Phần mềm mô phỏng Materials Studio Phần mềm Materials Studio của hãng Acelerys là một phần mềm ứng dụng mô phỏng và mô hình hóa toàn diện được thiết kế cho các nhà hóa học và nghiên cứu vật liệu R & D cũng như phát triển dược phẩm. Materials Studio làm giảm thời gian cần thiết để giải quyết các tính toán phức tạp về: * Công nghiệp-ứng dụng môi trường đồ họa người dùng * Ứng dụng kỹ thuật mô phỏng lượng tử và nguyên tử * Công cụ thống kê mạnh nhằm xác định cấu trúc và các mối quan hệ liên quan Materials Studio cung cấp một bộ toàn diện các ứng dụng khoa học cho mô hình hóa cấu trúc tinh thể và các quá trình kết tinh; cho phép dự đoán tính chất của các phân tử, polyme, chất xúc tác, và các vật liệu khác; và cho sự phát triển của cấu trúc và các tác động liên quan. Với Materials Studio bạn có thể: * Giảm bớt số lượng các thí nghiệm tốn kém và thường dài để đưa ra một sản phẩm ra thị trường * Giảm thiểu thời gian cần thiết để thiết lập và giải quyết các tính toán phức tạp * Giúp đưa ra các quyết định đúng đắn trong nghiên cứu trên một phạm vi rộng bao gồm các chất xúc tác, polyme, hóa chất đặc biệt, vật liệu tiên tiến và phát triển thuốc. Với phiên bản mới nhất 5.0 yêu cầu cấu hình máy tính phải đủ mạnh. Thiết kế hệ thống tháp chưng cất bằng Pro/II Pro II là phần mềm tính toán chuyên dụng trong các lĩnh vực công nghệ hóa học nói chung, đặc biệt là trong lĩnh vực lọc hóa dầu, polymer, hóa dược… Đây là phần mềm tính toán rất chính xác các quá trình chưng cất. Pro II là sản phẩm của SIMSCI, được hình thành năm 1967 và được sử dụng chính thức vào năm 1988. Phiên bản mới nhất hiện nay là Pro II 8.1. Pro II vận hành theo các modul liên tiếp, mỗi thiết bị được tính riêng lẽ và lần lượt tính cho từng thiết bị. Nó bao gồm các nguồn dữ liệu phong phú : thư viện các cấu tử hóa học, các phương pháp xác định các tính chất nhiệt động, trợ giúp rất mạnh trong việc tính toán các thiết bị trong sơ đồ công nghệ. Pro II là công cụ mô phỏng tĩnh, được sử dụng nhằm 2 mục đích chính : § Thiết kế một phân xưởng mới (Sizing) § Mô phỏng một phân xưởng đã được xây dựng trong thực tế để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự vận hành của nó (Rating) như : thay đổi nguồn nguyên liệu, điều kiện vận hành hoặc tiêu chuẩn kỹ thuật của sản phẩm Thiết kế hệ thống tháp chưng cất mâm chóp để chưng cất hỗn hợp Benzene – Toluen có năng suất nhập liệu 0,5 m 3 /h; Nồng độ nhập liệu 40% mol bezene; Nồng độ sản phẩm đỉnh: 90% mol bezene; Nồng độ sản phẩm đáy: 10% mol bezene. I/ Xác định số đĩa lý thuyết Bước 1: Nhập thông tin mô tả vấn đề Thông tin ở phần này thì mỗi người tự ghi, làm sao cho dễ nhớ và mô tả được vấn đề đang làm. Bước 2: Nhập các cấu tử trong hệ Trong bài là: bezene và toluen. Bước 3: Nhập mô hình nhiệt động Tùy thuộc vào từng bài toán cụ thể mà ta sẽ chọn mô hình nhiệt động thích hợp. Ở đây chọn mô hình NRTL để làm ví dụ. Bước 4: Vẽ lưu đồ quá trình Ta sẽ tiến hành vẽ thiết bị shortcut (để phục vụ cho việc tính tóan số đĩa lý thuyết) và bổ sung các dòng (stream) vào lưu đồ như hình vẽ. Bước 5: Nhập