خلاصه: در این مقاله آنالیز بخار کلسیم کلرید برای کاهش مصرف انرژی اولیه و انتشارات مضر انجام شد. این مقاله استفاده از چندین روش را برای مقاوم سازی کلسیم کلرید موجود پیشنهاد می کند. بازده یا کارایی فرآیند انرژی موجود برای بررسی معایب و ارایه مسیرهایی برای اصلاح مناسب فرایند مورد بررسی قرار گرفت. این روش مبتنی بر آنالیز سیستماتیک و کاهش گام به گام مصرف انرژی است .از رویکردpinch، شبیه سازی فرآیند و فشرده سازی مجدد بخار با در نظر گرفتن محدودیت های موجود. این مقاله به همت متخصصان شرکت شیمی گستر نوشته شده است، با شیمی گستر تا انتهای این تحقیق علمی همراه باشید.
دو گزینه مقاوم سازی شبکه مبدل حرارتی با شبیه سازی و طراحی تجهیزات اضافی پیشنهاد شد. بازیابی انرژی با شناسایی پتاسیل تراکم مجدد بخار و استفاده مناسب آن و شبکه مبدل مقاوم سازی افزایش یافت.
تغییرات فرایند توسط نرم افزارهای تجاری برای اثبات استحکام اقدامات پیشنهادی جهت صرفه جویی در انرژی شبیه سازی شده اند.
مطالعه موردی یک کارخانه شیمیایی از فرآیند solvay و استفاده از مایع مقطر آمونیاک به عنوان ماده اولیه بهره برداری می شود، درنتیجه مقاوم سازی هزینه انرژی حدود 40000$ در سال کاهش یافت همچنین انتشار کربن دی اکسید نیز 18818t در سال کاهش یافت مصرف بخار 51% ومیزان جریان آب خنک کننده 69% کاهش یافتند.
کارایی اقتصادی صرفه جویی های پیشنهادی انرژی دوره بازگشت سرمایه را 5/1 سال نشان میدهد .نقشه راه کاربرد یا استفاده گام به گام تغیرات فرایند پیشنهاد شد!
مقدمه
از زمان اولین بحران انرژی، کارایی صنایع فرایندی یک مشکل بزرگ در جهان به شمار میرود. این مشکل با گذشت زمان و افزایش جمعیت و همچنین افزایش حجم گازهای گلخانه ای جدی تر و پیچیده تر میشود.
علی رغم اقدامات صرفه جویی در انرژی، مصرف انرژی صنایع حدود 30% مصرف انرژی مصرفی کل جهان است و این در 35 سال گذشته تغیری نکرده است. صنایع شیمیایی و پتروشیمی یکی از اصلی ترین صنایعی است که پسماند تولید میکند. 28% انرژی که در صنایع استفاده می شود مربوط به صنایع شیمیایی و پتروشیمی است.
روش ها:
1-شبیه سازی فرآیند موجود
رویکرد مناسب بر پایه شیه سازی صفحات جریان که شامل خواص فیزیکی حرارتی جریان و حالت عملیات شبکه مبدل حرارتی استوار است. ظرفیت اسمی واحد تبخیر و تعادل مواد بدون تغییر باقی می ماند. شبیه سازی بوسیله نرم افزار unisimdesign و با گزینه hTRIXist برای مبدل حرارتی موجود به کار می رود.
خواص آب نمک NaCl/CaCl2 توسط روش VMGTherrip وبه ترتیب زیر انجام می شود:
- روش فلش (انتگرال)
- روش بحرانی
- روش مایع بخار
- خواص مایع- مایع حجم: میانگین وزنی جرمی
انرژی داخلی و موازنه جرمی توسط داده های کارخانه مورد تایید شدند.
2-هدف گذاری انرژی، تعریف پتانسیل و پیدا کردن چالش ها
ابزارهای کلیدی تکنولوژی pinch برای شناسایی اهداف واقعی انرژی واحد غلظت و بازده سیستم توزیع آب و برق کلرید کلسیم استفاده میشود.
گرمای ترمودینامیکی، VQ و رویکرد حداقل دما بوسیله CC و GCC تائید می شوند. اهداف انرژی با انرژی موجود مصرفی مقایسه می شوند و شکافت انرژی برحسب اینکه چه تغیرات فرآیندی برای صرفه جوی خوب لازم است آنالیز شد. HEN جداسازی و سیستم های کاربردی در آنالیز و نوسازی دخالت داشتند.
گرمای ترمودینامیک برای کاربر بیشتر اقدامات فنی و اقتصادی آنالیز شد در رویکرد فعلی جریان مقاوم سازی از HEN شروع می شود بوسیله سیستم جداسازی ادامه می یابد و در آخر در سیستم های (کاربردی) با استفاده ازموتورهای حرارتی انجام میشود.
اهداف انرژی و پتاسیل صرفه جویی در انرژی توسط نرم افزار HILECT تعیین میشوند. اثرات تبخیر بر GCC به عنوان فرآیند در نظر گرفته شده و آنالیز میشود. آنالیز یک دمای حداقلی برای کل سیستم و ایجاد تغیرات مناسب فرآیند انجام میشود.
3-طراحی مقاوم سازی:
قدم اول شبکه مبدل حرارتی گزینه مقاوم سازی با محاسبه گرمای تلف شده، تغیرات فرآیند، سرمایه گذاری اقتصادی توسعه یافت. مبدل های حرارتی موجود بر اساس قوانین pinch جایگزاری شده اند. رژیم های ترموهیدرولیک مبدل های حرارتی برای به حداکثر رساندن وظیفه گرمایی آنها مورد بررسی قرار گرفت. در همان زمان همزدن محصول نهایی بازیافت شده و مواد اولیه برای بدست آوردن دمای بهینه اختلاط انجام شد. از گرمای تلف شده برای رفع نیاز حداقل گرمای ممکن برای استفاده در واحد انتقال حرارت استفاده میشود.
گزینه مقاوم سازی برای بررسی امکان پذیر بودن فرآیند نمودار جریان (PFD)، عوارض فرآیند و دلایل ایمنی است. مبدل های حرارتی اضافه تری نیز برای بهبود عملکرد مورد استفاده قرار می گیرند. دمای ورودی از تبخیر کننده به عنوان یک متغیر انعطاف پذیر برای کاهش مصرف بخار در نظر گرفته می شود.
دمای ورودی از تبخیر کننده به عنوان یک متغیر انعطاف پذیر برای کاهش مصرف بخار در نظر گرفته می شود.
رابطه ظرفیت گرمایی تبخیر کننده :
مشکل بعدی مخلوط مواد بازیافت شده و مواد اولیه است.
به مواد اولیه قبل از اختلاط با مواد بازیافتی داغ، گرما داده میشود. دمای اختلاط تغییر پذیر است و توسط معادله محاسبه میشود.
معادله بار حرارتی گرمایش مواد اولیه با مواد بازیافتی پس از اختلاط :
مبدل های حرارتی اضافه تر می توانند برای محاسبه و گرم کردن مواد اولیه به کار رود. اصلاح HEN باعث کاهش هزینه واحد های جدید و کاهش هزینه آب و برق میشود. با اصلاح یک مبدل حرارتی ظرفیت گرمایی بر طبق معادله زیر تغییر می کند:
بر ناحیه انتقال حرارت واحد های جدید و عملکرد واحد های موجود تاثیر می گذارد.
طراحی
4-مقاوم سازی: قدم دوم: واحد تبخیرکننده ومصرف بخار
تغییرات فرآیندی اساسی تری برای صرفه جویی در انرژی انجام میشود استفاده مجدد از بخار خارج شده از تبیخر کننده مورد بررسی قرار میگیرد. شبیه سازی فشرده سازی مجدد بخار توسط نرم افزار UNISIM برای برآورده کردن نیازهای ابزار های داغ مورد استفاده قرار میگیرد. نیروهای محرک دما در تبخیرکننده بعد از تغییرات فرآیند مورد آنالیز قرار میگیرند تا عملکرد آنها بهتر شوند.
امکان تبیخر کننده 1 مرحله ای و 3 مرحله ای وجود دارد، در حالت مقاوم سازی، به دلیل تغییر نیروی محرکه نیاز به افزایش سطح انتقال حرارت دارد. با بررسی دمای تبخیر و مصرف بخار به این نتیجه می رسیم که بخار کاهش می یابد اما مقاوم سازی تبخیرکننده نیاز به سرمایه گذاری اضافی دارد.
حداکثر بازیابی حرارت بین تبخیرکننده و جریان فرآیند از GCC در (شکل a و 6c) تعریف شده است.
بخار اضافی امکان استفاده از گرمای اتلاف را افزایش می دهد. با این وجود نمی شود از همه گرمای اتلافی در فرآیند استفاده کرد. روش دیگیری نیز برای افزایش نرخ بازیابی وجود دارد. GCCاهداف صرفه جویی بیشتر را از طریق برنامه MVR که دمای ثابت فرآیند و تبخیر کننده را محاسبه می کند، نشان می دهد. دماهای جا به جا شده و بار حرارتی MVR از GCC شناسایی شده و استفاده از یک محیط شبیه سازی در unisimdesign آنالیز میشود. اول فرصت بازیابی حرارت در HEN اعمال میشود و سپس MVR شبیه سازی شده و توسط موازنه جرم و انرژی در تبخیر کننده و شبیه MVR محاسبه میشود.
5- بهره برداری، مزایای انرژی و کاهش انتشار
منطقه انتقال حرارت مبدل های حرارتی با استفاده از گرمای اتلافی برای کاهش هزینه های سرمایه گذاری بهینه شده است. طراحی نهایی مقاوم سازی برای تغیرات حالت عملیات و امکان اجرای گام به گام اقدامات توسعه یافته صرفه جویی در مصرف انرژی برسی شد. هزینه سرمایه گذاری مقاوم سازی، مزایای انرژی و صرفه جویی در کربن دی اکسید محاسبه میشود. دوره بازپرداخت سرمایه گذاری ها بر اساس هزینه سرمایه سالانه پروژه 5 ساله ونرخ سود کسری در سال 8% محاسبه می شود.
طراحی نهایی مقاوم سازی قرار است که از نظر انرژی کارآمد، ساده و با صرفه اقتصادی و مناسب برای بروزرسانی های بیشتر فرآیند و کنترل آن باشد.
محاسبه هزینه سرمایه گذاری مبدل های حرارتی از روش Hall برای فولاد زنگ نزن:
A: ناحیه انتقال حرارت مبدل
دقت: 5%
هزینه سرمایه کمپرسور بر اساس شاخص های مهندسی شیمی و مارشال و سوئیفت:
تابعی ازاندازه مواد ساخت،فشار طراحی و دمای طراحی!
هزینه ساخت کمپرسور ممکن است تفاوت زیادی داشته باشد به علت گستره ی دمایی که در آن کار میکنند.
دقت: 10% (یک هدف معمولی برای برآورد هزینه سرمایه)
تحقیقات توسط متخصصین شرکت شیمی گستر