تقطیر یکی از مهم ترین فرایندهای جداسازی می باشد. اگرچه هزینه ی انرژی آن بسیارزیاد است، به دلیل اینکه در مقیاس های بزرگ، امکان جداسازی را مهیا می کند، هنوز هم یکی از اولویت های اول در فرایندهای جداسازی است. اجزای داخلی برج تقطیر از اجزای پرهزینه ی سیستم های فرایندی محسوب میشوند. ارتباط مستقیم این تجهیزات در خلوص و مقدار محصول تولیدی واحدهای پالایشگاهی و پتروشیمی ، سبب توجه بسیار زیاد پژوهشگران و محققان به آنها در طول سالیان شده است. مدلسازی هیدرولیکی سینی برج تقطیر وپیش بینی راندمان سینی از اهمیت زیادی برخوردار است. در طول 100سال اخیر تلاش های متعددی برای مدلسازی راندمان انتقال جرمی سینی برج تقطیر مطرح شده است. در سال 1925 ، مک کیب و تیل روش جعبه سیاه را به منظور مدلسازی به کاربردند و فرض کردند که بخار و مایع خروجی از سینی در تعادل کامل هستند و از اثرات هیدرودینامیک سینی برروی تعادل صرف نظر کردند. همچنین نواقصی در محاسبه ی راندمان به شیوه ی مورفری (1925) و یا تیلر و کریشنا مورتی (1985) وجود داشت. در حال حاضر فرضیه ی جریان به شدت مخلوط شده برروی سینی وجود دارد که از وابستگی پارامترهای سرعت و غلظت به مختصات مکانی صرف نظر می کند. از آنجا که الگوهای جریان مایع و گاز ، احتمالات تماس مایع و گاز را به گونه های متفاوت تغییر میدهند پس درراندمان تاثیرگذارهستند. تحقیقات متعددی در پیش بینی رفتار هیدرولیکی سینی به صورت روابط تجربی و داده های آزمایشگاهی وجوددارد. وابستگی روابط تجربی و داده های آزمایشگاهی به هندسه و ماده ی مورد استفاده ی خاص در بعد هندسی داده شده و شرایط عملیاتی خاص ، از محدودیت های این موارد محسوب میشود. نیاز به مدلی با عدم وابستگی به موارد اشاره شده از ملزومات مهم در این زمینه محسوب میشود. از طرفی تغییرات هندسه ی سینی به منظور بهینه سازی راندمان انتقال جرمی ، نیازمند مدلسازی دقیق تر میباشد. پیش بینی درست رفتار هیدرودینامیکی سینی آن را به راندمان مرتبط نماید که آن نیز به نوبه ی خود لزوم مدلسازی را بیان می نماید. با گسترش کامپیوترهای توانمند، روند دستیابی به موارد ذکر شده مهیا شده است. با استفاده ازاعتبارسنجی مدل وپیش بینی دقیق مدل سینی با جریان همسو موجود میتوان اثر تغییرات هندسی را بر هیدرولیک سینی با جریان همسو و در گام بعدی ، برروی راندمان بررسی کرد. برجی که در این پروژه به شبیه سازی آن پرداخته شده است، توسط شرکت آذرانرژی طراحی و ساخته شده است. هدف از انجام این پروژه، بررسی تاثیر پارامترهای مختلف موثر بر راندمان این سینی می باشد. به عنوان مثال تعداد و زاویه ی پره ها یکی از عواملی است که بر راندمان جداسازی برج تاثیر گذار می باشد. پس از بررسی تاثیر این پارامترها بر سطح تماس و نهایتا انتقال جرم مربوط به سینی با جریان همسو، حالت بهینه مربوط به این سینی حاصل شده و به مرحله ی ساخت می رود. در این تحقیق تنها به بررسی هیدرولیک سینی پرداخته خواهد شد و عوامل هیدرولیکی موثر بر راندمان که بیشتر مربوط به سطح تماس بین فاز ها می باشند مورد مطالعه قرار گرفته اند. انتقال جرم بین فازها در این شبیه سازی مورد توجه قرار نگرفته اند. در فصل دوم ابتدا به بیان مسائل کلی در مورد برج ها پرداخته خواهد شد. بدلیل اینکه برج با سینی همسو برای اولین بار است که مورد شبیه سازی قرار می گیرد لذا منابع آنچنانی برای بررسی و مطالعه وجود نداشتند به همین خاطر کمتر به این قسمت پرداخته شده است. در قسمت های بعدی فصل دوم به دیدگاه های موجود در جریان چندفازی اشاره و ترم های چشمه ی محتمل در معادله ی مومنتم پرداخته و مدلهای اغتشاش بررسی شده و در ادامه ی فصل به دیدگاه های موجود در حل معادلات پرداخته شده است. در فصل سوم به بیان فرضیات ساده کننده، شرح داده های آزمایشگاهی، هندسه مورد نظر و شبیه سازی سینی مذکور پرداخته خواهد شد. در این فصل به بررسی استقلال از مش نیز نگاهی خواهد شد. شروط مرزی و انتخاب دیدگاه، مدل اغتشاش مناسب نیز در این فصل مورد بررسی و انتخاب واقع خواهند شد. درفصل چهارم به تحلیل نتایج حاصل از شبیه سازی سیستم پرداخته شده است. ابتدا به بررسی نتایج صحت سنجی شبیه سازی پرداخته خواهد شد پس از اعتماد به نتایج شبیه سازی، توزیع فشار درون و بیرون پوشش، توزیع سرعت، ارتفاع مایع تجمع یافته، مقایسه افت فشار این سینی و سینی غربالی، سطح تماس بین فازها مورد بررسی قرار خواهند گرفت. در فصل پنجم به بیان جمع بندی و پیشنهادها پرداخته خواهد شد و در ادامه مراجع آورده خواهند شد.

