Đề tài Kỹ thuật tính toán trong công nghệ hóa học

Mục Lục

Lời nói đầu 3

Phần I: Cơ sở về Matlab 4

Chương I:Bắt đầu với Matlab 5

1.1 Nhập dữ liệu qua dòng lệnh 5

1.2 Sử dụng help trực tuyến 6

1.3 Đường dẫn 6

1.4 Lưu và tải dữ liệu 7

Chương 2: Các cấu trúc cơ bản và biến 7

2.1 tính toán với Matlab 7

2.2 Giới thiệu dạng dữ liệu 8

Chương 3: Tính toán với ma trận và vec tơ 9

3.1 Vec tơ 10

3.1.2 Vec tơ cột và sự chuyển vị 11

3.1.3 Nhân, chia và mũ của vec tơ 12

3.2 Ma trận 14

3.2.1 Các ma trận đặc biệt 15

3.2.2 Xây dựng ma trận và cách trích các phần tử của ma trận 16

3.2.3 Các phép toán với ma trận 19

Chương 4: Đồ họa 21

4.1 Đồ thị đơn giản 22

4.2 Vẽ đường 22

4.3 Vẽ mặt 26

Chương 5: Các luồng điều khiển 29

5.1 Các toán tử logic 29

5.2 Lệnh find 29

5.3 Câu lệnh if 31

5.4 Cấu trúc lặp 33

Chương 6: Phương pháp số 34

6.1 Đường cong hồi quy 34

6.2 Phép nội suy 34

6.3 Giá trị của hàm số 35

6.3.1 Hàm ‘inline’ 36

6.4 Phép tính tích phân và tích phân 37

6.5 Tính toán số học và cấu trúc điều khiển 38

Chương 7: Viết chương trình trong Matlab 38

7.1 Kịch bản và hàm m-file 38

7.2 Hàm m-file 38

7.2.1 Những biến đặc biệt của hàm số 39

7.2.2 Biến địa phương và biến toàn cục 40

7.2.3 Tính giá trị hàm số cách gián tiếp 40

Chương 8: Văn bản 42

8.1 Chuỗi kí tự 42

8.2 Vào - ra dữ liệu 43

8.2.1 Vào ra dữ liệu từ bàn phím 43

8.2.2 Đưa dữ liệu ra màn hình 44

8.2.3 Xử lí file văn bản 46

Phần II: Ứng dụng của Matlab 50

trong công nghệ hóa học 50

Chương 1: Dẫn nhiệt và đối lưu 51

1.1. Dẫn nhiệt 51

1.1.1. Tóm tắt lí thuyết 51

1.1.2. Ví dụ 52

1.2. Đối lưu 55

1.2.1. Tóm tắt lí thuyết 55

1.2.2.Ví dụ 58

Chương 2: Bức xạ nhiệt và truyền nhiệt 63

2.1. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật 63

2.1.1. Tóm tắt lí thuyết 63

2.1.2. Ví dụ 64

2.2. Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt 66

2.2.1 Tóm tắt lí thuyết 66

2.2.2. Ví dụ 67

Chương 3: Kỹ thuật tách chất 73

3.1 Cân bằng lỏng hơi 73

3.1.1 Tóm tắt lý thuyết 73

3.1.2 Ví dụ 75

3.1.3. Bài tập 79

3.2 Phương pháp McCabe Thiele 80

3.2.1 Tóm tắt lý thuyết 80

3.2.2 Ví dụ 82

Chương 4: Kỹ thuật phản ứng 89

4.1 Nhiệt động học 89

4.1.1 Tóm tắt lý thuyết 89

4.1.2 Ví dụ 91

4.2 Các kỹ thuật tiến hành phản ứng 94

4.2.1 Tóm tắt lý thuyết 94

4.2.2 Ví dụ 95

4.2.3Bài tập 99

Phụ lục 100

Tài liệu tham khảo 125

 

 

