شبیه سازی دو فازی رآکتورهای بستر سیال شده گاز

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 6

شبیه سازی دو فازی رآکتورهای بستر سیال شده گاز- جامد با مدل تانک های سری

چکیده: در این مقاله مدل جدیدی برای شبیه سازیرآکتورهای بستر سیال شده بر مبنای روشتانک های سری ارایه شده است که قابل استفاده در نرم افزارهای شبیه ساز فرایند است. در این مدل بستر سیال شده به تعدادی بخش برابر تقسیم می شود و هر بخش شامل فاز حباب و فاز امولسیون است. در هر بخش دو پدیده واکنش شیمیایی و انتقال جرم به صورت هم زمان رخ می دهد. فاز حباب با استفاده از رآکتور جریان قالبی و فاز امولسیون با استفاده از رآکتور به طور کامل آیخته مدل شده اند. ویژگیهای هیدرودینامیکی فازها با استفاده از مدل دینامیک دو فازی محاسبه می شود. اعتبار مدل ارایه یشده به کمک داده های تجربی به دست آمده از مقاله های بررسی شده و نتیجه های حاصل بیانگر دقت مناسب این مدل در پیش بینی عملکرد راکتور بستر سیال هستند. نتیجه های این شبیه سازی می تواند در شبیه سازی فرایندهایی که در آن ها از بستر سیال استفاده می شود به کار رود.

مقدمه

بسترهای سیال شده گاز- جامد کاربرد گسترده ای در صنایع شیمیایی دارند. سابفه استفاده از این بسترها به پیش از50 سال سال می رسد از جمله موردهای کاربرد بسترهای سیال شده در صنایع شیمیایی استفاده از آنها به عنوان رآکتور است. با کشف پدیده سیال سازی و مشخص شدن مزایای این روش نسبت به سایر روش های تماس گاز- جامد به تدریج بسیاری از فرایندهایی که بر مبنای تماس فازهای – گازجامد هستند مانندخشک کن ها ، واحد های گرانول سازی و رآکتورهای کاتالیستی گاز- جامد، با بسترهای سیال شده جایگزین شده اند. گسترش کاربرد این نوع بسترها ولزوم شناخت پدیده های واقع شده در آنها زمینه تحقیقات بسیاری در دهه های اخیر بوده است. حتی امروزه انجام تحقیقات در این زمینه از نظر صنعتی و دانشگاهی حایز اهمیت است.

پدیده های وموجود در بستر سیال را می توان به دو دسته فیزیکی و شیمیایی تقسیم کرد. پدیده های فیزیکی که موردهایی مانند رفتار حباب، رفتار فازها و انتقال جرم بین فازها را شامل می شوند، به وسیله مدل های هیدرودینامیکی بیان می شوند پدیده های شیمیایی که بیانگر واکنشهای صورت گرفته در بستر هستند، به وسیله مدلهای سینیتیکی بیان می شوند. مدلهای هیدرودینامیکی متفاوتی در منابع علمی معرفی شده اند که اکثراً بر مبنای نظریه های دو فازی هستند(3-1). در این نظریه راکتور بستر سیال شده به دو فاز حباب و امولوسیون تقسیم می شود. فاز حباب بخشی از بستر را که غنی از گاز است شامل می شود و فاز امولوسیون بخشی از بستر است که غنی از ذرات جامد است. مدلهای هیدرودینامیکی اولیه دارای فرض های ساده کننده بسیاری بودند برای مثال، از وجود ذره های جامد در فاز حباب صرف نظرکرده یا فازامولوسیون درشرایط حداقل سیال سازی در نظر گرفته می شد(3-1). اما تحقیقات بعدی نشان داد که واقعیت پدیده های واقع شده در بسترهای سیال شده با این فرضیات ساده به طور کامل متفاوت است (8-4) . تحقیقات بسیاری در زمینه هیدرودینامیک بسترهای سیال شده صورت گرفته که منجر به ارایه مدلهای متعددی جهت بیان هیدرودینامیک چنین بسترهایی شده است (3-1). اعتبار این مدلها در تخمین پارامترهای هیدرودینامیکی،درشرایط متفاوت عملیاتی ودر سرعت های متفاوت گاز سیال کننده و رژیم های متفاوت سیال سازی به یکدیگر متفاوت است. مدلهای ارایه شده اخیر با در نظر گرفتن فرضیات مناسب در تخمین پارامترهای هیدرودینامیکی از اعتبار بالایی برخوردار هستند،افزون بر آن میتوان از این مدلها در رژیم های متفاوت سیال سازیو در گستره وسیعی ازسرعت گاز سیال کننده استفاده کرد(12-9).

