شبیه‌سازی برج‌های تقطیر و فرآیندهای جداسازی در Aspen Plus
1. آشنایی کلی با فرآیند تقطیر
تقطیر (Distillation) فرایندی است برای جداسازی اجزای یک مخلوط مایع بر اساس اختلاف در نقاط جوش. در برج‌های تقطیر، مخلوط وارد برج می‌شود و با استفاده از حرارت، اجزای سبک‌تر در بخش بالای برج (top product) و اجزای سنگین‌تر در پایین برج (bottom product) جمع‌آوری می‌شوند.
2. مراحل مدل‌سازی یک برج تقطیر
الف) ایجاد پروژه و وارد کردن مواد
-
از بخش Properties مواد شیمیایی موردنظر را وارد کنید.
-
یک مدل ترمودینامیکی مناسب انتخاب کنید؛ برای تقطیرها معمولاً NRTL یا UNIQUAC در سیستم‌های غیر ایده‌آل و Raoult’s Law برای مخلوط‌های ساده به‌کار می‌روند.
ب) رسم جریان‌ها و تجهیزات در Flowsheet
-
از بخش Model Palette یک ستون تقطیر انتخاب کنید (مثل RadFrac برای برج تقطیر واقعی).
-
جریان ورودی را تعریف و به بخش خوراک برج متصل کنید.
-
جریان‌های خروجی بالا و پایین برج را رسم و به تجهیزات بعدی (در صورت نیاز) متصل کنید.
پ) تنظیم پارامترهای برج
در بخش تنظیمات تجهیز RadFrac، اطلاعات زیر باید وارد شود:
-
تعداد سینی‌ها (Number of stages)
-
مکان ورود خوراک (Feed stage)
-
نوع جریان بالا و پایین (Vapor distillate / Bottoms liquid)
-
نرخ برگشت (Reflux Ratio) یا مشخصات کندانسور و جوش‌آور (Reboiler)
ت) تعریف شرایط عملیاتی
-
دما، فشار، ترکیب خوراک و دبی را در جریان ورودی مشخص کنید.
-
فشار عملیاتی برج (top و bottom) را تعیین کنید.
3. اجرای شبیه‌سازی
-
پس از وارد کردن داده‌ها، از منوی Run یا آیکن مربوطه استفاده کنید تا شبیه‌سازی اجرا شود.
-
Aspen Plus محاسبات را انجام می‌دهد و در صورت موفقیت، پیغام Converged را نمایش می‌دهد.
4. تحلیل نتایج جداسازی
پس از اجرای موفق شبیه‌سازی، می‌توانید اطلاعات زیر را تحلیل کنید:
-
درصد خلوص اجزای سبک و سنگین در محصولات بالا و پایین
-
پروفایل دما و فشار در طبقات مختلف برج
-
نرخ برگشت و مصرف انرژی در کندانسور و جوش‌آور
-
بازده جداسازی اجزا و راندمان ترمودینامیکی
اطلاعات به‌صورت جدول، نمودار و گزارش‌های خلاصه در دسترس هستند. برای دسترسی به پروفایل‌ها، می‌توانید از منوی Results Summary استفاده کنید.
5. نکات مهم در شبیه‌سازی تقطیر
-
RadFrac گزینه‌ای پیشرفته برای شبیه‌سازی برج‌های تقطیر چندجزئی واقعی با برگشت حرارتی و شرایط عملیاتی دقیق است.
-
در صورتی که برج ایده‌آل یا شبیه‌سازی سریع‌تر بخواهید، می‌توانید از DSTWU استفاده کنید که بر اساس مدل Shortcut است و فقط داده‌های اولیه جداسازی را فراهم می‌کند.
-
انتخاب درست مدل ترمودینامیکی نقش اساسی در دقت جداسازی دارد.
جمع‌بندی
شبیه‌سازی برج‌های تقطیر و فرآیندهای جداسازی در Aspen Plus، یکی از کاربردی‌ترین بخش‌های این نرم‌افزار در صنعت است. با استفاده از ابزارهایی مثل RadFrac، می‌توان جزئیات دقیق جداسازی چندجزئی را شبیه‌سازی کرد و رفتار فرآیند را در شرایط مختلف بررسی و بهینه‌سازی نمود.
