فایل ورد کامل مقاله اصلاح و بهینه‌سازی شبکه مبدل‌های حرارتی با استفاده از تکنولوژی پینچ و رویکردهای نوین

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله اصلاح و بهینه‌سازی شبکه مبدل‌های حرارتی با استفاده از تکنولوژی پینچ و رویکردهای نوین دارای ۳۰ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله اصلاح و بهینه‌سازی شبکه مبدل‌های حرارتی با استفاده از تکنولوژی پینچ و رویکردهای نوین  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله اصلاح و بهینه‌سازی شبکه مبدل‌های حرارتی با استفاده از تکنولوژی پینچ و رویکردهای نوین،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله اصلاح و بهینه‌سازی شبکه مبدل‌های حرارتی با استفاده از تکنولوژی پینچ و رویکردهای نوین :

چکیده

در چند دهه اخیر با توجه به کاهش منابع انرژی و رشد روز افزون هزینه انرژی ، صرفهجویی در مصرف انرژی جزء برنامههای اصلی واحدهای صنعتی به شمار میرود. چراکه مصرف بالای انرژی علاوه بر تحمیل هزینههای سنگین، باعث افزایش آلایندههای محیطی میگردد که این امر با مخالفت شدید سازمانهای حامی محیط زیست، مواجه گردیده است.در پی تلاشهای صاحبنظران برای رفع این معزل، روشهای متعددی پیشنهاد گردید که از جمله این روشها، استفاده بهینه از انرژی تلف شده در فرایندها میباشد. در این راستا مفاهیم متعددی، گسترش یافته، مورد استفاده قرار گرفت. انتگراسیون فرایند یکی از این مفاهیم میباشد.انتگراسیون یا یکپارچهسازی فرایند، مفهوم نسبتا جدیدی است که از دهه ۸۰ میلادی آغاز و در دهه ۹۰ به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت تا اینکه بخشی خاص از فعالیتهای سیستماتیک را که عمدتا مربوط به طراحی فرایند هستند را مورد شرح و بررسی قرار دهد. اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی معمولا از دو روش برنامهریزی ریاضی و یا تکنولوژی پینچ صورت میپذیرد.

البته روشهای دیگری نیز وجود دارند که از مفاهیم دو روش بالا استفاده مینمایند و به صورت روشی متفاوت و یا ترکیبی از این دو روش شناخته میشوند.تفاوت اساسی که بین طراحی مبنا و پایه (Root Gross) با طراحی اصلاحی وجود دارد این است که تعداد قیدها در مسایل اصلاحی بیشتر است.

کلمات کلیدی: مبدل حرارتی- انتگراسیون- انرژی- تکنولوژی پینچ

دومین همایش بین المللی مبدل های گرمایی در صنعت نفت و انرژی. تهران:۱۹ و ۲۰ آبان www. mobadel.ir 1389

مقدمه

آژانس بینالمللی انرژی (IEA) از انتگراسیون فرایند در سال ۱۹۹۳ تعریفی ارائه داد که به دلیل تحولاتی که در انتگراسیون فرایند طی ۱۵ سال اخیر رخ داده است، تعریف مجددی از انتگراسیون فرایند توسط آژانس ارائه شد:[۱]

” انتگراسیون فرایند یک مفهوم عمومی است، برای کاربرد اسلوب گذاریهای که بر مبنای سیستم و با دیدگاه جامع و کلی به طراحی واحد، بناشده و گسترش یافتهاند. و مورد استفاده آنها در طراحیهای جدید و اصلاحی میباشد. این اسلوبها میتوانند مدلها، روشها و تکنیکهای ریاضی، ترمودینامیکی و اقتصادی باشند که هوش مصنوعی، آنالیز سلسله مراتبی، آنالیز پینچ و برنامهریزی ریاضی نمونه این روشها میباشند. یکپارچهسازی

فرایند به طراحی بهینه (از لحاظ سرمایهگذاری اولیه، بازده انرژی، خروجیهای زائد، کارایی، انعطافپذیری، قابلیت کنترل، ایمنی، بازده همچنین از جنبه عملیاتی و پایداری) اتلاق میشود.”

