www.tinhgiac.com tieu luan mon dong hoc va nhiet dong hoc

www.tinhgiac.com tieu luan mon dong hoc va nhiet dong hoc tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài t...

T) BÀI TẬP 2: Lành TH TH TH TT HH HT TH TH TT HH Hà TH TH HH Trân 3

1) ĐẶT VẤN ĐÈ L -LLnLTnnTn TT TT TH TT TH TH TH TH KH HH TH 3 2)_ GIẢI QUYẾT VẬN ĐẺ: HT T TH TH TH HT Tu TT HT HT CHỊ 3

a) _ Tra các thông số cho bài t0ấn: c1 22 2E HS ng Hư nưệt 3 b) Cơ sở lý thuyết giải quyết vấn đề : - - TQ ST TS ST HH TH TH Hư 4

C) Giải quyết vấn đề : LH TH TT TH TH TH TH TH kg HH nưệt 4

d) Lập trình tính foán: - - Q ST nu nọ KH KH ki TK vi 7 e) Chay thik két qua .ccccccccccccccsscsecseccesseseeseessesceeseeceeseeseessusensenseaucansaseanceesensensanens 9 f) Phát triển bài toán đó cho trường hợp tông quát : . - 5 55 se + zeesersee 10 3) Phát triển mở rộng cho bài toán phản ứng bất kì, hệ nhiều phản ứng : 10 4) nhan xét va danh c0: 072 1 n 434Ầ 11 5) Kết luận về bài toán : LG 2c 11111 1111 21151511 E111 11T TK TH HH ưng 11

II) BÀI TẬP l: - (E1 1x SE1ExS KHYT SH T HT HT HT TT TH HT TH TH HT Tri 12 Một số khái niệm vềThiêt bị khuấy trộn lý tưởng liên tục - - n 2c rerered 12

2) Cấu tạo của CST LH TT TH HH TH ĐH HT HH TH TH TH Tà Hà 12

a) Cánh khUẤy: - c1 1 1E E 12011111 H1 H11 HH TT TH TH TT HH TH HH nh 12

b) V6 thiét .AÝ 21 3) Cân băng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị (ch ch 23

C))®-1:8.10:0 1,189 /HHăẳăảÁÁỶÃẮÃẮỶÃỶÃỶÃẮÝ 23

I))®-).8.ˆ1.:š.11:EHaiiiadađidaiaiđ4đ4ÝÝ 23

e) Cơ sở lí thuyết cho tính toán một số thông số thiết bị - tt tsrrrererrrrrred 24

4)Thiết bị khuấy trộn bằng nhau mắc nối tiếp - ¿L2 3E 3 E11 11 51251151511 EErrrrkrd 25

5) Cơ chế vận hành: - ¿(x11 SE TT TH HT TH TH HT HH HT HH Hư Ho 26

6) Đo đạc , kiỂm tra - LG 111111112511 11 1 511 511 511kg HH 27

7) Ưu điểm, nhược điỂm . - cv HY vn HH HT HT HH 28 8)Sửa chữa, bảo dưỡng : -. SS SH TT TT ki Ti x 29 9) so sánh các loại thiết bị phản ứng: - - - - 1 1121211211 11121 11H TH TH TH HH HH Hy HH 30

A)MỞ ĐẦU:

Bài tiểu luận môn động học và nhiệt động học nàygồm 2 phần:

Phan 1:

Nhập vào máy tính các thông số đầu vào của bài toán: nhiệt độ, nồng

độ ban đầu của các chất và máy tính sẽ cho ta biết các giá trị: entanpi, entropi, nang lugng tu do Gibb, xét xem hé c6 phan ứng hay không, tính phương vị phan ứng, nông độ của các cấu tử khi đạt trang thái cân bằng, tính toán độ chuyền hóa

Trong thời gian hạn hẹp để hoàn thành tiểu luận, không khó tránh khói những thiếu sót, nhầm lẫn, hỉ vọng sự giúp đỡ của thầy cô và các bạn làm bài tiểu luận được hoàn thiện hơn, có quy mô ứng dụng hơn Mọi sự góp ý về bài toán 2, lập trình tính toán vui lòng liên hệ Nguyễn Hồng Hải lọc hóa dầu ak55 Sự đóng góp của các bạn là cơ hội học tập tốt hơn của nhóm Cuối cing xin chan thành cảm ơn thay Lê Dinh Chiến và các bạn trong lớp học hóa dầu Ak55 đã giúp nhóm hoàn thành

tiều luận này

Phần 2:

Trình bày những hiểu biết cơ bản về thiết bị khuấy trộn liên tục như

vỏ thiết bị, cánh khuấy so sánh với các thiết bị khác có ưu điểm như thế nào

B) NỘI DUNG

D BÀI TẬP 2:

