آموزش ها مهندسی شیمی علم و دانش مهندسی شیمی

آموزش توامان نرم افزار Hysys و Aspen Plus _ گام سوم (بخش اول): انتخاب بسته ترمودینامیکی مناسب

محمدرضا فرزان
نوشته شده توسط محمدرضا فرزان

در گام دوم از آموزش های توامان Hysys و Aspen plus به عنوان یک مقدمه ، توضیح مختصری در مورد انتخاب بسته ی نرم افزاری مناسب جهت انجام محاسبات داده شد و اهمیت انتخاب درست این بسته ی نرم افزاری و تاثیر آن بر خروجی حاصل از شبیه سازی شرح داده شد.اما در مورد انواع بسته های نرم افزاری ،کاربرد هر کدام و موارد استفاده ی آنها و نحوه ی انتخاب آنها صحبت نشد.ضمن اینکه تاثیر انتخاب بسته ی نرم افزاری مناسب بر خروجی شبیه سازی مشاهده نشد. در این گام قصد داریم موارد ذکر شده را به تفصیل توضیح دهیم.

همانطور که گفته شد HYSYS و ASPEN PLUS بیشتر یک موتور محاسبات ترمودینامیکی هستند و با توجه به اهمیت و پایه ای بودن ترمودینامیک در مهندسی شیمی و همچنین طراحی واحد های صنعتی،  انتخاب بسته ی نرم افزاری مناسب ،مهمترین و اساسی ترین گام شبیه سازی می باشد.

بسته های نرم افزاری

بسته های نرم افزاری را در یک دسته بندی کلی می توان به چند گروه زیر دسته بندی کرد که در زیر موارد استفاده ، موارد عدم استفاده ،مزایا و معایب هر کدام را توضیح می دهیم

  • معادله های حالت
  1. موارد استفاده: پیش بینی خواص گازها
  2. موارد عدم استفاده : مایعات غیر ایده آل
  3. مزایا : در نواحی بحرانی ، نتایج خوبی به دست می دهند
  • PENG ROBINSON :
  1. بازه ی گسترده ای از شرایط دما و فشار را در بر می گیرد
  2. برای حالت های 1 ،2 و 3 فازی مورد استفاده قرار می گیرد
  3. در HYSYS بازنویسی و به صورت دقیق تر مورد استفاده قرار می گیرد
  • SRK .
  1. نتایج مشابه با PR را به دست می دهد
  2. بازه ی عملیاتی بسیار محدود تری از PR دارد
  3. برای سیستم های غیر ایده آل کاربرد ندارد
  • SOUR PR
  1. ترکیبی از مدل PR و مدل اسیدی WILSON’S API- SOUR  است.
  2. برای سیستم های آبی- اسیدی مورد استفاده قرار می گیرد.
  • SOUR SRK
  1. ترکیبی از مدل SRKو مدل اسیدی WILSON’S API- SOUR  است.
  2. برای سیستم های آبی- اسیدی اما بازه ی عملیاتی محدود تر از SOUR PR
  3.  مورد استفاده قرار می گیرد.
  • KABADI-DANNER
  1. برای تعادل سیستم های آب_هیدروکربن درغلظت های پایین مورداستفاده قرار می گیرد.
  • LEE_KESLER
  1. برای ترکیبات و مخلوط های غیر قطبی مورد استفاده قرار می گیرد
  • ZUDKEVITCH JAFFE
  1. مدل تغییر یافته ی معادله حالت PR است که برای تعادل های بخار –مایع در سیستم های هیدروکربنی و سیستم های شامل هیدروژن مورد استفاده قرار می گیرد.
  • معادلات فعالیت
  1. موارد استفاده: برای ترکیبات هیدروکربنی در بازه ی وسیعی از عملیات، و سیستم های بسیار غیر ایده آل
  2. موارد عدم استفاده : ترکیبات غیر قطبی ضعیف
  3. مزایا : محاسبه ی سیستم غیر ایده آل به صورت اختصاصی
  • NRTL : برای نمایش رفتار فازی تعادل های LLE ، VLE ، VLLE
  • UNIQUAC :موارد استفاده ی مشابه NRTL دارد.
  • VAN LAAR
  1. برای بسیاری از سیستم ها مخصوصا آنها که انحراف زیادی از قانون رائولت دارند مورد استفاده قرار می گیرد.
  2. برای سیستم های هیدروکربنی هالوژه و الکل ها نمی تواند مقدار MAX و  MIN ضریب فعالیت را پیش بینی کند.
  • WILSON
  1. سیستم های چند جزئی یکی از موارد استفاده از این معادله است.
  2. برای سیستم های با دو فاز مایع نمی توان از آنها استفاده کرد.
  • EXTENDED NRTL
  1. اگر نقطه ی جوش 2 ترکیب اختلاف زیادی با هم داشته باشند می توان از این معادله استفاده کرد
  2. در سیستم هایی که تیاز به حل همزمان معادلات VLE و LLE باشد ازاین معادله می توان استفاده کرد
  3. در سیستم هایی که اختلاف زیادی بین دما های نقطه ی جوش وغلظت ها وجود دارد می توان از این معادله استفاده کرد.
  • GENERAL NRTL :همانند EXTENDED NRTL است .
  • MARGULES : یک معادله ی تجربی است که برای تخمین سریع خواص به کار می رود.البته باید توجه داشت که فقط برای فاز میع مورد استفاده قرار می گیرد.