در این تحقیق با توجه به اهمیت فوق العاده و جایگاه ویژه واحد الفین در مجتمع های پتروشیمی، شبیه سازی واحد الفین پتروشیمی اراک به کمک شبیه ساز hysys یکی از معتبرترین و قوی ترین نرم افزارهای شبیه سازی در مهندسی شیمی صورت پذیرفته است .

در میان روشهایی که برای جداسازی مواد بکار می رود تقطیر یکی از پیچیده ترین روشها است که کاربرد وسیعی را در صنایع شیمیایی داراست . این پروژه با هدف بررسی روشهای حل عددی معادلات و پاسخ پایا و پویای برج تقطیر و مطالعه رفتار هیدرولیکی سینی ها در طول مدت زمان کارکرد برج تعریف گردید. در این رابطه مدلهای ریاضی برای حالت های پایا و پویای برج تقطیر توسعه داده شد. مدل پایای برج تقطیر دربرگیرندهء معادلات موازنه جرم، انرژی و معادلات تعادلی برای هر سینی می باشد. بدین ترتیب برای محاسبه پارامترهای دما، دبی و غلظت اجزاء هر فاز در سینی ها، سیستم معادلات جبری غیرخطی تشکیل گردید. مدل پویا تاحدی پیچیده تر از حالت پایا و شامل دو گروه معادلات می باشد. یک گروه معادلات دیفرانسیل غیرخطی مربوط به موازنه جرم و انرژی حول سینی ها، جوش آور و خنک کننده، و گروه دیگر معادلات جبری مربوط به پیش بینی خواص فیزیکی و تعادلی، هیدرولیک سینی، انتقال حرارت و جرم است . معادلات دیفرانسیل بدست آمده از نوع معادلات سخت می باشند. در شبیه سازی مدلها، از نقطه نظر روشهای حل عددی معادلات دیفرانسیل دقت ، سرعت و پایداری اهمیت بالایی دارد. لذا سعی شده ضمن شناخت ماهیت معادلات روشهای گوناگون حل عددی، بعنوان یک پارامتر انتخاب آورده شود. پس از ارائه جزئیات در مورد شبیه سازی مدل برج تقطیر، نتایج شبیه سازی حالت پایا و پویا با داده های حاصل از عملیات یک برج در اشل آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفته است . در این مقایسه میزان دقت و پیش بینی مدل از متغیرهای ورودی و همچنین تاثیر روشهای حل عددی بر میزان دقت و سرعت اجرا مورد بررسی قرار گرفت . نتایج حاصل از شبیه سازی برج تقطیر توسط نرم افزار موجود در حالت پایا، با نتایج نرم افزار hysys مقایسه شد. علاوه بر این نتایج حاصل از شبیه سازی یک مدل تئوری در حالت پایا توسط نرم افزار با نتایج نرم افزار hysys و proii مقایسه گردید که نتایج ارائه شده حاکی از قابلیت نرم افزار در پیش بینی قابل قبول حالت پایا و پویا می باشد.

