Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống sản xuất Biodiesel từ mỡ cá da trơn 50.000 lngày

hieät taûi cuûa nöôùc laøm laïnh : 
 ( )tbvnn TTq −= 2.α 
¾ Xaùc ñònh nhieät trôû cuûa lôùp caùu: 
 2 caùu1 caùu rrrw ++=∑ λδ 
Trong ñoù: 
o rcaùu 1 – nhieät trôû cuûa lôùp caùu phía hôi methanol ngöng tuï , 
m2.K/W 
o δ = 0,002 m – chieàu daøy thaønh oáng theùp 
o λ = 16,3 W/m.K – ñoä daãn nhieät cuûa theùp X18H10T. 
o rcaùu 2 – nhieät trôû cuûa lôùp caùu phía nöôùc, m2.K/W 
Theo phuï luïc baûng 31, baûng tra cöùu quaù trình cô hoïc – truyeàn nhieät: 
 rcaùu 1 = rcaùu 2 = 
5000
1 m2.K/W 
⇒ ∑ =++= 500013,16002,050001wr 5,23.10-4 m2.K/W 
• Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu: 
 ∑
−=
w
vv
w r
TT
q 21 
¾ Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi methanol ngöng tuï phía ngoaøi 
oáng: 
 4
0V1S
S
).l'T-.(T
g.r
μ
λρα
32 ..15,1=S 
o AÅn nhieät ngöng tuï : rmethanol = 1118 kJ/kg. 
SVTH: VÕ MẠNH HOANH PGS.TSKH. LÊ XUÂN HẢI 
39 
o Caùc thoâng soá hoaù lyù coøn laïi tra taïi nhieät ñoä trung bình Tm = 
2
2wS TT + 
¾ Trong tröôøng hôïp naøy, caùc nhieät ñoä vaùch Tv1 vaø Tv2 ñeàu chöa bieát 
neân caàn choïn tröôùc giaù trò ñeå thöïc hieän vieäc tính toaùn. Quaù trình 
tính toaùn döïa treân söï caân baèng nhieät löôïng: löôïng nhieät truyeàn töø 
hôi methanol ngöng tuï ñeán vaùch ngoaøi qS, phaûi baèng vôùi löôïng nhieät 
truyeàn qua töôøng vaø lôùp caùu qw, vaø baèng vôùi löôïng nhieät truyeàn 
töø töôøng ñeán nöôùc qn. 
Choïn Tv1 = 630C (< TS = 650C): 
¾ Trong tröôøng hôïp naøy, caùc nhieät ñoä vaùch Tv1 vaø Tv2 ñeàu chöa bieát 
neân caàn choïn tröôùc giaù trò ñeå thöïc hieän vieäc tính toaùn. Quaù trình 
tính toaùn döïa treân söï caân baèng nhieät löôïng: löôïng nhieät truyeàn töø 
hôi methanol ngöng tuï ñeán vaùch ngoaøi qS, phaûi baèng vôùi löôïng nhieät 
truyeàn qua töôøng vaø lôùp caùu qw, vaø baèng vôùi löôïng nhieät truyeàn 
töø töôøng ñeán nöôùc qn. 
 Choïn Tv1 = 630C (< TS = 650C): 
o T
m
 = 0,5.(TS + Tv1) = 0,5.(65 + 63) = 64
0C. 
o ∆T1 = TS – Tw1 = 65 – 63 = 20C 
=⇒ Sα 4221,7 W/m2.K 
 qS = ( ) ( )6365.7,42211 −=− vSD TTα = 8443,5 W/m2 
 ∆T
v
 = qS.∑rw = 8443,5 x 5,23.10
-4
 = 4,4 K 
 T
v2 = Tv1 - ∆Tw = 63 – 4,4 = 58,6
0C 
 vT = 0,5.(63+ 58,6) = 60,8
0C ⇒ Pr
w
 = 2,97 
 α
n
 = 1471,4 W/m2.K 
 q
n
 = ( ) ( ) =−×=− 346,584,1471. 2 tbvn TTα 36177 W/m2 
Do qS vaø qn caùch nhau raát xa neân caàn tính laïi laàn 2. 
