ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG PROII CHO THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ KẾT TINH (CRYSTALLIZER)

47 28 0
  • Loading ...
1/47 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 14/04/2018, 16:32

I. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN CỦA THIẾT BỊ KẾT TINH21.1. Khái quát về thiết bị kết tinh21.2. Động học trong quá trình kết tinh và phương trình cân bằng mật độ31.2.1. Tốc độ tăng trưởng của tinh thể31.2.2. Tốc độ tạo mầm tinh thể41.2.3. Mật độ mầm tinh thể41.2.4. Phương trình cân bằng mật độ51.2.5. Phương trình cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt lượng và cân bằng pha:7II. ỨNG DỤNG10III. VÍ DỤ CỤ THỂ143.1. Bài toán kết tinh143.2. Quy trỉnh xây dựng mô phỏng PROII cho ví dụ ở trên163.2.1. Khởi động PROII163.3. Báo cáo của PROII về thiết bị kết tinh283.3.1. Chế độ Design283.3.2. Chế độ Rating293.4. Kết quả chạy ProII của một số thông số303.4.1. Chế độ Design303.4.2. Chế độ Rating30 I NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN CỦA THIẾT BỊ KẾT TINH1.1. Khái quát về thiết bị kết tinhThiết bị kết tinh là thiết bị được sử dụng dùng để thực hiện các quá trình phân riêng thông qua việc chuyển cấu tử chất tan từ dung dịch lỏng sang dạng rắn. Quá trình kết tinh phụ thuộc vào sự cân bằng pha và cân bằng nhiệt động. Đó chính là sự cân bằng lỏng – rắn dựa trên yếu tố chính là độ hoà tan của chất tan – thành phần chất tan cân bằng trong dung dịch lỏng chứa dung môi. Độ hoà tan là một hàm theo nhiệt độ (S = f(T)), được tính toán theo phương trình Van’t Hoff hoặc do người sử dụng nhập dữ liệu vào. Độ hoà tan sẽ được tính toán một cách nghiêm ngặt nếu sử dụng các phương pháp nhiệt động để xác định. Tinh thể chỉ xuất hiện trong dung dịch quá bão hòa. Dung dịch quá bão hòa là dung dịch trong đó nồng độ chất tan vượt quá độ hòa tan cân bằng tại nhiệt độ kết tinh.Vấn đề quan trọng hàng đầu của kỹ thuật kết tinh là tạo ra độ quá bão hoà cần thiết của dung dịch và đảm bảo giữ được độ quá bão hoà này trong suốt quá trình kết tinh:Đối với một số dung dịch ít thay đổi độ hoà tan theo nhiệt độ (như NaCl) và một số dung dịch tăng độ hoà tan khi giảm nhiệt độ (như Na2SO4, Na2CO3.H2O,…) thì dung dịch quá bão hoà được tạo ra bằng cách cho bay hơi một phần dung môi. Khi đó, xuất hiện thêm một vấn đề là pha hơi và dung dịch lỏng phải thoả mãn được sự cân bằng lỏng – hơi.Đối với một số dung dịch giảm nhanh độ hoà tan khi hạ nhiệt độ (như Na2SO4.10H2O, MgSO4.7H2O, FeSO4.7H2O, Na2S2O3.5H2O,…) thì phải làm lạnh để tạo dung dịch quá bão hoà.Một số trường hợp có thể kết hợp cả việc làm lạnh và bốc hơi dung môi.Có 3 loại thiết bị kết tinh dựa trên nguyên lý trên là:Thùng kết tinh: bằng cách làm lạnh không bốc hơi.Thiết bị kết tinh – bốc hơi: bằng cách bốc hơi, không làm lạnh.Thiết bị kết tinh – chân không: vừa làm lạnh vừa bốc hơi.Mặt khác, còn có thiết bị kết tinh dựa trên kỹ thuật tạo sự tiếp xúc giữa dung dịch quá bão hòa với tinh thể đang tăng trưởng. Chủ yếu có 2 cách thực hiện: Phương pháp tuần hoàn dung dịch: làm cho dòng dung dịch quá bão hòa được tuần hoàn liên tục qua lớp tầng sôi gồm các tinh thể đang tăng trưởng trong vùng kết tinh và nó giảm độ quá bão hòa xuống do sự tạo mầm và tăng trưởng tinh thể. Sau đó dung dịch quá bão hòa ấy sẽ được bơm qua 1 thiết bị để làm lạnh hay bốc hơi dung môi để khôi phục lại độ quá bão hòa (còn gọi là vùng làm quá bão hòa), rồi lại bơm nó trở lại vùng kết tinh.Phương pháp “tuần hoàn magma” là phương pháp tuần hoàn toàn bộ khối magma (gồm khối dịch cái quá bão hòa có lẫn các tinh thể nhỏ mới tạo thành) qua cả 2 vùng kết tinh và vùng quá bão hòa (mà