ژانویه 25, 2021

فرآیند تشکیل

1- هسته‌زایی (Nucleation)
2- فرآیند رشد هسته‌ها (Growth)
3- فرآیند تجزیه (Dissociation)
از میان سه فرآیند فوق، به فرآیند رشد هیدرات پس از زمان هسته‌زایی پرداخته می‌شود.
از آنجایی که در فرآیند تشکیل هیدرات مولکول‌ها از فازی به فاز دیگر نفوذ کرده و سبب تشکیل فاز جامد به همراه آزاد نمودن حرارت می‌گردد، سه پدیده انتقال حرارت، انتقال جرم و واکنش تشکیل هیدرات دارای نقش مهمی هستند. انتقال حرارت یکی از مهم‌ترین مباحث در بررسی تشکیل هیدرات است که برخی مطالعات نیز بر روی آن‌ انجام گرفته است. مراحل انتقال حرارت را می‌توان به دو مرحله تقسیم نمود که در شکل ‏34 نشان داده شده‌اند]57[ :
1- انتقال حرارت بین سطح سرد که این سطح می‌تواند سطح سیال یا دیواره سرد باشد.
2- انتقال حرارت در لایه نزدیک به سطح هیدرات
شکل ‏34 : شمای کلی تغییرات دما در فاز مایع (از جداره ظرف تا سطح هیدرات) و کریستال هیدرات
در این شکل TS دمای سطح هیدرات، TB دمای توده سیال اطراف کریستال هیدرات و Tw دمای دیواره یا هر سطح مشترک دیگری می‌باشند. در مورد مقاومت مربوط به انتقال حرارت بر روی سطح کریستال هیدرات، آقای هاشمی نشان داده که مقدار اختلاف دما در لایه انتقال حرارت اطراف ذره هیدرات (TB-Ts) در حدود 7-10 تا 5-10 درجه سانتی‌گراد است که نشان‌دهنده ناچیز بودن مقاومت حرارتی در لایه نفوذ حرارتی در اطراف کریستال می‌باشد. در صورتی که بتوان فاز مایع را با استفاده از همزن مناسب به خوبی همسان نمود، توزیع دمای یکسانی در محلول به وجود خواهد آمد که به‌معنای از بین بردن مقاومت حرارتی (از بین بردن پروفایل دما) در فاز مایع می‌باشد. سرد‌کردن تدریجی دما نیز می‌تواند به از بین بردن اثر مقاومت حرارتی در مسیر تشکیل هیدرات کمک کند. همانطور که در قبل گفته شد، هیدرات به صورت یخ است و برای ما یخ به معنای دمای صفر درجه سانتی گراد و کمتر از آن‌ تداعی می‌شود به همین خاطر نباید دمای خط لوله پایین باشد.
شکل ‏35 نمای کلی از پدیده انتقال جرم و واکنش تشکیل هیدرات به صورت یک واکنش درجه اول را نشان می‌دهد. در این شکل شش مرحله برای نفوذ مولکول‌ها از درون فاز گاز به فاز مایع و تشکیل هیدرات را می‌توان فرض نمود]58[ :
1- انتقال جرم در فاز گاز از توده گاز به سطح مشترک
2- تعادل ترمودینامیکی در سطح مشترک گاز- مایع
3- انتقال جرم در فاز مایع از سطح مشترک به توده مایع
4- انتقال جرم در توده مایع
5- انتقال جرم در سطح مشترک مایع و هیدرات
6- واکنش بر روی سطح هیدرات
شکل ‏35 : پروفایل غلظت در مسیر نفوذ گاز تا رسیدن به سطح هیدرات
پارامتر‌های استفاده شده در شکل بالا :
CG : غلظت مولکول‌های نفوذ کننده گاز در درون گاز
CI : غلظت مولکول‌های نفوذ کننده گاز در سطح مشترک در تعادل با فاز مایع
CBI : غلظت مولکول‌های نفوذ کننده گاز در درون فاز مایع در نزدیکی سطح مشترک
CB : غلظت مولکول‌های نفوذ کننده گاز در درون توده مایع