SVTH: VÕ MẠNH HOANH PGS.TSKH. LÊ XUÂN HẢI 
40 
Chọn Tv1 = 550C (∆T1 = 10 K) 
Quaù trình tính toaùn töông töï laàn thöù nhaát thu ñöôïc keát quaû nhö baûng 
sau: 
Tv1 αs qs ΔTv Tv2 vT αn qn ∆q 
55 2823,3 28232,5 14,8 40,2 47,6 1398 8725,3 0,69 
Keát quaû sai soá ∆q luùc naøy vaãn raát lôùn, caàn tính laëp laàn 3. 
ÔÛ laàn naøy, ta coù theå veõ ñöôøng thaúng noái 2 ñieåm öùng vôùi qS va øqn 
ñeå tìm giao ñieåm chính xaùc. 
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
54 56 58 60 62 64
Tv1
q
Töø ñoà thò, ta coù theå choïn chính xaùc hôn tw1 = 58,50C (sai soá laø 3,57 %) 
Khi ñoù, αn = 1426 W/m2.K vaø αs = 3144 W/m2.K 
• Heä soá truyeàn nhieät toång quaùt K: 
 =
++
=
++
=
−∑ 3144110.23,514261
1
11
1
4
S
t
n
r
K
αα
 648,4 W/m2.K 
• Dieän tích beà maët truyeàn nhieät : 
 =×=Δ= 47,304,648
1118.8,2
.
'
logTK
QF hhnt 0,16 m
2 
• Toång chieàu daøi truyeàn nhieät : 
 L = =+×
×=+ )025,0021,0(14,3
16,02
2
''
. ngtr
nt
dd
F
π
2,2 m 
SVTH: VÕ MẠNH HOANH PGS.TSKH. LÊ XUÂN HẢI 
41 
• Kieåm tra laïi: L/d’tr = 4,1/0,021 = 195 > 50 neân choïn εl = 1 laø phuø hôïp. 
• Vaäy thieát bò ngöng tuï loaïi voû oáng coù caáu taïo nhö sau: 
™ Soá oáng truyeàn nhieät laø 7 oáng. 
™ Kích thöôùc oáng truyeàn nhieät: 21 x 2mm, chieàu daøi oáng laø 0,35 m. 
™ Böôùc oáng: t = 1,35.d’ng = 1,35 . 25 = 34 mm 
SVTH: VÕ MẠNH HOANH PGS.TSKH. LÊ XUÂN HẢI 
42 
Phụ lục 
Chương trình Matlab giải hệ 6 phương trình vi phân trên được viết như sau 
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
- - - - 
function dxdt=viphan(t,x); 
global k1 k2 k3 k4 k5 k6 
dxdt=zeros(6,1); 
dxdt(1)=-k1*x(1)*x(5)+k2*x(2)*x(6); 
dxdt(2)=-k3*x(2)*x(5)+k4*x(3)*x(6)+k1*x(1)*x(5)-k2*x(2)*x(6); 
dxdt(3)=-k5*x(3)*x(5)+k6*x(4)*x(6)+k3*x(2)*x(5)-k4*x(3)*x(6); 
dxdt(4)=k5*x(3)*x(5)-k6*x(4)*x(6); 
dxdt(5)=-k1*x(1)*x(5)+k2*x(2)*x(6)-k3*x(2)*x(5)+k4*x(3)*x(6)-
k5*x(3)*x(5)+k6*x(6)*x(4); 
dxdt(6)=k1*x(1)*x(5)-k2*x(2)*x(6)+k3*x(2)*x(5)-k4*x(3)*x(6)+k5*x(3)*x(5)-
k6*x(4)*x(6); 
end 
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
- - - - 
Khi đó tại giao diện chính của Matlab chúng ta gõ lệnh 
SVTH: VÕ MẠNH HOANH PGS.TSKH. LÊ XUÂN HẢI 
43 
Chương trình sẽ yêu cầu nhập các thông số ban đầu 
Biến điều khiển ban đầu: (0)u = 50 oC = 233 K 
Các thông số trạng thái ban đầu 
1
2
3
4
5
6
1( )
0( )
0( )
0( )
6( )
0( )
x M
x M
x M
x M
x M
x M
=
=
=
=
=
=
Kết quả nhập liệu như sau 
SVTH: VÕ MẠNH HOANH PGS.TSKH. LÊ XUÂN HẢI 
44 
Điều kiện dừng của chương trình 
 Để chương trình truy suất ra kết quả bộ giá trị xi từng thời điểm ta sử dụng giá trị x6 
làm tín hiệu dừng. Nghĩa là khi giá trị x6 đạt đến một giá trị nào đó thõa mãn yêu cầu 
của chúng ta đặt ra thì quá trình tính toán sẽ dừng lại đồng thời truy xuất cho ta thời 
gian tính tf và bộ giá trị xi tại thơi điểm đó. 
