14282

14282

مدلسازي و شبيه سازي فرآيند تشكيل هيدرات با در نظر گرفتن مكانيزم هسته‌زايي

كارشناسي ارشد

طراحي شبيه سازي و كنترل فرآيندها

بهار 1394

بهار 1394

دكتر منصور شيرواني - دكتر سيد مهدي علوي

مهندسي شيمي

چكيده هيدرات گازيتركيبي از گازهاي سبك مثلمتان،اتانيادي اكسيدكربناست كه تحت يك شرايط خاص دمايي و فشاري با مولكول‌هايآبتركيب شده و ماده‌اي شبيه به يخ را تشكيل مي‌دهد، كه حجم زيادي از گاز را در خود جاي داده‌است. در اين پايان نامه براساس كارهاي انجام شده توسط محققان قبلي، تشكيل هيدرات متان از لحاظ مرحله رشدمدل‌سازي شده و مرحله هسته‌زايي نيز به آن اضافه گرديد. براساس مدل تركيبي انگلزو و تئوري دوفيلمي نفوذ- واكنش، معادلات موازنه جرم، سينتيك و موازنه جمعيت جهت دست يافتن به غلظت‌هاي گاز و هيدرات در طول زمان، حل شدند؛ كه باتوجه به معلوم نبودن مقادير ثوابت سينتيكي هسته‌زايي و رشد، به‌واسطه كمينه نمودن اختلاف نتايج حاصل از مدل با نتايج حاصل از تعداد زيادي آزمايش براي دماها و فشارهاي مختلف و برنامه نويسي در نرم افزار MATLAB ، ثوابت نيز به‌دست آمدند. در نهايت جهت حصول اطمينان از عملكرد مدل ارايه شده، مقدار مول مصرفي حاصل از حل معادلات ديفرانسيلي نسبت به زمان با مقدار مول مصرفي در آزمايش‌ها مقايسه گرديدند كه از تطابق خوبي برخوردار بودند. در ادامه با استفاده از آناليزحساسيت، حساسيت اين مدل بهبوديافته تشكيل هيدرات نسبت به ثوابت سينتيكي ذكر شده، بررسي گرديد كه مشخص شد اين مدل به ثابت سينتيكي رشد (62 درصد) نسبت به ثابت سينتيكي هسته‌زايي (40 درصد) حساس‌تر مي‌باشد. با به‌كارگيري تئوري فيروزآبادي و كاشچيو، يك مدل كاربردي براي پيش‌بيني مقدار مصرف مول گاز نسبت به زمان به‌دست آمد كه جهت حصول اطمينان از دقت آن، نتايج حاصل از حل معادله ديفرانسيلي مدل براي پنج فشار مختلف با نتايج حاصل از آزمايش‌ها در فشارهاي مذكور مقايسه و تطابق رضايت‌بخشي مشاهده گرديد. براي اين مدل نيز از آناليز حساسيت براي پي بردن به حساسيت مدل نسبت به پارامترهاي اصلي آن، يعني توان رشد و فاكتور ψ استفاده گرديد كه نتايج نشان‌دهنده حساسيت مدل به توان رشد به ميزان 95 درصد و به فاكتور ψ به ميزان 83 درصد بود. به‌واسطه مقايسه نتايج اين دو مدل‌ با يكديگر، به دليل اينكه مدل بهبوديافته تركيبي انگلزو و تئوري دوفيلمي نفوذ- واكنش، قادر به پيش‌بيني رفتار هيدارت براي محدوده گسترده‌اي از دما و فشار بوده و نيز امكان بدست آوردن تغييرات غلظت گاز و هيدرات به‌واسطه آن به‌خوبي ميسر است، مدلي مناسب و كاربردي براي مقاصد عملي خواهد بود. واژه‌هاي كليدي:هيدرات گازي، هسته زايي،مدل‌سازي، كمترين مربعات خطا، آناليز حساسيت