بخشی از مقاله
چکیده
Drying Oil ماده ای است که از آن برای جلای بیشتر رنگ استفاده می کنند. با توجه به اینکه واکنشی که منجر به تولید محصول مطلوب - Drying Oil - می شود، گرماگیر است لذا خوراک قبل از ورود به راکتور در کوره ای تا 380 درجه سانتیگراد پیشگرم می شود. با توجه به دلتا T کوره 231 - درجه سانتیگراد - مصرف انرژی در این تجهیز بالا بوده ، چون انرژی آن از احتراق گاز طبیعی - Natural Gas - تامین می گردد. براساس نقشه فرآیندی، میزان گاز طبیعی تزریق شده به کوره برابر با 90 kmole/h می باشد.
از طرفی با توجه به حضور ترکیبات سنگینی نظیر هگزان، هپتان و اکتان در سوخت مصرفی کوره، تولید گازهای دی اکسید کربن، منواکسید کربن و بخار آب در اثر واکنش های احتراق بالاتر از حد استاندارد بوده که می تواند تهدید جدی برای محیط زیست بشمار آید. در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی واحد، کوره پیشگرمایش بهینه سازی و روشی با هدف کاهش مصرف گاز طبیعی در آن ارائه گردیده است. روش ارائه شده بیان می کند که می توان با استفاده از یک مبدل حرارتی و تبادل گرما میان جریان سرد - خوراک - و جریان گرم - محصول راکتور - ، مصرف انرژی در کوره را بهینه نمود..
-1 مقدمه
نام تکنولوژی پینچ برای پژوهشگران و دانشمندان فعال در عرصه بهینه سازی مصرف انرژی شناخته شده و آشناست. این تکنولوژی اولین بار توسط linnhoff و [1] Turner برای تحلیل و بررسی شبکه مبدل های حرارتی به منظور کاهش مصرف انرژی استفاده گردید . آن ها به منحنی ترکیبی بعنوان ابزاری مهم در بازیافت انرژی پرداختند. تاکید آن ها بر نقطه پینچ بعنوان نقطه کلیدی در بازیافت انرژی بود و به همین علت نام تکنولوژی پینچ را برای آن انتخاب نمودند .[2]
به دنبال آن ها پژوهش هایی برای کمینه نمودن تعداد مبدل های مورد نیاز شبکه توسط flower و linnhoff [3] و کمینه نمودن سطح مورد نیاز شبکه مبدل های حرارتی توسط Townsend و [4] linnhoff، ahmad و [5] linnhoff انجام گردید.اولین گزارش ها از کاربرد تکنولوژی پینچ مربوط به ICI بوده که 30 درصد کاهش مصرف انرژی در فرآیند های شیمیایی و پتروشیمیایی ایجاد شده بود. سپس Union Carbide گزارش داد که بطور میانگین 50 درصد کاهش مصرف انرژی داشته است .[2]
تا به امروز تکنولوژی پینچ پیشرفت های زیادی نموده است و علاوه بر شبکه مبدل های حرارتی برای بهینه سازی برج های تقطیر و کوره ها استفاده می شود. در راستای گسترش تکنولوژی پینچ ، مشکلاتی همچون در نظر گرفتن افت فشار در طراحی و همچنین محدودیت های افت فشار در اصلاح سیستم های موجود مورد مطالعه قرار گرفت . برای حل این مشکل Polley و [6-8] Panjeh shahi در اوایل دهه نود میلادی راهکار های مناسبی را ارائه نمودند.
همچنین [9] Panjeh shahi الگوریتمی را برای بهینه سازی افت فشار در شبکه مبدل های حرارتی ارائه نمود. به منظور بهینه سازی انرژی در انتگراسیون فرآیند ها با افزایش ضریب انتقال حرارت، تکنیک افزودن وسایل افزاینده انتقال حرارت در مبدل ها توسط [10] Polley et al و 11] Jafari Nasrو[12 مورد بررسی قرار گرفت. به موازات پژوهش های انجام شده در زمینه بهینه سازی شبکه مبدل های حرارتی ، پژوهشی نیز در مورد استفاده از این روش جهت بیشینه کردن استفاده مجدد از منابع آب توسط Smith و 13]Wangو[14 انجام شد. در سال 1999 میلادی [15] Alves و [16] Towler روش پینچ هیدروژن را به منظور کاهش هیدروژن درخواستی به ویژه در پالایشگاه ها مورد توجه قرار دادند.
با آغاز بحران انرژی و افزایش شدید قیمت نفت در بازارهای جهانی در اوایل دهه 1970 میلادی باعث گردید تا کشورهای صنعتی غرب که به طور عمده وارد کننده نفت خام و سایر فرآوردههای نفتی و گاز طبیعی بودند، تحقیقات گستردهای را به منظور دسترسی به فناوری جدیدی که بتواند مصرف انرژی را در یک فرآیند شیمیایی به حداقل برساند، تا از این طریق باعث کاهش هزینههای جاری تولید و نیز کاهش وابستگی به کشورهای صادر کننده نفت گردد، آغاز کردند که منجر به معرفی فناوری پینچ به عنوان ابزاری جهت طراحی بهینه شبکه تبادلگرهای حرارتی گردید.[17]
در اواخر دهه هفتاد میلادی Linnhoff و Vredeveld روش ترمودینامیکی را برای کاهش مصرف انرژی در شبکه تبادلگرهای حرارتی مورد بررسی قرار دادند و مفاهیمی همانند منحنی ترکیبی را به عنوان ابزاری مهم در بازیافت انرژی حرارتی معرفی نمودند.[20-18] با گذشت زمان فناوری پینچ توسعه چشمگیری پیدا نمود، به طوری که علاوه بر شبکه تبادلگرهای حرارتی برای بهینه سازی مصرف انرژی در برجهای تقطیر، کورهها، تبخیر کنندهها، توربینها، راکتورها نیز به کار برده میشود.
البته این فناوری با مشکلاتی رو به رو گردید که میتوان به محدودیت افت فشار در اصلاح سیستمهای موجود، پیچیدگی واحد، هزینه لوله کشی، مشکلات ایمنی و غیره اشاره نمود. در ابتدای دهه 90 میلادی با ارائه راهکاری مناسب مشکل محدودیت افت فشار برطرف گردید و در اواسط دهه نود با کاربرد تئوری تجزیه سازی منطقهای مسائلی که این فناوری را غیر قابل اجرا و غیر اقتصادی نشان میدادند برطرف گردید.[21] ابزارهای تحلیل پینج منحنی ترکیبی و منحنی ترکیبی جامع میباشد - شکل. - 1
تکنولوژی پینچ در طراحی شبکه مبدل های حرارتی حداقل مصرف انرژی را تضمین می کند. آنالیز اگزرژی - شکل - 2 از قوانین اول و دوم ترمودینامیک بهره می گیرند تا بتواند جریان اگزرژی را در سیستم محاسبه و نیز اجزاء غیر بهینه را مشخص کند. اما متاسفانه این روش راه حل عملی جهت جلوگیری از تلفات اگزرژی ارائه نمیدهد. از سوی دیگر تکنولوژی پینچ یک روش کلی جهت طراحی فرایند ها محسوب می شود که توانایی هدف گذاری بیشترین اصلاحات ممکن قبل از طراحی و شبیه سازی نهایی را دارا می باشد. اما نقطه ضعف این روش زمانی نمایان می گردد که از آن در سیستم های تولید نیرو استفاده شود، بنابراین روش جدیدی برای غلبه بر ضعف های دو روش فوق توسعه یافته است که آنالیز ترکیبی پینچ و اگزرژی - شکل - 2نامیده می شود. [22 ]
بنابراین در طراحی سیستمهای تولید و مصرف توان فناوری پینچ به تنهایی کاربرد نداشته و باید از یک ابزار جانبی برای تقویت آن استفاده نمود. در نتیجه میتوان به اهمیت روش تحلیل ترکیبی پینچ و اکسرژی پی برد. در این روش از منحنی ترکیبی اکسرژی - ECC - و منحنی ترکیبی جامع اکسرژی - EGCC - برای تحلیل سیستمها استفاده میگردد، به این ترتیب که با تغییر محور دما به فاکتور کارنو - F 1- T0/T - منحنی ترکیبی اکسرژی رسم شده سپس به کمک آن منحنی ترکیبی جامع اکسرژی رسم میگردد. مساحت بین دو منحنی ترکیبی متناسب با افت اکسرژی در شبکه تبادلگرهای حرارتی خواهد بود.
