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.

چکیده در این پروژه؛ تسهیل پذیری جداسازی آسفالتین از نفت خام با افزودن نانوذرات (اکسید آلومینیوم(?)، اکسید نیکل و اکسید آهن(???))در جهت افزایش اندازه مولکول آسفالتین و نوعی مواد شیمیایی (کاستیک تجاری و پلی آلفا الفین) به منظور افزایش شار خروجی از غشاهای سرامیکی با قطر حفره های (0/05,0/2,0/5 ?m) بر روی نفت خام سروش با درصد و میانگین اندازه مولکول آسفالتین (%11/82, 512/75 nm) مورد مطالعه قرارگرفته است. در این میان علاوه بر تعیین و انتخاب بهینه افزودنی ، پارامترهای مختلفی از قبیل تاثیر قطر حفره غشا ، بهینه دما و میزان ماده افزودنی بر عملکرد جداسازی غشا مورد بحث و بررسی قرار گرفت و محدوده دمایی (145-150?) و قطر حفره (0/2?) به عنوان دما و قطر حفره بهینه در کل آزمایشات انتخاب گردید. از طیف بینی رامان و آنالیز dls به منظور تشخیص نحوه عملکرد نانوذرات بر روی مولکول آسفالتین استفاده شد.بر اساس طیف رامان،هر سه نانو ذره استفاده شده قطر صفحه های آروماتیک را افزایش داده و این افزایش به معنای قرارگیری نانوذره بر روی حلقه های آروماتیک و تغییر کربن sp^2 به sp^3 و یا به عبارتی دیگر برقراری پیوند نانوذرات با مولکول آسفالتین می باشد. از طرفی بر اساس آنالیز dls میانگین اندازه مولکول آسفالتین در حالت بدون نانوذرات (512/75 nm) و در حضور نانوآلومینا ، نانو اکسید فریک و نانو اکسید نیکل به ترتیب برابر است با (2949/55nm، 2142/44،844/60) al>fe>ni. هم چنین استفاده از نانو ذرات مذکور به مقدار (05/0% وزنی) باعث بهبود درصد آسفالتین خروجی از مقدار (1/55)%(در شرایط بدون حضور نانوذره) به مقادیر(0/85,0/464,0/344)% با غشای (0/2µ)بوده است. در هنگام استفاده از مقادیر متفاوتی (کاستیک و پلی آلفا الفین) شار خروجی از غشا به مقدار قابل توجهی افزایش می یابد که این مقدار در پلی آلفا الفین مشهودتر می باشد، هرچند استفاده از این ماده باعث کاهش شدید جداسازی غشا و رسیدن به درصد آسفالتین(8/908) با غشای مذکور می شود که علت این امر به دلیل عبور سریع نفت از غشا و نبود فرصت کافی برای نفوذ پذیری و تراوش نفت از میان حفرات غشا است. در انتها می توان مقایسه ای به شکل زیر برای افزودنی های استفاده شده در این پروژه به شکل زیر ارائه نمود: اثر آنها بر میزان افزایش عدم پذیرش آسفالتین (افزایش جداسازی با غشا): ?al?^(+3)>?ni?^(+2)>?fe?^(+3)>naoh>dra و اثر آنها بر میزان بهبود شار: dra?naoh>?ni?^(+2)??fe?^(+3)>?al?^(+3)

تعیین چیدمان بهینه برجهای تقطیر از عوامل موثر در کاهش هزینه عملیات جداسازی با تقطیر به حساب می اید. در این پایان نامه روشی جهت تعیین چیدمان بهینه ارایه گردیده است. برای تعیین این چیدمان ابتدا باید محدوده مورد بررسی انتخاب گررد سپس از بین حالت های موجود در این محدوده حالت بهینه انتخاب می گردد. در این پایان نامه محدوده مورد بررسی حالت ای پایه جداسازی می باشند و جداسازی نیز غیر کامل فرض شده است.علاوه بر آن فرض ایده ال بودن اجزا نیز جذف شده است . بعد از انخاب محدوده مورد بررسی حالت های مختلف ممکن تولید می گردند سپس برای هر حالت طراحی کل چیدمان به منظور رسیدن به محصولات مطلوب انجام می گیرد این طراحی با استفاده از نتایج شبیه سازی برجهای تقطیر صورت می گیرد. بعد از مشخص شدن این طراحی جواب حاصل با توجه به هزینه های عملکرد و ساخت بهینه می گردد. این هزینه ها بااستفاده از روابط موجود در مراجع محاسبه گردیده اند. بعد از بهینه سازی هر چیدمان جواب بهینه شده ذخیره می شود و بعد از رسیدن به آخرین چیدمان چیدما بهینه با مقایسه هزینه ها میشخص می گردد. بنابراین جواب نهایی علاوه بر تعیین چیدمان بهینه حاوی اطلاعات طراحی و عملکرد و همچنین تخمین هزینه چیدمان نیز می باشد سایر اطلاعات مربوط به شبیه سازی برجها مانند پروفیل دما و غلظت داخل برج نیز در جواب نهایی قابل دسترسی است. در پایان نامه در شش فصل تدوین گردیده است در فصل اول چیدمان خای مختلف ممکن برای یک جداسازی معلوم مورد بررسی قرار گرفته اند. علاوه بر آن الگوریتمی جهت تولید چیدمان ممکن برای جداسازی یک مخلوط n جزیی با فرایند تقطیر ذکر شده است. در فصل دوم کارهای قبلی صورت گرفته جهت تعیین چیدمان بهینه و همچنین قوانین میانبر و ابتکاری موجود برای تخمین هزینه های مربوط به فرایند تقطیر پرداخته شده است شبیه سازی برج تقطیر به روش موضوعی است که در فصل چهارم مورد توجه قرار گرفته است در فصل پنجم کارهای انجام گرفته در این پروژه توضیح داد شدهاست و بخش های مختلف برنامه کامپیوتری و وظیفه هر قسمت عنوان شده اند که در فصل ششم نتایج مربوط به اجرای برنامه برای شرایط مختلف مورد برررسی قرار گرتفه است. برنامه کامپیوتری به زبان c.net کد نویسی شده و شامل حدود شش هزار خط کد برنامه می باشد.