›
›

Bài giảng Tin học trong công nghệ hóa học – thực phẩm - Chương: Giải bài toán cân bằng vật chất – năng lượng - Trịnh Văn Dũng

Download
ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH  
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA  
___o0o___  
TIN HỌC TRONG CÔNG NGHỆ  
HÓA HỌC – THỰC PHẨM  
(Computer for Chem. and Food Engineering)  
PGS. TS. TRÒNH VAÊN DUÕNG  
BOÄ MOÂN: QUAÙ TRÌNH VAØ THIEÁT BÒ COÂNG NGHEÄ  
HOÙA – THÖÏC PHAÅM – SINH HỌC  
GIAÛI BAØI TOAÙN  
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG  
1- Ñaët vaán ñeà  
ë á à  
2- Thöïc hieän baèng MT (Excel)  
ï ä è  
3- ÖÙng duïng trong Coâng ngheä Hoùa – Thöïc phaåm – Sinh hoïc  
ä ù  
Ù
ï
â
ï
å
ï
4- Baøi taäp  
ø ä  
1- Ñaët vaán ñeà  
ë á à  
•Caùc quaù trình vaø thieát bò  
coâng ngheä Hoaù-TP-SH  
• Moâ hình vaät lyù  
• Thí nghieäm môùi  
•Thay ñoåi yù töôûng  
vaø coâng thöùc  
•Moâ hình toaùn hoïc  
Soá lieäu thöïc nghieäm  
Sai  
• So saùnh  
• Ñuùng  
Thông số công nghệ  
= f()  
•Söû duïng cho tính toaùn, phaân  
tích, thieát keá … vaø ñieàu khieån  
GIAÛI BAØI TOAÙN  
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG  
1- Ñaët vaán ñeà  
ë á à  
Caân baèng vaät chaát – naêng löôïng caàn giaûi quyeát tröôùc tieân khi giaûi  
â è ä á à û ù â  
ê
ï
á
û
baøi toaùn coâng ngheä: Hoùa – Thöïc phaåm – Sinh học  
ø ù â ä ù  
ï
å
Thiết lập cân bằng vật chất và năng lượng:  
- Những quá trình  
- Thiết bị công nghệ  
Trong các thiết bị này: Tác nhân sản phẩm  
được kết nối: trao đổi nhiệt  
phân riêng  
truyền khối  
bơm tuần hoàn …  
tạo thành một hệ thống  
GIAÛI BAØI TOAÙN  
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG  
1- Ñaët vaán ñeà  
ë á à  
Để tính toán thiết bị phản ứng:  
• Lựa chọn dạng và kết cấu thiết bị;  
• Thiết lập cân bằng vật chất;  
• Chọn phương pháp cấp và tách nhiệt rồi thiết lập cân bằng nhiệt;  
• Xác định thể tích vùng phản ứng và của thiết bị;  
GIAÛI BAØI TOAÙN  
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG  
1- Ñaët vaán ñeà  
ë á à  
Cô sôû ñeå thieát laäp caân baèng vaät chaát: ñònh luaät baûo toaøn vaät chaát.  
nmy j  
Pha y  
nS yi  
n
n
R j  
Vi   
Pha x  
nS xi  
nmx j  
n n n n  
     
