مهندسی شیمی

مهندسی شیمی چیست؟

مهندسی شیمی شاخه‌ای چند رشته‌ای از مهندسی است که علوم طبیعی و تجربی را با علوم زیستی (مانند زیست‌شناسی، میکروبیولوژی و بیوشیمی) و همچنین ریاضیات و اقتصاد ترکیب می‌کند تا طراحی، توسعه، تولید، تبدیل، انتقال، بهره‌برداری و مدیریت را انجام دهد.

بسیاری از فرآیندهای مهندسی شیمی شامل واکنش‌های شیمیایی هستند، و این حوزه از شیمیدانانی که به دنبال راه‌های جدید برای ساختن کالاها و تحقیق در مورد مکانیسم‌های واکنش‌های شیمیایی هستند، سرنخ می‌گیرد. سپس مهندسان شیمی از این اطلاعات شیمیایی برای ایجاد طرح‌ها استفاده می‌کنند. در نتیجه، دو زیرگروه اصلی وجود دارد که بهتر به این سؤال پاسخ می‌دهند که به طور دقیق تر «مهندسی شیمی چیست؟»  :

• طراحی، ساخت و راه اندازی تاسیسات و ماشین آلات برای عملیات شیمیایی، بیولوژیکی یا مرتبط صنعتی در مقیاس بزرگ
• توسعه مواد شیمیایی جدید یا اصلاح شده برای طیف متنوعی از محصولاتمهندسان شیمی ممکن است در یک یا هر دو زیر گروه تخصص داشته باشند، اما یک محصول نهایی نیاز به تلاش هر دو طرف دارد. دوام اقتصادی، مدیریت منابع، سلامت و ایمنی، پایداری و اثرات زیست محیطی همگی عواملی هستند که باید در نظر گرفته شوند.

چگونه می توان از شبیه سازی CFD در صنایع شیمیایی استفاده کرد؟

شبیه سازی CFD را می توان در صنایع شیمیایی برای تحلیل و بهینه سازی طراحی فرآیندهای شیمیایی مانند راکتورها، ستون های تقطیر و مبدل های حرارتی به کار برد. از CFD می توان برای پیش بینی جریان سیالات، انتقال حرارت و واکنش های شیمیایی در این فرآیندها، بهینه‌سازی طراحی کارخانه‌های شیمیایی، مانند چیدمان لوله‌ها و تجهیزات، برای به حداکثر رساندن کارایی و ایمنی همچنین برای تجزیه و تحلیل اثرات زیست محیطی فرآیندهای شیمیایی، مانند انتشار آلاینده ها در جو، تهویه آلودگی هوا، و پیش بینی آلاینده های احتراق استفاده شود.

CFD به طور گسترده در مشاغل و بخش های مختلف از جمله هوافضا، تولید مواد شیمیایی، پردازش پلیمر، اکتشاف نفت و تحقیقات پزشکی استفاده می شود. مهندسان شیمی اکنون به طور معمول برهم کنش بین جریان سیال و فرآیندهای شیمیایی را با استفاده از قدرت شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی مطالعه و مدل می‌کنند. برای مثال، CFD ممکن است برای جریان‌های واکنش، احتراق و انتقال حرارت و انتقال جرم اعمال شود. استفاده از ابزارهای CFD به مهندس شیمی در درک بهتر فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی کمک می کند و در نتیجه پیشرفت های قابل توجهی در فرآیند و محصول در صنعت ایجاد می کند.

استفاده از CFD در مهندسی شیمی و صنایع فرآیندی باعث کاهش هزینه‌های فعالیت‌های توسعه و بهینه‌سازی محصول و فرآیند، کوتاه شدن زمان عرضه به بازار، بهبود قابلیت اطمینان طراحی، افزایش تبدیل‌ها و بازدهی و کمک به حل مسائل زیست‌محیطی، بهداشتی و… مسائل مربوط به حق بهره برداری شبیه‌سازی CFD مهندسی شیمی شامل مدل‌های آماده‌شده برای شکاف‌های جریان، مخازن راکتور، انتشار گاز، نقاط دوز، بهینه‌سازی فرآیند، ضربه غشاء، زباله‌های آلوده و انتشارات خطرناک است. مدل‌سازی سه‌بعدی می‌تواند تأیید کند که آیا یک طراحی مهندسی شیمی جدید اهداف را برآورده می‌کند یا دلیل شکست یک سیستم عامل ضعیف را بررسی می‌کند.

صنایع شیمیایی پر از کاربردهای CFD است، از راکتورهای شیمیایی برای بررسی پارامترهای جریان سیال در هر سلول گرفته تا شبیه‌سازی پدیده‌های تبخیر و تراکم در موقعیت‌های مختلف و تا ذوب و جامد شدن سیالات. دینامیک سیالات برای بیشتر جنبه های بخش شیمی اساسی است. اگرچه نمونه های اولیه واقعی برای مراحل بعدی توسعه استاندارد هستند، طراحی و بهینه سازی در مراحل اولیه می تواند با مطالعات CFD به طور قابل توجهی تسریع شود.

CFD در شبیه سازی راکتورهای مختلف

دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) یک ابزار قدرتمند برای شبیه سازی انواع مختلف راکتورها است. می توان از آن برای شبیه سازی جریان سیالات، انتقال حرارت و واکنش های شیمیایی در انواع راکتورها استفاده کرد. از CFD می توان برای مطالعه عملکرد طراحی های مختلف راکتور، بهینه سازی طراحی راکتورهای موجود و پیش بینی رفتار طرح های راکتور جدید استفاده کرد. CFD همچنین می تواند برای تجزیه و تحلیل ایمنی و اثرات زیست محیطی طراحی های مختلف راکتور استفاده شود. از CFD می توان برای شبیه سازی طیف وسیعی از راکتورها، از جمله راکتورهای شیمیایی، راکتورهای هسته ای و راکتورهای بیولوژیکی استفاده کرد.

طراحی راکتور شامل چندین جنبه حیاتی است: فاز یا وضعیت واکنش دهنده ها و محصولات، نوع واکنش (تک، چندگانه، سری موازی یا پلیمریزاسیون). آیا یک کاتالیزور دخیل است. توزیع و اختلاط جریان؛ حمل و نقل گونه ها؛ و حالت کار (یعنی دسته ای، نیمه دسته ای یا پیوسته). فرآیندهای انتقال اساسی بسیار مهم هستند – جریان سیال، انتقال حرارت، انتقال جرم و واکنش‌ها – جایی که شبیه‌سازی CFD می‌تواند ارزش قابل‌توجهی اضافه کند.

CFD برای پیش بینی آلاینده در محفظه احتراق

دانش مکانیک سیالات سیستم برای شبیه سازی احتراق باید درک شده و همه پدیده های حمل و نقل باید به درستی در چنین مدل هایی نشان داده شوند. طرح‌های واکنش شیمیایی نیز باید برای تخمین تشکیل محصولات و گونه‌های احتراق و پیش‌بینی اشتعال، تثبیت و خاموش شدن شعله‌ها شناخته شوند. تشعشع نیز به دلیل وجود دوده تشکیل شده در حین احتراق رخ می دهد و انتقال حرارت تشعشعی از دیواره محفظه احتراق وجود دارد. احتراق سوخت یک سیستم چند فازی است که سوخت مایع یک سیستم دو فازی متشکل از فازهای مایع و گاز و سوخت جامد یک سیستم سه فاز است. چالش‌های پیش روی مدل‌سازی تجزیه سوخت مایع، واکنش آن و توزیع واکنش‌دهنده‌ها در سیستم‌های فضایی سه‌بعدی است. این مدل‌ها که بخشی از CFD هستند، به ابزاری ضروری برای مدل‌سازی احتراق تبدیل شده‌اند.

خدمات انسیس فلوئنت در مهندسی شیمی و صنایع

انسیس فلوئنت پروژه های شبیه سازی برون سپاری متعددی را برای برنامه های کاربردی مهندسی شیمی صنعتی و تحقیقاتی برای کاربران مبتدی، متوسط و پیشرفته ANSYS Fluent به عنوان بسته های آموزشی انجام داده است که هر کدام شامل 10 پروژه CFD عملی است. ما با چندین سال تجربه در شبیه سازی مشکلات مختلف در زمینه های مختلف CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده شبیه سازی، مشاوره و خدمات آموزشی هستیم.

خدمات انسیس فلوئنت در زمینه مهندسی شیمی می تواند شامل خدمات متنوعی مانند:

تجزیه و تحلیل جریان سیال:
این شامل استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای شبیه سازی و تجزیه و تحلیل جریان سیالات در یک سیستم است که می تواند برای بهینه سازی طراحی یک سیستم، پیش بینی عملکرد یک سیستم و شناسایی مشکلات احتمالی استفاده شود.

تجزیه و تحلیل انتقال حرارت:
این شامل استفاده از CFD برای شبیه سازی و تجزیه و تحلیل انتقال گرما در یک سیستم است که می تواند برای بهینه سازی طراحی یک سیستم، پیش بینی عملکرد یک سیستم و شناسایی مشکلات احتمالی استفاده شود.

تجزیه و تحلیل انتقال جرم:
شامل استفاده از CFD برای شبیه سازی و تجزیه و تحلیل انتقال جرم در یک سیستم است و می تواند برای بهینه سازی طراحی یک سیستم، پیش بینی عملکرد یک سیستم و شناسایی مشکلات احتمالی استفاده شود. انسیس فلوئنت دو بسته آموزشی مختلف انتقال جرم را برای کاربران مبتدی و پیشرفته ANSYS Fluent ارائه می دهد که شامل 20 نوع انتقال جرم مختلف (تراکم و تبخیر) در پروژه های CFD می شود.

تجزیه و تحلیل سینتیک واکنش:
این تحلیل استفاده از CFD را برای شبیه سازی و سینتیک واکنش یک سیستم بیان می کند که می تواند برای بهینه سازی طراحی یک سیستم، پیش بینی عملکرد یک سیستم و شناسایی مشکلات احتمالی استفاده شود.

تجزیه و تحلیل جریان چند فازی:
هدف از این تحلیل چگونگی استفاده از CFD برای شبیه سازی و تجزیه و تحلیل جریان چند فاز در یک سیستم است که می تواند برای بهینه سازی طراحی یک سیستم، پیش بینی عملکرد یک سیستم و شناسایی مشکلات احتمالی استفاده شود.

مدل حجم سیال (VOF) :
مدل حجم سیال (VOF) یک مدل جریان دو فازی است که رابط بین دو سیال را ردیابی می کند و برای شبیه سازی حرکت یک رابط بین دو سیال مانند هوا و آب یا روغن و آب استفاده می شود. مدل VOF مبتنی بر بقای جرم و تکانه هر فاز است و می‌توان از آن برای شبیه‌سازی طیف وسیعی از مشکلات جریان دو فازی مانند حرکت حباب و قطره و برهمکنش بین دو فاز استفاده کرد.

انسیس فلوئنت 70 پروژه مختلف CFD عملی VOF را از بصورت بسته های آموزشی به شرح زیر جمع آوری کرده است:

• بسته آموزشی مدل VOF جریان چند فازی، 10 مثال کاربردی برای کاربران مبتدی (بخش اول)

• بسته آموزشی مدل VOF جریان چند فازی، 10 مثال کاربردی برای کاربران مبتدی (بخش دوم)

• بسته آموزشی مدل VOF جریان چند فازی، 10 مثال کاربردی برای کاربران متوسط (بخش اول)

• بسته آموزشی مدل VOF جریان چند فازی، 10 مثال کاربردی برای کاربران متوسط(بخش دوم)

• بسته آموزشی مدل VOF جریان چند فازی، 10 مثال کاربردی برای کاربران پیشرفته (بخش اول)

• بسته آموزشی مدل VOF جریان چند فازی، 10 مثال کاربردی برای کاربران پیشرفته (بخش دوم)

• بسته آموزشی مدل VOF جریان چند فازی، 10 مثال کاربردی برای کاربران متخصص

مدل اویلر:
مدل اویلر یک مدل جریان دو فازی است که حرکت دو سیال را در یک حوزه واحد ردیابی می کند. این مبتنی بر بقای جرم و تکانه هر فاز است و می توان از آن برای شبیه سازی طیف گسترده ای از مشکلات جریان دو فازی مانند برهمکنش بین دو سیال و حرکت ذرات در یک سیال استفاده کرد.

انسیس فلوئنت 30 پروژه مختلف VOF عملی CFD را از بصورت بسته های آموزشی به شرح زیر گردآوری کرده است:

• بسته آموزشی مدل Eulerian جریان چندفازی، 10 مثال کاربردی برای کاربران مبتدی

• بسته آموزشی مدل Eulerian جریان چندفازی، 10 مثال کاربردی برای کاربران متوسط

• بسته آموزشی مدل Eulerian جریان چندفازی، 10 مثال کاربردی برای کاربران پیشرفته

مدل مخلوط:
مدل مخلوط یک مدل جریان دو فازی است که حرکت دو سیال را در یک حوزه واحد ردیابی می کند. این مبتنی بر بقای جرم و تکانه مخلوط است و می توان از آن برای شبیه سازی طیف گسترده ای از مشکلات جریان دو فازی مانند برهمکنش بین دو سیال و حرکت ذرات در یک سیال استفاده کرد. مدل مخلوط دقیق‌تر از مدل اویلری است، زیرا اثرات آشفتگی و ویسکوزیته بر جریان را در نظر می‌گیرد.

