سیستم سه جزئی فنول، هپتان و تولوئن یک چالش مهندسی مهم را در شبیهسازی فرایند (Process Simulation) در Aspen Plus ارائه میدهد. پیچیدگی این سیستم ناشی از طبیعت بسیار متفاوت ترکیبات است:
- فنول: قطبی، توانایی تشکیل پیوند هیدروژنی.
- هپتان: کاملاً غیرقطبی (آلیفاتیک).
- تولوئن: آروماتیک، قطبیت متوسط.
این تفاوتهای شدید باعث ایجاد انحرافات بزرگ از قانون رائول شده و احتمال تشکیل دو فاز مایع (LLE) یا آزئوتروپها را افزایش میدهد که میتواند استراتژی جداسازی متداول با تقطیر را با مشکل مواجه کند.
انتخاب مدل خواص ترمودینامیکی
دقت نتایج شبیهسازی کاملاً به توانایی مدل خواص در پیشبینی تعادل مایع-مایع (LLE) و تعادل بخار-مایع (VLE) بستگی دارد.
مدلهای توصیه شده: برای سیستمهای شامل ترکیبات قطبی و غیرقطبی، مدلهای ضریب فعالیت (Activity Coefficient Models) مانند NRTL (Non-Random Two-Liquid) یا UNIQUAC (Universal Quasi-Chemical) باید انتخاب شوند.
تأیید LLE: این مدلها توانایی پیشبینی ناحیههای امتزاجناپذیری (Phase Split) در فاز مایع را دارند. در صورت وجود ناحیه LLE در شرایط عملیاتی، باید استراتژی جداسازی را از تقطیر ساده به استخراج مایع-مایع یا تقطیر آزئوتروپی تغییر داد.
پارامترهای دوتایی: برای هر سه جفت (فنول-هپتان، فنول-تولوئن، هپتان-تولوئن)، وارد کردن پارامترهای برهمکنش دوتایی معتبر که معمولاً از دادههای تجربی رگرسیون شدهاند، ضروری است.
استراتژی جداسازی: تقطیر متوالی
با فرض اینکه مدل NRTL/UNIQUAC وجود یک ناحیه LLE یا آزئوتروپ مشکلساز را در شرایط کاری نرمال پیشبینی نکند، جداسازی با استفاده از دو برج تقطیر متوالی RadFrac به دلیل تفاوت در نقاط جوش، استراتژی استاندارد است.
برج اول: جداسازی هپتان
از آنجا که هپتان سبکترین جزء است، منطقی است که ابتدا آن را به عنوان محصول بالای برج (Distillate) جدا کنیم.
- واحد شبیهسازی: RadFrac در محیط Flowsheet نرمافزار.
- هدف: جداسازی هپتان خالص (با خلوص ۹۹٪) از باقیمانده (فنول و تولوئن).
- پیکربندی: تعیین تعداد سینیها و محل خوراک بر اساس محاسبات تخمینی یا تحلیل حساسیت. تنظیم نسبت بازگشت (Reflux Ratio) برای دستیابی به خلوص مطلوب با کمترین مصرف انرژی.
برج دوم: جداسازی فنول و تولوئن
جریان خروجی کف برج اول، که حاوی فنول و تولوئن است، به برج دوم هدایت میشود.
- هدف: جداسازی تولوئن (محصول بالا) از فنول (محصول کف).
- فنول (سنگینترین): فنول به دلیل نقطه جوش بالا و وزن مولکولی بیشتر در محصول کف برج جمعآوری میشود.
- تولوئن (متوسط): تولوئن به عنوان محصول بالای برج جداسازی میشود.
- چالش: به دلیل نزدیکی نسبی نقاط جوش فنول و تولوئن نسبت به جداسازی هپتان، این برج ممکن است به تعداد سینیهای بیشتر یا نسبت بازگشت بالاتری نیاز داشته باشد.
ابزارهای بهینهسازی در اسپن پلاس
پس از رسیدن به یک راهحل اولیه، برای اقتصادی کردن فرایند، از ابزارهای داخلی Aspen Plus استفاده میشود:
- تحلیل حساسیت (Sensitivity Analysis): برای بررسی تأثیر متغیرهای کلیدی مانند تعداد سینیها، محل ورود خوراک و نسبت بازگشت بر خلوص محصول و میزان انرژی مورد نیاز کندانسور و ریبویلر (Duty) استفاده میشود. این تحلیل به شناسایی منطقه بهینه عملیاتی کمک میکند.
- بهینهسازی (Optimization): با استفاده از ماژول Optimizer میتوان یک تابع هدف (مانند کمینهسازی مجموع هزینههای انرژی یا بیشینهسازی سود) را با محدودیتهای خلوص محصول، به صورت خودکار بهینه کرد.
کلیدواژه ها : فرایند-جداسازی-فنول-هپتان-تولوئن-در-نرم-افزار-اسپن-پلاس-شبیه-سازی-Chemical-Process-Simulation-مدل-خواص-ترمودینامیکی-NRTL-UNIQUAC-برج-تقطیر-RadFrac-جداسازی-متوالی-هپتان-تولوئن-فنول-تحلیل-حساسیت-بهینهسازی-فرآیند-تقطیر-LLE-VLE-Aspen-Plus-Distillation-Sequence-
