هیدرودینامیک برج های سینی دار با در نظر گرفتن اثر ناودان با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

امروزه تقطیر به عنوان یکی از اقتصادی ترین و مطمئن ترین روش های جداسازی در صنایع شیمیایی، نفت، گاز و پتروشیمی معرفی شده است و اغلب به عنوان اولین و پرکاربردترین روش جداسازی مورد استفاده قرار می گیرد. در این فرایند، افزایش روزافزون تقاضا جهت محصول خالص تر و نیاز به بازده بالاتر، سبب ارائه ی روش های جدید تقطیر و مطالعه برای بهبود طراحی ها شده است. اما با توجه به مصرف بالای انرژی در فرایند تقطیر، تلاش برای افزایش بازده از طریق طراحی مناسب تر افزایش یافته است. به دلیل هزینه ی بالای انجام تحقیقات آزمایشگاهی، روی آوردن به مدل سازی مخصوصا با استفاده از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی روز به روز افزایش یافته است. ناودان نقش کلیدی و بسزایی در انتقال جرم درون برج دارد و می تواند تأثیرات زیادی بر روی هیدرودینامیک سینی های غربالی داشته باشد. به همین منظور در نظر گرفتن آن می تواند به بهبود طراحی و در نتیجه به افزایش بازده و کاهش انرژی مصرفی کمک شایانی کند. در این تحقیق با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی یک مدل سه بعدی دو فازی برای سیستم آب- هوا بر اساس هندسه و شرایط عملیاتی سینی غربالی سولاری و بل با در نظر گرفتن ناودان های ورودی و خروجی ارائه شده است. مدل در نظر گرفته شده برای جریان گاز و مایع در قالب اولری- اولری است. به علت اینکه ناحیه ی سرکف سینی برای ما مهم است، فاز بخار، فاز پراکنده و فاز مایع را پیوسته در نظر می گیریم. جریان فاز مایع آشفته و جریان بخار آرام است. مدل سازی توسط نرم افزار ansys cfx 11 انجام شده است. پارامترهای هیدرودینامیکی از جمله توزیع سرعت مایع روی سینی، ارتفاع مایع زلال، ارتفاع سرکف و متوسط جزء حجمی مایع در سرکف با داده های تجربی سولاری و بل و همچنین روابط تجربی مقایسه شده است. توزیع سرعت افقی مایع روی سینی در اکثر نقاط نسبت به نتایج مدل سازی جسیت و همکاران که ناودان ورودی را در تحقیقشان در نظر نگرفتند، به نتایج تجربی سولاری و بل نزدیکتر هستند. نتایج با ناودان ورودی برای ارتفاع مایع زلال انطباق بهتری با داده های تجربی نسبت به مدل های قبلی بدون در نظر گرفتن ناودان، نشان می دهند و برای پارامترهای ارتفاع سرکف و جزء حجمی مایع در سرکف نیز نتایج با روابط تجربی مقایسه شده اند و انطباق خوبی دارند. علاوه بر پارامترهای ذکر شده، در این تحقیق به الگوی جریان مایع روی سینی، توزیع سرعت بخار در سوراخ های سینی و توزیع مایع درون سیستم پرداخته شده است. همچنین از داده های استخراج شده از نتایج cfd شکل پروفایل سرعت مایع ورودی به سینی پیش بینی شده و فرم سهموی بودن آن اثبات گردیده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که در نظر گرفتن ناودان ورودی در مدل سازی ها می تواند پیش بینی هیدرودینامیک سینی های غربالی برج های جداسازی را بهبود بخشد و به احتمال زیاد به دقیق تر شدن نتایج بازده کمک کند. با توجه به اثبات فرم سهمی بودن پروفایل مایع ورودی به سینی، در نظر نگرفتن ناودان ورودی می تواند باعث صرفه جویی در زمان محاسبات گردد، اما توصیه می گردد که مدل سازی با در نظر گرفتن ناودان ورودی و خروجی انجام شود تا نتایج دقیق تر و قابل قبولی را در پی داشته باشد.