گردند. این روابطدر ابتدا روابط ترمودینامیکی استفاده شده بررسی می های اکتیویته، روابط موجود برای محاسبه فشار اشباع وشامل معادالت حالت، مدل

های بکار رفته درباشند. در مرحله بعدی مدلمعادالت مربوط به آنتالپی مواد می های جذب وشوند. این تجهیزات شامل برجسازی تجهیزات فرآیندی بررسی میشبیه

های حرارتی، کندانسور، مخزن تبخیر ناگهانی و پمپ گالیکولدفع، برج تقطیر، مبدل-سازی و بهینهسازی فرآیند کلی و نتایج حاصل از شبیهباشند. در انتها نحوه شبیهمی

گیرند.سازی مورد بررسی قرار می

- بررسی روابط ترمودینامیکی4-2

- معادالت حالت4-2-1

ترین معادالت حالت، معادالت مربوط به خانوادهها، متداولدر مورد هیدروکربنPeng Robinson (PR)های مربوط به فرآیندهای نفت وسازیباشند که در غالب شبیه می

سازیگاز کاربرد دارند. مهمترین معادالت مربوط به این خانواده که در این شبیه[:38اند و روابط مربوط به آنها، به قرار زیرند ]بررسی شده

استانداردPR- معادله 4-2-1-1

باشد. میRedlich-Kwong (PR)های اصالح شده معادله حالت این معادله از صورت تری در مورد فازهای دقیقبینیبر خالف معادله حالت مزبور، این معادله حالت، پیش

دهد. روابط مربوط به این معادله حالت، ضرائب آن، معادله ضرائبمایع بدست می پذیری بدست آمده از این معادله حالت به همراه ضرائب مربوط به آن،تراکم

معادالت مربوط به آنتالپی و ضریب فوگاسیته و نیز قوانین اختالط مربوط به این[:38اند ]معادله حالت در زیر آمده

(4-1:)

P= RTv−b

− av ( v+b )+b (v−b)

(4-2 :) a=acα

(4-3:)

ac=0.45724R2T c

2

Pc

(4-4:)

b=0.077480RT c

Pc

(4-5 :)α=(1+K (1−T c0.5))2

(4-6 :)K=0.37464+1.5422ω−0.26992ω2

(4-7 :)Z3−(1−B )Z2+( A−3B2−2B )Z−( AB−B2−B3 )=0

(4-8 :)

A= aP

R2T 2

(4-9 :)

B= bPRT

(4-10:)

H−H ig

RT=Z−1− A

21.5B [1−TadadT ] ln [ Z+( 20.5+1 )B

Z−( 20.5−1 ) B ](4-11 :)(T da

dT )=−∑i

N

∑j

N

x i x jm j (a iacjTr j )0.5 (1−k ij )

(4-12 :)lnφ i=−ln (Z−B )+(Z−1 )Bi'− A

21.5B(Ai

'−B i') ln( Z+ (20.5+1 )b

Z−(20.5−1 )b )

(4-13:)

Ai'=1a [2a∑

j

N

x ja j0.5(1−k ij)]

(4-14 :)

Bi'=bib

(4-15 :)a=∑i=1

n

∑j=1

n

(x i x jaij )

(4-16:)

b=∑i=1

n

b i x i

(4-17 :)a ij= (1−k ij)√aciacjαiα j

افزار نرمPR- معادله 4-2-1-2

_ مشابه حالت باشد، با این تفاوت که استاندارد میPRاین معادله حالت کامال-، با توجه به مقادیر ضریب بیα موجود در رابطه ضریب Kرابطه مربوط به ضریب باشد:مرکزی، به دو صورت می

(4-18 :)0.37464+1.54226ωi−0.26992ω2

K i=¿

( 4-19 :)0.37964+1.48503ωi−0.16442ωi2+0.016666ωi

3

Peng Robinson Stryjek-Vera(PRSV)- معادله 4-2-1-3

استاندارد است با اینPRاین معادله نیز از تمام جهات مشابه معادله حالت ، دو ضریبα موجود در رابطه ضریب Kتفاوت که در رابطه مربوط به ضریب

مرکزی است و دومی ثابتی استاند که اولی تابع ضریب بی بکار رفتهK1 و K0iجدید -که برای هر ماده خالص مقداری منحصر بفرد دارد. این تغییرات به صورت زیر می

