مدلسازی و شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی (cfd ) سینی با جریان همسو

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.