تحصيلات تکميلي

نام و نام خانوادگي : داوود باباخاني

دانشکده : فني و مهندسي

استاد راهنما : دکتر امير رحيمي

تاريخ دفاع : 4/12/87

رشته و گرايش : مهندسي شيمي

استاد مشاور : -

مدل‌سازي رياضي و شبيه‌سازي عمليات نم‌زدايي هوا توسط تري‌اتيلن‌گلايکول (TEG) در يک برج آکنده

چکيده

در تحقيق حاضر فرآيند نم‌زدايي هوا در يک برج پرشده با آکنه‌هاي تصادفي و يا ساختاريافته تحت مدل‌سازي رياضي قرار گرفته است. معادلات ديفرانسيل حاکم بر سيستم با استفاده از قوانين بقاء جرم و انرژي به دست آمده‌اند. اين معادلات با استفاده از روش‌های عددي و به کمک روابط تجربي مخلتفي که توسط پژوهشگران جهت محاسبه‌ی ضرايب انتقال جرم و حرارت و همچنين سطح موثر انتقال جرم براي آکنه‌هاي تصادفي و ساختاريافته ارائه شده است، حل شده و نتايج حاصل از آن با مقادير آزمايشگاهي و صنعتي موجود در منابع معتبر مقايسه شده است. بدين منظور يک بسته نرم‌افزاري با استفاده از زبان برنامه‌نويسي فرترن تهيه شده است. به کمک مدل‌سازي صورت گرفته نقش روابط تجربي مختلف ارائه شده جهت پيش‌بيني سطح موثر انتقال جرم و ضرايب انتقال در پيش‌بيني مدل بررسي و تاثيرپذيري نتايج مدل‌سازي از آن‌ها مطالعه گرديد. نتايج نشان دادند که تحت شرايط يکسان عملياتي، استفاده از روابط تجربي مختلف جهت محاسبه ضريب انتقال جرم و يا سطح موثر انتقال جرم باعث مي‌گردد تا پيش‌بيني مدل در خصوص پارامترهاي عملياتي خروجي از برج مانند دماي هوا و مايع نم‌زدا، رطوبت هوا و غلظت مايع نم‌زدا بسيار متفاوت باشد. نتايج به دست آمده در اين خصوص نشان مي‌دهد براي برج‌هاي نم‌زدايي با آکنه‌ي تصادفي استفاده از رابطه تجربي شي و مرسمن جهت محاسبه سطح موثر انتقال جرم، رابطه تريبال جهت محاسبه ضريب انتقال حرارت و رابطه چانگ و همکاران جهت محاسبه ضريب انتقال جرم مي‌تواند پيش‌بيني بهتري از مقادير خروجي از برج به دست دهد. همچنين جهت مدل‌سازي فرآيند نم‌زدايي هوا در يک برج آکنه با آکنه‌هاي ساختاريافته، استفاده از رابطه تجربي روخا و همکاران جهت محاسبه سطح موثر انتقال جرم، رابطه تريبال جهت محاسبه ضريب انتقال حرارت و رابطه چانگ و همکاران جهت محاسبه ضريب انتقال جرم بهترين پيش‌بيني را از مقادير خروجي از برج خواهد داد. حداکثر خطاي حاصل از نتايج مدل در اين موارد کمتر از 10% مي‌باشد. همچنين با عنايت به اينکه مدل حاضر مي‌تواند براي فرايند احياء مايع نم‌زدا نيز مورد استفاده قرار گيرد، نتايج حاصل از آن با داده‌هاي آزمايشگاهي فرآيند احياء مقايسه شده و خطاي حاصل از آن در حدود 10% به دست آمده است. بنابراين از مدل حاضر و بسته نرم‌افزاري تهيه شده مي‌توان در امر مدل‌سازي و شبيه‌سازي فرآيند نم‌زدايي هوا و احياء مايع نم‌زدا در يک برج پرشده استفاده کرد.

از اهداف ديگر اين تحقيق مقايسه بين آکنه‌هاي تصادفي و ساختاريافته از نقطه نظر راندمان نم‌زدايي و افت فشار ايجاد شده در سيستم است. نتايج نشان دادند که با استفاده از آکنه ساختاريافته ارتفاع لازم از آکنه جهت راندمان جداسازي يکسان، کمتر از آکنه تصادفي مي‌باشد که اين امر منجر به کاهش هزينه‌ها خواهد شد. همچنين افت فشار ايجاد شده در سيستم با استفاده از آکنه ساختاريافته کمتر خواهد بود.

همچنين با عنايت به اينکه با استفاده از حل تحليلي زمان لازم جهت حصول نتايج کمتر از از روش عددي مي‌باشد، در ادامه‌ي اين تحقيق براي برج نم‌زدا يک حل تحليلي ارائه شده و نتايج حاصل از آن با استفاده از روابط تجربي تأييد شده قبلي با مقادير آزمايشگاهي مقايسه شده است. همچنين مقايسه‌اي بين نتايج حاصل از حل تحليلي حاضر با حل‌هاي تحليلي که توسط برخي از پژوهشگران به دست آمده‌اند صورت گرفته است. نتايج حاصله حاکي از آن است که دقت حل تحليلي ارائه شده در تحقيق حاضر بيشتر از حل‌هاي تحليلي ديگران مي‌باشد. علاوه بر آنچه ذکر گرديد مقادير پارامترهاي مورد نياز جهت محاسبه‌ي راندمان نم‌زدايي با استفاده از مدل به دست آمده و مقادير راندمان نم‌زدايي پيش‌بيني شده با مقادير تجربي که توسط برخي از محققين ارائه شده، مقايسه شده است.

واژگان کليدي: نم‌زدايي از هوا، ستون‌ پرشده، مايع نم‌زدا، حل تحليلي