Bài tập lớn quy hoạch thực nghiệm full

8/13/2019 Bài tâ p lớn quy hoa ch thực nghiê m full

1/27

-

i -K54

STT Trang

1 1.1 nh hưở ng của nhiệt độ đến hiệu suất thu sản phẩm 5

2 1.2 nh hưở ng của thời gian đến hiệu suất sản phẩm 63 1.3 nh hưở ng của tỷ lệ xúc tác/ nguyên liệu đến hiệu

suất sản phẩm

7

4 3.1 ết quả th nghiệm thu đư 13

5 3.2 ảng đi iến 14

6 3.3 Ga tr j thu đư 15

7 3.4Ga tr

y tnh đư t phưng trnh hi qu 17


2/27

-

ii -K54

STT Trang

1 1.1 Sự chọn lọc hình dạng chất tham gia phản ứng 3

2 1.2 Sự chọn lọc hình dạng sản phẩm phản ứng 33 1.3 Sự chọn lọc hình dạng h p chất trung gian 4


3/27

-

iii -K54

LỜ ẦU ................................................................................................................ 1

- HZSM-5 ........................................................................................ 2

1. ng quan t so- HZSM-5 ....................................................................... 2

1.1. ự ra đời ủa t so-HZSM-5 ............................................................. 2

1.2. Tính chất quan tr ọng của vật liệu M-HZSM5 ............................................... 2

2. Cracking dầu ăn thải ............................................................................................. 4

3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xuất thu sản phẩm của quá trìnhcracking dầu ăn thải trên sở xúc tác M-HZSM-5. ................................................... 5

3.1. Khảo sát ảnh hưở ng của nhiệt độ phản ứng cracking ..................................... 5

3.2. nh hưở ng của thờ i gian cracking ................................................................. 6

3.3. nh hưở ng của tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu ....................................................... 6

...... 8

2.1. Xác lậ p các mô tả thống kê ................................................................................ 8

2.1.1. X đnh các yếu tố ảnh hưở ng ...................................................................... 8

2.1.2. X đnh cấu trúc hệ thực hiện quá trình hóa lý ............................................. 8

2.1.3. X đnh các hàm toán mô tả hệ ..................................................................... 8

2.1.4. X đnh các tham số mô tả thống kê ............................................................. 9

2.1.5. Kiểm tra sự tưng h p mô tả ........................................................................ 10

2.2. C phưng php kế hoạch hóa thực nghiệm chủ yếu .................................... 10

2.2.1. K ế hoạch bậc một hai mức tối ưu ................................................................. 10

2.2.2. K ế hoạch bậc hai ........................................................................................... 11

2.3. X đnh các giá tr tối ưu ủa hàm mục tiêu .................................................. 12

ng dng quy hoch th c nghi đ đều kin t ồiâ đn diezen bằng quá trình cracking d i .......................................... 13

1. Mã hóa, lậ p ma tr ận thực nghiệm ........................................................................ 14

2. X ựng m hnh thự nghiệm .......................................................................... 14

3. iểm đnh m hnh thự nghiệm ......................................................................... 15

4. Tối ưu hóa............................................................................................................ 18


4/27

-

iv -K54

.................................................................................................................. 22

........................................................................................... 23


5/27

-

1 -K54

LỜ ẦU

Hiện nay, trong bối cảnh ngun nguyên liệu hóa thạh đang ần cạn kiệt th việc

tìm kiếm những ngun năng lư ng mớ i thân thiện với mi trường để thay thế năng

lư ng hóa thạch là nhiệm vụ cấ p bách cho nhân loại. Một trong hướ ng nghiên cứu

hiện na đư c nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học là chuyển hóa dầu ăn thải thành

nhiên liệu bằng phưng php raking t o những l i ích mà nó tạo ra, như tạo

ra nhiên liệu thay thế có thành phần gần giống nhiên liều gốc khoáng, tận dụng ngun

phế thải có sẵn, không làm ảnh hưởng đến an ninh lưng thực, không yêu cầu chất

lư ng nguyên liệu đầu vào nghiêm ngặt, nâng cao hiệu quả kinh tế và bảo vệ mi

trường

Trong nghiên cứu này, sử dụng xúc tác HZSM-5 mao quản trung bình, gọi là M-HZSM-5 đã đư c nghiên cứu tng h p. M-HZSM-5 đư c phối tr ộn vớ i SAPO-5 và

chất k ết nh để tạo hạt xúc tác nhằm ứng dụng trong quá trình cracking dầu ăn thải

trong pha lỏng và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu sản phẩm.

