20820

۲۰۸۲۰

طراحي و انتخاب چيدمان بهينه برج‌هاي تقطير در فرآيند الفين

كارشناسي ‌ارشد

مهندسي شيمي

۱۳۹۵-۱۳۹۸

۱۳۹۸/۲/۳

دكتر نوراله كثيري - دكتر اميرحسين خليلي گركاني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

چكيده فرآيندهاي جداسازي گاز با دماي پايين، به علت هزينه بالاي تأمين سرمايش، هزينه كلي ساليانه بالايي دارند. بخش سرد واحد الفين كه شامل مجموعه‌اي از برج‌هاي تقطير است، در اين دسته از فرآيندها قرار مي‌گيرد و به دليل اينكه محصولات اين بخش خوراك بسياري از واحدهاي پايين‌دستي پتروشيمي را تأمين مي‌كند، هرگونه ايجاد بهبود در هزينه‌هاي اين واحد منجر به كاهش قابل توجهي در هزينه تأمين ساير محصولات مرتبط خواهد شد. براي ايجاد اين بهبود، در بخش مذكور پتانسيل بالايي وجود دارد. از جمله كارهايي كه به نظر مي‌رسد در اين جهت مفيد باشد، بررسي چيدمان برج‌هاي تقطير مختلف ممكن است. تركيبات صنعتي معمولا بيش از دو جز دارند و مسائل سنتز چيدمان برج‌هاي تقطير با بيش از دو جز، به دليل وجود احتمالات مختلف براي اين چيدمان‌ها، با پيچيدگي‌هايي روبرو هستند. بنابراين استفاده از امكانات نرم‌افزاري جهت مكانيزه كردن هرچه بيشتر اين عمليات مي‌تواند سودمندي بسياري به همراه داشته باشد. در پايان‌نامه حاضر چيدمان‌هاي ساده و پيچيده برج¬هاي جداسازي بخش سرد واحد الفين مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور از الگوريتم ماتريس جداسازي جهت توليد چيدمان‌هاي مختلف، از روش شبيه‌سازي ميانبر در تعيين فشار عملياتي و همچنين به عنوان حدس اوليه ساير پارامترهاي طراحي براي روش شبيه‌سازي دقيق در نرم‌افزار اسپن پلاس و از الگوريتم ژنتيك جهت بهينه‌سازي چيدمان‌هاي توليد شده استفاده شده است. در نهايت همه چيدمان‌ها در شرايط بهينه خود از نظر هزينه و اتلاف اكسرژي، نسبت به هم مقايسه و طبقه‌بندي شده¬اند. همه اين مراحل به ترتيب و به صورت خودكار در محيط نرم‌افزار متلب انجام شده و از قابليت اتصال اين نرم‌افزار به نرم‌افزار اسپن پلاس جهت انجام مرحله شبيه‌سازي استفاده شده است. پنج مطالعه موردي از خوراك بخش سرد واحدهاي الفين مختلف با استفاده از اين روش مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج چهار مطالعه اول حاكي از عملكرد بهتر چيدمان‌هاي ساده نسبت به چيدمان‌هاي پيچيده است. اما در مطالعه آخر به دليل شرايط خوراك متفاوت، يك چيدمان پيچيده نسبت به اولين چيدمان ساده منجر به 84/7 درصد صرفه‌جويي در هزينه كلي ساليانه شد. واژه‌هاي كليدي: سنتز فرآيندها، چيدمان برج‌هاي تقطير، بخش سرد واحد الفين، الگوريتم ژنتيك

1398/04/11

Design and Optimization of Olefin Plant Distillation Columns Sequences

7/2/2019 12:00:00 AM

Low temperature gas separation processes have a high Total Annual Cost, TAC. Because performing of low temperatures is more expensive. The olefin plants cold end which consists of a train of distillation columns is one of these processes. The economic aspects of olefin plants are of much interest and importance as they provide many downstream petrochemical plants feeds, thus any possible improvement in their costs indirectly affect other affiliated downstream industries costs, significantly. There are significant improvement potentials to reduce the costs of the olefin plants cold end. Study about various possible distillation columns sequences of this plant as one of the mentioned potentials, could be an important. Industrial separations are usually multicomponent and synthesis of distillation columns sequences problems with more than two components separations are made complex due to the various possible options, thus using software to do these works more automated could be a beneficial. In this thesis, simple and complex sequences of the cold end of an olefin plant are studied. So, separation matrix, SM, algorithm is used to generate various configurations. Shortcut method is used to determine columns operating pressures and as an initial guess of other parameters for rigorous method in Aspen Plus environment. Genetic algorithm is then used to optimize sequences. All sequences are then compared against each other under their optimum conditions considering sequences costs and exergy losses. All these steps are performed respectively and automatically using the Matlab environment and connection capability of this software to Aspen Plus is used in simulation stage. Five case studies of various feed streams of olefin plants cold end are checked using this approach. The first one confirmed the confidences of the approach for the later studies. The results of four case studies showed that the simple sequences are better than the complex ones. But in the fifth case study due to different feed stream specifications, a complex configuration was selected as the one with the best economic performance according to TAC with a performance 8.51% better than the first simple sequence. Keywords: Process synthesis, Distillation columns sequences, Olefin plant cold end, Genetic algorithm