پایان نامه با واژه های کلیدی مصرف انرژی، دینامیکی، شبیه‌سازی

دانلود پایان نامه ارشد

م امیدیه………………………………………………………82
شکل ‏49 شبیه‌سازی واحد تقطیر………………………………………………………………………………………..83
شکل ‏410 شبیه‌سازی شبکه‌مبدل‌های حرارتی واحد 80…………………………………………………………83
شکل ‏51 اطلاعات جریان‌های استخراج شده………………………………………………………………………..88
شکل ‏52 نمودار پنجره‌ای شبکه‌مبدل‌های حرارتی واحد تقطیر………………………………………………..90
شکل ‏53 نمودار ترکیبی و ترکیبی جامع (الف) نمودار ترکیبی شبکه (ب)نمودار ترکیب جامع شبکه……………………………………………………………………………………………………………………………91
شکل ‏54 نمودار هزینه کلی بر حسبΔTMIN………………………………………………………………………..94
شکل ‏55 نمایش پنجره‌ای شبکه‌مبدل‌های حرارتی در حالت هدف‌گذاری………………………………..96
شکل 5-6 (الف) نمودار ترکیبی، (ب) نمودار ترکیبی جامع، شبکه‌مبدل‌های حرارتی واحد 80 بعد از بازبینی………………………………………………………………………………………………………………………………98
شکل 5-7 نمودار برآورد هزینه کلی……………………………………………………………………………………..99
شکل 5-8 نمودار پنجره‌ای شبکه موجود…………………………………………………………………………….100

فصل اول

مقدمه و کلیات تحقیق
فصل اول
ضرورت انجام پژوهش
با افزایش قیمت حامل‌های انرژی و بحران انرژي از آغاز دهه‌ي هفتاد میلادي، همچنین مصرف بالای انرژی در بخش صنعت، صرفه‌جویی انرژي در صنایع به خصوص صنایع فرآیندي و شیمیایی امري ضروري است. همچنین با توجه به مصرف بالای بنزین و بحث خودکفایی در تولید بنزین توسط پالایشگاه‌های کشور، پیشرفت و بهینه سازی واحدهای بنزین سازی پالایشگاه‌های نفت مورد توجه قرار گرفته است. این امر منجر به ابداع روش‌های مختلفی برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی و همچنین استفاده مجدد از انرژی‌های تلف شده در یک فرایند گردید. افزايش روز افزون قيمت سوخت, كاهش منابع سوخت فسيلي و لزوم حفظ و نگهداري محيط زيست عواملي هستند كه كه اهميت بازيافت بهينه انرژي حرارتي و جلوگيري از اتلاف انرژي را در صنايع مختلف, نشان مي دهد. امروزه مصرف بهينه انرژي به عنوان يكي از شاخص ها عمده در ارزيابي توسعه يافتگي جوامع, مطرح گرديده است. شدت بالاي مصرف انرژي در فرآيندهاي شيميايي، باعث افزايش هزينه‌هاي توليد و بهره‌برداري و نيز كاهش بازده استحصال مواد در محصولات صنعتي مي گردد. همچنین با توجه به اهمیت طراحی شبکه‌ي مبدل‌هاي حرارتی به عنوان یکی از بخش‌هاي مهم طراحی فرآیندها، شبکه‌ي مبدل‌هاي حرارتی این واحد با دیدگاه انتگراسیون حرارتی بررسی گردیده است. این بررسی با دو رویکرد در قالب اصلاح شبکه‌ي موجود و طراحی مجدد شبکه انجام گرفته است. در طراحی مجدد شبکه، هدف کمینه‌کردن سطح انتقال حرارت و یا هزینه‌ي سالیانه کلی آن واحد می‌باشد. درحالی که هدف از بازبینی و اصلاح شبکه موجود کمینه‌کردن دوره بازگشت سرمایه بعد از اعمال تغییرات انجام شده در شبکه می باشد. دو روش رایج در طراحی و اصلاح شبکه‌ي مبدل‌هاي حرارتی روش طراحی پینچ و روش برنامه‌نویسی ریاضی می‌باشند .حالت عملیاتی شبکه نیز جهت بررسی کارآیی طرح، هنگام تغییر در شرایط عملیاتی، مورد بررسی قرار می‌گیرد. کاهش ضریب کلی انتقال حرارت در اثر ایجاد رسوب تغییر در دمای ورودی یا دبی جرمی جریان‌هاي فرآیندي از جمله پارامترهاي عملیاتی هستند که اثر آنها را در شبکه بررسی میگردد. در این پایان‌نامه از ترکیب دو روش بهینه‌سازي ریاضی و روش پینچ، که براساس تحلیل ترمودینامیکی و طراحی کاربردي می‌باشند، به منظور طراحی مجدد و اصلاح شبکه استفاده شده است.فناوری پینچ همگام با توسعه‌ي اولیه‌اش در دانشگاه‌ها، در فرآیندهاي صنعتی نیز به کار گرفته شده‌است و امروزه از آن به عنوان یک فناوری کامل در مراکز دانشگاهی و صنعتی یاد می‌شود. تحلیل کارآمد جهت بررسی عملکرد سیستم‌های انرژی و واحدهای فرآیندی است. با تکیه بر نتایج انجام گرفته بر اساس این تحلیل، نقاط بحرانی فرآیند شناسایی و جهت بهینه‌سازی انرژی واحد با اصلاح این نقاط بحرانی، حداکثر نتایج مطلوب حاصل خواهد شد.
تحلیل پینچ علاوه بر تعیین مبدل‌های حرارتی خطاکار، راهکار و شبکه مبدل‌های حرارتی مناسب را پیشنهاد می‌دهد. در این بین بهینه‌سازی انرژی در واحد 80 مورد بررسی قرار گرفته است.
روش انجام پژوهش:
در پایا‌ن‌‌نامه ابتدا واحد 80 برج تقطیر پالایشگاه آبادان توسط نرم افزار Aspen hysys refinery شبیه‌سازي می شود و نتایج شبیه‌سازي با مقادیر واقعی مقایسه می‌شود. در مرحله بعد نسخه شبیه‌سازی شده را به نرم‌افزار Aspen hysys Analyzer V7.2 ( همان نرم‌افزار HX-NET می‌باشد) لینک کرده و در محیط این نرم افزار شبکه مبدل‌هاي حرارتی ترسیم می‌شود. با ارزیابی شبکه فوق به کمک فناوری پینچ، امکان اصلاح شبکه بررسی شده و پیشنهاد‌ها لازم ارائه می‌شود. روش مورد استفاده در نرم افزار Aspen hysys Analyzer V7.2 تلفیقی از دو روش ریاضی و روش پینچ است. دو روش طراحی پینچ و روش برنامه نویسی ریاضی از پرکاربردترین روش‌ها جهت اصلاح شبکه موجود می‌باشند.
ساختار پایان‌نامه:
مطالعات و تحلیل‌های انجام شده در این پژوهش در قالب 5 فصل به شرح زیر ارائه شده است:
در فصل اول پس از مقدمه کوتاهی درباره اهمیت بهینه‌سازی انرژی واحد 80، روش انجام شده در این مطالعه برای کاهش مصرف انرژی و اصلاح شبکه مبدل‌های حرارتی این واحد بیان شده است.
در فصل دوم پیشینه روش تحلیل پینچ و تعاریف اولیه با اشاره به تاریخچه انجام مطالعات این تحلیل و به عنوان معیاری برای ارزیابی سیستم‌های انرژی و تعیین نقاط بحرانی فرآیند بیان شده است.
در فصل سوم روش تحلیل پینچ در انتگراسیون فرایند‌ها، هدف‌گذاری‌ها و اصول و معیارهای روش پینچ در اصلاح شبکه مبدل‌های حرارتی و بهینه‌سازی فرایند‌ها با استفاده از فناوری پینچ بیان شده است.
در فصل چهارم فرآیند تولید نفت خام برای آشنایی بیشتر توضیح داده شده است. در این فصل پس از بیان تاریخچه توسعه این واحد پالایشگاهی، انواع فرآیندهای و مشخصات خوراک و محصول این واحد بیان شده است .
در فصل پنجم نتایج تحلیل‌های پینچ و سایر مطالعات انجام شده در واحد 80 آبادان آورده شده است و در ادامه فصل، اصلاح شبکه مبدل‌های حرارتی واحد بیان شده است و در پایان فصل با انجام مطالعات اقتصادی، نتیجه‌گیری‌ این پژوهش و پیشنهادهایی برای انجام کارها و مطالعات آتی بیان شده است.

فصل دوم
مقدمه‌ای بر انتگراسیون حرارتی

فصل دوم
سابقه علمی
در سال 1970 که بحران انرژی آغاز شد مهندسان طراح و صاحبان صنایع بویژه شرکت‌های صنایع فرایند‌های شیمیایی به صرفه‌جویی در مصرف انرژی اندیشیدند که به ابداع روش‌های گوناگون برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی در طی این سال‌ها منجر شد. همچنین به موازات آن دریافتند که باید از انرژی‌هایی که در یک فرایند تلف می‌شوند نیز دوباره استفاده کنند. (انرژی تلف شده انرژیی می‌باشد که در یک فرایند تولید می‌شود ولی دوباره به محیط دور ریخته می‌شود اگرچه هنوز می‌توان از ان دوباره استفاده نمود).
کیفیت لازم برای انرژی مقدار نیست بلکه ارزش آن می‌باشد. این استراتژی که چگونه این انرژی بازیافت شود به دمای آن و مسائل اقتصادی بستگی دارد.در این خصوص شیوه‌های مختلفی برای استفاده مجدد از این انرژی‌های هدر رفته در کارخانه‌ها ارائه گردیده است که به بازیافت حرارتی معروف شده اند.این فعالیت‌ها تا کنون به ابداع روش‌های متعددی در طراحی منجر شده‌است.
اولین روش تجربی با استفاده از قواعد تجربی و طی چند مرحله تکاملی آرایش مناسبی برای شبکه بدست می‌آید.به عنوان نمونه توصیه می‌شود که در صورت امکان گرمترین جریان گرم موجود در فرایند انرژی خود را با جریان سردی که دمای نهایی آن از دیگر جریان‌های سرد بیشتر باشد مبادله نماید.این روش علی‌رغم سادگی روش قابل اطمینانی محسوب نمی‌شود ودر یک واحد شیمیایی پیچیده ما را به بهترین طرح ممکن رهنمون نخواهد ساخت.
دومین روش، روش ریاضی، که قدیمیترین روش محسوب می‌شود ابتدا تمام آرایش های ممکن برای شبکه تبادل‌گرهای حرارتی تعریف شده و به وسیله‌ی محاسبات ریاضی پیچیده و زمان‌گیر بازده واحد در هر حالت ارزیابی می‌شود و به تدریج گزینه‌های نامناسب حذف می‌گردند تا به شبکه منتخب نهایی برسیم. در این روش تعداد گزینه‌ها و حالات مختلفی که برای هر مسئله می‌بایست در نظر گرفت بسیار زیاد خواهند بود و در مسئله‌ای نظیر شبکه تبادل‌گر‌های حرارتی یک پالایشگاه به ارقامی بیش از 1018 لحاظ میرسد. بنابرین این مجموعه از ارزیابی‌ها به یک کامپیوتر بزرگ و صرف زمان زیادی نیاز دارد به همین لحاظ در یک واحد صنعتی با ابعاد و پیچیدگی‌های یک پالایشگاه استفاده از این روش با محدودیت مواجه خواهد شد [16].
در سال 1965، وا1، نظریه ادغام کلیه حالات مختلف شبکه مبدل ها را در یک شبکه کلی به نام ابر ساختار ارائه نمود. روش وی به عنوان ابزاری قوی برای طراحی شبکه مبدل‌های حرارتی و ترکیب کلی فرایند با استفاده از مبدل‌های برنامه‌ریزی ریاضی مورد استفاده قرار گرفت[1].
سومین روش، روش ترمودینامیکی (پینچ)، پیچیدگی غیر ضروری روش دوم را ندارد و در عین حال قابل اعتماد نیز محسوب می‌شود و تا کنون به موفقیت‌های بزرگی نائل آمده‌است. زیرا مهندسین طراح می توانند با استفاده از این روش قبل از طراحی نهایی حداقل گرمایش و سرمایش مورد نیاز فرایند کمترین سطح مورد نیاز برای تبادل حرارت و هزینه ها را محاسبه نموده و تلقی درستی از شبکه بهینه نهایی بدست آورد. در ضمن بدلیل سادگی و سهولت استفاده بر خلاف روش دوم کنترل طراحی در دست طراح می‌باشد و می‌تواند در مراحل مختلف تصمیم گیری و انتخاب نماید. این روش متکی بر تجربه و یا آزمون خطا نمی‌باشد و بوسیله‌ ان طراحی شبکه آسان‌تر و صرف زمان کمتری انجام می‌گیرد.
در سال 1971، هامن2 با استفاده از مفاهیم ترمودینامیکی، گام‌های موثری را در زمینه تحلیل شبکه مبدل‌های حرارتی برداشت که تحقیقات وی بعدها سرچشمه نکات ارزنده‌ای در طراحی شبکه مبدل‌های حرارتی گردید. کار وی به طور عمده بر تعیین حداقل انرژی مورد نیاز بر شبکه مبدل‌های حرارتی با استفاده از روش تحلیل استوار بود که بعد‌ها بوسیله‌ی فلاور3 و لینهوف4 کامل‌تر و به صورت الگوریتم ریاضی و مناسب برای هدف‌گذاری تبدیل شد[1].
فناوری پینچ نخستین‌بار در حدود سال 1980 برای صرفه‌جویی در مصرف و ذخیره‌سازی انرژی مورد استفاده قرار گرفت. توسعه و تکمیل این روش به همت محققین مختلف در مراکز دانشگاهی نظیر دانشگاه منچستر و شرکت‌هایی چون لینهوف مارچ،ICI و یونیون کاربید انجام شده است[16].
نتایج بیان شده توسط هامن، سهم اندکی در ضمینه طراحی شبکه‌مبدل‌ها بوسیله روش های ریاضی تا آن زمان داشت، اما بعد‌ها برجستگی این روش در حل مسائل شبکه‌مبدل های حرارتی در صنعت، به موازات ناتوانی روش‌های ریاضی در حل اینگونه مسائل،مشخص گردید. مهمترین تشخیص وی اهمیت مقدار ΔTmin در طراحی شبکه‌مبدل‌های حرارتی است. به این معنا که دو هزینه غالب در طراحی شبکه‌مبدل های حرارتی (هزینه انرژی و قیمت مبدل‌های حرارتی) با این متغیر ارتباط دارند. اما علی‌رغم نکات ارزنده گفته شده، او به تشخیص فواید مهم و کاربردی نقطه پینچ نائل نشد.
در سال 1978 یومدا5 و همکاران به بعضی از خواص نقطه پینچ از جمله خصوصیات منحنی ترکیبی و همپوشانی دو منحنی

پایان نامه
Previous Entries تحقیق رایگان درباره هيبريد، پلاسميد، پروتئين Next Entries پایان نامه با واژه های کلیدی هدف گذاری، چند متغیره، مصرف انرژی