رسم نمودارهای ترمودینامیکی در نرم افزار اسپن هایسیس ۸٫۳

خانه / برنامه نویسی و شبیه سازی / رسم نمودارهای ترمودینامیکی در نرم افزار اسپن هایسیس ۸٫۳

رسم نمودارهای ترمودینامیکی در نرم افزار اسپن هایسیس ۸٫۳

رسم نمودارهای ترمودینامیکی در نرم افزار اسپن هایسیس 8.3Reviewed by رضا فرضی on Oct 30Rating: 5.0رسم نمودارهای ترمودینامیکی در نرم افزار اسپن هایسیس 8.3رسم نمودارهای ترمودینامیکی در نرم افزار اسپن هایسیس 8.3

این آموزش مربوط به فصل چهارم کتاب شبیه سازی فرآیندهای صنعتی با اسپن هایسیس ۸٫۳ است که به طور رایگان در اختیار کاربران محترم قرار گرفته است.

رسم نمودارهای ترمودینامیکی در نرم افزار اسپن هایسیس ۸٫۳

 

 

۱-۴ مقدمه

در این فصل می‌خواهیم با نحوه‌ی رسم نمودارهای ترمودینامیکی سیستم‌های دوجزئی شامل نمودارهای T-xy و P-xy در نرم‌افزار هایسیس آشنا شویم. نمودار T-xy مربوط به سیستم اتانول/بنزن را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید:

1

تصویر زیر نیز نمونه‌ای دیگر از این نمودار است که در کنار آن نمودار y برحسب x نیز رسم شده است:

2

این نمودار در یک فشار ثابت رسم شده و تغییرات دمای جوش و شبنم و همچنین مناطق یک و دوفازی را در مقابل تغییرات غلظت سیستم نشان می‌دهد. در مقابل نمودار P-xy نیز در یک دمای ثابت رسم می‌شود.

در این نوع نمودار‌ها، محور عمودی نشان‌دهنده‌ی دما یا فشار (بسته به نوع نمودار) و محور افقی نشان‌دهنده‌ی کسر مولی یا جرمی ماده‌ی فرار در سیستم است. دو منحنی موجود در نمودار مربوط به منحنی جوش (منحنی پایین) و منحنی شبنم (منحنی بالا) می‌شوند.

درصورتی‌که در سیستم آزئوتروپ وجود داشته باشد (مانند سیستم نشان داده‌شده در بالا)، دو منحنی ذکرشده در یک نقطه با هم برخورد می‌کنند که آن نقطه‌ی آزئوتروپ سیستم است.

یک سیستم دوجزئی تعادلی را در فشار کل P و دمای T در نظر بگیرید.با استفاده از قانون رائولت توسعه‌یافته می‌توان P را محاسبه کرد.

Untitled

تصویر زیر نشان‌دهنده‌ی نمودار P-xy برای سیستم استون/بنزن است:

هایسیس

منحنی P-x1 (منحنی بالا) را در حالت واقعی و ایده آل می‌توان بر روی نمودار نشان داد. برای هر نقطه با معلوم بودن P, x1 و P*1 با رابطه‌ی می‌توان y1 محاسبه کرده و در نتیجه نمودار P-y1 را نیز رسم کرد. توجه داشته باشید که چون T مشخص است می‌توان P* را برای هر ماده با معادله‌ی آنتوان محاسبه کرد.

بر روی منحنی P-x1 سیستم به‌صورت مایع اشباع می‌باشد پس در نقطه حباب هستیم.همین‌طور سیستم در تمامی نقاط منحنی P-y1 در حالت بخار اشباع است پس در نقطه شبنم می‌باشیم.چون با افزایش فشار سیستم تدریجا به مایع تبدیل می‌شود منحنی P-x1 بالای منحنی P-y1 قرار می‌گیرد.ناحیه‌ی بالای منحنی P-x1 به علت فشار بالای فشار اشباع به‌صورت مایع متراکم است و نقاط پایین منحنی P-y1 به‌صورت بخار فوق داغ می‌باشد.نقاط بین دو منحنی نیز در ناحیه دوفازی قرار دارند.

۲-۴ طرح مسئله

می‌خواهیم برای سیستم‌های دوتایی زیر نمودار T-xy را در هایسیس رسم کنیم و با استفاده از آن‌ها وجود و یا عدم وجود نقطه‌ی آزئوتروپ را در این سیستم‌ها بررسی کنیم.

  • آب / استیک اسید
  • آب / ایزوبوتیل استات
  • اسید استیک / ایزوبوتیل استات

۳-۴ شبیه‌سازی فرایند و رسم نمودارها

ابتدا لیستی از مواد گفته‌شده را ایجاد می‌کنیم:

اسپن هایسیس

معادله‌ی ترمودینامیکی UNIQUAC را برای پیش‌بینی خواص سیستم انتخاب می‌کنیم:

هایسیس

همچنین برای فاز گاز نیز از معادله‌ی SRK استفاده می‌کنیم:

اسپن هایسیس

در برگه‌ی Binary Coeffs با کلیک بر روی دکمه‌ی Unknowns Only ضرایب دوجزئی را تعیین می‌کنیم:

اسپن هایسیس

حال وارد محیط شبیه‌سازی می‌شویم. نمودارهای T-xy را برحسب کسر آب در فشار اتمسفری رسم می‌کنیم. ابتدا دو جریان برای آب و استیک اسید به‌صورت مجزا در دمای ۶۰ درجه‌ی سانتی‌گراد و فشار kPa 100 ایجاد می‌کنیم. دبی جریان آب را kgmole/h 1 قرار داده و برای جریان استیک اسید مقداری برای دبی وارد نمی‌کنیم.

اسپن هایسیس

اسپن هایسیس

اسپن هایسیس

اسپن هایسیس

اسپن هایسیس

حال این دو جریان را وارد یک مخلوط کننده می‌کنیم و در برگه‌ی Worksheet مربوط به مخلوط کننده دبی جریان خروجی از آن را kgmole/h 1 قرار می‌دهیم:

اسپن هایسیس

اسپن هایسیس

تا به اینجای کار جریانی دوجزئی از دو جز آب و اسید استیک ایجاد کردیم. حال باید برای این جریان دماهای جوش و شبنم را ایجاد کنیم تا با تغییر آن‌ها در اثر تغییر کسر مولی آب، نمودارهای خواسته‌شده رسم شوند. برای این کار جریان Mix را ابتدا وارد یک هیتر می‌کنیم تا با دریافت حرارت لازم کامل به بخار تبدیل شود و در نتیجه دمای شبنم آن محاسبه گردد.

اسپن هایسیس

چون هدف رسم نمودار T-xy در فشار ثابت است بنابراین در صفحه‌ی Parameters از برگه‌ی Design مقدار افت فشار دستگاه را صفر قرار می‌دهیم.

اسپن هایسیس

برای محاسبه‌ی دمای شبنم، مقدار Vapour جریان Dew را ۱ قرار می‌دهیم.

17

برای محاسبه‌ی دمای جوش نیز جریان Dew را وارد یک کولر با افت فشار صفر کرده و جریان را تا رسیدن به Vapour برابر صفر سرد می‌کنیم.

18

اسپن هایسیس

اسپن هایسیس

اسپن هایسیس

21

برای رسم نمودار از برگه‌ی Home در محیط شبیه‌سازی گزینه‌ی Case Studies را انتخاب می‌کنیم

اسپن هایسیس

اسپن هایسیس

دکمه‌ی Add را کلیک می‌کنیم تا یک نمونه‌ی جدید ایجاد شود.

اسپن هایسیس

برای واردکردن متغیرهای مستقل و وابسته دکمه‌ی Add را کلیک می‌کنیم.

ایپن هایسیس

سه متغیر زیر را مطابق تصاویر نشان داده‌شده و با کلیک بر روی دکمه‌ی OK انتخاب می‌کنیم.

  • دبی مولی جریان آب
  • دمای جریان Dew
  • دمای جریان Bubble

26

اسپن هایسیس

نرم‌افزار به‌طور خودکار مستقل یا وابسته بودن متغیرهای واردشده را تشخیص داده و در ستون Independent با عبارت‌های Yes و No مشخص می‌کند. در اینجا دبی جریان آب متغیر مستقل و دو دما متغیرهای وابسته هستند که با تغییر دبی آب و در واقع تغییر کسر مولی آب تغییر می‌کنند. در پایین صفحه می‌توان بازه‌ی تغییر متغیر مستقل را تعیین کرد. برای Low Bound مقدار صفر و برای High Bound مقدار ۱ را وارد می‌کنیم. همچنین طول هر بازه را ۰۵/۰ تعیین می‌کنیم.

اسپن هایسیس

با کلیک بر روی دکمه‌ی Run محاسبات انجام‌شده و در برگه‌ی Plot می‌توان نمودار رسم شده را مشاهده کرد.

اسپن هایسیس

به همین ترتیب و با روند ذکر‌شده می‌توان نمودار دو سیستم دیگر را نیز رسم کرد

رضا فرضی
رضا فرضی
رضا فرضی هستم متولد 71 در شهرستان دیر استان بوشهر، فارغ التحصیل مقطع کارشناسی رشته مهندسی شیمی دانشگاه خلیج فارس بوشهر.
Recent Posts
نمایش 3 نظر
  • s

    بسیار ممنون برای مطالب مفیدتان

  • شروین

    داداش دمت گررررم، ان شاءالله عاقبت بخیر شی

  • رضا فرضی

    سلامت باشید

ارسال نظر


*

Protected by WP Anti Spam

تماس با ما

پیغام خود را بگذارید تا در سریع ترین زمان پاسخگوی شما باشیم.

قابل خواندن نیست ؟ تغییر دهید.. captcha txt

متن خود را برای جستجو وارد نماید

activesaf