Nêu ra một bài toán, tính toán bài toán đó, giải thích tại sao lại chọn thông

số đầu vào đó Có thê lập trình tính toán

1) DAT VAN DE

Trong nông nghiệp, phân đam là rất cần thiết cho nhà nông Trong quá trình sản xuất phân đạm, xảy ra nhiều phản ứng khác nhau Trong đó có phản ứng sản xuất NHzđược đưa ra như sau:

Mạ +3H: = 2ÁNH (phản ứng xảy ra ở thê khí)

Bài toán đặt ra là nêu phản ứng trên ở nhiệt độ T thì phản ứng có xảy ra hay không Và nếu nó xảy ra thì tại điểm cân bằng, nồng độ các câu tử là bao nhiêu? Với nồng độ ban đầu của các chất là N›(a mol), H; (b mol), NH; (c mol) và nhiệt độ T được nhập từ bàn phím Trong bài toan nay coi cac khí là khí lý tưởng và phản ứng ở áp suất khí quyền

Bài toán này sẽ không cho bộ các số nhiệt độ T, a, b, c cụ thể, mà các số này tùy vào người nhập muốn nhập bộ số nào thì nhập vào máy tính Máy tính sẽ tính kết quả cho bạn đồng thời sẽ vạch ra hướng phát triển them cho bài toán ở trường hợp tông quát và các phản ứng khác phức tạp hơn, tông quát hơn

2) GIAI QUYET VAN DE:

a) Tra các thông số cho bài toán:

Entanpi chuẩn của các chất

Các thông số được tra trong sách bài tập hóa lý, tác giả Nguyễn văn Duệ,

Trân Hiệp Hải, Lâm Ngọc Thiềm, Nguyễn Thị Thụ, nhà xuất bản giáo dục

Việt Nam Trang 194-195 và trang 519-520

b) Cơ sở lý thuyết giải quyết vẫn đê :

Quan hệ giữa entanpi và nhiệt độ được biểu diễn theo công thức :

Năng lượng tự do của phản ứng ở nhiệt độ T :

AG<O0 : phương trình xảy ra theo chiều thuận

AG=o0 : Phương trình cân bằng cân bằng

AG>0 : phương trình xảy ra theo chiều ngược lại

Quan hệ giữa năng lượng tự do và hăng số cân bằng :

Trong điều kiện áp suất khí quyên, khí lý tưởng thì p=pọ và $=1

Giải phương trình (6) ta tìm được e Thay e vào công thức (Š) ta tính được nồng độ của các chất lúc cân bằng

Cc) Giải quyết vẫn đề :

N,+3H,0 2NH,

(tat ca đều ở thê khí)

Bài toán sẽ không có kết quả cụ thê, (vì nó được đưa vào máy tính, kết quả

sẽ chạy ở phân sau)

- Nhiệt dung riêng của phản ứng :

Ac, = 2C; NH, — 3C, — Cy,

=2.( 29,76 +25,45.10°T-1,66.10°.T*) - 3.( 27,54 -0,83.10°T + 2.10°T’) — 2 (27,83 +4,26.10°T)

= -50,93 +49,13.10”T-6.10 “TZ-3,32.10”.T” (J/K.mol)

-Entanpi của phan ứng :

AH2ss(phản ứng)=2.AH›o;(NHạ)=2.(-46 1 10)=-92220 (J/mol)

-Biêu diễn nồng độ phần mol của các cầu tử theo phương vị:

Số mol ban đầu của các cau tt:

N2(a mol), Ha( b mol), NHạ (c mol)

— JNg ạ — 2£ _ (e+ 2e) (ny - 22) (*)

Yun, (a-e )(b-3e) (a-#).(b-3e)’

nạ—2£ J \nạ—2£

Giải phương trình (*) ta tìm được phương vị e của phản ứng thay phương

vị e vào biêu thức nồng độ các chất lúc cân bằng ta tìm được nông độ các chất lúc cân bằng

- Tính độ chuyển hóa của phản ứng:

Giả sử a < b/3 =>N; hết trước độ chuyên hóa tính theo N¿:

- Nói thêm về phương pháp giải phương trình (*):

Có 4 phương pháp để giải phương trình (*): phương pháp lặp, phương pháp chia đôi, phương pháp newton, phương pháp thử nghiệm tuy nhiên phương pháp lặp và phương pháp newton khi các thông số a,b,c, T chưa biết

thì rất khó đê xác định các biểu thức đạo hàm có dấu thay đôi như thế nào,

mà nêu xác định được thì rất phức tạp nên không được trình bày ở đây Nên bài chỉ chọn 1 trong 2 phương phấp còn lại phương pháp thử nghiệm (thay từng số e vào để thử xem kết quả k nào gần với k nhất phương pháp này chỉ

có thê chạy trên máy tính mà thôi Nó có thể giải được cho hệ phản ứng gồm

nhiều phương trình, tuy nhiên sai số của ta không thê xác định được)

