دفاعیه دکترا در دانشکده مهندسی شیمی

مهندس امیرحسین خلیلی گرکانی، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی چهاردهم اردیبهشت ماه 1395 ، از رساله خود با عنوان « ارائه الگویی جدید برای سنتز چیدمان برج­های تقطیر با استفاده از روش­های انتگراسیون فرآیند» با راهنمایی دکتر نوراله کثیری و دکتر جواد ایوک­پور دفاع نمودند.

چکیده

تقطیر مهمترین و پرکاربردترینفرآیند جداسازی در صنایع شیمیایی است.رویکرد ترمودینامیکی در فرآیندهای جداسازی می­تواند از مشکلات اینفرآیندها نظیر هزینه بالای انرژی مصرفی، ناکارآمدی ترمودینامیکی سیستم و تخریب­های زیست محیطی بکاهد.در این پروژه از آنالیز اکسرژی برای ارزیابی و بهبود عملکرد چیدمانبرج­های تقطیر در کنار آنالیز اقتصادی بهره گرفته شده است.استفاده از آنالیز اکسرژی به منظور بررسی ترمودینامیکی در برج­های تقطیر بر خلاف روش­های دیگر دارای دو مزیت عمده است؛ اول آنکه هدف­های نشان داده شده بر آن قابل درک هستند و دوم اینکه، این هدف­هامنجربهطراحی برجی می­شوند که از نظر ترمودینامیکی پربازده­ترودر نتیجه اقتصادی­تر خواهد بود.

این پژوهش به دو بخش تقسیم شده است. در بخش اول یک روش ماتریسی برای تولید فضای جستجو چیدمان­های برج­های تقطیر (با تعداد کمتر از n-1 برج) بصورت سیستماتیک ارائه شده است. فضای جستجوی کامل ارائه شده امکان دستیابی به چیدمان بهینه را افزایش می­دهد. ماتریس جداسازی پیشنهادی در این کار، بیان دیگری از روش شناخته شده بیان شبکه‌ای می‌باشد. روش ارائه شده قادر است، انواع چیدمان­های زوج حرارتی، معادل ترمودینامیکی، کاهش یافته، چیدمان­های یکپارچه جرم و حرارت و چیدمان­هایی با برج­های دیواره مجزا را تولید کند. روش ابداعی برای ترکیبات سه و چهارجزیی ارائه شده است، اما قابلیت استفاده از آن برای هر تعداد از اجزا وجود دارد.

در بخش دوم طراحی چیدمان برج­های تقطیر مدنظر قرار گرفته است. در این بخش هدف ارائه الگوریتمی برای انتخاب چیدمان بهینه است، که از آنالیز اکسرژی برای کاهش فضای جستجو بهره می­برد. هدف رسیدن به چیدمانی با کمترین میزان هزینه سالانه و میزان تلفات اکسرژی می­باشد. تمامی چیدمان­های ساده و پیچیده مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا تمامی چیدمان­ها بصورت مجزا شبیه­سازی و بهینه­سازی شده و به عنوان بانک اولیه برای آزمایش عملکرد روش کاهش فضای جستجو مورد استفاده قرار می­گیرند. سپس بر مبنای توزیع اتلاف اکسرژی در برج­های موجود در چیدمان، با حذف چیدمان‌های غیربهینه و محدود کردن چیدمان‌های بهینه ممکن حجم محاسبات کاهش می‌یابد. بدین جهت با توجه به نمودار اتلاف اکسرژی،بخش­های مرتبط با بیشترین تلفات، بین برج­های متوالی جابجا شده و در نتیجه چیدمان­های جدید تولید می­گردد. نتایج بیانگر کاهش قابل توجه محاسبات و تعداد چیدمان­های مورد بررسی در جداسازی­های قطعی و غیرقطعی می­باشد. همچنین مقایسه نتایج حاصل از الگوریتم با بانک داده تهیه شده از بررسی تک تک چیدمان­ها نشانگر دقت عملکرد الگوریتم پیشنهادی می­باشد. نتایج حاصل از الگوریتم پیشنهادی نشان می­دهد که این روش می­تواند در مواردی تا 50% تعداد گزینه­های مورد نظر را کاهش دهد.

واژگان کلیدی فارسی: سنتز فرآیند، چیدمان برج­های تقطیر، آنالیز اکسرژی،کاهش فضای جستجو