không cần phân biệt hạt tinh thể ra khỏi magma). Cả 2 quá trình kết tinh và làm quá bão hòa cùng xảy ra khi có mặt các tinh thể. BÁO CÁO THỰC HÀNH TIN HỌC: ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PHỎNG PRO/II CHO THIẾT BỊ KẾT TINH (CRYSTALLIZER) Copyright © Wondershare Software GVHD: Trịnh Hoài Thanh SVTH: Nguyễn Quốc Duy Lâm Minh Hiếu Nguyễn Hữu Hiếu Bùi Nguyễn Hoài Nam Nguyễn Phạm Trúc Nguyên Lê Trần Thùy Trâm Lê Hồng Vân 60600342 60600680 60600687 60601514 60601629 60503065 60602948 Copyright © Wondershare Software I NGUN LÍ TÍNH TỐN: Khái quát thiết bị kết tinh: • Là thiết bị sử dụng dùng để thực trình phân riêng thông qua việc chuyển cấu tử chất tan từ dung dịch lỏng sang dạng rắn Quá trình kết tinh phụ thuộc vào cân pha cân bng nhit ng Copyright â Wondershare Software I NGUYấN LÍ TÍNH TỐN: Khái qt thiết bị kết tinh: • Vấn đề quan trọng hàng đầu kỹ thuật kết tinh tạo độ bão hoà cần thiết dung dịch đảm bảo giữ độ q bão hồ suốt q trình kết tinh Thiết bị: dựa nguyên lý bốc hay lm lnh dung dch Copyright â Wondershare Software I NGUN LÍ TÍNH TỐN: Khái qt thiết bị kết tinh: • Số lượng tinh thể hình thành phụ thuộc vào thời gian lưu xác định phương trình động học Tinh thể hình thành từ dung dịch q bão hồ thơng qua q trình: tạo mầm tinh thể tăng trưởng mầm tinh thể Copyright © Wondershare Software I NGUN LÍ TÍNH TỐN: Sơ đồ ngun lý Sản phẩm đỉnh Dòng nhập liệu TB TĐN TB KẾT TINH Sản phẩm đáy Dòng hồn lưu Copyright © Wondershare Software I NGUN LÍ TÍNH TỐN: Động học q trình kết tinh phương trình cân mật độ: • Tốc độ tăng trưởng tinh thể: G = k G.S a Với: G : tốc độ tăng trưởng tinh thể, m/s kG : số tốc độ tăng trưởng, m/s CB S :độ bão hoà, − Xsolute X solute S= CB X X solute solute phần mole chất tan dung dịch bão hoà mole chất tan dung dịch bão hoà nhiệt độ X phần solute kết tinh CB Copyright © Wondershare Software I NGUN LÍ TÍNH TỐN: Động học q trình kết tinh phương trình cân mật độ: • Tốc độ tạo mầm tinh thể: x y z t B = k M S G n B T Với: Bo : tốc độ tạo mầm tinh thể, số hạt/s.m3 kB : số tốc độ tạo mầm tinh thể (thường có giá trị khoảng 5E+25) MT : tỉ trọng dung dịch magma, kg tinh thể/m3 dung dịch magma n : tốc độ khuấy, vòng/phút x, y, z, t hệ số mũ Copyright © Wondershare Software I NGUN LÍ TÍNH TỐN: Động học trình kết tinh phương trình cân mật độ: • Tốc độ tạo mầm tinh thể: Giá trị MT tính sau: M T = 6ρ c k n (Gτ ) v o Với: c : khối lượng riêng tinh thể, kg/m3 kv : hệ số hình dạng tinh thể (kv=1 với tinh thể khối lập phương, kv= /6 với tinh thể hình cầu) no : mật độ mầm tinh thể, số mầm tinh thể/m3 dung dịch magma  : thời gian lưu, =V/q V : thể tích làm việc thiết bị kết tinh, m3 q : vận tốc thể tích dòng sản phẩm đáy, m3/s Copyright © Wondershare Software I NGUN LÍ TÍNH TỐN: Các phương trình cân bằng: • Cân vật chất: F =E +B o Dòng tổng: F: lưu lượng khối lượng dòng nhập liệu, (kg/s) E: lưu lượng khối lượng dòng sản phẩm đỉnh, (kg/s) B: lưu lượng khối lượng dòng sản phẩm đáy, (kg/s) o Thành phần: Chất tan: F solute = E solute + B solute Dung môi: F solvent = E solvent + B solvent Copyright © Wondershare Software III VÍ DỤ: Bước 4: Vào Input\Thermodynamic Data để xác định phương pháp nhiệt động hay click vào biểu tượng • Vào Most Common Used (những phương pháp hay sử dụng nhất) chọn Ideal vào Liquid Activity (hoạt tính pha lỏng) chọn Ideal Copyright © Wondershare Software III VÍ DỤ: Bước 5: Thiết lập thơng số cho dòng • Dòng S1 dòng nhập liệu lỏng Double Click dòng S1 thiết bị chọn Composition Defined (xác định thành phần)  Flowrate and Composition (Lưu lượng thành phần) Total Fluid Flowrate (tổng lưu lượng lưu chất), thiết lập giá trị tổng