حل سیستماتیک مسائل موازنۀ جرم در فرآیندهای شیمیایی

مدلسازی فرآیند و شبیه سازی رایانه ای امروزه در طراحی و بهینه سازی فرآیندهای شیمیایی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اولین گام در انجام طراحی واحدهای شیمیایی شبیه سازی فرآیند است و از مهمترین دروسی که مرتبط با این مبحث در گرایشهای مختلف مهندسی شیمی تدریس می شود درس موازنه جرم و انرژی است که در آن اصول و مفاهیم موازنه جرم و انرژی به دانشجویان آموخته می شود. متاسفانه به دلیل آشنا نبودن دانشجویان به اصول کلی فرآیندها و پراکندگی مطالب، اغلب آنان در یادگیری این درس دچار مشکل می شوند. بعنوان مثال در بحث انتخاب بهترین حجم کنترل برای بکارگیری موازنه های مربوطه، انتخاب از موازنه کلی (Overall Mass/Mole Balance) آغاز و بعد به سیستم های کوچکتر توجه می شود حال آنکه در بسیاری از موارد چنین رویکردی نمی تواند بهترین باشد و اگر با یک مسئله بزرگ روبرو باشیم کار به مراتب دشوارتر می شود. در این مقاله با اتکا به مفهوم درجه آزادی و اصول شبیه سازی، بترتیب مراحلی چون تعیین تعداد متغیر هر جریان، تشخیص واکنش یا بدون واکنش بودن حجم کنترل و تعیین تعداد معادلات حجم کنترل و در ادامه محاسبه درجه آزادی حجم کنترل است. با حل حجم کنترل هایی که درجه آزادی آنها صفر است حل مسئله شروع می شود. معمولاٌ در این روال اگر درجه آزادی چند حجم کنترل بطور همزمان صفر باشد بترتیب از آسانترین سطح که از روی تعداد متغیر مشخص می شود شروع و به سطوح مشکل تر پرداخته می شود. از مزیت های این الگو بیان یک راهبرد مناسب حل برای انتخاب آسان ترین به دشوارترین سطح در حل مسئله است بنحوی که یک راهبرد منطقی در حل مسائل بوجود می آید. باید به این نکته اشاره کرد علاوه بر اینکه می توان این الگو را بصورت یک مدل ریاضی برای حل مسائل موازنه جرم برنامه نویسی کرد این امکان وجود دارد که به راحتی مسائل بزرگ را تجزیه و تحلیل نمود.

کلیدواژه ها:

موازنه جرم ، شبیه سازی ، حل سیستماتیک موازنه جرم ، درجه آزادی ، فرایند شیمیایی