Bài giảng Mô hình hóa và mô phỏng trong công nghệ hóa học

Bài giảng Mô hình hóa và mô phỏng trong công nghệ hóa học cung cấp cho người đọc các kiến thức như: Hệ thống và cấu trúc hệ thống công nghệ; phân tích hệ thống các quá trình công nghệ. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của luận văn này.

MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG TRONG CƠNG NGHỆ HĨA HỌC CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tài liệu tham khảo 1) Nguyễn Minh Tuyển, Kỹ thuật hệ thống cơng nghệ Hóa học, NXB KHKT, 2001 2) Lê Xuân Hải - Tiếp cận hệ thống cơng nghệ hóa học, (TLTK 2008 ) 3) Tanase G Dobre and José G Sanchez Marcano, Chemical Engineering, Modelling, Simulation and Similitude, Wiley VCH, 2007 4) G Stephanopoulos - Chemical Process Control - Prentice Hall International Edition, 1984 5) William L Luyben – Process modeling, simulation and control for chemical engineers Mcraw-Hill Publishing Company, 1990 6) T F Edgar, D M Himmelblau - Optimization of chemical Processes In ternational Edition, 1989 7) X.L Akhnadarova, V.V Kafarov–Tối ưu hóa thực nghiệm hóa học kỹ thuật hóa học–Trường ĐH Kỹ thuật Tp HCM, 1994 8) Nguyễn Nhật Lệ-Tối ưu hóa ứng dụng; NXB KHKT, HN, 2000 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt KHÁI QT VỀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG CÁC Q TRÌNH CƠNG NGHỆ HỐ HỌC HỆ THỐNG VÀ CẤU TRÚC HỆ THỐNG CƠNG NGHỆ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG CÁC Q TRÌNH CƠNG NGHỆ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt HỆ THỐNG Khái niệm hệ thống Hệ thống S nằm môi trường E tập hợp phần tử si tương tác với tạo thành cấu trúc nội S tương tác với E tạo thành quan hệ với môi trường bên CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cấu trúc hệ thống Cấu trúc bên hệ thống hình thành từ tương tác phần tử thuộc hệ thống Các tương tác làm cho phần tử có quan hệ với xếp vào nhóm sau: •Nhóm dạng vật chất tham gia vào q trình hóa học, hóa lý •Nhóm phận thiết bị tham gia vào q trình hóa học hóa lý •Nhóm đường truyền dẫn thông tin CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PHÂN HOẠCH VÀ TÍCH HỢP HỆ THỐNG Thiết bị công nghệ biệt lập Hệ dị thể đa phân tán Hệ dị thể hạt Hệ đồng thể vi mô Các phân tử, nguyên tử, ion CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PHÂN HOẠCH VÀ TÍCH HỢP HỆ THỐNG Tổng công ty A Nhà máy -1 CuuDuongThanCong.com Công ty X Cấp IV – Tầng I ………… Công ty X Cấp III Xí nghiệp 3–2 Modun công nghệ Thiết bị Tập đoàn B Thiết bị Modun công nghệ Thiết bị i Modun công nghệ k Thiết bị i+1 Thiết bị n Cấp II Cấp I https://fb.com/tailieudientucntt Phân hoạch tích hợp hệ thống Hệ Hệ Hệ trước Hệ Hệ sau Sơ đồ vận động hệ Hệ Cấu trúc không gian hệ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phân hoạch tích hợp hệ thống Hệ trước Hệ Hệ sau Hệ trước Hệ Hệ sau Hệ trước Hệ Hệ sau Sơ đồ cấu trúc không gian thời gian hệ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tính lưỡng nguyên hệ thống Mỗi hệ thống có hai đặc tính đặc tính thực định đặc tính định Hệ thống có chất thực định nghĩa điều kiện tồn xác định, đặc trưng trạng thái hệ thống xác định xác định đơn trị Cùng tồn với đặc tính thực định, hệ thống cịn có đặc tính định hay cịn gọi đặc tính ngẫu nhiên Với đặc tính định, điều kiện tồn xác định cụ thể đặc trưng trạng thái hệ thống đa trị, tức khơng xác định, khơng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt MÔ PHỎNG CÁC QUÁ TRÌNH TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Mô mô hình toán học  Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)  Bước một: Rời rạc hoá miền khảo sát Bước hai: Chọn hàm xấp xỉ thích hợp Bước