No category

دانلود پایان نامه ارشد با موضوع تقطير، اكسرژي، انرژي

ميزان خوراك ورودي به برج و وارد كردن آن در دو مرحله يا بيشتر (وانکات و کسلر در سال 1993، اگراوال و هرون در سال 1997 وبمديوپادهي در سال 2002) ، محل ورود خوراك، ميزان و تعيين محل جريان برگشتي به برج، استفاده از چگالنده و جوش آور جانبي اضافي استفاده مي شود.در اين راستا، از نمودار اتلاف اكسرژي جهت مشخص كردن اهداف بهينه سازي در آناليز و طراحي فرآيندهاي شيميايي از جمله فرآيند تقطير ، بهره مي گيرند و در اكثر مواقع اطلاعات حاصل از اين آناليز، جهت ارائه راهكارهاي بالقوه با در نظر گرفتن معيارهاي از پيش تعيين شده ، به كار برده مي شود. استفاده از تحليل هاي گرافيكي ساده مانند فرآيند انتقال حرارت، انتقال حرارت و تقطير بصورت موازي و توزيع حرارت در برج تقطير در فهم هر چه بهتر اهداف تقطير ياري رسان است [6و11].
ليگف و همكارانش در سال 1996، برج تقطير را به عنوان واحد مبدل اكسرژي معرفي كردند كه اكسرژي حرارتي را به اكسرژي شيميايي تبديل مي كند و بر اساس اتلاف زياد اكسرژي در عمليات تقطير نوع جديدي از برج تقطير را با نام دياباتيك2 ارائه دادند كه در آن جوش آور و چگالنده با دو مبدل حرارتي پيوسته در خود برج تقطير جايگزين شدند. اين طراحي بر اساس مطالعات صورت گرفته، توليد انرژي در برج را به حداقل رسانده و در نتيجه اثرات اكسرژي را تا ماكزيمم مقدار خود افزايش مي دهد. از ديدگاه انرژي، برج دياباتيک كاهش عمده اي را در مصرف سيال واسطه اي كه جهت گرم كردن يا سردكردن مورد استفاده قرار مي گيرد نشان مي دهد و به تبع آن از نظر اقتصادي كاهش هزينه سرمايه گذاري را موجب مي شود[12].
از نقطه نظر اقتصادي و مهندسي، مطالعاتي كه در آنها ستونهاي تقطير با تعداد مراحل حرارتي فعال- استفاده ازجوش آور دروني و خنک کننده دروني 3 با ستونهاي تقطير مرسوم مقايسه مي شوند، در پالايشگاه ها از اهميت بالايي برخوردار است. مقاله اي در اين رابطه توسط سيراجوس و همکارانش در سال 2000 ارائه شده است.
مطالعات متعددي بر روي بهينه كردن برج هاي دياباتيک صورت گرفته است كه از آن جمله مي توان به پژوهشگران زير اشاره كرد:
رسجورد در سال 2005 ، ريورو در سال 2001، سايار و همكارانش در سال 1991، اسکالر و همكارانش در سال 2001،گيلين کويجر و ريکاردو ريورو در سال 2002 [8و9و13] . ريورو و دي کوايجر نرخ توليد انتروپي را بصورت تجربي در هر دو شرايط برج آدياباتيك و دياباتيك آب – اتانول بر اساس تئوري برگشت ناپذيري ترموديناميكي در سال 2003 به مرحله اجرا درآورند [14].
مطالعه علمي در سال 2005 هم توسط زيمپ و همكارانش انجام گرفت. نمودار اتلاف اكسرژي ميزان برگشت ناپذيري هر مرحله تعادلي را مشخص مي كند. با استفاده از نمودار اتلاف اكسرژي و نمودار انتالپي- دما براي ارزيابي بازده ترموديناميكي برج تقطير ، زيمپ توانست راه حل هايي جهت اصلاح برج تقطير ارائه دهد [15].
دوياني و همكارانش از آناليز اكسرژي براي تحليل عملكرد برج تقطير در سال 2007 استفاده كردند و نتايج اين تحقيق حاكي از اين بود كه اكسرژي خروجي نسبتاً پايين و شار برگشت ناپذيري توليدي در كل برج بصورت يكنواخت توزيع نمي شود و تنها در چگالنده،جوش آور و سيني ورود خوراك به برج از درجه اهميت بالاتري برخوردار است [16].
هويانگ و همكارانش در سال 2008 ، از فشار بخار بالاي تقطير جهت پيش گرم كردن خوراك ورودي استفاده كردند و يك برج تقطير حرارتي پيوسته4 را ارائه دادند كه بازده ترموديناميكي برج تقطير را بهبود مي بخشد [17].