افزایش ابعاد واحدهای عملیاتی از مقیاس آزمایشگاهی به مقیاس صنعتی و بهینه سازی و کنترل کارکرد این واحدها نیازمند مدل سازی و شبیه سازی واحدهای عملیاتی است. در مدل سازی یک راکتور بستر سیال شده مدلهای هیدرودینامیکی و مدلهای سینیتیکی با هم و به طور همزمان حل می شوند.یک مدل مناسب برای مدلسازی و شبیه سازی راکتور بستر سیال شده باید دارای ویژگی های زیر باشد:

الف) سیستم های گاز- جامد مورد استفاده در رآکتورهای بستر سیال شده با تواجه به مواد شرکت کننده در واکنش و نوع ذره های جامد، دارای ویژگی های فیزیکی متفاوتی می باشند. تفاوت سیستم ها را می توان به مقایسه پارامترهایی مانند عدد ارشمیدس، سرعت حداقل سیال سازی و سرعت انتقال از یک رژیم سیال سازی به رژیم سیال سازی دیگر بررسی کرد. مدل مناسب باید در پیش بینی عملکرد راکتور بستر سیل شده در سیستم های متفاوت گاز – جامد از اعتبار بالایی برخوردار باشد.

ب) سیستم های متفاوت گاز – جامد با توج به ویژگی های فیزیکی بستر با تغییر سرعت گاز سیال کننده رفتارهای متفاوتی از خود نشان می دهند. این رفتارهای متفاوت تحت عنوان رژیم های سیال سازی بیان می شوند. اغلب مدلهای ارایه شده تنها در یک رژیم سیال سازی بیان می شوند. اغلب مدلهای ارایه شده تنها در یک رژیم سیال سازی خاص معتبر هستند.(12-9). از آنجا که رژیم های سیال سازی که رآکتورهای بستر سیال در آنها مورد استفاده قرار می گیرند به طور کامل قابل تفکیک نیستند یک مدل مناسب باید بتواند در پیش بینی عملکرد راکتور بستر سیال شده در سرعت های متفاوت گاز سیال کننده (رژیم های متفاوت سیال سازی ) معتبر باشد.

ج) برای شبیه سازی فرایندهای شیمیایی از نرم افزارهای شبیه ساز فرایند استفاده می شود. تمامی نرم افزارهای شبیه سازی فرایند دارایز مدول های استانداردی برای شبیه سازی واحدهای عملیاتی هستند راکتور بستر سازی سیال شده در هیچ یک از نرم افزارهای شبیه سازی به صورت روال استاندارد تعریف نشده و به صورت استاندارد نمی توان از این واحد عملیاتی در نرم افزارهای شبیه سازی استفاده کرد از این جهت باید مدلی ارایه شود که این مدل افزون بر دو ویژگی قبلی ، توانایی به کارگیری در چنین نرم افزاهاییی را نیز داشته باشد . هم چنین مدل مناسب و قابل کاربرد در این نرم افزارها باید دارای این قابیلت باشد که به راحتی بتوان از ترکیب روال های استاندارد موجود در این نرم افزار راکتور بستر سیال را شبیه سازی کرد.

در کلیه نرم افزارهای شبیه سازی فرایند مدولهای استاندارد برای شبیه سازی راکتورهای شیمیایی مانند راکتورهای ساده ، راکتور