doc125 trang | Chia sẻ: netpro | Lượt xem: 2959 | Lượt tải: 4download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Kỹ thuật tính toán trong công nghệ hóa học, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
bt1 delta=input('nhap duoi dang ma tran gia tri cua do day (don vi m): '); lamda = input('nhap duoi dang ma tran gia tri cua he so dan dien (don viW/mdo): '); t1=input('nhap gia tri cua nhiet do mat trong cung: ');% nếu không cho thì nhập là ‘no’ t2= input('nhap gia tri cua lop ngoai cung: '); % nếu không cho thì nhập là ‘no’ q=input('nhap nhiet luong cua dong: '); % nếu không cho thì nhập là ‘no’ barrier=input('loai vach ma ba can tinh: '); R=nhiettro(barrier,lamda,delta); if strcmp(t1,'no') t1=t2+q/sum(R) elseif strcmp(t2,'no') t2=t1-q/sum(R) elseif strcmp(q,'no') disp('tinh q nao!') q =density(t1,t2,R) end disp('----------------------------') disp('gia tri cua gradiel: ') gradt=gradiel(q,lamda) disp('-----------------------'); disp('nhiet do cua lop tiep xuc la: '); ttx=nhietdotiepxuc(q,t1,R); kết quả thu được là: >> BT1 nhap duoi dang ma tran gia tri cua do day (don vi m): [0.1 0.3] nhap duoi dang ma tran gia tri cua he so dan dien (don viW/mdo): [2.5 1.5] nhap gia tri cua nhiet do mat trong cung: 'no' nhap gia tri cua lop ngoai cung: 25 nhap nhiet luong cua dong: 500 loai vach ma ba can tinh: 'flat' R = 0.0400 0.2000 t1 = 2.1083e+003 ---------------------------- gia tri cua gradiel: gradt = 200.0000 333.3333 ----------------------- nhiet do cua lop tiep xuc la: ttx = 2.0883e+003 2. Vách trụ hai lớp đường kính tron cùng d1 = 20cm, bề dày và hệ số dẫn nhiệt hai lớp tương ứng là δ1 = 2cm λ1 = 1.2 W/m độ ,δ2 = 3cm λ2 = 0.8 W/m độ. Nhiệt độ mặt trong cùng và ngoài cùng là tm1 = 800C, tm2 = 200C. xác định dòng điện dài qL qua vách nhiệt độ tại chỗ tiếp xúc mật độ dòng tại chỗ tiếp xúc Gradt tại mặt trong cùng Lời giải dòng điện dài qL qua vách nhiệt độ tại lớp tiếp xúc ttx đường kính các lớp d2 = d1 + 2δ1 = 0.2 + 2*0.02 = 0.24 m d3= d2+ 2δ2 = 0.24 +2*0.03 = 0.3 m nhiệt trở dẫn nhiệt tại mỗi lớp của vách trụ lớp 1 m độ/ W lớp 2 m độ/ W nhiệt trở dẫn nhiệt tổng là R = Rt1 + Rt2 = 0.0685 m độ/ W mật độ dòng điện dài W/m nhiệt độ tại lớp tiếp xúc : tx1 = tm1 – qL R1 = 80 – 875.91*0.024 = 58.970C b) mật độ dòng tại lớp tiếp xúc chỗ có đường kính d2 W/m2 c) gradt tại mặt trong cùng có đường kính d1 : |gradt1| = Giải bằng Mathlab Với bài tập này ta cũng cho chạy chương trình như trên và thu được kết quả như sau chú ý thay đổi khi nó hỏi vách loại gì lúc này bạn phải nhập là ‘pier’( trụ) kết quả thu được là : >> BT1 nhap duoi dang ma tran gia tri cua do day (don vi m): [0.02 0.03] nhap duoi dang ma tran gia tri cua he so dan dien (don viW/mdo): [1.2 0.8] nhap gia tri cua nhiet do mat trong cung: 80 nhap gia tri cua lop ngoai cung: 20 nhap nhiet luong cua dong: 'no' loai vach ma ba can tinh: 'pier' duong kinh cua lop trong cung: 0.2 d = 0.2000 0.2400 0.3000 R = 0.0242 0.0444 tinh q nao! q = 874.9653 ---------------------------- gia tri cua gradiel: gradt = 1.0e+003 * 0.7291 1.0937 ----------------------- nhiet do cua lop tiep xuc la: ttx = 58.8423 1.2. Đối lưu 1.2.1. Tóm tắt lí thuyết khi tính toán lượng nhiệt trao đổi bằng đối lưu ta dùng công thức Newton : Q = αFΔti Trong đó : Δti = tw – t1 Q lượng nhiệt trao đổi trong một đơn vị thời gian là một giây F là diện tích bề mặt trao đổi nhiệt m2 t w là nhiệt độ trung bình của bề mặt vật rắn tl là nhiệt độ của môi trường α là hệ số tỏa nhiệt W/m2K Nu = f(Re,Pr,Gr….) Trong đó: tiêu chuẩn Nussel