البحث العلمى

يتناول هذا البحث دراسة انتقال الحرارة داخل , نمذجه لمفاعلات البلمرة المستخدمة في إنتاج بوليمر كلوريد الفينيل (PVC)، مع التركيز على تحسين التحكم الحراري داخل المفاعل ورفع كفاءة عملية إزالة الحرارة من التفاعل. تم في البداية استعراض وتحليل طرق انتقال الحرارة المختلفة في المفاعلات المزودة بغلاف تبريد (jacketed agitated vessels)، وكذلك تأثير تغيير أنواع المحرِّكات (agitators) وأشكالها على كفاءة انتقال الحرارة.

قام الباحث بتطوير نموذج حسابي وبرنامج محاكاة يعتمد على منصة Microsoft Excel ومرتبطة Visual Basic لحساب معاملات انتقال الحرارة والحمل الحراري المطلوب لكل حالة تشغيل، مع استخدام برنامج VisiMix لمحاكاة الخلط وحركة المائع داخل المفاعل، وبرنامج Aspen HYSYS لمحاكاة التفاعل الكيميائي وظروف التشغيل الحرارية. وقد تم اختيار مفاعل PVC في شركة البتروكيماويات المصرية كدراسة حالة حقيقية، وتمت مقارنة نتائج النمذجة بالبيانات الفعلية للتصميم والتشغيل للتحقق من دقة النموذج.

أظهرت النتائج أن اختيار التوليفة المناسبة من طريقة انتقال الحرارة (نوع الجاكيت) ونوع المحرِّك وسرعة الخلط له تأثير جوهري على معامل انتقال الحرارة الكلي وعلى الحمل الحراري المتاح لإزالة حرارة التفاعل. وتبيّن أن التصميم الأكثر كفاءة يعتمد على استخدام مروحة من نوع Retreating turbine مع غلاف نصف ملفوف (Half-coil jacket) وتحديد سرعة جريان مناسبة في الجاكيت، بما يحقق أعلى قيم لمعامل انتقال الحرارة ضمن حدود مقبولة للضغط وفاقد الضغط. كما بيّنت الدراسة أن تحسين توزيع درجات الحرارة داخل المفاعل يؤدي إلى تحسين جودة المنتج، وتقليل احتمالات تكوّن النقاط الساخنة، والحد من استهلاك الطاقة وتكاليف التبريد.

نشرت في:
1- مجلة علوم الحرارة
https://thermalscience.rs/pdfs/papers-2018/TSCI170914009E.pdf
2-المكتبة الوطنية بصربيا
https://doiserbia.nb.rs/Article.aspx?id=0354-98361800009E
3- موقع Research Gate
https://www.researchgate.net/publication/322839148_A_simulation_study_of_heat_transfer_in_polymerization_reactors

التوصيات المقترحة استنادًا إلى نتائج البحث:

1. اعتماد النمذجة الحرارية قبل أي تعديل تشغيلي أو تصميمي يُنصح باستخدام برامج المحاكاة (مثل VisiMix وAspen HYSYS أو ما يعادلها) عند تصميم أو إعادة تأهيل مفاعلات البلمرة، بهدف تقييم أداء أنظمة التبريد وأنواع المحرِّكات المختلفة واختيار التكوين الأمثل حراريًا قبل التنفيذ الفعلي.

2. تحسين اختيار نوع الجاكيت والمحرِّك (Agitator) معًا يجب التعامل مع اختيار نوع الجاكيت (Half-coil, dimple, conventional jacket… إلخ) ونوع المحرّك (مثل Retreating turbine وغيرها) كقرار متكامل، بحيث يتم اختيار التوليفة التي تحقق أعلى معامل انتقال حرارة مع أقل فاقد ضغط وأقل متطلبات طاقة تشغيلية.

3. ضبط ظروف التشغيل الحرارية بعناية التركيز على التحكم الدقيق في سرعة جريان سائل التبريد داخل الجاكيت، وضبط درجة حرارة دخوله إلى الحدود المُوصى بها، حيث أظهرت الدراسة أن انحرافًا بسيطًا في درجة حرارة دخول سائل التبريد يمكن أن يؤدي إلى انخفاض ملحوظ في الحمل الحراري المتاح وإضعاف القدرة على التحكم في حرارة التفاعل.

4. إنشاء معايير تصميم وتشغيل داخلية لمفاعلات البلمرة استخدام نتائج هذه الدراسة كمرجع لوضع “Guidelines” أو كود داخلي للشركة يحدد الحدود المثلى لمعاملات التصميم (نوع الجاكيت، عدد وسرعة المحرِّكات، أقطار المواسير، سرعات الجريان، …) وكذلك مؤشرات الأداء الحراري للمفاعلات.

5. تحسين كفاءة استهلاك الطاقة في منظومة التبريد استغلال التحسين في معامل انتقال الحرارة لتقليل الاعتماد على المياه المبردة شديدة البرودة (chilled water) أو تقليل استهلاك الطاقة في وحدات التبريد، بما يسهم في خفض الحمل الكلي على منظومة الطاقة في المصنع.

6. التوسّع في تطبيق المنهجية على مفاعلات ودرجات حرارة مختلفة توسيع نطاق التطبيق ليشمل مفاعلات بلمرة أخرى (لأنواع بوليمرات مختلفة أو أحجام أكبر)، مع دراسة تأثير تغيير الخواص الفيزيائية للمخلوط المتفاعل على أداء أنظمة انتقال الحرارة وإعادة معايرة النماذج الحسابية لذلك.

7. ربط نتائج المحاكاة ببرامج مراقبة وتشغيل فعلية (Online Monitoring) ربط النماذج الحرارية المستخدمة في الدراسة بأنظمة التحكم والمراقبة الفعلية في غرفة التحكم (DCS/SCADA)، بحيث يتم استخدام مخرجات النماذج في تحسين منطق التحكم في درجة الحرارة وتنبيه المشغّلين مبكرًا عند قرب حدوث عدم استقرار حراري