Ngà na hng ta thường đề cậ p tới phưng php kết h p lý thuyết và thực

nghiệm ong điều đó khng làm giảm bớ t vai trò và v trí của nghiên cứu thực

nghiệm. Tùy theo mứ độ hiểu biết về hế của qu trnh Ý nghĩa nghiên ửa

nghiên cứu lý thuyết thường đư c giớ i hạn ở tác dụng đnh hướng an đầu. Hỗ tr giảm bớ t khối lư ng công việc, rút ngắn thờ i gian cho nghiên cứu thực nghiệm. Trong

khi đó thực nghiệm còn có tác dụng tr ở lại, b sung cho k ết quả nghiên cứu lý thuyết,

đnh rõ hn hế hiện tư ng.

C phưng php kế hoạch hóa thực nghiệm dựa trên mô tả thống kê cho phép

dẫn tớ i tối thiểu hóa số thí nghiệm cần thiết, đng thời tm ra đư c giá tr của các hàm

cần tìm. Mô hình hóa thống kê và tối ưu hóa thống kê là phưng php ưu việt nhất để

đnh vùng hoạt động tối ưu để tìm hiểu động học của quá trình phản ứng. Trong

phạm vi môn học quy hoạch thực nghiệm, tiến hành mô hình hóa thống kê mô tả hiệu

suất sản phẩm diezen trong vùng thực nghiệm, ó nghĩa là sẽ nghiên cứu sự phụ thuộc

đng thờ i các yếu tố: nhiệt độ phản ứng, thờ i gian phản ứng, tỷ lệ nguên liệu/ t

đến hiệu suất thu sản phẩm. diezen.


6/27

-

2 -K54

1.

- HZSM-5

1. - HZSM-51.1.

đ -HZSM-5

Như đã iết, các vật liệu rây phân tử vi mao quản như: Zolit Y, Z-5, ... tuycó cấu trúc tinh thể vi mao quản đng đều và có tâm axit mạnh nhưng Zolit hạn chế khi chất tham gia phản ứng ó kh thướ c phân tử lớ n (lớn hn kh thướ c maoquản của chúng).

rong khi đó, vật liệu rây phân tử MQTB có cấu trúc mao quản đng nhấtvà ó kh thướ c mao quản (20A0 – 300A0 ) phù h p vớ i các chất tham gia phản ứng cókh thướ c phân tử lớ n. Tuy nhiên, chúng lại b giớ i hạn bở i cấu tr v đnh hình.

Chính cấu tr v đnh hình và thành mao quản mỏng (khoảng 10A0

) làm cho các vậtliệu này có tính axit yếu và độ bền thủy nhiệt r ất kém.

Vì vậy, việc nghiên cứu tng h p những loại vật liệu mớ i có khả năng kết h pđư ưu điểm của cả hai loại vật liệu trên đang đư c khuyến khích nghiên cứu và

phát triển Điều đó ó nghĩa là chúng sẽ có cấu trúc mao quản đng nhất của vật liệuMQTB và cấu trúc tinh thể của Zeolite.

Vật liệu Meso-HZ5 đư ra đờ i, hình thành trên khung tinh thế ZSM-5 vớ icấu trúc mao quản trung bình của MCM-41, và sự có mặt của chất tạo cấu trúc CTAB,

nó ó đư kh thướ c mao quản trung bình của MCM-41 đng thời ó đư độ bềnthành tườ ng, bền , ền nhiệt và tnh at tưng tự như zolit Z-5

Chính nhờ việc dùng vật liệu zeolit ZSM-5 làm khung cho mao quản mà M-HZSM-5 có tính axit r ất phù hp để tránh quá trình cracking sâu tạo kh h thướ cmao quản trung bình cho phép các cấu tử thuộ phn đoạn nặng khuếch tán vào cáccửa s mao quản của vật liệu r ất dễ dàng. Độ bền , ền nhiệt, bền thủy nhiệt cao làmột tnh năng rất quan tr ọng nó giúp vật liệu này có thể làm việ đư trong điều kiệnkhắc nghiệt của phản ứng, thh hp làm t ho qu trnh raking ầu ăn thải

1.2. Tính cht quan trng ca vt liu M-HZSM51.2.1. Tính axit:

Nhờ có hệ thống mao quản r ộng , diện tích bề mặt lớ n và có khung tinh thể củaZSM5 mà M-HZSM5 có tính axit mạnh hn vật liệu MCM-41, giúp bẻ gãy mạch tốthn trong phản ứng raking phn đoạn dầu nặng.


