệt ans Đáp sô mới nhât inf eps Độ chính xác chấm động nan Sô vô hạn Không phải sô (0/0 realmax Sô châm động dương lớn nhât isnan hay inf/inf) Xét có phải không là sô realmin Số chấm động dương nhỏ nhất isinf Xét có phải là inf pi Sô pi=3.141592ểể. isfinite Xét có phải là sô hữu hạn ij Số ảo đơn vị why Câu trả lời ngăn gọn bât kỳ Các hàm lượng giác và hyperbol: sin ,cos, tan, atan, see, asec, cot(cotan),cosh,..... Các hàm lũy thừa và logarit: epx, sqrt, log,......... Các hàm phức, các hàm làm tròn, các hàm xử lý ma trận, các hàm giải phương trình, hệ phương trình tuyến tính, phi tuyến, các hàm giải phương trình, hệ phương trình vi phân.. Các hàm về vẽ đồ thị 2D, 3D, xử lý ảnh, điều khiển, xử lý số liệu,.... PL-2. CODE LẬP TRÌNH Các kí hiệu dùng trong lập trình mô phỏng Bảng 34- Bảng phân tích các đại lượng và kí hiệu được sử dụng trong mô phỏng Tên đại lượng Y nghĩa Khoảng giá trị (nếu có)đơn vị E Năng lượng hoạt hóa cal ko D R PerTG TO Hệ sô Arrhenius Hệ sô tỉ lệ Hăng sô khí J/K 1,987 cal/mol.K Vtb PerDG V PerMG Tv u PerG Aj PerE roe PerFFA cp PerW Ri Phân độ khôi lượng Nhiệt phản ứngTG bantrong đâu Đơn vị K nguyên liệu Thể tích thiết bị phản ứng Lít Phân khôi lượng DG trong Thê tích hôn nguyên liệu hợp phản ứng Lít Nhiệt củalượng dòngMG vào trong Phân độ khôi nguyên liệu Hệ sô truyên nhiệt Phần khối lượng G ữong Diện tíchliệu bê mặt truyên nguyên nhiệt Phần khối lượng methyl Khôi ester lượng riêng của dòng sản phẩm ra khỏi TBPU Phần khối lượng acid béo Nhiệt dung nguyên riêng của dòng tự do trong liệu san r phẩm ra khỏi TBPU Phần khối lượng nước có Điện trở dây quân trong nguyên liệu K W/m2.K m2 904,4 Kg/m3 hay g/lít Cal/Kg.K Ohm (Q) Persedimen Phần khối lượng của các tạp chất trong nguyên liệu KLPTTG KLPT của TG KLPTDG KLPT của DG KLPTMG KLPT của MG KLPTG KLPT của G KLPTMe KLPT cuả methanol KLPTE KLPT của methyl ester KLPTFFA KLPT của acid béo tự do 278,67 g/mol KLPTW KLPT của nước 18 g/mol KLPTd KLPT của dâu mỡ cá KLRd Khôi lượng riêng của dâu mỡ cá 874,242 g/mol 32 g/mol 863,8 g/lít KLRMe Khôi lượng riêng của methanol TL Tỉ lệ mole methanol:dâu mỡ cá Vd Thê tích dâu mỡ cá cân Lít nMG md Khôi lượng cá Sô mole MGdâu có mỡ trong nguyên liệu Sô mole dâu mỡ cá cân Sô mole G có trong nguyên Khôi liệu lượng TG trong nguyên liệu Sô mole methanol cân Khôi lượng DG trong Sô moleliệu methyl ester có nguyên trong nguyên liệu Khối lượng MG ữong Sô moleliệu FFA có ừong nguyên nguyên liệu Khối lượng G trong nguyên Số liệumole nước có trong nguyên liệu Khôi lượng methyl ester Sô mole KOHliệu trong dòng ữong nguyên vào Khôi lượng FFA trong Tổng lượng nguyên liệu methanol được phép thêm Khôi lượng nước trong Nồng độliệu TG trong hhpu nguyên ban đầu Khôi lượng xúc tác KOH Nông cần độ DG ữong hhpu ban đầu Khối lượng methanol cần Nồng độ MG trong hhpu Thê tích methanol cân ban đầu Mol G nd nG mTG nMe mDG nE mMG nFFA mG nW mE nKOH mFFA tongMet mW CTG mKOH CDG mMe CMG VMe 770 g/lít Mol Mol g Mol g Mol g Mol g Mol g Mol g Lít g Mol/lít g Mol/lít g Mol/lít Lít nTG CG Mol Sô mole có trong Nồng độ TG G ữong hhpu ban Mol/lít nguyên liệu đầu nDG CMe Sô mole có trong Nồng độ DG methanol ừong nguyên liệu hhpu ban đầu CE Nông độ methyl ester trong Mol/lít hhpu ban đầu CFFA Nồng độ FFA ữong hỗn hợp phản ứng ban đầu Mol Mol/lít Mol/lít cw Nông độ nước trong hhpu ban đầu Mol/lít CKOH Nông độ KOH trong hhpu ban đầu Mol/lít cs Fr Mol/lít Nông độ xà phòng trong Lưu hợp lượng dòng raban đầu LíƯphút hỗn phản ứng XV i Mảng nôngthay độ các Biên chạy đôi chât theo và nhiệt độ dòng vào TBPU thời gian Ue [T1,V1] TjO ode45 tn xC odesslc X In T xO X(end,:) X(l,:) TongMedung X(end, 6) TLmoleMedungS V dau X(end,9) VE u2 tongu2 Hiệu dòng đốt Mảngđiện gômthê 2 cột giáđiện trị thời nóng gian và giá trị các biến ữạng thái theo thời gian Nhiệt độ ban đâu của vỏ TBPU Hàm giải hệ vi phân thường theo thuật toán Thời gian chạy Runge-Kuta 4 và 5 Mảng giá trị ban đầu của Tên của hệ phương trình vi các biến trạng thái (cố phân của các biến trạng định) thái Mảng giá trị của các Thời gian chuyên hóabiên ữạng thái Nhiệt độ hhpu theo thòi Mảng giá trị ban đâu của các gian biến trạng thái sau 1 khoảng thòi gian tích (thay Vecto giá trị cácphân cột ở hàng đổi) cuối cùng của mảng X V K Phút phút K Mảng giá trị tại thời điêm lượng methanol dùng g tTông =0 của các biến trạng thái Giá cột thứ 6 hàngđã cuôi Tỉ lệtrịmole methanol cùng mảng X dùng của trong quá trình chuyển hóa so với dầu mỡ Giá trị cột thứ 9 hàng cuôi cá cùng của mảng X Thê ester thu Lít Lưu tích lượngmethyl dùng vào LíƯphút được sau quá trình chuyển Tông thê tích dòng vào Lít hóa n Chiêu dài của mảng x=sô hàng của mảng X k Hăng sô tôc độ phản ứng tspan Khoảng thòi gian chạy x(l) Kí hiệu nông độ TG x(2) Kí hiệu nông độ DG x(3) Kí hiệu nồng độ MG x(4) dxdt(7) x(5) Kí hiệu nông độ G Đạo hàm theo thời gian của Kí hiệu nồng độnông FFA độ Me dxdt( x(6) 8) Kí E gian của Đạohiệu hàmnông theođộ thời nồng độ w Kí hiệu nồng độ FFA Đạo hàm theo thời gian của Kí hiệu nông độ w thể tích hhpu V Kí hiệu thê tích hhpu V Đạo hàm theo thời gian của nồng độnồng KOHđộ KOH Kí hiệu x(7) dxdt(9) x(8) x(9) 10) dxdt( x(10) dxdt(ll) x(ll) Đạohiệu hàmnông theođộ thòi của Kí xàgian phòng nồng độ s s dxdt( x(12) 12) x(13) dxdt(13) dxdt(l) ones(m,n) dxdt(2) zeros(m,n) dxdt(3) TLKLRV perKLRhh dxdt(4) E(i) dxdt(5) Đạo hàmnhiệt