Phương pháp chia đôi chỉ thuận tiện khi chỉ xác định e cho hệ 1 phản ứng mà

thôi Khi gặp nhiều phản ứng thì phương pháp chia đôi không thê làm được

tuy nhiên với bài toán này thì chúng chọn phương pháp chia đôi là hiệu quả hơn Dưới đây là ví dụ về chương trình

d) Lap trinh tinh toan:

Private Sub Form_click()

Dim detalH!, detalS!, detalHO!, detalSO!, detalG!, k!, R!, T!, a!, b!, c!, epsilon!

Dim e!, yN2!, yH2!, yNH3!, x!, m!, ul, i!, jf, n!, f1!, f2!, f3!

R = 8.314: detalHO = -92220: detalSO = -198.9: e = Exp(1)

Print "chao mung ban den voi Nhom cua Nguyen Hong Hai, Nguyen Trong Hoang, Dang Tran Hung "

Print "moi thac mac ve bai toan, vui long lhe truong nhom:

a = InputBox("nhap so mol ban dau cua N2: ")

Loop Until a>0

Print "bai toan chi xet o ap suat khi quyen, khi ly tuong ”

Print "nhiet do, so mol N2, H2, NH la: " &"(&T&", "&a&", “&b&", 0,'&c

& "y"

detalH = -92220 - 50.93 * (T - 298) + 49.13 * (T * 2 - 298 * 2) / 2000 - 2* 10 * (-6) * (T 43-298 * 3) +3.32*10%5*(1/T-1/298)

detalS = -198.9 - 50.95 ” Log(T / 298) / Log(e) + 49.13 ” 10 ^ (-3) ” (T - 298) - 3” 10 ^ (-6) * (T4 2-298 *2)+166*10%5*(1/T42-1/298 * 2)

detalG = detalH - T * detalS

f1 =k-((¢ + 2*i)42* (n0-2*i)%2)/ ((a- i) * (b- 3 *i)% 3)

f3 = k-((c + 2 * epsilon) ^ 2 * (nO - 2 * epsilon) “ 2) / ((a - epsilon) * (b - 3 * epsilon) “ 3)

m=j-i

End If

Loop Until m < 0.0001

yN2 = (a - epsilon) / (nO - 2 * epsilon)

yH2 = (b - 3 * epsilon) / (nO - 2 * epsilon)

yNH3 = (c + 2 * epsilon) / (nO - 2 * epsilon)

Print "hang so can bang cua phan ung: " & Round(k, 15)

Print "phuong vi cua phan ung: " & Round(epsilon, 5)

Print "sai so cua epsilon: " & Round(m, 4)

Print "phan mol cua cac chat luc can bang: "

Print "YN2= " & 0 & yN2

Print "yH2=" & 0 & yH2

Print "yNH3= " & 0 & yNH3

Print "do chuyen hoa cua phan ung: " & 0 & u

End If

End Sub

e) Chạy thử kết quả

|chao mung ban den voi Nhom cua Nquyen Hong Hai, Nquyen Trong Hoang Dang Tran Hung

mai thac mac ve hai taan, vui lang Ihe truong nhom: nguyenhonghaidaukhibk 55@3gmail.com

bat taan chi xet o ap suat khi guyen, khi ly tuang

Inhiet do so molN2.H2,NH3la (350 2 7 0.1)

lentanpi cua phan ung o nhiet do 350; -94238.96 [Jmol]

entropi cua phan ung o nhiet do 350; -205,1521 (JK mol]

nang long tu do Gibb: -22435, 74 (J /moll

hang 0 can bang cua nhan tung: 2231.854

phuong vi cua phan ung: 1.86127

sal so cua epsilon: 0001

iphan mol cua cac chat luc can bang:

Hình 2.1 kết quả của quá trình tính toán trên ngôn ngữ visual basic

f) Phat trién bai toan đó cho trường hợp tong quat :

Bài toán trên tính toán trong điều kiện áp suất khí quyển nên ¿;=1 và p=po

Nên để tông quát hóa thì cần xét ở áp suất bất kì ở áp suất, nhiệt độ xét, ta tra

bảng tìm hệ số ở; rồi thay vào công thức :

Hướng giải quyết vẫn đề :

BI : tính các thông số entanpi, entropi ở điều kiện chuẩn, c; của các chất B2 : tinh Ac,, entropi, entanpi của các chất ở nhiệt độ T, sau đó tình năng lượng tự do Gibb, (các bước làm tương tự ở phần bài toán cụ thể ở trên) -xét xem hệ phản ứng có xảy ra hay không, nếu xảy ra tính hằng số cân bằng phản ứng theo quan hệ :