thông số cho dòng nhập liệu (tính chất của dòng nhập liệu) Tuần tự nhập các thông số cần thiết cho dòng nhập liệu như sau: Nhập các thông số nhiệt độ và áp suất Nhập nồng độ và lưu lượng dòng nhập liệu Bước 6: Nhập các thông số cho thiết bị shortcut Bước 7: Chạy phân tích kết quả Sau khi đã nhập đầy đủ các dữ kiện cần thiết, ta nhấn vào nút run (mũi tên tam giác) để chương trình phân tích các dữ kiện vừa đưa vào. Nếu bài tóan hội tụ thì lưu đồ sẽ tòan màu xanh dương như hình sau: Tương tự như vậy, ta thay đổi dữ kiện bài tóan để có được bảng sau: Vẽ đồ thị liên hệ giữa N(R+1) và R. Từ đó ta chọn ra tỷ số hồi lưu thích hợp ứng với N(R+1) –> min. Theo đồ thị, ta chọn R/Rmin = 2. Và số đĩa lý thuyết tương ứng là 8 đĩa, vị trí mâm nhập liệu là mâm số 4. II/ Tính tóan sơ bộ tháp chưng cất Thay thế shortcut bằng thiết bị chưng cất như hình vẽ với số đĩa lý thuyết là 8 đĩa và vị trí mâm nhập liệu là 4. Nhập ví trí đĩa nhập liệu vào và lượng sản phẩm đỉnh đi ra (dự đóan để làm giá trị khởi tạo ban đầu cho pro/ii tính tóan mà thôi) Nhập các specification tương tự như trong thiết bị shortcut Nhập đầy đủ các thông số còn thiếu của thiết bị chưng cất vào và bắt đầu chạy chương trình. Ta được các kết quả như sau: Trích dẫn ———- NET FLOW RATES ———– HEATER TRAY TEMP PRESSURE LIQUID VAPOR FEED PRODUCT DUTIES DEG C KG/CM2 KG-MOL/HR M*WATT —— ——- ——– ——– ——– ——— ——— ———— 1C 81.2 1.00 5.5 1.9L -0.0645 2 84.0 1.00 5.4 7.4 3 87.7 1.00 5.3 7.3 4 91.8 1.00 5.2 7.2 5 95.1 1.00 11.7 7.1 5.1L 6 98.5 1.00 11.6 8.5 7 102.0 1.00 11.6 8.4 8R 105.1 1.00 8.4 3.2L 0.0784 TRAY SIZING RESULTS DESIGN NUMBER —– DOWNCOMER WIDTHS ——- SECTION TRAY DIAMETER NP OF VALVES SIDE CENTER OFF-CENTER NUMBER MM OR CAPS MM MM MM ——- —— ——– – ——— —— ——- ———- 1 4 610. 1 13 69.693 N/A N/A 2 5 762. 1 22 133.212 N/A N/A TRAY SELECTION FOR TRAY RATING BUBBLE CAP DIAMETER 101.6 MM BUBBLE CAP SPACING 25.4 MM TRAY RATING AT SELECTED DESIGN TRAYS PRES WEIR DOWNCOMER TRAY VAPOR LIQUID VLOAD DIAM FF NP DROP RATE BACKUP, PCT M3/S M3/S M3/S MM KG/CM2 CM3/S/MM TRAY SPACING —- —– ——- —– —- —- – —— ——– ———— 2 0.062 0.00015 0.004 610. 17.7 1 0.002 0.387 34.09 3 0.062 0.00015 0.004 610. 17.8 1 0.002 0.391 34.13 4 0.062 0.00015 0.004 610. 17.9 1 0.002 0.397 34.18 5 0.074 0.00035 0.004 762. 16.2 1 0.002 0.609 34.05 6 0.074 0.00036 0.004 762. 16.4 1 0.002 0.619 34.13 7 0.075 0.00036 0.004 762. 16.6 1 0.002 0.630 34.23 Như vậy là ta đã tính tóan lựa chọn đường kính tháp đoạn chưng và đoạn cất, số chóp trên một mâm, khỏang cách mâm, và nhiều thông số khác mà pro/ii tính tóan ra. Tuy nhiên, để xác định vị trí đĩa nhập liệu tối ưu, ta đưa thêm công cụ optimizer vào mô hình để thực hiện việc tính tóan vị trí đĩa nhập liệu thích hợp sao cho nhiệt cung cấp cho nồi đun là thấp nhất. Hình vẽ các thông số cần nhập vào cho optimizer Từ đó, chạy lại optimizer một lần nữa, ta sẽ có được vị trí đĩa nhập liệu tối ưu là: 5 Trích dẫn Optimizer ‘OP1′ ** BEST OBJECTIVE FUNCTION = 7.84142E-02 AT CYCLE NUMBER 4 VARY ——— VARIABLE ———- INDEX INITIAL VALUE OPTIMUM VALUE —– ————- ————- 1 