V i  
Si  
R j  
Ci  
GIAÛI BAØI TOAÙN  
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG  
nmy j  
Pha y  
nS yi  
1- Ñaët vaán ñeà  
ë á à  
n
n
R j  
Vi   
Pha x  
nS xi  
nmx j  
Caân baèng vaät chaát – naêng löôïng coù theå ñöôïc thieát laäp:  
Cho töøng nguyeân toá hoùa hoïc, moãi nhoùm chöùc, goác töï do  
Cho moãi caáu töû hay taát caû caùc caáu töû;  
Cho töøng pha hoaëc cho taát caû caùc pha;  
Cho moät ñoaïn cuûa thieát bò hay caû thieát bò;  
Cho moät hoaëc moät cuïm thieát bò;  
Cho moät phaân xöôûng, moät nhaø maùy, moät ngaønh …  
Cô sôû ñeå thieát laäp caân baèng vaät chaát laø ñònh luaät baûo toaøn vaät chaát.  
Ñaây thöôøng laø moät heä phöông trình tuyeán tính  
ø ø ä ä  
â
á
GIAÛI BAØI TOAÙN  
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG  
1- Ñaët vaán ñeà  
ë á à  
Baøi toaùn 1: Phaân tích moät hoãn hôïp phaûn öùng cho thaáy goàm 7 caáu  
töû: ZnCl2, BaS, Na2SO4, ZnS, BaCl2, NaCl, BaSO4.  
Haõy thaønh laäp phöông trình tyû löôïng cuûa caùc phaûn öùng trong thieát  
bò?  
Baøi toaùn 2: Khảo sát phản ứng giữa C và O trong điều kiện thiếu  
oxy:  
a) Xác định số phản ứng độc lập?  
b) Chọn cấu tử đặc trưng?  
GIAÛI BAØI TOAÙN  
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG  
1- Ñaët vaán ñeà  
ë á à  
Baøi toaùn 1: Phaân tích moät hoãn hôïp phaûn öùng cho thaáy goàm 7 caáu  
töû: ZnCl2, BaS, Na2SO4, ZnS, BaCl2, NaCl, BaSO4.  
Haõy thaønh laäp phöông trình tyû löôïng cuûa caùc phaûn öùng trong thieát  
bò?  
GIAÛI BAØI TOAÙN  
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG  
Phöông trình tyû löôïng:  
1- Ñaët vaán ñeà  
ë á à  
a1A1 + a2A2 + … + aiAi ⇌ b1B1 + b2B2 + … + bjBj  
a1A1 + a2A2 + … + aiAi + b1B1 + b2B2 + … + bjBj = 0  
v1ZnCl2 + v2BaS + v3Na2SO4 + v4 ZnS + v5BaCl2 + v6NaCl + v7BaSO4 = 0  
Trong ñoù: vi (i = 1, 7) heä soá cuûa  
phöông trình tyû löôïng caàn tìm.  
ZnCl2, BaS, Na2SO4, ZnS,  
BaCl2, NaCl, BaSO4  
GIAÛI BAØI TOAÙN  
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG  
Phöông trình tyû löôïng:  
1- Ñaët vaán ñeà  
ë á à  
v1ZnCl2 + v2BaS + v3Na2SO4 + v4 ZnS + v5BaCl2 + v6NaCl + v7BaSO4 = 0  
Thieát laäp phöông trình caân baèng vaät chaát  
Chaát  
BaS  
x2  
0
ZnS  
x4  
1
NaCl  
ZnCl2  
Na2SO4  
BaCl2  
BaSO4  
Caân baèng theo  
Keõm (Zn)  
Clo (Cl)  
x1  
1
2
0
0
0
0
x3  
0
0
0
0
1
2
x5  
0
2
1
0
0
0
x6  
0
1
0
0
0
1
x7  
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
Bari (Ba)  
Sunfit (S)  
Sunfat (SO4)  
Natri (Na)  
0
0
GIAÛI BAØI TOAÙN  
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG  
1- Ñaët vaán ñeà  
ë á à  
Baøi toaùn 2: Khảo sát quá trình lên men theo sơ đồ:  
C3H4O3 + NADH + H+ ⇌ C3H6O3 + NAD+  
Pyruvic  
Acid Lactic  
C3H4O3 + CoA-SH + NAD+ ⇌ CH3CO-S-CoA + CO2 + NADH + H+  
Pyruvic Acid Acetyl-CoA  
Cơ chất + Dinh dưỡng Nito + O2 Sản phẩm + CO2 + H2O  
Sản phẩm có thể: sản phẩm trao đổi chất  
sinh khối  
GIAÛI BAØI TOAÙN  
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG  
1- Ñaët vaán ñeà  
ë á à  
Baøi toaùn 2: Khảo sát quá trình lên men theo sơ đồ bên?  
Cơ chất + Dinh dưỡng Nito + O2 Sản phẩm + CO2 + H2O  
GIAÛI BAØI TOAÙN  
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG  
1- Ñaët vaán ñeà  
ë á à  
Baøi toaùn 2: Khảo sát phản ứng giữa C và O trong điều kiện thiếu  
oxy:  
a) Xác định số phản ứng độc lập?  
b) Chọn cấu tử đặc trưng?  
Caùc phaûn öùng coù theå xaûy ra:  
C + O2 CO2  
2C + O2 2CO  
C + CO2 2CO  
2CO + O2 2CO2  
(1)  
(2)  
(3)  
(4)  
GIAÛI BAØI TOAÙN  
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG  
C + O2 CO2  
(1)  
(2)  
(3)  
(4)  
1- Ñaët vaán ñeà  
ë á à  
2C + O2 2CO  
C + CO2 2CO  
2CO + O2 2CO2  
Chaát  
Ma traän heä soá tyû löôïng:  
CO2 CO C O2  
Phaûn öùng  
   
   
1
2
3
4
1
0
  
0
2
2
  
0
  
2
-2  
0
GIAÛI BAØI TOAÙN  
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG  
1- Ñaët vaán ñeà  
C + O2 CO2  
2C + O2 2CO  
C + CO2 2CO  
2CO + O2 2CO2  
(1)  
(2)  
(3)  
(4)  
ë á à  
Haïng cuûa ma traän:  
  
  
  
0
  
  
0
1
0
0
0
2
2
  
  
  
2
  
  
  
1
0
0
2
  
  
  