AG=-RTInk

B3 :lập các biểu thức nồng độ của các chất lúc cân băng :

10

For epsilon1=0 to a1 step 0.00001

For epsilon2=0 to a2 step 0.00001

là chỉ xét ở 1 điều kiện phản ứng cụ thê

2.bài toán là những ví dụ cơ bản trong tính toán

3.bài toán đã vạch ra hướng phát triển cho các trường hợp mở rộng, dựa

vào bài toán ví dụ, người dùng có thê phát triển thêm ở hệ khác

Nhược điểm :

Bài toán lập trình trên ngôn ngữ visual basic nên con nhiều hạn chết về

chương trình, đặc biệt là tính toán, sẽ khó nhìn hơn cho 1 số người không

rành về ngôn ngữ Ngoài ra các thông số c; còn tra ở dải rộng nên có ảnh hưởng đến kết quả tính toán Dễ hạn chế sai số này, bạn nên chia ra theo từng

giải nhiệt độ cụ thê

5) Kết luận về bài toán :

trong quá trình xây dựng bài toán, với thời gian còn hạn chế nên có thê còn

có sai sót Nên có thể làm hạn chế tính đúng hay cụ thể, tông quát của bài toán Nên em hi vọng thầy và các bạn góp ý bô sung để bài toán được cụ thê hơn, lập trình tính toán được tốt hơn Mọi ý kiến đóng góp về bài toán, lập trình liên hệ tac gia : nguyenhonghaidaukhibk55@gmail.com

11

II BÀI TẬP 1:

Giới thiệu thiết bị phản ứng khuấy trộn liên tục

1)Một số khái niệm vềThiêt bị khuấy trộn lý tưởng liên tục

-Thiết bị phản ứng liên tục là thiết bị mà các chất tham gia phản ứng được

đưa vào liên tục vào thiết bị và cũng được lây ra liên tục Sau thời gian khởi động thì thiết bị làm việc ở trạng thái ôn đinh (nồng độ, nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, vận tốc không thay đôi theo thời gian)

- Tất cả các tính toán về CSTR đều được xấp xi với các điều kiện lý tưởng Trong một lò phản ứng khuấy trộn hoàn hảo, nông độ ở đầu ra là đồng nhất, hoạt động với thời gian và tốc độ phản ứng Ổn định Nếu thời gian ôn

định là từ 5 đến 10 chu kỳ thì ta coi như đã đạt được yêu cầu kỹ thuật Các

thiết bị CSTR khi được sử dụng thường được đơn giản hóa các công thức tính toán kĩ thuật và có thê sử dụng để mô tả các nghiên cứu về phản ứng

ĩ Hid) Piha đất

Hinh 1.1 Thiết bị CSTR - Continuous-stirred tank reactor

2) Cau tao cla CSTR

-_ Câu tạo: Có câu tạo rất dơn giản, gồm có 2 tắm phăng gắn chặt vào trục thăng, trục quay nhờ bộ phận truyền động từ động cơ Dường kính của

mái chèo thường vào khoảng 0,7 đường kính của thiết bị

- Khả năng làm việc:

+ Nếu số vòng chất lỏng nhỏ thì chất lỏng sẽ chuyển động vòng tròn trên bề mặt nằm ngang trùng với mặt phẳng của cánh khuấy, và không có sự

+ Dòng chuyển động phụ làm tăng cường độ khuấy trộn, cường độ khuấy trộn càng tăng thì số vòng quay càng tăng, nhưng đồng thời năng lượng tiêu hao cũng tăng

- Ưuđiểm:

+ Dùng với thùng khuấy có kích thước lớn

+ Do mái trèo phát sinh ra dòng phản xạ nên có thê khuấy thê lỏng và thể rắn cho dù ở tốc độ thấp thích hợp

+ Có thê tạo ra dòng chảy tuần hoàn mạnh mẽ quay từ tốc độ trung bình đến tốc độ thấp thích hợp với việc phân tán, đồng nhất , phản ứng

- Nhược điểm :

+ Hiệu suất thấp

+ Không thích hợp với chất lỏng có bề dày lớn

+ Lực ma sát lớn, không thích hợp với dung dịch có độ nhớt cao (>1cP

ở 20C)

13

Hình 1.2: cánh khuấy mái chèo

=> cánh khuấy mái chèo thích hợp cho dung dịch có độ nhớt thấp

(trích từ thiết bị khuấy trộn của Đại Học công nghệ Đồng Nai)

a.2) Cánh khuấy chân vịt ( chong chóng )

- Phân loại : Có 2 loại

+ Ban 2 cánh dạng chong chóng

14