theođộ thòi gian của Kí hiệu hhpu nhiệt độ hhpu T Kí hiệu nhiệt độ lớp vỏ Đạo hàm theo thời gian của TBPU nhiệt độ lớp vỏ TBPU Tj Đạo hàm theo thòi gian của nồng độ TG Ma trận m hàng, n cột có Đạo hàm tử theo gian các phần đềuthòi bằng 1 của nồng độ DG Ma trận m hàng, n cột có Đạo hàm tử theo gian các phần đềuthòi bằng 0 của nồng độ MG Tỉ lệ KLR của dòng vào và Đạo theo thòi dònghàm sản phẩm ra gian của nồng độ G Phân tử thứ i ữong vecto Đạo theo thòihoạt gianhóa của giá trịhàm năng lượng nồng độphản Me ứng của các dxdt(6) ko(i) Đạo tử hàm thòi vecto gian của Phân thứtheo i trong giá độ Esô Arrhenius của trịnồng hằng các phản ứng xv(i) Phân tử thứ i trong vecto giá trị các đại lượng của dòng vào X(:,i) Vecto giá trị cột thứ i của mảng giá trị các biên trạng thái X X(i,0 Vecto giá trị hàng thứ i của mảng giá trị các biến ữạng thái X tstep Khoảng thòi gian chạy FR Lưu lượng thê tích vào TBPU thư nhất Phút LíƯphút Các hàm sô Hàm sổ mô tả cho hệ các phương trình trạng tháỉịhệ phương trình ( 4 1 ) ) : fu nc tion d.x cấ c = ode ss lc (c . / X ) glo ba l i u2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 33 34 35 XV Fr k:o E R U Aj U e Ri D TL KL RV pe rKL Rhh= 1; dxdt“ zeros 13,1) dxdc(1) = (xv(l ) ko dxdt (2 ) ko ko dxdt (3) ko ko dxdt (4) ko dxdt (5) ko ko ho ko dxdt (6 ) ko ko ko ko dxdt (7 ) ko ko dxdt (8 ) ko ko 1) *exp ( =(XV (2 ) 1) *exp ( 3) *exp ( =(XV (3 ) 3) *exp ( 5) *exp ( -(xv(4) 5) *exp ( = | XV (S) 1) *exp ( 3) *exp ( 5) *exp ( 7) *exp ( -(X V(6 ) 1) *exp ( 3) *exp ( 5) *exp ( 7) *exp ( - (xv (7) 7)*exp( 9) *exp ( = (xv(8) 7)*exp( 9)*exp( (6) (-E(1 )/ R/x(12) ) *x (1) *x (12) * (2) x (5)+ko(2) *exp(- E(2)/ R/ x )(12) * (2) *x (6) TLKLRVperKL Rhh*x(2))*u2( i-1 ) / X (9) + . . . x (-E(1)/ R/ x(12) ) *x (1) (5) -ko(2 ) *exp (- (12) * (3) *x (6 x J E (2 )/ R/x (-E(3)/R/ x(12 ) ) *x (2) * x(5)+ko (4) (12) * (3) (6) *exp (-E(4)/R/ x ) -TLKLRV perKL Rhh ^X (3) ) x *u2 ( i -1) / X (9) + . . . (12) * (4) *x (6) x (-E (3) / R/ x (12 ) ) *x (2) *x(5)- ko (4) *exp ((12) (4) XV|9) Ỉ +1(11) * (TLKLRVpecKLRhh*?;[n-i+2,11) -xv(IO))); - dldt (10J = lc(n -i+2 ,9) *I(n -i+2,’ 7) * [-1 (7Ị+1 (8)- 1 (10) +1 (11) ì -TLELRVperKLRh l^uỉ (n -.i+ỉ) '1 (lũ) /X(n -i+2 r9J ; - dldt(U)=-TLKLEVperKLRhh |tu2(n-i4i.)*l(ll)/X|n-i+2,9J ; - (3ụj| Code lập trình cho các mô hình Mô hình 1 bình phản ứng khuấy lí tưởng hoạt động gián đoạn — cl c — clear all — ciĩ sp ( % 1 Ho i h. xn.fci so l ioc qua tri nh chuyen ỉio a BIO DIESEL trong CSTR' ) ; ■4 ntiap E i--------------------- % HO Hir-IH 1 BINH CHA Y BA TCH V A SE M I BA TCH BINH THU ON G — glo bal E t eo k: i X n TO T u2 XV Fr R u A j roe cp Ue Ri D — E=Beros(ll,l) ; — — — — — — — — E (1 ) = 26869.3482 ; — E (2 ) = 20516.943 15; E (3) = 14280.8 81 ; E ( *1) = 12 27 9 . 