tiêu chuẩn Reynold tiêu chuẩn Pradtl tiêu chuẩn Grashoft Với: α hệ số tỏa nhiệt W/m2 K λ hệ số dẫn nhiệt W/mK ω tốc đọ chuyển động m2/s a hệ số dẫn nhiệt độ m2/s g gia tốc trọng trường m/s2 Δt = tw – tl β là hệ số giãn nở thể tích oK-1 với chất lỏng tra bảng với chất khí β = 1/T l : kích thước xác định m đối lưu tự nhiên tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên trong không gian vô hạn (Re≤2300) Đối với ống hoặc tấm đặt đứng khi (Gr.Pr)>109 Đối với ống hoặc tấm đặt nằm ngang khi 103<(Gr.Pr)<109 Nhiệt độ xác định là nhiệt độ chất lỏng hay khí tl;kích thước xác định với ống hoặc tấm đặt đứng là chiều cao h với ống nằm ngang là đường kính với tấm nằm ngang là chiều rộng đối lưu cưỡng bức khi có chất lỏng chuyển động trong ống chế độ chảy tầng Đối với không khí Nul = 0.13.Rel0.33. Grl0.43 .εl.εR tỏa nhiệt khi chất lỏng chảy rối Trong đó εl là hệ số ảnh hưởng của chiều dài ống εR hệ số ảnh hưởng của độ cong chất lỏng chuyển động ngang qua chùm ống n – tổng số hàng ống α0 hệ số tỏa nhiệt hàng ống thứ i i tăng αi tăng nhưng i ≥ 3 αi = const (α3 = α4 = α5 = ….) hệ số tỏa nhiệt của chùm ống để xác định α3 có đối với chùm ống song song Trong đó ε hệ số xét ảnh hưởng góc va đập , nếu = 900, ε = 1 εs hệ số ảnh hưởng của bước ống theo chiều sâu đối với chùm ống so le Trong đó hệ số xét ảnh hưởng góc va đập , = 90 thì =1 Khi S1 là bước ngang S2 là bước dọc Trong các công thức trên thì Re = 103 – 105. kích thước xác định là đường kính ngoài. Nhiêt độ xác định là nhiệt độ trung bình của chất lỏng tl tỏa nhiệt khi có biến đối pha tỏa nhiệt khi sôi khi sôi bọt ở áp suất p = 0.2 – 0.8 bar α = 46.Δt2.33p0.5 W/m2K Δt=tw - ts tw là nhiệt độ vách đốt nóng ts nhiệt độ bảo hòa ứng với áp suất sôi p là áp suất sôi bar tỏa nhiệt khi ngưng màng ngưng màng trên bề mặt vách đứng hoặc ống đứng Trong đó : g là gia tốc trọng trường g = 9.81m/s2 λ hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng ngưng W/mK r nhiệt hóa hơi J/kg ρ khối lượng riêng của chất lỏng ngưng kg/m3 v độ nhớt động học m2/s h chiều cao của vách hoặc ống đứng m d là đường kính ngoài của ống m tw nhiệt độ bề mặt vách 0C ts nhiệt độ bảo hòa ứng với áp suất ngưng tụ 0C trong các công thức trên nhiệt độ xác định là tm = 0.5(tw – ts) 1.2.2.Ví dụ 1. bao hơi của lò hơi đặt nằm ngang có đường kính d = 600mm. nhiệt độ mặt ngoài lớp bảo ôn tw = 600C, nhiệt độ xung quanh tl = 400C. xác định nhiệt tỏa ra từ 1m2 bề mặt của bao hơi tới không khí xung quanh Lời giải từ nhiệt độ không khí tl = 400C tra bảng ta có λ = 0.0276W/mK ν = 16.69.10-6 m2/s Pr l= 0.696 từ nhiệt độ tw = 600C ta có Prw = 0.696. ta nhận thấy Prl và Prw tương đương bằng nhau nên (Prl / Prw)0.25 = 1 Theo tiêu chuẩn Gr: ở đây thì g = 9.81m/s2, β = Δt = tw – t l = 200C Gr l.Pr l = 4.87.108 .0,699 = 3.4.108 Do 103< PrGr < 109 nên áp dụng công thức Mà Nhiêt lượng tỏa ra trên 1m2 bề mặt bay hơi là q = αΔt = 3.13*20 = 62.6 W/m2 giải bằng Mathlab Tạo m-file với tên là “bai1.m” và có nội dung như sau: function bai1 d=input('duong kinh cua ong nam ngang: '); tw=input('nhiet do ben ngoai lop bao on: '); tl=input('nhiet do khong khi: '); % bang cach tra bang ta tinh duoc nhung gia tri cua lamda ,v,Pr [p,Cp,lamda1,a,u,v1,Prw]=trabangkhikho(tw); [p,Cp,lamda2,a,u,v2,Prl]=trabangkhikho(tl); beta=hesogiannothetich(tl); Grl=tieuchuanGrashoft(9.81,beta,d,v2,tw,tl); Nul=tieuchuanNusselt( 'doiluutunhien','0', Grl,Prl,Prw,0,0,0,0,0); disp('---------------------------------') disp('he so toa nhiet la: ') alpha=Nul*lamda2/d