باشد:(4-20 :)K i=K 0i+K1 (1+T ri

0.5) (0.7−T r i )(4-21 :)K0 i=0.378893+1.4897153ωi−0.1713184ωi

2+0.0196554ωi3

های اکتیویته- مدل4-2-1-4

[:38توان به دو صورت نوشت ]تعادلی )قانون رائولت( را میرابطه

شود. در : در این حالت تنها از معادله حالت استفاده میφV و φLبا استفاده از .1-شود که متغیر معادله، ضریب تراکمابتدا معادله حالت به صورتی تبدیل می توان استفاده نمود(. سپس معادلهپذیری باشد )از حجم مخصوص نیز می

باشد حل نموده و بر می3 از مرتبه PRحاصل را که برای معادالت خانواده گیرد. این تحلیل با استفاده ازهای بدست آمده تحلیل صورت میروی ریشه

گیرد بر حسب مقدار فشارفشار نقطه حباب و فشار نقطه شبنم صورت می گیرد، سه حالت ممکن است به چشم بخوردای که در آن قرار میو محدوده

)در نواحی خارج از ناحیه بحرانی(:الف( یک فاز مایعب( یک فاز بخار

ج( یک فاز مایع و یک فاز بخار در حال تعادل های حقیقی و مثبت معادلهدر صورتیکه حالت سوم موجود باشد و تعداد ریشه

توان با استفاده از روابط موجود برای ضریبحالت دو یا سه ریشه باشد، می را محاسبه نمود و رابطه تعادلی را به صورت زیرφV و φLفوگاسیته، دو مقدار

برقرار نمود:(4-22 :)

x iφiL= y iφi

V

بینی درستی برای: در صورتیکه معادله حالت، پیش γ-φبا استفاده از روابط .2 های اکتیویته، عالوه برپذیری بدست ندهد، استفاده از مدلضرائب تراکم

دهد کهها نشان میروابط فوگاسیته الزامی است. بطور مثال، گاهی تحلیل ماده مورد نظر در محدوده دو فازی قرار دارد، ولی با وجود بیش از یک

آید، که آن ریشه نیز مربوطریشه مثبت حقیقی از معادله حالت بدست نمی باشد. در اینصورت برای انجام محاسبات مزبور به فاز مایع،به فاز گاز می

های اکتیویته الزامی است.استفاده از مدل مورد استفاده قرار گرفته است. این مدل1در این پروژه، مدل اکتیویته ویلسون

_ خوبیبینیاکتیویته غیر از مواقعی که دو فاز مایع داشته باشیم، پیش های نسبتا دهد. روابط مربوط به این مدل اکتیویته و ضرائب آن در زیربرای فاز مایع بدست می

آمده است:

(4-23 :)ln γi=1.0−ln∑

j=1

n

x j Ʌij−∑k=1

n

[ xk Ʌ ki

∑j=1

n

xk Ʌkj ]

(4-24:)

Ʌij=V j

V i

exp[−(aij+bijT )RT ]

φV بدست آمده از مدل اکتیویته فوق و γتوان با استفاده از مقدار در نهایت می

بدست آمده از معادله حالت، رابطه تعادل را به صورت زیر برقرار نمود:

(4-25 :)y1φ1V P=x1 γ 1f 1

L=x1 γ1P1sat φ1

sat

- محاسبه فشار اشباع4-2-2

استفاده از مقادیر فشار اشباع برای هر یک از اجزاء موجود در مخلوط، به باشد. از میان روابط متعدد موجود برایمنظور برقراری رابطه تعادلی، الزامی می

اند:محاسبه این مقدار، دو رابطه زیر در این برنامه مورد استفاده قرار گرفته(4-26 :)

Pisat=Pciexp(( 4.92ωi+5.81 ) ln( TT ci

)−0.0838 (4.92ωi+2.06 )( 36.0

( TT ci)−35.0−( TT ci

)6

+42.0 ln( TTci)))

(4-27 :)Pisat=ai+

bi(T+ci )

+d i LnT+eiTf 1

1-Wilson

، و از دومین رابطه برای محاسبهTEGاز نخستین رابطه برای محاسبه فشار اشباع فشار اشباع سایر مواد استفاده شده است.

- معادالت آنتالپی4-2-3

آل ب(شود: الف( آنتالپی گاز ایدهآنتالپی واقعی مواد از دو قسمت تشکیل می آنتالپی باقیمانده برای گازها و آنتالپی اضافی برای مایعات. در صورت وجود

شوند.مخلوط مایع و بخار، آنتالپی هر یک محاسبه و در نهایت به هم افزوده میشود:برای محاسبه این دو قسمت به صورت زیر عمل می

آل، روابط متعددی موجود است. یکی از اینبرای محاسبه آنتالپی گاز ایدهروابط که در این پروژه مورد استفاده قرار گرفته است به قرار زیر است:

(4-28 :)H iig=a+bt+cT 2+dT 3+eT 4+ f T5

آل- آنتالپی گاز ایده4-2-3-1

آل در یک مخلوط، آنتالپی تک تک ترکیباتبرای محاسبه آنتالپی گاز ایده شود و در نهایت مقادیراستخراج شده و در ترکیب درصد جزء مربوطه ضرب می

شوند.بدست آمده با یکدیگر جمع می

- آنتالپی باقیمانده )مربوط به گازها(4-2-3-2

این آنتالپی با استفاده از معادله حالت قابل استخراج است. صورت کلی آن بهباشد:شکل زیر می

(4-29:) H−H ig

RT= 1RT

∫0

P

[V−T ( ∂V∂T )P]dP

، اینASPENافزار مربوط به نرمPR استاندارد و PRدر مورد معادالت حالت شود و تمام ضرائب موجود در این رابطه( محاسبه می10-4آنتالپی با کمک رابطه )

اند.مشابه ضرائب موجود در معادله حالت قابل محاسبه

- آنتالپی اضافی )مربوط به مایعات(4-2-3-3

پذیری یا حجمبینی ضریب تراکمدر صورتیکه معادله حالت قادر به پیش مخصوص مربوط به فاز مایع باشد، مقادیر آنتالپی اضافی مانند مقادیر آنتالپی

های اکتیویتهشوند. در غیر اینصورت به ناچار باید از روابط مدلباقیمانده محاسبه میشود:سود جست. در این حالت آنتالپی اضافی به صورت زیر محاسبه می

(4-30:)

( ∂ ln f iL

∂T )P, x

=−hi−hi

°

RT 2

های منتخب جهت تجهیزات فرآیندی- مدل4-2-4

سازی تجهیزات فرآیندی مورد استفاده درهای موجود برای شبیهراجع به مدل های جذب و دفع واین پروژه در فصل قبل به تفصیل شرح داده شده است. در برج

تقطیر و نیز در مخزن تبخیر ناگهانی، از مدل تعادلی استفاده شده است. معادالت )موازنه جرم، تعادل، مجموع اجزاء مولی وMESHاساسی در این مدل معادالت

های حرارتی و کندانسور، از مدلسازی مبدلباشد. به منظور شبیهموازنه انرژی( می سازیمبتنی بر موازنه جرم کلی حول مبدل حرارتی استفاده شده است. در شبیه

گالیکول پمپ، به افزایش فشار و محاسبات فلش بسنده شده است.

ها- روش حل مدل4-3

های منتخب فوق برای تجهیزات فرآیندیدر این بخش روش حل هر یک از مدلنمائیم:را به تفکیک بررسی می

- زیر برنامه فلش دما ثابت4-3-1

در این زیر برنامه ابتدا مشخصات کامل جریان )دما، فشار، ترکیب درصدها و-شود. سپس ترکیب درصد کلی مواد در جریان، محاسبه میها(، وارد میشدت جریان

-گردد. در مرحله بعد فشار اشباع در دمای مربوطه برای تمامی مواد محاسبه میφشود. سپس توسط زیر برنامه موجود، satشود. برای هر کدام از مواد محاسبه می

شود. سپس دو مقدار یکسری حدس اولیه در نظر گرفته میK-Valueسپس برای شود. برای این دو مقدار و برایحدی برای نسبت بخار به خوراک در نظر گرفته می

گردد:میانگین این دو، مقدار تابع زیر محاسبه می(4-31:)

F=∑i=1

N zi (k i−1 )

1+(VF ) (k i−1 )

در صورتیکه این مقدار کمتر از تلرانس مورد نظر باشد حلقه متوقف، در غیر آید کهیابد. در پایان حلقه، نسبت بخار به خوراکی بدست میاینصورت ادامه می باشد. سپس مقادیر ترکیب درصد مواد در مایع و بخارK-Valueمتناظر با مقادیر

آید.توسط مدل اکتیویته ویلسون بدست می γ شوند. در مرحله بعدمحاسبه می پذیری بدستسپس معادله حالت حل شده، با استفاده از مقدار ضریب تراکم

شود و سپس با استفاده از این مقادیر، برای هر جزء در ترکیب محاسبه میφvآمده، شوند. محاسبه میK-Valueمقدار جدید

اگر قدر مطلق تفاضل نسبت به خوراک بدست آمده از این مرحله با مرحله یابد.قبلی کمتر از تلرانس مورد نظر باشد، حلقه خاتمه و در غیر اینصورت ادامه می

در نخستین مرتبه اجرای حلقه، مقدار نسبت بخار به مایع، مقدار بزرگی در نظر برای هرK-Valueشود تا حلقه حداقل دو بار اجرا شود. در نهایت مقادیر گرفته می