 

  •  مدل های CHAO SEADER
  1. موارد استفاده :برای سیستم هایی با هیدروکربن های سنگین در فشار های پایین  و سیستم هایی که از مخلوط هیدروکربن های سنگین و ترکیبات پر هیدروژن تشکیل شده اند ،قابل استفاده است.
  2. معایب : این معادله قدیمی و شبه تجربی است و از داده های مربوط به آن فقط در HYSYS مورد استفاده قرار می گیرد.
  • CHAO SEADER : برای سیستم هایی با هیدروکربن های سنگین در فشار های کمتر از  1500 psig و دمای کمتر از 5000 فارنهایت   می توان از این معادله استفاده کرد.
  • GRAYSON STREAD :برای سیستم هایی با هیدروکربن های سنگین و ترکیبات پر هیدروژن مورد استفاده قرار می گیرد.

 

  • مدل های فشار بخار
  • موارد استفاده : برای مخلوط های ایده آل در فشار های پایین ، مخلوط های ایده آل که شامل هیدروکربن ها و یا مخلوط هایی نظیر کتون ها و الکل ها هستند مورد استفاده قرار می کیرد.به علاوه به عنوان حدس اولیه سیستم های غیر ایده آل هم می توان از آن استفاده کرد.
  • BRAUN K10 :برای سیستم های هیدروکربنی سنگین در فشار پایین کاربرد داشته و K-value آن در نقطه ی جوش نرمال و فشار 10 Pisa محاسبه می شود.
  • ESSO :همانند BRAUN K10  است و تفاوت آن در تخمین K-value است.
  • ANTION : برای سیستم های ایده آل در فشار پایین ورد استفاده قرار می گیرد.

 

  •  مدل های متفرقه
  • AMINE :برای جذب و دفع کربن دی اکسید بااستفاده از آمین ها مورد استفاده قرار می گیرد.
  • ASME STEAM : فقط برای آب مورد استفاده قرار می گیرد و از جدول ASME-1984 استفاده می کند.
  • NBS STEAM :فقط برای آب مورد اسفاده می شود و از جدول NBS-1984 استفاده می کند.

روش های انتخاب معادله حالت مناسب

  •  روش اریک کارلسون: در سال 1996 ، اریک کارلسون طی مقاله ای به نام Don’t gamble with physical properties for simulation روش مناسب جهت انتخاب بهترین  بسته ی نرم افزاری جهت انجام محاسبات را ارائه کرد که بعد عا پروفسور سیدر به نتایج مشابه در این زمینه دست یافت که در تصاویر زیر مراحل انتخاب نشان داده شده است.
  •  پیشنهاد ASPEN : در این بخش با پاسخ دادن چندین سوال از امکانات ASPEN استفاده کرده و اجازه می دهیم که خود نرم افزار تصمیم گیری کند که کدام بسته ی نرم افزاری برای محاسبات مناسب تر است.

برای انتخاب این گزینه پس از انتخاب component  ها در نرم افزار HYSYS برای استفاده از پیشنهاد ASPEN ،گزینه ی  METHODS ASSISTANT که در سربرگ های بالایی نرم افزار موجود است ، را انتخاب می کنیم.

در نرم افزار ASPEN PLUS برای استفاده از گزینه ی METHODS ASSISTANT همانند شکل زیر پس از انتخاب COMPONENT ها و وارد شدن به پوشه ی METHOD ،در پنجره ی سمت راست گزینه ی METHODS ASSISTANT  را انتخاب می کنیم.

پس از این که در 2 نرم افزار این گزینه را فشردیم، پنجره ای به شکل آنچه که در تصویر زیر نشان داده شده نمایش داده می شود که با خواندن توضیحات آن و فشردن گزینه ی NEXT ،پنجره ای به شکل زیر باز می شود که در آن از شما خواسته می شود که به سوالاتی در مورد نوع شبیه سازی پاسخ دهید.این اطلاعات یا شامل اطلاعاتی در مورد اجزا است و یا اطلاعاتی در مورد نوع فرایندی که قرار است شبیه سازی شود.انتخاب این که اطلاعات را بر چه اساسی وارد شود ، به عهده ی خود کاربر است.

 

درباره نویسنده

محمدرضا فرزان

محمدرضا فرزان

درج دیدگاه