7/27

-

3 -K54

u nhiên tnh ait đã đư c giảm bớ t so vớ i zeolit ZSM-5 để tránh cracking quásâu tạo khí. Tâm axit Lewis nhiều hn so vớ i tâm Brosted, tỷ lệ L/B = 4.13 [1]

1.2.2. Tính chọn lọc hình dạngZeolite có ba hình thức chọn lọc hình dạng sau

- Chọn lọc chất tham gia phản ứng :Chỉ có những chất ó kh thướ c phân tử đủ nhỏ mớ i có thể thâm nhậ p vào bên trong

mao quản của zeolit và tham gia phản ứng.

Hình 1.1. Sự chọn lọc hình dạng chất tham gia phản ứng

- Chọn lọc sản phẩm phản ứng :Sau khi phản ứng thực hiện trong mao quản của zeolite, những sản phẩm tạo ra

phải ó kh thướ đủ nhỏ mớ i có thể khuếch tán ra ngoài. Các phân tử lớn hn tạo ra ở trong mao quản sẽ tiế p tục b chuyển hóa thành phân tử nhỏ hn sau đó mớ i khuếch tánđư c ra ngoài.

Hình 1.2. Sự chọn lọc hình dạng sản phẩm phản ứng


8/27

-

4 -K54

- Chọn lọc h p chất trung gian :Phản ứng ưu tiên hnh thành h p chất trung gian (hoặc tr ạng thái chuyển

tiếp) ó kh thướ c phù h p với kh thướ c mao quản của zeolit.

Hình 1.3. Sự chọn lọc hình dạng h p chất trung gian

Ngoài ra, ảnh hưở ng của các hiệu ứng trường tĩnh điện trong mao quản, khuếchtán cấu hình, khống chế vận chuyển trong zeolit có hệ thống kênh giao nhau nhưngkh thướ kh nhau ũng đư c xem là các kiểu chọn lọc hình dạng trong xúc táczeolit

Cửa s mao quản của vật liệu M-HZSM-5 có dạng hình lụ lăng ha hnh ầunên dễ dàng cho các cấu tử dạng vòng benzen không nhánh hay ít nhánh khuếch tánqua

2. Cracking d i [1]Dầu ăn thải đư thu gom tư nhà hàng Hoa Lư, Hà Nội và đư c lọc bỏ các tạ p

chất như muối, cặn cacbon, tạ p chất họ, nướ rướ c khi sử dụng làm nguyên liệu

cho phản ứng cracking.

Qu trnh raking đư c tiến hành trong thiết b phản ứng cracking pha lỏng.

Hỗn h p phản ứng (bao gm 300ml dầu ăn thải và một lưng t) đư c khuấy tr ộn

và gia nhiệt tớ i nhiệt độ cần thiết C điều kiện phản ứng như sau: nhiệt độ: 400-

4800C; tố độ khuấy: 200-500 vòng/phút; thờ i gian 15-60 phút; tỷ lệ xúc tác/nguyên

liệu: 5-10 % Dướ i tác dụng của nhiệt độ và xúc tác, quá trình phản ứng diễn ra mạnh

mẽ. Sản phẩm của quá trình phản ứng đi qua hệ thống làm lạnh bằng sinh hàn vớ i tác

nhân làm lạnh là nướ c r i đi qua hệ đựng sản phẩm lỏng, sản phẩm kh đư c thu theo

một đườ ng riêng.


9/27

-

5 -K54

Sản phẩm lỏng đư c phân tích thành phần thông qua các thiết b phân tích sắc

ký

3. Kho sát các yu t đn hiu xut thu sn phẩm ca quá trìnhcracking d xúc tác M-HZSM-5.

Mẫu xúc tác M-HZSM-5 đư c phối tr ộn vớ i chất nền là SAPO-5 và chất k ết

dính sol của axit silicsic theo tỷ lệ phối tr ộn là 25% M-HZSM-5, 68% SAPO- 5 và 7%

chất k ết nh, sau đó đư c tạo hạt hình tr ụ với kh thướ c nhất đnh. Hệ xúc tác này

đư c ứng dụng trong quá trình cracking dầu ăn thải nhằm khảo sát các thông số ảnh

hưở ng hiệu suất thu sản phẩm của quá trình phản ứng.

3.1. Kho sát ng ca nhi độ phn ứ ng crackingCác nghiên cứu trướ đ về quá trình cracking dầu thực vật, dầu mỡ thải, cho

thấy nhiệt độ thấ p, các phản ứng cracking diễn ra hậm, o năng lư ng cung cấ p cho

qu trnh raking hưa đủ để các phân tử dầu ăn thải b cracking. Khi tiến hành tăng

nhiệt độ, tố độ raking tăng mạnh, vì vậy hiệu suất sản phẩm tăng u nhiên, khi

nhiệt độ tăng qu ao, hiệu suất giảm do quá trình cracking sâu diễn ra, tạo ra nhiều sản

phẩm kh và ăng, giảm hiệu suất diezen.