SVTH: VÕ MẠNH HOANH PGS.TSKH. LÊ XUÂN HẢI 
45 
Kết quả về sự biến đổi các giá trị biến trạng thái xi theo thời gian như sau 
SVTH: VÕ MẠNH HOANH PGS.TSKH. LÊ XUÂN HẢI 
46 
Nếu quá trình giải nhưng giá trị x6 không thõa mãn điều kiện ban đầu thì chúng ta sử 
dụng điều kiện dừng như sau: 
Nếu 516 6 10n nx x −+ − ≤ thì chương trình dừng lại cho kết quả đồng thời thông báo cần 
thay đổi dữ kiện vào ban đầu. 
Giai đoạn 2: Giải hệ phương trình lam đa 
Chương trình Matlab giải hệ 6 phương trình lam đa được viết như sau 
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
- - - - 
function dydt=lamda(t,y) 
global k1 k2 k3 k4 k5 k6 x1 x2 x3 x4 x5 x6 
dydt=zeros(6,1); 
dydt(1)=k1*x5*y(1)-k1*x5*y(2)+k1*x5*y(5)-k1*x5*y(6); 
SVTH: VÕ MẠNH HOANH PGS.TSKH. LÊ XUÂN HẢI 
47 
dydt(2)=-k2*x6*y(1)+(k3*x5+k2*x6)*y(2)-k3*x5*y(3)-(k2*x6-k3*x5)*y(5)-(-
k2*x6+k3*x5)*y(6); 
dydt(3)=-k4*x6*y(2)+(k5*x5+k4*x6)*y(3)-k5*x5*y(4)-(k4*x6-k5*x5)*y(5)-(-
k4*x6+k5*x5)*y(6); 
dydt(4)=-k6*x6*y(3)+k6*x6*y(4)-k6*x6*y(5)+k6*x6*y(6); 
dydt(5)=k1*x1*y(1)-(-k3*x2+k1*x1)*y(2)-(-k5*x3+k3*x2)*y(3)-
k5*x3*y(4)+(k1*x1+k3*x2+k5*x3)*y(5)-(k1*x1+k3*x2+k5*x3)*y(6); 
dydt(6)=-k2*x2*y(1)-(-k2*x2+k4*x3)*y(2)-(-k4*x3+k6*x4)*y(3)+k6*x4*y(4)-
(k2*x2+k4*x3+k6*x4)*y(5)+(k2*x2+k4*x3+k6*x4)*y(6); 
end 
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
- - - - 
Tiến hành giải tích phân ngược hệ phương trình lam da từ tf về 0 với bộ lam đa ban đầu 
tại thời điểm tf được nhập trong Matlab như sau: 
SVTH: VÕ MẠNH HOANH PGS.TSKH. LÊ XUÂN HẢI 
48 
Chương trình Matlab giải giá trị S được viết như sau 
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
- - - - 
function s=giais(y) 
global T R k1 k2 k3 k4 k5 k6 x1 x2 x3 x4 x5 x6 E1 E2 E3 E4 E5 E6 y01 y02 
y03 y04 y05 y06 
s=y01*(-(E1/(R*T^2))*k1*x1*x5+(E2/(R*T^2))*k2*x2*x6)+ 
y02*((E1/(R*T^2))*k1*x1*x5-(E2/(R*T^2))*k2*x2*x6-
(E3/(R*T^2))*k3*x2*x5+(E4/(R*T^2))*k4*x3*x6)+ 
y03*((E3/(R*T^2))*k3*x2*x5-(E4/(R*T^2))*k4*x3*x6-
(E5/(R*T^2))*k5*x3*x5+(E6/(R*T^2))*k6*x4*x6)+ 
y05*(-(E1/(R*T^2))*k1*x1*x5+(E2/(R*T^2))*k2*x2*x6-
(E3/(R*T^2))*k3*x2*x5+(E4/(R*T^2))*k4*x3*x6-
