بخشی از مقاله
چکیده
امروزه میعانات گازی یکی از مهمترین منابع تولید بنزین میباشد و تجارت این محصول از اهمیت به سزایی در اقتصاد کشور برخوردار است. واحد تثبیت میعانات گازی فرایندی است که به منظور تنظیم RVP این محصول استفاده می-شود چراکه وجود ترکیبات سبک در آن باعث مشکلات ایمنی و هدر رفت محصول میگردد. در مقاله ارائه شده پس از شبیه سازی فرایند تثبیت میعانات گازی توسط نرم افزار ترمودینامیکی تحلیل اکسرژی به روش جریانی انجام شد و نتایج نشان داد که بیشترین میزان برگشتناپذیری تولیدیدر فرآیند، متعلّق به کمپرسورها و نیز برج تقطیر میباشد وعلّت این امر را میتوان در حجم بالای تبدیل انرژی در این تجهیزات قلمداد نمود.
کلمات کلیدی: آنالیز اکسرژی، میعانات گازی، تنظیم RVP، نرمافزار ترمودینامیکی
.1 مقدمه
تحلیل اکسرژی ابزاری مهندسی است که بهمنظور بررسی ترمودینامیکی فرآیند و تعیین بیشترین میزان کار مفید قابل دستیابی از میزان مشخصی انرژی ورودی مورد استفاده قرار میگیرد. در تحلیل اکسرژی برگشتناپذیریهایی که موجب افزایش کار تلفشدهی سامانه میشوند شناسایی شده و میزان تأثیر آنها روی راندمان فرآیند تعیین میگردد. نتایج حاصل از تحلیل اکسرژی میتواند مبنایی برای بهینه سازی ساختاری فرآیند قرار گیرد. تحلیل اکسرژی با ترکیب قوانین اول و دوم ترمودینامیک، تبدیل به یکی از قویترین ابزارها جهت بررسی کمّی و کیفی مصرف انرژی در فرآیندها شده است .[5-1] اکسرژی یک منبع انرژی به بیشترین میزان کار قابل دستیابی اطلاق میگردد، وقتی آن منبع طی فرآیندی از حالت ترمودینامیکی مشخص خود به حالت dead state برسد. حالت dead state در واقع همان شرایط محیط میباشد که معمولاً دمای 25 œC و فشار 1 atm در نظر گرفته میشود .[6] هنگامی که یک سامانه در یک شرایط مشخص، فرآیندی را طی کرده و به شرایط محیط برسد، بیشترین میزان کار تولیدی از این فرآیند، اکسرژی سامانه را تعیین میکند. از آنجا که در فرآیندهایی که در آنها تولید کار صورت میگیرد، بیشترین میزان تولید کار زمانی خواهد بود که فرآیند برگشتپذیر باشد، می-توان اکسرژی را بدینصورت نیز تعریف کرد: اکسرژی میزان کاری است که از تغییر حالت یک سیستم از حالت مشخص به شرایط محیط طی یک فرآیند برگشتپذیر بدست میآید. این تعریف بیش از همه این نکته را میرساند که اکسرژی را میتوان معادل کار برگشتپذیر در نظر گرفت.
