طراحی و بهینه سازی مبدل های گرمایی چند جریانه با در نظر گرفتن نوع پره و تغییر ویژگی های فیزیکی سیال

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه تهران، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشکده مهندسی شیمی،‌ صندوق پستی 4563ـ 11365

2 تهران، شرکت پترو هایتک کیش

3 تهران، دانشگاه تهران، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشکده مهندسی شیمی،‌صندوق پستی 4563ـ 11365

چکیده

تاکنون روش‌های گوناگونی برای طراحی مبدل‌های چندجریانه ارایه شده است، اما در بیشتر الگوریتم‌های موجود، ویژگی‌های فیزیکی کلیه جریان‌ها در طول مسیر انتقال گرمای ثابت فرض شده ‌است. در این پژوهش، روشی پیشنهاد شده ‌است که اثر تغییر ویژگی‌های فیزیکی سیال را در نظر می‌ گیرد. این قابلیت به همراه در نظرگرفتن افت فشار جریان‌های موجود، الگوریتم قدرتمندی را برای تخمین سطح شبکه پیش از طراحی فراهم می‌ سازد. در این روش وابستگی ویژگی‌های فیزیکی از جمله ظرفیت گرمایی ویژه، ویسکوزیته، دانسیته و هدایت گرمایی به تغییر دما مورد توجهقرار می‌ گیرد. بنابراین کلیه‌ی پارامترهای مؤثر در رابطه‌ی افت فشار به طور دقیق ‌تری محاسبه می‌ شوند. این کار با معرفی ضریب ‌های تصحیحی در هدف‌ گذاری و طراحی شبکه مبدل گرمایی شامل جریان‌های مایع و گاز صورت گرفته ‌است. بر این اساس، نتیجه دقیق‌تر و قابل اعتمادتری برای مرحله‌ های هدف ‌گذاری و طراحی مبدل چند جریانه به دست می‌ آید. همچنین، در میان روش‌های گوناگون برای طراحی مبدل‌های گرمایی چند جریانه، روشی که همراه با بهینه ‌سازی افت فشار جریان‌ها، بهترین پره را برای هر جریان برگزیند پیشنهاد نشده ‌است. این پژوهش روش جدیدی در طراحی این مبدل‌ها بر پایه ‌ی استفاده از افت فشارهای بهینه ارایه می‌ دهد که تلفیقی از مفهوم فناوری پینچ و الگوریتم ژنتیک است. تابع هدف مسئله، هزینه کل سالیانه است که هزینه‌ های سطح و هزینه تأمین افت فشار جریان‌ها را شامل می‌ شود. نتیجه‌ ها نشان‌ دهنده آن است که با درنظر گرفتن ویژگی‌های فیزیکی متغیر به جای ثابت فرض کردن آنها، حجم مبدل و هزینه کل سالیانه به ترتیب به میزان 3/27% و 5 /13% با دقت بیشتری محاسبه خواهد شد. همچنین با بهینه ‌سازی افت فشار، میزان حجم مبدل و هزینه سالیانه کاهش خواهد یافت که این میزان در حالت انجام عمل بهینه‌ سازی بر مسئله با لحاظ خواص فیزیکی متغیر به میزان 28/4% کاهش در حجم مبدل و 92/4% کاهش در هزینه کل سالیانه را نشان می‌ دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Feldman A., Marvillet C. and Lebouche M., Nucleate and Convective Boiling in Plate Fin Heat Exchangers, International Journal of Heat and Mass Transfer, 43, p. 3433 (2000).
[2]. قاسم زاده، ژاله؛ پنجه­شاهی، محمدحسن؛ تخمین خواص فیزیکی سیالات برای استفاده در الگوریتم سطح شبکه مبدل­های حرارتی، نشریه مهندسی شیمی دانشکده فنی دانشگاه تهران، شماره30، ص 898 (1376).
[3] Ghannadi M.M., Omidkhah M.R., Hojjati M.R., Area Targeting of HEX for Shiraz Refinery Atmospheric Distillation Unit with Variable Physical Properties of Crude Oil Consideration, The 6th International Chemical Engineering Congress & Exhibition, Kish Island, Iran, (2009).
[4] Hojjati M.R., Omidkhah M.R., Panjeshahi M.H., Heat Exchanger Network Design with Pressure Drop Consideration Using Mathematical Programming, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 26(1), p. 1 (2007).
[5] Moosavi E., Omidkhah M.R., Hojjati M.R., MINLP Synthesis of Heat Exchanger Networks with Variable Physical Properties of Fluids, 12th Chemical Engineering Conference, Sahand University, Tabriz, Iran, (2008).
[6] Fakharzadeh H.R., Omidkhah M.R., Hojjati M.R., Optimization of Steam Network in Shiraz Refinery Utility Systems using Variable Physical Properties, The 6th International Chemical Engineering Congress & Exhibition, Kish Island, Iran, (2009).
[7]. فلاحی حمیدرضا؛ "بهینه­سازی افت فشار درانتگراسیون فرایند"، پایان نامه دکتری، دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه تهران، (1378).
[8] Kays W.M., London A.L., “Compact Heat Exchangers”, 3rd Edition .McGraw-Hill, New York, (1984).
[9] Sheik Ismail L., Ranganayakulu C., Shah Ramesh K., Numerical Study of Flow Patterns of Compact Plate Fin Heat Exchangers and Generation of Design Data for Offset and Wavy Fins, International Journal of Heat and Mass Transfer, 52, p.3972 (2009).
[10] Peng H., Ling X., Optimal Design Approach for the Plate Fin Heat Exchangers Using Neural Networks Cooperated with Genetic Algorithms, Applied Thermal Engineering, 28, p. 642 (2008).
[11] Picon-Nunez M., Polley G.T., Medina-Flores M., Thermal Design of Multistream Heat Exchangers, Applied Thermal Engineering, 22, p. 1643 (2002).