تحصيلات تکميلي
پايان نامه کارشناسي ارشد درمهندسي شيمي گرايش طراحی فرآیند
عنوان:
بهینه سازی برج تقطیر با استفاده از مفهوم انتگراسیون حرارتی داخلی و تحلیل اکسرژی
استاد راهنما:
دکتر فرهاد شهرکی
استاد مشاور:
بهاره بیدار
تحقيق و نگارش:
لیلا ایزدی
خرداد 1393
بسمه تعالي
اين پايان نامه با عنوان بهینه سازی برج تقطیر با استفاده از مفهوم انتگراسیون حرارتی داخلی و تحلیل اکسرژی. قسمتي از برنامه آموزشي دوره كارشناسي ارشد مهندسی شیمی توسط دانشجو لیلا ایزدی با راهنمايي استاد پايان نامه دکتر فرهاد شهرکی تهيه شده است. استفاده از مطالب آن به منظور اهداف آموزشي با ذكر مرجع و اطلاع كتبي به حوزه تحصيلات تكميلي دانشگاه سيستان و بلوچستان مجاز مي باشد.
لیلا ایزدی

اين پايان نامه ……. واحد درسي شناخته مي شود و در تاريخ ………………….. توسط هيئت داوران بررسي و درجه ……………… به آن تعلق گرفت.
نام و نام خانوادگيامضاءتاريخاستاد راهنما: دکتر فرهاد شهرکیاستاد مشاور: مهندس بهاره بیدارداور 1:دکتر جعفر صادقیداور 2:دکتر کیانوش رزاقینماينده تحصيلات تكميلي:دکتر فرامرز سرحدی
تعهدنامه اصالت اثر
اينجانب لیلا ایزدی تعهد مي كنم كه مطالب مندرج در اين پايان نامه حاصل كار پژوهشي اينجانب است و به دستاوردهاي پژوهشي ديگران كه در اين نوشته از آن استفاده شده است مطابق مقررات ارجاع گرديده است.اين پايان نامه پيش از اين براي احراز هيچ مدرك هم سطح يا بالاتر ارائه نشده است.
كليه حقوق مادي و معنوي اين اثر متعلق به دانشگاه سيستان و بلوچستان مي باشد.
نام و نام خانوادگي دانشجو: لیلا ایزدی
امضاء
تقدیم به آستان حقیقت و آنان که وصالش را می‌جویند و آنان که در آغوشش کشیده‌اند و آنان که خود عین حقیقت‌اند.
تقديم به
پدر عزیز ومادر مهربانم
به پاس
یک عمر فداکاری و محبت بی پایانشان
سپاسگزاري
در انجام اين پايان‌نامه قدردان استاد گرانقدرم جناب آقاي دکتر فرهاد شهرکی مي‌باشم، که با راهنمایی‌ها و دلسوزی‌های ارزشمندشان مرا در طي نمودن اين مسير دشوار ياري کردند همچنین از مهندس بهاره بیدار استاد مشاور گرامی صمیمانه تشکر می کنم.

از همکار ودوست بزرگوارم مهندس سید حامد علوی نژاد به خاطر الطاف فراوان و در اختیار قرار دادن تجربیات ارزشمندشان سپاس فراوان دارم.
از تمامی دوستانم که در این مدت همیشه یار و همراهم بودن کمال تشکر را دارم
در پایان از دوست و همسرعزیزم مهندس محمد رئوفت که نمی‌دانم با چه زبان و جمله‌ای قدردان زحمات و کمک‌های ایشان باشم، کمال تشکر را دارم. ایشان در تمامی مشکلات پیش‌رو یار و همراهم بودند و برای ایشان از خداوند متعال آرزوی بهترین‌ها را دارم.
چكيده :
در این پایان نامه روشی برای آنالیز ترمودینامیکی و ارزیابی مصرف انرژی برج تقطیر با به کار بردن خنک کننده جانبی معرفی شده است. تحقیقات انجام شده در گذشته در جهت توزیع نمودار گرما و بررسی امکان اضافه شدن و یا استخراج گرما از کل قسمت های مختلف برج بوده است. مشکل اصلی این نوع نمودار ها این است که آنها را به برج های برگشت پذیر ارجاع می دهند و نمی توان به صورت مؤثر از اهداف به دست آمده از این نمودار ها برای اصلاحات در برج واقعی استفاده کرد.
از ویژگی های اصلی روش پیشنهادی، بدست آوردن حداقل نیروی محرکه با به کار بردن شرایط تعریف شده برای تحقق اهداف مورد نظر در برج های واقعی است. توزیع اتلاف اکسرژی در برج های واقعی با به کار بردن مبدل های جانبی در برج برای بهینه شدن انرژی است که منجر به صرفه جویی قابل توجهی در انرژی می شود . علاوه بر این به منظور تحقق اهداف˓ رویکرد جدیدی با استفاده از تعیین بهترین محل برای قرار دادن مبدل جانبی طراحی شده است و با استفاده از این طراحی اصلاحاتی در این برج صورت می گیرد. در این روش می توان با استفاده از شبیه سازی های صنعتی برج معمولی را شبیه سازی کرد و اهداف مورد نظر را بر روی آن اجرا کرد.
در این تحقیق نتیجه شبیه سازی بر روی سیستم چندجزئی با استفاده از این رویکرد و امکان پذیری اهداف مورد نظر مطرح و بررسی شده است. از مقایسه ی این روش با روش های قبلی به این نتیجه می رسیم که مشکلاتی نظیر تغییرات دمایی و خطاهای ایجاد شده در بار حرارتی بعد از جایگزین شدن جوش آور و خنک کننده جانبی که در روش های قبلی ایجاد می شد˓ وجود ندارد و نیازی به شبیه سازی های اضافی و بررسی های دقیق تر نخواهد بود.
