تانکهای بهم زده شده با یک وسیله مکانیکی و یا یک جت مایع به طور گسترده در بسیاری از پروسه های صنعتی کاربرد دارند. این پروسه ها شامل صنایع شیمیایی، پتروشیمی، متالوژیکی می باشد. تانکهای بهم زن در پروسه های مختلفی از قبیل: امتزاج، پراکنده سازی، امولوسیون، سوسپانیون، بالا بردن دما و انتقام جرم کاربرد دارند. در نتیجه طیف وسیعی از تانک های بهمزن برای شرایط عملیاتی مختلف وجود دارند. جزئیات جریان و نحوه گسترش اختلاط در تانکهای بهمزن تاثیر مهمی در بیشتر کاربردهای صنعتی دارد.
طراحی و افزایش مقیاس تانک های بهم زن و تعیین کمیت اختلاط در آنها به طور سنتی با توسعه معادله های طراحی تجربی که اساسا به خاطر وجود پیچیدگی در دینامیک جریان اختلاط است، متوقف شد، به طور مثال تعیین واحد درجه اختلاط، به وسیله آنالیز توزیع زمان اقامت یک ردیاب مورد بررسی قرار می گرفت. اگرچه این دیدگاه برای بسیاری از کاربردها به اثبات رسیده است، اما نسبتاً محدود بوده، زیرا پیچیدگی جریان در بسیاری از کاربردهای اختلاطی در نظر گرفته نشده است. علاوه بر این معادله های تجربی معمولاً برای شرایط خاص آزمایشگاهی بوده و ندرتاً در تئوری های توسعه یافته مشارکت دارند. اخیرا دینامیک محاسباتی جریان (CFD) و تکنیک های آزمایشگاهی پیشرفته از قبیل سرعت سنج لیزر داپلر (LDV) به طور گسترده ای برای درک بهتر پروسه اختلاط به کار گرفته می شود که شامل اطلاع از جزئیات ویژگی های جریان، از قبیل اطلاع از جزئیات پروسس که برای طراحی اجزا و انتخاب آنها بسیار ضروری می باسد. شبیه سازی کامپیوتری پدیده جریان آشفته در بسیاری از کاربردهای صنعتی به طور موفقیت آمیزی انجام گرفته است. پاترسون (1975) اصول به کار بردن مدل های ریاضی را برای شرایط مختلف اختلاط توصیف کرد. با پیشرفتهای اخیر در نرم افزار CFD و افزایش قدرت کامپیوتر امکان تعیین الگوی جریان و اختلاط را در تانکهای بهمزن به وسیله شبیه سازی بیشتر از کار آزمایشگاهی فراهم آورده است پیشرفت نسبت به درک بهتر اختلاط تنها به زمینه های عددی به جز آزمایشگاهی محدود نبوده و در زمینه تئوری نیز پیشرفتهایی حاصل شده است. اوتینو (1990) یک تئوری سینماتیکی از نرخ اختلاط پیشنهاد داد که یائو (1998) توانست یک ابزار نظری برای طراحی بهینه میکسر و کیفیت و کمیت اختلاط براساس تئوری اوتینو و استفاده از نتایج CFD ارائه دهد. در این پروژه ما مطالعات خود را در مورد تاثیرات فاکتورهای هندسی و عملیاتی بر روی همگنی اختلاط در تانکهای بهمزن متمرکز کرده ایم. همچنین مطالعات آزمایشگاهی و عددی انجام شده بر روی تانکهای بهمزن را مورد بررسی قرار دادیم. محاسبات مربوط به جریان مغشوش در مخزن همزندار یکی از چالش های مهم در مدل های اغتشاش موجود است. عواملی که باعث این پیچیدگی می شوند شامل طبیعت ناهمگون جریان در مخازن همزندار؛ همزنها و تفاوت کلی در شکل و مقیاس های موجود است. به علاوه جریان مغشوش که توسط هر تیغه همزن تولید یا به آن برخورد می کند، پیچیدگی دیگر این قضیه است، با توجه به اینکه هر تیغه به دنبال یک تیغه دیگر در حرکت است. روش های تجربی موجود برای مطالعه میدان جریان مغشوش در مخازن همزن دار می تواند اطلاعات مفیدی را