K ết quả khảo sát sự ảnh hưởng đến hiệu suất thu sản phẩm raking khi tha đi

nhiệt độ t 400-480 và giữ nguên điều kiện công nghệ khác (tố độ khuấy tr ộn300 vòng/phút, thờ i gian phản ứng 45 phút, tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu là 1/10) đư c

trình bày ở bảng 1.1.

Bảng 1.1: nh hưở ng của nhiệt độ đến hiệu suất thu sản phẩm [1]

Lư ng sản phẩm, % thể tích Nhiệt độ, 0C400 450 480

Khí 20,0 20,38 21,65Phn đoạn ăng 8,85 8,90 9,25Phn đoạn kerosen 8,15 8,30 8,05Phn đoạn diesel 58,40 57,00 56,37Tng sản phẩm lỏng(ăng +kerosen+ diesel)

75,40 74,2 73,67

Sản phẩm có nhiệt độ sôi>3600C, nướ c và cặn

5,5 4,06 4,68


10/27

-

6 -K54

K ết quả cho thấy, khi nhiệt độ tăng, độ chuyển hóa các sản phẩm kh, ăng,

krosn đều tăng o qu trnh raking iễn ra thuận li hn u nhiên nhiệt độ àng

tăng, qu trnh raking iễn ra mạnh mẽ, raking su làm giảm hiệu suất thu hi sản

phẩm trung nh izn Ở nhiệt độ tại 4000C thu hiệu suất diesel lớ n nhất (58,4%),

phù h p vớ i lý thuyết của qu trnh đã đưa ra pha trên

3.2. ng ca th i gian crackingTiến hành phản ứng tại nhiệt độ 4000C, tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu 1/10 và theo

dõi hiệu suất sản phẩm thu đư c theo thờ i gian, k ết quả thu đư c trình bày theo sau.

Bảng 1.2: nh hưở ng của thời gian đến hiệu suất sản phẩm

Lư ng sản phẩm, % thể tích Thờ i gian, phút

15 30 60Khí 20,40 20,70 21,13

Phn đoạn ăng 8,50 8,9 8,50

Phn đoạn kerosen 8,40 8,10 8,7

Phn đoạn diesel 55,20 57,20 59,00

Tng sản phẩm lỏng(ăng +

kerosen+ diesel)

72,10 74,20 76,2

Sản phẩm có nhiệt độ sôi

>3600C, nướ c và cặn

7,5 5,1 2,67

Như vậy, thờ i gian phản ứng càng dài, hiệu suất khí và sản phẩm lỏng thu đư c

àng tăng, hiệu suất phân doạn diesel đạt đư c cao nhất sau khi raking đư c 60 phút,

3.3. ng ca tỷ l xúc tác/nguyên liuKhảo sát quá trình cracking với điều kiện đã tm ra ở trên (nhiệt độ 4000C,

tố độ khuấy tr ộn 400 vòng/phút, thờ i gian phản ứng 60 phút) theo tỷ lệ xúc tác (khối

lư ng, g)/ nguyên liệu (thể tích, ml) khác nhau. K ết quả đư c trình bày trong bảng sau


11/27

-

7 -K54

Bảng 1.3: nh hưở ng của tỷ lệ xúc tác/ nguyên liệu đến hiệu suất sản phẩm

Lư ng sản phẩm, % thể tích Tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu,g/ml1/15 1/10 1/5

Khí 20,50 21,10 22,90

Phn đoạn ăng 8,40 8,5 7,30Phn đoạn kerosen 7,90 8,70 9,40Phn đoạn diesel 56,40 57,10 59,00Tng sản phẩm lỏng(ăng +kerosen+ diesel)

72,70 74,30 75,70

Sản phẩm có nhiệt độ sôi>3600C, nướ c và cặn

6,8 2,7 3,3

T bảng cho thấ, khi tăng tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu thì hiệu suất thu sản phẩmlỏng tăng lên, lư ng cặn giảm. Tuy nhiên hiệu suất thu sản phẩm lỏng và phn đoạn

diesel chỉ tăng đến giớ i hạn nhất đnh (59% phn đoạn diesel) r i giảm, nguyên nhân là

do việc sử dụng quá nhiều xúc tác sẽ th đẩy quá trình cracking sâu, sản phẩm khí và

phần nhẹ thu đư tăng, lưng phn đoạn isl thu đư c giảm đi Do đó, tỷ lệ xúc

tác/nguyên liệu thích h p là 1/5.

Như vậy t các k ết quả khảo sát ở trên, tng k ết lại điều kiện phản ứng thích

h p cho quá trình cracking xúc tác dầu thực vật thải trong pha lỏng như sau: nhiệt độ phản ứng: 4000C; tố độ khuấy tr ộn 400 vòng/phút; tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu: 1/5; thờ i

gian phản ứng: 60 pht hi đó, tng sản phẩm lỏng thu đư c là 75,7% và phn đoạn

diesel là 59%.


12/27

-

8 -K54

2.1. Xác lp các mô t thng kê 2.1.1.

X đnh các yu t ng[2] Quá trình ở trong công nghệ hóa học là quá trình hóa lý.

Số yêu tố độc lậ p tới đã ảnh hưởng lên qu trnh hóa lý đnh theo công thức:

F = Fdk + FH

rong đó: Fdk – bậc tự o đối lưu; FH – bậc tự do hình học.

Tùy theo yêu cầu của ngườ i nghiên cứu ta chỉ cần chọn ra một số yếu tố (k


13/27

-

9 -K54

Các hệ số b là các tham số của mô tả thông kê.

2.1.4. X đnh các tham s mô t thng kêĐư đnh t N thực nghiệm tho phưng php nh phưng ựu tiểu, nghĩa

là:

Muốn vậy thì:

au khi tnh đư c các hệ số b theo hệ phưng trnh (4) ta phải kiểm tra tính có

nghĩa ủa chúng theo tiêu chuẩn Student:

rong đó: t pf2 tiêu chuẩn Student tra bảng ở mứ ó nghĩa p và ậc tự do lặ p f 2;

S b – độ lệch của phẩn bố đư đnh theo công thức:

Phưng sai lặp đư đnh theo công thức:

rong đó:

m- số thực nghiệm lặ p lại tâm

y0a - giá tr của thực nghiệm lặ p thứ a


14/27

-

10 -K54

y0 – giá tr trung bình cộng của các thực nghiệm lặ p.

Sau khi loai bỏ các hệ số khng ó nghĩa nếu k ế hoạch thực nghiệm không tr ực

giao ta cần phải tính lại các hệ số ó nghĩa ho đến khi tất cả các hệ số đều ó nghĩa,

r i sau đó huển sang kiểm tra tnh tưng h p của mô tả đư c ký hiệu là y^ chỉ chứa

các hệ số ó nghĩa và iến kèm theo nó.

2.1.5. Kiểm tra s ợ p mô t Sự tưng h p của mô tả thống kê vớ i bức tranh thực nghiệm đư c kiểm chứng

theo tiêu chuẩn Fisher nhờ điều kiện:

rong đó: F pf2f1 – tiêu chuẩn Fisher tra bảng ở mứ ó nghĩa p, ậc tự do lặ p

f 2=m-1; bậc tự o ư f 1=N-1

1-số hệ số ó nghĩa trong m tả thống kê

S2ư – phưng sai ư, đư c tính theo công thức:

S2ư =

∑

2 (9)

2.2. hoch hóa th c nghim ch yu[2,3,5]2.2.1. K hoch bc một hai mứ c t

Nếu không có thông tin tiên nghiệm cho biết hệ đang ở vùng dng (vùng phi

tuyến, vùng cực tr ) th để mô tả quá trình trong hệ ta nên dùng hàm tuyến tính và

không có các số hạng bình phưng Để đinh tham s của nó ta nên dùng k ế

hoạch bậc một hai mức tối ưu ủa Box- Wilson òn đư c gọi là k ế hoạch 2k (toàn

phần), hoặ trong trườ ng h p cần tiết kiệm thờ i gian dùng k ế hoạch bán phần 2k-1.

Nếu khng ó g lưu ý th quan hệ phát sinh trong k ế hoạch bán phần sẽ là tưng

tác cao nhất ( ∏ ) nếu có sự lưu ý đặc biệt thì cần có chọn tho lưu ý đó

Các k ế hoạch bậc một hai mức tối ưu ó ả a ưu điểm r ất ản sau:


15/27

-

11 -K54

- K ế hoạch tr ực giao, vì vậy tính toán r ất đn giản, các thông số đều tínhđộc lậ p vớ i nhau, nên khi loại bỏ các hệ số khng ó nghĩa sẽ không phải

tính lại các hệ số ó nghĩa

- K ế hoạch tối ưu D, nghĩa là đnh mức của ma tr ận thông tin của k ế hoạch(X*X) là cự đại, nên các thông số đều tính với độ chính xác cao nhất và

theo cả N thực nghiệm.

