کاربرد مبدل های حرارتی در صنایع

این فایل با فرمت ورد و آماده پرینت می باشد.

فهرست مطالب

چکیده:   ۱

پیشینة اصلاح مبدل‌های حرارتی:   ۴

۱- روش تحلیل Pinch :   ۴

۲- روش برنامه‌ریزی ریاضی:   ۴

مقدمه:   ۸

فصل اول :   ۹

۱-۱) هدف :   ۹

هدف در اصلاح (retrofit) شبکه‌های مبدل‌های حرارتی چیست؟   ۱۰

۱-۲) روش‌های موجود در اصلاح شبکه:   ۱۱

۱-۲-۱- اصلاح شبکه بوسیله بازبینی مستقیم ساختمان آن:   ۱۱

۱-۲-۲- اصلاح شبکه بصورت یک طرح جدید (اصلاح کامپیوتری):   ۱۱

فصل دوم :   ۱۳

۲-۱) اصلاح شبکه با استفاده از تکنولوژی Pinch:   ۱۳

۲-۲ ) هدف‌یابی در متد pinch برای بهبود شبکه مبدل‌ حرارتی:   ۱۴

۲-۳) فلسفه هدف‌یابی:   ۱۵

۲-۴) روش هدف‌یابی:   ۱۹

۲-۵) منحنی سرمایه‌گذاری بر حسب ذخیره‌سازی انرژی:   ۲۷

فصل سوم :   ۳۰

۳-۱) ابزار طراحی:   ۳۰

۳-۲) بررسی مبدلهای عبوری از PINCH :   ۳۲

۳-۳) منحنی‌ نیروی محرکه (DRIVING FORCE PLOT):   ۳۳

۳-۴) تحلیل  مسئله باقی‌مانده (REMAINING PROBLEM ANALYSIS)   ۳۶

۳-۵) تغییر موقعیت مبدلها (EXCHANGER SHIFTING):   ۴۲

۳-۶ ) نتیجه‌گیری:   ۵۱

۳-۷) طراحی:   ۵۲

۳-۸) روش طراحی:   ۵۲

۳-۹) اعمال محدودیت‌های فرآیند در روش طراحی:   ۵۷

فصل چهارم :   ۵۸

روش جدید هدف‌یابی ساختاری بر اساس تحلیل مسیری   ۵۸

۴-۱)‌ مقدمه:   ۵۸

۴-۲) تحلیل مسیری: اساس هدف‌یابی ساختاری:   ۵۹

فصل پنجم :   ۶۶

حل مسائل بهبود شبکه‌های مبدلهای حرارتی با روشهای بهینه‌سازی ریاضی   ۶۶

(۵-۱) مقدمه:   ۶۶

۵-۲) روش مرکب برای retrofit شبکه‌های مبدل‌های حرارتی:   ۶۷

۵-۳) خلاصه استراتژی بهبود دادن:   ۶۷

۵-۴) بهینه‌سازی ترکیبی:   ۷۰

۵-۵) فرمولاسیون غیرخطی:   ۷۱

۵-۶) مدل SYNHEAT :   ۷۱

فهرست منابع لاتین :   ۷۳

لذا جهت كاهش هزينه طراحي لازم است تا جايي كه امكان دارد از وسايل موجود حداكثر استفاده را نمود بنابراين احتياج مي‌باشد كه به آزمايش هر مبدل به طور جداگانه و بررسي تأثير آن در عملكرد كلي شبكه پرداخته شود به اين ترتيب مي‌توان دريافت كه كدام مبدل اثر مثبت در شبكه دارند و بايد به عنوان مبدل مناسب حفظ گردد و كدام مبدل به طور نامناسب جايگذاري شده‌اند و بايستي تصحيح گردد از اين رو به روش‌هايي كه براي اين بررسي وجود دارد پرداخته كه عبارتند از : 1- مبدل‌هاي عبوري از Pinch. 2- منحني نيروي محركه. 3- تحليل مسئله باقي مانده. 4- تغيير موقعيت مبدل‌ها. 

و مفصلاً روش‌هاي فوق را مورد بحث قرار داده و به نتيجه‌گيري در مورد روش‌هاي فوق پرداخته و بعد از آن طراحي را آغاز نموده. در ابتدا مراحل طراحي را بيان نموده كه عبارتند از: 

1- تحليل مبدل‌هاي موجود. 2- تصحيح مبدل‌هاي نامناسب. 3- جايگذاري مبدل‌هاي جديد. 4- اعمال تغييرات ممكن در طرح.