(E5/(R*T^2))*k5*x3*x5+(E6/(R*T^2))*k6*x4*x6)+ 
y04*((E5/(R*T^2))*k5*x3*x5-(E6/(R*T^2))*k6*x4*x6)+ 
y06*((E1/(R*T^2))*k1*x1*x5-(E2/(R*T^2))*k2*x2*x6+(E3/(R*T^2))*k3*x2*x5-
(E4/(R*T^2))*k4*x3*x6+(E5/(R*T^2))*k5*x3*x5-(E6/(R*T^2))*k6*x4*x6); 
end 
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
- - - - 
Chương trình Matlab giải giá trị 
2
2
H
u
∂
∂ được viết như sau 
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
- - - - 
function q=giaiq(y) 
global T R k1 k2 k3 k4 k5 k6 x1 x2 x3 x4 x5 x6 E1 E2 E3 E4 E5 E6 k01 k02 
k03 k04 k05 k06 tn i a tf b x01 x02 x03 x04 x05 x06 x07 y01 y02 y03 y04 y05 
y06 s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 s8 s9 s10 q1 q2 q3 q4 q5 q6 q7 q8 q9 q10 S Q q 
q=y01*(-(E1/(R*T)-2)*(E1/(R*T^3))*k1*x1*x5+(E2/(R*T)-
2)*(E2/(R*T^3))*k2*x2*x6)+ 
y02*((E1/(R*T)-2)*(E1/(R*T^3))*k1*x1*x5-(E2/(R*T)-2)*(E2/(R*T^3))*k2*x2*x6-
(E3/(R*T)-2)*(E3/(R*T^3))*k3*x2*x5+(E4/(R*T)-2)*(E4/(R*T^3))*k4*x3*x6)+ 
y03*((E3/(R*T)-2)*(E3/(R*T^3))*k3*x2*x5-(E4/(R*T)-2)*(E4/(R*T^3))*k4*x3*x6-
(E5/(R*T)-2)*(E5/(R*T^3))*k5*x3*x5+(E6/(R*T)-2)*(E6/(R*T^3))*k6*x4*x6)+ 
y05*(-(E1/(R*T)-2)*(E1/(R*T^3))*k1*x1*x5+(E2/(R*T)-2)*(E2/(R*T^3))*k2*x2*x6-
(E3/(R*T)-2)*(E3/(R*T^3))*k3*x2*x5+(E4/(R*T)-2)*(E4/(R*T^3))*k4*x3*x6-
(E5/(R*T)-2)*(E5/(R*T^3))*k5*x3*x5+(E6/(R*T)-2)*(E6/(R*T^3))*k6*x4*x6)+ 
y04*((E5/(R*T)-2)*(E5/(R*T^3))*k5*x3*x5-(E6/(R*T)-2)*(E6/(R*T^3))*k6*x4*x6)+ 
y06*((E1/(R*T)-2)*(E1/(R*T^3))*k1*x1*x5-(E2/(R*T)-
2)*(E2/(R*T^3))*k2*x2*x6+(E3/(R*T)-2)*(E3/(R*T^3))*k3*x2*x5-(E4/(R*T)-
2)*(E4/(R*T^3))*k4*x3*x6+(E5/(R*T)-2)*(E5/(R*T^3))*k5*x3*x5-(E6/(R*T)-
2)*(E6/(R*T^3))*k6*x4*x6); 
end 
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
SVTH: VÕ MẠNH HOANH PGS.TSKH. LÊ XUÂN HẢI 
49 
 Tài liệu tham khảo 
[1] Thiết bị phản ứng trong công nghiệp hóa dầu – Đại học Bách Khoa Hà Nội 
[2] Matlab toàn tập – Nhà xuất bản kỹ thuật 
[3] Evaluation and Improvement of Control Vector Iteration Procedures for 
Optimal Contraol – S.Nagaraja Rao and Rein Luus, Department of Chemical 
Engineering, Univercity of Toronto, Toronto, Ontario 
[4] Các máy khuấy trộn trong nghiệp – Nguyễn Minh Tuyển