یکپارچهسازی فرایند در موارد زیر کاربرد دارد:

• صرفهجویی در مصرف انرژی

• کم کردن انتشار گازهای گلخانهای (Greenhouse Gas Emission)

• رفع گلوگاههای ایجاد شده در فرایند

• بهینهسازی فرایندهای ناپیوسته

• بهینهسازی مصرف هیدروژن

• طراحی راکتور و بهبود شرایط عملیات

• حداقل نمودن میزان مصرف آب و میزان تولید پساب

• بهینهسازی فرایندهای متوالی جداسازی

• کم کردن پسماند

• بهینهسازی سیستم تأسیسات جانبی

• کاهش هزینه سرمایهگذاری

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل های گرمایی در صنعت نفت و انرژی تهران:۱۹ و ۲۰ آبان www.mobadel.ir 1389

۱

میتوان شروع یکپارچهسازی فرایند را پیدایش روش بازیافت حرارت در نقطه پینچ (heat recovery pinch) دانست که به طور جداگانه توسط Hohmann و همکارانش در سال ۱۹۷۱ و توسط Umeda و نیز Linnhoff و همکارانش در سالهای (۱۹۷۸-۱۹۷۹) ابداع شد.پس از آن، استفاده از روشهای یکپارچهسازی فرایند در فرایندهای صنعتی در دهه ۸۰ توسعه و گسترش یافت و روشهای جدیدی در این راستا ابداع شد. از مهمترین این روشها میتوان به روش آنالیز پینچ و روش برنامهریزی ریاضی اشاره نمود.

مروری بر تحقیقات انجام شده

طرحی شبکه مبدلهای حرارتی یکی از مهمترین مباحث مطرح شده است که بیشترین کاربرد را در بخش طراحی مهندسی شیمی دارد. این مساله از این جهت اهمیت پیدا می نماید که برای تعیین هزینه انرژی و ارتقاء بازیافت حرارت در فرایند های شیمیایی به کار می رود.در سال ۱۹۸۸ بررسی جامعی از کارهای انجام شده تا آن زمان توسط Gunderson و [۲] Naess صورت گرفت. میتوان گفت که مساله طراحی شبکه مبدلهای حرارتی علاوه بر اهمیت اقتصادی زیادش با تعدادی از مشکلات کلیدی همراه است که برخی از آنها عبارتند از:

• محدودیت پتانسیل ایجاد ترکیب برای دو جریان که تبادل حرارت می نمایند.

• جفتها و تناظرهای((match ممنوع ، مورد احتیاج و محدود

• انتخاب ساختار بهینه شبکه مبدل های حرارتی

• دمای نهایی ثابت ومتغیر برای جریانهای فرایندی

• وابستگی دمایی خواص فیزیکی و انتقالی( ( Physical &Transport Property

• وجود انواع مختلف جریانها در متن فرایند (اعم از مایع، بخار و مایع-بخار)

• انواع مختلف مبدلهای حرارتی از نظر نوع جریانها (مثل هم جهت، غیر هم جهت وچند جریانه) ، از نظر ساختمان مواد سازنده و ازنظر میزان فشار

بیشترین تحقیقات سه دهه اخیردر زمینه طراحی شبکه مبدلهای حرارتی, درجهت حل مشکلات بالا در قالب روشهای مختلف بوده است. مطالعه طراحی و ساخت شبکه مبدلهای حرارتی به صورت سیستماتیک، در خلال سالهای ۱۹۶۰ تا اوایل ۱۹۷۰ آغاز شد.