disp('------------------------------') disp('nhiet luong toa ra tren be mat chat bay hoi la: ') q=alpha*(tw-tl) để giải bài tập 1 thì trên màn hình “CommandWindow” gọi >> bai1 sẽ thu được kết quả thu được là: >> bai1 duong kinh cua ong nam ngang: 0.6 nhiet do ben ngoai lop bao on: 60 nhiet do khong khi: 40 -------------------------------- he so toa nhiet la: alpha = 3.1260 ------------------------------ nhiet luong toa ra tren be mat chat bay hoi la: q = 62.5199 2.tính hệ số tỏa nhiệt trung bình của dầu máy biến áp chảy trong ống có đường kính d=8mm, dài 1m, nhiệt độ trung bình của vách ống tw=200C. tốc độ chảy trong ống là ω = 0.6m/s. biết tl = 800C Lời giải: tra bảng các thông số phụ thuộc vào nhiệt độ của dầu máy biến áp ta có tại t = 800C λ = 0.1056W/mK ν =3.66*10-6 m2/s β = 7.2*10-4 0 K-1, Prl = 59.3, Prw = 298 Rel <2300 dầu chảy tầng do vậy : Mà Nul = 16.3 α = W/m2K giải bằng mathlab function bai2 d=input('duong kinh cua ong la d = '); tw=input('nhiet do trung binh cua vach ong tw = '); w=input('toc do dong chay la w = ' ); tl=input('nhiet do cua chat long tl= '); [p1,Cp1,lamda1,u1,v1,a1,beta1,Prw]=trabangdaumaybienap(tw); [p2,Cp2,lamda2,u2,v2,a2,beta2,Prl]=trabangdaumaybienap(tl); Rel = tieuchuanReynold(w,d,v2); Grl=tieuchuanGrashoft(9.81,beta2,d,v2,tw,tl); Nul=tieuchuanNusselt( 'doiluucuongbuc','0', Grl,Prl,Prw,Rel,0,0,0,0); disp('------------------------------------') disp('he so toa nhiet trong ong la: ') alpha=Nul*lamda2/d kết quả thu được là: >> bai2 duong kinh cua ong la d = 0.008 nhiet do trung binh cua vach ong tw = 20 toc do dong chay la w = 0.6 nhiet do cua chat long tl= 80 ------------------------------------ he so toa nhiet trong ong la: alpha = 215.5734 3. một chùm ống so le gồm 10 dãy ống. đường kính ngoài của ống là d = 38mm. dòng không khí chuyển động ngang qua chùm ống có nhiệt độ trung bình tl=5000 C. tốc độ của dòng không khí là 12m/s xác định hệ số tỏa nhiệt trung bình của chùm ống Lời giải : tra các thông số ở bảng 7 ta có ứng với 5000 C λ = 5.74*10-2 W/mK; ν = 79.38*10-6 m2/s; Prl = 0.687 tính => do bỏ qua ảnh hưởng của εs = 1 Nul = 0.41*57450.6*0.6870.33 = 65.2 =>α3=W/m2K α=W/m2K giải bằng Mathlab nhập câu lệnh sau và cho chạy chương trình trong mathlab function bai3 n = input('so ong n = '); d = input ('duong cua moi ong d = ');đơn vị là met tl = input('nhiet do cua dong khong khi chuyen dong ngang qua chum ong tl = '); w = input('toc do cua ong khong khi omega = '); [p,Cp,lamda,a,u,v,Prl]=trabangkhikho(tl);% tra bảng khí khô để tìm ra những thông số lamda, Prl v Rel = tieuchuanReynold(w,d,v) Nul=tieuchuanNusselt( 'doiluucuongbuc','sole', 0,Prl,Prl,Rel,1,1,0,0); disp('------------------------------'); disp('he so toa nhiet cua ong la: ') alpha = hesotoanhiet('sole',Nul,lamda,d,n) kết quả thu được là: >> bai3 so ong n = 10 duong kinh cua moi ong d = 0.038 nhiet do cua dong khong khi chuyen dong ngang qua chum ong tl = 500 toc do cua ong khong khi omega = 12 he so anh huong goc va dap: 1 ephi = 1 he so anh huong buoc ong: 1 es = 1 ----------------------------- he so toa nhiet cua ong la: alpha = 91.6522 Chương 2: Bức xạ nhiệt và truyền nhiệt 2.1. Trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật 2.1.1. Tóm tắt lí thuyết hai tấm phẳng đặt song song W/m2 Độ đen qui dẫn Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối C0 = 5.67 W/m2 K4 hai tấm đặt song song có màng chắn Khi có m màng chắn giữa với độ đen εm=ε1= ε2, lúc này bức xạ từ tấm phẳng 1 sang 2 sẽ giảm đi (m+1) lần hai vât bọc nhau W Độ đen qui dẫn F1 diện tích bề mặt bị