6549; E (5) = 6497. 73; E (6) = 15677.78; E(7 )=100; E(8 )=150; E (9) = '?□ ; % ph an ung xa phong hoa — E ( ÌO) =6ũũ; — E ( 11) =50ũ; % — ko= nl iei p koi-----------------------2 e r o s (11, 1) ; — ko(l )= 6. 4467e+ 17; — ko (2)= S.Ũ357 5e + 13; — ko(3)= 1. 78 8e+ 9; - ko(4)= 21 42 94339; — ko (5)=7282.32 ; — teo(6 )=81 058 48 0; — ko (7) =0; — ko(8)=□; — ko (9) = o ; % p han ung xa phong Ỉ1O0L — teo í ÌO ) =□ ; — ko(11)=0; % R------ 34 — 35 - Tu = 328% input . ( Vt t o= 50% (l i t ) 36 37 - heso chuad a 7= 0.6 V-Vt b * l iesoc huaúay 38 39 - Tv= 0; u= 0. ũ; % (W/ Ĩ E I 2 . K ) 40 41 — Aj =5Ũ ;%(m2 ) roe=904 . 4 ; % ( K cf/rn3 ) 42 43 — 44 — 45 - cp=2 □ □ □ ; HJ/ K g'. K Ri=5Ũ0Ũ; %Ohm D=2 ŨŨ Ũ; %h e so t i le tstep=ũ . 5; 46 - FR= 0. 0; 1 nh iet do (K) : 1 ) ; 47 49 - %t l ianl ạ ph.a 11 d.&t i nguyen l ieu ban daA .1 perTG = 1; % pl ian tram Jcl io i 1 uong 50 51 — 52 — perDG =0; perHG =0; perG= Q; 53 - perFFA =0.0; 54 - perE= ũ; 55 - per¥= Q; 56 57 58 - persedi men= ũ; KL PTTG=8 74.242; KL F'TDG= (K LPTTG -2 77. 67 + 17 ) ; 59 — 60 61 - KL PTHG=K LPTDG -27 7. 67 +17 ; KL PTG= 41 + 17 *3; KL PTFF A =2 7 8. 67 ; 62 - KL PTE= KL PTFFA +16; 63 — KL PTW =18; 64 65 66 67 - KL PTS=2 7 7. 67 +3 9; KL PTd= KL PTTG*perTG+ KL PTDG* perDG+ KL PTH G* perHG +KLPTFFA *perF *perE+ KL PTW *per FA +KLPTE U. KL PTHe= 32; KL Rd=8 63.8; ^ cteg/m 3) 68 - KL RHe = 770;% (fccr/ m 3) 70 %so m ol e inet anol : nm e = KLRi tt e* (Vl -Vd) / KL RTrne ị mo le) ; 71 %l ay t i l e mo 1 m et an ol /rao ca=6 : 1 . t-a gi ai phuong t trinl i nm e 72 - TL = 6/ 1% TL l a Di l e mol e M et hano l: mole dau 73 - Vd = KLRHe *v/ cTL^KLRd^KLPTHe+ KLRUe*KLPTcU *K LPTd;^ (l i t) 74 - nd =KLRd* Vd /KLPTd .% (mol e) 75 - md=nd. f f KL PTd; IS 11 - fprint f ( 1 fchoi l uong Wi o ca can dun g (ợ ) =^2 .Sg\ t t' ; 7S - nTG= it tTG/ K LPTTG; 79 — mD G=m d. '* p erD G-; 48 80 — 4 81 9— 82 95 — 83 se — 84 97 — 85 98 — 86 39 — 87 100 — 83 101 89 102 90 103 91 104 92 105 93 106 107 100 109 mTG= mcl* p erTG ; nD G =mD G/ KLP TD G ; -mn G »Ke=TL*na;% =md * p e oCiviỡle) r MG -; í -nH G= tong!Iet l í LP n(ỉ í THG 'KLPTMe/KLRHe;% (1) %cong so meranol inMG /= K ; — ĩĩiKe = nHe * KL mG=m d. * p e rG ; p THe; -nG=mO/ V He=raHe/ KLPTG; KLRHe;% r1 it} 1 1 -tnF Ffpriritf lĩhoi A= mdí • * per luonợ FFA ; metanol ( C J ) =%2 . 