نوامبر 25, 2020

فرآیند تشکیل

CS : غلظت مولکول‌های نفوذ کننده گاز در سطح مشترک مایع و کریستال
CEQ : غلظت مولکول‌های نفوذ کننده گاز در تعادل با هیدرات
kG : ضریب انتقال جرم در فاز گاز
kL : ضریب انتقال جرم در فاز مایع
kD : ضریب انتقال جرم بیرون ذره هیدرات
kB : ضریب انتقال جرم در سطح مشترک مایع و کریستال
kR : ثابت واکنش درجه یک
با نگاهی به مطالعات انجام شده بر روی فرآیند تشکیل هیدرات از دیدگاه انتقال جرم، می‌توان نتیجه گرفت که عمده این فعالیت‌ها بر اساس در نظر گرفتن یک یا چند مقاومت‌های زیر استوار می‌باشند :
1- مقاومت مربوط به انتقال جرم در سطح مشترک گاز- مایع در سمت مایع
2- مقاومت مربوط به انتقال جرم در سطح مشترک مایع- هیدرات
3- مقاومت مربوط به واکنش شیمیایی در سطح هیدرات
در سال 1994، اسکوبوگ با بررسی بر روی آزمایشات محققین دیگر ادعا نمود که می‌توان مقاومت اصلی را در سطح مشترک گاز- مایع فرض نمود. مدل وی با دقتی حدود 20 درصد می‌تواند مقدار مصرف گازهای متان و اتان برای تشکیل هیدرات را محاسبه نماید. برخی محققین نیز مراحل اول و سوم را در رشد هیدرات مؤثر دانسته‌اند. هر چند که اکثر تحقیقات انجام گرفته با در نظر گرفتن دو یا سه مقاومت در مسیر تشکیل هیدرات می‌باشند، امّا توجه به موارد زیر می‌تواند در تشخیص مقاومت اصلی از مقاومت‌های ذکر شده در تشکیل هیدرات بسیار مفید باشد:
1- بررسی بر روی فرآیندهای جذب گاز به فاز مایع نشان می‌دهد که همواره دو مقاومت انتقال جرم یکی از درون فاز گاز به سطح مشترک و دیگری از سطح مشترک به درون فاز مایع در رقابت با یکدیگر هستند. بررسی جامعی از نقش این رقابت‌ها را می‌توان در مرجع ]58[ مشاهده نمود. به صورت کلی اگر ضریب کلی انتقال جرم در سطح مشترک را بر مبنای فاز مایع، ضریب مربوط به فاز مایع و ضریب مربوط به فاز گاز را به ترتیب با نمادهای KL ،kL و kG نشان دهیم، می‌توان رابطه زیر را بین آنها بیان نمود:
(3-1)

نوشته ای دیگر :   محیط اقتصادی

که در این رابطه، m نسبت ترکیب درصد فاز گاز به مایع می‌باشد. در صورتی که مقدار m زیاد باشد، حلالیت گاز در فاز مایع کم خواهد بود مانند انحلال گازهایی که تولید هیدرات می‌کنند، پس عبارت مقاومت فاز گاز در برابر فاز مایع قابل صرفه نظر کردن خواهد بود و در نظر گرفتن تمامی مقاومت برای فاز مایع دور از ذهن نخواهد بود. در مواردی که عکس فرض بالا رخ دهد، مانند مواردی که انحلال گاز در فاز مایع شدید باشد، مقدار m کوچک بوده و مقاومت گاز کنترل کننده انتقال جرم در نظر گرفته می‌شود. چنین شرایطی را برای انحلال آمونیاک در فاز مایع می‌توان متصور شد. بنا به توضیح داده شده می‌توان از مقاومت انتقال جرم مربوط به فاز گاز زمانی که سخن از تشکیل هیدرات و نفوذ گازهایی با حلالیت ناچیز مانند متان و اتان به میان آید، در برابر مقاومت فاز مایع صرف نظر نمود.
2- استفاده از همزن برای یکنواخت نمودن خواص فاز تشکیل هیدرات علاوه بر از بین بردن مقاومت انتقال حرارت درون فاز مایع، باعث از بین بردن مقاومت انتقال جرم مربوط به توده فاز مایع نیز می‌گردد.
3- بالا بردن دور همزن همواره یکی از عوامل افزایش انتقال جرم و در نتیجه کاهش مقاومت مربوط به آن‌ می‌باشد. به تعبیر دیگر بالا بردن دور همزن برای رسیدن به مقدار مصرف مواد اولیه برای راکتورهایی کاربرد دارد که مقاومت انتقال جرم در برابر مقاومت ناشی از واکنش کنترل‌کننده مقدار مصرف می‌باشد.
4- مقاومت نزدیک به ذرات هیدرات از ترکیب دو مقاومت انتقال جرم از درون فاز مایع به نزدیکی فاز هیدرات و واکنش تشکیل‌هیدرات می‌باشد. رابطه زیر مقاومت کلی در دور هر ذره هیدرات را نشان می‌دهد:
(3-2)

نوشته ای دیگر :   حقوق و تکالیف

که مقدار kR ضریب واکنش از درجه اول و kD ضریب انتقال جرم در لایه اطراف ذره هیدرات می‌باشند. برگرون با استفاده از رابطه شروود برای ذرات کروی مقدار kD را در حدود 10-5 m/s محاسبه نموده با مقدار kR که توسط کلارک در حدود 10-8 m/s گزارش شده مقایسه و نتیجه گرفت که بدین ترتیب می‌توان از مقاومت انتقال جرم در لایه اطراف هیدرات در برابر واکنش تشکیل هیدرات صرف نظر کرد. رابطه زیر معادله مصرف گاز را برای اساس نیروی محرکه به صورت غلظت نشان می‌دهد: