بخشی از مقاله
چکیده
طی دهههای گذشته افزایش قابل توجهی در میزان علاقه به دانش و تکنولوژی اتمیزاسیون ایجاد شده است. با توجه به رشد روز افزون مصرف پروپیلن، به عنوان یکی از اولفینهای پایه در تولید پلیمرهای گوناگون و خوراک اصلی صنایع پتروشیمی، روشهای مستقیم تولید آن و از جمله مبدل های تولید پروپیلن از متانول - MTP - مورد توجه قرارگرفته است. در این تحقیق چیدمان پاشش مایع شبیهسازی شده است.
پاشش مایع از یک انژکتور در مبدل، باعث تشکیل مخروط اسپری میشود. پارامترهای زیادی نظیر فشار بالادست جریان، دبی سیال، قطر انژکتور و چیدمان قرارگیری انژکتور تاثیر بسزایی بر مخروط اسپری خواهند داشت. در این تحقیق تاثیر چیدمان قرارگیری انژکتور بر پاشش و دامنه تاثیرگذاری آن مطالعه شده است. برای شبکه بندی، شبیه سازی و حل معادلات بقا از نرم افزار انسیس-فلوئنت استفاده شده است.
نتایج نشان میدهد که کم بودن تعداد انژکتور در یک مبدل باعث عدم دستیابی به توزیع یکنواخت سیال در سطح مبدل میشود و هزینههای عملیاتی را بالا میبرد. همچنان که وجود تعداد زیاد انژکتور موجب میشود قطرات اتمایزه شده با یکدیگر برخورد نموده و مجددا به یکدیگر بپیوندند. ضمن اینکه با بوجود آمدن کاویتاسیون در مبدل، فرسایش آن بیشتر شده و هزینههای تعمیراتی بیشتر میشود.
-1 مقدمه
پروپیلن با فرمول شیمیایی CH3CH=CH2 بی شک یکی از قدیمیترین مواد اولیهی مورد استفاده در صنایع پتروشیمی و از ابتداییترین اولفینهای سبک به شمار میرود. از بین روش های موجود تنها روش های MTP، MTO و PDH روشهای تولید مستقیم پروپیلن هستند که با توجه به رشد روز افزون مصرف این ماده، استفاده از این روشها مقرون به صرفه میباشد.[1] روش تبدیل متانول به پروپیلن1 علاوه بر نو و اقتصادی بودن، دارای امتیازات ویژهای برای کشورهایی است که از گاز طبیعی به عنوان خوراک پتروشیمی استفاده میکنند.
فرآیند MTP از دو قسمت مهم تشکیل شده است: بخش تبدیل متانول2 و بخش تبدیل پروپیلن.3 در بخش تبدیل متانول، متانول خام پس از ورود به فرایند، در سه مبدل حرارتی تبادل گرما انجام داده و به بخار فوق گرم تبدیل میگردد. جریان خروجی از این راکتور همراه با ترکیبات سبک از بخش بازیابی پروپیلن و همچنین متانول خروجی از برج جداساز متانول ، خوراک راکتور MTP را تشکیل میدهد.[2] همچنین کورههای مدرن بطور فزاینده با الزامات سخت مبارزه با انتشار آلایندهها روبرو هستند و در نتیجه میبایست پایداری و راندمان احتراق را بهبود دهند.
احتراق کورههای حرارتی صنعتی به اتمیزاسیون موثر در افزایش سطح ویژه سوخت و در نتیجه بهبود نرخ اختلاط سوخت و هوا و تبخیر سریعتر بستگی دارد. در بیشتر سیستمهای احتراقی کاهش در اندازه قطر متوسط قطرات سوخت منجر به بالاتر رفتن نرخ حجمی انتقال حرارت و کاهش انتشار آلاینده ها میشود. تبدیل توده مایع به اسپری قطرات ریز در یک محیط گازی در سیستم پاشش سوخت موتورها و همچنین در کاربردهای دیگر مانند کشاورزی، هواشناسی، پزشکی و غیره بسیار مهم است. در صنعت برای اسپری مایعات از روشها و ابزار گوناگونی استفاده میشود. این روشها به عوامل زیادی بستگی دارد.
خواص مایع اسپری شونده یکی از مهمترین این عوامل است. برای نمونه ویسکوزیته، کشش سطحی و چگالی مایع اسپری شونده و مرتبهی اثر هر یک نقش مهمی در اتمیزاسیون4 مایع بازی میکنند. هر یک از عوامل ذکر شده به نحوی بر مشخصات افشانه از شکل ظاهری افشانه گرفته تا قطر متوسط قطرات نحوهی توزیع آنها در محیط تاثیر میگذارد، لذا این مشخصات افشانه است که در نهایت به ما در انتخاب روش و ابزار اتمیزاسیون کمک میکند.[3]
بر اساس منبع انرژی، اتمیزاسیون سیال به دو دسته، بیواسطه و باواسطه قابل تقسیم است. در نوع اول، انرژی لازم برای فروپاشی توسط خود سیال حمل میشود. این انرژی از نیروی فشاری که از یک پمپ صادر میگردد تامین میشود. اسپریهای فشاری از این نوع هستند. در نوع دوم، انرژی لازم برای فروپاشی با استفاده از یک واسطه به سیال انتقال داده میشود.
اتمیزاسیون به کمک پنوماتیک، گردش دیسک حاوی سیال، آکوستیک و اولتراسونیک از این نوع هستند.[4] اتمایزرهای فشاری، رایجترین نوع در بین اتمایزرهای موجود در صنعت است و موضوع این تحقیق نیز درباره افشانههای فشاری است لذا در ادامه به معرفی این نوع از اتمایزرها میپردازیم. یک تصویر شماتیک از یک اسپری فشار قوی مخروطی کامل1 در شکل - 1-1 - نشان داده است.
در قسمت پایین تصویر سوراخ نازل و جریان عبوری از آن بزرگنمایی شده است. در فشارهای بالای پاشش سوخت، جدایش اولیه در نزدیکی خروجی نازل اتفاق می افتد که منجر به تولید قطرات با اندازه های نسبتا بزرگ میشوند و تشکیل یک اسپری متراکم در نزدیکی خروجی نازل را میدهند . دلیل اصلی جدایش اولیه، کاویتاسیون و توربولانس صورت گرفته در داخل سوراخ نازل است.