4.00000E+00 4.98625E+00 III/ Bổ sung thiết bị hồi nhiệt và thiết bị gia nhiệt vào hệ thống Trong phần trước, ta đã xác định được vị trí mâm nhập liệu là mâm thứ 5 (từ trên đếm xuống). Vì vậy, trong lưu đồ ta thay đổi lại vị trí mâm nhập liệu. Dựa vào phân bố nhiệt độ trên mâm, ta có được nhiệt độ nhập liệu cần gia nhiệt là vào khoảng 95 – 96 độ C. Vẽ lưu đồ quy trình công nghệ như sau: Ta xác định nhiệt độ đầu ra của thiết bị gia nhiệt là 96 độ C. Nhiệt độ của dòng sản phẩm đáy sau khi ra khỏi nhiệt độ là 70 độ C. Sau đó, chạy kết quả phân tích ta sẽ được lượng nhiệt cần thiết cung cấp cho thiết bị gia nhiệt và lượng nhiệt trao đổi trong thiết bị hồi nhiệt và các thông số khác về tính chất của dòng. IV/ Tính tóan tối ưu quá trình Trong phần II, ta đã tính tóan vị trí đĩa nhập liệu dựa trên việc tối thiểu hóa chi phí nồi đun. Tuy nhiên, để quá trình thiết kế ra có tính kinh tế, đạt lợi nhuận cao, ta cần phải cân đối giữa chi phí cần tiêu hao cho quá trình và lợi nhuận thu được. Dựa vào đó, ta sẽ tính tóan tối ưu hóa quá trình với hàm mục tiêu là tối đa hóa lợi nhuận đạt được. Trong ví dụ này, ta coi như lợi nhuận đạt được = Thu nhập từ việc bán các sản phẩm thu được – chi phínăng lượng (chi phí nồi đun). Với: C1 = giá benzen = $4/gal. C2 = giá toluen = $3.62/gal. C3 = chi phí nồi đun = $10/kj năng lượng cung cấp Như vậy: PROFIT = C1*P(1) + C2*P(2) – C3*P(3)*3600/1000 Cách thiết lập các thông số cho caculator như sau: Thiết lập các parameter [...]... thú vị và làm nên sức mạnh của chính phƣơng pháp này là nó đƣợc dùng nhƣ một phƣơng pháp tính toán đa năng và ƣu việt: cho phép tính toán cho mọi quá trình hóa học khác nhau, từ các phản ứng trong công nghiệp đến các quá trình hóa sinh trong cơ thể sống Với sự phát triển của khoa học máy tính, cả phần cứng lẫn phần mềm, tƣơng lai của hóa học tính toán đang rất xán lạn Mục tiêu của hóa học tính toán cũng... trở lên Sự ra đời của cơ học lƣợng tử không chỉ khắc phục đƣợc nhiều khiếm khuyết của vật lý cổ điển trong việc nghiên cứu các hệ vi mô, mà còn mở ra một cách nhìn mới về bản chất của thế giới Lần đầu tiên, lƣỡng tính sóng - hạt, tức hai thuộc tính trái ngƣợc nhau của vật chất, đƣợc thừa nhận đồng tồn tại Sự chắc chắn của các phép đo và các định luật khoa học cũng chỉ mang tính thống kê Chính vì lẽ... trong phản ứng) Hóa học tính toán trả lời câu hỏi “Nhƣ thế nào?” Vì sao vậy? Vì chi tiết của việc chuyển đổi này thƣờng diễn ra nhanh nhƣ chớp, cỡ phần nghìn hoặc phần triệu giây Đây là quá trình liên quan trực tiếp đến sự trao đổi hoặc phân bố lại các điện tử của các chất tham gia phản ứng Sự trao đổi hay phân bố này diễn ra gần nhƣ tức thời, vì thế không có cách nào có thể quan sát đƣợc một cách chi... tử hay cổ điển? Sự phát triển của vật lý học đầu thế kỷ 20 đã tạo ra một ngành mới: vật lý lƣợng tử Đối tƣợng của vật lý lƣợng tử là các hệ vi mô, có thể coi gần đúng là các hệ có kích thƣớc cỡ phân tử, nguyên tử trở xuống Trƣớc đó, khoa học đƣợc thống trị bởi vật lý cổ điển, ứng dụng cho các hệ vĩ mô, tức hệ thống có kích thƣớc từ cỡ phân