آشنایی با مدل DSTWU برای طراحی اولیه ستون تقطیر در Aspen Plus
برخلاف مدلهای دقیقتر مانند RadFrac که انتقال جرم و انرژی را در تمام سینیهای ستون محاسبه میکنند، مدل DSTWU از روابط و روشهای تقریبی استفاده میکند. به همین دلیل این مدل سرعت محاسبات بالایی دارد و معمولاً در مراحل اولیه طراحی فرایند مورد استفاده قرار میگیرد.
نام DSTWU از ترکیب حروف اول سه روش کلاسیک طراحی تقطیر گرفته شده است که در این مدل به کار میروند.
روشهای مورد استفاده در مدل DSTWU
مدل DSTWU بر اساس سه روش مهم طراحی ستون تقطیر توسعه یافته است که هر کدام بخشی از محاسبات طراحی را انجام میدهند.
روش Fenske
این روش برای محاسبه حداقل تعداد سینیهای تئوری در شرایط رفلاکس کامل استفاده میشود. در این حالت فرض میشود که هیچ محصولی از ستون خارج نمیشود و جداسازی در بهترین شرایط ممکن انجام میگیرد.
روش Underwood
روش Underwood برای محاسبه حداقل نسبت رفلاکس مورد استفاده قرار میگیرد. این مقدار نشان میدهد که ستون تقطیر برای انجام جداسازی مورد نظر حداقل به چه مقدار رفلاکس نیاز دارد.
روش Gilliland
این روش رابطهای تجربی بین تعداد سینیهای واقعی ستون و نسبت رفلاکس عملیاتی ارائه میدهد. با استفاده از این رابطه میتوان شرایط عملیاتی واقعی ستون را تخمین زد.
ترکیب این سه روش باعث میشود که مدل DSTWU بتواند پارامترهای اصلی طراحی ستون تقطیر را با سرعت مناسب محاسبه کند.
پارامترهای مهم در مدل DSTWU
برای انجام شبیهسازی با مدل DSTWU لازم است برخی از پارامترهای اصلی ستون تقطیر مشخص شوند.
مهمترین این پارامترها عبارتند از:
- تعریف اجزای کلیدی سبک و سنگین (Light Key و Heavy Key)
- مشخص کردن خلوص محصولات بالا و پایین ستون
- تعریف شرایط جریان خوراک شامل دما، فشار و ترکیب
- تعیین فشار عملیاتی ستون
اجزای کلیدی نقش مهمی در تعیین عملکرد ستون دارند زیرا جداسازی اصلی بین این دو جزء انجام میشود.
مراحل استفاده از مدل DSTWU در Aspen Plus
برای شبیهسازی یک ستون تقطیر با استفاده از مدل DSTWU در Aspen Plus معمولاً مراحل زیر انجام میشود.
ابتدا باید کامپوننتهای سیستم در بخش Components تعریف شوند. سپس یک Property Package مناسب برای پیشبینی تعادل فاز انتخاب میشود.
در مرحله بعد جریان خوراک با مشخصاتی مانند دما، فشار، دبی و ترکیب در بخش Streams تعریف میشود. سپس در محیط Flowsheet مدل DSTWU از بخش ستونهای تقطیر انتخاب شده و به جریان خوراک متصل میشود.
پس از آن باید اجزای کلیدی، خلوص محصولات و نسبت رفلاکس یا تعداد سینیها در تنظیمات ستون مشخص شوند. در نهایت با اجرای شبیهسازی، نرمافزار پارامترهای اصلی طراحی ستون را محاسبه میکند.
مزایای استفاده از مدل DSTWU
مدل DSTWU به دلیل سادگی و سرعت بالا در بسیاری از مطالعات اولیه طراحی مورد استفاده قرار میگیرد. برخی از مهمترین مزایای این مدل عبارتند از:
- سرعت بالای محاسبات در مقایسه با مدلهای دقیق
- مناسب برای طراحی اولیه ستون تقطیر
- تخمین تعداد سینیها و نسبت رفلاکس
- کمک به تعیین شرایط مناسب برای شبیهسازی دقیقتر با مدل RadFrac
به همین دلیل مهندسان فرایند معمولاً ابتدا از مدل DSTWU برای به دست آوردن تخمینهای اولیه استفاده میکنند و سپس طراحی نهایی را با مدلهای دقیقتر انجام میدهند.
محدودیتهای مدل DSTWU
با وجود مزایای متعدد، مدل DSTWU دارای محدودیتهایی نیز است. این مدل بر اساس روابط تقریبی کار میکند و بنابراین دقت آن نسبت به مدلهای مرحلهای مانند RadFrac کمتر است.
همچنین این مدل قادر به شبیهسازی دقیق پروفایل دما، توزیع بخار و مایع در سینیها یا مصرف انرژی تجهیزات جانبی نیست. به همین دلیل نتایج آن بیشتر برای تخمین اولیه طراحی کاربرد دارد.
جمعبندی
مدل DSTWU در Aspen Plus ابزاری مناسب برای انجام طراحی اولیه ستونهای تقطیر است. این مدل با استفاده از روشهای Fenske، Underwood و Gilliland پارامترهای مهمی مانند حداقل تعداد سینیها و نسبت رفلاکس را محاسبه میکند. اگرچه دقت این مدل نسبت به مدلهای دقیقتر کمتر است، اما سرعت بالا و سادگی استفاده از آن باعث شده است که در مراحل اولیه طراحی فرایند بسیار کاربردی باشد.
کلیدواژه ها : مدل DSTWU در Aspen Plus-DSTWU Aspen Plus-طراحی اولیه ستون تقطیر-distillation preliminary design Aspen Plus-روش فنسکه در تقطیر-fenske method Aspen Plus-روش آندوود در تقطیر-underwood method Aspen Plus-روش گیلیلند در تقطیر-gilliland correlation Aspen Plus-طراحی ستون تقطیر در Aspen Plus-distillation design Aspen Plus-شبیه سازی تقطیر در Aspen Plus-distillation simulation Aspen Plus-آموزش Aspen Plus-process simulation Aspen Plus
