31012

توسعه سيستمهاي جداسازي/واكنش با درنظرگرفتن تاثيرات شبكه مبدل هاي حرارتي مطالعه موردي، فرآيند توليد مخلوط اتانول آمين ها

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي- طراحي فرايند

1399

1402/11/30

نوراله كثيري - اميرحسين خليلي گركاني

ندارم

مهندسي شيمي، نفت و گاز

چكيده يكي از مهمترين بخشهاي تمامي واحدهاي صنعتي، بخش جداسازي است. رايجترين نصوهي جداسازي فرآيند تقطير ميباشد؛ اما اين فرآيند علاوه بر كاربرد زيادي كه در صناي دارد، يكي از بخشهاي پرميرف هر واحد صنعتي به شمار ميآيد. همچنين برجهاي تقطير به دليل ميرف انرژي زياد داراي مشكلات زيستمصيطي فراواني ميباشند. همچنين امروزه با توجه به افزايش بيرويه ميرف حاملهاي انرژي و افزايش قيمت جهاني انرژي و همچنين سختگيري سازمانهاي بينالمللي در خيو انتشار گازهاي گلخانهاي، تلاش براي يافتن راهكارهايي جهت صرفهجويي انرژي در فرآيند تقطير اهميت دوچندان يافته است. كاهش انرژي ميرفي در عمليات تقطير علاوه بر اينكه در كاهش قيمت مصيولات تأثير دارد، در كاهش مشكلات زيستمصيطي نيز مؤثر است. با توجه به اهميت عمليات تقطير مصققان در پي يافتن راهي براي كاهش انرژي ميرفي در تقطير، روشهاي گوناگوني پيشنهاد كرده كه باگذشت زمان در حال تكامل هستند. امروزه مصققان ساختارهاي متفاوتي را ارائه كردهاند، ازجمله اين ساختارها تقطير واكنشي است كه با ادغام كردن واكنش و جداسازي يك گام در جهت افزايش بهرهوري و گزينش پذيري بود و ميرف انرژي را كاهش داد. همچنين استفاده از ديواره تقسيم بهعنوان يكي از روشهاي مؤثر در كاهش هزينه ساخت و ميرف انرژي و بهبود عملكرد در برجهاي تقطير موردتوجه مصققان قرارگرفته است. تكنولوژي پينچ نيز بهمناور بررسي شبكه مبدلهاي حرارتي و بررسي ارتباط هرچه بيشتر قسمتهاي مختلف فرايند يكي از حوزههاي موردتوجه مصققان بوده است. در اين پاياننامه ابتدا تصقيقات صورت گرفته درزمينهي برجهاي تقطير، برجهاي پيچيده، روشهاي انتگراسيوني براي بهبود ميرف انرژي، ابر ساختارها بهمناور انتخاب چيدمانها و تكنولوژي پينچ صورت گرفته و لزوم استفاده از روشهاي مختلف بررسي ميشود. سپس براي واحد صنعتي اتانول امين با استفاده از ماتريس جداسازي چيدمان ممكن توليد ميشود، در ادامه با بهرهگيري از روشانتگراسيوني برج جداسازي واكنش (RD) و برجهاي ديواره تقسيم (DWC) فضاي جستجوي كاملي بررسي و با استفاده از الگوريتم TLBO چيدمانهاي توليد و بهينهسازي ميشود تا بهينهترين چيدمان توليد انتخاب شود، سپس بهمناور توجه قرار دادن هرچه بيشتر روشهاي انتگراسيون فرايند، چيدمانهاي برتر با استفاده از تكنولوژي پينچ بررسي و بهينه ميشوند. درنهايت چيدمان بهينه بهمناور كاهش هزينه انرژي و ساليانه معرفي ميشود. در چيدمان نهايي حدود 30 % هزينه ساليانه نسبت به چيدمان واحد صنعتي كاهشيافته است.

1403/04/07

Development of separation/reaction systems considering the effects of heat exchangers network, case study, ethanol amines mixture production process

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: One of the most critical sections in all industrial units is the separation section. The most common method of separation is the distillation process. However, in addition to its widespread application in industries, this process is considered one of the most energy-consuming sections of any industrial unit. Moreover, distillation columns, due to their high energy consumption, pose significant environmental challenges. Today, with the increasing use of energy carriers, the rise in global energy prices, and the strict regulations of international organizations regarding greenhouse gas emissions, efforts are being made to find solutions for energy efficiency in the distillation process. The reduction of energy consumption in distillation operations not only affects the cost of products but also contributes to environmental sustainability by mitigating environmental issues. Given the importance of distillation operations, researchers have proposed various methods over time to reduce energy consumption in distillation. Today, researchers have presented different structures, including reactive distillation, which integrates reaction and separation in one step to enhance efficiency and selectivity, thereby reducing energy consumption. Additionally, the use of dividing wall columns has gained attention among researchers as an effective method to reduce construction costs, energy consumption, and improve the performance of distillation columns. Pinch technology has also been employed to examine heat exchanger networks and explore the interconnectedness of various process units, becoming a focus of researchers. In this thesis, an overview of research conducted in the field of distillation columns, complex columns, integration methods for energy improvement, superstructures for sequence selection, and pinch technology is presented. The necessity of employing various methods is then discussed. Subsequently, for the industrial unit producing ethanol amine, possible sequences are generated using the separation matrix. By utilizing the integration method of reactive distillation (RD) and dividing wall columns (DWC), the complete search space is investigated, and the sequences are optimized using the TLBO algorithm to select the most optimal sequence. To give more emphasis to various process integration methods, the top sequences are further examined and optimized using pinch technology. Finally, the optimal sequence is introduced to reduce energy costs annually. The final sequence has led to approximately a 30% reduction in annual costs compared to the sequence of the industrial unit.

تقطير واكنشي , سنتز چيدمان , انتگراسيون فرآيند , تكنولوژي پينچ , برج هاي دريواره تقسيم

reactive distillation , Synthesis Sequence , Process integration , Pinch Technology , Dividing Wall Columns.

Ali Kavei

Dr. Kasiri