واژگان كليدي: اکسرژی– بهینه سازی – بار حرارتی هدف – حداقل نیروی محرکه
فهرست مطالب
عنوانصفحه
فصل اول: پیشگفتار1
1-1 مقدمه2
1-2 بررسی مصرف انرژی در برج تقطیر2
1-3 بیان روش های بهبود راندمان مصرف انرژی3
1-4ضرورت انجام پژوهش4
1-5 اهداف ونوآوری پژوهش7
1-6ساختار پژوهش7
فصل دوم: مروری برتحقیق‌های انجام‌شده9
2-1 مقدمه10
2-2 تحقیق های انجام شده پیرامون اکسرژی10
2-3 تحقیق‌های انجام شده پیرامون انتگراسیون داخلی برج تقطیر13
2-4تحقیق‌های انجام شده پیرامون انتگراسیون داخلی برج تقطیر با استفاده از اکسرژی15
2-5 نتیجه‌گیری 15
فصل سوم: مفاهیم اکسرژی17
3-1مقدمه16
3-2 مفهوم اکسرژی18
3-3 مقایسه انرژی و اکسرژی21
3-4 شبيه سازي و آناليز اكسرژي برج تقطير22
3-5 بهينه سازي23
3-6 بهينه سازي برج تقطير با استفاده از آناليز اكسرژي24
3-7 اثر انتگراسیون حرارتی داخلی بر روی کیفیت مصرف انرژی25
3-8 موازنه اکسرژی26
فصل چهارم: انتگراسیون حرارتی داخلی برج تفطیر29
4-1 مقدمه30
4-2 بررسی بهبود کیفیت و راندمان مصرف انرژی در انتگراسیون حرارتی برج تقطیر30
4-3 انتگراسیون حرارتی داخلی برج های تقطیر32
4-4 مدل سازی برج تقطیر و ساختارHIDiC36
4-5 پیاده سازی ساختار انتگراسیون حرارتی داخلی37
4-6 مبدل حرارتی39
4-7 روش NTU-έ39
4-8 روش حداقل دمای نزدیکی40
4-9 شیر فشار شکن41
4-10اثر انتگراسیون حرارتی داخلی بر روی میزان مصرف انرژی41
4-11اثر انتگراسیون حرارتی داخلی بر روی کیفیت مصرف انرژی43
4-12 بهینه سازی ترمودینامیکی برج تقطیر43
4-13 نمودار دما-آنتالپی44
4-14 حداقل نیروی محرکه در طراحی فرآیند49
4-15 نیروی محرکه در برج تقطیر51
4-16 تعیین حداقل اتلاف اکسرژی53
4-17 نمودار حداقل نیروی محرکه56
4-18 محاسبه ی الگوریتم (عددی )57
4-19 تعیین محل مناسب برای یک برج اصلاح شده58
فصل پنجم:بررسی الگوریتم بر روی برج تقطیردی بوتانایزر61
5-1مقدمه62
5-2 واحد دی بوتانایزر پالایشگاه شیرازUnit 100) )62
5-3 انتگراسیون حرارتی داخلی برج تقطیر63
5-4 تعیین حداقل نیروی محرکه در طراحی فرآیند64
5-5 تعیین محل مناسب برای یک برج اصلاح شده70
5-6 نتیجه‌گیری 74
فصل ششم: نتیجه‌گیری وپیشنهادات75
6-1نتیجه‌گیری76
6-پیشنهادها77
مراجع78
پیوست82
فهرست جدول‌ها
عنوان جدولصفحه
جدول 4-1 مدل هاي اكتيويته مناسب براي حالت هاي مختلف محلول ها37
جدول5-1.نتیجه شبیه سازی اولیه 71
جدول 5-2. نتیجه شبیه سازی بعد از انتگراسیون 72
جدول 5-3. نتیجه شبیه سازی برج اصلاح شده 72
فهرست شکل‌ها
عنوان شکلصفحه
شکل1-1. نمای کلی از یک برج تقطیر متداول 3
شکل1-2. نمودار برج برگشت پذیر برای سیستم دو تایی5
شکل 4-1. نمای کلی از یک HIDIC ایده آل33
شکل 4-2. . نمای کلی از یک برج یکپارچه حرارتی داخلی38
شکل 4-3. تغییرات کار مصرفی کمپرسور بر حسب نسبت تراکم کمپرسور43
شکل4-4مراحل مورد نیاز برای رسیدن به اهداف در برج44
شکل4-5. نمودار ترکیب برای برج های مختلف48
شکل 4-6.حداقل نیروی محرکه برای شبکه مبدل حرارتی50
شکل 4-7. تأثیر سیال انرژی جانبی بر روی نیروی محرکه50
شکل 4-8. نمودار اتلاف اکسرژی53
شکل 4-9. بار حرارتی مبدل جانبی با استفاده از حداقل نیروی محرکه54
شکل 4-10 اطلاعات پینچ درسیستم های چند جزئی56
شکل 4-11درصد اکسرژی ذخیره شده59
شکل 4-12 اضافه کردن تعداد سینی های مورد نیاز60
شکل5-1. شبیه سازی واحد دی بوتانایزر پالایشگاه شیراز63
شکل 5-2. شبیه سازی انتگراسیون داخلی برج دی بوتانایزر64
شکل 5-3نمودار اتلاف اکسرژی برای برج دی بوتانایزر65
شکل 5-4. نمودار اتلاف اکسرژی بعد از اصلاحات66
شکل5-5. نمودار بار حرارتی هدف در برج برگشت پذیر67
شکل5-6.نمودار حداقل بار حرارتی برای05/0 = ∆68
شکل 5-7نمودار اتلاف اکسرژی برای 05/0 = ∆69
شکل 5-8درصد اکسرژی ذخیره شده در انرژی جانبی71
شکل 5-9 موازنه کلی جرم و حرارت73

فهرست نمادها
علامتنشانهجریان تقطیر شدهکمبوداکسرژی جریانمقدارمولی جریان های: خوراک˓ محصول تقطیر ˓محصول پایین برجانتالپی جریانبارحرارتی منسوب به جوش آور و چگالندهانتگراسیون حرارتی داخلی برج تقطیراجزاءمرحلهورودی و خروجی جریان ها یا برجفاز مایع ˓ بخارکمترین مقدارمقدار مولی جریان گاز˓ مایعخوراک گرمانتروپیدماترکیب مولی در فازهای گاز و مایعاختلافمحیط
فصل اول
پیشگفتار
1-1- مقدمه
یکی از مهم‌ترین بخش‌های واحدهای صنعتی، واحد تقطیر می‌باشد. برج‌های عملیات تقطیر یکی از رایج‌‌‌ترین عملیات واحد در صنایع فرآیندی و در عین‌حال، پرخرج‌ترین واحد از نظر میزان مصرف انرژی هستند. این فرآیند سهم قابل ملاحظه ای از مصرف انرژی را در صنعت به خود اختصاص داده است . لذا امروزه با توجه به افزایش بی رویه مصرف حامل های انرژی و همین طور قیمتهای جهانی انرژی تلاش برای یافتن راه کارهایی جهت صرفه جویی انرژی در عملیات تقطیر اهمیت دو چندان یافته است .کاهش مصرف انرژی در عملیات تقطیر˓ امروزه در کاهش قیمت تمام شده محصولات نیز می تواند بسیارمؤثر باشد . بنابراین مصرف بهینه انرژی و مقایسه با یک معیار استاندارد و آنالیز و تفسیر انحراف از حالت استاندارد در مراحل امری ضروری است. به همین دلیل ارائه روش های کاهش مصرف انرژی نسبت به معیار استاندارد اهمیت ویژه ای داشته و مورد توجه قرار دارد. برای بهبود راندمان مصرف انرژی در برج‌های تقطیر، ایده‌های زیادی در مراجع مربوطه، موجود است. اصلاح و بهینه سازی برج تقطیر برای بازدهی بهتر انرژی کار بسیار پیچیده ای است]1[.