تجزیه و تحلیل احتراق:
دوره آموزشی احتراق CFD برای ارائه یک نمای کلی از اصول CFD احتراق طراحی شده است. این دوره موضوعاتی مانند شیمی احتراق، مدل سازی توربولانس، روش های عددی و نرم افزار CFD احتراق را پوشش می دهد. این دوره همچنین شامل تمرینات عملی برای کمک به دانش آموزان برای کسب تجربه عملی با CFD احتراق است. این دوره برای مهندسان و دانشمندانی مناسب است که علاقه مند به یادگیری بیشتر در مورد CFD احتراق و کاربردهای آن هستند.

دوره آموزشی احتراق شامل:

• مقدمه‌ای بر احتراق و مروری بر تکنیک‌ها و مدل‌های شبیه‌سازی CFD موجود در ANSYS Fluent.
• مدلسازی احتراق غیر مخلوط با استفاده از اتلاف گردابی
• مدل سازی احتراق پیش مخلوط با استفاده از اتلاف گردابی
• تشکیل آلودگی
• مدل سازی احتراق پیش مخلوط با استفاده از نرخ محدود/بدون TCI
• احتراق غیرمخلوط با مرزهای ورودی مجزا برای سوخت و هوا با فرض تعادل شیمیایی در واکنش دهنده ها و محصولات شیمیایی
• احتراق غیر مخلوط در داخل یک محفظه احتراق با مرزهای ورودی مجزا برای سوخت و هوا با فرض شعله انتشار ثابت
• احتراق نیمه پیش مخلوط
• احتراق مدل حمل و نقل تابع دیفرانسیل جزئی (PDF).

تجزیه و تحلیل مبدل حرارتی:
مبدل های حرارتی اجزای ضروری بسیاری از سیستم ها از جمله نیروگاه ها، صنایع فرآیندی و واحدهای بازیابی حرارت هستند. نیاز اجتناب ناپذیر آن مستلزم تحقیق در مورد طراحی های کارآمد و قابل اعتماد است که منجر به سهم بهینه از عملکرد کلی سیستم می شود.

CFD رشته‌ای است که از تحلیل عددی برای حل معادلات ریاضی برای درک جریان سیال، انتقال حرارت و فرآیندهای شیمیایی استفاده می‌کند. این به همان اندازه در توسعه یک سیستم مبدل حرارتی از ابتدا و عیب‌یابی/بهینه‌سازی با ارائه تغییرات طراحی مفید است. CFD بر اساس اصل ساده تقسیم کل سیستم به سلول ها یا شبکه های کوچک و اعمال معادلات حاکم بر این عناصر گسسته برای یافتن راه حل های عددی برای توزیع فشار، گرادیان دما، پارامترهای جریان و موارد مشابه در زمان کمتر و با هزینه کمتر کار می کند. به کارهای تجربی کمتر مورد نیاز یافته های CFD کیفیت قابل قبولی دارند.

در بسته آموزشی مبدل حرارتی انسیس فلوئنت، انواع مبدل های حرارتی را برای تمامی کاربران در سطوح مبتدی، متوسط و پیشرفته بررسی خواهیم کرد.

مبتدی:

پکیج آموزش انسیس فلوئنت: این بسته مجموعه ای جامع از آموزش ها را برای کمک به مبتدیان در یادگیری اصول اولیه ANSYS Fluent ارائه می دهد. موضوعاتی مانند راه اندازی شبیه سازی، مش بندی، شرایط مرزی و پس پردازش را پوشش می دهد.

• مبدل های حرارتی با پره های داخلی
• مبدل حرارتی عمودی
• مبدل حرارتی پوسته و لوله حلزونی
• مبدل حرارتی پوسته و لوله مارپیچی عمودی
• مبدل حرارتی پوسته و لوله پره دار
• مبدل حرارتی لوله پره دار
• مبدل حرارتی دو لوله
• مبدل حرارتی صفحه ای

متوسط:

آموزش شبیه سازی مبدل حرارتی CFD با ANSYS Fluent: این بسته نگاهی عمیق به اصول شبیه سازی CFD مبدل حرارتی با استفاده از ANSYS Fluent ارائه می دهد. موضوعاتی مانند راه اندازی شبیه سازی، مش بندی، شرایط مرزی و پس پردازش را پوشش می دهد.

• انتقال حرارت مزدوج (CHT) در مبدل های حرارتی
• مبدل حرارتی پوسته و لوله افقی
• مبدل حرارتی پوسته و لوله عمودی
• مبدل حرارتی لوله پره دار
• مبدل حرارتی سه گانه

پیشرفته:
آموزش شبیه سازی مبدل حرارتی پیشرفته CFD با ANSYS Fluent: این بسته نگاهی پیشرفته به اصول شبیه سازی CFD مبدل حرارتی با استفاده از ANSYS Fluent ارائه می دهد. موضوعاتی مانند راه اندازی شبیه سازی، مش بندی، شرایط مرزی و پس پردازش را پوشش می دهد.

• مبدل حرارتی پوسته و لوله
• مبدل حرارتی لوله تریپلکس
• مبدل حرارتی لوله پره دار
• مبدل حرارتی دو لوله
• مبدل حرارتی متخلخل
• مبدل حرارتی خورشیدی
• مبدل حرارتی صفحه ای

شبیه سازی عددی واکنش های شیمیایی

شبیه‌سازی CFD (دینامیک سیالات محاسباتی) واکنش‌های شیمیایی ابزاری قدرتمند برای درک و پیش‌بینی رفتار واکنش‌های شیمیایی در محیط‌های مختلف است. شبیه‌سازی‌های CFD را می‌توان برای مطالعه تأثیر دما، فشار و سایر عوامل بر سرعت و میزان واکنش‌های شیمیایی ، بهینه سازی طراحی راکتورهای شیمیایی و پیش بینی عملکرد فرآیندهای شیمیایی، تجزیه و تحلیل اثرات آشفتگی، اختلاط و سایر عوامل بر سرعت و میزان واکنش‌های شیمیایی مورد استفاده قرار داد.

مهندسی واکنش یک رشته مهندسی شیمی است که به طراحی و بهینه سازی راکتورهای شیمیایی می پردازد. هدف بهینه سازی فرآیندهای انتقال (انتقال حرارت، انتقال جرم و اختلاط) برای افزایش بازده/تبدیل محصولات مورد نظر و در عین حال تضمین ایمنی راکتور است. این به معنای به حداکثر رساندن بازده و در عین حال کاهش هزینه ها است. این هزینه ها ممکن است به مواد اولیه، انرژی ورودی، حذف یا خنک کردن حرارت، هم زدن، پمپاژ برای افزایش فشار، کاهش فشار اصطکاکی و غیره مرتبط باشد.در واقع مهندسی واکنش از دینامیک سیالات محاسباتی برای به کارگیری پدیده های انتقال و دانش سینتیک شیمیایی در سیستم های صنعتی استفاده می کند.

تجزیه و تحلیل احتراق:
در بسته آموزشی احتراق، انواع پروژه های احتراق CFD (30 تحلیل عملی CFD) را برای همه کاربران در سطوح مبتدی، متوسط و پیشرفته مطالعه خواهیم کرد.

انسیس فلوئنت بسته های آموزشی متنوعی را برای کاربران در تمامی سطوح ارائه می دهد. در بسته آموزشی مبتدیان اصول CFD از جمله اصول جریان سیال، آشفتگی و احتراق ،در دوره کاربران متوسط،مباحث پیشرفته تری مانند جریان چند فازی، جریان واکنشی و احتراق، و در نهایت، مدل سازی توربولانس پیشرفته، مدل سازی پیشرفته احتراق و مدل سازی جریان چند فازی برای کاربران پیشرفته ارئه می شود.

شبیه سازی انجماد و ذوب CFD:
این بسته آموزشی CFD برای کاربران مبتدی، متوسط و پیشرفته نرم افزار ANSYS Fluent که به ماژول های Solidification & Melting علاقه مند هستند شامل 10 تمرین عملی آماده شده و کاربران را قادر می سازد تا مناسب ترین رویکردها و روش های مدل سازی را برای برنامه ها و شبیه سازی های CFD انتخاب کنند.

این بسته آموزشی برای ارائه مقدمه ای بر مبانی شبیه سازی CFD فرآیندهای انجماد و ذوب طراحی شده است و معادلات حاکم، روش‌های عددی و شرایط مرزی، همچنین کاربرد CFD در فرآیندهای انجماد و ذوب، از جمله مدل‌سازی انتقال حرارت، جریان سیال و مواد تغییر فاز (PCM) را پوشش می‌دهد. این بسته شامل مجموعه ای از آموزش ها و تمرین ها است که به کاربر کمک می کند تا درک بهتری از اصول و تکنیک های مربوط به شبیه سازی CFD فرآیندهای انجماد و ذوب به دست آورد. این بسته همچنین شامل مجموعه ای از مسائل نمونه است که می توان از آنها برای تمرین و به کارگیری مفاهیم آموخته شده در آموزش ها استفاده کرد.