و سپس به توضيح مراحل فوق پرداخته و در نهايت به اعمال محدوديت‌هاي فرآيند در روش طراحي اشاره شده است با توجه به اينكه در فصل دوم يك روش هدف‌يابي براي متد Pinch بيان شده بود در فصل چهارم يك روش هدف‌يابي جديدي براي بهبود (Retrofit) شبكه مبدل‌هاي حرارتي ارائه شده است كه اين روش به نام تحليل مسيري عنوان شده و به ارزيابي زير ساختار‌ها (يعني اجزا مستقل شبكه موجود) به منظور بدست آوردن اقتصادي‌ترين و عملي‌ترين فرصت براي ذخيره انرژي را ارائه كرده است و همانطور كه در پيشينه اشاره شد اصلاح شبكه از طريق روش و سنتز رياضي روش‌هاي متعددي دارد كه ما در فصل پنجم اين سمينار فقط بطور گذرا و خيلي مختصر روش مركب براي اصلاح شبكه مبدل‌هاي حرارتي و مدل Synheat را معرفي نموده.

پيشينة اصلاح مبدل‌هاي حرارتي:

امروزه طراحي بهبود يافته شبكه‌هاي مبدل‌هاي حرارتي (HERL) نقش مهمي در سامانه‌هاي ذخيره انرژي ايفا مي‌نمايد. 

شبكه‌هاي موجود بيش از فرآيندهاي جديد بايستي براي بهبود در بازگشت انرژي مورد توجه قرار گيرند. 

اصلاح شبكه‌هاي حرارتي (HEN) موجود را مي‌توان با استفاده از دو روية عمده به انجام رسانيد بطوريكه افراد متعددي در اين زمينه فعاليت نموده‌اند. 

1- روش تحليل Pinch :

اين روش بر‌پايه ترموديناميك (و مفاهيم فيزيكي) و فرآيندهاي كاوشي است. 

از جمله افرادي كه پايه‌گذار اين روش بوده‌اند مي‌توان به T.N. Tjoe and B.linnhoff در سال 1986 اشاره نمود علاوه بر اينها افرادي همچون Van Reisen, Graham T.Polley در سال 1997 يك روش اساسي به نام تحليل مسيري براي ارزيابي زير ساختارها يا بعبارتي زير شبكه‌ها (يعني اجزاء مستقل شبكه‌ها) به منظور بدست آوردن اقتصادي‌ترين و عملي‌ترين فرصت‌ها براي ذخيره انرژي را ارائه داده‌اند. 

2- روش برنامه‌ريزي رياضي: 

در اين روش شبكه‌هاي مبدل حرارتي به صورت مدل‌هاي رياضي نشان داده مي‌شوند. 

از جمله افرادي كه در زمينه مدل‌هاي خطي كار كرده‌اند مي‌توان به 

S.A. Papoulias, I.E. Grossmann  در سال 1983 اشاره نمود كه از مدل خطي براي تعيين حداقل هزينه تأسيسات وسايل و حداقل تعداد واحدها استفاده نموده‌اند.

اما در زمينه مدل‌هاي غير خطي C.A. Floudas, A.R. Ciric 1983 و 1991 و T.F. Yee, E.I. Grossmann در سال 1990 تعدادي از مدل‌هاي غيرخطي را كه از لحاظ محاسباتي گرانتر هستند هم براي به حداقل رساندن هزينه‌هاي سطحي و هم براي به حداقل رساندن همزمان تأسيساتي (تعداد واحدها و سطوح مبدل‌هاي حرارتي) ارائه نموده‌اند.

افرادي مانند E.N. Pistikopoulos و  K.P. Popalexandri در سال 1994 مدل‌هاي بهينه‌سازي MINLP را نه ‌تنها براي تعيين طراحي بلكه براي شرايط عملياتي مطلوب، تحت فرض قابل كنترل ديناميك بسط داده‌اند ولي اين مدل براي مسائل با مقياس بزرگ قابل استفاده نمي‌باشد.  چون روش‌هايي كه بر مبناي الگوريتم برنامه‌ريزي غير خطي صحيح مركب MINLP)) هستند براي دسترسي به شكل بهبود يافته مشكلات محاسباتي زيادي دارند بويژه در حالتي كه مسئله مقياس آن بسيار بزرگ باشد Ca. Athier & P. Floquet در سال 1996 روش‌هاي بهينه‌سازي تصادفي همراه روش‌هاي جبري را براي حل مسائل طراحي فرآيند مطرح نمودند بعنوان مثال از روش‌هاي NLP و شبيه‌سازي بازپخت براي حل طراحي  شبكه مبدل‌هاي حرارتي استفاده نموده‌اند هرچند به حالات Retrofit توجه دقيق و كاملي نداشته‌اند.