26306

تعميم ماتريس جداسازي/واكنش به برج‌هاي تقطير واكنشي يكپارچه حرارتي (R-HIDiC)

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي-گرايش مدلسازي، شبيه سازي و كنترل

1400

1400/9/30

نوراله كثيري، اميرحسين خليلي گركاني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

اگرچه تقطير پركاربردترين روش جداسازي در صنايع شيميايي است، اما مصرف انرژي بالا و بازدهي پايين ترموديناميكي از جمله معايب مهم اين فرآيند است. يكپارچه¬سازي حرارتي به عنوان يكي از جديدترين و مؤثرترين روش¬هاي كاهش مصرف انرژي و بهبود عملكرد در برج¬هاي تقطير (HIDiC) و تقطير واكنشي (R-HIDiC)، در سال¬هاي اخير مورد توجه محققين قرار گرفته است. از آن¬جايي كه يكپارچه¬سازي حرارتي در برج تقطير نياز به شبيه¬سازي اوليه دارد، بررسي آن در مرحله سنتز فرآيند تاكنون انجام‌نشده است و همچنين حالت¬هايي از يكپارچه¬سازي حرارتي كه تاكنون ارائه‌شده محدود به حالت¬هاي خاص و تكراري است. در اين پايان¬نامه ابتدا ادبيات و لزوم برج¬هاي يكپارچه حرارتي و تقطير واكنشي/يكپارچه حرارتي را بررسي كرده و به مطالعه تحقيقات انجام‌شده در اين موضوع مي¬پردازيم. در فصل سوم نسخه قبلي ماتريسي انتگراسيون حرارتي HIDiC بررسي‌شده و اصلاحات لازم روي آن اعمال‌شده است تا فضاي جستجوي كاملي از چيدمان¬هاي انتگراسيون حرارتي HIDiC ارائه دهد. سپس تغييرات جديدي در آخرين نسخه الگوريتم ماتريس جداسازي/واكنش تقطير واكنشي همراه با جريان برگشتي در حالت مصرف كامل جزء واكنش‌دهنده ايجادشده است. در انتها الگوريتم ماتريس جداسازي/واكنش به توليد چيدمان¬هاي انتگراسيون حرارتي HIDiC توسعه‌يافته است. در فصل چهارم ضمن معرفي مطالعه موردي فرآيند توليد دي¬متيل كربنات، چيدمان¬هاي آن با استفاده از الگوريتم ماتريس جداسازي/واكنش توسعه داده‌شده است. چيدمان¬هاي بدست آمده با استفاده از الگوريتم ژنتيك بهينه¬سازي شده و نتايج بهينه¬سازي به‌عنوان چيدمان پايه جهت شبيه-سازي و بررسي چيدمان¬هاي انتگراسيون حرارتي HIDiC بدست آمده از الگوريتم، مورداستفاده قرارگرفته است. درنهايت ضمن معرفي چيدمان¬هاي جديد انتگراسيون حرارتي، تمامي چيدمان¬ها در اين فرآيند ازلحاظ موارد مختلف مقايسه شده¬اند و چيدمان بهينه جهت كاهش مصرف انرژي و هزينه كلي ساليانه بدست آمده است. چيدمان بهينه توانسته تا حدود 42% هزينه كلي ساليانه و مصرف انرژي كلي را نسبت به چيدمان پايه كاهش دهد. از نكات برجسته اين پايان¬نامه معرفي يكپارچه‌سازي حرارتي HIDiC دو برج مجزا، يكپارچه-سازي حرارتي مؤثر ستون پرفشار در جداسازي تركيب آزئوتروپي و يكپارچه‌سازي حرارتي ستون تقطير واكنشي در فرآيند توليد دي¬متيل كربنات مي¬باشد.

1401/01/17

Developing Reaction/Distillation Matrix to Heat-Integrated Reactive Distillation Columns (R-HIDiC)

12/21/2022 12:00:00 AM

Though distillation is the most practical method in chemical industries, but its energy consumption and thermodynamic efficiency are high and low respectively. Heat integration as one of the newest and most effective methods in energy consumption reduction of distillation columns (as HIDiC) and reactive distillation columns (as R-HIDiC), attracted many researches recently. Since heat integration in distillation columns needs initial simulation, it’s never studied in process synthesis step and the proposed conditions of heat integration are limited to the special and repeated states. In this thesis, first we studied the concepts and necessities of using heat-integrated columns and R-HIDiCs and then investigated the previous studies in this field. In the 3rd season, the previous version of heat-integrated configurations matrix algorithm is considered to explain its shortage to generate some possible arrangements and then these deficiencies are tried to be solved to make a complete search space of heat-integrated configurations. After that, some changes are applied to reaction/distillation matrix algorithm to cover the RD systems in which one of the reactants is relatively completely assumed through the reaction and in the presence of recycled stream. And finally reaction/distillation matrix algorithm is developed to generate heat-integrated configurations. In the 4th season, after introducing the selected case study which is dimethyl carbonate production process, its sequences are generated by using reaction/distillation matrix algorithm and then these base configurations are optimized by genetic algorithm. The optimization results are used as the base simulation to simulate and study the heat-integrated arrangements which are obtained by using the proposed algorithm. Some new arrangements of external heat-integrated distillation columns are introduced and then the results of all simulated configurations are compared in aspects of different specifications. As the result, the optimum heat-integrated arrangement could reduce total energy consumption and total annual cost (TAC) about 42% in compared to base configuration. The highlight points of this dissertation are introducing new arrangements of heat-integration between two different columns, effective heat integration of high pressure column in separation of azeotropic mixture, and R-HIDiC structure in dimethyl carbonate production process.

برج تقطير واكنشي يكپارچه حرارتي , برج تقطير يكپارچه حرارتي , توسعه ماتريس جداسازي/واكنش به يكپارچه¬سازي حرارتي , سنتز فرآيند , ماتريس جداسازي/واكنش

Heat-integrated reactive distillation column , Heat-integrated distillation column , Development reaction/distillation matrix algorithm to heat-integrated arrangements , Process synthesis , Reaction/distillation matrix

Nargess Eyvazi-Abhari

Norollah Kasiri,Amirhossein Khalili-Garakani