 پروژه های مهندسی شیمی انسیس فلوئنت
اتنسیس فلوئنت با چندین سال تجربه در شبیه سازی مسائل مختلف در زمینه های مختلف CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده مدل سازی، مش بندی و شبیه سازی می باشد. در زیر لیست مختصری از پروژه های شبیه سازی CFD برای مهندسی شیمی توسط گروه انسیس فلوئنت آمده است:

مدل انتقال گونه ها
بسته آموزشی Species Transport به منظور ارائه مهارت ها و دانش لازم به کاربران برای استفاده موثر از ANSYS Fluent برای مدل سازی انتقال گونه ها طراحی شده است. این بسته شامل آموزش ها و تمرین هایی است که مبانی مدل سازی انتقال گونه ها و همچنین موضوعات پیشرفته تری مانند مدل سازی آشفتگی، شرایط مرزی و پس پردازش را پوشش می دهد. این بسته همچنین شامل مجموعه ای جامع از مواد و منابع مرجع است تا به کاربران کمک کند در استفاده از ANSYS Fluent برای مدل سازی در این زمینه مهارت پیدا کنند. انسیس فلوئنت کاربردهای مختلف از این مدل را در قالب 5 بسته آموزشی ارائه می کند. این بسته های آموزشی به شرح زیر است:

• کاربران مبتدی قسمت 1
• کاربران مبتدی قسمت 2
• کاربران متوسط قسمت 1
• کاربران متوسط قسمت 2
• کاربران پیشرفته

مدلسازی راکتور بستر سیال گاز-جامد
این شبیه سازی در مورد یک راکتور پلیمریزاسیون بستر سیال از طریق نرم افزار ANSYS Fluent است و نتایج با مقاله ای به نام «مطالعه بنیادی CFD از میدان جریان گاز-جامد در راکتورهای پلیمریزاسیون بستر سیال» مقایسه و تأیید می شود.

مدل سازی CFD یک راکتور بستر سیال گاز-جامد ابزار قدرتمندی برای درک رفتار راکتور و بهینه سازی عملکرد آن است. مدل‌های CFD را می‌توان برای شبیه‌سازی هیدرودینامیک راکتور، از جمله جریان گاز و ذرات جامد، انتقال حرارت و واکنش‌های شیمیایی استفاده کرد. این مدل همچنین می تواند برای پیش بینی عملکرد راکتور در شرایط عملیاتی مختلف استفاده شود. از مدل‌های CFD می‌توان برای بهینه‌سازی طراحی راکتور، مانند اندازه و شکل بستر، سرعت جریان گاز و دمای کار و تجزیه و تحلیل اثرات پارامترهای عملیاتی مختلف بر عملکرد راکتور، مانند توزیع اندازه ذرات، نرخ جریان گاز و دمای عملیاتی استفاده شوند.

شبیه سازی راکتور گاز مایع
شبیه سازی CFD یک راکتور گاز-مایع را می توان برای مطالعه جریان فازهای گاز و مایع در راکتور و همچنین واکنش های شیمیایی که بین آنها رخ می دهد استفاده کرد. از شبیه سازی می توان برای تجزیه و تحلیل عملکرد راکتور مانند دما، فشار و غلظت واکنش دهنده ها و محصولات استفاده کرد. همچنین می توان از آن برای بهینه سازی طراحی راکتور مانند اندازه و شکل ظرف راکتور، نوع کاتالیزور مورد استفاده و شرایط عملیاتی استفاده کرد. شبیه‌سازی CFD همچنین می‌تواند برای مطالعه اثرات پارامترهای عملیاتی مختلف بر عملکرد راکتور مانند سرعت جریان، دما و فشار استفاده شود.

مدلسازی یک راکتور کاتالیزوری
این پروژه مشکل حال حاضر جریان داخل یک راکتور کاتالیزوری را با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent شبیه سازی می کند. در ساختار داخلی این راکتور، هوای فشرده با اسپری سوخت به داخل راکتور و مواد کاتالیزور مخلوط می‌شود تا واکنش را ایجاد کند.

مدلسازی CFD یک راکتور کاتالیزوری یک ابزار قدرتمند برای درک فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی پیچیده ای است که در یک راکتور کاتالیزوری رخ می دهد. از مدل سازی CFD می توان برای شبیه سازی جریان واکنش دهنده ها، محصولات و کاتالیزورها در راکتور و همچنین انتقال حرارت و واکنش های شیمیایی، بهینه‌سازی طراحی راکتور مانند اندازه و شکل بستر کاتالیست، سرعت جریان واکنش‌دهنده‌ها و دما و فشار واکنش ، پیش‌بینی عملکرد راکتور در شرایط عملیاتی مختلف، مانند غلظت‌ها، دما و فشار واکنش‌دهنده مختلف استفاده کرد.

