PEDCO

آموزش نحوه انتخاب بهترین مدل (Method) ترمودینامیکی در حل مسائل

آموزش نحوه انتخاب بهترین مدل (Method) ترمودینامیکی در حل مسائل

در این قسمت ما سعی کردیم با معرفی انواع مدل های ترمودینامیکی در حل مسائل مانند معادلات حالت، مدل های اکتیویته و … به کمک نرم افزارهای مختلف و ارائه توضیحات کامل در مورد نحوه انتخاب این روش ها در مسائل متنوع ریاضی، مشکلاتی که در این زمینه همیشه گریبان گیر دانشجویان و مهندسان در حل مسائل هست رو برطرف کنیم.

اگر بعد از مطالعه این مطلب هنوز هم در انتخاب روش مشکل دارید یا نظر و پیشنهادی برای بهبود مطلب در ذهنتون هست، پایین همین صفحه کامنت بگذارید.

1-تعریف شبیه سازی و مدل سازی فرآیندها

شبیه سازی: پیش بینی و توصیف یک پدیده فیزیکی و شیمیایی با استفاده از مدل یا به عبارتی ﺷﺒﻴﻪ ﺳﺎﺯﻱ ﻋﺒﺎﺭﺕ ﺍﺳﺖ ﺍﺯ ﺑﻜﺎﺭ ﮔﻴﺮﻱ ﻣﺪﻝ ﻫﺎ ﻭ ﺍﻳﺠﺎﺩ ﺍﺭﺗﺒﺎﻁ ﺑﻴﻦ ﺁﻧﻬﺎ ﺑﺮﺍﻱ ﺗﻮﺻﻴﻒ ﻋﻤﻠﻲ ﻭ ﻋﻠﻤﻲ ﺷﺮﺍﻳﻂ ﻭ ﺣﺎﻻﺕ ﻳﻚ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻭﺗﻌﻴﻴﻦ ﺧﺮﻭﺟﻲ ﻫﺎﻱ ﺁﻥ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺩﺍﺩﻩ ﻫﺎﻱ ﻭﺭﻭﺩﻱ.

مدل سازی: بیان یک پدیده فیزیکی-شیمیایی به زبان ریاضی و یک ﻣﺪﻝ ﺭﻳﺎﺿﻲ ﺷﺎﻣﻞ ﻣﺘﻐﻴﺮ ﻫﺎ ﻭ ﻣﺠﻤﻮﻋﻪ ﻣﻌﺎﺩﻻﺕ ﻭﺍﺑﺴﺘﻪ ﺑﻪ ﺁﻧﻬﺎﺳﺖ ﻛﻪ ﻣﻲ ﺗﻮﺍﻧﺪ ﺗﺄﺛﻴﺮ ﻣﺘﻘﺎﺑﻞ ﺍﻳﻦ ﻣﺘﻐﻴﺮ ﻫﺎ ﺭﺍ ، ﻫﻤﺎﻧﻄﻮﺭ ﻛﻪ ﺩﺭ ﺩﻧﻴﺎﻱ ﻭﺍﻗﻌﻲ ﺍﺗﻔﺎﻕ ﻣﻲ ﺍﻓﺘﺪ ﻧﺸﺎﻥ ﺩﻫﺪ. ﺍﺯ ﺍﻳﻦ ﺭﻭ ﻳﻚ ﻣﺪﻝ ﺭﻳﺎﺿﻲ ﻭﺳﻴﻠﻪ ﺑﺴﻴﺎﺭ ﻣﻨﺎﺳﺒﻲ ﺩﺭ ﺩﺳﺖ ﺗﺤﻠﻴﻞ ﮔﺮﻱ ﺍﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﺎ ﺗﻮﺳﻞ ﺑﻪ ﺁﻥ ﻣﻲ ﺗﻮﺍﻧﺪ ﺭﻓﺘﺎﺭ ﻳﻚ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺭﺍ ﭘﻴﺶ ﺍﺯ ﺍﻋﻤﺎﻝ ﻭﺍﻗﻌﻲ ﺗﻐﻴﻴﺮﺍﺕ ﭘﻴﺶ ﺑﻴﻨﻲ ﻛﻨﺪ.

در شبیه سازی فرآیندها از مدل های مختلفی استفاده می شود که عبارتند از :

– مدل ترمودینامیکی: توصیف رفتار ماده ( مانند معادله حالت، مدل ضریب فعالیت … )

– مدل تجهیزات: توصیف نحوه عملکرد دستگاه های فرآیندی ( مانند مدل های پمپ، برج تقطیرو…)

یک نرم افزار شبیه سازی فرآیند دارای مدل های مختلفی است و بر اساس مجموعه ای از این مدل ها فرآیندهای مختلف شبیه سازی می شوند. تفاوت میان نرم افزارهای مختلف شبیه سازی فرآیند صرف نظر از ظاهرشان در مدل های ترمودینامیک، مدل های تجهیزاتی و گستردگی بانک اطلاعات مواد می باشد. شبیه سازی یا مدل سازی ریاضی، تبدیل کمیت های فیزیکی و رابطه متقابل این کمیت ها به روابط ریاضی و کمیت های عددی می باشد.

2-معرفی انواع روش ها و مدل های ترمودینامیکی

– معادلات حالت

– مدل های مدل های اکتیویته (فعالیت)

– مدل های Chao Seader

– مدل های فشاربخار

– مدل های متفرقه

حال به بررسی هر یک از این مدل ها می پردازیم:

-معادلات حالت

  • مشخص کننده رابطه بین فشار، دما و حجم سیال
  • مناسب برای ترکیبات هیدروکربنی در بازه وسیع
  • محدود به سیستم های غیرخطی با مواد مختصر قطبی

 -مدل های اکتیویته

  • کاربرد در سیستم های به شدت غیر ایده آل
  • تنها قابل اعمال بر روی فاز مایع اند

 -مدل های  Chao Seader

  • مدل شبه تجربی
  • کاربرد برای هیدروکربن های سنگین
  • محاسبه خواص تعادلی

 -مدل های فشار بخار

  • کاربرد برای مخلوط های ایده آل و فشارهای پایین
  • کاربرد در حدس اولیه سیتم های غیرایده آل

ﺑﻪ ﻃﻮﺭ ﻛﻠﻲ ﺩﺭ ﺷﺒﻴﻪ ﺳﺎﺯﻱ ﻳﻚ ﻓﺮﺁﻳﻨﺪ ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ ﻣﻬﻤﺘﺮﻳﻦ ﻗﺴﻤﺖ ﺍﻧﺘﺨﺎﺏ ﻣﺪﻝ ﻫﺎﻱ ﺧﻮﺍﺹ ﻓﻴﺰﻳﻜﻲ ﺑﺮﺍﻱ ﭘﻴﺶ ﺑﻴﻨﻲ ﺧﻮﺍﺹ ﻓﻴﺰﻳﻜﻲ ﻭ ﺗﺮﻣﻮ ﺩﻳﻨﺎﻣﻴﻜﻲ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺍﺳﺖ. ﺯﻳﺮﺍ ﺧﻮﺍﺹ ﻓﻴﺰﻳﻜﻲ ﺩﺭ ﻣﺤﺎﺳﺒﺎﺕ ﻣﺮﺑﻮﻁ ﺑﻪ ﺗﻤﺎﻣﻲ ﻣﺪﻝ ﻫﺎﻱ ﺗﻮﺻﻴﻒ ﻛﻨﻨﺪﻩ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺩﺧﺎﻟﺖ ﺩﺍﺭﻧﺪ ﻭ ﻫﺮ ﻧﻮﻉ ﺧﻄﺎﻱ ﺍﺣﺘﻤﺎﻟﻲ ﺩﺭ ﺍﻧﺘﺨﺎﺏ ﻳﻚ ﻣﺪﻝ ﻣﻨﺎﺳﺐ ﺑﺮﺍﻱ ﻫﺮ ﺧﺎﺻﻴﺖ ﻓﻴﺰﻳﻜﻲ ﻣﻮﺟﺐ ﺑﺮﻭﺯ ﺧﻄﺎ ﺩﺭ ﻧﺘﺎﻳﺞ ﺷﺒﻴﻪ ﺳﺎﺯﻱ  ﻛﻞ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺧﻮﺍﻫﺪ ﺷﺪ.

ﺩﺭ ﺍﻳﻦ ﻣﻴﺎﻥ ﻣﻬﻤﺘﺮﻳﻦ ﺧﻮﺍﺹ ﻣﻮﺭﺩ ﻧﻴﺎﺯ ﺑﺮﺍﻱ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﻣﺤﺎﺳﺒﺎﺕ ﺍﺻﻠﻲ ﺑﺮ ﺍﺳﺎﺱ مدل ترمودینامیکی ﺑﺪﺳﺖ ﻣﻲ ﺁﻳﺪ. ﺍﻳﻦ ﺧﻮﺍﺹ ﺷﺎﻣﻞ ﺣﺠﻢ ﻣﻮﻟﻲ ، ﺁﻧﺘﺎﻟﭙﻲ ، ﺍﻧﺮﮊﻱ ﺁﺯﺍﺩ ﮔﻴﺒﺲ ﻭ ﺿﺮﺍﻳﺐ ﻓﻮﮔﺎﺳﻴﺘﻪ ﺑﺮﺍﻱ ﻛﻠﻴﻪ ﻣﻮﺍﺩ ﻣﻮﺟﻮﺩ ﺩر ﻓﺮﺁﻳﻨﺪ ﻣﻲ ﮔﺮﺩﻧﺪ.

به طور خلاصه می توان گفت که :

  • معادلات فضای حالت برای مواد غیرقطبی و هیدروکربنی مناسب است
  • مدل های اکتیویته برای سیستم های غیرایدآل و مخلوط های قطبی قابلیت استفاده دارد
    لازم به ذکر است که مدل های اکتیویته در دماها و فشارهای بالا ناکارآمد هستند یعنی اگر برای سیستمی دما و فشار عملیاتی بالاتر از دما و و فشار بحرانی یک یا چند جزء باشد بهتر است حتی در صورت وجود مواد قطبی از معادلات حالت استفاده کرد.
    نمودار فازی

    نمودار فازی

حال می توان انواع معادلات حالت، مدل های اکتیویته و کاربرد های آن ها را در شکل های بعد مشاهده کرد که اطلاعات مناسبی را در انتخاب مدل در اختیار می گذارند.

نحوه استفاده از معادلات حالت
نحوه استفاده از معادلات اکتیویته
نحوه استفاده از مدل های اکتیویته

تفاوت معادلات حالت و مدل های اکتیویته را می توان به صورت جدول زیر نمایش داد.

تفاوت معادلات حالت و مدل های اکتیویته
تفاوت معادلات حالت و مدل های اکتیویته

در انتها به برخی از مدل های متفرقه اشاره می کنیم:

مدل­ های متفرقه

موارد استفاده

Amine

کاربرد در شبیه ­سازی واحدهای جذب و دفع با آمین

ASME Steam

استفاده از جدول ASME 1967

NBS Steam

استفاده از جدول ASME 1984

MBWR

کاربرد برای مواد مشخص و در بازه عملیاتی معین

3-نحوه انتخاب معادلات مناسب برای ترکیبات و شبیه سازی

در هنگام انتخاب مدل باید به موارد زیر توجه ویژه ایی داشت:

  • در هایسیس تعداد زیادی مدل ترمودینامیکی وجود دارد
  • نحوه انتخاب مدل ترمودینامیکی بستگی به نوع سیالات فرآیندی دارد
  • در صورت عدم انتخاب صحیح مدل، نرم افزار پیغام خطا می دهد اما عدم نمایش پیغام خطا به معنی انتخاب دقیق مدل نیست.

ابتدا برای دسترسی سریع به مدل مدنظر، می توان به جدول زیر اشاره کرد که مدل های مورد قبول  برای تعداد خاصی از فرآیند های موجود در صنعت تهیه شده و در این جدول ذکر شده است.

مدل های مورد استفاده در صنعت
مدل های مورد استفاده در صنعت

در صورتی که فرآیند مد نظر در جدول بالا موجود نبود، باید به کمک تصاویر زیر عمل کرد و پله پله با جواب بله یا خیر به سوال های آن پیش رفت تا بتوان مدل مورد نیاز و قابل قبولی را برای فرآیند مد نظر بدست آورد:

راهنمای انتخاب روش - شکل 1
راهنمای انتخاب روش - شکل 1
راهنمای انتخاب روش - شکل 2
راهنمای انتخاب روش - شکل 2
راهنمای انتخاب روش - شکل 3
راهنمای انتخاب روش - شکل 3
راهنمای انتخاب روش - شکل 4
راهنمای انتخاب روش - شکل 4
راهنمای انتخاب روش - شکل 5
راهنمای انتخاب روش - شکل 5
راهنمای انتخاب روش - شکل 6
راهنمای انتخاب روش - شکل 6
    منابع:

www.simulearn.ir
www.matlabsite.com

این مطلب را به اشتراک بگذارید:
Share on facebook
Facebook
Share on google
Google+
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *