طراحی مفهومی فرایندهای شیمیایی

حـامد · 13 تیر، ۱۳۸۹

با سلام این تاپیکی رو که اینجا قرار میدم برای اولین بار هست که در نت قرار میگیره امیدوارم مفید باشه

حـامد · 13 تیر، ۱۳۸۹

طراحی مفهومی دانشی است که در طی آن با بررسی جوانب و مزایا و معایب یک پروسه برای انجام یک فرآیند شیمیایی انتخاب و آماده می شود.

در اصل ان چه که ما به صورت PFD میبینیم.حاصل همین طراحی مفهومی است.

در طراحی مفهومی ما به مسایل مهم پرداخته و تلاش می کنیم برای پرسش های از قبل:

-کدام روش با توجه به هزینه ی آن بازدهی بالاتری دارد.

-کدام روش ها اجزایی تر است

و پرسش های کلی دیگری از این دست پاسخ پیدا کنیم.بنابراین به سراغ جزئیات امر نمی خواهیم رفت.

مثلا ما باید تعیین کنیم در مرحله ی جداسازی از چه تجهیزاتی و به چه دلیلی استفاده می کنیم.ولی به محض اینکه بر ما معلوم شد از ستون تقطیر استفاده خواهیم کرد دیگر با این کاری نخواهیم داشت که ستون ما چند سینی خواهد داشت یا قطر ان چقدر باید باشد.این ها سوالاتی است که پاسخ آن در طراحی جزیی و به کمک نرم افزارهای شبیه ساز چون Hysys و Aspen

به دست خواهد آمد.

یک لحظه توجه کنید که می خواهید یک پروسه برای جداسازی آب از استون طراحی کنید.ناگفته پیداست که چندین گزینه وجود خواهد داشت.حالا برای انتخاب یک روش چه کار باید بکنیم:

طبیعی است که باید بهترین روش باشد وبنابراین چاره ای نیست مگر این که یک یک این روش های ممکن بررسی شود.ولی توجه کنید که اگر ما بخواهیم پروسه را هر بار با هر یک از تجهیزات به طور جداگانه طراحی کنیم چه مقدار زمان بر خواهد شد.برای حل این مشکل چاره ای نیست مگر این که به سراغ قواعد سرانگشتی و تقریب زدن برویم.

بنابراین انتخاب پروسه دارای مراحل زیر خواهد شد:

ماحصل این عملیات منجر به تهیه یک PFD و یک سری سند که ان را تحلیل می کند می شود.

یعنی همان چیزی که ما به عنوان لیسانس از شرکت های بزرگ خریداری می کنیم.

1-در نظر داشتن همه ی روش ها که امکان اجرای پروسه را دارند.

2-انتخاب چند روش معین که از بقیه دارای موقعیت بهتری هستند.

3-بررسی همه ی این روش ها و انتخاب بهترین روش به کمک قواعد سرانگشتی و تقریبی

حـامد · 13 تیر، ۱۳۸۹

طراحی به مثابه ی هنر

فرض کنید همه ی بچه های تالار به نزد یک نقاش مطرح و نزد یک استاد ریاضی بزرگ به ظور همزمان تعلیم می گیرند.

با فرض این که همه از هوش و استعداد و قدرت فراگیری یکسانی برخوردار بوده و تمام تعالیم را در یک سطح و ان هم 100% آموخته باشند در امتحان پایان دوره چه وضعیتی پیش می آید؟

پیداست که اگر شرایط بالا صادق باشد همه ی بچه ها باید به سوالات ریاضی یک جور(صحیح) پاسخ بدهند.بنابراین اگر فرقی در پاسخ ها باشد این یعنی که یکی اشتباه کرده است.

اما در مورد نقاشی چطور؟

طبیعی است که امکان ندارد دو نفر از یک موضوع یک تصویر یکسان بکشند.چون در کنار آموخته ها یک رشته مسایل روحی و درونی نیز در انسان ها وجود دارد که سبب تفاوت در نتیجه می شود.

در طراحی مفهومی نیز با توجه به نوع نگرش متخصصان و سلیقه های گوناگون ما تفاوت هایی در نتیجه ی طراحی و ارائه pfd می بینیم.

به همین دلیل است که شرکت های فروشنده ی دانش فنی برای فرآیندهای یکسان روش های گوناگونی دارند.

حـامد · 13 تیر، ۱۳۸۹

زمانی که می خواهیم تعداد مراحل جداسازی را در یک ستون تقطیر پدا کنیم چاره ای نداریم به جز این که به سراغ یک روش تحلیلی برویم.مثلا روش مک کیب.

یعنی:

1-فشار بخار و دمای اشباع را به دست بیاوریم.

2-حالت خوراک را پیدا کنیم

3-موازنه ی جرم بنویسیم و شدت جریان در بالا و پایین برج را پیدا کنیم.

3-جزمولی خروجی از بالا و پایین را اگر نداشته باشیم از طریق موازنه پیدا کنیم.

4-منحنی تعادل را به کمک ضریب فراریت رسم نماییم.

5-شیب خط خوراک را پیدذا کرده و خط آن را رسم کنم.

6-خط بالای برج و پایین برج را رسم کنیم.

7-با توجه به رفلاکس پایین برج را اپتیمم کنیم.

8-با توجه به خط تعادل و منحنی به دست امده در بالا و پایین نقطه ی خوراک شروع به رسم خطوط نموده و مراحل جداسازی را پیدا کنیم.

طبیعی است اجرای این الگوریتم چه مدار طولانی و وقت گیر خواهد بود.و ما در پست های پیش گفتیم که در طراحی مفهومی زمانی برای این جور وقت گذرانی ها وجود ندارد.فرض بفرمایید ما برای امتحان چند روش برای انتخاب بهترین جداساز بخواهیم چند گزینه را امتحان کنیم.با توجه به حجم این روش های تحلیلی ببینید چه قدر وقت از دست می دهیم.بنابراین باید به دنبال روشهای جایگزین باشیم.

یک روش مینیمم برای تعیین حداقل ینی های مورد نیاز استفاده از فرمول Fenske است که می گوید:

Ln (xD/1-xD)*(1-xW/xW)

N+2=---------------------------------------

Ln alpha

که xD جز مولی محصول بالای برج

xW جز مولی محصول پایین برج

alpha ضریب فراریت

N حداقل سینی های می باشد.

توجه داشته باشید برای طراحی یک دستگاه در طراحی مفهومی میزان بازدهی را 99.5% بگیرید.

در ادامه کارایی این معادله را نسبت به روش تحلیلی بررسی می کنیم.

حـامد · 13 تیر، ۱۳۸۹

میدونید که مهمترین مرجع برای طراحی مفهومی کتاب Conceptual Design of Chemical Processes by James Douglas هست