No category

دانلود پایان نامه ارشد با موضوع انرژي، تقطير، حرارتي

آب? روغن هاي داغ و يا کوره ها هستند. اجزاء سبک تبخير شده و به فاز بخار وارد مي شوند در حالي که اجزاء سنگين ميعان مي يابند و از فاز بخار به فاز مايع منتقل مي شوند ]2[.
بخارات داغ در داخل برج به سمت بالا حرکت مي کنند و با مايعاتي که به سمت پايين حرکت مي کنند در چندين مرحله روي سيني ها تماس پيدا مي کنند و در صورت وجود زمان کافي به تعادل مي رسند . بخارات در بخش بالاسري که غني از اجزاء سبک است ميعان مي يابند . بخشي از اين مايعات به برج برگشت داده مي شوند و بخشي به عنوان محصول از بالاي برج خارج مي شود . شکل ( 1-1 ) نماي کلي يک برج تقطير را نشان مي دهد ]2[.
گرماي حاصل از ميعان اغلب به هوا يا آب و يا هر دو منتقل مي شود وگاهي نيز به عنوان پيش گرمکن جريان خوراک و يا در ساير موارد استفاده مي شود. در واقع مقدار اين انرژي قابل ملاحظه است و همين امر بازيافت آن را جذاب تر مي کند. اما به دليل سطح دمايي پايين تر آن در مقايسه با ديگر مراحل برج به خصوص جوش آور، امکان استفاده مفيد از آن براي گرمايش وجود ندارد . به علاوه بخشي از آن نيز به وسيله تشعشع و جابه جايي از بدنه برج به محيط منتقل مي شود ]2[.
[2]شکل 1-1 نماي کلي يک برج تقطير
انرژي حرارتي تزريق شده در جوش آور خرج تبخير مايع غني از اجزاء سنگين شده و از آن طرف انرژي ياد شده براي تأمين جريان برگشتي خارجي دور ريخته مي شود. به هر حال اين انرژي را به خاطر دماي پايين چگالنده نسبت به ساير مراحل نمي توان بازيابي کرده و مورد استفاده قرار داد ]2[.
1-3- بيان روش هاي بهبود راندمان مصرف انرژي در برج تقطير
تعداد حالات مختلفي براي بررسي وضعيت بهينه سازي انرژي برج در گذشته پيشنهاد شده است که شامل :
– بررسي وضعيت تعداد سيني ها يا سرعت جريان برگشتي
– تعيين سيني خوراک ورودي
– به کار بردن جوش آور و خنک کننده جانبي در طراحي مسائل ترکيبي
– انتگراسيون حرارتي داخلي
يکي ازجديد ترين روش هاي مورد استفاده براي بهبود راندمان مصرف انرژي انتگراسيون حرارتي داخلي است.
در يک برج تقطير متعارف? دماي بخش جذب پايين تر از بخش دفع است و لذا نمي توان انرژي جوش آور را در چگالنده استفاده کرد. حال اگر بخش جذب داراي فشار قابل ملاحظه تري نسبت به بخش دفع باشد? آنگاه مي توان در بخش جذب به دماي بالاتري رسيده و انرژي جوش آور را صرفه جويي کرد.
رويکرد ديگري که مطرح است? بررسي بهبود راندمان برج با در نظر گرفتن انتگراسيون حرارتي داخلي برج و تأثير بار حرارتي جوش آور و خنک کننده جانبي بر روي راندمان برج به طور همزمان،که هنوز به درستي به آن پرداخته نشده است. با استفاده از يک روش مناسب و طراحي جديد مي توان به بهترين مقدار بار حرارتي و بهترين مکان براي مبدل جانبي دست يافت که به بهبود راندمان انرژي مصرفي برج کمک مي کند. در اين پايان نامه اين رويکرد جديد مورد بررسي قرار گرفته است]2[.
1-4- ضرورت انجام پژوهش
بهينه سازي از طريق شبيه سازي هاي سيستماتيک براي کل تنظيمات موجود? از لحاظ زماني و محاسبات احتياج به زمان طولاني داشته و بسيارسخت و مشکل است همچنين از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نيست. روش متداول بهبود بازده انرژي در برج تقطير، استفاده از حداقل شرايط ترموديناميکي ستون ها براساس مدل برج هاي برگشت پذير مي باشد. در گذشته تعداد بيشماري از مجلات و نشريه ها با بررسي و انجام محاسبات لازم? استفاده از برج هاي برگشت پذير براي سيستم هاي دوتايي و اهميت آن را مورد مطالعه قرار داده اند ]3 و 4[.
تنظيمات حداقل شرايط ترموديناميکي برج براي سيستم هاي دوتايي در شکل ( 1-2 ) نمايش داده شده است. در اين نمودار شرايط نيروي محرکه صفر در هر سيني مورد نياز در يک برج با تعداد سيني هاي نامحدود در بي نهايت مبدل هاي جانبي در نظر گرفته شده است. در هر برج خط عملياتي و خط تعادل همزمان در امتداد کل برج بر هم منطبق خواهد شد. نمودار برج برگشت پذير، به وسيله ي حل هم زمان معادلات عملياتي و تعادلي به دست مي آيد.
در سيستم هاي چندگانه، صرفاً در جداسازي هاي محدود وضعيت يک برج برگشت پذير به دست خواهد آمد ]1[ .
[2] شکل 1-2 نمودار برج برگشت پذير براي سيستم دوتايي
در برج برگشت پذير چندگانه ترکيبات سبک به صورت کامل از محصول پايين برج و ترکيبات سنگين از محصول بالاي برج حذف گرديده و ترکيبات تقطير شده پايين برج اهميت بيشتري دارند.. يک روش پيشنهادي براي جداسازي مخلوط چند جزئي در برج و امکان ايجاد شرايط برگشت پذيري? تخمين شرايط حداقل جريان برگشتي است که نيازمند محاسبات گسترده در قسمت برگشت پذيري برج جهت تعيين نقطه پينچ مي باشد. اخيرا مطالعاتي در اين زمينه صورت گرفته است و يک الگوريتم کلي براي محاسبه حداقل سرعت جريان برگشتي در برج تقطير ساده و ساختار يک برج برگشت پذير پيشنهاد داده شده است.
نمودار دما- آنتالپي يک روش پيشنهادي براي برج هاي برگشت پذير است. اين نمودار براي تخمين بار جوش آور و خنک کننده جانبي در برج هاي واقعي به کار برده مي شود و هدف رسيدن به شرايط حداقل جريان برگشتي براي ستون هاي عملياتي متداول مي باشد. نمودار هاي برگشت پذير به عنوان هدف براي بار حرارتي مبدل در برج هاي واقعي به کار برده مي شود ] 6 و 7.[
در سيستم هاي دوجزئي محاسبه ي نمودار برگشت پذير آسان است و دو داده تعادلي با استفاده از نتايج حاصل از شبيه سازي به دست مي آيد. به کار بردن اين روش در سيستم هاي چندجزئي و ترسيم نمودار برج واقعي و برج برگشت پذير در ترکيبات مختلف بسيار گسترده و دشوار است بنابراين امکان دارد برج برگشت پذير به صورت برج برگشت ناپذير آدياباتيک شود و شناسايي آن پيچيده باشد ]6[ .
مشکل اصلي به کاربردن نمودار برج برگشت پذير? تعيين ناحيه اي براي جوش آور و خنک کننده جانبي در برج ايده آل (بدون در نظر گرفتن نيروي محرکه) مي باشد در صورتي که در برج واقعي نيروي محرکه? نامعين توصيف شده است.
روشهايي جهت توسعه طراحي برج تقطير به وسيله ي آناليز توزيع نيروي محرکه پيشنهاد داده شده است. يکي از اين رويکردها در برج تقطير آدياباتيک است جايي که گرما اضافه و يا به وسيلهي مبدل ها خارج مي شود. در اين برج انتخاب صحيح بار حرارتي و دماي انرژي هاي جانبي1 منجر به بهبود توزيع نيروي محرکه مي شود و به طور کلي بازده قانون دوم ترموديناميک بهتر مي شود ]8 و 9[.
رويکرد ديگر انتگراسيون حرارتي دروني برج تقطير است HIDIC))که در اين روش برج اصلي به دو برج جذب و دفع تقسيم مي شود که با استفاده از انرژي توليد شده در قسمت بالايي بخش دفع و تعدادي مبدل هاي حرارتي جانبي انتگراسيون حرارتي اتفاق مي افتد و گرماي موجود در بخش دفع گرماي مورد نياز قسمت جذب را تأمين مي کند]10 .[
در حاليکه هر دو برج قسمت انتگراسيون حرارتي و روش برج برگشت پذير آدياباتيک، مفاهيم بازده انرژي در فرآيند تقطير بهبود داده است اما اجراي آنها در عمل نياز به يک ستون نسبتاً پيچيده با بسياري از مبدل هاي جانبي دارد. با اين وجود موقعيت مناسب مبدل هاي حرارتي و مفاهيم انرژي براي تغييرات مورد نياز در ستون تقطير به درستي مورد بررسي قرار نگرفته است.
1-5- اهداف و نوآوري پژوهش
در اين پژوهش سعي شده است مکان مناسبي براي مبدل جانبي به منظور ايجاد بار حرارتي هدف و در نتيجه صرفه جويي در مصرف انرژي تعيين شود که براي رسيدن به اين هدف از حداقل اتلاف اکسرژي به عنوان نيروي محرکه جديد (جايگزيني براي نيرو محرکه هاي اختلاف دما و اختلاف پتانسيل در برج ) استفاده شده است.
1-6- ساختار پژوهش
كليه‌ي مطالعات و فعاليت‌هاي انجام شده در اين پايان‌نامه در قالب 6 فصل جداگانه به شرح زير ارائه شده است:
در فصل اول مقدمه اي از برج تقطير و اهميت اقتصادي آن ورويکردهايي که منجر به بهينه شدن انرژي در فرآيند برج تقطير ميشود? آمده است و در پايان اين فصل اهداف و نوآوري اين تحقيق بيان شده است. در فصل دوم توضيحاتي در خصوص مطالعاتي که محققين در زمينهي انتگراسيون داخلي برج تقطير و کاربرد اکسرژي در برج انجام داده‌اند، بيان شده است.
در فصل سوم مفهوم اکسرژي و روش محاسبه ي اکسرژي در برج تقطير و همچنين محاسبه ي اتلاف اکسرژي در هر يک از سيني هاي برج مورد مطالعه قرار گرفته است.
درفصل چهارم، انتگراسيون حرارتي داخلي برج و روش شبيه سازي آن مطرح شده است. در ادامه از اهميت رسم نمودار دما و تعيين نيروي محرکه برج تقطير گفته شده است. در انتها روش محاسبه ي نيروي محرکه ي جديدي براي برج با استفاده از اکسرژي و بيان الگوريتمي جهت محاسبهي حداقل اتلاف اکسرژي بيان شده است و همچنين کاربرد استفاده از حداقل اتلاف اکسرژي براي مشخص شدن بار حرارتي هدف و تعيين محل مناسب مبدل هاي جانبي بحث شده است.
در فصل پنجم برج تقطير واحد دي بوتانايزر پالايشگاه شيراز مورد تحقيق و بررسي قرار گرفته است. در ابتداي فصل توضيح مختصري از اين واحد داده شده است . در ادامه انتگراسيون حرارتي داخلي اين واحد شبيه سازي شده و در پايان، طرح مطرح شده در فصل سوم روي اين برج بررسي کرده و نتايج و نمودارهاي آن بيان شده است.
در فصل آخر مقايسه‌اي بين رويکرد پيشنهادي در اين پايان نامه با روش هاي گذشته? صورت گرفته است و نتيجه استفاده از اين روش نيز بيان شده است.
فصل دوم
مروري بر تحقيق‌هاي انجام‌شده
2-1- مقدمه
عمليات تقطير، متداول‌ترين فرآيند براي جداسازي مواد محسوب مي‌شود و از طرف ديگر، پرخرج‌ترين واحد از نظر ميزان مصرف انرژي است. اين فرآيند سهم قابل ملاحظه‌اي از مصرف انرژي را در صنعت به خود اختصاص داده است؛ لذا امروزه با توجه به افزايش بي‌رويه مصرف حامل‌هاي انرژي و همين‌طور، قيمت‌هاي جهاني انرژي، تلاش براي يافتن راه‌کارهايي جهت صرفه‌جوئي انرژي در عمليات تقطير، اهميتي دوچندان يافته است.
براي بهبود راندمان مصرف انرژي دربرج‌هاي تقطير، ايده‌هاي زيادي موجود است. يکي از جديدترين آنها، انتگراسيون حرارتي داخلي با استفاده از مفاهيم اکسرژي است. اکسرژي مفهوم تازهاي نيست اما براي يک مدت طولاني، تقريباً فراموش شده بود، ولي در چند سال اخير به خاطر استفاده از منابع جديد انرژي و روشهاي کارايي انرژي، دوباره مورد توجه قرار گرفته است. . ارزيابي بخش مفيد انرژي، بخشي که ميتواند کار مکانيکي انجام دهد، در واقع ارزيابي کيفيت انرژي است و اين موضوع از سالها پيش مورد توجه دانشمندان بوده است.
در اين فصل به معرفي فعاليت هايي که در زمينه اکسرژي و انتگراسيون حرارتي داخلي صورت گرفته? اشاره شده است.
2-2- تحقيق‌هاي انجام شده پيرامون اکسرژي
در اين قسمت به فعاليت هايي که در زمينه اكسرژي انجام گرفته، اشاره شده است.
اين ايده براي اولين بار در سال 1974 توسط فونيو ارائه شد و پس از آن روش هاي مختلفي جهت بهينه کردن بازده قانون دوم ترموديناميک از جمله مينيمم کردن توليد انتروپي و اتلاف اکسرژي براي فرايند تقطير پيشنهاد گرديد. در جهت دستيابي به اين اهداف ، مطالعات صورت گرفته است . توليد انتروپي در بخش هاي مساوي توسط توندور و کوالن در سال 1987، تقسيم مساوي نيروهاي برج (EOF) توسط راتکج و همکارانش در سال 1995، فواصل مساوي ترموديناميکي (ETD) توسط سالومون و همکارانش در سال 1998 نمونه هايي از اين گونه مطالعات است [3و4] .
لينگهف و دهول برج تقطير را بر اساس پروفايل اتلاف انر‍‍ژي براي هر مرحله تعادل ترموديناميكي در سال 1993 تحليل و بررسي كردند [6]. جهت بهينه سازي برج تقطير از روش هايي نظير پيش گرم كردن يا خنك كردن خوراك ورودي (لينگهف و دهول در سال 1993)، تقسيم كردن

مطلب مشابه :  دانلود پایان نامه ارشد با موضوعمصرف کننده

دیدگاهتان را بنویسید