 |
اندازه گیری ستون تقطیر برای جداسازی آب و اتانول
معرفی
این مثال نشان می‌دهد که چگونه می‌توان یک مدل ساده برای فرآیند تقطیر دوتایی با ترکیب عملکرد در گره ترمودینامیک ایجاد کرد، که در صورت مجوز برای ماژول مهندسی واکنش شیمیایی یا ماژول خواص مایع و گاز و رابط حمل و نقل گونه‌های متمرکز در دسترس است. در این مدل جداسازی یک مخلوط غیر ایده آل از اتانول و آب مورد مطالعه قرار گرفته است. رابطه تعادل مورد نیاز با استفاده از قابلیت محاسبه تعادل موجود هنگام استفاده از گره ترمودینامیک ایجاد می شود. این مدل برای یافتن طراحی بهینه ستون از نظر طول بخش‌های سلب و یکسوسازی برای برآوردن مجموعه‌ای از ترکیبات تقطیر و کف مشخص شده استفاده می‌شود.
پس زمینه تقطیر
تقطیر برجسته ترین روش جداسازی در صنایع فرآیند شیمیایی است. در یک برنامه معمولی، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده استمخلوط مایعی از دو یا چند گونه به یک ستون استوانه ای بلند در جایی نزدیک به وسط وارد می شود. برای توضیح، این مثال به دو گونه محدود می شود. یک منبع گرما در مخزن جمع آوری یا بخش ستون در پایین ستون وجود دارد که به آن جوش آور می گویند. مایع حاصل از تغذیه از ستون عبور می کند و گرم می شود و تا حدی در بویلر بخار می شود. به طور معمول، مقداری از مایع موجود در بویلر به طور مداوم به عنوان محصول تهویه حذف می شود. بخار تولید شده در بویلر به سمت بالای ستون بالا می رود، جایی که در یک مخزن یا بخش ستونی خنک شده خارجی به نام کندانسور متراکم می شود. مقداری از مایع تغلیظ شده در کندانسور معمولاً به عنوان محصول سربار یا تقطیر حذف می شود. باقی مانده مایع تغلیظ شده به عنوان رفلاکس به پایین ستون فرستاده می شود.
شکل 1: شماتیک ستون تقطیر بسته بندی شده.
فرآیند جداسازی در داخل ستون با تفاوت در تمایل به تبخیر یا فرار بودن دو گونه کنترل می شود. به طور کلی، گونه هایی که نقطه جوش کمتری دارند، راحت تر تبخیر می شوند و در فاز بخار متمرکز می شوند. همانطور که مایعی که در ستون جریان دارد با بخار بالا رفته تماس می گیرد، انتقال جرم بین فازها رخ می دهد زیرا هر گونه به دنبال رسیدن به تعادل شیمیایی است. شرایط تعادل مقادیر نسبی یا ترکیب هر گونه را دیکته می کند که در هر فاز در تعادل در دما و فشار معینی باشد. فاز بخار ترکیب بالاتری از گونه های فرارتر در هر نقطه از ستون خواهد داشت. همانطور که فاز بخار از ستون بالا می رود، ترکیب تعادلی تغییر می کند (با کاهش دما) تا فاز بخار را به سمت خلوص در جزء فرارتر سوق دهد.
در داخل، ستون دارای یکی از دو نوع داخلی خواهد بود که برای برقراری تماس نزدیک بین فازهای بخار و مایع و تسهیل رویکرد آنها به تعادل طراحی شده است. ستون یا شامل یک سری مراحل خواهد بود یا با یک بسته بندی تخصصی پر می شود. یک ستون مرحله‌ای شامل تعدادی صفحه یا سینی افقی است که مایع در آن جریان دارد و در حین حباب بخار از آن عبور می‌کند. در یک ستون ایده‌آل، مایعی که پس از عبور از یک مرحله به پایین جریان می‌یابد، با بخاری که از آن مرحله بالا می‌آید، در تعادل خواهد بود. یک ستون بسته بندی شده حاوی یک یا چند بخش از مواد بسته بندی تصادفی یا ساختار یافته است که از فلز، سرامیک یا پلاستیک در اشکال خاص ساخته شده است. فضاهای خالی در داخل و بین ذرات بسته‌بندی امکان جریان سیال بالا با افت فشار محدود را فراهم می‌کند.
