مدلسازی، شبیه سازی و بهینه سازی برج های تقطیر متصل زوج حرارتی

تقطیر برای جداسازی حدود 90% از همه جداسازی ها در صنایع شیمیایی کاربرد دارد و حدود 3% مصرف انرژی جهان در واحدهای تقطیر استفاده می شود. مصرف بالای انرژی در فرایندهای تقطیر، محققان را به توسعه چیدمان های جدیدی که ذخیره انرژی و هزینه سرمایه گذاری را به همراه داشته باشند وادار نمود. مطالعات تئوری انجام شده نشان می دهد که برج های متصل زوج حرارتی در مقایسه با توالی های تقطیر مستقیم و غیر مستقیم متعارف برای جداسازی مخلوط های سه تایی، بالای 30% ذخیره انرژی دربردارد. با توجه به اینکه در بهینه سازی برج های زوج حرارتی مبنای کار بر شبیه سازی استوار است، اگر یک روش شبیه سازی برای همگرا شدن به زمان زیادی نیاز داشته باشد در بهینه سازی برج ایجاد مشکل می نماید. در این تحقیق شبیه سازی برج با توجه به 2 دیدگاه انجام شده است. در دیدگاه اول شبیه سازی برج ها بطور سری و با استفاده از یک روش تکرار انجام گردید. در دیدگاه دوم دو برج بطور موازی در نظر گرفته شد و معادلات حاکم بر آن ها بطور همزمان حل گردید. در دیدگاه سری روش حل همزمان معادلات چرم و انرژی و در روش سری روش فرونتال بعنوان روش برتر انتخاب گردیدند. در نهایت برای انتخاب دیدگاه برتر دو روش منتخب در دو دیدگاه با یکدیگر مقایسه شدند. در این مقایسه مشخص گردید که بوضوح نمی توان یک دیدگاه را در تمام شرایط بر دیدگاه دوم برتری داد. برای جداسازی مخلوط های دارای کمتر از 6 جزء استفاده از دیدگاه سری در مدلسازی توصیه می گردد ولی برای خوراک دارای تعداد اجزاء بیشتر از 6، دیدگاه موازی برای مدلسازی بهتر می باشد. در این تحقیق با در نظر گرفتن یک مخلوط سه تایی برای جداسازی دیدگاه سری برای شبیه سازی انتخاب گردید. برای بهینه سازی جهت بدست آوردن پاسخ های کلی و جلوگیری از پاسخ های محلی از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. پس از بهینه سازی و مقایسه ذخیره انرژی در چیدمان "پتلیوک" با چیدمان های دیگر، این نتیجه گرفته شد که چیدمان "پتلیوک" دارای ذخیره انرژی بیشتری (حدود 30%) نسبت به سایر چیدمان های برج تقطیر می باشد.