Skip to main content
SUPERVISOR
ارجمند مهربانی زین آباد (استاد راهنما) مسعود بهشتی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Abolghasem Kazemi
ابوالقاسم کاظمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393

TITLE

Development of novel configurations of close boiling distillation systems on the basis of vapor recompression and bottom flashing
: High energy consumption and low energy efficiency of distillation systems have led to extensive research to improve the performance of these systems. In this study, vapor recompression and bottom flashing systems have been investigated and some configurations have been proposed to improve their efficiency. In the first part of this study, several configurations of vapor recompression that were previously presented were compared and the configurations that showed the highest efficiency in reducing energy consumption and process costs were identified. In addition, the strengths and weaknesses of each of the previous plans were determined. Using the ideas and schemes, a new system for the purification of sour water was presented and the results of this section showed that using the concepts of vapor recompression heat pump, significantl reduction of energy consumption and costs in various chemical processes can be obtained. Based on the results, using the proposed system in the process of sour water stripping, 83.7% and 77.8% can be saved in heating and cooling utilities, respectively. In another section, the ideas and designs that were proposed for vapor recompression were developed for use in the bottom flashing and the results showed that the bottom flashing with heating recuperation could outperform vapor recompression system. Based on this, the use of the developed system of bottom flashing on the distillation of isobutane-normal butane has completely eliminated cooling sources and reduced 98.6% of the heating resources in the system. It also reduced the total annual cost of the process by 19% compared with the typical distillation tower. Meanwhile, based on the concepts of vapor recompression and sudden product evaporation, systems for the complex separation of three products, such as direct sequencing, indirect sequencing, Petlyuk and side stripper designs, were developed. In five of the configurations, designed in this section, including a DBF with direct, Petlyuk and side stripper and VRC with Petlyuk and side stripper, the complete elimination of heating supplies were obtained, and in the system of DBF- direct sequence 95.8% reduction of cooling sources was obtained. Economic analysis also revealed that all designed systems of vapor recompression and bottom flashin improved the efficiency of the base system, and using a system of bottom flashing on the Petlyuk arrangement, a 30.9% decrease in total annual cost of the process is achievable. Finally, with the use of the main concepts of steam condensation, a new distillation system was established that does not require any use of heating resources in the system, and uses water at ambient temperature as the only source of heat in the system. The results showed that the proposed system could, in addition to the complete removal of heating resources, reduce the required cooling utilities and electrical power requirements compared to the vapor recompression system. By applying this configuration, on the propylene-propane distillation tower, a reduction of 17.6% in total annual cost of the process was achieved. Key words : Distillation, Energy, Vapor recompression, Bottom flashing, Configuration.
مصرف انرژی زیاد سیستم های جداسازی تقطیر زمینه ساز پژوهش های گسترده ای برای ارتقای عملکرد این سیستم ها شده است. در این پژوهش، به بررسی سیستم‌های تراکم بخار و تبخیر ناگهانی محصول پایین پرداخته شده و پیکربندی‌هایی نیز برای ارتقای کارایی آن ها ارائه شده است. نتایج ارائه شده از طریق شبیه سازی فرآیند با نرم افزار Aspen HYSYS، بهینه سازی فرآیند از طریق الگوریتم ژنتیک و تحلیل اقتصادی با استفاده از نرم افزار Aspen Ecconomic Evaluation به دست آمده است. در بخش نخست این پژوهش چندین پیکربندی تراکم بخار که پیش از این ارائه شده بود با یکدیگر مقایسه شد و پیکربندی‌هایی که بالاترین کارایی را در کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های فرآیند از خود نشان دادند شناسایی شدند. علاوه بر این، نقاط قوت و ضعف هر کدام از طرح‌های پیشین ارائه شده، تعیین شد. سپس با استفاده از ایده‌ها و طرح‌های یادشده سیستم جدیدی برای خالص‌سازی آب ترش ارائه شد و نتایج این بخش از پژوهش نشان داد که می‌توان با استفاده از تراکم بخار و پمپ گرمایی، به کاهش قابل توجهی در مصرف انرژی و هزینه‌ها در فرآیندهای گوناگون شیمیایی برای نخستین بار دست یافت. بر مبنای نتایج بدست آمده، با استفاده از سیستم پیشنهادی در فرآیند خالص سازی آب ترش، می توان 7/83% و 8/77% به ترتیب در منابع گرمایشی و سرمایشی صرفه جویی کرد. در بخش دیگری، ایده‌ها و طرح‌هایی که برای تراکم بخار ارائه شده بود، برای استفاده در تبخیر ناگهانی محصول پایین توسعه یافت و نتایج نشان داد که سیستم‌های تبخیر ناگهانی محصول پایین ارتقا یافته با ایده‌های تراکم بخار می‌توانند عملکردی بهتر از خود سیستم تراکم بخار ارتقا یافته داشته باشند. بر این مبنا، استفاده از سیستم توسعه یافته از تبخیر ناگهانی محصول پایین بر روی جداسازی ایزوبوتان-نرمال بوتان موجب حذف کامل منابع سرمایشی و کاهش 6/98% منابع گرمایشی در سیستم شد. این سیستم همچنین موجب کاهش 19% میزان کل هزینه های سالانه فرآیند در مقایسه با برج تقطیر معمولی شد. در ضمن بر پایه تراکم بخار و تبخیر ناگهانی محصول پایین، سیستم هایی برای جداسازی‌های پیچیده سه محصولی مانند توالی مستقیم، توالی غیر مستقیم، آرایش پتلیوک و آرایش دفع کننده جانبی توسعه داده شدند. با تحلیل اقتصادی نیز مشخص شد که تمامی سیستم های طراحی شده از تراکم بخار و تبخیر ناگهانی محصول پایین موجب ارتقای کارایی سیستم های مبنا شد و با استفاده از سیستم تبخیر ناگهانی محصول پایین بر روی آرایش پتلیوک 9/30% کاهش کل هزینه های سالانه فرآیند قابل دستیابی است. در نهایت با استفاده از مفاهیم اصلی تراکم بخار، یک سیستم نوین از تقطیر پایه گذاری گردید که نیازی به استفاده از منابع گرمایشی در سیستم ندارد و در آن از آب در دمای محیط به عنوان یگانه منبع گرمایی در سیستم بهره گرفته می‌شود. البته استفاده از این سیستم محدود به فرآیند های خاصی (که در متن شرح داده خواهند شد) است و برای همه سیستم های تقطیر نمی توان از آن استفاده کرد. نتایج بدست آمده نشان داد که استفاده از سیستم پیشنهادی می تواند علاوه بر حذف کامل منابع گرمایشی، موجب کاهش منابع سرمایشی و توان الکتریکی مورد نیاز نسبت به سیستم تراکم بخار شود. با اعمال این پیکربندی بر روی برج تقطیر پروپیلن-پروپان، کاهش 6/17% در کل هزینه های سالانه فرآیند بدست آمد. کلمات کلیدی: 1- تقطیر، 2- انرژی، 3-تراکم بخار، 4-تبخیر ناگهانی محصول پایین، 5-پیکربندی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی