عملکرد محاسبه تعادل برای محاسبه شرایط تعادل حاصل برای مخلوطی از مجموعه ای از گونه ها و فازها استفاده می شود.
محاسبات تعادل اغلب برای فرآیندهایی با تعادل بخار-مایع (VLE)، به اصطلاح محاسبات فلش استفاده می شود. یک فرآیند معمولی که نیاز به محاسبات فلش دارد، فرآیند تقطیر است، که در آن جریان خوراک چند فازی به بخار و محصول مایع جدا می‌شود و غلظت گونه‌ها در هر فاز مورد نیاز است. محاسبات تعادل شامل ترکیب معادلات VLE با تعادل مواد برای گونه های شیمیایی و در برخی موارد با تعادل انرژی است. محاسبات فلش معمولاً برای به دست آوردن برآوردهای زیر استفاده می شود:
• | نقطه حباب در دمای معین |
• | نقطه حباب در فشار داده شده |
• | نقطه شبنم در دمای معین |
• | نقطه شبنم در فشار داده شده |
• | شرایط تعادل در فشار و دمای معین. |
• | شرایط تعادل در فشار و آنتالپی معین. |
• | شرایط تعادل در فشار و آنتروپی معین. |
• | شرایط تعادل در انرژی داخلی داده شده و حجم خاص. |
سه مثال آخر اغلب دشوارتر در نظر گرفته می شوند، زیرا آنها به تعادل انرژی و روابط برای محاسبه آنتالپی و آنتروپی نیاز دارند. ترمودینامیک در COMSOL Multiphysics می‌تواند با استفاده از قابلیت محاسبه تعادل، تمام موارد فوق را مدیریت کند. پاکت فاز، نقطه حباب، و نقطه شبنم را می توان برای هر تعداد گونه محاسبه کرد.
روی گره سیستم ترمودینامیکی مربوطه ( شکل 10-8 را ببینید )، گره سیستم از پیش تعریف شده ، یا گره سیستم ترمودینامیکی خارجی مربوطه کلیک راست کرده و برای شروع Equilibrium Calculation Wizard ، Equilibrium Calculation را انتخاب کنید .
ویزارد محاسبه تعادل شامل مراحل زیر است:
1 | گونه ها را انتخاب کنید |
2 | مشخصات تعادل |
3 | بررسی اجمالی تابع تعادل |
تنظیمات محاسبه تعادل شامل سه نوع تابع تعادل است.
• | اولین نوع تابع برای تشخیص اینکه آیا یک فاز در سیستم وجود دارد و در نام آن عبارت “وجود” را شامل می شود استفاده می شود. |
• | تابع مقدار مقدار کل مواد را در هر فاز محاسبه می کند. |
• | توابع ترکیب فاز، جرم یا کسر مولی هر گونه را در هر فاز، بسته به واحد پایه انتخاب شده برای محاسبه تعادل، محاسبه می کند. |
گونه ها را انتخاب کنید
یک یا چند گونه از گونه های موجود در سیستم ترمودینامیکی را انتخاب کنید و از دکمه Add Selected ( 
) برای اضافه کردن آنها به جدول گونه های انتخاب شده استفاده کنید . روی دکمه Next ( ) کلیک کنید 
تا به مرحله بعدی در ویزارد بروید.
) برای اضافه کردن آنها به جدول گونه های انتخاب شده استفاده کنید . روی دکمه Next ( ) کلیک کنید 
تا به مرحله بعدی در ویزارد بروید.مشخصات تعادل
از لیست واحد پایه مقدار برای استفاده از کیلوگرم یا مول به عنوان واحد پایه استفاده کنید .
دو شرط تعادلی را انتخاب کنید که تعادل فعلی را تعریف می کنند، به عنوان مثال یک فشار و یک دما معین. این شرایط تعادل به عنوان آرگومان در توابع تعادل، علاوه بر ترکیب (کسری کلی از گونه ها) استفاده می شود.
شرایط تعادل موجود عبارتند از: دما ، فشار ، کسر فاز ، انرژی (یا انرژی داخلی تشکیل) ، آنتالپی (یا آنتالپی تشکیل) ، حجم ویژه ، چگالی و آنتروپی (یا آنتروپی تشکیل ). برای واکنش های شیمیایی، توصیه می شود از آنتالپی تشکیل ، آنتروپی تشکیل، یا انرژی داخلی تشکیل استفاده شود ، زیرا آنها گرمای واکنش ها را تشکیل می دهند.
شکل 10-21: جادوگر محاسبه تعادل. مشخصات تعادل
انتخاب کسر فاز به عنوان یکی از شرایط تعادل، فیلد ورودی نوع راه حل را فعال می کند. این می تواند برای نشان دادن جهت راه حل مورد نظر استفاده شود، که به ویژه در نزدیکی نقاط بحرانی کاربرد زیادی دارد. گزینه های Undefined ، Normal یا Retrograde جهت های مختلفی را برای جستجوی حل معادلات تعادل تعریف می کنند. استفاده از Normal به این معنی است که مشتق کسر فاز بخار نسبت به دما (در فشار و ترکیب ثابت) مثبت و مشتق کسر فاز بخار نسبت به فشار (در دما و ترکیب ثابت) منفی نگه داشته می‌شود. استفاده از رتروگرادبه این معنی که علامت مخالف مشتقات ذکر شده قبلی اجرا می شود.
برای یک گونه واحد، نقطه بحرانی بالاترین فشار و دمایی است که در آن دو فاز (مایع و بخار) قابل تشخیص هستند. با این حال، برای برخی از سیستم های چند گونه ای، نقطه بحرانی نقطه ای بین نقطه شبنم و نقطه حباب است. در این مورد، نقطه بحرانی نشان دهنده حداکثر فشار یا حداکثر دمای همزیستی بخار و مایع نیست. این پدیده به عنوان تراکم رتروگراد شناخته می شود. این بدان معنی است که در شرایط همدما، وقتی فشار کاهش می یابد، مقداری از بخار به جای انبساط یا تبخیر شدن به مایع تبدیل می شود. نمونه ای از چنین سیستمی تشکیل هیدروکربن های مایع در یک مخزن گاز با کاهش فشار زیر فشار نقطه شبنم است. در این حالت نوع Solution را روی Normal یا تنظیم کنیدرتروگراد ممکن است برای تمایز بین این دو راه حل کافی نباشد.
توجه داشته باشید که تنظیم نوع راه حل فقط برای سیستم های ترمودینامیکی داخلی موجود است. برای سیستم های ترمودینامیکی خارجی، عملکرد مربوطه باید توسط ارائه دهنده نرم افزار ترمودینامیکی ارائه شود. برای مثال، ارائه‌دهنده COCO/TEA از گزینه‌های Normal یا Retrograde پشتیبانی نمی‌کند . در این موارد، نوع راه حل باید Undefined باشد .
روی دکمه Next ( ) کلیک کنید تا به مرحله بعد بروید.
تا به مرحله بعد بروید.بررسی اجمالی تابع تعادل
در این مرحله می توانید تمام توابع اعم از واحدها و آرگومان ها را بررسی کنید. روی دکمه Finish ( ) کلیک کنید تا از جادوگر خارج شوید و توابع در حالت تعادل را به سیستم ترمودینامیکی فعلی اضافه کنید.
تا از جادوگر خارج شوید و توابع در حالت تعادل را به سیستم ترمودینامیکی فعلی اضافه کنید.گره محاسبه تعادل
هنگام ایجاد یک محاسبه تعادل ، توابع حاصل در زیر گره مخلوط جمع آوری می شوند . می توانید توابع جدیدی از یک گره مخلوط موجود ایجاد کنید . روی آن کلیک راست کرده و Equilibrium Calculation را انتخاب کنید تا Equilibrium Calculation Wizard شروع شود ( شکل 10-20 را ببینید ).
تنظیمات
انتخاب یک گره محاسبه تعادل، تنظیمات از جمله توابع ویژگی را نشان می دهد، به شکل 10-22 مراجعه کنید .
پارامترهای نمودار:
می توان برای ارزیابی و رسم تابع تعادل برای محدوده ای از مقادیر آرگومان استفاده کرد. ابتدا مشخص کنید کدام یک از توابع گنجانده شده را رسم کنید. سپس برای هر آرگومان یک حد پایین و حد بالایی اعمال کنید و روی دکمه Plot ( 
) کلیک کنید.
) کلیک کنید.
شکل 10-22: پنجره تنظیمات. محاسبه تعادل