lưu lượng 5000kg/hr Copyright © Wondershare Software III VÍ DỤ: Bước (tt): • Bổ sung giá trị thành phần phần mol KI H2O 0.1776 0.8224 Copyright © Wondershare Software III VÍ DỤ: Bước (tt): • Quay lại cửa sổ Stream Data, tiếp tục thiết lập giá trị nhiệt độ 90 oC áp suất 1atm • Đối với dòng lại dòng S2 dòng S3, khơng thiết lập Copyright © Wondershare Software III VÍ DỤ: Bước 6: Khai báo thơng số cho thiết bị kết tinh tả cho thiết bị cách nhập vào ô Description “Thiet bi ket tinh”, unit “CRYSTALLIZER” Chọn Solute (chất tan) KI Solvent (dung mơi) H2O Copyright © Wondershare Software III VÍ DỤ: Bước (tt): • Vào cửa sổ Operating Conditions (điều kiện làm việc): chọn tổn thất áp suất (Pressure Drop) so với áp suất đường ống 0.02 atm Chọn nhiệt độ làm việc (Temperature) 40oC Chọn lưu lượng thể tích dòng hồi lưu (Volumetric Rate) 0.5m3/h Copyright © Wondershare Software III VÍ DỤ: Bước (tt): • Vào cửa sổ Calculation Mode (Chế độ tính tốn) Chọn design (thiết kế) Copyright © Wondershare Software III VÍ DỤ: Bước (tt): • Ở mục Design Specification (Đặc điểm/thông số thiết kế), chọn mục Crystal Production Rate (tốc độ sản xuất tinh thể), nhập vào 1102.3 lb tinh thể/h Có thể chọn mục khác như: tỷ lệ chất tan kết tinh (Fraction of Solute Crystallized) , khối lượng riêng dòng sản phẩm đáy (Magma density in the Bơttm Product) hay độ bán bão hồ (Supersaturation Ratio) Copyright © Wondershare Software III VÍ DỤ: Bước (tt): • Vào cửa sổ Print Option  click vào ô Include Crystal Size Distribution (phân phối kích thước tinh thể) Copyright © Wondershare Software III VÍ DỤ: Bước (tt): • Vào cửa số Product, chọn S2 dòng sản phẩm đáy (Bottom) S3 dòng sản phẩm đỉnh (Overhead) Copyright © Wondershare Software III VÍ DỤ: Bước (tt): • Vào cửa sổ Growth and Nucleation Rate (tốc độ phát triển tạo mầm tinh thể), ta chỉnh hệ số cho phương trình tốc độ tạo mầm tốc độ phát triển tinh thể Như trình bày phần ngun lí, giá kị K G nằm khoảng từ 2.10-7 đến 2.10-8 (m/s) Còn giá trị KB thường có giá trị 2.105 (khơng có thứ ngun) Copyright © Wondershare Software III VÍ DỤ: Bước : Đến ta khai báo xong tất thơng số chạy thử q trình: View\Palettes\Run click vào biểu tượng • Hình hệ thống sau cho chảy: Copyright © Wondershare Software III VÍ DỤ: Báo cáo PROII thiết bị kết tinh : Copyright © Wondershare Software III VÍ DỤ: Ở phần calculation mode (chế độ tính tốn) chọn Rating thay chon Design Khi ta cần nhập thể tích thiết bị, ta nhập thể tích thiết bị kết tinh 100m3 Các thao tác khác làm tương tự phần Design Cho kết sau: Copyright © Wondershare Software CẢM ƠN THẦY CÁC BẠN ĐÃ CHÚ Ý THEO DÕI! Copyright © Wondershare Software ... LÍ TÍNH TỐN: Khái quát thiết bị kết tinh: • Vấn đề quan trọng hàng đầu kỹ thuật kết tinh tạo độ bão hoà cần thiết dung dịch đảm bảo giữ độ bão hồ suốt q trình kết tinh Thiết bị: dựa nguyên lý... TỐN: Khái qt thiết bị kết tinh: • Là thiết bị sử dụng dùng để thực q trình phân riêng thơng qua việc chuyển cấu tử chất tan từ dung dịch lỏng sang dạng rắn Quá trình kết tinh phụ thuộc vào cân pha... Wondershare Software II ỨNG DỤNG: Đối với thiết bị kết tinh, có ứng dụng lớn thể chế độ tính tốn: Rating (Đánh giá) Design (Thiết kế) • Trong chế độ Design: thơng số đòi hỏi thể tích thiết bị tính tốn •
- Xem thêm -

Xem thêm: ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG PROII CHO THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ KẾT TINH (CRYSTALLIZER), ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG PROII CHO THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ KẾT TINH (CRYSTALLIZER), I. NGUYÊN LÍ TÍNH TOÁN:, I. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay