شبیه سازی میزان زمان ماند با کامسول (residence tim

شبیه سازی میزان زمان ماند با کامسول (residence time distribution (RTD))

زمان ماند [detention time , retention time] مدت زمان لازم برای آنکه جریان معینی از سیال مخزنی را پر کند، یا مدت زمان نظری لازم برای گذر جریان معین سیال از مخزن. در مهندسی شیمی و رشته‌های مرتبط، توزیع زمان ماند به عنوان توزیع احتمالی زمانی که جامد و یا سیال در داخل واحد عملیاتی می‌ماند تعریف می‌شود. توزیع زمان ماند به عنوان یک شاخص مهم در فهم پروفایل جریان مواد و به طور گسترده در فرایندهای صنعتی، مانند فرایندهای پیوسته تولید محصولات شیمیایی، محصولات کشاورزی، کاتالیست‌ها، محصولات غذایی و پلیمرها می توان با کامسول شبیه سازی و مورد استفاده قرار می‌گیرد. به منظور دسترسی به خروجی رضایت‌بخش از یک واحد خاص صنعتی، مواد خام به گونه ای طراحی می‌شوند که در مدت زمان خاص، تحت شرایط عملیاتی قرار بگیرند. اطلاعات زمان ماند به طور معمول با زمان لازم برای انجام واکنش به طور کامل یا فرایند‌هایی در واحدهای عملیاتی یکسان، مقایسه می‌شود. به عنوان مثال، در فرایند مخلوط سازی پودرها به صورت پیوسته، پودر در یک مخلوط کن پیوسته، پودر می‌شود. سرعت کلی مخلوط کن همراه با مدت زمانی که پودر در داخل مخلوط کن می‌ماند، عملکرد واحد عملیاتی را مشخص می‌کند. در صورتی که زمان موردنیاز برای مخلوط کردن بیشتر از زمان ماند واقعی که پودر در داخل سیستم می‌ماند باشد، این سیستم مناسب برای افزایش مقیاس در اندازه‌های صنعتی نیست. به عبارت دیگر، عملکرد هر واحد صنعتی پیوسته، با هم‌آوری یک فرایند ناپیوسته یا واکنش غالب به وسیله یک جریان محوری مشخص می‌شود. بنابریان اولین گام برای طراحی، بهبود و یا افزایش مقیاس در بسیاری از صنایع شیمیایی، مشخص کردن توزیع زمان ماند یک واحد صنعتی پیوسته است.

تحقیقات بر روی توزیع زمان ماند در شاخه‎‌های مهندسی شیمی، بر تأثیر شرایط عملیاتی، مواد، اندازه واحد عملیاتی برروی پروفایل توزیع زمان ماند، بهبود روش های اندازه‌گیری، بهبود مدل‌های پیشگویی، متمرکز شده است.

روش‌های اندازه گیری توزیع زمان ماند

آزمون پاسخ محرک از رایج‌ترین روش‌های استفاده شده در اندازه‌گیری زمان ماند است. در این تست یک مرحله تزریق ردیابدر ورودی سیستم پیوسته انجام می‌گیرد و پروفایل پاسخ ردیاب در خروجی سیستم ثبت می‌شود. انتظار می‌رود که ردیاب انتخاب شده ویژگی‌های مشابه با مواد داخل سیستم را داشته باشد. برای مثال در یک راکتور بستر سیال گردشی که دانه‌های فلورسنت به عنوان جریان بالک مورد استفاده قرار می‌گیرد، ردیاب مورد نیاز از دانه‌های فعال مانند جریان بالک تولید شده است. بنابراین، مواد ردیاب، مشابه مواد بالک انتخاب می‌شوند.

شرط دیگر در آزمون پاسخ محرک، مرز ورودی و خروجی بسته است. این شرط، جریان غیر مستقیم و پراکندگی‌های بدون مرز را نیز تضمین می‌کند. به خصوص، در برخی از سیستم‌های با مرزهای باز، در صورتی که انتقال محوری سریعتر از پراکندگی باشد پراکندگی‌های مرزی را می‌توان ناچیز در نظر گرفت. (عدد پکلت بالا باشد). بنابراین، این آزمون هرچند با شرط شرایط مرزی بسته انجام می‌شود ولی می‌توان از آن برای سیستم‌های باز نیز استفاده کرد.

 

دو نوع تکنیک تشخیص ردیاب گزارش شده است: تشخیص درون‌خطیو برون‌خطی. تشخیص درون‌خطی به طور مستقیم سیگنال‌های چشمی، حرارتی یا الکتریکی ردیاب را از درون سیستم مشخص می‌کند و اطلاعات مربوط به آن را به صورت خودکار برای آنالیز بیشتر ثبت و ضبط می‌کند. این فرایند به نمونه‌گیری سریع، تبدیل سیگنال و فرایند نگه‌داری داده‌ها نیاز دارد. زمانی که یک یا تعداد بیشتری از این مراحل به صورت سریع نتواند انجام گیرد، روش تشخیص برون‌خطی استفاده می‌شود. به عنوان مثال، آنالیز تصویری دیجیتال، به سختی به صورت درون‌خطی استفاده می‌شود. به دلیل اینکه در این صورت استخراج ردیاب از تصاویر دیجیتالی به کندی صورت می‌گیرد.

زمان ماند هیدرولیکی یا بارگذاری حجمی (Hydraulic Retention Time) ، زمان متوسطی است که سیال در مخزن به  عنوان مثال فاضلاب در تانک بیولوژیک سپري میکند. برای تغیین زمان ماند یک پالس از نشانگر به سیستم ترزیق شده و تغییرات غلظت نشانگر در خروجی تعیین می شود. در شکل زیر نتایج محاسبه زمان ماند و ورودی پالس نشانگر به یک مخزن مکعبی به همراه دیواره های اضافه با نرم افزار کامسول آورده شده است.

نتایج اجرای شبیه سازی سرعت در مخزن با کامسول

 

نتایج اجرای شبیه سازی سرعت در مخزن با کامسول

نتایج محاسبه شبیه سازی زمان ماند با کامسول

شبیه سازی میزان زمان ماند با کامسول (residence time distribution (RTD))

 

(برای دریافت فایل کامسول شبیه سازی فوق  و یا اجرای شبیه سازی های مشابه با کامسول به آدرس [e-mail]ایمیل فرمایید)

گروه مهندسی مشاور HKH مفتخر است خدمات خود در زمینه همکاری، طراحی، مشاوره تخصصی و انجام پروژه های مختلف را با استفاده از نرم افزار کامسول به افراد، شرکتها و موسسه های تحقیقاتی ارائه نماید. افراد و شرکت های علاقه مند می توانند جزئیات پروژه کامسول را جهت انجام شبیه سازی و مدلسازی کامسول به آدرس ذیل ایمیل نمایند.

گروه مهندسی مشاورHKH

ایمیل: [e-mail]

تلفن:

09101687870

The residence time distribution (RTD) of a chemical reactor is a probability distribution function that describes the amount of time a fluid element could spend inside the reactor. Chemical engineers use the RTD to characterize the mixing and flow within reactors and to compare the behavior of real reactors to their ideal models. This is useful, not only for troubleshooting existing reactors, but in estimating the yield of a given reaction and designing future reactor

Residence time distributions are measured by introducing a non-reactive tracer into the system at the inlet. The concentration of the tracer is changed according to a known function and the response is found by measuring the concentration of the tracer at the outlet. The selected tracer should not modify the physical characteristics of the fluid (equal density, equal viscosity) and the introduction of the tracer should not modify the hydrodynamic conditions. The tracer chemical should have the following properties:

 

    Non-reactive

    Easily detectable

    Properties similar to the reaction mixture

    Completely soluble

    Should not adsorb

 In general, the change in tracer concentration will either be a pulse or a step. Other functions are possible, but they require more calculations to deconvolute the RTD curve,

In Pulse experiments method for RTD determination required the introduction of a very small volume of concentrated tracer at the inlet of the reactor, such that it approaches the Dirac delta function. Although an infinitely short injection cannot be produced, it can be made much smaller than the mean residence time of the vessel.

 

 گروه مهندسی مشاور HKH

 ایمیل: [e-mail]

 تلفن: [phone]

http://comsolsimulation.ir/

http://comsolsimulation.blogfa.com