مقدمه
جذب دی‌اکسید کربن پس از احتراق (PCC) به عنوان یک فناوری کلیدی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و مقابله با تغییرات آب و هوایی، مورد توجه فزاینده‌ای قرار گرفته است. شبیه‌سازی هایسیس به عنوان ابزاری قدرتمند در این زمینه، به مهندسان امکان مطالعه، بهینه‌سازی و طراحی سیستم‌های PCC کارآمدتر را فراهم می‌کند. انتشار گازهای گلخانه‌ای، به ویژه دی‌اکسید کربن (CO2)، به عنوان یکی از مهم‌ترین چالش‌های زیست‌محیطی عصر حاضر شناخته می‌شود. PCC به عنوان فرآیندی برای جداسازی CO2 از گازهای دودکش نیروگاه‌ها و سایر منابع انتشار، نقشی حیاتی در کاهش این آلاینده ایفا می‌کند. شبیه‌سازی هایسیس با ارائه مدل‌های دقیق ترمودینامیکی و جنبشی، به مهندسان امکان درک عمیق‌تر از مکانیسم‌های حاکم بر فرآیند PCC و پیش‌بینی عملکرد سیستم را در شرایط مختلف عملیاتی می‌دهد.
مراحل شبیه‌سازی
تعریف جریان‌های سیال:
جریان گاز دودکش به عنوان سیالی غیر ایده‌آل با اجزای تشکیل‌دهنده و یا معادله حالت مناسب تعریف می‌شود. جریان محلول جاذب (معمولاً محلول آمین) نیز به عنوان سیالی غیر ایده‌آل تعریف می‌گردد. شبیه سازی جریان سیال در هایسیس بر اساس معادلات حاکم بر مکانیک سیالات و ترمودینامیک انجام می شود. این معادلات شامل معادله حفظ جرم، معادله مومنتوم و معادله تعادل انرژی می باشند. هایسیس از این معادلات برای پیش بینی رفتار سیال در شرایط مختلف، مانند جریان در لوله ها، مبدل های حرارتی، برج های تقطیر و راکتورها استفاده می کند.
شبیه‌سازی برج جذب:
برج جذب در هایسیس با مشخصات هندسی (ارتفاع، قطر) و نوع آن (سینی‌دار یا بستر بسته) مدل می‌شود. ورودی‌ها (جریان گاز دودکش، جریان محلول جاذب) و خروجی‌ها (جریان گاز تصفیه شده، جریان محلول غنی از CO2) مشخص می‌شوند. معادلات تعادل ترمودینامیکی برای سیستم جذب CO2-محلول آمین تعریف می‌گردند. مشخصات ترمودینامیکی سیالات با استفاده از کتابخانه‌های هایسیس یا روابط ترمودینامیکی سفارشی تعیین می‌شوند.
شبیه‌سازی برج احیاء:
برج احیاء برای تغلیظ CO2 جذب شده و احیای جاذب شبیه‌سازی می‌شود. مشخصات برج احیاء (نوع، ابعاد) و ورودی‌ها/خروجی‌ها (جریان محلول غنی از CO2، جریان بخار/گرمایشی، جریان‌های خروجی) تعریف می‌شوند. شرایط عملیاتی (فشار، دما، نرخ جریان) تعیین می‌گردند. برج احیا، ستون جداسازی کلیدی در فرآیند شیرین سازی گاز طبیعی با استفاده از جاذب‌های آمین است. شبیه‌سازی هایسیس ابزاری قدرتمند برای مدلسازی و تحلیل عملکرد این برج به منظور بهینه‌سازی فرآیند و کاهش هزینه‌ها ارائه می‌دهد. در شبیه‌سازی هایسیس، برج احیا به عنوان یک برج جذبی چند مرحله‌ای با جریان‌های ورودی و خروجی مختلف مدلسازی می‌شود. معادلات ترمودینامیکی و سینتیکی در هایسیس برای محاسبه تعادل بخار-مایع، انتقال جرم بین فازها و پروفیل غلظت در طول برج استفاده می‌شود.
اتصال برج‌ها:
اتصال برج ها در شبیه سازی، فرآیندی است که در آن رفتار برج های انتقال برق یا سازه های مشابه در شرایط مختلف شبیه سازی می شود. این شبیه سازی ها می توانند برای ارزیابی پایداری و عملکرد برج ها در برابر بارهای مختلف مانند باد، برف، یخ، زلزله و بارهای انفجاری مورد استفاده قرار گیرند. برج جذب و احیاء با جریان‌های سیال مناسب به یکدیگر متصل می‌شوند. شرایط مرزی بین دو برج به درستی تعریف می‌شود.
شبیه‌سازی و تحلیل:
نرم افزار اسپن هایسیس به عنوان ابزاری پیشرفته در شبیه سازی و مدلسازی فرآیندهای شیمیایی، نقشی محوری در طراحی، تحلیل و بهینه سازی این فرآیندها ایفا می کند. این نرم افزار که در حوزه های نفت، گاز، پتروشیمی، داروسازی و صنایع غذایی کاربرد گسترده ای دارد، به مهندسان شیمی یاری می رساند تا با شبیه سازی دقیق و تحلیل جامع فرآیندهای پیچیده، به درک عمیق تری از عملکرد سیستم دست یافته و طراحی های کارآمدتر و اقتصادی تری ارائه دهند. شرایط شبیه‌سازی (فشار، دما، نرخ جریان) برای هر دو برج مشخص می‌شوند. شبیه‌سازی اجرا و نتایج تحلیل می‌شوند، شامل: نرخ جذب و تغلیظ CO2، مشخصات جریان سیال در هر برج، نیازهای انرژی و بار گرمایی، عملکرد واحدهای جداسازی
بررسی و بهینه‌سازی:
هدف از مرحله بهینه سازی، ارتقای عملکرد فرآیند شبیه سازی شده است. این امر با تنظیم متغیرهای فرآیند مانند فشار، دما، نرخ جریان و نوع کاتالیست به منظور دستیابی به نتایج مطلوب، مانند افزایش بازده محصول، کاهش مصرف انرژی یا کمینه سازی هزینه های عملیاتی، حاصل می شود. نتایج شبیه‌سازی بررسی و در صورت نیاز پارامترها تنظیم می‌شوند. بهینه‌سازی‌هایی برای بهبود عملکرد فرآیند انجام می‌شود، شامل: شرایط عملیاتی، نوع جاذب، پیکربندی برج
مزایای شبیه‌سازی هایسیس عبارتند از:
درک عمیق‌تر از فرآیند:
یکی از مزایای اصلی استفاده از نرم افزار اسپن هایسیس برای شبیه سازی فرآیندهای شیمیایی، ارائه درک عمیق تر از عملکرد آن فرآیند است. با ساختن مدل کامپیوتری دقیق از یک فرآیند واقعی، مهندسان می توانند رفتار سیستم را تحت شرایط مختلف عملیاتی پیش بینی و تجزیه و تحلیل کنند. شبیه‌سازی هایسیس با شبیه‌سازی رفتار سیالات و واکنش‌های شیمیایی در فرآیند PCC، به مهندسان کمک می‌کند تا عوامل موثر بر جذب CO2 و احیای جاذب را به طور کامل درک کنند.
بهینه‌سازی فرآیند:
در دنیای رقابتی امروز، صنایع به طور فزاینده ای به دنبال روش هایی برای بهینه سازی فرآیندهای خود و کسب مزیت رقابتی هستند. شبیه سازی هایسیس به عنوان یک ابزار قدرتمند، به مهندسان شیمی این امکان را می دهد تا با ایجاد مدل های دقیق از فرآیندهای پیچیده، به نقاط ضعف و گلوگاه های سیستم پی برده و راه حل های مؤثر برای رفع آنها ارائه دهند. با شبیه‌سازی هایسیس، می‌توان پارامترهای فرآیند مانند نرخ جریان، دما و فشار را به منظور دستیابی به حداکثر بازده جذب CO2 و حداقل مصرف انرژی، به طور بهینه تنظیم کرد.
کاهش هزینه‌ها:
نرم‌افزار اسپن هایسیس به عنوان ابزاری پیشرفته در شبیه‌سازی فرآیند، نقشی حیاتی در کاهش هزینه‌ها و ارتقای کارایی و سودآوری در طیف گسترده‌ای از صنایع ایفا می‌کند. این امر از طریق ارائه اطلاعات ارزشمند در مراحل اولیه طراحی پروژه و همچنین در طول عملیات جاری، به دست می‌آید. بهینه‌سازی فرآیند PCC با استفاده از شبیه‌سازی هایسیس می‌تواند منجر به کاهش قابل توجه هزینه‌های عملیاتی و سرمایه‌گذاری در بلندمدت شود.
کاربردهای شبیه‌سازی هایسیس شامل موارد زیر می باشد:
انتخاب جاذب: انتخاب جاذب مناسب در شبیه سازی هایسیس برای دستیابی به فرآیندی کارآمد و اقتصادی حائز اهمیت است. این انتخاب پیچیده به بررسی دقیق عوامل متعدد و شبیه سازی های دقیق نیاز دارد. انتخاب جاذب مناسب با ظرفیت جذب بالا، سرعت واکنش سریع و پایداری حرارتی مطلوب، از طریق شبیه‌سازی هایسیس امکان‌پذیر می‌شود.
طراحی برج‌های جذب و احیا: شبیه سازی هایسیس به عنوان ابزاری قدرتمند در زمینه مهندسی شیمی، به طور گسترده برای طراحی و شبیه سازی برج های جذب و احیا مورد استفاده قرار می گیرد. این نرم افزار به مهندسان و طراحان فرآیند این امکان را می دهد تا عملکرد این برج ها را تحت شرایط عملیاتی مختلف پیش بینی و بهینه سازی کنند. شبیه‌سازی هایسیس برای تعیین ابعاد و پیکربندی مناسب برج‌های جذب و احیا به منظور دستیابی به حداکثر بازده جذب CO2 و حداقل افت فشار، به کار می‌رود.
بهینه‌سازی مصرف انرژی: شناسایی و حذف منابع اتلاف انرژی در فرآیند PCC با استفاده از شبیه‌سازی هایسیس، به کاهش قابل توجه مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی می‌انجامد. ارزیابی اثرات زیست محیطی: شبیه‌سازی هایسیس ابزاری کارآمد برای ارزیابی انتشار آلاینده‌ها، مصرف آب و سایر اثرات زیست محیطی مرتبط با فرآیند PCC است.
نتیجه‌گیری
شبیه‌سازی هایسیس به عنوان ابزاری قدرتمند در زمینه مطالعه، بهینه‌سازی و طراحی سیستم‌های PCC، نقشی کلیدی در توسعه فناوری‌های جذب CO2 کارآمدتر و مقرون به صرفه‌تر ایفا می‌کند. با غلبه بر چالش‌های مرتبط با این روش، می‌توان از شبیه‌سازی هایسیس به عنوان ابزاری کارآمد برای مقابله با چالش‌های زیست‌محیطی ناشی از انتشار گازهای گلخانه‌ای و پیشبرد اهداف توسعه پایدار استفاده کرد.
شبیه سازی جذب CO2 پس از احتراق با استفاده از نرم افزار هایسیس
در این پروژه فرایند جذب CO2 پس از احتراق در نرم افزار اسپن هایسیس ورژن 14 شبیه سازی شده است. جهت خرید پروژه و یا کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن، از طریق لینک زیر اقدام نمایید.