18963

۱۸۹۶۳

تعميم ماتريس جداسازي/ واكنش به شمول واكنش‌هاي پيچيده‌تر

كارشناسي ارشد

مدل سازي، شبيه سازي و كنترل

۱۳۹۴-۹۶

۱۳۹۶/۱۲/۱۵

دكتر نوراله كثيري

دكتر اميرحسين خليلي گركاني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

جهت انتخاب بهترين گزينه فرآيندي براي سيستم¬هاي جداسازي/ واكنش به عنوان اساس اكثر واحدهاي شيميايي، نياز به روشي سيستماتيك براي توليد گزينه هاي مختلف و بررسي دقيق آن ها وجود دارد كه قبلا روشي با عنوان ماتريس جداسازي/ واكنش بدين منظور ارائه شده است. در پژوهش حاضر ابتدا الگوريتم نسخه اول براي حل مشكل از دست رفتن نقاطي از فضاي جستجو اصلاح شده و به گونه اي تغيير يافت كه قابل تعميم به واكنش هاي پيچيده تر باشد. سپس الگوريتم ماتريس به واكنش هاي چندگانه با هر تعداد جزء در واكنش و سيستم توسعه يافت. در مرحله بعد، توسعه ماتريس براي توليد چيدمان هاي سيستم هاي داراي آزئوتروپ دوجزئي انجام شد. در مرحله آخر امكان توليد گزينه تقطير واكنشي به الگوريتم ماتريس جداسازي/ واكنش افزوده شد. در هر مرحله از توسعه ماتريس جداسازي/ واكنش، الگوريتم به منظور بررسي عملكرد بر روي يك فرآيند شيميايي پياده سازي شد. پس از اصلاح نسخه اوليه ماتريس، الگوريتم بر روي فرآيند ايزومريزاسيون نرمال بوتان پياده سازي شد. با توجه به مشابه بودن اجزاي سيستم بررسي شده با فرآيند بازيابي NGL، با انجام شبيه سازي و محاسبات اقتصادي بر روي چيدمان هاي توليد شده توسط ماتريس، 8 چيدمان بهتر براي جداسازي اجزاي خوراك واحد بازيابي NGL پيشنهاد شد. در مرحله دوم، ماتريس به واكنش هاي چندگانه با تعداد اجزاي بيشتر و سيستم هاي داراي آزئوتروپ دوجزئي توسعه يافت و بر روي فرآيند توليد اتانول، شامل آزئوتروپ آب و اتانول، پياده سازي شد. در مرحله آخر، نسخه نهايي ماتريس جداسازي/ واكنش كه تقطير واكنشي را نيز شامل مي شد، بر روي فرآيند توليد كيومن پياده سازي شد و چيدمان هاي معمولي و تقطير واكنشي براي اين فرآيند توليد شده و شبيه سازي شدند. با بررسي و مقايسه چيدمان هاي به دست آمده در اين مرحله، 4 چيدمان كم هزينه تر براي فرآيند متداول توليد كيومن پيشنهاد شد. بررسي هاي انجام شده بر روي اين فرآيند نشان داد كه چيدمان تقطير واكنشي 52% هزينه سالانه كل كمتري نسبت به كم هزينه ترين چيدمان معمولي مربوط به اين فرآيند دارد.

1397/03/27

Extention of the Reaction/ Separation Matrix to Inclusion of More Complicated Reactions

6/17/2018 12:00:00 AM

In order to choose the best process alternative for reaction/ separation systems as the basis of most chemical plants, a systematic method for generation and evaluation of the alternatives is required. For this purpose, a reaction/distillation matrix has been introduced previously. In the present research, first the algorithm of the first version of the matrix is modified to solve the problem of missing some areas of the search space and it is altered in a way that it can be extendible to more complicated reactions. Then, the algorithm of the matrix was extended to include multiple reactions with any number of components in the reactions or in the system. At the next step, the matrix was developed to include the azeotropic systems. At the last stage, matrix algorithm was developed to include reactive distillation. At every stage of the reaction/ separation matrix algorithm development, the algorithm was implemented on a chemical process for performance evaluation purposes. After the modification of the first version of the matrix algorithm, it was implemented on a normal butane isomerization process. According to the similarity of the components of the considered system wih NGL recovery process feed, after performing the simulations and economic evaluation on the sequences generated by the matrix, 8 cheaper sequences were proposed for separation of the components of the NGL recovery process feed. At the second stage, the matrix was developed to multiple reactions with more components and the systems having azeotropes and was implemented on ethanol production process including water and ethanol binary azeotrope. At the last stage, the new version of the matrix which had been developed to reactive distillation sequences, was implemented on cumene production process and the conventional and reactive distillation sequences for this process were generated and simulated. By evaluation and comparison of the obtained sequences in terms of total annual cost, 4 cheaper sequences were proposed for the conventional process of cumene production. The results show that reactive distillation has 52% less total annual cost compared to the conventional sequence having the least TAC.