مقدمه
شبیه‌سازی دینامیک فرآیندهای شیمیایی یکی از ابزارهای کلیدی برای بهینه‌سازی عملکرد و طراحی سیستم‌های کنترلی است. اتانول، به عنوان یک ماده مهم در صنایع مختلف، معمولاً در مخلوط با آب به دست می‌آید. که جداسازی آن به دلیل تشکیل آزئوتروپ بین آب و اتانول با چالش‌هایی مواجه است. برای غلبه بر این چالش، روش آب‌زدایی هتروژنی با استفاده از حلال ثالث به کار گرفته می‌شود. در این پروژه، شبیه‌سازی دینامیک فرآیند آب‌زدایی هتروژنی اتانول با استفاده از نرم‌افزار Aspen Plus Dynamics شرح داده شده است. این پروژه، با هدف تحلیل رفتار دینامیکی فرآیند و بهینه‌سازی شرایط عملیاتی و سیستم‌های کنترلی ارائه شده است.
شبیه‌سازی دینامیک فرآیند
1. انتقال از حالت پایا به دینامیک
در این مرحله، مدل پایا که در نرم‌افزار Aspen Plus (نسخه 12) شبیه‌سازی شده بود، به نرم‌افزار Aspen Plus Dynamics منتقل شد. انتقال از حالت پایا به دینامیک به این معناست که به جای تحلیل فرآیند در یک حالت ثابت و بدون تغییرات زمانی، اکنون رفتار فرآیند در طول زمان و تحت شرایط مختلف عملیاتی مورد بررسی قرار می‌گیرد. این انتقال شامل تبدیل پارامترهای پایا به پارامترهای وابسته به زمان و تعریف جدید تجهیزات و سیستم‌های کنترلی می‌باشد.
2. تعریف تجهیزات و متغیرهای دینامیک
تجهیزات اصلی فرآیند شامل ستون‌های تقطیر (ستون آزئوتروپ، و ستون بازیابی حلال) و مبدل‌های حرارتی با جزئیات کامل به صورت دینامیک مدل‌سازی شدند. هر ستون بر اساس تعداد سینی‌ها، ارتفاع، قطر، و ویژگی‌های دینامیکی دیگر مانند ظرفیت‌های حرارتی و حجم مخازن تعریف شد. همچنین، جریان‌های ورودی و خروجی و متغیرهای کلیدی مانند دما، فشار و غلظت‌ها به صورت دینامیک تعریف و تنظیم شدند.
3. تعریف کنترلرها و سیستم کنترل
برای حفظ شرایط عملیاتی مطلوب و جلوگیری از نوسانات ناخواسته، سیستم‌های کنترلی پیشرفته در مدل دینامیک گنجانده شدند. کنترلرهای PID برای کنترل دما، فشار و نرخ جریان‌ها تعریف شدند. تنظیمات اولیه کنترلرها انجام شد. و سپس عملکرد آنها تحت شرایط عملیاتی مختلف شبیه‌سازی و بهینه‌سازی گردید. این سیستم‌های کنترلی کمک می‌کنند تا فرآیند در مواجهه با تغییرات ناگهانی یا شرایط غیرعادی پایدار باقی بماند.
4. تحلیل سناریوهای مختلف
شبیه‌سازی دینامیک فرآیند امکان تحلیل رفتار سیستم در شرایط مختلف و سناریوهای متفاوت را فراهم می‌کند. در این بخش از شبیه‌سازی، تغییرات ناگهانی در نرخ جریان ورودی، نوسانات دما و فشار و دیگر عوامل موثر بر عملکرد فرآیند مدل‌سازی شدند. تحلیل این سناریوها اطلاعات ارزشمندی را در مورد پایداری سیستم، زمان پاسخ و کارایی کنترلرها ارائه داد.
5. مدیریت زمان و شرایط عملیاتی
یکی از جنبه‌های مهم شبیه‌سازی دینامیک، مدیریت زمان و بررسی شرایط عملیاتی در طول زمان است. نرم‌افزار Aspen Plus Dynamics اجازه می‌دهد تا فرآیند در بازه‌های زمانی مختلف شبیه‌سازی شود. و نتایج به صورت گرافیکی و عددی در قالب تغییرات متغیرهای کلیدی در طول زمان ارائه شود. این تحلیل کمک می‌کند تا تأثیر تغییرات زمانی بر عملکرد کل فرآیند و همچنین پایداری و کارایی سیستم‌های کنترلی بهتر درک شود.
تحلیل نتایج شبیه‌سازی دینامیک
نتایج شبیه‌سازی دینامیک شامل نمودارهایی از تغییرات دما، فشار، غلظت‌ها و دیگر متغیرهای مهم در طول زمان است. این نمودارها نشان‌دهنده رفتار سیستم در مواجهه با تغییرات مختلف هستند. برخی از نتایج مهم عبارتند از:
- پایداری سیستم: نتایج نشان داد که سیستم دینامیکی با استفاده از کنترلرهای مناسب قادر به حفظ پایداری حتی در شرایط تغییرات ناگهانی است.
- زمان پاسخ: سیستم به سرعت به تغییرات ورودی واکنش نشان می‌دهد و شرایط عملیاتی به سرعت به حالت مطلوب باز می‌گردد.
- کارایی کنترلرها: کنترلرهای طراحی شده عملکرد مطلوبی داشته و توانستند نوسانات و تغییرات نامطلوب را به خوبی مهار کنند.
نتیجه‌گیری
این گزارش نشان داد که شبیه‌سازی دینامیک فرآیند آب‌زدایی هتروژنی اتانول با استفاده از نرم‌افزار Aspen Plus Dynamics ابزاری قدرتمند برای درک بهتر رفتار سیستم و بهینه‌سازی شرایط عملیاتی است. استفاده از حلال بنزن در این فرآیند نتایج مطلوبی ارائه داد. و سیستم‌های کنترلی توانستند پایداری و کارایی فرآیند را تحت شرایط مختلف تضمین کنند. پیشنهاد می‌شود که در مراحل عملیاتی، از این نوع شبیه‌سازی برای پیش‌بینی و جلوگیری از مشکلات احتمالی استفاده شود. و سیستم‌های کنترلی به طور مداوم بهینه‌سازی شوند تا عملکرد بهینه فرآیند حفظ گردد.
منابع
- .Distillation Design and Control Using Aspen Simulation. John Wiley & Sons. Luyben, W. L. (2013)
پروژه های مرتبط
شرکت CHEMENGPROJ با موفقیت، پروژه‌های متعددی را در زمینه آب زدایی هتروژنی اتانول اجرا نموده است، از جمله:
1.شبیه سازی فرآیند آب زدایی هتروژنی اتانول با نرم‌افزار اسپن پلاس
در این پروژه، شبیه سازی فرآیند آب‌زدایی هتروژنی اتانول با استفاده از نرم‌افزار Aspen Plus نسخه 10 و 12 بر مبنای روش‌ها و داده‌های مقاله انجام شده و به تحلیل و بهینه‌سازی پارامترهای عملیاتی پرداخته است.
2. شبیه‌سازی فرآیند آب‌زدایی اتانول با استفاده از مدل UNIQUAC در اسپن پلاس
پس از بررسی و شبیه‌سازی فرآیند آب‌زدایی اتانول با استفاده از مدل NRTL، که نتایج آن مورد تحلیل قرار گرفت. در این پروژه به بررسی این فرآیند با استفاده از مدل ترمودینامیکی UNIQUAC پرداخته‌ایم. این مدل با در نظر گرفتن برهم‌کنش‌های غیر ایده‌آل بین اجزای مخلوط، دقت بالاتری در پیش‌بینی رفتار فازی و جداسازی مخلوط‌ها به ویژه در شرایط پیچیده‌تر از خود نشان می‌دهد.
3.شبیه سازی و بهینه‌سازی جداسازی اتانول از آب در اسپن پلاس
در این پژوهش، فرآیند آب‌زدایی هتروژنی اتانول با استفاده از نرم‌افزار Aspen Plus و با هدف تعمیم به یک واحد صنعتی، شبیه‌سازی و بهینه‌سازی شده است. هدف اصلی این پروژه، کاهش هزینه‌های عملیاتی و افزایش بهره‌وری انرژی با در نظر گرفتن شرایط واقعی واحد صنعتی است.
4.بهبود شبیه‌سازی فرآیند آب‌زدایی هتروژنی اتانول با استفاده از رگرسیون داده در اسپن پلاس
در این پروژه، بهبود شبیه‌سازی فرآیند آب‌زدایی هتروژنی اتانول با استفاده از رگرسیون داده برای افزایش دقت شبیه‌سازی و دستیابی به نتایج بهینه‌تر در نرم‌افزار Aspen Plus انجام شده و به تحلیل و بهینه‌سازی پارامترهای عملیاتی پرداخته است.
شبیه‌سازی دینامیک فرآیند آب‌زدایی هتروژنی اتانول با اسپن پلاس
در این پروژه، شبیه سازی دینامیک فرآیند آب‌زدایی هتروژنی اتانول با استفاده از نرم‌افزار Aspen Plus انجام شده است. این پروژه دارای توضیحات تکمیلی می باشد. جهت خرید پروژه و یا کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن، از طریق لینک زیر اقدام نمایید.