آید.یک از ترکیبات موجود در جریان بدست می

های جذب و دفع- برج4-3-2

های جذب و دفع، دامنه وسیعی ازترکیبات شیمیایی موجود در اکثر برج هائی باهائی که جهت بررسی مخلوطشوند. در نتیجه الگوریتمفراریت را شامل می

_ در برجBubble Point (BP)اند )نظیر الگوریتم فراریت نزدیک بهم تهیه شده - که اکثرا هادهد. زیرا محاسبات دمای سینیها جواب نمیهای تقطیر کاربرد دارد(، در این برج

باشند و به عالوهها به ترکیب درصد فاز مایع بسیار حساس میتوسط این روش هاموازنه انرژی در هر مرحله، بیش از اینکه به شدت جریان بخار و مایع بین سینی

دهد. برای رفع این مشکل روشیها حساسیت نشان میوابسته باشد، به دمای سینی تهیه شده است.3 و اوتو2 توسط برنینگهامSum rates (SR)به نام

-در این روش ابتدا دما، فشار، ترکیب درصد و شدت جریان مربوط به جریان آل،های گاز و مایع ورودی به برج، ثوابت مربوط به مدل اکتیویته و آنتالپی گاز ایده

-ها و ثوابت بحرانی مواد وارد میثوابت مربوط به فشار اشباع مواد موجود در جریان شود. با تعیین افت فشار مربوطهای برج وارد میشوند. در مرحله بعد تعداد سینی

های ورودی قابل تعیین است.ها با توجه به فشار جریانبه هر سینی، فشار سینی ها وهای اولیه برای دمای سینیها، برنامه یکسری حدس با استفاده از این داده

ها را نیز به صورتتوان این حدسنماید. میها تولید میشدت جریان مایع و بخار سینی کاهد. ترکیب درصددستی به برنامه داد که در اینصورت از سادگی محیط برنامه می

شود. با استفاده از این اعدادکلی مواد بر روی هر سینی توسط برنامه تعیین می

2-Burningham3-Otto

با استفادهK-Valueها(، )دما و فشار هر سینی، ثوابت مربوط به مواد و شدت جریان گردد. سپس ترکیب درصد مایع و بخار روی هراز محاسبات فلش ایزوترم تعیین می

گردند. به منظور تعیین این ترکیب درصدها، معادالت موازنه جرمسینی تعیین می یک ماتریس سه قطری4شود و با استفاده از روش توماسها نوشته میروی سینی

های موجود در این روش، ترکیب درصد مایع روی سینی، وتشکیل شده و از فرمول گردد.، ترکیب درصد موجود بخار روی هر سینی تعیین میK-Valueبا کمک مقادیر

شود و با استفاده از مقادیر بدست آمدهحال موازنه انرژی روی هر سینی بسته می شوند.یا وارد شده در باال، آنتالپی هر سینی بصورت متغیرهای انحراف تعیین می

ام داریم:jبطور مثال برای سینی (4-32:)

hLj L j+hVjV j

hLj+1 L j+1+hVj−1V j−1

−1=0

باید با استفاده از این اعداد، یکسری دماهای جدید برای هر سینی بدست کنیم. فرمول عمومی این استفاده می5بیاوریم.بدین منظور از روش نیوتن-رافسون

روش بصورت زیر است:(4-33:)

∆ x=−F (x )J−1( x) های تبدیل شده به فرممان که همان آنتالپیدر ابتدا ماتریس ژاکوبین توابع

دهیم. بدین منظور در دمای هر سینی تغییر کوچکیباشند را تشکیل میانحراف می هایدهیم و با استفاده از دمای جدید برای این سینی و دماهای سابق برای سینیمی

_ مرحله تشکیل موازنه انرژی را انجام می دهیم. تفاوت این مقدار بادیگر، مجددا مقدار قبلی )آنتالپی( را بر مقدار تغییر دمای سینی تقسیم کرده و یک درایه از

آوریم. با تکرار این مرحله برای تمام دماها و تمامماتریس ژاکوبین را بدست می آید که تعداد سطر و ستون آن برابرها، یک ماتریس مربعی بدست میآنتالپی سینی های برج است. حال با استفاده از روش نیوتن-رافسون، میزان تغییرتعداد سینی

آوریم. شایان ذکر است برایدمای محاسبه شده برای هر سینی را بدست می افزایش دقت محاسبات، در هر مرحله از حل با کمک این روش، هر سطر از

های تبدیل شدهماتریس ثوابت )ماتریس ژاکوبین( و ماتریس توابع )ماتریس آنتالپیبه فرم انحراف( را بر بزرگترین مؤلفه از ماتریس ثوابت در ان سطر تقسیم می- کنیم. این روش در افزایش دقت حل، تأثیر بسزایی دارد. حال با کمک فرمول زیر،

آید:مقادیر جدید دمای روی هر سینی بدست می(4-34:)

X new=Xold+t ∆ x

4-Thomas5-Newton-Rophson

|رم یا همان مجموعtمقادیر در این فرمول باید به نحوی تعیین شوند که ن های انحرافی بدست آمده توسط مقادیر جدید دما، مینیمممربعات، برای آنتالپی

شوند و برای در نظر گرفته می1- و 1 بین tای از مقادیر شوند. بدین منظور دامنه|رم محاسبههای انحرافی مشخص میهر کدام دماهای جدید تعیین و آنتالپی شوند و ن

|رم در می |رم برای مقادیرt=0شود. در صورتیکه حداقل مقدار ن اتفاق بیافتد، مقدار ن_ محاسبه میt- از 001/0- و 01/0 و 001/0 و 01/0 شود. با استفاده از مجددا

-Kشود. با استفاده از دماهای جدید، مقادیر ها تعیین می، دمای سینیtمقدار بهینه

Valueمحاسبه شده و توسط معادالت موازنه جرم، مقادیر ترکیب درصد _ مجددا_ تعیین می هایشوند. به منظور تعیین شدت جریانمایع و بخار روی هر سینی مجددا

شود:جدید مایع و بخار روی هر سینی، از دو فرمول زیر استفاده می

(4-35 :)L jnew=L j

old∑i=1

N

x ij

(4-36 :)V j=L j+1−L0+V inlet

در انتهای برنامه، مجموع مربعات تفاضل مقادیر جدید و قدیمی دما روی هر در01/0گردد. در صورتیکه این مقادیر کوچکتر از حاصلضرب سینی، تعیین می

رسد. در غیر اینصورت با استفاده از اعدادها باشد، برنامه به پایان میتعداد سینی_ ماتریس ژاکوبین تشکیل می شود و کلیه مراحل قبلی تا رسیدن بهجدید، مجددا

شوند.همگرایی تکرار می

- مخزن تبخیر ناگهانی4-3-3

های مشخصدر این مخزن، خوراک با دما، فشار، ترکیب درصد و شدت جریان شود. تمام پارامترهای مورد نیاز از قبیل ثوابت بحرانی، ثوابتمایع و بخار وارد می

آل و مدل اکتیویته و نیز فشار اشباع توسط کاربر واردمربوط به آنتالپی گاز ایده شوند. به عالوه میزان افت فشار در جریان ورودی که طی آن عمل تبخیرمی

سازی این مخزنشود. الگوریتم شبیهگیرد، توسط کاربر وارد میناگهانی صورت میباشد:بصورت زیر می

گردد. سپس توسط زیردر ابتدا شدت جریان کلی خوراک ورودی تعیین می گردد و آنتالپی آندهد، حالت خوراک تعیین میای که فلش دما ثابت انجام میبرنامه

شود. بدینگردد. در مرحله بعد فلش آدیاباتیک انجام میمحاسبه شده، ذخیره می گرددترتیب منظور دو حد باال و پایین برای دمای بخار و مایع خروجی تعیین می

باشد(. اگر مقدار تفاضل ذکر شده در حد پایین)روش حل، نصف کردن دامنه می منفی و در دمای میانگین مثبت باشد، پاسخ نهایی در این فاصله بوده و دمای حد

شود و دمای میانگین به عنوان دمای حد باال مشخص شده و یک دمایباال حذف می یابد. در غیر اینصورت حدمیانگین جدید، بین این دو مقدار تعیین و برنامه ادامه می

_ یک مقدار میانگین محاسبه شدهپایین مشخص شده، حد باال ثابت می ماند و مجددایابد.و عملیات ادامه می

یابد که تفاوت دو مقدار حدی باال و پایین، ازحلقه فوق تا جایی ادامه می تلرانس مورد نظر بیشتر باشد. در پایان، میانگین دو حد باال و پایین، به عنوان

هایدمای بخار و مایع خروجی تعیین شده و ترکیب درصد مایع و بخار و شدت جریانگردد.مایع و بخار خروجی توسط زیر برنامه فلش دما ثابت، تعیین می

های حرارتی- مبدل4-3-4

باشد:ها بصورت زیر میسازی مبدلالگوریتم شبیه

در ابتدا مشخصات کامل دو جریان سرد و گرم ورودی، تحت فشارهای موجود-در مبدل برای طرفین سرد و گرم و ثوابت مورد نیاز برای حل الگوریتم، وارد می شوند. سپس برای یکی از طرفین سرد یا گرم، دمای خروجی و یا تغییر در دمای

گردد.خروجی نسبت به دمای ورودی، وارد می شوند.های سرد و گرم ورودی تعیین میدر مرحله بعد ترکیب درصد کلی جریان

های سرد و گرمسپس با استفاده از زیر برنامه فلش دما ثابت، فازهای جریان گردد. سپس دمای خروجی سمت گرم یاورودی تعیین و آنتالپی آنها مشخص می

گردد. فشار خروجی نیز باسرد، با استفاده از دما یا تغییر دمای ذکر شده تعیین می گردد. سپس زیر برنامهاستفاده از فشار ورودی و افت فشار داده شده تعیین می

فلش دما ثابت اجرا شده، فازهای این جریان خروجی و ترکیب درصدهایش تعیینگردد.شده و در نهایت آنتالپی آن مشخص می

سپس آنتالپی خروجی سمت دیگر با استفاده از موازنه حرارت کلی حول آید. با استفاده از فلش آدیاباتیک که الگوریتم آن در زیر برنامهمبدل بدست می

آید. درمربوط به مخزن تبخیر ناگهانی ذکر گردید، دمای خروجی مجهول بدست می هاینهایت با استفاده از محاسبات فلش دما ثابت، ترکیب درصد و شدت جریان

آید.مربوط به جریان خروجی مجهول بدست می

- کندانسور4-3-5

باشد ولی از تجهیزات داخلیاین وسیله در عین حال که یک مبدل حرارتی میباشد.های حرارتی میبرج است. الگوریتم ان بسیار شبیه به الگوریتم مبدل

شوند،های سمت گرم، توسط خود زیر برنامه محاسبه نمیدر این وسیله آنتالپی باشند. در عوض، این زیر برنامه،های مستقل برای سمت گرم موجود نمیزیرا جریان

تغییر آنتالپی مربوط به سمت گرم را از گرمای محاسبه شده توسط برج دریافت

باشد(. این زیرکند )در اولین اجرای این برنامه، این گرما بصورت حدس اولیه میمی برنامه سایر مشخصات ورودی را برای جریان سرد ورودی همانند روند طی شده

دارد.های حرارتی، دریافت میدر مبدل در مرحله بعد ترکیب درصدها و حالت جریان سرد ورودی با کمک عملیات

شود. سپس بافلش ایزوترم تعیین شده و آنتالپی ورودی سمت سرد محاسبه می کمک افت فشار موجود برای سمت سرد، فشار خروجی برای سمت سرد محاسبه

گردد. سپس با استفاده از فلششده، آنتالپی خروجی سمت سرد تعیین می آید. در نهایت با استفاده از محاسباتآدیاباتیک، دمای خروجی این سمت بدست می های مربوط به جریان خروجی مجهولفلش دما ثابت، ترکیب درصد و شدت جریان

آید. شایان ذکر است که دمای بدست آمده، به عنوان دمای کندانسور کهبدست می شود. این روند منجر به ایجاد یکباشد، در محاسبات برج تقطیر وارد میثابت می

شود کهگردد. این حلقه تا جایی اجرا میای از تجهیزات میحلقه داخلی برای پارهمقادیر مربوط به دما و گرمای کندانسور تغییر چندانی نکنند.

- گالیکول پمپ4-3-6

در این وسیله از مدل خاصی استفاده نشده است. این وسیله تنها فشار رساند، یا به ورودی به برج جذب میTEGجریان ورودی را به حدی برابر با فشار

کند.عبارت دیگر، تمام افت فشارهای موجود در خط را جبران می

- کسر ماندگی فاز مایع در فاز گاز4-3-7

نامه، مربوط به اضافه نمودن پارامتر مربوط بهنوآوری انجام گرفته در پایان باشد. یکی از عواملی که تأثیر بسزایی درکسر ماندگی فاز مایع در فاز گاز می

ها دارد، ماندگی است. در صورت افزایش ماندگی فاز گاز درتعیین راندمان برج یابد. این پدیده درفاز مایع و یا فاز مایع در فاز گاز، راندمان جداسازی کاهش می

صورت تداوم ممکن است منجر به ایجاد پدیده طغیان در برج گردد، در نتیجهرسد.بررسی این عامل، ضروری بنظر می

های دارای سینی، از شکل )محاسبه میزان ماندگی فاز مایع در فاز گاز در برج تهیه شده است، قابل برداشت است.6( که توسط فیر4-1

6-Fair

[54(: نمودار ماندگی فاز مایع در فاز گاز ]1-4شکل )

ساز تهیه شده، تهیه یک رابطه ضروری است.برای پیوستن این نمودار به شبیه مختصات خطوطgrafulaافزار بدین منظور، نمودار مزبور اسکن شده و با کمک نرم

،Table Curveافزار موجود بر روی نمودار، استخراج گردید. سپس با کمک نرمتعدادی معادله استخراج گردید که از بین آنها، معادله زیر دارای بیشترین دقت بود.

