شبیه سازی برهمکنش هیدروکلریک اسید و سدیم هیدروکسید در نرم افزار اسپن پلاس

واکنش بین هیدروکلریک اسید ($\text{HCl}$) و سدیم هیدروکسید ($\text{NaOH}$) یک مثال بنیادین از واکنش خنثی‌سازی اسید قوی و باز قوی است که نمک سدیم کلرید ($\text{NaCl}$) و آب تولید می‌کند. ماهیت این سیستم در فاز آبی شامل تفکیک کامل واکنش‌دهنده‌ها و محصول به یون‌های آزاد (${\text{H}}^{+}$, ${\text{Cl}}^{-}$, ${\text{Na}}^{+}$, ${\text{OH}}^{-}$) است. به همین دلیل، شبیه‌سازی این فرایند در Aspen Plus مستلزم استفاده از یک مدل ترمودینامیکی است که بتواند برهمکنش‌های الکترواستاتیک یون‌ها در محلول را به طور دقیق محاسبه کند. استفاده از پکیج‌های خواص استاندارد مانند $\text{SRK}$SRK یا $\text{PR}$برای این سیستم‌ها منجر به نتایج غیرواقعی و خطا در تعادل فاز می‌شود.

تنظیمات Property Method: معرفی ELECNRTL

در محیط $\text{Properties}$Properties نرم‌افزار $\text{Aspen Plus}$ ، انتخاب مدل $\text{ELECNRTL}$(Electrolyte Non-Random Two-Liquid) بهترین گزینه برای مدل‌سازی این محلول آبی یونی است. این مدل به طور خاص برای محیط‌هایی که شامل اسیدهای قوی و بازهای قوی در فاز مایع هستند، توسعه یافته است و اثرات غیرایدئال ناشی از وجود یون‌ها را در نظر می‌گیرد. پیش از تعریف مدل، باید تمام اجزای مولکولی (${\text{H}}_2\text{O}$, $\text{HCl}$, $\text{NaOH}$, $\text{NaCl}$) و تمامی گونه‌های یونی که در تعادل حضور دارند  به درستی در لیست اجزا اضافه شوند. $\text{ELECNRTL}$ سپس پارامترهای لازم برای محاسبه ضرایب فعالیت یونی را اعمال می‌کند.

شبیه‌سازی واکنش در راکتور استوکیومتری (RStoic)

به دلیل سرعت بسیار بالای واکنش خنثی‌سازی، اغلب از راکتور $\text{<br>}$RStoic (Stoichiometric Reactor) در فلوشیت Aspen Plus استفاده می‌شود. این راکتور بر اساس واکنش‌های تعریف شده با فرض میزان تبدیل (Conversion) مشخص کار می‌کند و برای واکنش‌های سریع و کامل مناسب است. در ماژول $\text{RStoic}$، باید واکنش اصلی: $\text{HCl}+\text{NaOH}\to \text{NaCl}+{\text{H}}_2\text{O}$ تعریف شود. با توجه به اینکه واکنش تقریباً کامل است، میزان تبدیل جزء محدودکننده (Limiting Reactant) بر روی مقدار حداکثری، معمولاً صد درصد، تنظیم می‌گردد تا عملکرد واقعی یک راکتور صنعتی با زمان اقامت کافی را منعکس کند.

تحلیل گرمای واکنش و خروجی‌های فرایند

یکی از اهداف اصلی شبیه‌سازی در Aspen Plus، محاسبه جریان انرژی است. واکنش خنثی‌سازی به شدت گرمازا (Exothermic) است و گرمای خنثی‌سازی آزاد شده می‌تواند دمای سیستم را به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش دهد. در راکتور $\text{RStoic}$، بخش $\text{Heat Duty}$ نشان‌دهنده میزان انرژی است که باید از سیستم حذف (خنک‌سازی) شود تا راکتور در شرایط ایزوترمال کار کند، یا اگر راکتور به صورت آدیاباتیک تنظیم شده باشد، میزان افزایش دمای جریان خروجی محاسبه می‌شود. تحلیل تغییرات $\text{PH}$ و دما در خروجی راکتور، همراه با خلوص نمک $\text{NaCl}$ تولید شده در فاز آبی، خروجی‌های کلیدی این شبیه‌سازی هستند که برای اعتبارسنجی با داده‌های عملیاتی استفاده می‌شوند.

کلیدواژه ها : شبیه-سازی-خنثی سازی-اسید-باز-Aspen Plus-برهمکنش هیدروکلریک-اسید سدیم هیدروکسید-مدل ELECNRTL-انتخاب مدل الکترولیتی-اسپن پلاس-تولید نمک-راکتور-RStoic-مدل‌سازی واکنش گرمازا-Heat of Neutralization-Aspen Plus-Electrolyte-Simulation-Neutralization Reaction