از پیشگامان موضوع میتوان [i]Westbrook و [ii]Hwa را نام برد که ابرساختارهایی (Superstructures) بر پایه برنامهریزی ریاضی تولید کردندکه مساله طراحی شبکه مبدل های حرارتی را به صورت یک مساله تکعملکرد((Single task، یعنی نشکستن مساله به زیر مساله ها، مورد بررسی قراردادند. پس از

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل های گرمایی در صنعت نفت و انرژی تهران:۱۹ و ۲۰ آبان www.mobadel.ir 1389

۱

آنها نیز Masso و [iii]Rudd که از روشهای ابتکاری (Heuristic) برای ساخت شبکه استفاده کردند، از پیشگامان، به شمار میآیند.۱

پس از آن Kesler و [iv]Parker، پیشنهاد ایجاد یک برنامهریزی خطی بر پایه یک الگوریتم همزمان را دادند. در این روش هر جریان در شبکه به چندین جریان کوچک مساوی با بار حرارتی مشخص تقسیم میشود.

پس از آن خردهجریانهای گرم به خردهجریانهای سرد مرتبط میشوند. هدف، حداقل نمودن مجموع هزینههای مربوط به همه ارتباطهای موجود میباشد. برای گسترش بیشتر، باید شبکهای اجرایی ساخت که تمام خردهجریانها را در بر گیرد.

روشهای جستجوی درختی (Tree-Searching) و نیز روشهای تجزیه((Decomposition، در زمره الگوریتمهای متوالی((Sequential محسوب میگردند. در سال ۱۹۷۳ توسط Pho و [v]Lapidus یک روش جستجوی درختی پیشنهاد شد که در نهایت به نمودار درختی کامل برای شبکه میانجامید ولی ضعف این روش این بود که تنها برای سیستمهایی که کمتر از ده جریان دارند، قابل استفاده میباشد. برای اینکه بتوان از این روش برای تعداد جریانهای بیشتر استفاده کرد، باید آن را با روشهای ابتکاری و یا روشهای کراندار نمودن((Bounding، ترکیب کرد. نمونه این کار توسط Ponton و [vi] Donaldson ارائه شد که در آن جریان گرمی که بالاترین دمای اولیه را دارد با سردترین جریانی که بالاترین دمای هدف را دارد، جفت میشود.

بعلت ضعف مبانی تئوری والگوریتم های حل روش های بهینه سازی درآن زمان, استفاده از روشهای ریاضی با محدودیت مواجه شد. در نتیجه، تحقیقات بر روی شناخت اهداف (Targets) بر اساس هزینه منابع تاسیساتی و حداقل تعداد تناظرهای دوتایی برای انتقال حرارت عمودی((Vertical Heat Transfer و غیر عمودی((Non-Vertical متمرکز شد.

در دهه ۱۹۷۰، سه مفهوم اساسی و پایه ساخت شبکه مبدلهای حرارتی، کشف شد. دو مفهوم آن توسط [vii] Hohmann معرفی شد. او اولین روش تعیین حداقل انرژی مصرفی، قبل از طراحی را ارائه داد. همچنین او قانون N-1، برای تعیین حداقل تعداد واحد مورد نیاز را ارائه داد که N در اینجا بیانگر تعداد جریانها میباشد. چندی بعد Linnhoff و همکارانش[viii] دو مفهوم بالا را گسترش داده، به صورت سیستماتیک ارائه نمودند. مفهوم سوم، کشف “بازیافت حرارت در نقطه پینچ”((Heat Recovery Pinch، به عنوان گلوگاهی برای یکپارچهسازی حرارتی بود که در دو کار مستقل توسط Linnhoff و همکاران[viii] و نیز Umeda و همکاران[ix] ارائه شد. مبنای کار آنها اصول ترمودینامیکی میباشد. پس از آن Linnhoff و [xi] Hindmarsh
روش معروف “طراحی به روش پینچ”((PDM را ارائه دادند.

۱ برای اطلاعات بیشتر به قسمت مراجع پیشنهادی مراجعه گردد.
_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل های گرمایی در صنعت نفت و انرژی تهران:۱۹ و ۲۰ آبان www.mobadel.ir 1389

۱

این مساله باعث شدکه مسایل طراحی از فرم روشهای یکعملکرد((Single task، به فرم روشهای چندعملکرد((Multitask، تغییر پیدا کنند. بدین منظور تکنیکهای سادهای برای تجزیه ناحیهای ( Local (Decomposing مساله اولیه به زیرمساله هایی که به نام اهداف شناخته می شوند، توسعه یافت. اغلب روشهای طراحی بر اساس تکنیک تجزیه ناحیهای, مساله را به زیر مساله های جداگانه زیر تبدیل می کنند:

۱ حداقل هزینه منابع تاسیساتی

۲ حداقل تعداد جفت ها

۳ حداقل هزینه سرمایه گذاری ساختار شبکه مبدلهای حرارتی

که این اهداف با استفاده از روشهای ترمودینامیکی، روشهای بهینهسازی و قواعدتجربی محاسبه می-

گردند.

مزیت اصلی روش تجزیه ناحیهای, شکستن مساله به عملکردها((subtasks می باشد که این موضوع باعث ساده تر نمودن مسایل در قالب اهداف میشود. ولی این مزیت از سوی دیگر باعث بروز تعدادی محدودیت میگردد. محدودیت اصلی روش تجزیه منطقه ای این است که اثر متقابل بین هزینه منابع تاسیساتی، تعداد جفتها، سطح مورد نیاز وحداقل هزینه سرمایه گذاری را بدرستی نمی تواند در نظر بگیرد.

به طور کلی، تصمیمگیریهای اولیه بر روی میزان بازیافت انرژی و تصمیمگیری برای تجزیه مساله اصلی به مسایل کوچکتر که بر اساس موقعیت نقطه(نقاط) پینچ انجام می شود, ساختار بهینه شبکه مبدلهای حرارتی راتعیین نمیکند. بنابراین به خاطر این محدودیتها ، محققان در اواخر دهه ۱۹۸۰ واوایل ۱۹۹۰با توسعه جنبههای الگوریتمی و تئوری در بهینهیابی, بر روی روشهای بهینه یابی همزمان که با مساله طراحی، به صورت یک مساله منفرد برخورد میکند متمرکز شدند. در این روشها همه اثرهای متقابل هزینه عملیاتی وسرمایه گذاری در نظر گرفته می شود.

روشهای برنامهریزی ریاضی که از تکنیکهای بهینه سازی کمک میگیرد، از برنامهریزی خطی((LP

شروع شده، رفته رفته روشهای دیگر مانند برنامهریزی خطی اعداد صحیح (MILP) و برنامه ریزی غیر-

خطی((NLP گسترش یافت. این روشها جایگزین روشهایی هستند که بر مبنای هدفگذاری بنا شدهاند. از کارهای انجام شده در این راستا میتوان به مقالات ارائه شده توسط Papoulias و Grossmann در سال [۴] ۱۹۸۳، [۵]، [۶] و مقاله Floudas و همکاران [xii] و نیز Gundersen و [xiii] Grossmann اشاره کرد که این افراد و شاگردان آنها، در زمره پیشگامان این روشها میباشند.

روشهایی که به طور همزمان، انواع هدفگذاری و بهینهسازی بین آنها را مورد توجه قرار میداد، با گسترش روشهای برنامهریزی غیرخطی اعداد صحیح (MINLP) بهوجود آمدند.

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل های گرمایی در صنعت نفت و انرژی تهران:۱۹ و ۲۰ آبان www.mobadel.ir 1389

۱

در سال Floudas 1989 و [۷] Ciric یک مدل MINLP برای در نظر گرفتن همزمان اهداف (۱)و((۲ توسعه دادند که زمینه ای برای حل هدف گذاری((۳ شد. پس از آن Ciric و [۸] Floudas نشان دادند که فرض تجزیه بر اساس نقطه پینچ ثابت غیر طبیعی است و بجای آن از پینچ مجازی برای هدف گذاری های (۲) و (۳) استفاده کردند.در مقاله دیگری، Ciric و [۹] Floudas مساله طراحی شبکه مبدل های حرارتی را به صورت یک مساله بهینهیابی واحد در نظر گرفتد که در آن مصرف منابع تاسیساتی، جفتها و ساختار شبکه مبدلها, به صورت متغیرهای تصمیمگیری بوده، به طور همزمان حل میشوند.

در این سالها گروه دیگری نیز در این زمینه تحقیقاتی را انجام دادند. در سال ۱۹۹۰، Yee و [۱۱] Grossmann، یک مدل MINLP ازیک ابر ساختار (Superstructure) ساده شده, بر اساس فرض آمیختن همدما برای بهینه یابی همزمان شبکه مبدل های حرارتی توسعه دادند. فرض آنها از اختلاط همدما باعث یک مجموعه ی خطی از محدودیتها می شود که این موضوع هم باعث نادیده گرفتن تعدادی از ساختارهای جایگزین برای طراحی می گردد. انواع دیگری از ابرساختارها توسط Yee و [۱۰] Grossmann،[۱۲] برای کوپل نمودن فرایند با سیستم بازیافت حرارتی ارائه شد.

مشکل اصلی مسائل غیرخطی این است که به طور عمومی نمیتوان نقطه بهینه کلی را تعیین نمود و زمان حل آنها، با بزرگ شدن ابعاد مساله به صورت نمایی افزایش مییابد. زیرا معمولا این نوع مسائل از نوع NP Hard میباشند به این معنی که زمان حل این مسائل به صورت غیرچندجملهای (Non Polynomial) به ازای افزایش تعداد پارامترهای مساله، افزایش مییابد.[Error> Reference source not found.]

تاکنون افراد مختلف، روشهای گوناگونی برای حل مسایل خاصی از این نوع با فرضهای سادهکنندهای ارائه کردهاند. همچنین از روشهای دیگری برای بهینهسازی این مسایل استفاده شده است. مثالهایی از این روشها میتوان به موارد زیر اشاره نمود. کار Dolan و همکاران [xiv] که با استفاده از روش Simulated Annealing به طراحی شبکه مبدل های حرارتی پرداختند. در سال ۱۹۹۸ توسط Lewin و همکاران [۱۳]، روشی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک (GA) برای ساخت شبکه مبدلهای حرارتی ارائه دادند. استفاده از روش Tabu Search در ساخت شبکه مبدلهای حرارتی توسط Lin و [۱۴] Miller ارائه شد که در این مقاله ضمن مقایسه اجمالی روشهای قطعی((Deterministic با روشهای تصادفی((Stochastic و مقایسه زمان حل مسایل MINLP با این روشها، نشان داده شده است که در مسائل غیر خطی، با بزرگ شدن ابعاد مساله زمان محاسبات افزایش یافته به علاوه اینکه احتمال توقف در نقاط بهینه موضعی وجود دارد. ولی در روشهای تصادفی، زمان حل کمتر بوده، با کنترل صحیح آن میتوان به جوابهای بهینه کلی دست یافت. با الگوریتم TS که در این مقاله آمده، در موارد مورد بررسی، جواب بهینه کلی با احتمال ۹۰ درصد، تضمین شده است. و نیز ذکر شده است که چون در این الگوریتم لازم نیست که تابع هدف به فرم مشخصی باشد، این روش میتواند در خیلی از موارد بهینه سازی مورد استفاده قرار گیرد.

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل های گرمایی در صنعت نفت و انرژی تهران:۱۹ و ۲۰ آبان www.mobadel.ir 1389

۱

از جدیدترین مقالههایی که در راستای حل مسائل MINLP منتشر شده، مقالهای است که توسط Pariyani و همکاران [۱۵] در سال ۲۰۰۶ منتشر شده است که در آن از الگوریتم تصادفی ( Randomized (Algorithm به منظور ساخت شبکه مبدلهای حرارتی استفاده شده است. این کار که در ادامه کارهای قبلی نویسندگان [۱۶]، انجام شده است، تقسیم جریانها را نیز در بر میگیرد. نویسندگان این مقاله ادعا کردهاند که الگوریتم ارائه شده توسط آنان هرچند از بعضی روشهای تصادفی که تاکنون وجود داشته، مثل الگوریتم TS که در بالا به آن اشاره شد، کندتر است ولی جوابهای بهتری را نتیجه میدهد.

اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی به وسیله روش طراحی پینچ((PDM

تکنولوژی pinch درموارد طرای جدید و اصلاح وضعیت ها کاربرد دارد. تعداد مواردی که از تکنولوژی pinch برای اصلاح وضعیت استفاده می شود بسیار بیشتر از مواردی است که برای طراحی جدید استفاده می

شود.[۱۷]

اصلاح بر اساس حد وسط((Trade Off هدف انرژی- سرمایه گذاری:

شکل زیر مفهوم اصلاح بر اساس حد وسط هدف انرژی- سرمایه گذاری به کمک نمودار مساحت-انرژی را نشان می دهد.

شکل :(۱) اصلاح بر اساس حد وسط هدف انرژی- سرمایه گذاری

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل های گرمایی در صنعت نفت و انرژی تهران:۱۹ و ۲۰ آبان www.mobadel.ir 1389

۱

منحنی (منحنی محدود کننده ناحیه هاشور خورده) بر اساس اهداف طراحی جدید یک فرایند است.

ناحیه هاشور خورده نشان دهنده عملکرد بهتر فرایند موجود در مقایسه با اهداف طراحی اولیه است(برای این فرایند غیر قابل دسترس است). فرایند موجود عموما بالای منحنی طراحی اولیه قرار می گیرد. نزدیک شدن فرایند موجود به این منحنی باعث افزایش عملکرد آن خواهد شد. معمولا اصلاح فرایند، برای کاهش مصرف انرژی، با افزودن سطوح انتقال حرارت انجام می شود. با افزایش سطوح جدید هر چه فرایند به منحنی طراحی جدید نزدیک تر شود، هزینه سرمایه گذاری کاهش می یابد.

بازده سطح:۲ شکل زیر راهکار اصلاح بر اساس مفهوم بازده سطح نشان را می دهد. ضریب بازده سطح ۳ بر اساس شبکه موجود طبق رابطه زیر تعریف می شود.

(۱)

At/ AexEexA1/ A2Eret

Eex : Existing energy consumption Aex : Existing surface area of the network At : Target surface area for the new design at the existing energy consumption (Eex)

۲ Area Efficiency

۳ area efficiency factor

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل های گرمایی در صنعت نفت و انرژی تهران:۱۹ و ۲۰ آبان www.mobadel.ir 1389

۱

شکل :(۲) مفهوم بازده سطح

بازده سطح نشان دهنده ی نزدیکی شبکه موجود به شبکه طراحی شده ی جد ید بر اساس هدف سطح است. برای تعیین هدف اصلاح، معمولآ بازده سطح تجهیزات جدید نصب شده را برابر با بازده سطح شبکه موجود می گیرند.

بازگشت سرمایه:۴ از روی منحنی هدف سطح-انرژی می توان منحنی صرفه جویی- سرمایه گذاری۵ برای اصلاح را
بدست آورد .

۴ Payback
saving versus investment curve 5

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل های گرمایی در صنعت نفت و انرژی تهران:۱۹ و ۲۰ آبان www.mobadel.ir 1389

۱

شکل :(۳) منحنی صرفه جویی- سرمایه گذاری

خطهای بازگشت سرمایه مختلفی را می توان مشخص نمود بر اساس بازگشت سرمایه مشخص یا حد

سرمایهگذاری، هدف صرفه جویی انرژی را می توان تعیین نمود. بعد از مشخص شدن این هدف می توان Tmin را

برای شبکه تعیین نمود. با کمک مقدار Tmin ، جریانهای حرارتی عبور کننده در عرض پینچ( cross pinch heat ( flow و مبدلهای انتقال دهنده حرارت در عرض پینچ (cross pinch HEX) که نیاز به تصحیح دارند محاسبه می شوند.

در این روش تعیین هدف بر اساس فرضیه ثابت بودن ضریب بازده سطح است. این فرضیه حتی برای زمانی که ضریب بازده سطح برای شبکه موجود بالا است(( > 0. 85، نیزمعتبراست. در حالاتی که ضریب بازده سطح پایین است ( < 0 .6)، فرض ثابت بودن ضریب بازده سطح را با احتیاط باید به کار برد.