1-2- بررسی مصرف انرژی در برج تقطیر
انرژی لازم در یک فرآیند تقطیر از طریق جوش آور تأمین می شود. با توجه به قابلیت در دسترس بودن و همین طور اقتصاد فرآیند˓ منابع تأمین گرما برای جوش آور عموماً شامل بخارات آب˓ روغن های داغ و یا کوره ها هستند. اجزاء سبک تبخیر شده و به فاز بخار وارد می شوند در حالی که اجزاء سنگین میعان می یابند و از فاز بخار به فاز مایع منتقل می شوند ]2[.
بخارات داغ در داخل برج به سمت بالا حرکت می کنند و با مایعاتی که به سمت پایین حرکت می کنند در چندین مرحله روی سینی ها تماس پیدا می کنند و در صورت وجود زمان کافی به تعادل می رسند . بخارات در بخش بالاسری که غنی از اجزاء سبک است میعان می یابند . بخشی از این مایعات به برج برگشت داده می شوند و بخشی به عنوان محصول از بالای برج خارج می شود . شکل ( 1-1 ) نمای کلی یک برج تقطیر را نشان می دهد ]2[.
گرمای حاصل از میعان اغلب به هوا یا آب و یا هر دو منتقل می شود وگاهی نیز به عنوان پیش گرمکن جریان خوراک و یا در سایر موارد استفاده می شود. در واقع مقدار این انرژی قابل ملاحظه است و همین امر بازیافت آن را جذاب تر می کند. اما به دلیل سطح دمایی پایین تر آن در مقایسه با دیگر مراحل برج به خصوص جوش آور، امکان استفاده مفید از آن برای گرمایش وجود ندارد . به علاوه بخشی از آن نیز به وسیله تشعشع و جابه جایی از بدنه برج به محیط منتقل می شود ]2[.
[2]شکل 1-1 نمای کلی یک برج تقطیر
انرژی حرارتی تزریق شده در جوش آور خرج تبخیر مایع غنی از اجزاء سنگین شده و از آن طرف انرژی یاد شده برای تأمین جریان برگشتی خارجی دور ریخته می شود. به هر حال این انرژی را به خاطر دمای پایین چگالنده نسبت به سایر مراحل نمی توان بازیابی کرده و مورد استفاده قرار داد ]2[.
1-3- بیان روش های بهبود راندمان مصرف انرژی در برج تقطیر
تعداد حالات مختلفی برای بررسی وضعیت بهینه سازی انرژی برج در گذشته پیشنهاد شده است که شامل :
– بررسی وضعیت تعداد سینی ها یا سرعت جریان برگشتی
– تعیین سینی خوراک ورودی
– به کار بردن جوش آور و خنک کننده جانبی در طراحی مسائل ترکیبی
– انتگراسیون حرارتی داخلی
یکی ازجدید ترین روش های مورد استفاده برای بهبود راندمان مصرف انرژی انتگراسیون حرارتی داخلی است.
در یک برج تقطیر متعارف˓ دمای بخش جذب پایین تر از بخش دفع است و لذا نمی توان انرژی جوش آور را در چگالنده استفاده کرد. حال اگر بخش جذب دارای فشار قابل ملاحظه تری نسبت به بخش دفع باشد˓ آنگاه می توان در بخش جذب به دمای بالاتری رسیده و انرژی جوش آور را صرفه جویی کرد.
رویکرد دیگری که مطرح است˓ بررسی بهبود راندمان برج با در نظر گرفتن انتگراسیون حرارتی داخلی برج و تأثیر بار حرارتی جوش آور و خنک کننده جانبی بر روی راندمان برج به طور همزمان،که هنوز به درستی به آن پرداخته نشده است. با استفاده از یک روش مناسب و طراحی جدید می توان به بهترین مقدار بار حرارتی و بهترین مکان برای مبدل جانبی دست یافت که به بهبود راندمان انرژی مصرفی برج کمک می کند. در این پایان نامه این رویکرد جدید مورد بررسی قرار گرفته است]2[.
1-4- ضرورت انجام پژوهش
بهینه سازی از طریق شبیه سازی های سیستماتیک برای کل تنظیمات موجود˓ از لحاظ زمانی و محاسبات احتیاج به زمان طولانی داشته و بسیارسخت و مشکل است همچنین از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست. روش متداول بهبود بازده انرژی در برج تقطیر، استفاده از حداقل شرایط ترمودینامیکی ستون ها براساس مدل برج های برگشت پذیر می باشد. در گذشته تعداد بیشماری از مجلات و نشریه ها با بررسی و انجام محاسبات لازم˓ استفاده از برج های برگشت پذیر برای سیستم های دوتایی و اهمیت آن را مورد مطالعه قرار داده اند ]3 و 4[.
تنظیمات حداقل شرایط ترمودینامیکی برج برای سیستم های دوتایی در شکل ( 1-2 ) نمایش داده شده است. در این نمودار شرایط نیروی محرکه صفر در هر سینی مورد نیاز در یک برج با تعداد سینی های نامحدود در بی نهایت مبدل های جانبی در نظر گرفته شده است. در هر برج خط عملیاتی و خط تعادل همزمان در امتداد کل برج بر هم منطبق خواهد شد. نمودار برج برگشت پذیر، به وسیله ی حل هم زمان معادلات عملیاتی و تعادلی به دست می آید.
در سیستم های چندگانه، صرفاً در جداسازی های محدود وضعیت یک برج برگشت پذیر به دست خواهد آمد ]1[ .
[2] شکل 1-2 نمودار برج برگشت پذیر برای سیستم دوتایی
در برج برگشت پذیر چندگانه ترکیبات سبک به صورت کامل از محصول پایین برج و ترکیبات سنگین از محصول بالای برج حذف گردیده و ترکیبات تقطیر شده پایین برج اهمیت بیشتری دارند.. یک روش پیشنهادی برای جداسازی مخلوط چند جزئی در برج و امکان ایجاد شرایط برگشت پذیری˓ تخمین شرایط حداقل جریان برگشتی است که نیازمند محاسبات گسترده در قسمت برگشت پذیری برج جهت تعیین نقطه پینچ می باشد. اخیرا مطالعاتی در این زمینه صورت گرفته است و یک الگوریتم کلی برای محاسبه حداقل سرعت جریان برگشتی در برج تقطیر ساده و ساختار یک برج برگشت پذیر پیشنهاد داده شده است.