5 cr\ n , rtìMe ì ; -nF FcTG= % [mo1e/1i c) A =i titiTG/V; F F A/ KL p TFF A; -mKOH=0 CDG=nDC/V; . ODQ*rt id; -m KO H/ 56 ; -nK OH CHG=aMG/V; ri d. * p e r E; -mE =ĩ CG=nG/V; ĩ ĩì E nE / KL /V;PTE ; -nE =CE= mU=m d* p e r w; CFJA=nrrA/V; -nW =mW/ c w= nKLPTW ĩ j ĩ / V; ; t nd; -%H eO=7 CHe=aMe/V;% Civiole/1 ít 1 CKOH=Ũ;% nKOH/V; CS = Q; XV-[0 0 Q 0 24.0Ổ2S 00 0 0 0 TV] ; 11Q 111 112 113 — 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 12-4 125 126 127 128 = 6 1 e ncl cie CO V d % ------tt ứiiet. do—•— Ue (1) =0; % Volt. TjC=o? t n=t step;% i phi.it j 5ỉC= [ CTG CDG CHG CG CHe CE CFFJ L cu V cKOH cs Tữ l >C= [xl x2 x3 x5 xS x7 xS >:9 xio xll xl2 X13] X(l,:1=XC; KŨ = xC; tiras (1,1) =0; X [...]... một quá trình được mô tả bởi hệ phương trình vi phân ẩXị (í) dt được điều khiển bởi điều khiển tối ưu uopt(t) để sau một khoảng thời gian ngắn nhất hệ chuyển từ ữạng thái đầu LỜI CẢM ƠN 1 LỜI MỞ ĐẦU 2 CHƯƠNG 1 DIESEL YÀ BIODIESEL 3 CHƯƠNG 2 .22 ,(*) 34 CHƯƠNG3 41 MÔ HÌNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA BIODIESEL TỪ MỠ CÁ TRÊN Cơ SỞ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB. .. của quá trình chuyển hóa biodiesel đã được thực hiện ở qui mô pilot CHƯƠNG 2 Cơ SỞ LÝ THUYẾT I CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIODIESEL Các phản ứng hóa học trong quá trình chuyển hóa biodiesel từ mỡ cá Hiện nay, biodiesel chủ yếu được sản xuất từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật Quá trình được thực hiện thông qua phản ứng chuyển vị ester của các triglyceride có trong dầu mỡ với tác nhân alcol như methanol thành các... lẫn vào nhau, do đó để tăng tiếp xúc phã cần thực hiện việc khuấy trộn, bằng cách bố trí cánh khuấy (5) trong thiết bị Trong thiết bị phản ứng sẽ xảy ra đồng thời các quá trình: quá trình phản ứng chuyển vị ester, quá trình trao đổi nhiệt và quá trình khuấy trộn nhằm thúc đẩy quá trình phản ứng xảy ra ;quá trình bốc hơi và ngưng tụ của metanol; tồn thất nhiệt ra ngoài môi trường, trong các quá trình. .. TOÁN VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA BIODIESEL TỪ MỠ CÁ TRÊN Cơ SỞ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB .41 ^(cs;v-^.cs) + rs 46 £ỊT=Í t) , Im -rắì , 48 =LH,trxH,*-L»,-x«, + F'-+V-y„, -V-y„, (62) 98 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .101 Trang 22 PHỤ LỤC .105 Trong đó: TG -triglyceride; DG -diglyceride; MG -monoglyceride G -glycerol (glycerine); /ỈCOOK - sà phòng; /ỈCOOH - các acid... thể: là dùng các vật thật để mô tả ĐTCN - mô hình toán học: là dùng các đại lượng, các quan hệ biểu diễn thành các phương trình, bất phương trình để mô tả ĐTCN - mô hình số hóa: là dùng các phương pháp số hóa như lập trình trên máy vi tính để mô tả ĐTCN Thủ tục xây dựng mô tả toán học Phân tích định tính hệ thống để xác định các đại lượng, xác định cấu trúc của hệ thống thông qua định danh các quan hệ... toán học, vói sự hỗ trợ của ngôn ngữ lập trình MATLAB, mô phỏng đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ Trang 21 tới hiệu quả chuyển hóa biodiesel từ mỡ cá ứng dụng nguyên lý cực đại Pontryagin xác định các hàm điều khiển tối ưu (nhiệt độ Topt(t), suất lượng dòng methanol u2opt(t)) đảm bảo quá trình chuyển hóa Biodiesel đạt được hiệu suất chuyển hóa mong muốn trong thời gian ngắn nhất (bài toán... bài toán quá lớn Giải tìm nghiệm tối ưu Kiểm tra kết quả, đánh giá độ nhạy, công nhận kết quả Tùy thuộc vào từng BTTU cụ thể sẽ có các phương pháp tối ưu thích họp được sử dụng để xác định các nghiệm tối ưu Trong luận văn này BTTU được xây dựng trên cơ sở các phương tình vi phân Phương pháp cho BTTU này sẽ là phương pháp mang tên nguyên lý cực đại Nguyên lý cực đại Các khái niệm cơ bản Xét quá trình công... các quan hệ toán học, xác đinh các giới hạn, các điều kiện biên, Phân tích đinh tính thường được thể hiện bằng mô hình ngữ văn hay mô hình đồ họa Xây dựng các biểu thức, các phương ình đ ại số, phương ừnh vi phân, các phương trình tích phân, các phương trình vi tích phân để biểu đạt các quan hệ giữa các đại lượng đã xác định Đây là bước nhận dạng cấu trúc của mô hình toán học để thành lập toán tử mô. .. tử mô phỏng f(X) thay thế cho toán tử công nghệ F(X) Nhận dạng các thông số chưa biết có mặt trong toán tò mô phỏng f(X) thông qua các thực nghiệm trên mô hình vật thể và xử lý bằng các phương pháp toán học thích hợp Kiểm định sự tương thích của mô hình Nếu mô hình toán học chưa tương thích với nguyên bản của nó, phải tiến hành nhận dạng lại cấu trúc và các thông số của mô hình Trang 31 Tối ưu hóa Trong... Qz Qz là miền biến thiến của các biến Zi, i =1-H1 Thủ tục xác lập và giải bài toán tối ưu Phân tích đối tượng để liệt kê danh sách các đại lượng, các quan hệ cần thiết Xác định mô tả toán học: xác định hàm mục tiêu Xác định mô tả toán học: các quan hệ khác giữa các đại lượng; các điều kiện ràng buộc và giói hạn; nhận dạng các thông số, các hệ số; xác định các biến độc lập, biến phụ thuộc, bậc tự do ... DIESEL YÀ BIODIESEL CHƯƠNG .22 ,(*) 34 CHƯƠNG3 41 MÔ HÌNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA BIODIESEL TỪ MỠ CÁ TRÊN Cơ SỞ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB. .. .22 ,(*) 34 CHƯƠNG3 41 MÔ HÌNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA BIODIESEL TỪ MỠ CÁ TRÊN Cơ SỞ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB .41 ^(cs;v-^.cs) + rs 46 £ỊT=Í... CHƯƠNG .22 ,(*) 34 CHƯƠNG3 41 MÔ HÌNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA BIODIESEL TỪ MỠ CÁ TRÊN Cơ SỞ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB 41 ^(cs;v-^.cs) + rs 46 £ỊT=Í t) , Im -rắì