قرباني و همكارانش در سال 2012 آناليز اكسرژي و ارزيابي اقتصادي مرتبط با آن را در فرآيند جداسازي گاز مطالعه كردند. در اين تحقيق بازده اكسرژي برج هاي دي-بوتانايز، دي-پروپانايز و دي- اتانايزر محاسبه شد و نتيجه حاكي از آن است كه بازده اكسرژي اين برجها بسيار پايين مي باشد و اين گونه برجهاي تقطير با اتلاف اکسرژي 64% بالاترين ميزان اتلاف را در كل تجهيزات پالايشگاهي گاز و نفت خام دارا ميباشند. پس از آنها مبدلهاي حرارتي با 15% اتلاف و كمپرسورها با 13% اتلاف به ترتيب در رده دوم و سوم از نظر اتلاف اكسرژي قرار دارند. اين تحقيق كه بر اساس مطالعات اقتصادي انجام گرفته است، موقعيت هايي بالقوه را براي اصلاح فرآيند پيشنهاد مي دهد[6].
کارلوس رودريکوايس و آنتنيو لاکردا آناليز اكسرژي را براي صنايع شيميايي، پتروشيمي و نفت انجام دادند و براساس ارزيابي هاي انجام گرفته و تعيين معيارهاي بهينه سازي ، پيشنهاداتي را در جهت اصلاح فرآيند ارائه دادند. در اين راستا برج تقطير و سيستم دياباتيك ايده آل مورد مطالعه قرار گرفته است. اتلاف اكسرژي و كار با استفاده از مفاهيم ساده تقطير مانند بهينه كردن محل خوراك ورودي محاسبه شد و بر اساس تابع ترمو- اقتصادي و بازدهي فرآيند، راه حل هايي براي بهبود عملكرد برج هاي تقطير رايج در صنايع پتروشيميايي ارائه شده است. نتايج اين تحقيق نشان داد كه تغييرات هر چند ساده در نقاط ورودي خوراك و انرژي در طول ستون تقطير افزايش 15% بازده را با مصرف انرژي ثابت به ارمغان خواهد آورد.
از نقطه نظر قانون دوم ترموديناميک، برج هاي تقطير مرسوم کاملاً ضعيف عمل مي کنند. يکي از راه هاي افزايش بازدهي در اين گونه برج ها استفاده از مبدل هاي حرارتي جهت توزيع گرماي اضافه شده و گرماي حذف شده در طول ستون تقطير مي باشد.
2-3-تحقيق‌هاي انجام شده پيرامون انتگراسيون داخلي برج تقطير
در اين قسمت به فعاليت هايي که در انتگراسيون حرارتي انجام گرفته، اشاره شده است.
اگوير و همکارانش در سال 1997? در مورد بهينه ي ترموديناميکي برج تقطير با استفاده از خنک کننده ها و گرم کننده هاي داخلي مطالعه کردند. در اين تحقيق در مورد اين که چگونه مي توان انرژي مصرفي در برج را با استفاده از تعيين مکان مناسبي براي خنک کننده و جوش آور جانبي به حداقل رساند? بحث و تحقيق شده است]11[.
باوساو همکارانش در سال 1998 روش اصلاحي در محاسبات حداقل انرژي براي برج تقطير را پيشنهاد دادند. روشهاي دسترسي آسان براي مخلوط غير ايده آل چند جزئي در برج تقطير ساده را مطرح کردند ]18[.
پانديوپادهايي و همکارانش در سال 1998 مطالعاتي بر روي نمودار دما و آنتالپي براي هدف قرار دادن انرژي در برج تقطير انجام داده اند .هدف از اين تحقيق رسيدن به حداقل جريان برگشتي براي برج هاي عملياتي متداول است]7[.
جاني و بيک پيترسون نيروي محرکه اي بر اساس اختلاف ترکيبات در برج را پيشنهاد دادند. که اين روش نياز به انتخاب ترکيبات کليدي در برج دارد و به عنوان تنها داده هاي تعادلي لازم و ضروري هستند اين مقاله در سال 2000 ارائه شده است ]19[.
ناکايوا و همکارانش در سال 2003 رويکرد جديدي را براي محاسبات داخلي در برج تقطير را مطرح کردند. روش انتگراسيون حرارتي دروني برج تقطير HIDiC) ) ? که اين روش مفاهيم بازده انرژي را در فرآيند تقطير بهبود داده است. همچنين گادالا و همکارانش در سال 2005 مقاله اي را با عنوان آناليز پينچ بر اساس تجزيه و تحليل رويکر طراحي انتگراسيون داخلي برج تقطير منتشر کردند . از نقطه نظر اقتصادي در سال 2006 ايواکبي و همکارانش پيشنهاداتي براي اين روش مطرح کردند و مقاله اي با عنوان صرفه جويي انرژي در جداسازي سيستم چند جزئي با استفاده از انتگراسيون حرارتي داخلي در ستون تقطير HIDiC) ) منتشر کردند]10و21و20[.
دي کوايجر و همکارانش در سال 2004 ? توزيع انتقال حرارت به وسيله آناليز نيروي محرکه و بهينه کردن انرژي در برج تقطير آدياباتيک را مورد مطالعه قرار دادند]22[.
دانيلو و همکارانش در سال 2007 و همچنين پتليوک و همکارانش در سال 2008 يک الگوريتم کلي براي محاسبه ي حداقل سرعت جريان برگشتي در برج تقطير ساده و ساختار يک برج برگشت پذير را پيشنهاد دادند ]23و24[.
مجتبي رسته در سال 1382 روش شبيه سازي برج هاي مزدوج را براي بهينه سازي برج متانول را مورد مطالعه قرار داده است . انتگراسيون حرارتي داخلي برج متانول را براي تلخيص متانول را در اين پايان نامه تشريح کرده است]1[.
2- 4- تحقيق‌هاي انجام شده پيرامون انتگراسيون حرارتي داخلي با استفاده از روش اکسرژي
در اين قسمت به فعاليت هايي كه در زمينه انتگراسيون حرارتي با به کار بردن رويکرد اکسرژي انجام گرفته، اشاره شده است.
محمد صابر در سال 1388 به بررسي بهبود کيفيت و راندمان مصرف انرژي در انتگراسيون حرارتي برج هاي تقطير با استفاده از رويکرد اکسرژي پرداخته است. در اين تحقيق شبيه سازي برج هاي مزدوج را به عنوان انتگراسيون حرارتي داخلي برج و همچنين محاسبه ي اکسرژي و اتلاف اکسرژي را براي بهينه شدن انرژي به صورت کامل تشريح داده شده است]2[.
رابين اسميت و همکارانش در سال 2011 روش جديدي را براي بهينه سازي برج تقطير پيشنهاد داده اند. در اين تحقيق به بهينه سازي ترموديناميکي در برج تقطير پرداخته شده است. به معرفي نيروي محرکه ي جديدي با استفاده از اتلاف اکسرژي و به کار بردن مبدل هاي جانبي در برج پرداخته است که منجر به بهبود کيفيت و راندمان مصرف انرژي مي شود] 26[.
2-5- نتيجه‌گيري
در مطالعاتي که پيرامون انتگراسيون حرارتي داخلي برج تقطير صورت گرفته است? تعداد حالات مختلفي را براي بررسي وضعيت بهينه سازي انرژي برج پيشنهاد داده شده است اما هنوز به 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، 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. براي اين منظور ابتدا لازم است آگاهي کافي از مفاهيم اکسرژي و انتگراسيون حرارتي داخلي برج تقطير وجود داشته باشد. در دو فصل آينده مفاهيم اکسرژي و انتگراسيون حرارتي داخلي برج تقطير توضيح داده خواهند شد
فصل سوم
مفاهيم اكسرژي
3-1- مقدمه
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.
اکسرژي نشاندهنده پتانسيل واقعي يک سيستم براي انجام کار مطلوب است، بنابراين، آناليز برمبناي اکسرژي هنگامي که گونه هاي مختلف انرژي در مقايسه با هم هستند? مهم مي باشد. آناليز اکسرژي مي تواند در شناسايي عوامل? موقعيتها و مقدار ناکارآمدي هاي سيستم مفيد باشد. وقتي سيستمي از حالت ايده آل انحراف پيدا مي کند تلفات در آن سيستم رخ مي دهد.
شناسايي مقدار تلفات و علت آن ها بسيار مهم بوده و در افزايش راندمان اکسرژي موثر است. تلفات اكسرژي مقدار كمي انحراف از حالت ايده ال را نشان مي‌دهد كه ناشي از اتلاف اكسرژي منتشر شده و يا در اثر برگشت‌ ناپذيري داخلي در فرايند مي‌باشند.
دراين فصل مفهوم اکسرژي، راندمان اكسرژي و تلفات اكسرژي بيان شده و انواع اکسرژي جنبشي، پتانسيل، الکتريکي و… معرفي شده اند.
3-2- مفهوم اکسرژي
جهت درك بهتر مفهوم اکسرژي ، بيان تفاوت ماده و انرژي ضروري است. انرژي و ماده فقط مي توانند به اشکال مختلف تبديل شوند و نميتوانند ايجاد و يا مصرف شوند و اين يک اصل كلي در طبيعت است.
نيرو محرکه جريان انرژي و ماده در سيستم، کيفيت است. کيفيت انرژي و ماده به طور مداوم در جريان عبور به درون سيستم رو به هدر رفتن است. اين وضعيت در صورتي است که جريان يک مسير مشخص داشته باشد و به زمان وابسته باشد. هنگامي که انرژي و ماده در داخل يک سيستم جريان دارند، بخش بسيار کوچک آن در سيستم

مطلب مشابه :  پایان نامه رایگان دربارهدانشگاه تهران

دیدگاهتان را بنویسید