Lập trình kiểm soát nhiệt độ thiết bị phản ứng hóa học

Lập trình kiểm soát nhiệt độ thiết bị phản ứng hóa học Lập trình kiểm soát nhiệt độ thiết bị phản ứng hóa học Lập trình kiểm soát nhiệt độ thiết bị phản ứng hóa học luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *** Đỗ Đình Khải LẬP TRÌNH KIỂM SỐT NHIỆT ĐỘ THIẾT BỊ PHẢN ỨNG HÓA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *** Đỗ Đình Khải LẬP TRÌNH KIỂM SỐT NHIỆT ĐỘ THIẾT BỊ PHẢN ỨNG HĨA HỌC Chun ngành: Hóa kỹ thuật Mã số: 62 44 37 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS Hoàng Văn Hà Hà Nội – 2012 MỤC LỤC MỤC LỤC 5  LỜI CẢM ƠN 7  DANH MỤC BẢNG 8  DANH MỤC HÌNH 10  LỜI NÓI ĐẦU 14  CHƯƠNG TỔNG QUAN 15  1.1 Biodiezen 15  1.1.1 Khái niệm ưu nhược điểm trình sử dụng 15  1.1.2 Các tiêu chuẩn kỹ thuật 16  1.1.3 Tổng hợp biodiezen 19  1.1.3.1 Một vài nguyên liệu phổ biến 19  1.1.3.2 Một vài phương pháp tổng hợp 19  1.2 Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt 24  1.2.1 Một vài thiết bị trao đổi nhiệt thường gặp 24  1.2.2 Tính tốn truyền nhiệt 26  1.3 Mơ q trình sử dụng Matlab – Simulink 30  CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TỐN 34  2.1 Đặt vấn đề 34  2.2 Thành phần dầu đậu nành nhãn hiệu Simply 36  2.3 Động học phản ứng chuyển đổi este 38  2.4 Khối lượng riêng 47  2.5 Nhiệt dung riêng 51  2.6 Độ dẫn nhiệt 54  2.7 Độ nhớt 56  2.8 Hệ số truyền nhiệt chung 61  2.9 Tính tốn q trình truyền nhiệt 61  2.10 Mô trình truyền nhiệt 70  CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 71  3.1 Biến thiên nồng độ chất độ chuyển hóa 71  3.2 Kiểm soát nhiệt độ cho trình truyền nhiệt thiết bị CSTR 84  3.3 Ảnh hưởng điều kiện phản ứng tới việc kiểm sốt nhiệt độ phản ứng q trình truyền nhiệt 87  3.3.1 Kết mô Simulink điều kiện phản ứng giữ ổn định 88  3.3.2 Kết mô Simulink thay đổi nhiệt độ dòng nguyên liệu 89  3.3.3 Kết mô Simulink thay đổi lưu lượng dòng cấp nhiệt 90  3.3.4 Kết mô Simulink thay đổi đồng thời nhiệt độ phản ứng lưu lượng dòng cấp nhiệt 92  3.3.5 Kết mô Simulink thay đổi đồng thời lưu lượng dòng cấp nhiệt, nhiệt độ lưu lượng dòng nguyên liệu 94  KẾT LUẬN 97  TÀI LIỆU THAM KHẢO 100  DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tiêu chuẩn chất lượng biodiezen ASTM D 6751 16 Bảng 1.2 Tiêu chuẩn chất lượng biodiezen EN 14214 17 Bảng 1.3 Hiệu suất bị ảnh hưởng thời gian nhiệt độ phản ứng 21 Bảng 2.1 Thành phần axit béo dầu ăn Simply 36 Bảng 2.2 Thành phần axit béo dầu ăn Simply 38 Bảng 2.3 Các giá trị số ko 41 Bảng 2.4 Năng lượng hoạt hóa 41 Bảng 2.5 Sự phụ thuộc khối lượng riêng dầu ăn vào nhiệt độ 47 Bảng 2.6 Sự phụ thuộc khối lượng riêng metanol vào nhiệt độ 48 Bảng 2.7 Sự phụ thuộc khối lượng riêng glyxerol vào nhiệt độ 49 Bảng 2.8 Sự phụ thuộc khối lượng riêng nước (ρ1) vào nhiệt độ 49 Bảng 2.9 Nhiệt dung riêng dầu đậu nành phụ thuộc nhiệt độ 51 Bảng 2.10 Nhiệt dung riêng metanol phụ thuộc nhiệt độ 52 Bảng 2.11 Nhiệt dung riêng nước phụ thuộc nhiệt độ 53 Bảng 2.12 Độ dẫn nhiệt metanol phụ thuộc nhiệt độ 54 Bảng 2.13 Độ dẫn nhiệt nước phụ thuộc nhiệt độ 55 Bảng 2.14 Độ nhớt dầu đậu nành phụ thuộc nhiệt độ 56 Bảng 2.15 Độ nhớt metanol phụ thuộc nhiệt độ 57 Bảng 2.16 Độ nhớt glyxerol phụ thuộc nhiệt độ 57 Bảng 2.17 Độ nhớt nước phụ thuộc nhiệt độ 58 Bảng 2.18 Độ nhớt vài metyl este phụ thuộc nhiệt độ 59 Bảng 3.1 Nồng độ chất thời điểm kết thúc phản ứng chế độ khuấy Re 6200 nhiệt độ khác 78 Bảng 3.2 Nồng độ este thời điểm 1500 giây nhiệt độ khác 79 Bảng 3.3 Thời gian đạt nồng độ este mong muốn nhiệt độ khác 79 Bảng 3.4 Độ chuyển hóa thời điểm 1500 giây nhiệt độ khác 79 Bảng 3.5 Thời gian đạt độ chuyển hóa mong muốn nhiệt độ khác 80 Bảng 3.6 Sai lệch giá trị mô từ hai phần mềm 81 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sự phụ thuộc định tính sản phẩm theo thời gian 22 Hình 1.2 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống 24 Hình 1.3 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu giàn tưới 25 Hình 1.4 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm 25 Hình 1.5 Sơ đồ thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn 29 Hình 1.6 Thư viện khối chuẩn Simulink 32 Hình 1.7 Mơ hình mơ giá trị khối lượng riêng metanol thay đổi nhiệt độ thay đổi 33 Hình 1.8 Biến thiên nhiệt độ thay đổi giá trị khối lượng riêng metanol nhiệt độ thay đổi 33 Hình 2.1 Sơ đồ mơ thiết bị truyền nhiệt 34 Hình 2.2 Phổ đồ xác định thành phần axit béo dầu ăn Simply 36 Hình 3.1 Biến thiên nồng độ chất q trình chuyển hóa dầu đậu nành 60 phút 50oC Re 6200 theo kết thực nghiệm Noureddini 72 Hình 3.2 Biến thiên nồng độ chất q trình chuyển hóa dầu đậu nành 60 phút 50oC Re 6200 mô Excel 72 Hình 3.3 Biến thiên nồng độ chất q trình chuyển hóa dầu đậu nành 60 phút 50oC Re 6200 mô Matlab 72 Hình 3.4 Biến thiên nồng độ chất trình chuyển hóa dầu đậu nành 60 phút 55oC Re 6200 mô Excel 73 10 Hình 3.5 Biến thiên nồng độ chất q trình chuyển hóa dầu đậu nành 60 phút 55oC Re 6200 mô Matlab 73 Hình 3.6 Biến thiên nồng độ chất q trình chuyển hóa dầu đậu nành 60 phút 60oC Re 6200 mô Excel 74 Hình 3.7 Biến thiên nồng độ chất trình chuyển hóa dầu đậu nành 60 phút 60oC Re 6200 mô Matlab 74 Hình 3.8 Biến thiên nồng độ chất q trình chuyển hóa dầu đậu nành 60 phút 65oC Re 6200 mô Excel 75 Hình 3.9 Biến thiên nồng độ chất q trình chuyển hóa dầu đậu nành 60 phút 65oC Re 6200 mô Matlab 75 Hình 3.10 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian tới độ chuyển hóa tạo metyl este Re 6200 theo kết thực nghiệm Noureddini (■) 30oC, (▲) 40oC, (∆) 50oC, (●) 60oC, (□) 70oC 76 Hình 3.11 Biến thiên giá trị độ chuyển hóa phản ứng chuyển đổi este 60 phút, Re 6200, nhiệt độ 50oC 76 Hình 3.12 Biến thiên giá trị độ chuyển hóa phản ứng chuyển đổi este 60 phút, Re 6200, nhiệt độ 55oC 77 Hình 3.13 Biến thiên giá trị độ chuyển hóa phản ứng chuyển đổi este 60 phút, Re 6200, nhiệt độ 60oC 77 Hình 3.14 Biến thiên giá trị độ chuyển hóa phản ứng chuyển đổi este 60 phút, Re 6200, nhiệt độ 65oC 77 Hình 3.15 Biến thiên số tốc độ phản