راجع به شکل میدان «جریان» اندازه سرعت در نقاط مختلف و شدت اغتشاش به دست بدهد. ولی روش های تجربی اغلب دارای معایبی می باشند که می تواند ناشی از طبیعت ناپای جریان مغشوش، شکل پیچیده پره های همزن و حضور بافل در مخزن به علاوه گران و وقت گیر بودن اندازه گیری تجربی باشد. ظهور CFD و روند سریع روبه رشد آن طی دو دهه اخیر توانسته است تا حد بسیار زیادی به مطالعه میدان جریان در مخازن همزن دار کمک کند. اگرچه ممکن است CFD نتواند نیاز به انجام کارهای آزمایشگاهی را به طور کلی حذف کند، ولی می تواند ابزار بسیار خوبی برای هدایت نتایج تجربی و سرعت بخشیدن به حل مسائل مربوط به جریان باشد. به هرحال توسعه روزافزون روش های جدید و دقیق تر CFD با زبان های برنامه نویسی پیشرفته و نرم افزارهای شبیه سازی می تواند در آینده حتی نیاز به داده های آزمایشگاهی را به طور کلی حذف کند. شبیه سازی CFD جریان های مغشوش طیف وسیعی از اطلاعات مثل بردارهای سرعت، انرژی جنبشی اغتشاش، شدت اتلاف انرژی و غیره را در نقاط مختلف ظرف به دست می دهد بررسی دقیق جزئیات کامل داده های تولید شده توسط شبیه سازی های CFD می تواند رفتار جریان، شکل و مسیر گردشی جریان، ساختار و رتکس و در مقیاس های کوچکتر شدت های اتلاف و تنش های رینولدز و غیره را آشکار سازد.

فلرینگ یک روش متداول برای از بین بردن گازهای تلف شده قابل اشتعال در جریانات بالادستی صنایع نفت و گاز و تصفیه جریان های پایین دستی این صنایع می باشد. فلر یک مشعل در هوای آزاد است که علی الخصوص در بالاترین نقطه یک استک قرار داده می شود. فلر معمولا در جایی نیز قرار داده می شود که از پرسنل و استراکچرهای طرح دور باشد و آسیبی به آنها نرسد.
چنانچه در یکی از بخش های این واحدها شرایط اضطراری رخ بدهد، فلر می تواند نقش کلیدی بازی کند. زیرا با وقوع شرایط فوق چنانچه شیرهای اطمینان عمل کنند و خوراک از خطوط فرایندی آزاد و تخلیه شوند و تخلیه آنها در اتمسفر نیز خطرناک باشد، سوزاندن آن از طریق سیستم فلر، ایمن ترین و بهترین راه ممکن است. در واقع فلر شرایطی را فراهم می کند که جریانات گازی و حتی مایعات فرایند، تحت شرایط کنترل شده، بدون اینکه به تجهیزات واحد و یا پرسنل آسیبی برسد و آلودگی اتمسفر نیز تحت کنترل باشد، می سوزند.
فلر یک فرایند اکسیداسیون است که در دمای بالا اتفاق می افتد و جهت سوزاندن گازهای قابل احتراق که عمدتا شامل هیدروکربن ها و گازهای آلوده ناشی از عملیات هستند، استفاده می شود. گاز طبیعی، پروپان، اتیلن، پروپیلن، بوتادین و بوتان 95% گازهای آلوده را تشکیل می دهند که در سیستم فلر سوزانده می شوند. با وقوع احتراق هیدروکربن های گازی در نتیجه واکنش با اکسیژن اتمسفر، تشکیل دی اکسید کربن و آب می دهند.
با توسعه استخراج نفت خام در دهه های اخیر، که با تولید گازهای آلوده کننده و مزاحم همراه بوده است، جهت حل کردن مشکل آلودگی، استفاده از فلر اجتناب ناپذیر شده است. فلرهای گازی یک گزینه انتخابی برای کنترل کردن میزان هیدروکربن های نسوخته است زیرا این هیدروکربن ها به خودی خود پتانسیل اشتعال دارند. در یک فلر باید احتراق کامل در کوتاه ترین زمان اقامت گاز در محفظه فلر صورت بگیرد.
گرما و آلودگی صوتی از آثار نامطلوب سیستم های فلر هستند. فلرها معمولا در جائی که از مناطق مسکونی دور باشند، احداث می شوند. انتشار ذرات کربن، هیدوکربن های نسوخته، مونوکسید کربن و ناکس ها در فضا، آثار مخرب زیست محیطی دارند. در نتیجه شرایطی فراهم کرد که در نتیجه احتراق کامل مواد فوق الذکر فلر بهترین کارکرد را داشته باشد.
فصل اول
1- کلیات
1-1- انواع فلر و کاربرد آنها
به طور کلی سه نوع فلر وجود دارد:

1- فلرهای مرتفع
2- فلرهای زمینی
3- فلرهای از نوع برنینگ پیت
هرچند مبانی اولیه طراحی، هزینه و سرمایه گذاری هرکدام از انواع فوق متفاوت است ولی استفاده از هرکدام از آنها به شرایط مختلف و فضای آن از جمله میزان تولید دود، روشنایی، آلودگی هوا و صوتی و شرایط فاصله ای ایمن پرسنل و تجهیزات بستگی دارد.
1-1-1- فلرهای مرتفع
این نوع فلرها با بهره گرفتن از تزریق بخار و طراحی مناسب نوک فلر (tip)، می تواند تا حدودی با دودزدایی کمتر و با درخشندگی کم کارکرد داشته باشد. البته تزریق بخار منجر به ایجاد سر و صدای زیاد خواهد شد که نتیجتا ایجاد تعادل بین آلودگی صوتی و آلودگی اتمسفر لازم خواهد شد.
اگر این نوع فلرها به صورت مناسب و اصولی طراحی شوند، بهترین نوع برای سوزاندن گازهای سمی و بدبو هستند. با این حال مشکلات زیست محیطی همچنان پابرجا می ماند. به رغم وجود برخی نکات منفی معمول ترین انتخاب در طرح های نفت و گاز، فلرهای مرتفع هستند.
2-1-1- فلرهای زمینی
معمول ترین این نوع فلرها، نوعی از آن است که دارای چند نازل می باشد و به فلرهای Multi-Jet معروف هستند. دودزدایی کم، عدم ایجاد سر و صدای زیاد و درخشندگی کم از ویژگی های این نوع فلرها هستند. به خاطر نزدیک بودت استک این نوع فلرها به زمین، برای سوزاندن گازهای سمی و بدبو مناسب نیست. هزینه طراحی و سرمایه گذاری این نوع فلرها بالا است.

گاز طبیعی غالبا ناخالصی هایی چون دی اکسید کربن (گاز اسیدی)، سولفید هیدروژن (گاز ترش) و آب و همچنین نیتروژن، هلیوم و سایر گازهای نادر را به همراه دارد. دی اکسید را به حوزه های نفتی قدیمی تخلیه شده تزریق می کنند تا تولید آنها افزایش یابد. نیتروژن نیز گازی است قابل تزریق به حوزه های نفتی و هلیوم در صنایع الکترونیک موارد استفاده ارزشمند و فراوان دارد. سولفید هیدروژن (H2S) بسیار سمی است و مقادیر بسیار ناچیز آن نیز می تواند کشنده و مهلک باشد. سولفید هیدروژن بسیار خورنده و فرساینده است و می تواند به لوله ها، اتصالات و شیرهای چاه آسیب و خسارت وارد کند. بنابراین قبل از انتقال گاز طبیعی به خطوط لوله، سولفید هیدروژن جداسازی شده و دی اکسید کربن و آب آن نیز از طریق آب زدایی یا نمک گیری گرفته می شود. حذف دی اکسید کربن و سولفور بعد از جداسازی مایعات گازی از گاز طبیعی خام دومین قسمت از فرآورش گاز می باشد که شامل جداسازی دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن است. گاز طبیعی بسته به موقعیت چاه مربوط مقادیر متفاوتی از این دو ماده را شامل می گردد. فرایند تفکیک سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن از گاز ترش، شیرین کردن گاز نامیده می شود. سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن را می توان سوزاند و از گوگرد نیز صرفنظر نمود ولی این عمل باعث آلودگی شدید محیط زیست می گردد. با توجه به اینکه سولفور موجود در گاز عمدتاً در ترکیب سولفید هیدروژن H2S قرار دارد حال چنانچه میزان سولفید هیدروژن موجود از مقدار 5/7 میلیگرم در هر متر مکعب گاز طبیعی بیشتر باشد به آن گاز ترش اطلاق می گردد. و چنانچه از این مقدار کمتر باشد نیاز به تصفیه نمی باشد. سولفور موجود در گاز طبیعی به علت دارا بودن بوی زننده و تنفس های مرگ آور و عامل فرسایندگی خطوط لوله انتقال، گاز را غیرمطلوب و انتقال آن را پرهزینه می سازد.
برای شیرین سازی گاز طبیعی دو روش عمده فیزیکو شیمیایی و بیولوژیکی وجود دارد. روش های فیزیکوشیمیایی دارای قدمت بسیار بیشتری بوده و کاربرد آنها بسیار بیشتر از روش های بیولوژیکی در صنعت می باشد. در ابتدا هدف از شیرین سازی گاز حذف H2S از آن بود حتی اگر این گاز به محیط وارد می شد، اما پس از مشخص شدن خطرات زیست محیطی و بشری H2S قوانین سخت تر شد و در نتیجه با اعمال روش های تکمیلی از ورود این ماده به هوا نیز جلوگیری به عمل آمد. ایجاد واحدهای بازیافت گوگرد مانند کلاوس در پالایشگاه ها نیز در همین راستا بود.
مزایای فراوان روش های بیولوژیکی در مقایسه با روش ها معمول شیرین سازی گاز باعث افزایش روزافزون توجه محققین به این روشها گردیده است. از روش های بیولوژیکی می توان به دو صورت مستقیم و یا غیرمستقیم (جایگزین واحد کلاوس) در صنعت گاز استفاده کرد. در روش مستقیم گاز ترش مستقیماً وارد مرحله بیولوژیکی می شود در حالی که در روش غیرمستقیم گاز ترش ابتدا وارد فرایند آمین شده و گازهای ترش خروجی از برج دفع فرایند آمین وارد مرحله بیولوژیکی می گردد.
فصل اول: کلیات
1-1) هدف
اساس روش های بیولوژیکی برای شیرین سازی گاز طبیعی بر مبنای استفاده از باکتری های گوگردی استوار است. این باکتری ها سولفید را مصرف کرده، تولید گوگرد و یا سولفات می کنند. در مقایسه با تکنیک های فیزیکوشیمیایی که مواد آلاینده گاهی به سادگی از یک فاز به فاز دیگر منتقل نمی شوند و یا اینکه تبدیل به مواد مضرتری می شوند، تصفیه بیولوژیکی را می توان به اکسیداسیون کاتالیستی در دمای پایین تشبیه کرد که نیاز به سوخت و مواد شیمیایی ندارد و مزیت دیگر آن ایمنی این سیستم می باشد. کاتالیس

ت ها (آنزیم های میکروبی) به طور مداوم توسط میکروارگانیسم ها تولید می شوند و بیوفیلتراسیون، هیچ ماده آلوده کننده ثانویه یا ضایعات خطرناک تولید نمی کند. هدف معرفی روشی بهینه و بررسی اثر عوامل مختلف روی پارامترهای طراحی می باشد.
2-1) پیشینه تحقیق
در کشور ما گازهای اسیدی جدا شده در واحد آمین براساس میزان H2S یا سوزانده شده و یا به واحد کلاوس فرستاده می شود. با سوزاندن که برای گازهایی با مقادیر کم H2S مورد استفاده قرار می گیرد گازهای اسیدی در مشعل پالایشگاه سوزانده می شود هرچند که با این روش H2S حذف می شود اما سوختن سولفید هیدروژن باعث تولید SO2 می شود که این ماده برطبق قوانین استانداردهای ملی کیفیت هوای آزاد در گروه آلاینده های مقیاس گروه بندی می شود و غلظت مجاز آن 0/03ppm می باشد. همچنین با آب واکنش داده و تولید اسید سولفوریک می کند که باعث ایجاد باران اسیدی و ذرات معلق می گردد. علاوه بر فرایندهای حذف H2S در فاز گاز، فرایندهای اکسیداسیون مستقیم H2S در فاز مایع و فرایندهای جذب سطحی بر فاز جامد در حال گسترش هستند. این فرایندها برای حذف مقادیر H2S در محدوده بسیار کم تا 5 درصد مولی در گاز طبیعی، ظرفیت بازیافت گوگرد حداکثر 20 تن در روز به کار می روند. برای غلظت های بالاتر H2S و بازیافت مقادیر بیشتر گوگرد فرایندهای کلاوس و آمین اقتصادی تر هستند.

معمولاً وقتی كه چاهی در یک مخزن دست نخورده حفر می شود هیدروكربنها بطور طبیعی به سطح زمین جریان می یابند. در اثر تولید از یک مخزن بطور معمول از فشار مخزن كاسته شده و به میزان آب همراه ن فت تولیدی افزوده شده و درصد گاز تولیدی نیز كم می شود. این عوامل در كنار هم سبب آن می شوند كه جریان سیال از چاه كند و نهایتاً قطع شود. به این منظور جهت تقویت تولید در سیستم های تكمیل چاه از سیستم های فرازآوری مصنوعی استفاده می شود. در حقیقت سیستم فرازآوری مص نوعی به سیال درون چاه انرژی می دهد و زمانی كه حداقل انرژی برای جریان فراهم شد چاه شروع به تولید می كند.
بر اساس نتایج تحقیقاتی كه در سال 1994 صورت گرفت بطور تخمینی نشان می دهد كه حدود 900000 چاه با كمك سیستم فرازآوری مصنوعی تولید شده اند .یعنی تنها حدود 7 درصد از چاه ها بطور طبیعی تولید شده اند و 93 درصد با كمك سیستم فرازآوری مصنوعی تولید شده اند و این در حالی است كه متوسط تولیدی چاه ها كمتر از 70 بشكه در روز بوده است.
2-1- دلایل نیاز به سیستم فرازآوری مصنوعی:
زمانی كه چاه تولید نمی كند یا نرخ تولید آن اقتصادی نباشد سیستم فرازآوری مصنوعی مورد نیاز است. شکل 1(a) نشان می دهد كه فشار مخزن پایین است و سطح استاتیكی سیال بالای چاه است.
شکل 1(b) نشان می دهد كه چگونه نصب یک پمپ كوچك در فاصل ه كمی از سطح استاتیكی سیال سبب محدودیت در ایجاد سیستم رانش می شود.
چاه با نرخ q شروع به تولید نموده است . گرادیان فشارهای استاتیک و جریانی در شكلهای 1(a) و 1(b) شبیه هم هستند ضمن آنكه افت فشار اصطكاكی د ر لوله تولیدی با این نرخ جریان پایین، خیلی كم است.
به آسانی مشخص می شود كه چنین نرخ تولیدی در زمانی كه پمپ در ته چاه نصب شده باشد نیز می تواند اتفاق بیفتد، زیرا هم افت فشار داخل پمپ را سبب می شود و هم سبب افزایش مكش در چاه می شود. فایده اصلی قرار دادن پمپ در قسمت مشبك كاری شده اینست كه حداكثر پتانسیل تولید از چاه را می توان بدست آورد (شکل 1© كه این مس أله سبب تولید از چاه با qmax می شود.
نصب پمپ زیر قسمت مشبك كاری سبب حداكثر میزان مكش و نرخ تولید می شود.
طراحی یک فرازآوری مصنوعی نیازمند آنست كه پمپ با نمودار كارآیی جریان ورودی و خروجی منطبق باشد.

در حال حاضر وضعیت مصرف انرژی در بخش صنعت به گونهای است كه از نظر مقدار، حدود 3.29 درصد واز نظر ارزش حدود 4.20 درصد از كل مصرف نهایی انرژی كشور را به خود اختصاص داده است. كل مصرف انرژی بخش صنعت در سال 1385 معادل 7.36 میلیون بشكه نفت خام بوده كه ارزش آن بیش از 7.4 میلیارد دلار است.
بخش عمده انرژی مورد نیاز صنایع، از احتراق سوختهای فسیلی تامین میشود. از اینرو كمتر صنعتی را میتوان یافت كه به نوعی از سیستمهای احتراقی بهره مند نباشد. بدون استثناء در هر سیستم احتراقی وجود مشعل برای تولید انرژی حرارتی ضروری است. از طرف دیگر بخش عمده استفاده این مشعلها در رابطه با كوره های صنعتی و توربینهای گازی میباشد. برخی از موارد استفاده از این تجهیزات در صنایع عبارتند از:
– كوره های ذوب و تصفیه فلزات
– كوره های عملیات حرارتی
– كوره های صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی
– توربین های گازی نیروگاه های تولید برق
از آنجایی كه معمولا در سیستمهای با دمای بالا اتلاف انرژی زیاد است، و از طرفی فرایند احتراقنیز همواره در دمای بالا صورت میگیرد، در بیشتر موارد پتانسیل صرفه جویی انرژی در سیستمهای احتراقی یک واحد صنعتی، بیش از سایر قسمتهای آن میباشد. بنابراین با توجه به گستردگی استفاده از سیستمهای احتراقی در صنایع، در صورت توجه به بهینهسازی این تجهیزات، به مقدار زیادی در مصرف سوخت واحدهای صنعتی صرفه جویی خواهد شد.
بعلاوه وقتی از عمر كوره و سیستم احتراقی، بیش از 10 سال میگذرد، این بدان معنی است كه بازده آن در بهترین شرایط كمتر از 55 درصد است. به عبارت دیگر، این سیستم تقریباً نیمی از انرژی حرارتی سوخت را اتلاف میكند. همواره می توان مقدار قابل ملاحظه ای از تلفات انرژی سیستم را كاهش داد.
در صورتیكه بتوان با بهره گرفتن از تجهیزاتی از انرژی این گازها استفاده كرد و هوای مورد نیاز را برای احتراق پیشگرم كرد، به مقدار قابل ملاحظه ای در مصرف سوخت صرفه جویی میشود. انجام این كار ضمن بهبود فرایند احتراق و افزایش دمای شعله از احتراق ناقص سوخت نیز جلوگیری میكند. نمونه ای از این تجهیزات بازیافت انرژی ركوپراتورها هستند.
به طور كلی اثرات استفاده از سیستمهای بازیابی انرژی را می توان به دو دسته طبقه بندی كرد:

– اثرات استفاده مستقیم : بازیابی انرژی هدر رفته بر روی راندمان فرایند تا ثیر مستقیم دارد این عمل باعث كاهش در مصرف و هزینه های جانبی  آب، برق، بخار و………… هزینه فرایند میشود.
– اثرات استفاده غیرمستقیم: مزیت اثرات استفاده غیرمستقیم به شرح زیر میباشد:
الف) كاهش آلودگی
در كوره ها مقداری از مواد سمی ناشی از احتراق مانند دی اكسیدكربن، گاز ترش كربن سیاه، گاز باقیمانده پلاستیک های شیمیایی و غیره در اتمسفر آزاد می شوند. و هدف برای ما بازیابی انرژی و كاهش آلودگی های محیط زیست میباشد.
ب) كاهش سایز و اندازه تجهیزات
بازیابی انرژی تلف شده مصرف سوخت را كاهش می دهد كه سبب ك اهش گازهای تولیدی احتراق هم می شود. این نتایج سایز تجهیزات برای همه دستگاه هایی كه گازهای حاصل از احتراق در آنها بكار میرود را كاهش میدهد مانند فنها، دودكش كوره، مشعلها و… .
ج) كاهش مصرف انرژی
علاوه بر این كاهش در اندازه تجهیزات سبب كاهش در مصرف انرژی هم میشود همانند كاهش مصرف الكتریسیته برای فن ها و پمپها و غیره