این روش به صورت مشابه در بخش پایین برج قابل استفاده است که نمودار دما- آنتالپی برگشت پذیر تشکیل می دهد. این روش برای سیستم های جند جزئی بسیار گسترده و دشوار می باشد. ترسیم نمودار برای ترکیبات مختلف بین برج واقعی و برج برگشت پذیر مشکل است. بنابراین برج برگشت پذیر ممکن است که به صورت برگشت ناپذیر آدیاباتیک شود و شناسایی آن کار ساده ای نیست]۲۶[.
( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
بهینه سازی تعیین محل مناسب مبدل های جانبی برای رسین به اهداف ترمودینامیکی و اقتصادی در برج˓ به شرایط حداقل جریان برگشتی بستگی دارد.
جهت حل پیچیدگی محاسبات مورد نیاز در برج های چند جزئی در شرایط فرایند واقعی، روشی برای تقسیم به شبه دوتایی بین عنصرهای کلیدی سبک و سنگین پیشنهاد شده است در این روش از اطلاعات عنصر کلیدی در شبیه سازی تقطیر چندجزئی در فرمول های موازنه جرم و انرژی استفاده می کنند و بدین صورت نمودار سیستم دو جزئی محاسبه می شود. مزیت اصلی این روش˓سبب اجرا و همگرا شدن برج شبیه سازی شده˓ می شود.
آنتالپی مخصوص جریان های مایع و بخار در شرایط برگشت پذیری مانند برج واقعی است اما ترکیبات در برج برگشت پذیر متفاوت می باشد .
مشکل اصلی به کار بردن نمودار برج برگشت پذیر مشخص کردن ناحیه ای برای جوش آور و خنک کننده جانبی در برج ایده ال است ( بدون در نظر گرفتن نیروی محرکه) در صورتی که در برج واقعی نیروی محرکه نامعین توصیف شده است. فقط در برج با تعداد سینی نامحدود می توان قسمت خط عملیاتی برگشت پذیر برج را رسم کرد. گرچه مقدار توزیع اجزاء در جریان های محصول و همچنین مقدار جریان برگشتی در برج واقعی نسبت به برج برگشت پذیر متفاوت می باشد.
در برج های واقعی شکل های اختیاری بیشماری برای هر جداسازی مخصوص وجود دارد. مانند تعداد سینی ها و یا تعیین محل سینی خوراک. هر شکل از برج ها بار حرارتی متفاوت دارند و مهمتر از آن، توزیع و پخش نیروی محرکه ی متفاوت در داخل برج است.
تغییر در توزیع نیرو محرکه در داخل یک برج را می توان با بهره گرفتن از نمودار ترکیب بخار- مایع برای یک سیستم دو جزئی نشان داد. ( شکل ۴- ۵ ) فاصله بین خط تعادل و خط عملیاتی را می توان به عنوان نیروی محرکه جدایی در نظر گرفت. برج( الف) با ۱۹ سینی عمل می کند. با قرار دادن جوش آور جانبی روی سینی ۱۴ در شکل برج (ب)˓ فاصله ی بین خطوط در نزدیکی محل جوش آور جانبی کاهش پیدا می کند (کاهش نیرو محرکه ). برای جبران کاهش نیرو محرکه به صورت کلی بایستی در امتداد ستون فاصله بین خط عملیاتی و خط تعادل افزایش پیدا می کند که منجر به افزایش بار حرارتی کل مورد نیاز می شود. گرچه با افزایش تعداد سینی در قسمت بالای جوش آور جانبی به وسیله چهار سینی بار حرارتی کل به مقدار اولیه خود بر می گردد. (برج ج ) با افزایش تعداد سینی ها توزیع نیرو محرکه در بالای جوش آور جانبی در برج های( الف و ج) مشابه هستند و در نهایت با افزایش تعداد سینی ها در قسمت پایین جوش آور جانبی بیشترین حد بار حرارتی را در جوش آور جانبی داریم که خط عملیاتی و خط تعادل در قسمت سینی جوش آور جانبی با هم تماس پیدا می کنند ]۲۶[. ( برج د)
در نتیجه موقعیت یک مبدل جانبی در برج تقطیر حقیقی با افزایش بار حرارتی کل و یا تعداد سینی های مورد نیاز ( و یا ترکیب هر دو با هم ) نیاز به حفظ نیرو محرکه امکان پذیر را در برج تأمین می کند.
شناسایی مکان مناسب برای مبدل جانبی با توجه به هر دو شرایط مکان و بار حرارتی و با در نظر گرفتن نیروی محرکه که در مطالعات گذشته و در روش های سنتی مدل های برج برگشت پذیر مطرح نشده بود˓ نکته ی بسیار مهمی است.
روش هایی برای توسعه طراحی برج های تقطیر به وسیله آنالیز توزیع نیروی محرکه پیشنهاد شده است. یکی از این رویکردها در برج تقطیر آدیاباتیک است جایی که گرما اضافه و یا به وسیله مبدل های روی سینی، گرما را خارج می کنند. در این برج انتخاب صحیح بارحرارتی داخلی و دمای انرژی جانبی[۱۲]منجر به بهبود توزیع نیروی محرکه می شود وبه طور کلی بازده قانون دوم ترمودینامیک بهتر می شود.