مفهوم کار برگشتپذیر عمومیت بیشتری دارد: کار برگشتپذیر بیشترین میزان کار تولیدی - کمترین میزان کار مصرفی در دستگاههای مصرف کننده کار - است، وقتی سامانه بین شرایط اولیه و نهایی فرآیندی را طی کند. بهاین ترتیب وقتی شرایط نهایی را، شرایط محیط در نظر بگیریم مفهوم کار برگشتپذیر و اکسرژی برای یک سامانه یکسان میشود .[6] به تفاضل کار برگشتپذیر وکار مفید، کار از دست رفته یا اصطلاحاً برگشتناپذیری میگویند: در بخش مربوط به تحلیل انرژی گفته شد که هر تحلیل ترمودینامیکی نتایج خود را در قالب شاخصهایی نشان می-دهد. در تحلیل اکسرژی نیز دو شاخص مهم مطرح میگردد: نرخ از بین رفتن اکسرژی و راندمان اکسرژی. بنا بر آنچه پیرامون کار برگشتپذیر و اکسرژی گفته شد، با کمی دقّت میتوان دریافت که دو مفهوم برگشتناپذیری یا کار از دست رفته و نرخ از بین رفتن اکسرژی را میتوان معادل یکدیگر در نظر گرفت. برگشتناپذیریهایی چون اصطکاک، اختلاط دو جریان، واکنش شیمیایی، انتقال حرارت بین دو دمای مشخص، تراکم و انبساط در شیرها همواره آنتروپی تولید و اکسرژی را از بین میبرند؛ بنابراین نرخ تخریب اکسرژی با آنتروپی تولید شده متناسب است:
شایان ذکر است که اکسرژی از بین رفته، برای همهی سامانه های واقعی مقدار مثبتی دارد و برای سامانههای برگشت-پذیر مقدار آن صفر میباشد. در عمل هیچ فرآیند واقعی مقداری برگشتناپذیری را بههمراه دارد و در نتیجه در همهی فرآیندهای واقعی مقداری از اکسرژی از بین میرود. این اصل را قانون کاهش اکسرژی مینامند که صورت دیگری از قانون افزایش آنتروپی است. این قانون تصریح میکند که تغییرات اکسرژی در هر سامانه میتواند مثبت، منفی و یا صفر باشد، امّا اکسرژی از بین رفته هیچگاه نمیتواند منفی باشد. قانون کاهش اکسرژی را به صورت زیر نیز میتوان بیان نمود :[6] اکسرژی خوراک، اکسرژی ورودی به هر دستگاه و اکسرژی محصول تفاضل اکسرژی خوراک و اکسرژی از بین رفته میباشد. اکسرژی از بین رفته را میتوان با نوشتن موازنهی اکسرژی در اطراف هر دستگاه بدست آورد اما راندمان اکسرژی برای هر دستگاه رابطه و معادلهی متفاوتی دارد .[7] مقداری از ماده که جریان پیدا میکند نیز حاوی انرژی است و در نتیجه میتوان برای آن اکسرژی تعریف کرد. در غیاب انرژی های جنبشی، پتانسیل، هستهای، الکتریکی، مغناطیسی و اثرات کشش سطحی، نرخ اکسرژی کل یک سیستم را میتوان مجموع اجزای زیر در نظر گرفت :[8]
اکسرژی فیزیکی یک جریان از ماده را میتوان بهصورت زیر تعریف کرد: که در آن h0 و S0 آنتالپی و آنتروپی جریان در دما و فشار محیط میباشند. از آنجا که در فرآیند مورد بررسی در این پروژه، سامانهای واکنشی و رآکتورهای شیمیایی وجود ندارد، و معمولاً اکسرژی شیمیایی در مواردی که ماهیت ترکیبات شیمیایی تغییر میکند استفاده میشود، در بررسی و تحلیل فرآیند از دیدگاه اکسرژی، فقط اکسرژی فیزیکی جریانها لحاظ گردیده و از اکسرژی شیمیایی صرف نظر شده است. در مقاله ارائه شده پس از شبیه سازی فرایند تثبیت میعانات گازی توسط نرمافزار ترمودینامیکی تحلیل اکسرژی آن انجام شده است و اکسرژی فیزیکی تمام تجهیزات بررسی و نقاطی که در آن بیشترین میزان هدر رفت انرژی وجود دارند مشخص شده است.
.2 معادلات استفاده شده در آنالیز اکسرژی
برای محاسبه بازدهی تجهیزات و همچنین میزان هدر رفت انرژی از معادلاتی مطابق با جدول 1 استفاده شده است
