بخشی از مقاله
چکیده
دراین تحقیق ازمدل سه بعدی ، دو فازی اولری -اولری برای پیش بینی هیدرودینامیک سینی غربالی برج دیوار میانی استفاده شده است .سینی غربالی مورد نظر دارای قطر 1.213متر است و شبیه سازی با استفاده از نرم افزارCFX 5 انجام شده است و محاسبات تا زمانی که متوسط ارتفاع مایع زلال به مقدارپایا برسد ادامه یافته است و پارامترهای هیدرولیکی مثل ارتفاع مایع زلال و توزیع سرعت مایع به ازای شدت جریان های متفاوت گاز و دبی ثابت مایع محاسبه شده اند و نتایج نشان می دهد در روی سینی توزیع مایع غیر یکنواخت است و جاهایی که مایع زیاد است جریان برگشتی وجود دارد .بنابراین CFD می تواند به عنوان ابزار قدرتمند برای طراحی این نوع سینی ها به کار رود .
1 -مقدمه
جداسازی و خالص سازی اجزای یک محلول هدف بسیاری از عملیات های مهندسی شیمی است . تقطیر از مهمترین فرآیندهای جداسازی مستقیم است که به طور گسترده برای جداسازی مخلوط های مایع درصنایع شیمیایی و پتروشیمی برای داشتن محصولاتی با خلوص بالا مورد استفاده قرار می گیرد . از آنجا که جداسازی مخلوط به اجزای شیمیایی یک فرآیند خود به خودی نیست ونیاز به صرف انرژی دارد ، برج های تقطیر و تجهیزات آن یکی از پرهزینه ترین قسمت های یک وحد شیمیایی است که برای کاهش این میزان انرژی برج هایی با ساختار کوپل گرمایی پیشنهاد شده است که درقسمت کوپل گرمایی ، انتقال حرارتی که برای جداسازی لازم است به وسیله تماس مستقیم بین جریان های مایع و بخار اجزاء تامین می -شود.
نمونه این برج های کوپل گرمایی، برج های دیوارمیانی - - DWC هستند که از قرارگرفتن دوقسمت پیش جداساز و قسمت اصلی برج پتلوک در یک ستون ونصب دیوار درداخل آن بوجود آمده اند که برای جداسازی مخلوط های چندفازی درصنعت بکار می رود . دیوارموجود دراین برج ها ازاختلاط خوراک و جریان جانبی جلوگیری می کند و از آنجا که در این برج ها تنها یک باز جوش آور وجود دارد خوراک تنها یکبار به جوش آورده می شود بنابراین تنش گرمایی کاهش یافته و باعث صرفه جویی درمصرف انرژی می -شود . مطالعات تئوری نشان داده که استفاده از برج های دیوارمیانی به طور متوسط حدود 30الی %50 کاهش هزینه انرژی درمقایسه با برج های تقطیرمعمولی داشته است [1 2].
برج های تقطیر دیوارمیانی برای نخستین بار درسال های 1930و1940 به عنوان یک اختراع مطرح شد اما سال ها با تمام مزیت هایی که این برج ها داشتند فقط درحد یک نظریه دانشگاهی باقی ماندند تا اینکه درسال 1985 علاقه به این تکنولوژی بزرگ با توجه به طراحی و ساخت اولین DWC صنعتی توسط BASF ادامه پیدا کرد و تا یک سال بعد حق ثبت اختراع درمورد یک ستون دیوارمیانی برای جدایی مخلوط های چهارجزئی داده شد . درسال 1987 کی بل این برج هارا دوباره به دنیای تقطیر معرفی کرد .[3]
با وجود اینکه روش طراحی کامل از DWCگزارش نشده است آثار زیادی از طراحی DWCاز نظر محاسبه تعداد مراحل و محل دیوار تقسیم وجود دارد. شاه و کی کوسیز [4]، با استفاده از اندازه موجود درشبیه سازی Aspen به عنوان رویکرد اولیه نتایج خوبی ارائه دادند . هرندز و همکاران [5]، درمقیاس آزمایشگاهی طراحی و اجرای یک DWC با packهای غیرساختاریافته راشرح دادند .
ماریوآلبرت و همکاران 2015،[6] براساس روش پیشنهادی کیستر برای طراحی مکانیکی سینی ها، سینی غربالی دریک برج DWC برای مخلوط های هیدروکربنی طراحی و میزان سرریز و منطقه فعال ورژیم جریان درآن ازمایش کردند و نشان دادند که برای یک قطر ثابت ستون با افزایش کل سوراخ ها ممکن است شرایط عملیاتی تغییر کند .
رحیمی وهمکاران [1]، با استفاده از CFD به بررسی پارامترهای هیدرودینامیکی سینی غربالی برج های دیوارمیانی پرداختند و طراحی و نتایج خود را براساس اطلاعات سولاری وبل ارائه دادند و نتایج نشان می دهد که توزیع مایع درنصف سینی غیر یکنواختر از سینی کامل است بنابراین به این نتیجه رسیدن که طراحی سینی غربالی برج دیوار میانی از روش طراحی معمولی پیروی نمی کند و روش CFD می تواند به عنوان ابزار قدرتمند برای طراحی سینی باشد و برای رسیدن به توزیع یکنواختر جریان ،لازم است تغییراتی درنحوه ورود و خروج جریان ها به داخل سینی و همچنین طراحی مکانیکی برخی از اجزای سینی از جمله طول بند ها ایجاد شود .
دربرج های دیوارمیانی سینی دار نحوه ی جریانات بخار و مایع درروی سینی اثرزیادی روی کیفیت محصول دارد و عملکرد کلی برج ها با استفاده از هیدرودینامیک سینی ها پیش بینی می شود . در این مقاله به کمک دینامیک سیالات محاسباتی به بررسی نحوه ی جریان سیالات روی سینی غربالی برج دیوار میانی و درحالت کلی پارامترهای هیدرودینامیکی پرداخته شده است . -2 معادلات حاکم مدل در نظر گرفته شده در مقاله حاضر بر پایه دیدگاه اولری-اولری می باشد. بر اساس این دیدگاه، برای هر فاز معادلات مجزایی نوشته می شود . ازآنجاکه شبیه سازی در حالت ناپایا انجام شده است معادلات درحالت ناپایا نوشته شده اند .
