مدلسازی فرایند استخراج مایع–مایع در Aspen Plus

استخراج مایع–مایع یا Liquid–Liquid Extraction (LLE) یکی از مهم‌ترین روش‌های جداسازی برای سیستم‌هایی است که در آن‌ها اختلاف نقطه جوش ناکافی بوده یا تقطیر مقرون‌به‌صرفه نیست. اساس این فرایند بر انتقال یک یا چند جزء محلول از یک فاز مایع (معمولاً خوراک اولیه) به فاز مایع دوم (حلال) است.

در نرم‌افزار Aspen Plus این فرآیند با استفاده از مدل‌های تعادل فازی و واحدهای جداسازی مناسب مانند Decanter، Extractor یا ترکیب واحدهای Mixer–Settler مدل‌سازی می‌شود.

اهمیت انتخاب پکیج خواص در LLE

دقت شبیه‌سازی LLE به شدت وابسته به مدل‌های ترمودینامیکی است. در این فرآیند معمولاً رفتار غیرایده‌آل مایعات بسیار مهم بوده و مدل‌های معادله حالت (EoS) عملکرد مناسبی ندارند.

مدل‌های مناسب برای LLE عبارتند از:

  • NRTL (پرتکرارترین مدل برای LLE)
  • UNIQUAC
  • MODIFIED NRTL (سیستم‌های پیچیده‌تر)

این مدل‌ها توانایی مناسبی در پیش‌بینی ضریب فعالیت و حدود جدایش فاز دارند و برای اجرای موفق شبیه‌سازی ضروری‌اند.

واحدهای مورد استفاده در LLE در Aspen Plus

واحد Decanter

اگر سیستم تنها نیاز به تشخیص دو فاز مایع در تعادل داشته باشد (مثلاً جدا شدن طبیعی دو فاز پس از اختلاط)، از واحد Decanter استفاده می‌شود.

Decanter خروجی را به دو جریان تقسیم می‌کند:

  • Extract (فاز غنی از حلال)
  • Raffinate (فاز باقیمانده)

مدل Extractor (مخصوص ستون استخراج)

برای شبیه‌سازی ستون‌های استخراج مایع–مایع چندمرحله‌ای، واحد Extractor استفاده می‌شود.

این مدل امکان تعریف موارد زیر را فراهم می‌کند:

  • تعداد مراحل تماس
  • جهت جریان‌ها (جریان موافق یا جریان مخالف)
  • راندمان مرحله‌ای
  • نرخ‌های انتقال جرم

مدل Mixer–Settler (مناسب برای مدل‌سازی مرحله‌به‌مرحله)

در این روش، برای هر مرحله از یک Mixer (اختلاط کامل دو فاز) به همراه یک Decanter (ته‌نشینی و جدایش فازی) استفاده می‌شود.

این روش برای شبیه‌سازی دقیق واحدهای صنعتی بزرگ و در مواردی که الگوریتم Extractor همگرا نمی‌شود، بسیار کاربردی است.

مراحل مدلسازی استخراج مایع–مایع در Aspen Plus

مرحله 1: تعریف کامپوننت‌ها

در بخش Components تمام مواد شامل خوراک، حلال و اجزای قابل استخراج معرفی می‌شوند.

مرحله 2: انتخاب پکیج خواص

از بخش Properties مدل‌هایی مانند NRTL یا UNIQUAC انتخاب می‌شوند.

مرحله 3: تعریف جریان‌های خوراک و حلال

جریان‌ها با مشخصات زیر تعریف می‌شوند:

  • دما و فشار
  • دبی جرمی یا مولی
  • ترکیب اجزا

مرحله 4: انتخاب واحد جداسازی

بسته به نوع فرآیند می‌توان یکی از سه واحد زیر را انتخاب کرد:

  • Decanter برای جدایش ساده دو فاز
  • Extractor برای ستون‌های استخراج چندمرحله‌ای
  • Mixer + Decanter برای مدل مرحله‌ای

مرحله 5: تنظیم پارامترهای واحد

برخی از پارامترهای مهم عبارتند از:

  • تعداد مراحل تماس
  • جهت جریان‌ها
  • دبی حلال
  • بازیابی جزء هدف

مرحله 6: اجرای شبیه‌سازی و تحلیل نتایج

Aspen Plus پس از حل مدل نتایج زیر را ارائه می‌دهد:

  • ترکیب فاز استراکت و رافینت
  • درصد بازیابی جزء هدف
  • شرایط دما و فشار در هر مرحله
  • نسبت فازها (phase split)

کاربردهای استخراج مایع–مایع

LLE در بسیاری از صنایع کاربرد گسترده دارد، از جمله:

  • جداسازی مواد آروماتیک از برش‌های نفتی
  • تولید و خالص‌سازی مواد دارویی
  • حذف ناخالصی‌ها یا آلاینده‌ها از محلول‌ها
  • بازیابی فلزات سنگین از پساب‌های صنعتی
  • جداسازی مخلوط‌هایی با نقطه جوش نزدیک

جمع‌بندی

مدلسازی استخراج مایع–مایع در Aspen Plus یکی از مهم‌ترین بخش‌های شبیه‌سازی فرآیندهای جداسازی غیرحرارتی است. موفقیت این شبیه‌سازی به انتخاب پکیج خواص مناسب، تعریف صحیح جریان‌ها و انتخاب مدل جداسازی متناسب با سطح پیچیدگی فرآیند وابسته است. واحدهایی مانند Decanter، Extractor و Mixer–Settler امکان مدل‌سازی دقیق سیستم‌های LLE را فراهم می‌کنند.

کلیدواژه ها : مدلسازی استخراج مایع–مایع در Aspen Plus-liquid liquid extraction Aspen Plus-LLE Aspen Plus-واحد Decanter در Aspen Plus-decanter Aspen Plus-تعادل مایع مایع Aspen Plus-Liquid Liquid Equilibrium Aspen Plus-مدل NRTL در Aspen Plus-NRTL model Aspen Plus-مدل UNIQUAC در Aspen Plus-Extractor Aspen Plus-ستون استخراج در Aspen Plus-solvent extraction Aspen Plus-process simulation Aspen Plus