ứng ki theo nhiệt độ 82 11 Hình 3.16 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian phản ứng lên độ chuyển hóa 50oC, (▲) Re 6200, (□) Re 12400, theo thực nghiệm H Noureddini 82 Hình 3.17 Biến thiên giá trị độ chuyển hóa phản ứng chuyển đổi este 60 phút, Re 12400, nhiệt độ 50oC mơ Matlab 83 Hình 3.18 Biến thiên nồng độ chất trình chuyển hóa dầu đậu nành 60 phút 50oC Re 12400 mơ Matlab 84 Hình 3.19 Dữ liệu xác định điểm hoạt động ổn định thiết bị CSTR 85 Hình 3.20 Độ chuyển hóa giá trị khảo sát mơ Simulink 88 Hình 3.21 Nhiệt độ trình vận hành ổn định 88 Hình 3.22 Nhiệt độ dòng cấp thay đổi nhiệt độ dòng nguyên liệu thay đổi 89 Hình 3.23 Độ chuyển hóa thay đổi nhiệt độ dịng nguyên liệu thay đổi 89 Hình 3.24 Biến thiên giá trị lưu lượng dịng nước cấp 91 Hình 3.25 Mối quan hệ nhiệt độ dòng cấp nhiệt lưu lượng nước trình trao đổi nhiệt 91 Hình 3.26 Hệ số truyền nhiệt chung thay đổi lưu lượng dòng cấp thay đổi 92 Hình 3.27 Giá trị độ chuyển hóa khơng đổi thời gian phản ứng thay đổi lưu lượng dòng nước 92 Hình 3.28 Độ chuyển hóa thay đổi nhiệt độ phản ứng lưu lượng dòng cấp nhiệt thay đổi 93 12 Hình 3.29 Nhiệt độ dịng cấp nhiệt thay đổi nhiệt độ nguyên liệu lưu lượng dòng cấp thay đổi 93 Hình 3.30 Độ chuyển hóa thay đổi nhiệt độ dịng ngun liệu, lưu lượng dòng nguyên liệu lưu lượng dòng cấp nhiệt thay đổi 94 Hình 3.31 Nhiệt độ dòng cấp nhiệt vào thay đổi nhiệt độ dòng nguyên liệu, lưu lượng dòng nguyên liệu lưu lượng dòng cấp nhiệt thay đổi 95 Hình 3.32 Nhiệt độ nguyên liệu thay đổi theo dạng hình sin 96 Hình 3.33 Độ nhớt hỗn hợp phản ứng thay đđộ dịng ngun liệu cao 25oC cần nhiệt lượng để nâng lên 60oC Mà lượng nhiệt cần cấp Q=Cp1.(T2 – T1).G, Q giảm (T2 – T1) giảm nên T2 giảm T1 tăng T1 ổn định Tương tự, nhiệt độ dịng ngun liệu giảm cần cung cấp nhiều lượng để nâng lên 60oC nên nhiệt độ dòng cấp cần cao 70oC Khi nhiệt độ dòng nguyên liệu tăng, nhiệt độ dòng cấp nhiệt giảm dẫn tới độ chuyển hóa giảm ngược lại, phù hợp với kết khảo sát động học phản ứng biodiezen hóa nghiên cứu Mục 3.1 3.3.3 Kết mô Simulink thay đổi lưu lượng dịng cấp nhiệt Chúng tơi khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dịng cấp tới q trình truyền nhiệt cách bổ sung khối tín hiệu tăng dần 0,1 đơn vị vào khối lưu lượng dòng cấp đồng thời giữ cố định điều kiện phản ứng khác sở lý thuyết tính tốn q trình truyền nhiệt Kết mơ thay đổi nhiệt độ dòng cấp sau: 90 ... 3.29 Nhiệt độ dịng cấp nhiệt thay đổi nhiệt độ nguyên liệu lưu lượng dòng cấp thay đổi 93 Khi nhiệt độ phản ứng tăng độ chuyển hóa tăng nhiệt độ phản ứng tăng làm tăng giá trị số tốc độ phản ứng. .. chuyển hóa 71  3.2 Kiểm sốt nhiệt độ cho q trình truyền nhiệt thiết bị CSTR 84  3.3 Ảnh hưởng điều kiện phản ứng tới việc kiểm soát nhiệt độ phản ứng trình truyền nhiệt 87  3.3.1... giảm, hệ phản ứng chưa thực trình truyền nhiệt đưa nhiệt độ phản ứng lên 60oC dịng hỗn hợp phản ứng dòng nước khỏi thiết bị Vì nhiệt độ dịng nước vào hệ thống phải lớn để kịp thời truyền nhiệt cho