نمودار دما- آنتالپی یک روش پیشنهادی برای برج های برگشت پذیر است. این نمودار برای تخمین بار جوش آور و خنک کننده جانبی در برج های واقعی به کار برده می شود و هدف رسیدن به شرایط حداقل جریان برگشتی برای ستون های عملیاتی متداول می باشد. نمودار های برگشت پذیر به عنوان هدف برای بار حرارتی مبدل در برج های واقعی به کار برده می شود ] 6 و 7.[
در سیستم های دوجزئی محاسبه ی نمودار برگشت پذیر آسان است و دو داده تعادلی با استفاده از نتایج حاصل از شبیه سازی به دست می آید. به کار بردن این روش در سیستم های چندجزئی و ترسیم نمودار برج واقعی و برج برگشت پذیر در ترکیبات مختلف بسیار گسترده و دشوار است بنابراین امکان دارد برج برگشت پذیر به صورت برج برگشت ناپذیر آدیاباتیک شود و شناسایی آن پیچیده باشد ]6[ .
مشکل اصلی به کاربردن نمودار برج برگشت پذیر˓ تعیین ناحیه ای برای جوش آور و خنک کننده جانبی در برج ایده آل (بدون در نظر گرفتن نیروی محرکه) می باشد در صورتی که در برج واقعی نیروی محرکه˓ نامعین توصیف شده است.
روشهایی جهت توسعه طراحی برج تقطیر به وسیله ی آنالیز توزیع نیروی محرکه پیشنهاد داده شده است. یکی از این رویکردها در برج تقطیر آدیاباتیک است جایی که گرما اضافه و یا به وسیلهی مبدل ها خارج می شود. در این برج انتخاب صحیح بار حرارتی و دمای انرژی های جانبی1 منجر به بهبود توزیع نیروی محرکه می شود و به طور کلی بازده قانون دوم ترمودینامیک بهتر می شود ]8 و 9[.
رویکرد دیگر انتگراسیون حرارتی درونی برج تقطیر است HIDIC))که در این روش برج اصلی به دو برج جذب و دفع تقسیم می شود که با استفاده از انرژی تولید شده در قسمت بالایی بخش دفع و تعدادی مبدل های حرارتی جانبی انتگراسیون حرارتی اتفاق می افتد و گرمای موجود در بخش دفع گرمای مورد نیاز قسمت جذب را تأمین می کند]10 .[
در حالیکه هر دو برج قسمت انتگراسیون حرارتی و روش برج برگشت پذیر آدیاباتیک، مفاهیم بازده انرژی در فرآیند تقطیر بهبود داده است اما اجرای آنها در عمل نیاز به یک ستون نسبتاً پیچیده با بسیاری از مبدل های جانبی دارد. با این وجود موقعیت مناسب مبدل های حرارتی و مفاهیم انرژی برای تغییرات مورد نیاز در ستون تقطیر به درستی مورد بررسی قرار نگرفته است.
1-5- اهداف و نوآوری پژوهش
در این پژوهش سعی شده است مکان مناسبی برای مبدل جانبی به منظور ایجاد بار حرارتی هدف و در نتیجه صرفه جویی در مصرف انرژی تعیین شود که برای رسیدن به این هدف از حداقل اتلاف اکسرژی به عنوان نیروی محرکه جدید (جایگزینی برای نیرو محرکه های اختلاف دما و اختلاف پتانسیل در برج ) استفاده شده است.
1-6- ساختار پژوهش
كليه‌ي مطالعات و فعاليت‌هاي انجام شده در اين پایان‌نامه در قالب 6 فصل جداگانه به شرح زير ارائه شده است:
در فصل اول مقدمه ای از برج تقطیر و اهمیت اقتصادی آن ورویکردهایی که منجر به بهینه شدن انرژی در فرآیند برج تقطیر میشود˓ آمده است و در پایان این فصل اهداف و نوآوری این تحقیق بیان شده است. در فصل دوم توضیحاتی در خصوص مطالعاتی که محققین در زمینهی انتگراسیون داخلی برج تقطیر و کاربرد اکسرژی در برج انجام داده‌اند، بیان شده است.
در فصل سوم مفهوم اکسرژی و روش محاسبه ی اکسرژی در برج تقطیر و همچنین محاسبه ی اتلاف اکسرژی در هر یک از سینی های برج مورد مطالعه قرار گرفته است.
درفصل چهارم، انتگراسیون حرارتی داخلی برج و روش شبیه سازی آن مطرح شده است. در ادامه از اهمیت رسم نمودار دما و تعیین نیروی محرکه برج تقطیر گفته شده است. در انتها روش محاسبه ی نیروی محرکه ی جدیدی برای برج با استفاده از اکسرژی و بیان الگوریتمی جهت محاسبهی حداقل اتلاف اکسرژی بیان شده است و همچنین کاربرد استفاده از حداقل اتلاف اکسرژی برای مشخص شدن بار حرارتی هدف و تعیین محل مناسب مبدل های جانبی بحث شده است.
در فصل پنجم برج تقطیر واحد دی بوتانایزر پالایشگاه شیراز مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است. در ابتدای فصل توضیح مختصری از این واحد داده شده است . در ادامه انتگراسیون حرارتی داخلی این واحد شبیه سازی شده و در پایان، طرح مطرح شده در فصل سوم روی این برج بررسی کرده و نتایج و نمودارهای آن بیان شده است.
در فصل آخر مقایسه‌ای بین رویکرد پیشنهادی در این پایان نامه با روش های گذشته˓ صورت گرفته است و نتیجه استفاده از این روش نیز بیان شده است.
فصل دوم
مروری بر تحقیق‌های انجام‌شده
2-1- مقدمه
عملیات تقطیر، متداول‌ترین فرآیند برای جداسازی مواد محسوب می‌شود و از طرف دیگر، پرخرج‌ترین واحد از نظر میزان مصرف انرژی است. این فرآیند سهم قابل ملاحظه‌ای از مصرف انرژی را در صنعت به خود اختصاص داده است؛ لذا امروزه با توجه به افزایش بی‌رویه مصرف حامل‌های انرژی و همین‌طور، قیمت‌های جهانی انرژی، تلاش برای یافتن راه‌کارهایی جهت صرفه‌جوئی انرژی در عملیات تقطیر، اهمیتی دوچندان یافته است.
