دانلود مقاله اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی توسط تکنولوژی پینچ

بخشی از مقاله

چکیده

در چند دهه اخیر با توجه به کاهش منابع انرژي و رشد روز افزون هزینه انرژي ، صرفهجویی در مصرف انرژي جزء برنامههاي اصلی واحدهاي صنعتی به شمار میرود. چراکه مصرف بالاي انرژي علاوه بر تحمیل هزینههاي سنگین، باعث افزایش آلایندههاي محیطی میگردد که این امر با مخالفت شدید سازمانهاي حامی محیط زیست، مواجه گردیده است.در پی تلاشهاي صاحبنظران براي رفع این معزل، روشهاي متعددي پیشنهاد گردید که از جمله این روشها، استفاده بهینه از انرژي تلف شده در فرایندها میباشد. در این راستا مفاهیم متعددي، گسترش یافته، مورد استفاده قرار گرفت. انتگراسیون فرایند یکی از این مفاهیم میباشد.انتگراسیون یا یکپارچهسازي فرایند، مفهوم نسبتا جدیدي است که از دهه 80 میلادي آغاز و در دهه 90 به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت تا اینکه بخشی خاص از فعالیتهاي سیستماتیک را که عمدتا مربوط به طراحی فرایند هستند را مورد شرح و بررسی قرار دهد. اصلاح شبکه مبدلهاي حرارتی معمولا از دو روش برنامهریزي ریاضی و یا تکنولوژي پینچ صورت میپذیرد.

البته روشهاي دیگري 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 کلیدي: مبدل حرارتی- انتگراسیون- انرژي- تکنولوژي پینچ

دومین همایش بین المللی مبدل هاي گرمایی در صنعت نفت و انرژي. تهران:19 و 20 آبان www. mobadel.ir 1389

مقدمه

آژانس بینالمللی انرژي (IEA) از انتگراسیون فرایند در سال 1993 تعریفی ارائه داد که به دلیل تحولاتی که در انتگراسیون فرایند طی 15 سال اخیر رخ داده است، تعریف مجددي از انتگراسیون فرایند توسط آژانس ارائه شد:[1]

" انتگراسیون فرایند یک مفهوم عمومی است، براي کاربرد اسلوب گذاريهاي که بر مبناي سیستم و با دیدگاه جامع و کلی به طراحی واحد، بناشده و گسترش یافتهاند. و مورد استفاده آنها در طراحیهاي جدید و اصلاحی میباشد. این اسلوبها میتوانند مدلها، روشها و تکنیکهاي ریاضی، ترمودینامیکی و اقتصادي باشند که هوش مصنوعی، آنالیز سلسله مراتبی، آنالیز پینچ و برنامهریزي ریاضی نمونه این روشها میباشند. یکپارچهسازي

فرایند به طراحی بهینه (از لحاظ سرمایهگذاري اولیه، بازده انرژي، خروجیهاي زائد، کارایی، انعطافپذیري، قابلیت کنترل، ایمنی، بازده همچنین از جنبه عملیاتی و پایداري) اتلاق میشود."

یکپارچهسازي فرایند در موارد زیر کاربرد دارد:

• صرفهجویی در مصرف انرژي

• کم کردن انتشار گازهاي گلخانهاي (Greenhouse Gas Emission)

• رفع گلوگاههاي ایجاد شده در فرایند

• بهینهسازي فرایندهاي ناپیوسته

• بهینهسازي مصرف هیدروژن

• طراحی راکتور و بهبود شرایط عملیات

• حداقل نمودن میزان مصرف آب و میزان تولید پساب

• بهینهسازي فرایندهاي متوالی جداسازي

• کم کردن پسماند

• بهینهسازي سیستم تأسیسات جانبی

• کاهش هزینه سرمایهگذاري

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل هاي گرمایی در صنعت نفت و انرژي تهران:19 و 20 آبان www.mobadel.ir 1389

1

میتوان شروع یکپارچهسازي فرایند را پیدایش روش بازیافت حرارت در نقطه پینچ (heat recovery pinch) دانست که به طور جداگانه توسط Hohmann و همکارانش در سال 1971 و توسط Umeda و نیز Linnhoff و همکارانش در سالهاي (1978-1979) ابداع شد.پس از آن، استفاده از روشهاي یکپارچهسازي فرایند در فرایندهاي صنعتی در دهه 80 توسعه و گسترش یافت و روشهاي جدیدي در این راستا ابداع شد. از مهمترین این روشها میتوان به روش آنالیز پینچ و روش برنامهریزي ریاضی اشاره نمود.

مروري بر تحقیقات انجام شده

طرحی شبکه مبدلهاي 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 براي تعیین هزینه انرژي و ارتقاء بازیافت حرارت در فرایند هاي شیمیایی به کار می رود.در سال 1988 بررسی جامعی از کارهاي انجام شده تا آن زمان توسط Gunderson و [2] Naess صورت گرفت. میتوان گفت که مساله طراحی شبکه مبدلهاي حرارتی علاوه بر اهمیت اقتصادي زیادش با تعدادي از مشکلات کلیدي همراه است که برخی از آنها عبارتند از:

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

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

• انتخاب ساختار بهینه شبکه مبدل هاي حرارتی

• دماي نهایی ثابت ومتغیر براي جریانهاي فرایندي

• 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 مبدلهاي 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 مبدلهاي حرارتی, درجهت حل مشکلات بالا در قالب روشهاي مختلف بوده است. مطالعه طراحی و ساخت شبکه مبدلهاي حرارتی به صورت سیستماتیک، در خلال سالهاي 1960 تا اوایل 1970 آغاز شد.

از پیشگامان موضوع میتوان [i]Westbrook و [ii]Hwa را نام برد که ابرساختارهایی (Superstructures) بر پایه برنامهریزي ریاضی تولید کردندکه مساله طراحی شبکه مبدل هاي 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 هاي گرمایی در صنعت نفت و انرژي تهران:19 و 20 آبان www.mobadel.ir 1389

1

آنها نیز Masso و [iii]Rudd که از روشهاي ابتکاري (Heuristic) براي ساخت شبکه استفاده کردند، از پیشگامان، به شمار میآیند.1

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

پس از آن خردهجریانهاي گرم به خردهجریانهاي سرد مرتبط میشوند. هدف، حداقل نمودن مجموع هزینههاي مربوط به همه ارتباطهاي موجود میباشد. براي گسترش بیشتر، باید شبکهاي اجرایی ساخت که تمام خردهجریانها را در بر گیرد.

روشهاي جستجوي درختی (Tree-Searching) و نیز روشهاي تجزیه((Decomposition، در زمره الگوریتمهاي متوالی((Sequential محسوب میگردند. در سال 1973 توسط Pho و [v]Lapidus یک روش جستجوي درختی پیشنهاد شد که در نهایت به نمودار درختی کامل براي شبکه میانجامید ولی ضعف این روش این بود که تنها براي سیستمهایی که کمتر از ده جریان دارند، قابل استفاده میباشد. براي اینکه بتوان از این روش براي تعداد جریانهاي بیشتر استفاده کرد، باید آن را با روشهاي ابتکاري و یا روشهاي کراندار نمودن((Bounding، ترکیب کرد. نمونه این کار توسط Ponton و [vi] Donaldson ارائه شد که در آن جریان گرمی که بالاترین دماي اولیه را دارد با سردترین جریانی که بالاترین دماي هدف را دارد، جفت میشود.

بعلت ضعف مبانی تئوري والگوریتم هاي حل روش هاي بهینه سازي درآن زمان, استفاده از روشهاي ریاضی با محدودیت مواجه شد. در نتیجه، تحقیقات بر روي شناخت اهداف (Targets) بر اساس هزینه منابع تاسیساتی و حداقل تعداد تناظرهاي دوتایی براي انتقال حرارت عمودي((Vertical Heat Transfer و غیر عمودي((Non-Vertical متمرکز شد.

در دهه 1970، سه مفهوم اساسی و پایه ساخت شبکه مبدلهاي حرارتی، کشف شد. دو مفهوم آن توسط [vii] Hohmann معرفی شد. او اولین روش تعیین حداقل انرژي مصرفی، قبل از طراحی را ارائه داد. همچنین او قانون N-1، براي تعیین حداقل تعداد واحد مورد نیاز را ارائه داد که N در اینجا بیانگر تعداد جریانها میباشد. چندي 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 براي یکپارچهسازي حرارتی بود که در دو کار مستقل توسط Linnhoff و همکاران[viii] و نیز Umeda و همکاران[ix] ارائه شد. مبناي کار آنها اصول ترمودینامیکی میباشد. پس از آن Linnhoff و [xi] Hindmarsh
روش معروف "طراحی به روش پینچ"((PDM را ارائه دادند.

١ براي اطلاعات بیشتر به قسمت مراجع پیشنهادي مراجعه گردد.
_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل هاي گرمایی در صنعت نفت و انرژي تهران:19 و 20 آبان www.mobadel.ir 1389

1

این مساله باعث شدکه مسایل طراحی از فرم روشهاي یکعملکرد((Single task، به فرم روشهاي چندعملکرد((Multitask، تغییر پیدا کنند. بدین منظور تکنیکهاي سادهاي براي تجزیه ناحیهاي ( Local (Decomposing مساله اولیه به زیرمساله هایی که به نام اهداف شناخته می شوند، توسعه یافت. اغلب روشهاي طراحی بر اساس تکنیک تجزیه ناحیهاي, مساله را به زیر مساله هاي جداگانه زیر تبدیل می کنند:

1. حداقل هزینه منابع تاسیساتی

2. حداقل تعداد جفت ها

3. حداقل هزینه سرمایه گذاري ساختار شبکه مبدلهاي حرارتی

که این اهداف با استفاده از روشهاي ترمودینامیکی، روشهاي بهینهسازي و قواعدتجربی محاسبه می-

گردند.

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

به طور کلی، تصمیمگیريهاي اولیه بر روي میزان بازیافت انرژي و تصمیمگیري براي تجزیه مساله اصلی به مسایل کوچکتر که بر اساس موقعیت نقطه(نقاط) پینچ انجام می شود, ساختار بهینه شبکه مبدلهاي حرارتی راتعیین نمیکند. بنابراین به خاطر این محدودیتها ، محققان در اواخر دهه 1980 واوایل 1990با توسعه جنبههاي الگوریتمی و تئوري در بهینهیابی, بر روي روشهاي بهینه یابی همزمان که با مساله طراحی، به صورت یک مساله منفرد برخورد میکند متمرکز شدند. در این روشها همه اثرهاي متقابل هزینه عملیاتی وسرمایه گذاري در نظر گرفته می شود.

روشهاي برنامهریزي ریاضی که از تکنیکهاي بهینه سازي کمک میگیرد، از برنامهریزي خطی((LP

شروع شده، رفته رفته روشهاي دیگر مانند برنامهریزي خطی اعداد صحیح (MILP) و برنامه ریزي غیر-

خطی((NLP گسترش یافت. این روشها جایگزین روشهایی هستند که بر مبناي هدفگذاري بنا شدهاند. از کارهاي انجام شده در این راستا میتوان به مقالات ارائه شده توسط Papoulias و Grossmann در سال [4] 1983، [5]، [6] 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 هدفگذاري و بهینهسازي بین آنها را مورد توجه قرار میداد، با گسترش روشهاي برنامهریزي غیرخطی اعداد صحیح (MINLP) بهوجود آمدند.

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل هاي گرمایی در صنعت نفت و انرژي تهران:19 و 20 آبان www.mobadel.ir 1389

1

در سال Floudas 1989 و [7] Ciric یک مدل MINLP براي در نظر گرفتن همزمان اهداف (1)و((2 توسعه دادند که زمینه اي براي حل هدف گذاري((3 شد. پس از آن Ciric و [8] Floudas نشان دادند که فرض تجزیه بر اساس نقطه پینچ ثابت غیر طبیعی است و بجاي آن از پینچ مجازي براي هدف گذاري هاي (2) و (3) استفاده کردند.در مقاله دیگري، Ciric و [9] Floudas مساله طراحی شبکه مبدل هاي حرارتی را به صورت یک مساله بهینهیابی واحد در نظر گرفتد که در آن مصرف منابع تاسیساتی، جفتها و ساختار شبکه مبدلها, به صورت متغیرهاي تصمیمگیري بوده، به طور همزمان حل میشوند.

در این سالها گروه دیگري نیز در این زمینه تحقیقاتی را انجام دادند. در سال 1990، Yee و [11] Grossmann، یک مدل MINLP ازیک ابر ساختار (Superstructure) ساده شده, بر اساس فرض آمیختن همدما براي بهینه یابی همزمان شبکه مبدل هاي حرارتی توسعه دادند. فرض آنها از اختلاط همدما باعث یک مجموعه ي خطی از محدودیتها می شود که این موضوع هم باعث نادیده گرفتن تعدادي از ساختارهاي جایگزین براي طراحی می گردد. انواع دیگري از ابرساختارها توسط Yee و [10] Grossmann،[12] براي 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 غیرچندجملهاي (Non Polynomial) به ازاي افزایش تعداد پارامترهاي مساله، افزایش مییابد.[Error> Reference source not found.]

تاکنون افراد مختلف، روشهاي گوناگونی براي حل مسایل خاصی از این نوع با فرضهاي سادهکنندهاي ارائه کردهاند. همچنین از روشهاي دیگري براي بهینهسازي 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 هاي حرارتی پرداختند. در سال 1998 توسط Lewin و همکاران [13]، روشی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک (GA) براي ساخت شبکه مبدلهاي حرارتی ارائه دادند. استفاده از روش Tabu Search در ساخت شبکه مبدلهاي حرارتی توسط Lin و [14] Miller ارائه شد که در این مقاله ضمن مقایسه اجمالی روشهاي قطعی((Deterministic با روشهاي 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 روشهاي تصادفی، زمان حل کمتر بوده، با کنترل صحیح آن میتوان به جوابهاي بهینه کلی دست یافت. با الگوریتم TS که در این مقاله آمده، در موارد مورد بررسی، جواب بهینه کلی با احتمال 90 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 سازي مورد استفاده قرار گیرد.

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل هاي گرمایی در صنعت نفت و انرژي تهران:19 و 20 آبان www.mobadel.ir 1389

1

از جدیدترین مقالههایی که در راستاي حل مسائل MINLP منتشر شده، مقالهاي است که توسط Pariyani و همکاران [15] در سال 2006 منتشر شده است که در آن از الگوریتم تصادفی ( Randomized (Algorithm به منظور ساخت شبکه مبدلهاي حرارتی استفاده شده است. این کار که در ادامه کارهاي قبلی نویسندگان [16]، انجام شده است، تقسیم جریانها را نیز در بر میگیرد. نویسندگان این مقاله ادعا کردهاند که الگوریتم ارائه شده توسط آنان هرچند از بعضی روشهاي تصادفی که تاکنون وجود داشته، مثل الگوریتم TS که در بالا به آن اشاره شد، کندتر است ولی جوابهاي بهتري را نتیجه میدهد.

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

تکنولوژي pinch درموارد طراي جدید و اصلاح وضعیت ها کاربرد دارد. تعداد مواردي که از تکنولوژي pinch براي اصلاح وضعیت استفاده می شود بسیار بیشتر از مواردي است که براي طراحی جدید استفاده می

شود.[17]

اصلاح بر اساس حد وسط((Trade Off هدف انرژي- سرمایه گذاري:

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

شکل :(1) اصلاح بر اساس حد وسط هدف انرژي- سرمایه گذاري

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل هاي گرمایی در صنعت نفت و انرژي تهران:19 و 20 آبان www.mobadel.ir 1389

1

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(براي این فرایند غیر قابل دسترس است). فرایند موجود عموما بالاي منحنی طراحی اولیه قرار می گیرد. نزدیک شدن فرایند موجود به این منحنی باعث افزایش عملکرد آن خواهد شد. معمولا اصلاح فرایند، براي کاهش مصرف انرژي، با افزودن سطوح انتقال حرارت انجام می شود. با افزایش سطوح جدید هر چه فرایند به منحنی طراحی جدید نزدیک تر شود، هزینه سرمایه گذاري کاهش می یابد.

بازده سطح:2 شکل زیر راهکار اصلاح بر اساس مفهوم بازده سطح نشان را می دهد. ضریب بازده سطحα 3 بر اساس شبکه موجود طبق رابطه زیر تعریف می شود.

(1)

At/ AexEexA1/ A2Eret

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)

2 Area Efficiency

3 area efficiency factor

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل هاي گرمایی در صنعت نفت و انرژي تهران:19 و 20 آبان www.mobadel.ir 1389

1

شکل :(2) مفهوم بازده سطح

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

بازگشت سرمایه:4 از روي منحنی هدف سطح-انرژي می توان منحنی صرفه جویی- سرمایه گذاري5 براي اصلاح را
بدست آورد .

٤ Payback
saving versus investment curve 5

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل هاي گرمایی در صنعت نفت و انرژي تهران:19 و 20 آبان www.mobadel.ir 1389

1

شکل :(3) منحنی صرفه جویی- سرمایه گذاري

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

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

براي شبکه تعیین نمود. با کمک مقدار Tmin ، جریانهاي حرارتی عبور کننده در عرض پینچ( cross pinch heat ( flow و مبدلهاي 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 براي زمانی که ضریب بازده سطح براي شبکه موجود بالا است((α > 0. 85، نیزمعتبراست. در حالاتی که ضریب بازده سطح پایین است (α < 0 .6)، فرض ثابت بودن ضریب بازده سطح را با احتیاط باید به کار برد.

اصلاح بر اساس منحنی انرژي- Tmin

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

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل هاي گرمایی در صنعت نفت و انرژي تهران:19 و 20 آبان www.mobadel.ir 1389

1

36 oC

شکل :(4) شکل روشی براي اصلاح با استفاده از نمودار انرژي- Tmin

شکل بالا مثالی از نمودار انرژي- Tmin است که براي یک فرایند رسم شده است. این نمودار مستقیمĤ

ازمنحنی هاي ترکیبی فرایند حاصل میشود. طراحی موجود مطابق با Tmin برابر با بین منحنی هاي
ترکیبی است. این نمودار بیانگر حساسیت پراکندگی هدف انرژي به Tmin در بازه دمایی بین 20 oC و 30 oC

است. ولی در بازه دمایی بین 8 o C و 20 oC هدف انرژي به Tmin حساس نیست. از طرف دیگر هزینه سرمایه
گزاري در این ناحیه افزایش می یابد. بنابراین 20 oC هدف مناسبی براي اصلاح است.
اگر چه نمودار انرژي- Tmin ابعاد هزینه سرمایه گزاري را لحاظ نمی کند ولی انتظار می رود که

تغیرات غالب بر روي بعد انرژي تاثیر خود را بر روي حد وسط هزینه سرمایه گزاري-انرژي بگذارد. راهکار بالا به همراه تجربیات قبلی بر روي فرایند هاي مشابه اهداف عملی را براي وضعیت هاي مختلف فراهم می آورد.

اصلاح بر اساس مقادیر تجربی Tmin

انتظار می رود که پروژهاي اصلاحی که داراي سناریوي هزینه یکسان(مثل سوخت و هزینه سرمایه گزاري) وتکنولوژي فرایندي یکسانی هستند داراي مقادیر Tmin مشابه باشند. درچنین مواردي تجربیات عملی قبلی اطلاعات مفیدي را براي انتخاب Tmin فراهم میآورد. معمولآ فرایند هاي مشابه داراي شکل هاي یکسان منحنی ترکیبی هستند. به عنوان مثال در واحد تقطیراتمسفري به علت همانندي جریان جرمی در محصولات برج منحنی هاي ترکیبی به موازات یکدیگر خواهند بود. شکل منحنی هاي ترکیبی بر روي پراکندگی نیروي محرکه

_______________________

دومین همایش بین المللی مبدل هاي گرمایی در صنعت نفت و انرژي تهران:19 و 20 آبان www.mobadel.ir 1389

1

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

شکل :(5) تاثیر شکل منحنی هاي ترکیبی بر روي مقدار بهینه Tmin فرایند

براي منحنی هاي ترکیبی گسترده (یا واگرا) ،حتی در مقادیرپایین Tmin ، نیروي محرکه دما کاملآ بالا است. هنگامی که منحنی هاي ترکیبی به موازات یکدیگر هستند، هزینه سرمایه گزاري مبدلهاي حرارتی در Tmin پایین، کاملآ بالا خواهد بود. این یافتهها همراه با تجربیات کاربردي قبلی میتواند براي 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 براي اصلاح موارد عملی مناسب است ولی در بعضی موارد مقادیر بهینه نیستند. بنابراین باید با احتیاط از این مقادیر استفاده نمود.