30320

توسعه ماتريس جداسازي/ واكنش به منظور سنتز فرآيندهاي تقطير واكنشي با به كارگيري برج هاي ديواره تقسيم ( مطالعه موردي: فرآيند توليد كيومن)

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي- مدل‌سازي، شبيه‌سازي و كنترل فرايندها

1398

1401/12/15

نوراله كثيري

اميرحسين خليلي گركاني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

اگرچه تقطير پركاربردترين روش جداسازي در صنايع شيميايي است، اما هزينه ساخت و مصرف انرژي بالا از جمله معايب اين فرآيند است. به‌كارگيري ديواره تقسيم به‌عنوان يكي از مؤثرترين روش¬هاي كاهش هزينه ساخت و مصرف انرژي و بهبود عملكرد در برج¬هاي تقطير¬ (DWC) و تقطير واكنشي (R-DWC)، مورد توجه محققين قرار گرفته است. در اين پايان¬نامه ابتدا ادبيات و لزوم برج¬هاي ديواره¬ تقسيم و ديواره تقسيم واكنشي بررسي شده و به مطالعه تحقيقات انجام¬شده در اين زمينه پرداخته مي¬شود. سپس نسخه قبلي ماتريسي ديواره تقسيم (DWC) بررسي شده و تغييراتي روي آن اعمال شده است تا فضاي جستجوي كاملي از چيدمان-هاي ديواره تقسيم ارائه دهد و چيدمان¬هاي غيرممكن را حذف كند. همچنين براي سهولت كدنويسي الگوريتم با توجه به چيدمان¬هاي ديواره تقسيم ممكن، قوانيني براي شناسايي چيدمان-هاي پيش¬جداساز و همچنين حذف چيدمان¬هاي غيرممكن وضع شد. پس از آن الگوريتم ماتريس جداسازي/واكنش به توليد چيدمان¬هاي ديواره تقسيم توسعه داده شده است. در ادامه ضمن معرفي مطالعه موردي فرآيند توليد كيومن، چيدمان¬هاي آن با استفاده از الگوريتم، توسعه داده شده است. چيدمان¬هاي توليد شده شبيه¬سازي شده و با استفاده از الگوريتم بهينه¬سازي مبتني بر آموزش و يادگيري، بهينه¬سازي شده¬اند. در نهايت چيدمان ها از لحاظ موارد مختلف مقايسه شده¬اند و چيدمان بهينه جهت كاهش مصرف انرژي و هزينه ساليانه شده كلي به دست آمده است. چيدمان بهينه توانسته تا حدود %28 هزينه ساليانه شده كلي را نسبت به چيدمان تقطير واكنشي (پايه) كاهش دهد. واژه هاي كليدي: برج ديواره تقسيم واكنشي، ماتريس جداسازي/واكنش، سنتز فرآيند، تشديد فرآيند

1402/10/16

Developing Reaction/Distillation Matrix to Reactive dividing wall columns (R-DWC) (Cumene production process)

3/5/2024 12:00:00 AM

Distillation is the most widely used separation method in chemical industry. However, it imposes some challenges including high manufacturing cost and high energy consumption. The divided wall is used as one of the main methods to reduce these challenges and to improve the performance of distillation columns. In this thesis, first we studied the concepts and necessities of dividing wall column and reactive dividing wall column and then investigated the previous studies in this field. Then, the previous version of dividing wall configurations matrix algorithm has been modified to provide a complete search space of partition wall layouts and to eliminate impossible layouts. Also, some rules are defined for identifying the pre-fraction and removing the impossible layouts to facilitate the algorithm coding according to the possible partition wall layout. Then, the separation/reaction matrix algorithm has been expanded to produce partition wall layouts. In the follwing, after introducing the selected case study which is cumene production process, its sequences are generated by using reaction/distillation matrix algorithm and then the dividing wall arrangements are simulated by Aspen Plus and optimized by teaching-learning-based optimization algorithm. Finally, the arrangements have been compared for different cases and the optimal arrangement has been obtained to reduce energy consumption and the total annual cost. The optimal arrangement could reduce the total annual cost (TAC) about 28% compared to the reactive distillation (basic) arrangement. Keywords: Reactive dividing wall column, Reaction/distillation matrix, Process synthesis, Process intensification

برج ديواره تقسيم واكنشي , ماتريس جداسازي/واكنش , سنتز فرآيند , تشديد فرايند

Reactive dividing wall column , Reaction/distillation matrix , Process synthesis , Process intensification

Maede Jamshidi

Dr. Kasiri