برای بهبود راندمان مصرف انرژی دربرج‌های تقطیر، ایده‌های زیادی موجود است. یکی از جدیدترین آنها، انتگراسیون حرارتی داخلی با استفاده از مفاهیم اکسرژی است. اکسرژی مفهوم تازهای نیست اما برای یک مدت طولانی، تقریباً فراموش شده بود، ولی در چند سال اخیر به خاطر استفاده از منابع جدید انرژی و روشهای کارایی انرژی، دوباره مورد توجه قرار گرفته است. . ارزیابی بخش مفید انرژی، بخشی که میتواند کار مکانیکی انجام دهد، در واقع ارزیابی کیفیت انرژی است و این موضوع از سالها پیش مورد توجه دانشمندان بوده است.
در این فصل به معرفی فعالیت هایی که در زمینه اکسرژی و انتگراسیون حرارتی داخلی صورت گرفته˓ اشاره شده است.
2-2- تحقیق‌های انجام شده پیرامون اکسرژی
در اين قسمت به فعالیت هایی که در زمينه اكسرژي انجام گرفته، اشاره شده است.
این ایده برای اولین بار در سال 1974 توسط فونیو ارائه شد و پس از آن روش های مختلفی جهت بهینه کردن بازده قانون دوم ترمودینامیک از جمله مینیمم کردن تولید انتروپي و اتلاف اکسرژی برای فرایند تقطیر پیشنهاد گردید. در جهت دستيابي به اين اهداف ، مطالعات صورت گرفته است . تولید انتروپي در بخش های مساوی توسط توندور و کوالن در سال 1987، تقسیم مساوی نیروهای برج (EOF) توسط راتکج و همکارانش در سال 1995، فواصل مساوی ترمودینامیکی (ETD) توسط سالومون و همکارانش در سال 1998 نمونه هایی از اين گونه مطالعات است [3و4] .
لینگهف و دهول برج تقطير را بر اساس پروفايل اتلاف انر‍‍ژي براي هر مرحله تعادل ترموديناميكي در سال 1993 تحليل و بررسي كردند [6]. جهت بهينه سازي برج تقطير از روش هايي نظير پيش گرم كردن يا خنك كردن خوراك ورودي (لینگهف و دهول در سال 1993)، تقسيم كردن ميزان خوراك ورودي به برج و وارد كردن آن در دو مرحله يا بيشتر (وانکات و کسلر در سال 1993، اگراوال و هرون در سال 1997 وبمدیوپادهی در سال 2002) ، محل ورود خوراك، ميزان و تعيين محل جريان برگشتي به برج، استفاده از چگالنده و جوش آور جانبي اضافي استفاده مي شود.در اين راستا، از نمودار اتلاف اكسرژي جهت مشخص كردن اهداف بهينه سازي در آناليز و طراحي فرآيندهاي شيميايي از جمله فرآيند تقطير ، بهره مي گيرند و در اكثر مواقع اطلاعات حاصل از اين آناليز، جهت ارائه راهكارهاي بالقوه با در نظر گرفتن معيارهاي از پيش تعيين شده ، به كار برده مي شود. استفاده از تحليل هاي گرافيكي ساده مانند فرآيند انتقال حرارت، انتقال حرارت و تقطير بصورت موازي و توزيع حرارت در برج تقطير در فهم هر چه بهتر اهداف تقطير ياري رسان است [6و11].
لیگف و همكارانش در سال 1996، برج تقطير را به عنوان واحد مبدل اكسرژي معرفي كردند كه اكسرژي حرارتي را به اكسرژي شيميايي تبديل مي كند و بر اساس اتلاف زياد اكسرژي در عمليات تقطير نوع جديدي از برج تقطير را با نام دياباتيك2 ارائه دادند كه در آن جوش آور و چگالنده با دو مبدل حرارتي پيوسته در خود برج تقطير جايگزين شدند. اين طراحی بر اساس مطالعات صورت گرفته، توليد انرژي در برج را به حداقل رسانده و در نتیجه اثرات اكسرژي را تا ماكزيمم مقدار خود افزايش مي دهد. از ديدگاه انرژي، برج دیاباتیک كاهش عمده اي را در مصرف سيال واسطه اي كه جهت گرم كردن يا سردكردن مورد استفاده قرار مي گيرد نشان مي دهد و به تبع آن از نظر اقتصادي كاهش هزينه سرمايه گذاري را موجب مي شود[12].
از نقطه نظر اقتصادی و مهندسی، مطالعاتي كه در آنها ستونهای تقطیر با تعداد مراحل حرارتی فعال- استفاده ازجوش آور درونی و خنک کننده درونی 3 با ستونهای تقطیر مرسوم مقایسه مي شوند، در پالایشگاه ها از اهمیت بالايي برخوردار است. مقاله اي در اين رابطه توسط سیراجوس و همکارانش در سال 2000 ارائه شده است.
مطالعات متعددي بر روي بهينه كردن برج هاي دیاباتیک صورت گرفته است كه از آن جمله مي توان به پژوهشگران زير اشاره كرد:
رسجورد در سال 2005 ، ریورو در سال 2001، سایار و همكارانش در سال 1991، اسکالر و همكارانش در سال 2001،گیلین کویجر و ریکاردو ریورو در سال 2002 [8و9و13] . ریورو و دی کوایجر نرخ توليد انتروپي را بصورت تجربي در هر دو شرايط برج آدياباتيك و دياباتيك آب – اتانول بر اساس تئوري برگشت ناپذيري ترموديناميكي در سال 2003 به مرحله اجرا درآورند [14].
مطالعه علمي در سال 2005 هم توسط زیمپ و همكارانش انجام گرفت. نمودار اتلاف اكسرژي ميزان برگشت ناپذيري هر مرحله تعادلي را مشخص مي كند. با استفاده از نمودار اتلاف اكسرژي و نمودار انتالپي- دما براي ارزيابي بازده ترموديناميكي برج تقطير ، زیمپ توانست راه حل هايي جهت اصلاح برج تقطير ارائه دهد [15].
دویانی و همكارانش از آناليز اكسرژي براي تحليل عملكرد برج تقطير در سال 2007 استفاده كردند و نتايج اين تحقيق حاكي از اين بود كه اكسرژي خروجي نسبتاً پايين و شار برگشت ناپذيري توليدي در كل برج بصورت يكنواخت توزيع نمي شود و تنها در چگالنده،جوش آور و سيني ورود خوراك به برج از درجه اهميت بالاتري برخوردار است [16].
هویانگ و همكارانش در سال 2008 ، از فشار بخار بالاي تقطير جهت پيش گرم كردن خوراك ورودي استفاده كردند و يك برج تقطير حرارتي پيوسته4 را ارائه دادند كه بازده ترموديناميكي برج تقطير را بهبود مي بخشد [17].
قربانی و همكارانش در سال 2012 آناليز اكسرژي و ارزيابي اقتصادي مرتبط با آن را در فرآيند جداسازي گاز مطالعه كردند. در اين تحقيق بازده اكسرژي برج هاي دي-بوتانايز، دي-پروپانايز و دي- اتانايزر محاسبه شد و نتيجه حاكي از آن است كه بازده اكسرژي اين برجها بسيار پايين مي باشد و اين گونه برجهاي تقطير با اتلاف اکسرژی 64% بالاترین میزان اتلاف را در كل تجهيزات پالايشگاهي گاز و نفت خام دارا میباشند. پس از آنها مبدلهاي حرارتي با 15% اتلاف و كمپرسورها با 13% اتلاف به ترتيب در رده دوم و سوم از نظر اتلاف اكسرژي قرار دارند. اين تحقيق كه بر اساس مطالعات اقتصادي انجام گرفته است، موقعيت هايي بالقوه را براي اصلاح فرآيند پيشنهاد مي دهد[6].
کارلوس رودریکوایس و آنتنیو لاکردا آناليز اكسرژي را براي صنايع شيميايي، پتروشيمي و نفت انجام دادند و براساس ارزيابي هاي انجام گرفته و تعيين معيارهاي بهينه سازي ، پيشنهاداتي را در جهت اصلاح فرآيند ارائه دادند. در اين راستا برج تقطير و سيستم دياباتيك ايده آل مورد مطالعه قرار گرفته است. اتلاف اكسرژي و كار با استفاده از مفاهيم ساده تقطير مانند بهينه كردن محل خوراك ورودي محاسبه شد و بر اساس تابع ترمو- اقتصادي و بازدهي فرآيند، راه حل هايي براي بهبود عملكرد برج هاي تقطير رايج در صنايع پتروشيميايي ارائه شده است. نتايج اين تحقيق نشان داد كه تغييرات هر چند ساده در نقاط ورودي خوراك و انرژي در طول ستون تقطير افزايش 15% بازده را با مصرف انرژي ثابت به ارمغان خواهد آورد.
از نقطه نظر قانون دوم ترمودینامیک، برج های تقطیر مرسوم کاملاً ضعیف عمل می کنند. یکی از راه های افزایش بازدهی در این گونه برج ها استفاده از مبدل های حرارتی جهت توزیع گرمای اضافه شده و گرمای حذف شده در طول ستون تقطیر می باشد.
2-3-تحقیق‌های انجام شده پیرامون انتگراسیون داخلی برج تقطیر
در اين قسمت به فعالیت هایی که در انتگراسیون حرارتی انجام گرفته، اشاره شده است.
اگویر و همکارانش در سال 1997˓ در مورد بهینه ی ترمودینامیکی برج تقطیر با استفاده از خنک کننده ها و گرم کننده های داخلی مطالعه کردند. در این تحقیق در مورد این که چگونه می توان انرژی مصرفی در برج را با استفاده از تعیین مکان مناسبی برای خنک کننده و جوش آور جانبی به حداقل رساند˓ بحث و تحقیق شده است]11[.
باوساو همکارانش در سال 1998 روش اصلاحی در محاسبات حداقل انرژی برای برج تقطیر را پیشنهاد دادند. روشهای دسترسی آسان برای مخلوط غیر ایده آل چند جزئی در برج تقطیر ساده را مطرح کردند ]18[.
پاندیوپادهایی و همکارانش در سال 1998 مطالعاتی بر روی نمودار دما و آنتالپی برای هدف قرار دادن انرژی در برج تقطیر انجام داده اند .هدف از این تحقیق رسیدن به حداقل جریان برگشتی برای برج های عملیاتی متداول است]7[.
جانی و بیک پیترسون نیروی محرکه ای بر اساس اختلاف ترکیبات در برج را پیشنهاد دادند. که این روش نیاز به انتخاب ترکیبات کلیدی در برج دارد و به عنوان تنها داده های تعادلی لازم و ضروری هستند این مقاله در سال 2000 ارائه شده است ]19[.
ناکایوا و همکارانش در سال 2003 رویکرد جدیدی را برای محاسبات داخلی در برج تقطیر را مطرح کردند. روش انتگراسیون حرارتی درونی برج تقطیر HIDiC) ) ˓ که این روش مفاهیم بازده انرژی را در فرآیند تقطیر بهبود داده است. همچنین گادالا و همکارانش در سال 2005 مقاله ای را با عنوان آنالیز پینچ بر اساس تجزیه و تحلیل رویکر طراحی انتگراسیون داخلی برج تقطیر منتشر کردند . از نقطه نظر اقتصادی در سال 2006 ایواکبی و همکارانش پیشنهاداتی برای این روش مطرح کردند و مقاله ای با عنوان صرفه جویی انرژی در جداسازی سیستم چند جزئی با استفاده از انتگراسیون حرارتی داخلی در ستون تقطیر HIDiC) ) منتشر کردند]10و21و20[.
دی کوایجر و همکارانش در سال 2004 ˓ توزیع انتقال حرارت به وسیله آنالیز نیروی محرکه و بهینه کردن انرژی در برج تقطیر آدیاباتیک را مورد مطالعه قرار دادند]22[.
دانیلو و همکارانش در سال 2007 و همچنین پتلیوک و همکارانش در سال 2008 یک الگوریتم کلی برای محاسبه ی حداقل سرعت جریان برگشتی در برج تقطیر ساده و ساختار یک برج برگشت پذیر را پیشنهاد دادند ]23و24[.
مجتبی رسته در سال 1382 روش شبیه سازی برج های مزدوج را برای بهینه سازی برج متانول را مورد مطالعه قرار داده است . انتگراسیون حرارتی داخلی برج متانول را برای تلخیص متانول را در این پایان نامه تشریح کرده است]1[.
2- 4- تحقیق‌های انجام شده پیرامون انتگراسیون حرارتی داخلی با استفاده از روش اکسرژی
در اين قسمت به فعالیت هایی كه در زمينه انتگراسیون حرارتی با به کار بردن رویکرد اکسرژی انجام گرفته، اشاره شده است.
محمد صابر در سال 1388 به بررسی بهبود کیفیت و راندمان مصرف انرژی در انتگراسیون حرارتی برج های تقطیر با استفاده از رویکرد اکسرژی پرداخته است. در این تحقیق شبیه سازی برج های مزدوج را به عنوان انتگراسیون حرارتی داخلی برج و همچنین محاسبه ی اکسرژی و اتلاف اکسرژی را برای بهینه شدن انرژی به صورت کامل تشریح داده شده است]2[.