تری پلی فسفات سدیم یکی از عمده ترین اقلام مواد شیمیایی وارداتی است ، بطوریکه طبق آمارها، در طی سالهای 71 تا 75 به طور متوسط میزان 57854/2 تن معادل 46175100 دلار، داشته و در رده دوم مواد شیمیایی وارداتی می باشد. با توجه به مورد فوق، و نیز اینکه به طور متوسط، حدود 35 درصد پودرهای شوینده را تشکیل می دهد، بر آن شدیم تا تحقیقاتی در این زمینه انجام دهیم که این گزارش ، در راستای گزارش اول، یعنی طراحی تفصیلی واحد تولیدی stpp می باشد. کنترل شرایط عملیاتی فرآیند، یکی از مهمترین موارد در طراحی فرآیند می باشد و تاثیر زیادی بر عملیات در شرایط بهینه فرآیند دارد، به طوریکه انحراف از این شرایط، نه تنها بر کیفیت محصول تولیدی اثر می گذارد، بلکه هزینه ها را نیز بالا می برد. در فصل اول، پس از آنالیز هر دستگاه و تعیین درجه آزادی در آن، مناسب ترین سیستم کنترل برای آن قسمت ، پیشنهاد شده است . مطالعه hazop، که مبحث نسبتا جدیدی در مهندسی شیمی است ، عبارت از بررسی جداگانه هر مخزن می باشد که با توجه به هدف آن مخزن، هر گونه انحراف احتمالی همانند دما و فشار، که ممکن است در خطوط جریان منتهی به آن مخزن و نیز خود مخزن، پدید آید، تشخیص داده شده و نتایج احتمالی، شامل مخابرات منجر به خرابی، صدمه و یا تلفات ، تعیین می شوند و روشهایی برای پیشگیری از اینگونه انحرافها، مشخص می شوند. این مطالعه که توسط یک سری کلمات راهنما انجام می شود، در بخش دوم، به آن پرداخته شده است . احتیاج به طراحی و ساخت واحدهایی که اثرات و آلودگیهای کمتری به محیط زیست داشته باشد (چه از نظر گرما و انرژی لازم برای تامین آن و چه از لحاظ آلوده کننده های حاصل از سوخت یا فرآیند)، چالش بزرگی را در دهه گذشته برای مهندسی فرآیند، ایجاد کرده است . هدف در اینجا، عدم اجازه تولید آلوده کننده ها در مرحله اول یا بازیابی و استفاده از مجدد از آن، در مرحله بعد می باشد. قسمتی از پاسخ به چالش زیست محیطی، توسعه روش های طراحی سیستماتیک جدید است که به مفهوم حداقل سازی می باشد. این روش های جدید، که اغلب بر پایه مفهوم انتگراسیون فرآیند می باشد، موضوع بخش سوم می باشد. در قسمت اول آن، انتگراسیون انرژی انجام می گیرد، بدینصورت که برای تامین قسمتی از انرژی مورد نیاز هر قسمت از واحد، از دیگر جریانهای گرم، استفاده می گردد.

برای تولید متانول می توان ازخوراکهای مختلفی استفاده کرد که با توجه به مسائل اقتصادی، گاز طبیعی و زغال سنگ خوراکهای مناسبی می باشند. مجتمع پتروشیمی خارک با هدف تولید متانول از گاز طبیعی با ظرفیت اسمی 660 هزار تن در سال به بهره برداری رسید (1378). برای تولید این ماده از گاز طبیعی سه مرحله اساسی وجود دارد که عبارتند از:1- ریفرمینگ 2- بخش سنتز متانول 3- بخش خالص سازیجهت شبیه سازی این واحد از بستر نرم افزاری ‏‎hysys‎‏ استفاده شده است که در آن، واحد در حالت پایا ‏‎(static) در نظر گرفته شده و جهت حصول مدلی بهتر و کاملتر، واحد آب دمین در گردش این مجتمع نیز شبیه سازی شده است. در نهایت این نتیجه استنباط شده که برای پیش بینی رفتار فاز گاز، بهترین معادله حالت ‏‎srk‎‏، برای پیش بینی رفتار فاز مایع، بهترین مدل ضریب اتیویته ‏‎uniquac‎‏ می باشد.در مدل مزبور راکورهای تبدیل گاز طبیعی به گاز سنتز و نیز تبدیل گاز سنتز به متانول، به صورت تعادلی مدل شده اند که در آنها برای محاسبه ثابت تعادل از انرژی آزاد گیبس استفاده شده است.

در این پایان نامه، جزئیات مربوط به تهیه مدلی مناسب جهت پیش بینی رفتار خشک کن ذرات در یک خشک کن بستر سیال، بررسی گردیده است. مدل حاضر براساس تئوری دو فازه سیالیت و بر مبنای روابط بنیادین جرم و انرژی در فازهای مختلف بستر سیال بدست آمده است. فرضیاتی همچون حرکت پیستونی حبابها در بستر، اختلاط کامل گاز و ذرات جامد در فاز امولسیون و عدم حضور ذرات جامد در حبابها در بدست آوردن مدل حاضر منظور شده است. سایز حبابها در طول بستر متغییر و خوراک ورودی با توزیع سایر ذرات در نظر گرفته شده است. در ادامه مقایسه ای بین مدل اخیر و یک مدل موجود صورت گرفته و صحت مدل را جهت شبیه سازی خشک کن بستر سیال نشان می دهد.