همان طور که قبلا اشاره شد روش دیگر بهینه سازی برج تقطیر، انتگراسیون حرارتی داخلی برج تقطیر (HIDiC) می باشد. این روش از دو قسمت برج جذب و برج دفع تشکیل شده که با توجه به فشار بسیار بالا در قسمت برج دفع نسبت به قسمت برج جذب و مبدل حرارتی انتگراسیون حرارتی اتفاق می افتد. گرمای موجود در بخش دفع گرمای مورد نیاز بخش جذب را تأمین می کند. محققین تلاش بسیاری روی جداسازی سیستم دوگانه و توسعه آن داشته اند.
در حالی که هر دو برج HIDiC و آدیاباتیک مفاهیم بازده انرژی را در فرایند تقطیر بهبود داده اند اما اجرای آنها در عمل نیاز به یک برج نسبتاً پیچیده با بسیاری از مبدل های حرارتی میانی دارد. ضمن اینکه موقعیت مناسب مبدل های حرارتی در برج تقطیر به درستی مورد بررسی قرار نگرفته است.
(ب)
(الف)
(د)
(ج)
شکل ۴-۵ (الف) نمودار ترکیب برج تقطیر ساده (ب) نمودار ترکیب برج تقطیر به همراه مبدل جانبی (ج) نمودار ترکیب برج تقطیر به همراه مبدل جانبی و اضافه شدن یک سینی (د) نمودار ترکیب برج تقطیر به همراه مبدل جانبی و اضافه شدن چند سینی ]۲۶[
۴-۱۴- حداقل نیروی محرکه در طراحی فرایند
در فرایند ایدهال هیچ نیروی محرکه ای وجود ندارد. اما در حالت واقعی˓ فرایند ها هرگز نمی توانند بدون نیروی محرکه تحقق یابند. هر فرایند واقعی نیاز به برخی از پتانسیل های متفاوت دارد و بدون این پتانسیل ها ( نیروی محرکه ) امکان پذیر نمی شود.
نیروی محرکه ( حداقل اختلاف دما ) در این تحقیق تحت تأثیر مقدار بازده و همچنین بازده ترمودینامیکی تجهیزات است. زمانی که نیروی محرکه نزدیک به صفر می شود واحد عملیاتی به سیستم برگشت پذیر نزدیک تر می شود از این رو بازده ترمودینامیکی افزایش می یابد. اما در همان زمان اندازه تجهیزات افزایش یافته بنابراین هزینه سرمایه بی نهایت می شود. با این حال با اندازه گیری نیروی محرکه در واحدهای عملیاتی متفاوت می توان شاهد اثرات متفاوتی بر روی کل اقتصاد فرایند بود.
با ایجاد این شرایط در طراحی فرایند˓معین کردن حداقل نیروی محرکه برای تضمین امکان پذیری فرایند و بهترین سرمایه انرژی ˓مبادله[۱۳] رخ می دهد. به عنوان مثال: در طراحی شبکه های مبدل حرارتی اختلاف دما بین جریان ها به عنوان نیروی محرکه معرفی می شود بنابراین مقدار حداقل درجه حرارت ( ) روش انتخاب شده طراحی است. براساس این اختلاف دما منحنی های انرژی و مساحت انتگراسیون حرارتی را می توان رسم نمود. منحنی ترکیبی [۱۴]( (C.Cاز موازنه مواد و انرژی فرایند تشکیل می شود. منحنی ترکیبی مقدار حداقل انرژی لازم فرایند را با بهره گرفتن از حداقل درجه حرارت مشخص می کند ]۲۶[.
در بررسی منحنی ترکیبی مشاهده می شود هیچ نیروی محرکه ای در قسمت فرایند برای انتقال حرارت وجود ندارد به همین دلیل مساحت انتقال حرارت بی نهایت و هزینه سرمایه بی نهایت می شود. زمانی که مقدار افزایش می یابد، هزینه سرمایه گذاری کاهش پیدا می کند اما انرژی افزایش می یابد. هنگامی که هر دو هزینه را در یک نمودار ترکیب کنیم هزینه کلی به دست می آید و نقطه بهینه در نمودار انرژی –سرمایه (شکل ۴-۶) مشخص می شود. این نمودار بر اساس نیرو محرکه مطلوب رسم می شود.
شکل (۴-۷ ) نمودار ترکیبی زمانی در حضور مقدار متوسط سیال گرم انرژی جانبی در فرایند نشان می دهد. در شکل (الف) کل بار حرارتی در فرایند ثابت در نظر گرفته شده است (در مشخص شده)و مقدار اختلاف دما را با توجه به انرژی جانبی جدید مورد نیاز کاهش داده شده است و مشاهده می شود مساحت مبدل حرارتی افزایش می یابد. در شکل (ب) قسمتی از مساحت مورد نیاز را با بهره گرفتن از افزایش کاهش می دهیم اما مشاهده می شود هزینه مصرف انرژی افزایش می یابد.
شکل ۴-۶ – حداقل نیروی محرکه برای شبکه مبدل حرارتی ]۲۶[
(ب)
(الف)
شکل ۴-۷- تأثیر انرژی جانبی بر روی نیروی محرکه (الف) با نیرو محرکه ثابت (ب) با نیرو محرکه افزایش یافته ]۲۶[
