عنوان پایان‌نامه
توسعه یک مدل مفهومی-ریاضی برای بهینه کردن مبرد آمیخته فرایندهای دما پایین گاز طبیعی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی – فرآوری و انتقال گاز
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1776.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76635
- تاریخ دفاع
- ۰۴ مهر ۱۳۹۵
- دانشجو
- جلال صادقی اهری
- استاد راهنما
- مهدی مهرپویا
- چکیده
- مبردهای آمیخته در بسیاری از فرآیندهای سردسازی از جمله، مایع سازی گاز کاربرد دارند. فرآیندهای مبرد آمیخته به دلیل انعطاف پذیری و عملکرد مطلوب به فرآیندهای مبرد خالص ترجیح داده می شوند. در این تحقیق 5 فرآیند مهم و صنعتی مایع سازی گاز که با مبرد آمیخته کار می کنند مورد تحلیل ترمودینامیکی و بهینه سازی قرار گرفته اند. نتایج تحلیل انرژی نشان می دهد که فرآیند سه مرحله ای شرکت Linde و Stat Oil، مصرف انرژی کمتری نسبت به سایر فرآیندها دارد (kWh/kg LNG 2545/0) و می توان دلیل آن را تعداد چرخه های سردسازی موجود در آن دانست. نیز در این تحلیل دیده شد که در یک فرآیند، ضریب عملکرد چرخه های پیش سردسازی نسبت به سایر چرخه ها بالاتر می باشد. عملکرد فرآیندهای مبرد آمیخته به شدت به ترکیب درصد اجزای مبرد استفاده شده وابسته است و بهینه سازی آن کار دشواری است. در این تحقیق برای بهینه سازی عملیاتی فرآیندهای تولید LNG، مصرف ویژه ی انرژی به‌عنوان تابع هدف در فرآیندها انتخاب شد. ترکیب درصد اجزای مبرد به عنوان متغییرهای کلیدی بهینه سازی می باشند. به کمک الگوریتم ژنتیک که توانایی بالایی در بهینه سازی فرآیندهای انرژی‌بر دارد، بهینه سازی فرآیندها صورت گرفته است. نتایج بهینه سازی نشان می دهد که در همه ی فرآیندها بهبود مصرف انرژی اتفاق افتاده است. بیشترین پیشرفت مربوط به فرآیند SMR-Linde با بهبود 10 درصدی می باشد و کمترین بهبود برای فرآیند MFC-Linde با بهبود 3 درصدی می باشد، که علت آن بالا بودن راندمان این فرآیند در طراحی اولیه است. پارامتر دمای محیط تأثیر بسزایی در ترکیب اجزای مبرد آمیخته دارد به گونه¬ای که با تغییر دمای محیط، برای اینکه فرآیند در حالت بهینه کار کند، ترکیب اجزای مبرد باید تغییر کنند. با بهینه سازی فرآیند SMR-Linde در دماهای مختلف محیطی، مدلی برای ترکیب درصد بهینه مبرد به‌دست آمد که نشان می دهد ترکیب مبرد به‌صورت خطی با دمای محیط تغییر می کند. با افزایش دمای محیط از25 تا 40 درجه سانتیگراد، برای نگه داشتن فرآیند در حالت بهینه، جرم مولکولی مبرد باید افزایش یاید که به معنی افزایش جزء مولی ترکیبات سنگین مبرد می باشد.
- Abstract
- Mixed refrigerant (MR) systems are used in many industrial applications because of their high energy efficiency, compact design and energy-efficient heat transfer compared to other processes operating with pure refrigerants. In this study, five commercial and important LNG production processes that work with mixed refrigerants were thermodynamically analyzed and optimized. In energy analysis, it was found that energy consumption of the three-stage process of Linde and Stat oil, was less than other processes (0.2545 kWh/kg LNG) due to number of its cycles, also coefficient of performance for pre-cooling cycles were more than other cycles, because of proximity of cold and hot streams. The performance of MR systems depends strongly on the optimum refrigerant composition, which is difficult to obtain. In this study the processes were optimized in term of energy consumption by setting the operating variables in them. The composition of the refrigerant are key variables in the optimization procedure. The optimization problems were solved by genetic algorithm which has high ability to process optimization. The results of optimization showed that in all processes improving energy efficiency happened. Most progress, the process SMR-Linde, with an improvement of 10 percent and the least improvement, the process MFC-Linde, with improved 3 percent Due to the high efficiency of this process in the basic design. One of the most important variables that affect the required work of the LNG plants is ambient temperature. When the ambient temperature varies, in order to keep the process in an optimum condition the composition of MR should be changed. By optimization of SMR-Linde process at different ambient temperatures a model for optimal refrigerant composition was obtained Shows that the refrigerant composition varies linearly with ambient temperature. With increasing ambient temperature to keep the process in optimized state, Molecular weight of refrigerant must be increased which means an increase in the mole fraction of heavy component in the refrigerant.
