مخلوطی حاوی فنول، هپتان و تولوئن، به دلیل ویژگیهای ترمودینامیکی و شیمیایی متفاوت اجزای آن، یک سیستم جداسازی پیچیده را ایجاد میکند. هپتان یک هیدروکربن آلیفاتیک و غیرقطبی است، فنول یک ترکیب قطبی با قابلیت تشکیل پیوند هیدروژنی قوی است، و تولوئن یک ترکیب آروماتیک با قطبیت متوسط است. این تفاوتها منجر به انحراف شدید از رفتار ایدهآل در فاز مایع میشود. به دلیل این انحرافات، احتمال تشکیل آزئوتروپها یا حتی دو فاز مایع (Liquid-Liquid Equilibrium - LLE) وجود دارد که میتواند جداسازی ساده با تقطیر را با مشکل مواجه کند. بنابراین، استراتژی جداسازی در Aspen Plus باید با دقت بالایی انتخاب شود.
مدل ترمودینامیکی: کلید دقت شبیهسازی
برای مدلسازی دقیق سیستمهای غیرایدئال مانند این مخلوط، انتخاب مدل خواص ترمودینامیکی (Property Method) مناسب در بخش Properties نرمافزار Aspen Plus ضروری است.
مدلهای ضریب فعالیت (Activity Coefficient Models): از آنجا که این سیستم شامل ترکیبات قطبی (فنول) و غیرقطبی (هپتان) است، مدلهای NRTL (Non-Random Two-Liquid) یا UNIQUAC (Universal Quasi-Chemical) بهترین گزینهها هستند. این مدلها به طور خاص برای پیشبینی دقیق تعادلات فازی در مایعات غیرایدئال و همچنین شناسایی مناطق امتزاجناپذیری مایع-مایع توسعه یافتهاند.
اهمیت پارامترهای دوتایی: عملکرد این مدلها به شدت به پارامترهای برهمکنش دوتایی (Binary Interaction Parameters) بین جفتهای فنول-هپتان، فنول-تولوئن، و هپتان-تولوئن وابسته است. برای دستیابی به شبیهسازی معتبر، این پارامترها باید از دادههای تجربی موجود در کتابخانههای Aspen Plus یا منابع معتبر مانند بانکهای اطلاعاتی DIPPR رگرسیون شده باشند.
استراتژیهای جداسازی در Aspen Plus
با فرض اینکه جداسازی بر اساس اختلاف نقاط جوش امکانپذیر است، از واحد تقطیر RadFrac استفاده میشود.
| جزء | نقطه جوش (تقریبی) | ماهیت |
|---|---|---|
| هپتان | 98∘C | غیرقطبی (سبکترین) |
| تولوئن | 111∘C | آروماتیک (متوسط) |
| فنول | 182∘C | قطبی (سنگینترین) |
استراتژی تقطیر (Sequence of Distillation)
با توجه به تفاوت نقاط جوش، استراتژی استاندارد جداسازی با دو برج RadFrac به ترتیب زیر است:
- برج اول (Pre-Fractionation Column):
- هدف: جداسازی هپتان (سبکترین جز) از مخلوط فنول و تولوئن (سنگینترها).
- محصول بالا (Distillate): هپتان خالص.
- محصول کف (Bottoms): مخلوط فنول و تولوئن.
- برج دوم (Final Separation Column):
- هدف: جداسازی تولوئن از فنول.
- محصول بالا (Distillate): تولوئن خالص.
- محصول کف (Bottoms): فنول خالص.
ملاحظات طراحی و بهینهسازی RadFrac
طراحی: در هر برج، پارامترهای کلیدی مانند تعداد مراحل تئوری (Number of Stages)، محل ورود خوراک (Feed Stage) و فشار عملیاتی باید تعریف شوند.
بهینهسازی: مهمترین پارامتر کنترلی برای رسیدن به خلوص مطلوب در محصولات، نسبت بازگشت (Reflux Ratio) است. تحلیل حساسیت (Sensitivity Analysis) در Aspen Plus باید برای بررسی تأثیر نسبت بازگشت بر خلوص محصول و میزان انرژی مورد نیاز (Duty) برای ريبویلر و کندانسور انجام گیرد تا نقطه عملیاتی بهینه تعیین شود.
جایگزین: استخراج مایع-مایع
اگر مدل ترمودینامیکی (NRTL/UNIQUAC) پیشبینی کند که سیستم فنول-هپتان دارای منطقه LLE پایداری در شرایط عملیاتی است (به ویژه با توجه به غیرقطبی بودن هپتان و قطبی بودن فنول)، جداسازی با استفاده از واحد Extract در Aspen Plus و افزودن یک حلال مناسب، میتواند کارآمدتر از تقطیر باشد.
- هدف: استفاده از حلال برای استخراج انتخابی فنول از فاز هپتان (و تولوئن).
- مزیت: کاهش مصرف انرژی در مقایسه با تقطیر در صورت تشکیل آزئوتروپ یا نیاز به تعداد سینیهای زیاد.
کلیدواژه ها : فرایند-جداسازی-فنول-هپتان-تولوئن-شبیه-سازی-فرایند-جداسازی-در-نرم-افزار-اسپن-پلاس-مدل-ترمودینامیکی-NRTL-UNIQUAC-جداسازی-مخلوط-سه-جزئی-برج-تقطیر-RadFrac-Aspen-Plus-Sequence-of-Distillation-Extraction-LLE-VLE-بهینهسازی-فرآیند-تقطیر-فنول-هپتان-تولوئن