vật bọc (vật nhỏ ) m2 F2 diện tích bề mặt vật bị bọc ( vật lớn ) m2 Chú ý : nếu hai tâm phẳng hoặc hai vật bọc nhau là vật trắng tuyệt đối ( vật có hệ số phản xạ R = 1, hệ số hấp thụ A và độ đen ε, A = ε = 0 ) thì độ đen quy dẫn εqd = 0 và nhiệt trao đổi bức xạ q12 = 0 hay Q12 =0 2.1.2. Ví dụ 1. hai tấm phẳng đặt song song tấm thứ nhất có nhiệt độ 5270C độ đen ε1 =0.8 và tấm thứ hai có nhiệt độ t2 = 270C độ đen qui dẫn là ε2 = 0.6. tính khả năng bức xạ giữa hai tấm : do là hai tấm phẳng ta có độ đen qui dẫn là Lượng nhiệt trao đổi bằng bức xạ giữa hai tấm phẳng (W/m2) 2. Hai hình lập phương có cạnh là 5 và 200 cm. xác định độ đen quị dẫn của hệ thống hai vật bọc nhau. tính lượng nhiệt trao đổi giữa hai vật biết độ đen qui dẫn của hai vật lần lượt là 0.4 và 0.5 và nhiệt độ của vật 1 là 300C và của vật hai là 150C Giải Do là hai vật bọc nhau nên có thể tính độ đen theo công thức Nhiệt lượng mà hai vật trao đổi là: Đối với cả hai bài tập này có một chương trình chung bận có thể nhập dòng lệnh sau đó cho chạy giải bằng trong Mathlab: function BT2 t1=input('nhiet do cua vat 1: '); t2=input('nhiet do cua vat 2: '); e1= input('do den qui dan cua vat 1: '); e2=input('do den qui dan cua vat 2: '); color=input('hai cat co mau: '); set=input('hai vat duoc dat nhu the nao: '); T1=t1+273; T2=t2+273; E = radiation(color,set,e1,e2,T1,T2); disp('-----------------------------'); disp('nhiet luong trao doi cua hai vat la: '); Q=E Với bài 1 ta chạy chương trình và cho kết quả như sau: >> BT2 nhiet do cua vat 1: 527 nhiet do cua vat 2: 27 do den qui dan cua vat 1: 0.8 do den qui dan cua vat 2: 0.6 hai cat co mau: 'black' hai vat duoc dat nhu the nao: 'songsong' eqd = 0.5217 E = 1.1877e+004 ----------------------------- nhiet luong trao doi cua hai vat la: Q = 1.1877e+004 Với bài tập hai ta có chạy cùng chương trình đó nhưng nhập điều kiện khác vào ta thu được kết quả như sau: >> BT2 nhiet do cua vat 1: 30 nhiet do cua vat 2: 15 do den qui dan cua vat 1: 0.4 do den qui dan cua vat 2: 0.5 hai cat co mau: 'black' hai vat duoc dat nhu the nao: 'bocnhau' vat 1 co hinh: 'cube' nhap gia tri cua canh hinh lap phuong: 0.005 vat 2 co hinh: 'cube' nhap gia tri cua canh hinh lap phuong: 0.2 eqd = 0.3999 ----------------------------- nhiet luong trao doi cua hai vat la: Q = 0.0053 2.2. Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt 2.2.1 Tóm tắt lí thuyết Truyền nhiệt Truyền nhiệt qua vách phẳng q = k(t11 – t12) W/m2 hệ số truyền nhiệt của vách phẳng n lớp W/m2K t 11, t12 nhiệt độ của môi chất nóng và lạnh α1 ,α2 hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt đến môi chất W/m2 K δi, λi chiều dài và hệ số dẫn nhiệt của lớp thứ i truyền nhiệt qua vách trụ ql = kl (t11 – t12) W/m W/mK Trong đó kl là hệ số truyền nhiệt qua vách trụ n lớp thiết bị trao đổi nhiệt các phương trình cơ bản tính toán thiết bị trao đổi nhiệt loại vách ngăn phương trình truyền nhiệt Q = kFΔt W Trong đó Q là lượng nhiệt trao đổi giữa hai môi chất, W F diện tích bề mặt trao đổi nhiệt , m2 k là hệ số truyền nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt W/m2K Δt độ chênh lệch nhiệt độ trung bình phương trình cân bằng nhiệt Q = G1Cp1(t1’ – t1”) = G2Cp2(t2’ – t2”) W Chỉ số 1 la của chất lỏng nóng còn chỉ số 2 là của chất lỏng lạnh Các kí hiệu “ ‘ “ các thông số đi vào thiết bị Các kí hiệu “ “ “ các thông số đi ra thiết bị G lưu lượng kg/s G = Vρ V là lưu lượng thể tích m3/s ρ là khối lương riêng của chất lỏng kg/m3 Cp nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp J/kgK Q = W1 δt1 = W2 δt2 ,W1 = G1Cp1; W2 = G2Cp2 độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit của thiết bị cùng chiều và ngược chiều Đối với chất lỏng song song cùng chiều Δt1 = t1’ – t2’ Δt2 = t1’’ – t2” Đối với các chất lỏng song song ngược chiều Δt1 = t1’ – t2’’ Δt2 = t1’’ - t2’ 2.2. xác định diện tích bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt F = 2.1.2. Ví dụ 3. Vách phẳng hai lớp chúng đều có chiều dày là 0.25m hế số dẫn nhiệt của hai lớp lần lượt là 0.348 W/mK và 0.695 W/mK hệ số tỏa nhiệt tương ứng của chúng là 34.8 W/m2K và 11.6W/m2K nhiệt độ lớp trong cùng là 13000C nhiệt độ của lớp ngoài cùng là 300C. tính mật độ dòng nhiệt Lời giải Ta có do vách là vách phẳng nên ta dùng côn thức sau tính hệ số tỏa nhiệt của hệ W/m2K Mật độ dòng nhiệt Q = kΔt=0.838(1300 – 30)=1064 W/m2 4. một ống dẫn hơi làm bằng thép đường kính là 200/216 mm. hệ số dẫn nhiệt bằng 46W/mK. Được bọc bằng một lớp bảo cách nhiệt dày 120 mm có hệ số dẫn nhiệt là 0.116W/mK. Nhiệt độ hơi bằng 3000C. hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt trong tới không khí là 116W/m2K và hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt ngoài tới không khí xung quanh là 10 W/m2K. xác định mật độ dòng nhiệt Giải Do là vách trụ nên áp dụng phương trình sau: d 3 = d2 +2δ=216+2.0.12=0.456(m) (W/mK) Q=kΔt=0.9*(300-25)=247.5(W/m) Với cả hai bài này ta có một chương trình chung nhập dòng lệnh sau đó cho chạy trên mathlab ta sẽ có kết quả của cả hai bài tập Giải bằng Mathlab function BT3 t1=input('nhiet do cua lop trong cung: '); t2=input('nhiet do cua lop ngoai cung: '); lamda=input('nhap duoi dang ma tran he so dan nhiet cua cac lop: '); a1=input('nhap he so toa nhiet cua lop trong cung: '); a2=input('nhap he so tao nhiet cua lop ngoai cung: '); delta=input('nhap duoi dang ma tran gia tri cua chieu day cac lop: '); vach=input('loai vach ma nhiet truyen qua: '); k=heat(vach,t1,t2,a1,a2,lamda,delta) disp('--------------------------------') disp('nhiet truyen qua vach la: ') Q=k*(t1-t2) Với BT3 cho chạy thu được kết quả sau : BT3 >> BT3 nhiet do cua lop trong cung: 1300 nhiet do cua lop ngoai cung: 30 nhap duoi dang ma tran he so dan nhiet cua cac lop: [0.348 0.695] nhap he so toa nhiet cua lop trong cung: 34.8 nhap he so tao nhiet cua lop ngoai cung: 11.6 nhap duoi dang ma tran gia tri cua chieu day cac lop: [0.25 0.25] loai vach ma nhiet truyen qua: 'phang' q = 1.0645e+003 Với BT4 có kết quả như sau >>BT3 nhiet do cua lop trong cung: 300 nhiet do cua lop ngoai cung: 25 nhap duoi dang ma tran he so dan nhiet cua cac lop: [216 0.116] nhap he so toa nhiet cua lop trong cung: 116 nhap he so tao nhiet cua lop ngoai cung: 10 nhap duoi dang ma tran gia tri cua chieu day cac lop: [0.008 0.12] loai vach ma nhiet truyen qua: 'tru' nhap gia tri cua duong kinh ong trong cung: 0.2 k = 0.9019 -------------------------------- nhiet truyen qua vach la: Q = 248.0206 5. Trong một thiết bị trao đổi nhiệt cần làm nguội 275Kg/h chất lỏng từ 1200C tới 500C chất lỏng nóng có nhiệt dung riêng 3.04 kJ/kgK chất lỏng lạnh có lưu lượng 1000kg/h nhiệt độ vào thiết bị là 100 nhiệt dung riêng C2 =4.18 kJ/KgK. Biết hệ số truyền nhiệt thiết bị là k=1160W/m2K. tính diện tích của truyền nhiệt của thiết bị trong các trường hợp : chất lỏng chuyển động song song cùng chiểu chất lỏng chuyên động song song ngược chiều Lời giải nhiệt lượng do chất lỏng nóng thải ra Q= G1C1Δt’= 275/3600.3.04.10-3.