tử, nguyên tử trở lên Sự ra đời của cơ học lƣợng tử không chỉ... nhiệt động phù hợp thì ta có thể tham khảo trong các tài liệu đi kèm của chương trình mô phỏng hoặc các tài liệu khác có liên quan Một vấn đề mà ta không thể tính tóan được thông qua pro/ii đó là tính tóan kết cầu thiết bị (bề dày thiết bị, kết cấu ống chảy truyền, ống nhập liệu,…) và đây lại là phần khá quan trọng trong đồ án môn học của sinh viên Hóa học tính toán lên ngôi TTCT - Giải Nobel hóa học... nguyên lý của cơ học lƣợng tử để tính toán các vấn đề của hóa học, nhƣ: năng lƣợng liên kết hóa học, phản ứng hóa học Chính vật lý lƣợng tử đã đặt cơ sở cho ngành hóa học lƣợng tử trong suốt 75 năm qua Trƣớc đó, ngành hóa học tính toán đã sử dụng vật lý cổ điển để thực hiện các tính toán lý thuyết Tuy nhiên, các tính toán này chỉ dừng ở việc trả lời câu hỏi: “Cái gì?”, tức trạng thái đầu và cuối của phản... Levitt, sinh viên sau đại học của Đại học Cambridge đƣợc gửi qua Weizmann hợp tác nghiên cứu, cùng là sinh viên dƣới sự hƣớng dẫn của GS Shneior Lifson, đã phát triển một chƣơng trình tính toán đột phá, sử dụng vật lý cổ điển, có khả năng mô phỏng hầu hết các loại phân tử khác nhau, kể cả các đại phân tử trong các hệ sinh học Năm 1970, Arieh Warshel gia nhập phòng thí nghiệm của Karplus sau khi bảo vệ... luận án tiến sĩ và mang theo chƣơng trình tính toán của mình Kết hợp hai chƣơng trình tính toán này lại với nhau, Karplus và Warshel đã tiến hành những tính toán đầu tiên sử dụng chiến lƣợc kết hợp vật lý cổ điển và vật lý lƣợng tử để tính toán các phản ứng hóa học Bài báo đầu tiên của họ theo hƣớng này đƣợc công bố vào năm 1972, đánh dấu sự ra đời của một hƣớng khoa học mới Sau khi ở Harvard hai năm,... mục tiêu rất cao: tính toán cho các phản ứng có sự tham gia của enzyme (vì enzyme chính là tác nhân điều phối các phản ứng hóa học trong các cơ thể sống), mô phỏng và tính toán cơ chế của các phản ứng sinh hóa trong cơ thể sống! Năm 1976, cả hai công bố bài báo đầu tiên về việc sử dụng máy tính để mô phỏng các phản ứng hóa học có sự tham gia của enzyme Chƣơng trình máy tính mà họ phát triển để tính toán... trƣng của các chất tham gia phản ứng ở trạng thái đầu và cuối, và chi tiết của quá trình chuyển đổi từ trạng thái đầu sang trạng thái cuối đó Nói cách khác, có hai câu hỏi cần trả lời: “Cái gì?” và “Nhƣ thế nào?” Hóa học thực nghiệm sẽ trả lời cho câu hỏi “Cái gì?” (cái gì tham gia phản ứng, cái gì tạo thành trong phản ứng) Hóa học tính toán trả lời câu hỏi “Nhƣ thế nào?” Vì sao vậy? Vì chi tiết của . Phần mềm mô phỏng Materials Studio Phần mềm Materials Studio của hãng Acelerys là một phần mềm ứng dụng mô phỏng và mô hình hóa toàn diện. phát triển của khoa học máy tính, cả phần cứng lẫn phần mềm, tƣơng lai của hóa học tính toán đang rất xán lạn. Mục tiêu của hóa học tính toán cũng đầy tham vọng, nhƣ trong một phát biểu của GS Levitt:. chi tiết của việc chuyển đổi này thƣờng diễn ra nhanh nhƣ chớp, cỡ phần nghìn hoặc phần triệu giây. Đây là quá trình liên quan trực tiếp đến sự trao đổi hoặc phân bố lại các điện tử của các chất