( 4-37 :)

Z=(a+cLn ( x )+eLn ( y )+g (ln ( x ))2+i( ln ( y ))2+kLn ( x ) ln ( y ))(1+bLn ( x )+dLn ( y )+ f ( ln ( x ))2+h( ln ( y ))2+ jLn ( x ) ln( y ))

a=0.28362298 b=0.40892497 c=0.099191734 d=0.28949153e=0.049859025 f=0.048234969 g=0.015220769 h=0.021271365i=0.0018570807 j=0.068881856 k=0.014132954

متغیرهای این معادله عبارتند از:Z طغیان : درصدxدرصد : yکسر ماندگی فاز مایع در فاز گاز :

باشد، در نتیجه باید این متغیر را از معادله مزبور استخراج میyمتغیر مجهول، ،(y=g(y))نماید ای که از روش ترمیم ریشه استفاده مینمود و با کمک زیر برنامه

هایهای صورت گرفته، دو مورد ریشهمقدار آن را محاسبه نمود. از میان استخراج آید که مقداری که به واقعیت نزدیکتر بود، مربوط به معادله زیرحقیقی بدست می

بود:

افت فشار گاز بر حسب پاسکال

متربر

طغیان

(4-38:)

y '=[z ( (1+bLn ( x )+dLn ( y )+ f (ln ( x ))2+h (ln ( y ))2+ jLn ( x ) ln ( y ))) ]

e−

[(a+cLn ( x )+eLn ( y )+g (ln ( x ))2+i( ln ( y ))2+kLn ( x ) ln ( y ))]e

y=exp(y')

متغیرها و پارامترهای این معادله، با معادله قبلی مشابه است. در نهایت این ساز اضافه گردید )این مقدار در معادلهزیر برنامه به همراه معادله مذکور به شبیه

گردد(. نتیجه حاصل از این پارامتر درموازنه جرم مربوط به هر سینی وارد میمطالب بعدی ارائه شده است.

سازی- روند کلی شبیه4-4

های اطالعاتی )شامل خصوصیات بحرانی و سایر پارامترهای مربوطکلیه بانک های جرمبه معادله حالت، پارامترهای مربوط به مدل اکتیویته ویلسون، داده

مولکولی مواد ضرایب تصحیح مربوط به قوانین اختالط ضرایب بکار رفته در-معادالت حالت و پارامترهای مربوط به فشار اشباع ترکیبات(، در اختیار برنامه می

هایباشند. این اطالعات در حال حاضر تنها برای مهمترین ترکیبات موجود در جریان توان به سادگیباشند، ولی در صورت نیاز میمورد استفاده این فرآیند فراهم می

تعداد آنها را افزایش داد. باشند و باهای موجود در فرآیند دارای یک نام مخصوص به خود میتمام جریان

ها وارد و یا از آن خارجاستفاده از آنها مشخصات مربوط به جریان به زیر برنامه ساز آمده، مطابق شکل زیرشوند. شکل شماتیک این فرآیند بصورتیکه در شبیهمیباشد.می

[50زدائی گاز با استفاده از گالیکول ](: شماتیک فرآیند نم2-4شکل )

های معلوم )خوراک ورودی به پاالیشگاه( ودر ابتدا مشخصات مربوط به جریان-سازی ضروری میهایی که برای انجام شبیهای از جریانمشخصات تخمینی پاره

ورودی به برجTEGشود. سپس ترکیب درصدهای اجزاء موجود در باشند، وارد می شوند. در مرحله بعد زیر برنامه مربوط به برج جذب اجراجذب خوانده و ذخیره می

-شویم. در ادامه به ترتیب، زیر برنامهشود. در این مرحله وارد حلقه داخلی میمی های مربوط به دومین مبدل حرارتی، مخزن تبخیر ناگهانی و سومین مبدل حرارتی

_ زیر برنامه سومین مبدل حرارتیو در نهایت برج دفع اجرا می شوند. حال مجددا شوند. در نهایت، مجموع مربعاتهای تخمینی قبلی، تصحیح میاجرا شده و جریان

کنیم.تفاضل دماهای قدیم و جدید و گرماهای جدید و قدیم کندانسور را محاسبه می یابد. در غیراگر این مقدار کمتر از تلرانس مورد نظر ما باشد، حلقه داخلی پایان می

اینصورت، با ذخیره مقادیر بدست آمده برای دما و گرمای کندانسور، حلقه داخلی_ تکرار می گردد.مجددا

-در صورت همگرایی حلقه درونی، زیر برنامه مربوط به گالیکول پمپ اجرا می ورودی بهTEGشود. سپس زیر برنامه نخستین مبدل حرارتی اجرا شده و جریان

یابد. در این مرحله به این دلیل که مقدار شدت جریانبرج جذب، مقدار جدیدی میTEGهایی که در جریان جدید ورودی به برج از مقدار قبلی کمتر است )به دلیل اتالف

برج جذب، مخزن تبخیر ناگهانی و برج دفع به واسطه خروج به همراه گاز(، باید به افزود. در نتیجه به تناسب ترکیب7 ورودیTEGهمان اندازه اتالف، به مقدار

های مربوط به این جریان باید تغییر یابد.درصد و شدت جریان در پایان حلقه خارجی، مجموع مربعات تفاضل ترکیب درصدهای جدید و قدیم

شود. در صورتیکه این مقدار کمتر از ورودی به برج جذب، محاسبه میTEGجریان پذیرد، در غیر اینصورت اجرایتلرانس مورد نظر ما باشد، اجرای برنامه پایان می

ها که همانیابد. در نهایت خروجیبرنامه با بازگشت مجدد با ابتدای آن، ادامه می باشند، توسط محیط گرافیکی خوانده شده وهای مربوط به هر جریان میفایل

گردد.اطالعات به صورت خروجی ارائه می

زدائی از گازسازی یک واحد نمسازی اطالعات مربوط به شبیهدر این شبیه باشد مورد بررسی قرار که مربوط به یک پاالیشگاه گازی میTEGطبیعی با کمک

گرفته است. شرایط مربوط به گاز خوراک مرطوب ورودی به پاالیشگاه در دو ( نشان داده شده است و همچنین شرایط2-5حالت تابستان و زمستان در شکل )

-( نشان داده شده است. در شبیه3-4خوراک ورودی به پاالیشگاه نیز در جدول ) افزار نرمPR استاندارد، PRسازی این واحد در این دو حالت، از معادالت حالت

ASPEN و PRSV .استفاده شده است

7-Make-up

(: شرایط خوراک ورودی به پاالیشگاه3-4جدول )

(C°)دما (bar)فشار (kg/hr)دبی

6727تابستانزمستان446166450801

DESIGN CASESUMMER

DESIGN CASEWINTER

Composition

H2O

N2

CO2

Methane

Ethane

Propane

IC4

NC4

IC5

NC5

C6 cut (2) (3)

C7 cut (2) (3)

C8 cut (2) (3)

C9 cut (2) (3)

C10+ (2)

H2S

COS

M-Mercaptan

E-Mercaptan

Pr1Thiol

Bu1Thiol

HX1Thiol

% mole

“

“

“

“

“

“

“

“

“

“

“

“

“

ppm mole

ppm mole

ppm mole

ppm mole

ppm mole

ppm mole

ppm mole

ppm mole

% mole

0.0804

3.528

0.862

86.387

5.521

2.036

0.376

0.580

0.179

0.160

0.140

0.080

0.042

0.012

47.1

3.0

3.1

21.9

138.0

37.6

6.3

1.7

% mole

0.0804

3.537

0.864

86.613

5.536

2.019

0.352

0.529

0.149

0.129

0.099

0.050

0.024

0.006

21.5

3.0

3.1

20.3

119.0

27.0

4.1

0.9

Wet Gas Feed Molecular weight 18.87 18.73

(: مشخصات خوراک ورودی در تابستان و زمستان4-4شکل )

ساز تهیه شده،های موجود و همچنین نتایج حاصل از شبیهافزار با دادهابتدا نرم شود. سپسسازی گشته سپس پارامترهای مهم در طراحی واحد بررسی میشبیه

سازی بر حسب این پارامترها انجام گرفته و نتایج ارائه شده است. بعد ازبهینه سازای با نتایج حاصل از شبیه مقایسهASPENافزار ساری با نرمسازی و بهینهشبیه

گیرد.تهیه شده انجام می

گیرند عبارتند از:پارامترهایی که برای این فرآیند مورد بررسی قرار می در گردشTEGشدت جریان .1 ورودی به برج جذبTEGدمای .2های برج جذبتعداد سینی.3های برج دفعتعداد سینی.4دمای ریبویلر در برج دفع.5سازشدت جریان گاز عریان.6دمای گاز طبیعی ورودی به واحد.7