مقدار مولی جریان گاز˓ مایع
خوراک گرم
انتروپی
دما
ترکیب مولی در فازهای گاز و مایع
اختلاف
محیط
فصل اول
پیشگفتار
۱-۱- مقدمه
یکی از مهم‌ترین بخش‌های واحدهای صنعتی، واحد تقطیر می‌باشد. برج‌های عملیات تقطیر یکی از رایج‌‌‌ترین عملیات واحد در صنایع فرآیندی و در عین‌حال، پرخرج‌ترین واحد از نظر میزان مصرف انرژی هستند. این فرایند سهم قابل ملاحظه ای از مصرف انرژی را در صنعت به خود اختصاص داده است . لذا امروزه با توجه به افزایش بی رویه مصرف حامل های انرژی و همین طور قیمتهای جهانی انرژی تلاش برای یافتن راه کارهایی جهت صرفه جویی انرژی در عملیات تقطیر اهمیت دو چندان یافته است .کاهش مصرف انرژی در عملیات تقطیر˓ امروزه در کاهش قیمت تمام شده محصولات نیز می تواند بسیارمؤثر باشد . بنابراین مصرف بهینه انرژی و مقایسه با یک معیار استاندارد و آنالیز و تفسیر انحراف از حالت استاندارد در مراحل امری ضروری است. به همین دلیل ارائه روش های کاهش مصرف انرژی نسبت به معیار استاندارد اهمیت ویژه ای داشته و مورد توجه قرار دارد. برای بهبود راندمان مصرف انرژی در برج‌های تقطیر، ایده‌های زیادی در مراجع مربوطه، موجود است. اصلاح و بهینه سازی برج تقطیر برای بازدهی بهتر انرژی کار بسیار پیچیده ای است]۱[.
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
۱-۲- بررسی مصرف انرژی در برج تقطیر
انرژی لازم در یک فرایند تقطیر از طریق جوش آور تأمین می شود. با توجه به قابلیت در دسترس بودن و همین طور اقتصاد فرایند˓ منابع تأمین گرما برای جوش آور عموماً شامل بخارات آب˓ روغن های داغ و یا کوره ها هستند. اجزاء سبک تبخیر شده و به فاز بخار وارد می شوند در حالی که اجزاء سنگین میعان می یابند و از فاز بخار به فاز مایع منتقل می شوند ]۲[.
بخارات داغ در داخل برج به سمت بالا حرکت می کنند و با مایعاتی که به سمت پایین حرکت می کنند در چندین مرحله روی سینی ها تماس پیدا می کنند و در صورت وجود زمان کافی به تعادل می رسند . بخارات در بخش بالاسری که غنی از اجزاء سبک است میعان می یابند . بخشی از این مایعات به برج برگشت داده می شوند و بخشی به عنوان محصول از بالای برج خارج می شود . شکل ( ۱-۱ ) نمای کلی یک برج تقطیر را نشان می دهد ]۲[.
گرمای حاصل از میعان اغلب به هوا یا آب و یا هر دو منتقل می شود وگاهی نیز به عنوان پیش گرمکن جریان خوراک و یا در سایر موارد استفاده می شود. در واقع مقدار این انرژی قابل ملاحظه است و همین امر بازیافت آن را جذاب تر می کند. اما به دلیل سطح دمایی پایین تر آن در مقایسه با دیگر مراحل برج به خصوص جوش آور، امکان استفاده مفید از آن برای گرمایش وجود ندارد . به علاوه بخشی از آن نیز به وسیله تشعشع و جابه جایی از بدنه برج به محیط منتقل می شود ]۲[.
[۲]شکل ۱-۱ نمای کلی یک برج تقطیر
انرژی حرارتی تزریق شده در جوش آور خرج تبخیر مایع غنی از اجزاء سنگین شده و از آن طرف انرژی یاد شده برای تأمین جریان برگشتی خارجی دور ریخته می شود. به هر حال این انرژی را به خاطر دمای پایین چگالنده نسبت به سایر مراحل نمی توان بازیابی کرده و مورد استفاده قرار داد ]۲[.
۱-۳- بیان روش های بهبود راندمان مصرف انرژی در برج تقطیر
تعداد حالات مختلفی برای بررسی وضعیت بهینه سازی انرژی برج در گذشته پیشنهاد شده است که شامل :
- بررسی وضعیت تعداد سینی ها یا سرعت جریان برگشتی
- تعیین سینی خوراک ورودی
- به کار بردن جوش آور و خنک کننده جانبی در طراحی مسائل ترکیبی
- انتگراسیون حرارتی داخلی
یکی ازجدید ترین روش های مورد استفاده برای بهبود راندمان مصرف انرژی انتگراسیون حرارتی داخلی است.
در یک برج تقطیر متعارف˓ دمای بخش جذب پایین تر از بخش دفع است و لذا نمی توان انرژی جوش آور را در چگالنده استفاده کرد. حال اگر بخش جذب دارای فشار قابل ملاحظه تری نسبت به بخش دفع باشد˓ آنگاه می توان در بخش جذب به دمای بالاتری رسیده و انرژی جوش آور را صرفه جویی کرد.
رویکرد دیگری که مطرح است˓ بررسی بهبود راندمان برج با در نظر گرفتن انتگراسیون حرارتی داخلی برج و تأثیر بار حرارتی جوش آور و خنک کننده جانبی بر روی راندمان برج به طور همزمان،که هنوز به درستی به آن پرداخته نشده است. با بهره گرفتن از یک روش مناسب و طراحی جدید می توان به بهترین مقدار بار حرارتی و بهترین مکان برای مبدل جانبی دست یافت که به بهبود راندمان انرژی مصرفی برج کمک می کند. در این پایان نامه این رویکرد جدید مورد بررسی قرار گرفته است]۲[.
۱-۴- ضرورت انجام پژوهش
بهینه سازی از طریق شبیه سازی های سیستماتیک برای کل تنظیمات موجود˓ از لحاظ زمانی و محاسبات احتیاج به زمان طولانی داشته و بسیارسخت و مشکل است همچنین از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست. روش متداول بهبود بازده انرژی در برج تقطیر، استفاده از حداقل شرایط ترمودینامیکی ستون ها براساس مدل برج های برگشت پذیر می باشد. در گذشته تعداد بیشماری از مجلات و نشریه ها با بررسی و انجام محاسبات لازم˓ استفاده از برج های برگشت پذیر برای سیستم های دوتایی و اهمیت آن را مورد مطالعه قرار داده اند ]۳ و ۴[.
تنظیمات حداقل شرایط ترمودینامیکی برج برای سیستم های دوتایی در شکل ( ۱-۲ ) نمایش داده شده است. در این نمودار شرایط نیروی محرکه صفر در هر سینی مورد نیاز در یک برج با تعداد سینی های نامحدود در بی نهایت مبدل های جانبی در نظر گرفته شده است. در هر برج خط عملیاتی و خط تعادل همزمان در امتداد کل برج بر هم منطبق خواهد شد. نمودار برج برگشت پذیر، به وسیله ی حل هم زمان معادلات عملیاتی و تعادلی به دست می آید.
در سیستم های چندگانه، صرفاً در جداسازی های محدود وضعیت یک برج برگشت پذیر به دست خواهد آمد ]۱[ .
