شبیه سازی جداکننده مافوق صوت برای سیالات تک فاز، دوفاز و چندفاز

جداکننده های مافوق صوت دارای کاربردهای گسترده ای در فرآورش گاز طبیعی و جداسازی انواع ناخالصی ها از آن می باشند. مطالعات صورت گرفته تا کنون پیرامون جداکننده مافوق صوت عمدتا برای سیالات تک جزئی و تک فاز، بدون در نظر گرفتن میعان اجزا در نازل همگرا- واگرا بوده است. در پژوهش حاضر مدلسازی و شبیه سازی جداکننده مافوق صوت در حالت های چندفازی و چند جزئی از طریق دو روش مختلف صورت می گیرد. در روش اول از معادلات هسته زایی و رشد قطرات برای پیش بینی نرخ میعان اجزا استفاده می گردد. بر خلاف مطالعات قبلی که معادلات موجود برای رشد قطرات عمدتا برای حالت تک جزئی ارائه شده است، در این پژوهش ابتدا به ارائه روشی برای این منظور بر اساس مبانی انتقال جرم که قابل استفاده برای حالت های تک جزئی و چند جزئی است، اقدام شده است. پس از بررسی صحت مدلسازی صورت گرفته با استفاده از داده های تجربی وام گرفته شده از مراجع در حالت های مختلف، شبیه سازی جداکننده مافوق صوت برای جداسازی بخار آب و سولفید هیدروژن از گاز طبیعی انجام می پذیرد. در روش دوم نسبت به پیش بینی نرخ میعان اجزا از طریق ترکیب معادلات کلی جریان با محاسبات تعادلی برای حالت چند جزئی و چند فازی اقدام می شود. سپس شبیه سازی جداکننده مافوق صوت برای تنظیم نقطه شبنم آب و هیدروکربن برای دو مطالعه موردی واقعی انجام می گردد. در نهایت میزان تاثیر پارامترهای مختلف از جمله دما و فشار اولیه و همچنین شکل هندسی نازل، بر بازده و عملکرد جداکننده های مافوق صوت به تفصیل مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج حاصل از این پژوهش حاکی از آن است که جداکننده مافوق صوت قادر به حذف ناخالصی های موجود در گاز طبیعی تا میزان مجاز آن ها می باشد. همچنین با تنظیم محل مناسب برای جمع آوری مایعات ایجاد شده درجداکننده، می توان نسبت به کنترل نقطه شبنم آب و هیدروکربن تا حصول خروجی مورد نظر اقدام نمود. پارامترهای عملیاتی گاز ورودی از جمله دمای اولیه، فشار اولیه و همچنین زاویه بخش همگرا و واگرای نازل، تاثیر فراوانی بر بازده فرآیند، منطقه هسته زایی، محل جمع آوری مایع و عملکرد جداکننده دارند که با طراحی و تنظیم مناسب این پارامترها می توان فرآیند جداسازی از طریق جداکننده مافوق صوت را با بیشترین بازده و کمترین هزینه ممکن انجام داد.