در این پروژه تحقیقاتی بر اساس انتگراسیون شبکه مبدلهای حرارتی، به اصلاح فرایند و کاهش مصرف انرژی واحد اسید استیک پتروشیمی فن آوران پرداخته میشود. از روش تکنولوژی پینچ برای بهینه سازی شبکه مبدلهای حرارتی استفاده شده است. پس از شناسایی کامل فرایند و مبدلهای حرارتی در واحد، استخراج و جمع آوری دقیق دادههای جریان ضروری میباشد. به دلیل عدم وجود مبدل حرارتی فرایند به فرایند در شبکه مبدلهای حرارتی، استفاده از روش مرسوم اصلاح، مستقیماً مناسب نمیباشد. الگوریتم استفاده شده دارای دو مرحله میباشد. نخست شبکه مبدلهای حرارتی با روش طراحی از پایه طراحی میگردد. سپس شبکه موجود با شبکه طراحی شده تطابق داده و با استفاده از محدودیتهای واحد و در نظر گرفتن نوع جنس مبدلهای حرارتی جدید اصلاح میگردد.
واژههای کلیدی: تکنولوژی پینچ - شبکه مبدلهای حرارتی – بهینه سازی مصرف انرژی
در صنایع فرایندی یکی از مسائل مهم، طراحی مناسب فرایند میباشد. یکی از روشهای ارائه شده برای طراحی فرایند پیروی از سلسله مراتب طراحی یک فرایند بر اساس نمودار پیازی (شکل (1)) میباشد [1]. طراحی فرایندها با طراحی راکتورها شروع شده، پس از مشخص شدن مواد اولیه، محصولات و دبی جرمی آنها، سیستم جدا سازی و بازیاب طراحی میگردد. سپس توازن جرمی و حرارتی فرایند انجام یافته و شبکه مبدلهای حرارتی طراحی میگردد.
برای تأمین بارهای حرارتی سرد و گرم شبکه مبدلهای حرارتی، از سرویسهای جانبی[1] کمک گرفته میشود. در مرحله آخر آبهای ضایعاتی باید پالایش شوند و برای استفاده مجدد آماده گردند.
در سال 1978، لینهوف[2] زیر نظر پروفسور فلاور[3]، روش جدیدی برای بیان جریانهای انرژی در شبکه مبدلهای حرارتی فرایند، مبتنی بر قوانین ترمودینامیک با عنوان سنتز فرایند پیشنهاد کرد. لینهوف با معرفی نقطه پینچ[4] بازیافت حرارتی، نمودار شبکهای[5] و جدول الگوریتمی مسأله[6] گام مهمی در سنتز شبکه مبدلهای حرارتی برداشت. امروزه سنتز شبکه مبدلهای حرارتی به تکنولوژی پینچ[7] معروف شده است [2،3]. در سال 1979، لینهوف و همکارانش با بیان اصول پینچ[8]، حداکثر بازیافت انرژی در طراحیهای کارامد را تضمین نمودند. همچنین آنها به بررسی مسأله آستانه[9] پرداختند [4]. در سال 1982، لینهوف و همکارانش از منحنیهای ترکیبی و منحنی ترکیبی جامع[10] برای هدف گذاری انرژی استفاده کردند. آنها برای محاسبه حداقل سطح تبادل حرارت (انتقال حرارت عمودی) بین جریانهای گرم، جریانهای سرد و سرویسهای جانبی در شبکه مبدلهای حرارتی، رابطه ریاضی را که بعدها به فرمول بف[11] معروف شد، پیشنهاد کردند [5،6]. در سال 1984، لینهوف و فردفلد[12] برای نخستین بار ایده اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی را بیان نمودند [7]. در سال 1986، لینهوف و ژوی[13] برای اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی روشی بر اساس ضریب انتقال حرارت ثابت معرفی نمودند [8]. آنها از منحنی سطح-انرژی و تعریف بازده سطح مبدل حرارتی به عنوان ابزاری مناسب در اصلاح شبکه استفاده نمودند. این روش اصلاح ارائه شده که بر اصول طراحی پینچ استوار بود، بعدها به یکی از دو روش اصلاح پینچ سنتی معروف شد. در سال 1987، برای نخستین بار جونز[14] از مدل انتقال حرارت عمودی در شبکه مبدلهای حرارتی استفاده نمود [9]. در سال 1989، احمد[15] و اسمیت[16]، برای اولین بار هدف گذاری تعداد پوستهها[17] را پیشنهاد کردند [10]. در سال 1990، هال[18] و همکارانش، در شبکه مبدلهای حرارتی غیر یکسان، روشی پیشنهاد نمودند که در آن با استفاده از اعمال ضریب وزنی هزینه در ضریب انتقال حرارت، حداقل سطح تبادل حرارت بین جریانهای گرم، جریانهای سرد و سرویسهای جانبی قابل محاسبه گشت [11]. رابطه ارائه شده توسط هال دارای دقت بیشتری نسبت به رابطه پیشنهادی لینهوف در سال 1982 بود. در سال 1990، پولی[19] و همکارانش برای اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی روشی با در نظر گرفتن افت فشار ثابت در شبکه مبدلهای حرارتی معرفی کردند [12]. آنها نیز همانند لینهوف و ژوی از منحنی سطح-انرژی، و تعریف بازده افت فشار ثابت مبدل حرارتی به عنوان ابزاری مناسب در اصلاح شبکه استفاده نمودند. این روش ارائه شده، بعدها به روش دوم پینچ سنتی معروف گشت. پنجه شاهی[20] و پولی در سال 1991، روابطی برای ارتباط بین افت فشار، ضریب انتقال حرارت فیلمی و سطح برای مبدل حرارتی پوسته و لوله ارائه دادند [13]. در سال 2005، احمدی دانش[21] و همکارانش روشی جدید در هدف گذاری و طراحی شبکه مبدلهای حرارتی با تنوع جنس مبدلهای حرارتی به منظور دستیابی به کمترین هزینه کلی سالیانه با استفاده از حداقل مبدلهای مختلط، ارائه نمودند [14].
2- مفاهیم اولیه
از تکنولوژی پینچ به دو صورت استفاده میگردد: (1) طراحی از پایه[22]، (2) اصلاح[23]. در تکنولوژی پینچ ابتدا به هدف گذاری و سپس طراحی پرداخته میشود. اهداف کلی زیر در تکنولوژی پینچ مورد توجه قرار میگیرد:
2-1- هدف گذاری انرژی
از هدف گذاری انرژی برای تعیین حداقل سرویسهای جانبی استفاده میگردد. برای این منظور از منحنیهای ترکیبی (شکل (2)) و منحنی ترکیبی جامع (شکل (3)) استفاده میگردد. برای این که یک شبکه مبدل حرارتی در هر منطقه حداکثر بازیافت انرژی را داشته باشد، باید اصول پینچ حاکم باشد. این اصول عبارتند از: (1) از سرویس جانبی سرد در بالای پینچ نمیتوان استفاده کرد، (2) از سرویس جانبی گرم در پایین پینچ نمیتوان استفاده کرد، (3) حرارت از عرض پینچ، از یک جریان گرم پایین پینچ به یک جریان سرد در بالای پینچ انتقال نمییابد.
-2- هدف گذاری سطح
از هدف گذاری سطح برای تعیین حداقل سطح مورد نیاز در شبکه استفاده میگردد. با در نظر گرفتن هر سرویس جانبی به عنوان یک جریان و تقسیم بندی منحنیهای ترکیبی به بازههای انتالپی، با کمک معادله (1) حداقل سطح شبکه با مبدلهای حرارتی پوسته و لوله 2-1 گذره با جنس یکسان و با کمک معادله (2) حداقل سطح شبکه با مبدلهای حرارتی پوسته و لوله 2-1 گذره با جنس مختلط به دست میآید.
شامل 16 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود تحقیق اصلاح واحد اسید استیک شرکت پتروشیمی فن آوران به منظور کاهش مصرف انرژی به کمک تکنولوژی پینچ