- K ế hoạch có tính tâm xoay (rotabel), ở tâm k ế hoạh thng tin đặc nhất,àng a tm thng tin àng loãng, lư ng thông tin tỷ lệ nghch vớ i bình

phưng n knh; v vậy chỉ cần làm thí nghiệm lặ p tại tâm.

Ngoài ra nó còn có một ưu điểm nữa là nếu mô tả thống kê bậc một

khng tưng h p thì khi chuyến sang bậc 2 ta vẫn ùng đư c nó làmnhân k ế hoạch bậc hai.

2.2.2. K hoch bc hai Khi mô hình tuyến tính (bậc một) khng tưng hp (điều kiện (8) không thõa

mãn) và độ ong ó nghĩa tức là:

thì chứng tỏ là vùng thực ngiệm đã ở vùng phi tuyến (vùng dng) và ta phải dùng hàm phi tuyến (phải có các số hạng nh phưng) để mô tả.

Để đnh các tham số của mô hình phi tuyển ta phải sử dụng các k ế hoạch

phi tuyến. Loại k ế hoạch này chỉ có một trong a ưu điểm ản trên: hoặc tr ực giao,

hoặc tâm xoay, hoặc tối ưu D

K ế hoạch bậc hai tr ực giao của Box – Wilson đư c hình thành vớ i nhân k ế

hoạch là k ế hoạch 2k hoặc 2k-1 có số thực nghiệm là:


16/27

-

12 -K54

rong đó số thực nghiệm ở nh ta đòn sao α là 2k, số thực nghiệm ở tâm

thườ ng là n0 = 1. Giá tr của ta đòn đnh công thức:

Ngoài ra muốn k ế hoạch tr ực giao ta cần đưa iến bình phưng về các biến

j’ tho ng thức:

K ế hoạch bậc hai tâm xoay của o ũng ó số thực nghiệm đnh theo côngthứ (11) nhưng số thực nghiệm ở tâm lớn hn 1 và phụ thuộc vào số biến và tính riêng

phần của k ế hoạch. Giá tr của nh ta đòn sao đnh theo công thức:

K ế hoạch bậc hai tối ưu D ủa ifr t đư c dùng trong công nghệ hóa học nóichung, công nghệ vật liệu và công nghệ mi trườ ng nói riêng.

2.3. X đnh các giá tr t a hàm mc tiêu Các giá tr tối ưu ủa hàm mụ tiêu đư đnh nhờ phưng php tối ưu

hóa thườ ng dùng trong công nghệ hóa học nói chung, công nghệ vật liệu và công nghệ

mi trường nói riêng, như phưng php tm ực tr c điển, phưng php qu hoạch

hình học, quy hoạch tuyến tính hoặc phi tuyến. . .


17/27

-

13 -K54

. ng dng quy hoch th c nghi đ đều kin t hồ â đn diezen bằng quá trình cracking d thi

Xét ng ca các yu t:

- Nhiệt độ: Z1 = 400 ÷ 450 0C- Thờ i gian phản ứng: Z2 = 15 ÷ 60 phút- Tỷ lệ ⁄ : Z3 = 5 ÷ 10

K ết quả thí nghiệm thu đư c:

ảng 31 ết quả th nghiệm thu đư

STT Z1 Z2 Z3 Dizn thu đư c

1 400 15 5 55,33

2 480 15 5 57,55

3 400 60 5 59,19

4 480 60 5 58,90

5 400 15 10 56,48

6 480 15 10 57,68

7 400 60 10 57,19

8 480 60 10 56,92

9 440 37,5 7,5 57,93

10 440 37,5 7,5 57,8911 440 37,5 7,5 58,45

-

T.51(6ABC) 573-578 2013.”


18/27

-

14 -K54

1. Mã hóa, lp ma trn th c nghimĐặt:

K ết quả đi biến thu đư c ở bảng sau:

ảng 3.2 ảng đi iến

STT X0 X1 X2 X3 X1.X2 X1X3 X2X3 X1X2X3 Y

1 + - - - + + + - 55,33

2 + + - - - - + + 57,55

3 + - + - - + - + 59,19

4 + + + - + - - - 58,90

5 + - - + + - - + 56,48

6 + + - + - + - - 57,68

7 + - + + - - + - 57,19

8 + + + + + + + + 56,92

9 0 0 0 0 0 0 0 0 57,93

10 0 0 0 0 0 0 0 0 57,89

11 0 0 0 0 0 0 0 0 58,45

2. Xâ Giả sử mô hình tuyến tnh ậ 1 ó ạng đầ đủ:

y = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x1.x2 + b13x1.x3 + b23x2.x3 + b123x1.x2.x3


