13344

13344

مدلسازي ترموديناميكي و طراحي سرمايش هليوم مايع

كارشناسي ارشد

شيمي - ترموديناميك و سينتيك

مهر ماه 1393

مهر ماه 1393

دكتر فرزانه فيضي

چكيده هليوم، پايين‌ترين دماي جوش نرمال را در ميان تمامي مواد داراست ؛ از اين رو ويژگيهاي بي نظيري دارد. هليوم در دماهاي نزديك دماي بحراني، رفتارهاي كوانتومي دارد كه پيش‌بيني رفتارهاي ترموديناميكي را بسيار پيچيده مي‌سازد. همچنين ظرفيت حرارتي در فشار ثابت هليوم (Cp) در مراجع همواره ثابت و مستقل از دما گزارش ميشود كه اين امر در دماهاي معمول صحيح است ولي در نزديكي دماي بحراني خطاي زيادي دارد. در تحقيق پيشرو، معادله حالت درجه سه پنگ-رابينسون براي پيش بيني رفتارهاي ترموديناميكي هليوم، در دماهاي پايينتر از 15 كلوين، با دو رابطه براي پايين تر از دماي بحراني با ميانگين خطاي 603/3 % و بالاتر از دماي بحراني با ميانگين خطاي 958/1 % تنظيم شده است. ضمنا يك رابطه وابسته به دما كه قابليت پيش بيني در تمامي دماها را داشته باشد براي هليوم پيشنهاد شده است. همچنين توانايي معادله حالت پنگ-رابينسون با كمك روابط تعميم يافته ضرايب برهم‌كنش دوتايي هليوم، در مخلوطهاي بخار-مايع اعتبار سنجي شد كه در آن ميانگين خطا براي چگالي اشباع مايع 41/6 % و براي چگالي اشباع بخار 10/4 % به دست آمد. علاوه بر اين، فرآيندهاي جداسازي هليوم از گاز طبيعي تا خلوص 70% با يك نمونه گازي غني از هليوم، سيكل مايعسازي هليوم خالص با استفاده از الگوي كولينز و يك فرآيند نظري يكپارچه كه هليوم را از گاز طبيعي با خلوص 99/99 % جدا و به طور مستقيم مايع ميسازد، طراحي و با نرم‌افزار Aspen Hysys V7.3 شبيه سازي شد. نتايج اين شبيهسازيها تحليل شد. واژه‌هاي كليدي: هليوم، سرماسازي، جداسازي هليوم، معادله حالت، مايع ساز كولينز