ba: Xây dựng phương trình phần tử Bước bốn: Lắp ghép phần tử Bước năm: áp đặt điều kiện biên toán Bước sáu: giải hệ phương trình đại số CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt MÔ PHỎNG CÁC QUÁ TRÌNH TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC  Phương pháp thể tích hữu hạn (FVM) Bước một: Tạo lưới Biên thể tích kiểm soát W E B A P The åtích kiểm soát Các điểm nút Bước hai: Tích phân theo phương trình đặc trưng cho dòng lưu chất thể tích kiểm soát để có phương trình rời rạc điểm nút d  d   S0 dx  dx  d  d  d   d    dV   SdV   A    A   S(V)  dx dx dx dx      w e (V) (V)  Bước ba: Rời rạc hóa phương trình tích phân w  W  P e  P  E    P  d     A   e A e  E dx  e   x PE      W  S(V)  Su  SP  P d     A   w A w  P dx  w   x WP   e          A e  w A w  SP  P   w A w  W   e A e  E  Su x WP  x PE   x PE   x WP  Bước bốn: Rời rạc hóa điều kiện biên Bước năm: Giải hệ phương trình đại số CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt MÔ PHỎNG CÁC QUÁ TRÌNH TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Mô trình ngẫu nhiên  Mô Monte Carlo  Phương pháp bước ngẫu nhiên  Phương pháp lấy mẫu quan trọng thuật toán Metropolis  CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PHƯƠNG PHÁP THỂ TÍCH HỮU HẠN GIẢI CÁC BÀI TỐN CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bước một: Tạo lưới Biên thể tích kiểm soát E W B A P The åtích kiểm soát Các điểm nút N n E W T n W s S I-1 e s w e E t N w P b i I i+ I+ J+ 1j-1 J j J1 Thể tích kiểm sốt vơ hướng (phương trình liên tục) S B CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Sai phân hóa  (  )  div ( u )  div (grad )  S t Tích phân theo thể tích hữu hạn rời rạc t  t t  t t  t  t  t                 (  ) dt dV  n (  u  ) dA dt  n (  grad  ) dA dt  S dV V  t t            dt t A t A t V     t  t t  t t  t  t  t   V  t t ()dt dV  t (A)dt  t (Au)dt  t S.Vdt  t  t     (  ) dt dV   (    P P ).V V  t t   CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Sai phân hóa t  t t  t  (A)dt   (Au)dt  t t  t  t t            (A ) e  (A ) w   (A ) n  (A ) s   (A ) t  (A ) b  dt    x x   y y   z z    t  t  (Au) e  (Au) w   (Au) n  (Au) s   ( Au) t  (Au) b dt t CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Rời rạc hoá phương trình tích phân  E  P         A    A    A e e x  e  x  w  x PE      w    A w w P x PW    N  P         A    A    A n n y  n  y  s  y PN      S     A s s P  y PN     T  P        A    A    A t t z  t  z  b  z PT    P  B     A b b  z PB    Đặt: F = Au; CuuDuongThanCong.com D = A/xi,j https://fb.com/tailieudientucntt    Rời rạc hố phương trình tích phân t  t P ( P   ).V    F  e e  Fw  w   Fn  n  Fs  s   Ft  t  Fb  b dt  t t  t  D e ( E   P )   D w ( P   w )   D n ( N   P )   D s ( P   S )   D t ( T   P )   D b ( P   B ) dt t t  t   S.Vdt t (*) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Rời rạc hố phương trình tích phân Để xác định vế phải phương trình (*), tham số trọng lượng  nằm khoảng từ đến áp dụng Các tích phân bên vế phải viết lại sau: t  t I  P   P dt  [. P  (1  ) ]t (**) t CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Rời rạc hố phương trình tích phân Sử dụng phương trình (**) for E, W, N, S, T, B vào phương trình (*) chia phương trình cho t, ta được: ( P   0P ).V  Fe  e  Fw  w   Fn  n  Fs  s   Ft  t  Fb  b   t (1  ) Fe  0e  Fw  0w  Fn  0n  Fs  s0  Ft  0t  Fb  0b        D e ( E   P )   D w ( P   w )   D n ( N   P )   D s ( P   S )   D t ( T   P )   D b ( P   B )              (1  ) D e ( 0E   0P )  D w ( 0P   0W )  D n ( 0N   0P )  D s ( 0P   S0 )  D t ( 0T   0P )  D b ( 0P   0B )  SV (***) Khi  = 0, phương trình (***) trở nên tường minh, 0