عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی فرآیند جداسازی مخلوط گازی در فرآیند نفوذ حرارتی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1873.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81881;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1873.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81881
- تاریخ دفاع
- ۱۴ شهریور ۱۳۹۶
- دانشجو
- حامد اقبال احمدی
- استاد راهنما
- پریسا خدیوپارسی
- چکیده
- اختلاف دمایی اعمال شده به یک مخلوط همگن باعث حرکت نسبی گونه‌های آن مخلوط شده و یک اختلاف غلظت در مخلوط ایجاد می‌شود، این پدیده را نفوذ حرارتی می‌گویند. ستون جداسازی نفوذ حرارتی براساس ترکیب اثرات نفوذ حرارتی و پدیده‌های انتقال نظیر انتقال جرم (مولکولی)، انتقال حرارت همرفتی و انتقال مومنتم عمل می‌کند. در این تحقیق، فرآیند جداسازی مخلوط گازی با ترکیب 6/49% مولی هلیوم و 4/50% آرگون، با نرم‌افزار کامسول (نسخه 2/5)، شبیه‌سازی شده و سه پارامتر موثر بر عملکرد سامانه، شامل مقدار جریان حجمی خوراک ورودی، دمای سیم گرم ستون و نسبت جریان خروجی بالای ستون به جریان ورودی (کات) مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور برای سه پارامتر فوق، بازه‌هایی عملیاتی و کاربردی در نظر گرفته شده و با طراحی آزمایش به روش باکس بنکن در نرم افزار دیزاین اکسپرت (نسخه 7) شرایط انجام شبیه‌سازی‌ها طراحی شد. پس از انجام شبیه‌سازی‌ها با نرم‌افزار کامسول و اعتبار سنجی نتایج با داده‌های بدست آمده از سامانه آزمایشگاهی، مشخص شد که با افزایش دمای سیم گرم ستون از 800 تا 1200 کلوین، درصد مولی جزء هدف (هلیوم) در محصول بالای ستون و نیز واحد کار جداسازی یا سو افزایش یافت. همچنین با افزایش کات از 1/0 تا 45/0مقدار سو افزایش یافته و از 45/0 تا 9/0 کاسته شد. همچنین با افزایش جریان ورودی به ستون از 20 تا 90 سانتی متر مکعب در دقیقه مقدار سو ابتدا روندی افزایشی سپس کاهشی داشت که در نقطه جریان 54 سانتی متر مکعب در دقیقه دارای حداکثر بود. در این تحقیق مقدار سو در شرایط متفاوت بدست آمد. به عنوان مثال مقدار سو در کات 1/0، دمای سیم گرم 1200 کلوین و جریان خوراک 50 سانتی متر مکعب در دقیقه برابر 2/1 کیلوگرم در سال است و این پارامتر در شرایط کات 45/0، دمای سیم گرم 1000 کلوین و جریان خوراک 55 سانتی متر مکعب در دقیقه نیز برابر 58/2 کیلوگرم در سال است. در نهایت با بهینه‌سازی عامل سو به عنوان تابع هدف، به وسیله نرم افزار دیزاین اکسپرت و روش باکس بنکن نقطه بهینه عملکرد ستون بر اساس بیشترین مقدار سو که عبارت بود از شرایطی با جریان ورودی 54 سانتی‌متر مکعب بر دقیقه، دمای سیم گرم 1059 کلوین و کات 44/0 بدست آمده است. در این شرایط پارامتر سو در ستون 62/2 کیلوگرم در سال است. در ضمن نتایج شبیه‌سازی در چهار مورد از شرایط عملیاتی با نتایج حاصل از کار آزمایشگاهی مقایسه شد، میزان میانگین خطای حاصل در خصوص مقدار حدود 5/13 درصد بود.
- Abstract
- The temperature gradient applied to a homogeneous mixture causes relative movement of its mixed species and a concentration gradient in the mixture, which is called thermal diffusion. The thermal diffusin separation column is based on the combination of the effects of thermal diffusion and transmission phenomena, such as mass transfer (molecular), convective heat transfer, and the transfer of momentum. In this study, the process of separating the gas mixture with a combination of 49.6% molar helium and 50.4% argon was simulated with Comsol software (version 2.5) and three effective parameters on the system performance, including volumetric feed intake, temperature of hot-wire in column and discharge ratio of the column to the inlet (cut) is evaluated. In this regard, for the 3 parameters mentioned above, operational and functional intervals are considered and designed with the design of the test by the Box-behnken in the software Design Expert (version 7), the conditions for conducting simulations are designed. After performing the simulations with Comsol software and validating the results with the data obtained from the laboratory system, it was determined by increasing the temperature of the hot wire column from 800 to 1200K, the molar percentage of target component (helium) in the product above the column and the sepatative work unit(SWU) increase. Also, increasing the cut from 0/1 to 0/44 increases the amount of soda and decreases from 0/44 to 0/9. Also, by increasing the discharge inlet to the column from 20 to 90 cubic centimeters per minute, the first incremental step then decreases at a maximum discharge point of 54 cubic centimeters per minute. In this study, the value of the SWU was obtained in different conditions, for example, the SWU of condition: cut of 0/1, the temperature of the hot wire is 1200K and the feed rate is 50 cubic cubic meters per minute, equal to 1/2 kilograms per year, and this parameter is in the 0/45, the temperature of the hot wire is 1000K and the feed rate of 55 cubic cubic meters per minute is equal to 2.58 kg per year. Finally, by optimizing the Sou factorial as the objective function, using the Design expert software and the Box-Behnken method, the optimum point of the column function is based on the maximum amount of conditions, with the input flow rate of 54 cubic meters per minute, the heating temperature of 1059K and Cut is 0/44. In this case, the pillar parameter is 2/62 kg per year. The simulation results were compared in 4 operating conditions with the results of laboratory work, the average error rate was about 13.5%.