رابین اسمیت و همکارانش در سال 2011 روش جدیدی را برای بهینه سازی برج تقطیر پیشنهاد داده اند. در این تحقیق به بهینه سازی ترمودینامیکی در برج تقطیر پرداخته شده است. به معرفی نیروی محرکه ی جدیدی با استفاده از اتلاف اکسرژی و به کار بردن مبدل های جانبی در برج پرداخته است که منجر به بهبود کیفیت و راندمان مصرف انرژی می شود] 26[.
2-5- نتیجه‌گیری
در مطالعاتی که پیرامون انتگراسیون حرارتی داخلی برج تقطیر صورت گرفته است˓ تعداد حالات مختلفی را برای بررسی وضعیت بهینه سازی انرژی برج پیشنهاد داده شده است اما هنوز به بررسی بهبود راندمان برج با در نظر گرفتن انتگراسیون حرارتی داخلی برج و تأثیر بار حرارتی جوش آور و خنک کننده جانبی بر روی راندمان برج به طور همزمان، به آن پرداخته نشده است. با استفاده از یک روش مناسب و طراحی جدید می توان به بهترین مقدار بار حرارتی و بهترین مکان برای مبدل جانبی دست یافت که به بهبود راندمان انرژی مصرفی برج کمک می کند. برای این منظور ابتدا لازم است آگاهی کافی از مفاهیم اکسرژی و انتگراسیون حرارتی داخلی برج تقطیر وجود داشته باشد. در دو فصل آینده مفاهیم اکسرژی و انتگراسیون حرارتی داخلی برج تقطیر توضیح داده خواهند شد

فصل سوم

مفاهيم اكسرژي
3-1- مقدمه
اکسرژی مفهوم تازهای نیست اما برای یک مدت طولانی، تقریباً فراموش شده بود، ولی در چند سال اخیر به خاطر استفاده از منابع جدید انرژی و روشهای کارایی انرژی، دوباره مورد توجه قرار گرفته است.
اکسرژی نشاندهنده پتانسیل واقعی یک سیستم برای انجام کار مطلوب است، بنابراین، آنالیز برمبنای اکسرژی هنگامی که گونه های مختلف انرژی در مقایسه با هم هستند˓ مهم می باشد. آنالیز اکسرژی می تواند در شناسایی عوامل˓ موقعیتها و مقدار ناکارآمدی های سیستم مفید باشد. وقتی سیستمی از حالت ایده آل انحراف پیدا می کند تلفات در آن سیستم رخ می دهد.
شناسایی مقدار تلفات و علت آن ها بسیار مهم بوده و در افزایش راندمان اکسرژی موثر است. تلفات اكسرژی مقدار كمی انحراف از حالت ايده ال را نشان می‌دهد كه ناشی از اتلاف اكسرژی منتشر شده و يا در اثر برگشت‌ ناپذيری داخلی در فرايند می‌باشند.
دراین فصل مفهوم اکسرژی، راندمان اكسرژی و تلفات اكسرژی بيان شده و انواع اکسرژی جنبشی، پتانسیل، الکتریکی و… معرفی شده اند.
3-2- مفهوم اکسرژی
جهت درك بهتر مفهوم اکسرژی ، بيان تفاوت ماده و انرژي ضروري است. انرژی و ماده فقط می توانند به اشکال مختلف تبدیل شوند و نمیتوانند ایجاد و یا مصرف شوند و این یک اصل كلي در طبیعت است.
نیرو محرکه جریان انرژی و ماده در سیستم، کیفیت است. کیفیت انرژی و ماده به طور مداوم در جریان عبور به درون سیستم رو به هدر رفتن است. این وضعیت در صورتی است که جریان یک مسیر مشخص داشته باشد و به زمان وابسته باشد. هنگامی که انرژی و ماده در داخل یک سیستم جریان دارند، بخش بسیار کوچک آن در سیستم واقعی ذخیره میشود و از طرفی یک تعادل بین ماده و انرژی وجود دارد.
انرژی و ماده تنها به عنوان حامل کیفیت عمل می کنند و این کیفیت است که در طول تبدیل ماده و انرژی تحلیل میرود. با توجه به این مطلب، تنها کیفیت است که میتواند تولید یا مصرف شود.
انرژی و ماده تمایل به توزیع در بیش از یک مکان را دارند، بنابراین رفته رفته نيرومحركه در سیستم از بین میرود. یک مثال برای این موضوع ارائه میشود. جریان گرم و سرد هرکدام کیفیتی دارند، نيرو محركه این دو جریان به وسیله اختلاف دما بین آنها مشخص می‌شود. حال اگر این دوجریان با هم مخلوط شوند یک جریان ولرم ایجاد میشود. جریان ولرم فاقد نيرو محركه است و بنابراین کیفیت پایینتری از جریان اصلی دارد. این کمیت به عنوان افزایش انتروپي برای کل سیستم بیان شده است. در جریان یک ماده در سیستم به جای این که بيان شود کیفیت کاهش پیدا کرده میتوان گفت عدم کیفیت افزایش یافته، یا انتروپي افزایش یافته است. مفهوم انتروپي اندازهگیری عدم کیفیت است. با توجه به این مفهوم، انتروپي یک معنی منفی میدهد. تعریفي كه در مقابل انتروپي ارائه شده و از اندازهگیری مستقیم کیفیت به دست می آید، نژنتروپي5 است. وقتی که کیفیت مصرف شده یا تلف شده، در واقع نژنتروپي مصرف شده است ]32[.
حال این سؤال مطرح می شود که چگونه میتوان کیفیت یک سیستم یا جریان انرژی و ماده را اندازه گرفت. ارزیابی بخش مفید انرژی، بخشی که میتواند کار مکانیکی انجام دهد، در واقع ارزیابی کیفیت انرژی است و این موضوع از سالها پیش مورد توجه دانشمندان بوده است.
رانت در سال 1953 پیشنهاد کرد که ترم اکسرژی باید به معنی ظرفیت کار فنی استفاده شود. تعریف کامل توسط بایهر ارائه شد: اکسرژی بخشی از انرژی است که قابل تبدیل به شکل های دیگر انرژی است. اکسرژی یک سیستم در یک محیط خاص میزان حداکثر کار مکانیکی است که می تواند از سیستم در این محیط خارج شود. کار مکانیکی که مورد توجه قرار گرفته تنها به عنوان نمونهای از شکل انرژی کاملاً منظم شده میباشد یعنی انتروپي آن برابر صفر است. این تنها بخش مفید انرژی است که میتواند به تمامی اشکال دیگر انرژی تبدیل شود. تعریف بایهر بدیهی و بسیار کلی است و نه تنها انرژی بلکه ماده را نیز شامل میشود ]32[.
ایوانس نشان داد که اکسرژی در خود مفاهیم ترمودینامیکی دیگری نیز جای داده است. پتانسیلهای ترمودینامیکی شبیه به اکسرژی هستند اما دامنه محدودتری دارند. انرژی آزاد گیبس، انرژی آزاد هلمهولتز و انتالپي همه موارد خاصی از اکسرژی هستند. به بيان ساده تر مي توان اكسرژي را اينگونه نيز تعريف كرد:]32[
اکسرژی ماکزیمم کار در دسترس است، زمانی که فرم های مختلف انرژی بصورت برگشت پذیر به یک سیستم انتقال می یابد و در تعادل ترمودینامیکی با محیط اطراف می باشند و توانایی انجام کار را ندارند. همچنین می توان اکسرژی را فاصله سیستم از تعادل جهانی تعریف کرد. از آنجا که اکسرژی مصرف می شود، شرایط متغیرهای دما، فشار و درصد ترکیب سیستـم به متغیرهای مشابه در محیط نـزدیک می شوند. بنابراین، شرایط مرجع شرایط مرده نامیده می شود. اکسرژی کلی جریانهای چند جزئی از حاصل جمع سه شرایط زیر محاسبه می شود:]25[
• تغییر اکسرژی حاصل از اختلاط
• اکسرژی شیمیایی
• اکسرژی فیزیکی
اكسرژي حاصل از اختلاط، از تركيب جريان هاي هم دما و هم فشار در شرايط فرآيندي واقعي ناشي مي شود.
اكسرژي شيميايي تفاوت پتانسيل شيميايي مابين اجزاء فرآيند و پارامترهاي مرجع، غلظت، دما و فشار در محيط اطراف آن ها ميباشد.
اكسرژي فيزيكي بيشترين ميزان كار محوري قابل حصول (مانند انرژي الكتريكي) مي باشد كه در آن جريان از شرايط فرآيندي (T,P) با استفاده انتقال حرارت برگشت پذير به تعادل با دماي محيط مي رسد.
استفاده زیاد از منابع انرژی و ماده براساس بهرهبرداری معدنی با تکنولوژی امروز، نمیتواند با سالم ماندن محیط زیست همراه باشد. این وضعیت را میتوان تنها با تغییر اهداف تغییر داد. مفاهیم اساسی و روشهای علمی برای توصیف واقعیت باید نقش مهمي در روند این تغییرات بازی کنند. بنابراین با در نظر گرفتن اهمیت انرژی و بهینه سازی آن در عصر امروز، توجه به مفهوم اکسرژی مهم و ضروری است. مفهوم اکسرژی نه تنها به خاطر مطالعه راندمان و کارایی سیستمها بلکه به خاطر محاسبات و تحلیلهای اقتصادی بسیار مفید است. استفاده از محتـوای اکسرژی به عنوان پایهای برای حسابرسی هزینهها و مدیریت برای قیمتگذاری محصـولات و ارزیابی سود آنها مهـم است. به این ترتیب اکسرژی تنها اساس عقلانی برای ارزیابی منابع و سوخت ها، سیستم ها و بازدهی آنها می‌باشد]32[
3-3- مقایسه انرژی و اکسرژی
1- انرژی فقط به خصوصیات ماده یا جریان وابسته است و به خصوصیات محیط وابسته نیست اما اکسرژی هم به خصوصیات ماده و انرژی و هم به محیط اطراف وابسته است.
2- وقتی سیستم در تعادل با محیط است، انرژی میتواند مقادیر مختلفی داشته باشد اما اکسرژی در حالت ساکن یا وقتی که سیستم در حالت تعادل کامل با محیط است، برابر صفر میباشد.
3- انرژی در همهی فرآیندها طبق قانون اول ترمودینامیک، حفاظت شده و باقی میماند اما اکسرژی در فرآیندهای برگشتپذیر حفظ شده ولی برای فرآیندهای واقعی حفاظت شده نیست و طبق قانون دوم ترمودینامیک به علت برگشت ناپذیری˓ کاملاٌ و یا تا حدی تخریب می شود .
4- انرژی در اشکال مختلف مثل انرژی جنبشی، پتانسیل، درونی ظاهر میشود و در این اشکال قابل اندازهگیری است و اکسرژی در اشکال مختلف مثل اکسرژی جنبشی، اکسرژی پتانسیل، اکسرژی حرارتی و… ظاهر میشود و در این اشکال براساس کار یا توانایی تولید کار اندازهگیری میشود.
5- انرژی تنها کمیت را اندازه میگیرد اما اکسرژی هم کمیت و هم کیفیت ماده و انرژی را اندازه میگیرد ]14[.
مزایای آنالیز اکسرژی خصوصا در مقایسه با آنالیز انرژی، متعدد هستند. در زیر به برخی از موارد که بیشتر قابل توجه است، اشاره میشود.
1- بازده براساس اکسرژی، اطلاعات معنیدار بیشتری در زمان عملکرد سیستم فراهم میکند.
2- در سیستمهای پیچیده (کمپلکس) با محصولات متعدد، روشهای اکسرژی میتواند به ارزیابی ارزش ترمودینامیکی اشکال انرژی محصول کمک کنند.
3- اکسرژی مبتنی بر روشهای تکامل یافته است که میتواند در فعالیتهای مربوط به طراحی کمک کند. به عنوان مثالاکسرژی – اقتصادی و ترمو- اقتصادی را میتوان برای بهبود ارزیابی اقتصادی استفاده کرد.
4- آناليز اكسرژی باعث كاهش برگشت ناپذيری در يك سيستم و در نتيجه افزايش راندمان اكسرژی مي‌شود.]14[.
3-4- شبيه سازي و آناليز اكسرژي برج تقطير
پالایش گاز فرآیندی است که جهت جداسازی اجزاء زیاد حاضر در گاز استخراجی از چاههاي گاز انجام می گیرد. هرچه زنجیره کربن بزرگ تر باشد ، در دمای بالاتری به جوش می آید . از این اصل در پالایشگاه ها جهت جداسازی و تثبیت استفاده می شود. در این قبیل واحدها ، به جریان جرمی درون برج حرارت می دهد تا اجزاء موجود در آن بخار شود . بخار درون برج به سمت بالا حرکت می کند و با افزایش ارتفاع برج ، خنک تر می شود. زمانی که اجزاء گازی تا زیر نقطه جوش خود خنک می شود ، تبدیل



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه

پاسخ دهید