اصلاح بر اساس منحنی انرژی- Tmin

هزینه سرمایه گذاری مبدل ها و اطلاعات راجع به انتقال حرارت برای تعیین اصلاحات بر اساس حد وسط سرمایه انرژی لازم است. قیود زمانی پروژه ممکن است اهداف هزینه سرمایه گذاری برای اصلاح را محدود کند. در این بخش راهکارهای ساده تری برای برای اصلاح بر اساس آنالیز پراکندگی هدف انرژی با Tmin ارائه می شود.

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل های گرمایی در صنعت نفت و انرژی تهران:۱۹ و ۲۰ آبان www.mobadel.ir 1389

۱

۳۶ oC

شکل :(۴) شکل روشی برای اصلاح با استفاده از نمودار انرژی- Tmin

شکل بالا مثالی از نمودار انرژی- Tmin است که برای یک فرایند رسم شده است. این نمودار مستقیم

ازمنحنی های ترکیبی فرایند حاصل میشود. طراحی موجود مطابق با Tmin برابر با بین منحنی های
ترکیبی است. این نمودار بیانگر حساسیت پراکندگی هدف انرژی به Tmin در بازه دمایی بین ۲۰ oC و ۳۰ oC

است. ولی در بازه دمایی بین ۸ o C و ۲۰ oC هدف انرژی به Tmin حساس نیست. از طرف دیگر هزینه سرمایه
گزاری در این ناحیه افزایش می یابد. بنابراین ۲۰ oC هدف مناسبی برای اصلاح است.
اگر چه نمودار انرژی- Tmin ابعاد هزینه سرمایه گزاری را لحاظ نمی کند ولی انتظار می رود که

تغیرات غالب بر روی بعد انرژی تاثیر خود را بر روی حد وسط هزینه سرمایه گزاری-انرژی بگذارد. راهکار بالا به همراه تجربیات قبلی بر روی فرایند های مشابه اهداف عملی را برای وضعیت های مختلف فراهم می آورد.

اصلاح بر اساس مقادیر تجربی Tmin

انتظار می رود که پروژهای اصلاحی که دارای سناریوی هزینه یکسان(مثل سوخت و هزینه سرمایه گزاری) وتکنولوژی فرایندی یکسانی هستند دارای مقادیر Tmin مشابه باشند. درچنین مواردی تجربیات عملی قبلی اطلاعات مفیدی را برای انتخاب Tmin فراهم میآورد. معمولآ فرایند های مشابه دارای شکل های یکسان منحنی ترکیبی هستند. به عنوان مثال در واحد تقطیراتمسفری به علت همانندی جریان جرمی در محصولات برج منحنی های ترکیبی به موازات یکدیگر خواهند بود. شکل منحنی های ترکیبی بر روی پراکندگی نیروی محرکه

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل های گرمایی در صنعت نفت و انرژی تهران:۱۹ و ۲۰ آبان www.mobadel.ir 1389

۱

دمایی در فرایند و در نتیجه بر روی هزینه سرمایه گزاری شبکه مبدل های حرارتی تاثیر خواهد داشت. شکل زیر تاثیر شکل منحنی های ترکیبی بر روی مقدار هدف Tmin نشان می دهد.

شکل :(۵) تاثیر شکل منحنی های ترکیبی بر روی مقدار بهینه Tmin فرایند

برای منحنی های ترکیبی گسترده (یا واگرا) ،حتی در مقادیرپایین Tmin ، نیروی محرکه دما کاملآ بالا است. هنگامی که منحنی های ترکیبی به موازات یکدیگر هستند، هزینه سرمایه گزاری مبدلهای حرارتی در Tmin پایین، کاملآ بالا خواهد بود. این یافتهها همراه با تجربیات کاربردی قبلی میتواند برای اهداف اصلاح کاملآ مفید باشد.

مقادیر Tmin بر اساس تجربیات Linnhoff March در جداول ذیل ارائه شده است. باید توجه نمود که اگر چه این مقادیر تجربی Tmin برای اصلاح موارد عملی مناسب است ولی در بعضی موارد مقادیر بهینه نیستند. بنابراین باید با احتیاط از این مقادیر استفاده نمود.