مقاله افزایش مقیاس در راکتورهای شیمیایی به کمل آنالیز ابعادی

word قابل ویرایش
7 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
8700 تومان

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

افزایش مقیاس در راکتورهای شیمیایی به کمل آنالیز ابعادی

چکیده:
اکثر فرایندهای صنعتی شیمیایی با پدیده هایی مانند انتقال جرم، انتقال گرما، و اندازه حرکت همراه اند. این پدیدهها همگی به مقیاسی واکنشی وابسته هستند. در بسیاری از فرایندها اثرات واکنش های ناهمگن هم ظاهر می شود و در نتیجه عملیات واحد پیچیدهتر میگردد. مهندسین شیمی همواره در تلاش برای یافتن راه هایی به منظور مدلسازی فرایندها جهت دسترسی به اطلاعاتی هستند که برای طراحی واحد های صنعتی مفید باشد. استفاده ۳ آنالیز أبعادی ۹ ارانه گروههای بی بعد برای حل مسائل فیزیکی، تنها راه مطمئن برای انجام افزایش مقیاسی یک مدل کوچک و تبدیل آن به ابعاد صنعتی است. در این مقاله به روش های مدلسازی به کملک آنالیز ابعادی پرداخته شده است. در پایان مثالی در مورد تغییر مقیاسی یافت راکتور شیمیایی آورده شده است.
کلمات کلیدی:
آنالیز ابعادی، تغییر مقیاسی، راکتور شیمیایی، گروه بدون بعد

مقدمه:
اکثر فرایندهای صنعتی شیمیایی با پدیده هایی مانند انتقال جرم، انتقال گرما، و اندازه حرکت همراه اند. این پدیدهها همگی به مقیاس واکنش وابسته هستند. یعنی رفتار آنها در مقیاس های کوچای (ازمایشگاهی) در مقایسه با مقیاس های بزرگ (صنعتی) متفاوت است. در ضمن در بسیاری از فرایندها اثرات واکنش های ناهمگن هم ظاهر می شود و در نتیجه عملیات واحد پیچیدهتر میگردد. مهندسین شیمی همواره در تلاش برای یافتن راههایی به منظور مدلسازی فرایندها جهت دسترسی به اطلاعاتی هستند که برای طراحی واحدهای صنعتی مفید باشد. در هر مدل سازی شامل تغییر مقیاسی – چه افزایش مقیاس مورد نظر باشد، چه کاهش مقیاسی . سؤالات زیر به وجود می آیند.
* اندازه مدل آزمایشی تا چه حد می تواند کوچک باشد؟ آیا یک مدل کافی است یا آزمایشی باید بر روی مدلهای مختلف در ابعاد متفاوت انجام شود؟
* در چه شرایطی میتوان خواص فیزیکی فرایند را ثابت در نظر گرفت و تحت کدام شرایط این خواص متغیر می باشند؟
* برای تطبیق پارامترهای دخیل در فرایند مدل سازی شده با پارامترهای فرایند واقعی، از چه قوانینی باید استفاده شود؟
* آیا ممکن است فرایند مدل سازی شده با فرایند واقعی کاملا تشابه داشته باشد؟ در غیر این صورت میزان تشابه چقدر است؟ این سؤالات را باید بر مبنای آنالیز ابعادی پاسخ داد. علوم مختلف مانند مکانیان سیالات، انتقال حرارت، و غیره سالهاست که در برخورد با مسائلی از قبیل حرکت هواپیما و گرمای منتقل شده از سطح پرهها از آنالیز ابعادی استفاده می کنند. اما متأسفانه آنالیز ابعادی در حل مسائل مهندسی شیمی هنوز رواج چندانی نیافته است. در این مقاله به روش های مدل سازی به کملکت آنالیز ابعادی پرداخته شده است. در پایان مثالی در مورد تغییر مقیاسی یک راکتور شیمیایی آورده شده است.
اصول کلی افزایش مقیاس
استفاده از آنالیز ابعادی و ارانه گروه های بی بعد برای حل مسائل فیزیکی، تنها راه مطمئن برای انجام افزایش مقیاسی یله مدل کوچک و تبدیل آن به ابعاد صنعتی است. تئوری مدل ها بیانگر مطالب مهم زیر است:
* دو فرایند زمانی کاملا مشابه در نظر گرفته می شوند که هر دو در یک شرایط هندسی واقع شوند و همچنین تمام اعداد بی بعد لازم برای توضیح آنها دارای مقادیر عددی یکسان باشند
.
به عنوان مثال اندازه گیری هایی برای لوله های صاف با قطر ۰/۳۶ تا ۱۲/۶۳ سانتیمتر انجام شده است که بیانگر تغییر مقیاسی به نسبت ۱:۳۵ است. به علاوه خواص فیزیکی سیال مورد آزمایشی (آب یا هوا) در محدوده وسیعی تغییر می کند. اما رابطه (Re) چنین تغییری را نشان نمی دهد. به ازای هر مقدار Re، مقدار عددی خاصی برای وجود دارد. فضای بی بعد، مستقل از تغییر مقیاسی است زیرا مقیاسی آن ثابت است. روابط ارائه شده بر مبنایی گروه های بی بعد نه تنها در مورد نتایج آزمایشگاهی صادق اند، بلکه برای سایر شرایط هندسی مشابه نیز معتبر می باشند.
* هر نقطه در قالب بی بعدا که توسط روابط حاکم بر گروه های بی بعد مشخص می شود، متناظر با بیشمار حالت ممکن در مسئله است.
این موضوع اهمیت ویژه ای در رابطه با تبدیل خطی ابعادی دارد. زیرا این کار اساس یلت افزایش مقیاسی مطمئن است.
با توجه به مطالب فوق، تمایز بین فضای بی بعد و فضالی دارای بعد کاملا مشخص است. در فضایا دارای بعد، معادله ۰ = (f(x که تشکیل دهنده کمیت های ابعادی به شکل زیر است، هر نقطه در فضای X و X2 تنها متناظر با یک مفهوم حقیقی است.

این خاصیت گروه های بی بعد مبانی تشابه بر اساس آنالیز ابعادی را تشکیل میدهد. فرایندهایی که توسط روابط بی بعد مشابه توجیه می شوند، به شرطی که متناظر با یک نقطه یکسان در فضای بی بعد باشند، مانند هم فرض می شوند. از دیدگاه آنالیز ابعادی چندان مهم نیست که اعداد بی بعد مسئله توسط نسبت نیرو، دبی جریان، و یا دیگر کمیت ها تعریف شده باشند. دو مفهوم از روابط فیزیکی یکسان زمانی کاملا مشابه تلقی می شوند که ۱-m عدد بی بعد از ایالت فضای بی بعد متشکل از m کمیت دارای بعد، مقادیر عددی مساوی داشته باشند. زیرا عدد بی بعد m ام نیز مسلما دارای همان مقدار خواهد بود.
افزایش مقیاس در راکتورهای شیمیایی
راکتورهای شیمیایی قلب یلفت واحد شیمیایی محسوب می شوند. واضح است که طراحی راکتورهای شیمیایی در مقیاسی تجاری تنها از طریق روابط تئوری محض ممکن نیست. برای شروع تغییر مقیاسی، حداقل باید داده های آزمایشگاهی و یا نیمه صنعتی واکنش های مربوط موجود باشند. بیلی افزایش مقیاس موفق، نیازمند روندی گام به گام و تجربی به منظور طراحی راکتوری به اندازه دلخواه است که خواسته های تجاری را برآورده سازد. طی این روند پیش از ساخت واحد صنعتی، باعث صرفهجویی در وقت و هزینه می شود. کار کردن با بیلک رابطه پیچیده بین سرعت کلی واکنش و نوع و اندازه راکتور توسط روش های معمول و تجربی افزایش مقیاس، وقتگیر و هزینه بر است. در نتیجه تعدادی از روش های نیمه تجربی و جایگزین برای تعدیل این مشکل پیشنهاد شده است. از جمله این روش ها میتوان به روش تشابه شیمیایی (تشابه ابعادی در واکنش های شیمیایی) و روش مدل سازی ریاضی اشاره کرد که با دسترسی به کامپیوترهای پر سرعت قابل انجام است. البته این روش ها نیز نیازمند اطلاعات سینتیکی پایه بر مبنای تحقیقات انجام گرفته روی راکتورها در مقیاسی آزمایشگاهی و یا نیمه صنعتی و نیز آزمایشات عملی هستند.
تشابه شیمیایی
مبنای این روش گروه های بی بعدی است که از قوانین بقای جرم، مومنتوم و انرژی برای سیستم واکنش های شیمیایی مشتق شدهاند. به منظور نشان دادن مبانی این روش، فرض های سادهساز زیر را باید در نظر گرفت.
۱٫ سیستم واکنش مورد نظر در فاز گازی و از نوع درجه اول، به صورت B2 «ب-A است.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 7 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد