دات نت نیوک

علی رغم استفاده روز افزون از گاز کلر و در برخی موارد جایگزین نداشتن برای کاربردهای متنوع آن،کلر همچنین به عنوان یک گاز سمی و سوزش آور برای دستگاه تنفسی شناخته شد است و از انجا که کلر سنگین تر از هوا می باشد، برای انباشته شدن در کف اتاقک کلرزنی فاقد سیستم تهویه، مستعد می ساد. کلر یک اکسید کننده قوی است که با مواد قابل اشتعال واکنش می دهدف با غلظتی کمتر از 1ppm قابل آشکارسازی و در غلظت 30 ppm معمولا حالت سرفه و استفراغ ایجاد می کند. اگر کلر با غلظت بیش از 30 ppm تنفس شود شروع به واکنش با اب و سلول ها کرده و در آنجا هیدرو کلریک اسید و هیپوکلریک اسد ایجاد می کند. این ها همه دلایلی هستند برایلزوم استفاده از سیستم کلرزدا که در شرایط ضروری عمل جذب و کلرزدایی را انجام دهد.

هندسه و اجزای برج جذب

برج های جذب دارای قسمت های مختلفی هستند. بهترین برج جذب برجی است که بیشترین سطح تماس را بین گاز و مایع پاشیده شده برقرار کند. برای بیشتر شدن سطح تماس از سیستم پکینگ استفاده می شود. همچنین سیستم پاشش به صورت اسپری نیز سطح تماس را خیلی بالا می برد. هر قسمت از برج از مواد مختلفی ساخته شده است. در ادامه اجزای مختلف برج جذب تشریح می شود.

شماتیک برج جذب بستر فشرده

شماتیک برج جذب بستر فشرده

نازل های پاشش مایع

یکی از مهمترین قسمت های برج جذب گاز قسمت پاشش مایع می باشد. تعداد نازل، نوع نازل،قطر قطره ها و سرعت پاشش نازل از مهمترین پارامترهای ان محسوب می شود. نازل های پاشش مایع با شکل های مختلف می تواندد مایع را بپاشند. چند نوع ازاین اشکال در شکل بعد مشاهده می شود.

نازل های مخروطی کامل

نازل های مخروطی کامل

مخروطی توخالی

مخروطی توخالی


الگوهای مختلف پاشش مخروطی

الگوهای مختلف پاشش مخروطی


طرز قرارگیری نازل ها در داخل برج

طرز قرارگیری نازل ها در داخل برج


مواد مورد استفاده در قسمت های مختلف برج جذب

مواد مورد استفاده در قسمت های مختلف برج جذب

قسمت پکینگ (packing)

این قسمت نیز تاثیر بسزایی در میزان جذب گاز دارد. نمونه ای از این قسمت پکینگ در شکل بعد مشاهده می شود
نمونه ای پکینگ داخل برج جذب

نمونه ای پکینگ داخل برج جذب


نمونه ای از مشخصات قسمت پکینگ

نمونه ای از مشخصات قسمت پکینگ

معادلات حاکم در برج جذب

جذب گاز کلر از معادلات تعادل زیر پیروی می کند
جذب گاز کلر از معادلات تعادل زیر پیروی می کند

اضافه کردن یک پایه، مثل سدیم هیدروکسید، PH را افزایش می دهد. PH به صورت زیر تعریف می شود.

ph

اگر PH افزایش یابد، غلظت یون هیدروژن باید کاهش یابد. همزمان با اینکه یون هیدروزن کاهش می یابد، معادله تعادل مجبور است تا تعادل را معکوس کند. اگر به هر معادله به صورت جداگانه بررسی شود

ph

وقتی که غلظت یون هیدروژن کاهش می یابد، این رابطه تعادلی بیشتر جدا میشود. تا غلظت یون هیدروزن کاهش یافته را جبران کند. دیده می شود که غلظت یون هایپوکلروس با افزایش غلظت یون هیدروژن کاهش می یابد.

ph

این رابطه تعادلی بسیار پیچیده است. این معادله با کاهش غلظت هیدروژن در سمت راست در جهت راست پیشرفت می کند. دو اثر رخ میدهد به دلیل اینکه یون هایپوکلروس کاهش می یابد

ph

به محض ان که غلظت کلر محلول کاهش می یابدف باید مقدار کلر در فاز گازی باید کاهش یابد. پایه کارکرد سیستم جذب اسید و گاز به این صورت است. در این مدل به ازای یک مول از سدیم هیدروکسید دو مول از گاز کلر باید جداسازی شود.

تشکیل سدیم بیکربنات جامد باعث جلوگیری از جذب کلر بیشتر می شود. دلیل ان در ادامه ذکر می شود. وقتی بیکربنات جامد تشکیل می شود این رابطه تعادلی وجود دارد.

ph

در طول تشکیل بیکربنات میزان سدیم و بیکربنات ثابت می ماند.

رابطه تجزیه بیکربنات به صورت زیر است.
رابطه تجزیه بیکربنات

برای مدل سازی برج جذب کلر از نرم افزارهای مختلفی می توان استفاده کرد. مناسب ترین نرم افزار برای شبیه سازی این فرایند، aspen plus می باشد.

در شکل زیر شماتیکی از برج جذب کلر نشان داده شده است.
 شماتیکی از برج جذب کلر

داده های ورودی به برج جذب

مدلسازی در نرم افزار

برای مدلسازی در نرم افزار ابتدا مواد یا همان اجزای مورد نیاز شبیه سازی وارد نرم افزار می شود.

اجزای وارد شده به نرم افزار

اجزای وارد شده به نرم افزار

همان طورکه ملاحظه می شود، پنج نوع جزء در شبیه سازی موجود است. این اجزا در کتابخانه خود نرم افزار وجود دارد. برای مدلسازی مسئله از مدل RadFrac استفاده شده است.

RadFrac، یک مدل دقیق برای شبیه سازی انواع جداکننده های چند مرحله ای است. این مدل قادر است تا موارد زیر را شبیه سازی کند

  • برج تقطیر
  • برج جذب
  • برج جذب ریبویلردار
  • برج عریان سازی ریبویلردار
  • برج تقطیر ازئوتروپی و استخراجی
  • برج های تقطیر همراه با واکنش شیمیایی
  • مدلسازی و سایزینگ برج های تقطیر پرشونده
RadFrac در شرایط زیر می تواند کار کند:
  • سیستم های دوفازی
  • سیستم های سه فازی
  • سیستم های با اختلاف دمای جوش زیاد و کم بین مواد
  • سیستم هایی با فاز مایع غیر ایده آل

در برج های radFrac کندانسور و ریبویلر به عنوان سینی در نظر گرفته می شوند. یعنی سینی یک کندانسور و سینی اخر ریبویلر است

از بالا کاستیک وارد برج می شود و از پایین نیز گاز وارد میشود. پس از انجام عملیات جذب، گاز تمیز شده از بالا خارج شده و از پایین نیز محلول جذب کننده خارج می شود.

برج جذب مدلسازی شده در نرم افزار

برج جذب مدلسازی شده در نرم افزار

پس از این مرحله خواص جریان های وارد شده به برج، وارد نرم افزار می شود.

ورودی جریان کاستیک

ورودی جریان کاستیک

ورودی جریان گاز

ورودی جریان گاز

برای روش حل نیز از روش فیلتر COMMON و روش پایه NRTL استفاده می شود.

روش حل مسئله

روش حل مسئله

سپس مقادیر مربوط به طبقات وارد می شود.

خوراک مربوط به برج به دو شکل زیر می تواند وارد شود.

Above Stage

Above Stage

On Stage

On Stage


برای سیستم جذب یا حالتی که جریان گاز از پایین وارد می شود می بایستی گزینه On Stage را انتخاب کرد.

ورودی و خروجی سینی ها

ورودی و خروجی سینی ها

پس از اتمام مراحل بالا نوبت به تنظیمات مربوط به نوع و ابعاد سینی ها می رسد. این تنظیمات به شکل زیر اعمال می شود.

تنظیمات نوع سینی (TRAY)

تنظیمات نوع سینی (TRAY)

نوع سینی از نوع غربالی (SIEVE) انتخاب می شود.

مشخصات مربوط به طراحی سینی ها

مشخصات مربوط به طراحی سینی ها

برای تعیین فاصله بین سینی ها می توان از الگوی جدول زیر استفاده کرد.

الگوی انتخاب فاصله بین سینی ها

در این قسمت نتایج حاصل از شبیه سازی ارائه می شود. در ابتدا دبی اجزای خروجی جذب کننده از نرم افزار استخراج می شود. این ننایج به صورت زیر است.

داده های خروجی برای جریان های خروجی

داده های خروجی برای جریان های خروجی

همان طور که ملاحظه می شود دبی گاز کلر در خروجی بسیار اندک است.

در ادامه داده های مربوط به هندسه جذب کننده که از نرم افزار به دست امده تشریح می شود.

ابعاد مربوط به هندسه جذب کننده

ابعاد مربوط به هندسه جذب کننده

اندازه قطر ستون جذب کننده برابر با d=86.4 cm می باشد.

برای به دست اوردن طول جذب کننده می توان از رابطه زیر استفاده کرد.

که در ان

ضریب طراحی
ضریب طراحی
فاصله بین سینی ها
تعداد سینی ها
فرمول

با جایگذاری اعداد به دست امده و با ضریب طراحی 1.2 طول برج جذب تقریبا برابر L=3.6 m می شود.

اعداد خروجی برای هندسه سینی ها

اعداد خروجی برای هندسه سینی ها

دمای هر طبقه نیز در شکل زیر نشان داده شده است.

پروفیل دما براساس طبقات مختلف برج

پروفیل دما براساس طبقات مختلف برج

از نمودار بالا می توان نتیجه گرفت که از طبقه اول که در بالاترین قسمت برج قرار دارد تا طبقه 5 که در انتهای برج و کف ان است دما به طور جزئی افزایش می یابد.

کسر جرمی کلر

کسر جرمی کلر

با مشاهده نمودار کسر جرمی کلر مشاهده می شود که کسر جرمی کلر از بالا به پایین برج جذب افزایش می یلبد که با منطق نیز سازگار است.

نمودار ضریب k برای مایع-بخار

نمودار ضریب k برای مایع-بخار

نسبت بخار به مایع در طبقات مختلف برج جذب

نسبت بخار به مایع در طبقات مختلف برج جذب

در نمودار زیر دبی خروجی کلر با میزان دبی ورودی کاستیک مقایسه شده است.

میزان کلر خروجی در دبی های های مختلف کاستیک

میزان کلر خروجی در دبی های های مختلف کاستیک

همان طور که ملاحظه می شود با افزایش میزان دبی کاستیک، میزان کلر خروجی از برج جذب کاهش یافته یعنی میزان کلر جذب شده توسط کاستیک افزایش می یابد.