(120 – 50) = 16255.5 W Nhiệt độ của chất lỏng lạnh ra được xác định từ pt cân bằng nhiệt Độ chênh lệch nhiệt độ song song cùng chiều Δt1 = t1’ – t2’ = 120 – 10 = 110 Δt2 = t1” – t2” = 50 – 24 =26 Diện tích F=m2 song song ngược chiều Δt1 = t1’ – t2” = 120-24 = 96 Δt2 = t1” – t2’ = 50 – 10 =40 Diện tích F=m2 Giải bằng Mathlab function BT4 G1=input('nhap luu luong cua dong nong: '); G2=input('nhap luu luong cua dong lanh: '); tnv=input('nhap nhiet do ban dau cua dong nong: '); tnr=input('nhap nhiet do di ra cua dong nong: '); tlv=input('nhap nhiet do ban dau cua dong lanh: '); tlr=input('nhap nhiet do dong lanh di ra: '); c1=input('nhap nhiet dung rieng dang ap cua dong nong cua: '); c2=input('nhap nhiet dung rieng dang ap cua dong lanh: '); k=input('he so truyen nhiet cua chat long: '); moving=input('hai dong chuyen dong ra sao: '); deltatn=(tnv-tnr); Q=heatquatity(c1,G1,deltatn); x=heatbalance(G1,G2,c1,c2,tnv,tnr,tlv,tlr); t=average(moving,tnv,tnr,tlv,x); disp('---------------------------'); disp('dien tich be mat truyen nhiet la: '); F=surface(Q,k,t) Kết quả thu được là: >>BT4 nhap luu luong cua dong nong: 275/3600 nhap luu luong cua dong lanh: 1000/3600 nhap nhiet do ban dau cua dong nong: 120 nhap nhiet do di ra cua dong nong: 50 nhap nhiet do ban dau cua dong lanh: 10 nhap nhiet do dong lanh di ra: 'no' nhap nhiet dung rieng dang ap cua dong nong cua: 3.04e3 nhap nhiet dung rieng dang ap cua dong lanh: 4.18e3 he so truyen nhiet cua chat long: 1160 hai dong chuyen dong ra sao: 'comoving' Q = 1.6256e+004 nhiet do cua lop chat long lanh di ra la: x = 24 t = 58.2369 --------------------------- dien tich be mat truyen nhiet la: F = 0.2406 Với phần b kết quả là chú ý khi nhập thay đổi hai dòng chuyển dộng ra sao nhập ‘reverse’(ngược chiểu) >> BT4 nhap luu luong cua dong nong: 275/3600 nhap luu luong cua dong lanh: 1000/3600 nhap nhiet do ban dau cua dong nong: 120 nhap nhiet do di ra cua dong nong: 50 nhap nhiet do ban dau cua dong lanh: 10 nhap nhiet do dong lanh di ra: 'no' nhap nhiet dung rieng dang ap cua dong nong cua: 3.04e3 nhap nhiet dung rieng dang ap cua dong lanh: 4.18e3 he so truyen nhiet cua chat long: 1160 hai dong chuyen dong ra sao: 'reverse' Q = 1.6256e+004 nhiet do cua lop chat long lanh di ra la: x = 24 t = 63.9657 --------------------------- dien tich be mat truyen nhiet la: F = 0.2191 Chương 3: Kỹ thuật tách chất Tách chất là một trong những giai đoạn rất quan trọng trong quy trình công nghệ hóa học. Dựa vào các đặc tính hóa lí khác nhau của các chất mà người ta tách riêng các chất ra khỏi hỗn hợp. Trong thực tế có rất nhiều phương pháp được sử dụng, một trong số đó là phương pháp chưng cất dựa vào sự phân biệt nhau về nhiệt độ sôi của các cấu tử trong hỗn hợp lỏng cần tách. 3.1 Cân bằng lỏng hơi 3.1.1 Tóm tắt lý thuyết -) Định luật Raoult’s: (3.1) -) Định luật Dalton (3.2) -) Kết hợp hai định luật trên cho hệ hai cấu tử ta có: (3.3) -) Định luật Antoine: (3.4) -) Bay hơi đẳng nhiệt: (3.5) (3.6) => Hay : (3.7) Đối với dòng chảy: F = V + L với từng thành phần thì: (3.8) Hay (3.9) (3.10) Trong đó : : áp suất hơi riêng phần của cấu tử i : phần mol của cấu tử I trong hỗn hợp : áp suất hơi bão hòa của cấu tử i ở trạng thái nguyên chất P: áp suất hơi bão hòa của hệ A,B,C : các hằng số : nhiệt độ () : Phần mol của nguyên liệu vào F: Tổng lưu lượng mol V: Lưu lượng mol của pha hơi L: Lưu lượng mol của pha lỏng 3.1.2 Ví dụ 1. Cho các hằng số của phương trình Antoine Với benzen: k1 = 6.90565 k2 = 1211.033 k3 = 220.79 Với toluen: k1 = 6.95334 k2 = 1343.943 k3 = 219.377 Trong đó (mm Hg) Xác định thành phần pha hơi trong hỗn hợp (benzene và toluene) biết rằng thành phần của chúng trong pha lỏng là 0.5 benzen và 0.5 toluen ở 65. Hỗn hợp được bay hơi ở áp suất 1atm. Lời giải Áp dụng phương trình (3.4) Cho Benzen: = 465.75 mm Hg hay 62.10 kN/m2 Cho Toluen : = 168.82 mm Hg hay 22.5 kN/m2 => = (0.50 62.10) = 31.05 kN/m2 = (0.50 22.51) = 11.255 kN/m2 P = kN/m2 Sử dụng phương trình (3.2): = (31.05/42.305) = 0.734 Và: y = (11.255/42.305) = 0.266 2. Cho một hỗn hợp lỏng ở 46.25 và 4.8253 Bar có thành phần dòng vào như trong bảng 3.1. Tính thành phần mỗi chất trong pha lỏng () và thành phần trong pha hơi (). Bảng 3.1:Thành phần phần mol và giá trị cân bằng lỏng hơi của các cấu tử Cấu tử Phần mol() Giá trị cân bằng pha() Propan 0.1 6.8 n-butan 0.3 2.2 n-pentan 0.4 0.8 n-octan 0.2 0.052 lời giải Kết hợp phương trình (3.7) và phương trình (3.10) ta có: Thay số: Thay số vào (5.5) và (5.10) ta có bảng giá trị Bảng 3.2 Kết quả Cấu tử Thành phần pha lỏng() Thành phần pha hơi() Propan 0.028 0.196 n-butan 0.1985 0.4368 n-pentan 0.4372 0.3498 n-octan 0.3354 0.0174 Giải bằng Matlab Khởi động Matlab rồi gõ >>edit Màn hình sẽ hiện lên cửa sổ soạn thảo Với ví dụ 1 chúng ta có thể dùng code như sau: function bt1 k1 = input('cac hang trong phuong trinh Antoine cho chat thu nhat:'); %phải nhập dưới dạng ma trận k2 = input('cac hang trong phuong trinh Antoine cho chat thu hai:'); %phải nhập dưới dạng ma trận t = input('Nhiet do cua he(do C):'); %nhiệt độ phải đổi ra độ C p1 = 10^antoine(k1,t); p2 = 10^antoine(k2,t); p = p1 + p2; y1 = p1/p; y2 = p2/p; disp('-----------------------------------------------') fprintf('Thanh phan cua chat thu nhat trong pha hoi la:y1 = %f(%%)\n',y1*100) fprintf('Thanh phan cua chat thu hai trong pha hoi la:y2 = %f(%%)\n',y2*100) chúng ta lưu file với tên ‘ bt1.m ’ tuy nhiên muốn cho chương trình có thể chạy được thì chúng ta phải có hàm ‘antoine.m’. Chú ý: Cả hàm ‘antoine.m’ lẫn file ‘bt1.m’ đều phải nằm trong Current directory. code: function y = antoine(k,t) y = k(1)-(k(2)/(k(3)+t)); return Để giải ví dụ 1, từ cửa sổ CommandWindow của Matlab gõ lệnh >>bt1 cac hang trong phuong trinh Antoine cho chat thu nhat:[6.90565,1211.033 ,220.79] cac hang trong phuong trinh Antoine cho chat thu hai:[6.95334, 1343.943, 219.377] Nhiet do cua he(do C):65 ----------------------------------------------- Thanh phan cua chat thu nhat trong pha hoi la:y1 = 73.396546(%) Thanh phan cua chat thu hai trong pha hoi la:y2 = 26.603454(%) Với ví dụ 2 chúng ta có thể gõ code như sau: function bt2 global z K z = input('phan mol cua nguyen vao (zi) la:'); %cho thành phần mol của các cấu tử trong hỗn hợp vào dưới dạng %ma trận K = input('Gia tri can bang pha (Ki) là:'); %cho giá trị cân bằng pha của các cấu tử đó dưới dạng ma trận disp('---------------------------------------') v = fzero(@vpequil,0.2); %hàm vpequil(v) có thể tìm hiểu trong 7.5.9 n = length(z); for i = 1:n x(i) = z(i)/((K(i)-1)*v+1); y(i) = K(i)*x(i) ; end %cho kết quả phần mol của các cấu tử trong pha lỏng disp('thanh phan mol cac chat trong pha long la:') x %cho kết quả phần mol của các cấu tử trong pha hơi disp('thanh phan mol cac chat trong pha hoi la:') y chúng ta lưu file với tên ‘ bt2.m ’ cũng giống như ví dụ 1, muốn cho chương trình có thể chạy được thì chúng ta phải có hàm ‘vpequil.m’ code: function y=vpequil(v) global z K sum=0; n = length(K); for i=1:n tu = (K(i)-1)*z(i); mau= 1+(K(i)-1)*v; sum = sum +

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docKỹ thuật tính toán trong công nghệ hóa học.doc
Tài liệu liên quan