19/27

-

15 -K54

* Tính b j

Áp dụng công thức:

∑

j =

̅

∑ j,u = ̅ ; j≠u Vớ i N = 23 = 8, ta có:

ảng 3.3 Ga tr j thu đư

b0 = 57,4050 b12 = -0,4975

b1 = 0,3575 b13 = -0,1250 b2 = 0,6450 b23 = -0,6575

b3 = -0,3375 b123 = 0,1300

hi đó phưng trnh ó ạng

y = 57,4050 + 0,3575 + 0,6450 ─ 0,3375 ─ 0,4975x1.x2 - 0,1250.x3 ─

0,6575.x3 + 0,1300x1.x2.x3

3. ể đ a. Kiể í ó ĩ ủa các hệ s b j

Ở thí nghiệm này, ta thực hiện 3 thí nghiệm tại tm thu đư c:

= 57,93 = 57,89 = 58,45

hi đó ta ó:

̅

Phưng sai lặ p: – ∑ ̅


20/27

-

16 -K54

– [ ] bj = 0,11

Áp dụng chuẩn Student ta có

t bj = jb

j

s

b

Suy ra t bo =Sbj

bo =

11,0

405,57 = 519,5

t b1 = 3,24

t b2 =5,84

t b3 =3,05

t b12 =4,5

t b13 =1,13

t b23 =5,95

t b123 = 1,18

Chọn mứ ý nghĩa α = 0,05 , tra ảng Student vớ i bậc tự do m = n0 – 1, ta đư: tα = 2,92

T các giá tr t bj thu đư c ta thấ hỉ có giá tr t b13 và t b123 là không thỏa mãn

Phưng trnh ó ạng

y = 57,405 + 0,3575x1 + 0,645x2 – 0,3375x3 – 0,4975x1x2 – 0,6575x2x3

b. Kiể m tra sự phù hợ p của mô hìnhPhưng sai ư đư c tính theo công thức

S2ư = L N

y yi N

i

i

1

2


21/27

-

17 -K54

rong đó L là số hệ số ó nghĩa trong phưng trnh hi quy; L = 6

Ta có bảng giá tr sau:

ảng 34 Ga tr

y tnh đư t phưng trnh hi qu

STT yi y i (yi -

y i)2

1 55,33 55,585 0,0652 57,55 57,295 0,0653 59,19 59,185 04 58,9 58,905 05 56,48 56,225 0,065

6 57,68 57,935 0,0657 57,19 57,195 08 56,92 56,915 0

Tng 0,26

y i là giá tr thu đư c bằng cách thay x1 ,x2 ,x3 vào phưng trnh hi quy va tm đư c

Suy ra:

2

du s = L N

i y yi

N

i

1

2

=68

26,0

= 0,13

Như vậ huẩn số Fishr tnh đư c

F =2

2

ts

du

s

s=

0976,0

13,0= 1,33

Chọn = 0,05 vớ i bậc tử =N-L = 8-6 =2

bậc mẫu = n0 -1 =3-1=2

Tra bảng ta đư c F = 19,2 > F =1,33 nên m hnh đưa ra là phù h p

c. Đổ i về bi n thật:


22/27

-

18 -K54

X j = j

j j

z

z z

0

y= 57,405 + 0,3575(40

4401 z ) + 0,645(5,22

5,372 z

) – 0,3375(5,2

5,73 z

)

- 0,4975(40

4401 z

)(5,22

5,372 z

) – 0,6575(5,22

5,372 z

)(5,2

5,73 z

)

y = 41,0017+0,0297z1+0,3596z2+0,3033z3- 5,5278.10-4z1z2-0,01169z2z3

4. T :ới phưng trnh hi qu va tm đư

f= 41,0017+0,0297z1+0,3596z2+0,3033z3- 5,5278.10-4z1z2-0,01169z2z3

việ tiếp tho là tối ưu hóa nhằm tm đư gi tr fma, tưng ứng với điểm mà hiệu

suất thu hi izn là lớn nhất

rong ài ton nà, việ tối ưu hóa sử ụng phưng php lo ố ha phưng

php đn hnh đều khng đạt hiểu quả tối ưu

Ở đ hng ta sử ụng phưng php tối ưu hóa kiểu lưới để tm gi tr ự đạiủa f Ưu điểm ủa phưng php nà là khi iến số t sẽ tnh ton nhanh , sai số ủa

kết quả tnh hấp nhận đư trong ng nghệ

ho phưng php nà, hng ta sẽ sử ụng ngn ngữ lập trnh atla để thiết

lập thuật ton ới ý tưởng hia miền khảo st thành lưới tho ướ tù họn, sử

ụng lệnh mshgri để tạo mạng lưới ới mạng lưới nà, hng ta sẽ tnh gi tr ủa f

ở phưng trnh tại điểm nt lưới và tm ự đại ủa hng trong mảng a hiều

nà Để thuận tiện, ở đ ta sử ụng iến ,,z tha ho 3 iến thự là z1, z2, z3.