شبیه سازی فرآیند جداسازی غشا
شبیه سازی CFD اسمز معکوس با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent موضوع این شبیه سازی است. سیال تمایل دارد از محلولی با غلظت کمتر به محلولی با غلظت بیشتر مهاجرت کند تا زمانی که غلظت در هر دو طرف متعادل شود، همانطور که توسط پدیده طبیعی به نام اسمز نشان داده شده است.  آب خالص و ناخالص توسط یک غشای نیمه تراوا از هم جدا شده است.

عملکرد یک سیستم جداسازی غشا را می توان با استفاده از شبیه سازی CFD فرآیند جداسازی غشا ارزیابی کرد. سرعت جریان، افت فشار و غلظت جریان های خوراک و نفوذ ممکن است با استفاده از شبیه سازی محاسبه شود. علاوه بر این، می توان از آن برای بررسی اینکه چگونه عوامل عملیاتی مختلف، مانند دما، فشار و غلظت خوراک، بر عملکرد غشاء تأثیر می گذارد و برای به حداکثر رساندن کارایی طراحی سیستم غشایی استفاده کرد.

 

شبیه سازی CFD مدل تعادل جمعیت (PBM)
ایجاد، رشد و جابجایی ذرات تولیدی برای بررسی PBM در این پروژه پس از مدل‌سازی اولیه فرآیند تولید کلسیم- اگزالات (Nucleation) استفاده می‌شود.

یک روش عددی برای شبیه‌سازی رفتار ذرات در یک سیال، شبیه‌سازی CFD مدل تعادل جمعیت (PBM) است که در طیف وسیعی از زمینه ها، از جمله علوم آئروسل، مهندسی شیمی، و مهندسی محیط زیست، برای بررسی حرکات ذرات استفاده می شود. معادله تعادل جمعیت، یک فرمول ریاضی استکه چگونگی تغییر کمیت ذرات در یک سیستم را در طول زمان نشان می‌دهد و به عنوان پایه‌ای برای شبیه‌سازی PBM CFD عمل می‌کند. توزیع اندازه ذرات، سرعت و برهمکنش با ذرات دیگر و سیال اطراف همه با استفاده از شبیه‌سازی PBM CFD پیش‌بینی می‌شوند. اثرات آشفتگی بر تحرک ذرات و تشکیل خوشه را نیز می توان با استفاده از شبیه سازی PBM CFD مورد مطالعه قرار داد.

مدل سازی یک ستون تقطیر
یک برج تقطیر سینی به این صورت کار می‌کند که یک جریان مایع از نیمه بالایی محفظه از طریق یک روزنه بزرگ در حالی که داغ است، وارد محفظه می‌شود، بخار بالارونده از قسمت پایینی محفظه از طریق سوراخ‌های کوچک متعدد وارد اتاق می‌شود و به سمت بالا جریان می‌یابد. این باعث می شود که بخار هوا و جریان مایع در یک یا چند سینی داخل محفظه برخورد کنند و جداسازی روی سینی اتفاق بیفتد.

رفتار ستون تقطیر را می توان بهتر درک کرد و عملکرد آن را می توان با استفاده از مدل سازی CFD بهینه کرد. جریان سیالات از طریق ستون، تبادل گرما و جرم بین سیالات و دیواره‌های ستون، و جریان سیالات از طریق ستون همگی ممکن است با استفاده از مدل‌سازی CFD شبیه‌سازی شوند. عملکرد ستون را می توان با استفاده از مدل سازی CFD مطالعه کرد تا تعیین کرد که چگونه شرایط عملیاتی مختلف بر آنها تأثیر می گذارد،همچنین چگونگی بهینه سازی طراحی ستون، افزایش اثربخشی ستون و کاهش هزینه بهره برداری را برآورد کرد.

شرکت های صنعتی شیمیایی
شرکت های صنعتی شیمیایی مسئولیت تولید طیف وسیعی از محصولات از اقلام روزمره خانگی گرفته تا مواد شیمیایی صنعتی از جمله پلاستیک، رنگ، چسب، مواد شوینده و کود را بر عهده دارند. آنها همچنین مواد شیمیایی ویژه ای را برای استفاده در صنایع پزشکی، خودروسازی و هوافضا تولید می کنند. شرکت‌های صنعتی شیمیایی برای اقتصاد جهانی ضروری هستند، زیرا مواد خام مورد نیاز برای تولید محصولات متنوع را فراهم می‌کنند.

شرکت های شیمیایی پیشرو که از شبیه سازی CFD استفاده می کنند عبارتند از:

BASF

Dow Chemical

DuPont

AkzoNobel

Solvay

Evonik

Air Products

Eastman Chemical

Huntsman

LyondellBasell

تجربه صنعتی انسیس فلوئنت در زمینه مواد شیمیایی
در ادامه دو نمونه از پروژه های صنعتی شیمیایی که اخیراً توسط تیم ما با همکاری شرکت های مرتبط شبیه سازی و تحلیل شده است، آورده شده است:

 مطالعه عددی کاربرد صنعتی اسکرابر ونتوری

• در این پروژه عملکرد یک اسکرابر ونتوری سری 720-2 صنعتی توسط ANSYS Fluent مورد بررسی عددی قرار گرفته است.
• مطالعه حذف ذرات شن و ماسه
• استفاده از مدل فاز گسسته دو طرفه (DPM) و مدل چند فازی VOF
• شبیه سازی در Transient انجام می شود.
  مطالعه عددی یک اسکرابر ونتوری یک شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است که می‌تواند برای تجزیه و تحلیل عملکرد یک اسکرابر ونتوری در یک برنامه صنعتی استفاده شود. از شبیه سازی می توان برای تعیین کارایی اسکرابر در حذف آلاینده ها از هوا و همچنین افت فشار در سراسر اسکرابر، همچنین بهینه سازی طراحی اسکرابر برای یک کاربرد خاص، تجزیه و تحلیل جریان هوا از طریق اسکرابر، از جمله سرعت، فشار و دمای هوا ، تجزیه و تحلیل عملکرد اسکرابر از نظر راندمان حذف آلاینده ها و همچنین افت فشار در سراسر اسکرابر نیز استفاده کرد.

مطالعه عددی کاربرد کوره در صنعت

• مساله به صورت عددی Furnace را با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent شبیه سازی می کند.
• هندسه ی سه بعدی  با نرم افزار Design Modeler طراحی شده است.
• مدل با نرم افزار ANSYS Meshing شبکه بندی شده و عدد عنصر برابر با 7800000 است.
• از مدل انتقال گونه ها برای تعریف واکنش احتراق بین متان و هوا استفاده شده است.
  شبیه‌سازی‌های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای مطالعه عملکرد کوره‌ها، مانند کوره‌هایی که در صنایع فولاد و آلومینیوم استفاده می‌شوند، تجزیه و تحلیل جریان هوا و گرما در داخل کوره، و همچنین توزیع دما و اثرات پارامترهای عملیاتی مختلف استفاده میشود. این می تواند به بهینه سازی طراحی کوره و بهبود کارایی آن کمک کند. از شبیه‌سازی‌های CFD می‌توان برای مطالعه اثرات انواع سوخت و شرایط عملیاتی مختلف بر عملکرد کوره و مطالعه اثرات مواد و عایق‌های مختلف بر عملکرد کوره استفاده کرد. این می تواند به کاهش مصرف انرژی و بهبود ایمنی کوره کمک کند.

خدمات شرکت انسیس فلوئنت(پردازشگران مهر)

انسیس فلوئنت پروژه‌های شبیه‌سازی CFD متعددی را برای شرکت‌های صنعتی و تحقیقات در کاربردهای مهندسی شیمی انجام داده است. تیم انسیس فلوئنت با چندین سال تجربه در شبیه سازی مشکلات مختلف در زمینه های مختلف CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده شبیه سازی، آموزش و مشاوره CFD می باشد.

شما می‌توانید محصولات مرتبط با دسته شبیه سازی شیمی را در فروشگاه آموزشی بیابید.

خدمات ما محدود به موضوعات ذکر شده نیست و گروه پردازشگران مهر آماده انجام پروژه‌های مختلف و چالش برانگیز در زمینه مدل سازی مهندسی شیمی به سفارش مشتریان است. ما همچنین انجام شبیه‌سازی CFD را برای هر طرحی که در ذهن دارید می‌پذیریم تا آنها را به واقعیت تبدیل کنیم و حتی به شما کمک کنیم تا به بهترین طراحی برای آنچه تصور می‌کردید برسید. شما می‌توانید از مشاوره تخصصی پردازشگران مهر به‌ صورت رایگان بهره ببرید و سپس پروژه‌تان را سفارش دهید تا شبیه‌سازی و آموزش داده شود.