در عمل به دلیل محدودیت‌های انتقال جرم به تعادل شیمیایی نمی‌رسد و با ارتفاع ستون محدود، محصولات تقطیر و کف کاملاً خالص نمی‌شوند. مراحل بیشتر یا ارتفاع بیشتر بسته بندی در یک ستون، محصولات با خلوص بالاتر را ارائه می دهد، اما به ستونی بلندتر و گران تر نیاز دارد. برای ارتفاع ستون معین، رفلاکس بالاتر خلوص محصول بالاتری را فراهم می کند، اما نرخ جریان محصول تقطیر کمتری را به همراه خواهد داشت و به ستونی با قطر بزرگتر برای تطبیق با افزایش جریان داخلی نیاز دارد.
تعریف مدل
مانند تقریباً در تمام فرآیندهای شیمیایی، تجزیه و تحلیل و طراحی یک ستون تقطیر به ترکیبی از موازنه جرم، تعادل انرژی، روابط تعادلی و معادلات سرعت نیاز دارد. این مثال تقطیر دوتایی را با خوراک مایع اشباع در یک ستون پر شده در نظر می‌گیرد و از دو فرض ساده‌سازی رایج استفاده می‌کند:
• | گرمای مولی تبخیر گونه های خوراک برابر است. |
• | اتلاف حرارت از ستون و سایر اثرات حرارتی مانند گرمای محلول ناچیز است. |
این مفروضات به ما اجازه می دهد فرآیند را بدون در نظر گرفتن اثرات گرما یا تعادل انرژی مدل کنیم. آنها همچنین دیکته می کنند که دبی مولی مایع و بخار در هر بخش ستون ثابت باشد، به اصطلاح بخش stripping در زیر تغذیه و به اصطلاح بخش یکسو کننده در بالای محل تغذیه. یعنی به ازای هر مول مایع تبخیر شده در ستون، یک مول بخار متراکم می شود. این فرض به عنوان سرریز مولر ثابت شناخته می شود و در عمل آنقدر که به نظر می رسد غیر واقعی نیست ( مراجعه 1 ).
در نظر گرفتن خوراک مایع اشباع به این معنی است که تمام خوراک در قسمت سلب به مایع می پیوندد به طوری که
(1)
در اینجا Ls نرخ جریان مایع از بخش جداسازی به داخل بویلر، L r نرخ جریان مایع از کندانسور به بخش یکسو کننده و F نرخ جریان تغذیه است. سایر شرایط تغذیه تجزیه و تحلیل را کمی تغییر می دهد زیرا برخی یا تمام خوراک در شرایط دیگر به فاز بخار در بخش یکسو کننده می پیوندند.
وظیفه طراحی ستون در نظر گرفته شده در اینجا تعیین ارتفاع بسته بندی و محل تغذیه مورد نیاز برای جداسازی یک خوراک با سرعت جریان و ترکیب شناخته شده به جریان های تقطیر و پایین با خلوص مشخص است. پارامترهای فرآیند اضافی که باید مشخص شوند عبارتند از نرخ جوش یا سرعت جریان مولی بخار در ستون و ضریب انتقال جرم کل فاز گاز، Kya . در عمل، نرخ جوش به گرمای ورودی به دیگ بخار بستگی دارد. نرخ جوش را به عنوان مشخص کنید
(2)
یعنی سرعت جریان بخار از ریبویلر به بخش استریپینگ برابر است با سرعت جریان بخار به کندانسور.
توازن جرم کلی و گونه ای امکان محاسبه دبی مولی کف، B و تقطیر D را با حل دو معادله در دو مجهول فراهم می کند:
(3)
(4)
که در آن x f ، xb ، و xd به ترتیب بخش‌های مولی گونه‌های فرارتر در جریان خوراک، کف و تقطیر هستند .
سپس جریان مایع داخلی از آن پیدا می شود
(5)
همراه با معادله 1 . همه این نرخ‌های جریان در مدل با دستکاری جبری در گره Parameters در زیر تعریف‌های جهانی در پنجره Model Builder در مدل یافت می‌شوند .
با نادیده گرفتن هرگونه تغییر در جهت شعاعی، ستون تقطیر را در یک بعد با استفاده از دو بخش خط مدل کنید ( شکل 2 را ببینید ). یک بخش از طول، H s ، نشان دهنده بخش stripping است، در حالی که قطعه دیگر به طول Hr ، نشان دهنده بخش یکسو کننده است. هدف این مدل تعیین مقادیر H s و Hr است که کف و ترکیبات تقطیر مشخص شده را ارائه می‌کند . مقادیر H s و H = H s + H r را در نظر بگیریدترکیبات را در فاز بخار و مایع در هر نقطه از ستون حل کنید و آنقدر تکرار کنید تا ترکیبات خروجی با مشخصات طراحی مطابقت داشته باشند.
شکل 2: هندسه مدل یک بعدی شامل شرایط مرزی برای کسر مولی اتانول در هر فاز.
برای حل انتقال جرم، از دو نمونه از رابط انتقال گونه های متمرکز استفاده کنید: یکی برای فاز بخار و دیگری برای فاز مایع. انتقال جرم بین فازها با استفاده از یک گره منبع واکنشی در نظر گرفته می شود که در آن نرخ منبع به صورت تعریف می شود.
(6)
که در آن Kya یک ضریب انتقال جرم کل فاز گاز بر حسب mol/(m3 ·s) است ، y e1 کسر مولی گونه‌های فرارتر است که در حالت تعادل به دست می‌آیند، و M1 جرم مولی است . گونه های فرارتر این یک نرخ انتقال جرم گونه های فرارتر از فاز مایع به فاز بخار را فراهم می کند. یک عبارت مشابه با علامت مخالف، انتقال جرم همزمان جزء کمتر فرار را مطابق با فرض سرریز مولی ثابت توصیف می‌کند. مقدار y e1در هر نقطه با استفاده از یک گره محاسبه تعادل اضافه شده در سیستم ترمودینامیک تحت ترمودینامیک یافت می شود. ضریب انتقال جرم به خواص سیال و بسته بندی و سرعت های محلی سیال بستگی دارد و ممکن است در طول ارتفاع ستون متفاوت باشد. همبستگی برای Kya در ادبیات موجود است. در این مثال، مقدار ثابت Kya = 75 mol/(m3 · s) را برای اهداف توضیحی فرض کنید.
جریان مولی مایع و بخار در داخل ستون با تعیین سرعت در هر فاز محاسبه می شود. در این مدل پارامتر یکپارچه بر اساس یک ضریب انتقال جرم کلی فاز گاز، از سرعت فاز گاز معادل برای فاز مایع استفاده کنید تا آنها را بر اساس یکسان قرار دهید. این اساساً نوعی مقیاس‌بندی سرعت فاز مایع است تا در همان مرتبه بزرگی سرعت فاز گاز باشد. برای تبدیل یک دبی مولی، Lr به عنوان مثال، به سرعت، u Lr ، قطر ستون را در نظر بگیرید، سطح مقطع A را تعیین کنید و حجم مولی گاز ایده آل را در شرایط استاندارد برای هر دو فاز فرض کنید:
(7)
شرایط مرزی برای مسئله انتقال جرم در شکل 2 نشان داده شده است . کسر جرمی کف را در فاز بخار و کسر جرمی خوراک و تقطیر را در فاز مایع مشخص کنید. Hs و H با حدس زدن و بررسی یا با استفاده از جابجایی پارامتر تغییر می‌کنند تا زمانی که محلولی پیدا شود که در آن ترکیب کف فاز مایع با آنچه در فاز بخار مشخص شده است، و ترکیب تقطیر فاز بخار برابر با مشخص‌شده در فاز مایع باشد .
نتایج و بحث
شکل 3 نتایج یک محاسبه تعادلی را نشان می دهد که در ترمودینامیک موجود است و یک نمودار xy برای سیستم اتانول-آب در فشار 1 اتمسفر ایجاد می کند. مدل ترمودینامیکی NRTL برای فاز مایع استفاده شد، در حالی که یک فرض گاز ایده آل برای فاز گاز استفاده می شود.
نتایج محاسبه شده برای ترکیبات فاز مایع و بخار در داخل ستونی که برای جداسازی مخلوط 50 مول درصد اتانول در آب طراحی شده است تا تقطیر 85 مول درصد اتانول و محصول پایینی 5 مول درصد اتانول را به دست آورد، در شکل 4 نشان داده شده است . ارتفاعات مورد نیاز که توسط آزمایش یافت می شوند عبارتند از Hs = 1.3 m و H = 12 متر در این مدل، یک مرحله مطالعه Sweep پارامتریک برای محاسبه ترکیب ستون هنگام تغییر طول بخش stripping استفاده شد. معیار طراحی که در این مورد باید رعایت شود این است که کسر مولی اتانول در فازهای بخار و مایع باید در پایین بر هم منطبق باشد. با استفاده از طول مقطع کمتر از حدود 1.3 متر، کسر مولی فاز مایع که از ستون خارج می شود بیشتر از فاز بخار است. به همین ترتیب، برای یک بخش بیشتر از 1.3 متر، کسر مولی فاز مایع کمتر از فاز بخار است. همین تحلیل را می توان برای بالای ستون انجام داد. ارتفاع ستون بهینه زمانی پیدا می‌شود که ترکیب‌های فازی در بالا نیز مطابقت داشته باشند.
شکل 5 نتایج حاصل از شکل 4 را در نمودار xy همراه با منحنی تعادل شکل 3 نشان می دهد . خوانندگانی که با تجزیه و تحلیل تقطیر سنتی مک کیب-تیله آشنا هستند، متوجه خواهند شد که تصادفی نیست که نتایج محاسبه شده خطوط مستقیم عملیاتی را برای بخش‌های جداسازی و تصحیح که در ترکیب خوراک برای این مورد با خوراک مایع اشباع شده تلاقی می‌کنند، مشخص می‌کند.
شکل 3: نمودار xy برای اتانول-آب در فشار 1 اتمسفر با استفاده از مدل NRTL.
شکل 4: کسر مولی اتانول در فازهای بخار و مایع به عنوان تابعی از ارتفاع ستون برای یک ستون تقطیر طراحی شده برای جداسازی مخلوط 50 مول درصد اتانول-آب برای تولید محصولات با 0.05 = b و اتانول 0.85 مول 0 . . ارتفاع مورد نیاز Hs = 1.3 متر و H = 12 متر بود .
شکل 5: نمودار xy که خطوط عملیاتی محاسبه شده را در ستون تقطیر شرح داده شده در شکل 4 نشان می دهد .
ارجاع
1. EL Cussler، Diffusion: Mass Transfer in Fluid Systems ، ویرایش سوم، انتشارات دانشگاه کمبریج، 2009.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_مهندسی_واکنش_شیمیایی/ترمودینامیک/ستون_تقطیر
توجه: این مدل در جزوه مقدمه ای بر خواص ترمودینامیکی موجود است .
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard روی  0D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Chemical Species Transport>Reaction Engineering (re) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی Done کلیک کنید . |
مهندسی واکنش (دوباره)
گونه 1
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Reaction Engineering (re) کلیک راست کرده و Species را انتخاب کنید .
گونه: E
1 | در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، قسمت نام را بیابید . |
2 | در قسمت متن، E را تایپ کنید . |
گونه 1
در نوار ابزار Reaction Engineering ، روی Species کلیک کنید .
Species کلیک کنید .گونه: W
1 | در پنجره تنظیمات برای گونه ها ، قسمت نام را بیابید . |
2 | در قسمت متن، W را تایپ کنید . |
ترمودینامیک
در نوار ابزار مهندسی واکنش ، روی ترمودینامیک کلیک کنید و سیستم ترمودینامیک را انتخاب کنید .
ترمودینامیک کلیک کنید و سیستم ترمودینامیک را انتخاب کنید .SYSTEM را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select System بروید . |
2 | از لیست Phase ، Vapor-liquid را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
گونه ها را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Species بروید . |
2 | در لیست گونه ها ، اتانول (64-17-5، C2H6O) را انتخاب کنید . |
3 |  روی افزودن انتخاب شده کلیک کنید . |
4 | در لیست گونه ها ، آب (7732-18-5، H2O) را انتخاب کنید . |
5 |  روی افزودن انتخاب شده کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
مدل ترمودینامیکی را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Thermodynamic Model بروید . |
2 | از لیست، NRTL را انتخاب کنید . |
3 | روی Finish در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
مهندسی واکنش (دوباره)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Reaction Engineering (re) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reaction Engineering ، قسمت Mixture Properties را پیدا کنید . |
3 | تیک ترمودینامیک را انتخاب کنید . |
4 | بخش تطبیق گونه ها را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
گونه ها | از ترمودینامیک |
E | C2H6O |
دبلیو | H2O |
تعاریف جهانی
سیستم بخار-مایع 1 (pp1)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions> Thermodynamics روی Vapor-Liquid System 1 (pp1) کلیک راست کرده و Equilibrium Calculation را انتخاب کنید .
گونه ها را انتخاب کنید
1 | به پنجره Select Species بروید . |
2 |  روی افزودن همه کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
مشخصات تعادل
1 | به پنجره Equilibrium Specifications بروید . |
2 | از لیست واحد پایه مقدار ، mol را انتخاب کنید . |
3 | زیربخش شرایط تعادل را پیدا کنید . از لیست شرط اول ، فشار را انتخاب کنید . |
4 | از لیست شرط دوم ، کسر فاز را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار پنجره روی Next کلیک کنید . |
بررسی اجمالی تابع تعادل
1 | به پنجره نمای کلی توابع تعادل بروید . |
2 | روی Finish در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
تحلیلی 1 (an1)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Analytic را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تحلیل ، x_y را در قسمت متن نام تابع تایپ کنید . |
3 | قسمت Definition را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، Flash1_1_PhaseComposition_Vapor_ethanol(p,n,x1,x2) را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن Arguments ، p,n,x1,x2 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Units را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بحث و جدل | واحد |
پ | پا |
n | 1 |
x1 | mol/mol |
x2 | mol/mol |
6 | در قسمت Function text mol/mol را تایپ کنید . |
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل distillation_column_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادر حل را برای Reaction Engineering (re) پاک کنید . |
4 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، Preset Studies for Selected Physics Interfaces>Stationary را انتخاب کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 1
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . |
2 | کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
n (کسر فاز بخار) |
5 |  روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
n (کسر فاز بخار) | 0 1 | |
x1 (نوع کسر مول 1) | محدوده (0,0.01,1) |
7 | از لیست نوع Sweep ، همه ترکیبات را انتخاب کنید . |
8 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
گروه طرح 1 بعدی 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید .
Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید .جهانی 1
1 | در نوار ابزار 1D Plot Group 1 ، روی  Global کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 |  روی پاک کردن جدول کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
x_y (P، n، x1، x2) | 1 |
5 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
6 | در نوار ابزار 1D Plot Group 1 ، روی  Plot کلیک کنید . |
7 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . از لیست Width ، 2 را انتخاب کنید . |
منحنی تعادل
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی 1D Plot Group 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، منحنی تعادل را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . |
4 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، y1 را تایپ کنید . |
5 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
6 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت راست میانی را انتخاب کنید . |
پارامترسازی منحنی تعادل
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، پارامترسازی منحنی تعادل را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
مهندسی واکنش (دوباره)
مدل 1 وابسته به فضا را ایجاد کنید
1 | در نوار ابزار Reaction Engineering ، روی  Generate Space-Dependent Model کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Generate Space-Dependent Model ، قسمت Component Settings را پیدا کنید . |
3 | از لیست Component to use ، 1D: New را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Physics Interfaces را پیدا کنید . زیربخش حمل و نقل گونه های شیمیایی را پیدا کنید . از لیست، گزینه Transport of Concentrated Species: New را انتخاب کنید . |
5 | بخش Space-Dependent Model Generation را پیدا کنید . روی Create/Refresh کلیک کنید . |
جزء 2 (COMP2)
در پنجره Model Builder ، گره Component 2 (comp2) را گسترش دهید .
هندسه 1 (1 بعدی)
فاصله 1 (i1)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 2 (comp2)>Geometry 1 (1D) را گسترش دهید . |
2 | روی Geometry 1 (1D) کلیک راست کرده و Interval را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای فاصله ، قسمت فاصله را بیابید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
مختصات (M) |
0 |
Hs |
5 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
فاصله 2 (i2)
1 | روی Interval 1 (i1) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای فاصله ، قسمت فاصله را بیابید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
مختصات (M) |
Hs |
اچ |
4 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
حمل و نقل گونه های متمرکز (TCS)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2) روی Transport of Concentrated Species (tcs) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حمل و نقل گونه های متمرکز ، بخش گونه ها را پیدا کنید . |
3 | از لیست From mass constraint ، wW را انتخاب کنید . |
یک رابط دوم حمل و نقل گونه های متمرکز را اضافه کنید که برای مدل سازی فاز مایع استفاده می شود.
4 | از منوی Home ، Add Physics را انتخاب کنید . |
فیزیک را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Physics بروید . |
2 | در درخت، Chemical Species Transport>Transport of Concentrated Species (tcs) را انتخاب کنید . |
3 | برای گسترش بخش Dependent Variables کلیک کنید . در جدول کسرهای جرمی تنظیمات زیر را وارد کنید: |
خوب |
wWl |
4 | روی Add to Component 2 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | از منوی Home ، Add Physics را انتخاب کنید . |
حمل و نقل گونه های متمرکز 2 (TCS2)
1 | در پنجره تنظیمات برای حمل و نقل گونه های متمرکز ، بخش گونه ها را پیدا کنید . |
2 | از لیست From mass constraint ، wWl را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره Model Builder ، گره Transport of Concentrated Species (tcs) را گسترش دهید . |
تعاریف (COMP2)
متغیرهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 2 (comp2)>Definitions را گسترش دهید . |
2 | روی Component 2 (comp2)>Definitions کلیک راست کرده و Variables را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
4 |  روی Load from File کلیک کنید . |
5 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل distillation_column_variables.txt دوبار کلیک کنید . |
حمل و نقل گونه های متمرکز (TCS)
ویژگی های حمل و نقل 1
در این مدل دما و فشار ستون ثابت فرض می شود. این شرایط را با استفاده از گره Default Model Inputs تعریف کنید . این کار اطمینان از اعمال شرایط یکسان در سراسر مدل را آسان می کند.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2)>Transport of Concentrated Species (tcs) روی Transport Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Transport Properties ، بخش Model Input را پیدا کنید . |
3 |  برای فشار مطلق برای p A روی Go to Source کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
ورودی های مدل پیش فرض
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions، روی Default Model Inputs کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی های مدل پیش فرض ، بخش Browse Model Inputs را پیدا کنید . |
3 | در درخت، General>Pressure (Pa) – minput.pA را انتخاب کنید . |
4 | زیربخش عبارت برای انتخاب باقیمانده را پیدا کنید . در قسمت متن فشار ، P را تایپ کنید . |
5 | در درخت، General>Temperature (K) – minput.T را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن دما ، T را تایپ کنید . |
حمل و نقل گونه های متمرکز (TCS)
ویژگی های حمل و نقل 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2)>Transport of Concentrated Species (tcs) روی Transport Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Transport Properties ، قسمت Density را پیدا کنید . |
3 | از لیست ρ ، گاز ایده آل را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Convection را پیدا کنید . بردار u را به صورت مشخص کنید |
uV | ایکس |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی ω 0,wE ، wf را تایپ کنید . |
منابع واکنش 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Reaction Sources 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reaction Sources ، بخش Reactions را پیدا کنید . |
3 | از لیست R weE ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، -tcs.M_wE*Kya*(ym1-ye1) را تایپ کنید . |
4 | از لیست R wW ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، tcs.M_wW*Kya*(ym1-ye1) را تایپ کنید . |
کسر جرمی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Mass Fraction را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای کسر جرمی ، بخش کسر جرمی را پیدا کنید . |
4 | تیک گزینه Species weE را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی ω 0,wE ، wb را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outflow را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
حمل و نقل گونه های متمرکز 2 (TCS2)
گونه های جرم مولی 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2)>Transport of Concentrated Species 2 (tcs2) روی Species Molar Masses 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Species Molar Masses ، بخش Molar Mass را پیدا کنید . |
3 | از لیست M wWl ، جرم مولی (chem/W) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست M wEl ، جرم مولی (شیمی/E) را انتخاب کنید . |
ویژگی های حمل و نقل 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Transport Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های حمل و نقل ، بخش Convection را پیدا کنید . |
3 | بردار u را به صورت مشخص کنید |
-uLr | ایکس |
4 | قسمت Diffusion را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
گونه 1 | گونه 2 | انتشار | ضریب انتشار (M^2/S) |
خوب | wWl | تعریف شده توسط کاربر | 1e-20 |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن ω 0,wEl ، wf را تایپ کنید . |
ویژگی های حمل و نقل 2
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2)>Transport of Concentrated Species 2 (tcs2) روی Transport Properties 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های حمل و نقل ، بخش Convection را پیدا کنید . |
4 | بردار u را به صورت مشخص کنید |
-uLs | ایکس |
کسر جرمی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Mass Fraction را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای کسر جرمی ، بخش کسر جرمی را پیدا کنید . |
4 | تیک گزینه Species wEl را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن ω 0,wEl ، wd را تایپ کنید . |
کسر جرمی 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Mass Fraction را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای کسر جرمی ، بخش کسر جرمی را پیدا کنید . |
4 | تیک گزینه Species wEl را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن ω 0,wEl ، wf را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outflow را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
منابع واکنش 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Reaction Sources را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Reaction Sources ، بخش Reactions را پیدا کنید . |
3 | چک باکس انتقال جرم به فازهای دیگر را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت نوشتار R wEl ، tcs.M_wE*Kya*(ym1-ye1) را تایپ کنید . |
5 | در قسمت نوشتاری R wWl ، -tcs.M_wW*Kya*(ym1-ye1) را تایپ کنید . |
6 | در پنجره Graphics کلیک کنید و سپس Ctrl+A را فشار دهید تا هر دو دامنه انتخاب شوند. |
مش 1
اندازه
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2) روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Edit Physics-Induced Sequence را انتخاب کنید .
سایز 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Edge 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | در پنجره Graphics کلیک کنید و سپس Ctrl+A را فشار دهید تا تمام مرزها انتخاب شوند. |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . از فهرست Calibrate for ، Fluid dynamics را انتخاب کنید . |
6 | از لیست از پیش تعریف شده ، Extremely fine را انتخاب کنید . |
7 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
طراحی ستون
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Column Design را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
جاروی پارامتریک
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  پارامتر Sweep کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی پارامتری ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Hs (ارتفاع بخش جداسازی) | 1.2 1.3 1.4 | متر |
5 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
گروه طرح 1 بعدی 8
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Column Design/Parametric Solutions 1 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب پارامتر (Hs) ، از لیست را انتخاب کنید . |
5 | در لیست مقادیر پارامتر (Hs (m)) ، 1.3 را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی 1D Plot Group 8 کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، ym1 را تایپ کنید . |
5 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . از لیست Width ، 2 را انتخاب کنید . |
6 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
7 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
8 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
فاز بخار |
نمودار خط 2
1 | روی Line Graph 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، xm1 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
فاز مایع |
5 | در نوار ابزار 1D Plot Group 8 ، روی  Plot کلیک کنید . |
کسری مول
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی 1D Plot Group 8 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Mole Fractions را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت Title text، Ethanol mole fraction را تایپ کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
6 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، ارتفاع ستون (m) را تایپ کنید . |
7 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، x1، y1 را تایپ کنید . |
8 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت راست میانی را انتخاب کنید . |
9 | در نوار ابزار Mole Fractions ، روی  Plot کلیک کنید . |
گروه طرح 1 بعدی 9
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Column Design/Parametric Solutions 1 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب پارامتر (Hs) ، از لیست را انتخاب کنید . |
5 | در لیست مقادیر پارامتر (Hs (m)) ، 1.3 را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی 1D Plot Group 9 کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، ym1 را تایپ کنید . |
5 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت Expression text، xm1 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست رنگ ، سیاه را انتخاب کنید . |
8 | از لیست Width ، 2 را انتخاب کنید . |
9 | قسمت Legends را پیدا کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
10 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
11 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
عملکرد ستون |
12 | در نوار ابزار 1D Plot Group 9 ، روی  Plot کلیک کنید . |
گروه طرح 1 بعدی 9
در پنجره Model Builder ، روی 1D Plot Group 9 کلیک کنید .
جهانی 1
1 | در نوار ابزار 1D Plot Group 9 ، روی  Global کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 |  روی پاک کردن جدول کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
x_y (P، n، x1، x2) | 1 |
5 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست مجموعه داده ها ، پارامترسازی منحنی تعادل /راه حل 1 (sol1) را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار 1D Plot Group 9 ، روی  Plot کلیک کنید . |
7 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست Width ، 2 را انتخاب کنید . |
8 | قسمت Legends را پیدا کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
9 | روی Global 1 کلیک راست کرده و Move Up را انتخاب کنید . |
10 | در نوار ابزار 1D Plot Group 9 ، روی  Plot کلیک کنید . |
خطوط عملیاتی
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی 1D Plot Group 9 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، خطوط عملیاتی را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
4 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، x1 را تایپ کنید . |
5 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، y1 را تایپ کنید . |
6 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
7 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت راست میانی را انتخاب کنید . |
8 | در نوار ابزار خطوط عملیاتی ، روی  Plot کلیک کنید . |