huật ton như sau: >> x=linspace(400,480,100);


23/27

-

19 -K54

>> y=linspace(15,60,100);

>> z=linspace(5,10,100);

>> [x1,y1,z1]=meshgrid(x,y,z);

>> f=41.0017+0.0297.*x1+0.3596.*y1+0.3033.*z1-5.5278.*(10^-4).*x1.*y1-

0.01169.*y1.*z1;

>> A=max(max(max(f)))

đ ta tm đư gi tr fma= A

Để tm tọa độ f max, ta ùng lệnh fin như sau:

>>[a,b,c]=find(f==A)

atla sẽ ho ta tọa độ ủa [a,, ủa điểm ự đại

Để tm gi tr , , z ứng với gi tr fmax, ta ùng lệnh sau:

>> xc=x1(a,b,c)

>>yc=y1(a,b,c)

>> zc=z1(a,b,c)

iến hành m phỏng trên matla ằng thuật ton đã viết

- m gi tr fma


24/27

-

20 -K54

ết quả fma = = 59,2005

- m v tr fma và gi tr ,,z tại fma

oạn độ điểm fmax =[a,b,c] =[100,1,1]


25/27

-

21 -K54

Gi tr thu đư, = 400, = 60, z =5

Như vậ:

- K ết quả tối ưu hóa thu đư fma = 59,0025 tưng ứng với gi tr izn lớn

nhất thu đư là 59,0025%

, tại đó gi tr thng số =z1= nhiệt độ =

4000C, y=z2= thời gian phản ứng = 60 pht, z=z3= tỷ lệ nguên liệu/ t =

5.

- ết quả tối ưu hàm lưng izn thu đư là 59% tho phưng php nà đng

với kết quả thu đư ằng phần mềm DDE 50 và phưng php thự nghiệm

mà t giả ài o đã ng ố là 59%


26/27

-

22 -K54

Qua qu trnh tm hiểu và nghiên ứu tài liệu , nhóm đã thu đư một số nội

dung sau:- m hiểu đư loại vật liệu so-HZSM-5 về ấu tr, tnh hất hóa

họ và ứng ụng trong raking ầu ăn thải hảo st đư ảnh

hưởng ủa ếu tố về nhiệt độ, thời gian phản ứng và tỷ lệ

t/nguên liệu đến hiệu suất thu hi sản phẩm lỏng, đặ iệt là sản

phẩm izn, t qu trnh raking t ầu ăn thải

- m hiểu đư ứng ụng ủa qu hoạh thự nghiệm trong ngànhng nghệ.

- X ựng đư m hnh hi qu t ếu tố nhiệt độ, thời gian phản ứng, tỷ lệ t/nguên liệu, đến hiệu suất thu hi izn t

qu trnh raking ầu ăn thải sử ụng t so -HZ-5 iểm


27/27

-

23 -

đnh và tối ưu hóa m hnh ằng phưng php tối ưu hóa mạng lưới

ựng thuật ton trên ngn ngữ lập trnh atla Qua đấ thu đư

điều kiện tối ưu tại nhiệt độ 4000C, thời gian phản ứng 60 pht, tỷ lệ

t/nguên liệu là 1/5, khi đó sản phẩm izn đạt hiệu suất ao

nhất là 59%, kết quả nà phù hp với kết quả mà t giả ài o đã

đưa ra khi sử ụng phần mềm DDE 50

1. Hoàng Linh Lan, rần h Như ai, Đinh h Ngọ. Nghiên ứu ếu tốảnh hưởng đến phản ứng raking ầu ăn thải sử ụng t HZ-5 mao

quản trung nh, ạp h hóa họ, 51(6C)573-578, 2013.

2. Nguễn inh uển Qu hoạh thự nghiệm, NX H, 2005

3 Giang h im Liên ải giảng qu hoạh thự nghiệm (C phưng php

thống kê ử lý số liệu thự nghiệm), ĐH Đà Nẵng 2009

4. Nguễn Doãn Ý Gio trnh qu hoạh thự nghiệm NX H, 2004

5 Phạm rung iên ài giảng qu hoạh thự nghiệm, ĐH ỏ-Đa hất, 2013

Documents

Bài tập lớn quy hoạch thực nghiệm full