15729

15729

ارائه الگويي جديد براي سنتز چيدمان برج هاي تقطير با استفاده از روش هاي انتگراسيون فرآيند

دكتري

ارديبهشت ماه1395

ارديبهشت ماه1395

دكتر نوراله كثيري - دكتر جواد ايوك پور

شيمي

چكيده تقطير مهمترين و پركاربردترينفرآيند جداسازي در صنايع شيميايي است.رويكرد ترموديناميكي در فرآيندهاي جداسازي مي¬تواند از مشكلات اينفرآيندها نظير هزينه بالاي انرژي مصرفي، ناكارآمدي ترموديناميكي سيستم و تخريب¬هاي زيست محيطي بكاهد.در اين پروژه از آناليز اكسرژي براي ارزيابي و بهبود عملكرد چيدمانبرج¬هاي تقطير در كنار آناليز اقتصادي بهره گرفته شده است. اين پژوهش به دو بخش تقسيم شده است. در بخش اول يك روش ماتريسي براي توليد فضاي جستجو چيدمان¬هاي برج¬هاي تقطير (با تعداد كمتر از n-1 برج) بصورت سيستماتيك ارائه شده است. فضاي جستجوي كامل ارائه شده امكان دستيابي به چيدمان بهينه را افزايش مي¬دهد. ماتريس جداسازي پيشنهادي در اين كار، بيان ديگري از روش شناخته شده بيان شبكه‌اي مي‌باشد. روش ارائه شده قادر است، انواع چيدمان¬هاي زوج حرارتي، معادل ترموديناميكي، كاهش¬يافته، چيدمان¬هاي يكپارچه جرم و حرارت و چيدمان¬هايي با برج¬هاي ديواره تقسيم را توليد كند. روش ابداعي براي تركيبات سه و چهارجزيي ارائه شده است، اما قابليت استفاده از آن براي هر تعداد از اجزا وجود دارد. در بخش دوم طراحي چيدمان برج¬هاي تقطير مدنظر قرار گرفته است. در اين بخش هدف ارائه الگوريتمي براي انتخاب چيدمان بهينه است، كه از آناليز اكسرژي براي كاهش فضاي جستجو بهره مي¬برد. هدف رسيدن به چيدماني با كمترين ميزان هزينه ساليانه و ميزان تلفات اكسرژي مي¬باشد. تمامي چيدمان¬هاي ساده و پيچيده مورد بررسي قرار گرفته است. در ابتدا تمامي چيدمان¬ها بصورت مجزا شبيه-سازي و بهينه¬سازي شده و به عنوان بانك اوليه براي آزمايش عملكرد روش كاهش فضاي جستجو مورد استفاده قرار مي¬گيرند. سپس بر مبناي توزيع اتلاف اكسرژي در برج¬هاي موجود در چيدمان، با حذف چيدمان‌هاي غيربهينه و محدود كردن چيدمان‌هاي بهينه ممكن حجم محاسبات كاهش مي‌يابد. بدين جهت با توجه به نمودار اتلاف اكسرژي، بخش¬هاي مرتبط با بيشترين تلفات، بين برج¬هاي متوالي جابجا شده و در نتيجه چيدمان¬هاي جديد توليد مي¬گردد. نتايج بيانگر كاهش قابل توجه محاسبات و تعداد چيدمان¬هاي مورد بررسي در جداسازي¬هاي قطعي و غيرقطعيمي¬باشد. همچنين مقايسه نتايج حاصل از الگوريتم با بانك داده تهيه شده از بررسي تك تك چيدمان¬ها نشانگر دقت عملكرد الگوريتم پيشنهادي مي¬باشد. نتايج حاصل از الگوريتم پيشنهادي نشان مي¬دهد كه اين روش مي¬تواند در مواردي تا 50% تعداد گزينه¬هاي مورد نظر را كاهش دهد. واژگان كليدي فارسي: سنتز فرآيند، چيدمان برج¬هاي تقطير، آناليز اكسرژي،كاهش فضاي جستجو