  
1
0
  
0
2
2
-2  
2
-2  
  
Caùc phaûn öùng ñoäc laäp:  
C + O2 CO2  
(1)  
(2)  
2C + O2 2CO  
GIAÛI BAØI TOAÙN  
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT – NAÊNG LÖÔÏNG  
1- Ñaët vaán ñeà  
ë á à  
Baøi toaùn 3: Khaûo saùt phaûn öùng Fisher – Trofsa?  
Tìm soá phaûn öùng ñoäc laäp?  
Caùc phaûn öùng:  
•
•
•
•
•
•
•
•
CO + 3H2 CH4 + H2O  
2CO + 2H2 CH4 + CO2  
3CH4 + CO C4H10 + H2O  
C4H10 + 2CO + 4H2 C6H14 + 2H2O  
2C6H14 + 2CO + 3H2 C14H30 + 2H2O  
2C14H30 + 8CO + 15H2 C36H74 + 8H2O  
2C4H10 + 2CO + 4H2 2C3,5H7OH + 3CH4  
3CH4 + 3CO + 4H2 C6H14 + 3H2O  
(1)  
(2)  
(3)  
(4)  
(5)  
(6)  
(7)  
(8)  
•
•
•
•
•
•
•
•
CO + 3H2 CH4 + H2O  
2CO + 2H2 CH4 + CO2  
3CH4 + CO C4H10 + H2O  
C4H10 + 2CO + 4H2 C6H14 + 2H2O  
2C6H14 + 2CO + 3H2 C14H30 + 2H2O  
2C14H30 + 8CO + 15H2 C36H74 + 8H2O  
2C4H10 + 2CO + 4H2 2C3,5H7OH + 3CH4  
3CH4 + 3CO + 4H2 C6H14 + 3H2O  
(1)  
(2)  
(3)  
(4)  
(5)  
(6)  
(7)  
(8)  
1 0 0 0 0 0 0 1  
1 0 0 0 0 0 1 0  
1 0 0 0 0 0 1  
1 0 0 0 0 2  
1 0 0 0 2  
1 0 0 8  
0 0 0 2 0 0  
0 1 0 0 0 0 3  
   
   
   
   
   
   
   
   
  
0
  
0 0  
0 0 0  
  
  
3
  
  
•
•
•
•
•
•
•
CO + 3H2 CH4 + H2O  
2CO + 2H2 CH4 + CO2  
3CH4 + CO C4H10 + H2O  
C4H10 + 2CO + 4H2 C6H14 + 2H2O  
2C6H14 + 2CO + 3H2 C14H30 + 2H2O  
2C14H30 + 8CO + 15H2 C36H74 + 8H2O  
2C4H10 + 2CO + 4H2 2C3,5H7OH + 3CH4  
3CH4 + 3CO + 4H2 C6H14 + 3H2O  
(1)  
(2)  
(3)  
(4)  
(5)  
(6)  
(7)  
(8)  
•
Haïng ma traän:  
1 0 0 0 0 0 0 1 -1 -3  
0 1 0 0 0 0 0 4 -4 -9  
0 0 1 0 0 0 0 6 -6 -13  
0 0 0 1 0 0 0 14 -14 -29  
0 0 0 0 1 0 0 36 -36 -73  
0 0 0 0 0 1 0 2,5 -35 -65  
0 0 0 0 0 0 1 -1 -1 1  
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0  
•
•
•
•
•
•
•
CO + 3H2 CH4 + H2O  
2CO + 2H2 CH4 + CO2  
3CH4 + CO C4H10 + H2O  
C4H10 + 2CO + 4H2 C6H14 + 2H2O  
2C6H14 + 2CO + 3H2 C14H30 + 2H2O  
2C14H30 + 8CO + 15H2 C36H74 + 8H2O  
2C4H10 + 2CO + 4H2 2C3,5H7OH + 3CH4  
3CH4 + 3CO + 4H2 C6H14 + 3H2O  
(1)  
(2)  
(3)  
(4)  
(5)  
(6)  
(7)  
(8)  
•
Haïng ma traän:  
1 0 0 0 0 0 0 1 1 3  
1 0 0 0 0 0 1 0 2 2  
3 1 0 0 0 0 0 1 1 0  
0 1 1 0 0 0 0 2 2 4  
0 0 2 1 0 0 0 2 2 3  
0 0 0 2 1 0 0 8 8 15  
3 2 0 0 0 2 0 0 2 4  
3 0 1 0 0 0 0 3 3 4  
A   
rank(A) 7  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 58 trang myanh 22920 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Tin học trong công nghệ hóa học – thực phẩm - Chương: Giải bài toán cân bằng vật chất – năng lượng - Trịnh Văn Dũng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_tin_hoc_trong_cong_nghe_hoa_hoc_thuc_pham_chuong_g.pdf