الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 68000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۸۲
کد مقاله
IND82
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
کتاب تحلیل پینچ و جامعیت فرآیند – راهنمای کاربران در خصوص جامعیت فرآیند به منظور کاربرد موثر انرژی: فصل ۲٫ مفاهیم کلیدی تحلیل پینچ
نام انگلیسی
Pinch Analysis and Process Integration: 2. Key concepts of pinch analysis
تعداد صفحه به فارسی
۵۹
تعداد صفحه به انگلیسی
۲۹
کلمات کلیدی به فارسی
تحلیل پینچ, جامعیت فرآیند
کلمات کلیدی به انگلیسی
Pinch Analysis , Process Integration
مرجع به فارسی
ایان سی کمپ / الزویر
مرجع به انگلیسی
Ian C Kemp; B. Linnhoff, D.W. Townsend, D. Boland, G.F. Hewitt,B.E.A. Thomas, A.R. Guy and R.H. Marsland; Elsevier
کشور
ایالات متحده
کتاب تحلیل پینچ و جامعیت فرآیند فصل ۲٫ مفاهیم کلیدی تحلیل پینچ
۲- مفاهیم کلیدی تحلیل پینچ
در این بخش به مفاهیم کلیدی تحلیل پینچ می‌پردازیم که چگونگی امکان تعیین اهداف انرژی و دستیابی به آنها را با شبکه‌ای از مبدل‌های حرارتی نشان می‌دهد. این مفاهیم سپس برای گستره وسیعی از موقعیت‌های کاربردی در فصل‌های بعد بسط می یابند.
۲-۱ بازیابی حرارتی و تبادل حرارتی
۲-۱-۱ مفاهیم اساسی تبادل حرارتی
فرایند ساده‌ای که در شکل ۲-۱ نشان داده شده است را در نظر بگیرید. یک راکتور شیمیایی وجود دارد که در حال حاضر یک «جعبه سیاه» تلقی می‌گردد. سیال راکتور تامین می‌گردد و لازم است دمای آن از درجه حرارت نزدیک به دمای اتاق به درجه حرارت عملیاتی راکتور برسد. در مقابل، لازم است سیال گرم حاصل از سیستم جداکننده خنک شود و به دمای پایین‌تری برسد.
هر فلویی که به حرارت یا برودت نیاز داشته باشد، اما ترکیب آن تغییر نکند، تحت عنوان جریان تعریف می‌گردد. تغذیه‌ای که سرد است و نیاز دارد حرارت ببیند تا دمایش بالا برود تحت عنوان جریان سرد شناخته می‌شود. بالعکس فرآورده گرمی که باید خنک گردد یک جریان گرم نامیده می‌شود. در مقابل، فرایندِ واکنش یک جریان نیست، زیرا شامل یک تغییر در ترکیب شیمیایی است؛ و فلو جبران ساز یک جریان نیست، زیرا حرارت داده نمی‌شود یا خنک نمی‌گردد.
مفاهیم کلیدی کاربرد موثر انرژی کتاب تحلیل پینچ و جامعیت فرآیند
۲-۱-۲ نمودار انتالپی- دما
همانطور که در شکل ۲-۳ نشان داده شده است، نمودار محتوای حرارت- دما یک روش سودمند تجسم است. محتوای حرارت H یک جریان (kW) غالبا آنتالپی آن نام دارد؛ نباید آنتالپی را با اصطلاح ترمودینامیک،
۲-۱-۳ منحنی‌های ترکیبی / کامپوزیت
برای کنترل جریان‌های متعدد، ما بارهای حرارتی یا نرخ جریان ظرفیت گرمایی تمامی جریان‌های موجود در هر محدوده دمایی مورد نظر را با هم جمع می‌کنیم. بنابراین، یک ترکیب مجزا از تمامی جریان‌های گرم و یک ترکیب مجزا از تمامی جریان‌های سرد را می‌توان در نمودار تولید کرد و به شیوه یکسانی شبیه مسئله دو جریانی به کار برد.
در شکل ۲- ۵a سه جریان گرم به طور مجزا به همراه درجه حرارت منبع و هدف رسم می‌شوند که مجموعه‌ای از دماها در «بازه یا فاصله» را نشان می‌دند. در بازه و تنها جریان B وجود دارد و
۲-۱-۴ یک روش هدف یابی: «جدول مسئله»
در اصل، از «منحنی‌های ترکیبی» که در بخش فرعی پیشین توضیح داده شدند می‌توان برای کسب اهداف انرژی در مقادیر مورد نظر استفاده کرد. به هر حال، به رویکرد «قیچی و نمودار کاغذی» نیاز است (برای لغزاندن نمودارهای مرتبط با یکدیگر) که به هم ریخته و غیر دقیق است. در واقع، ما برای تعیین جبری اهداف از یک الگوریتم استفاده می‌کنیم یعنی روش «جدول مسئله» (لینهوف و فلاور ۱۹۷۲).
در توضیح ساخت منحنی‌های ترکیبی (شکل ۲-۶)، نشان داده شد که چطور فواصل تعادل آنتالپی طبق درجه حرارت منبع جریان و هدف تعیین شدند. همین کار را می‌توان برای جریان‌های سرد و گرم با هم انجام داد، تا حداکثر میزان احتمالی تبادل حرارت در هر فاصله فراهم گردد. تنها اصلاح مورد نیاز آن است که اطمینان حاصل کنیم در هر بازه، جریان‌های سرد و گرم دست کم از هم جدا هستند. این کار با استفاده از دماهای جابجایی انجام می‌شود که در (در این مثال C°۵) پایین‌تر از درجه حرارت‌های جریان گرم و بالاتر از درجه حرارت‌های جریان سرد تنظیم می‌گردند. در جدول ۲-۲ داده‌ها برای مسئله ۴ جریانه شامل دماهای جابجایی نشان داده می‌شود.
مفاهیم کلیدی کاربرد موثر انرژی کتاب تحلیل پینچ و جامعیت فرآیند
۲-۱-۵ منحنی ترکیبی جامع و منحنی‌های ترکیبی جابجایی
در صورت ترسیم مجدد منحنی‌های ترکیبی روی محورهای دمای جابجایی، منحنی‌های ترکیبی جابجایی را به دست می‌آوریم، شکل ۲-۱۰٫ منحنی‌های جابجایی تنها به دمای پینچ می‌رسند و حتی واضح‌تر از منحنی‌های ترکیبی نشان می‌دهند که پینچ فرایند را به دو بخش تقسیم می‌کند.
اکنون در نظر بگیرید که در هر دمای جابجایی S چه رخ می‌دهد. فلو حرارتی تمام جریان‌های گرم نسبت به فلو حرارتی در پینچ (ثابت)، عبارت است از . به همین ترتیب فلو حرارتی تمام جریان‌های سرد نسبت به فلو حرارتی در پینچ عبارت است از . در این جا یک بی تعادلی وجود دارد که باید توسط یوتیلیتی‌ها-حرارت و برودت بیرونی- جبران گردد. در بالای پینچ و تفاوت باید با یوتیلیتی گرم جبران شود. به همین نحو در زیر پینچ و حرارت اضافه با یوتیلیتی سرد برطرف می‌گردد.
۲-۲ پینچ و اهمیت آن
شکل ۲-۱۲ (a) منحنی‌های ترکیبی را برای یک مسئله چند جریانی نشان می‌دهد که در پینچ تشریح می‌شود. «بالای» پینچ (در ناحیه رو به راست)کامپوزیت گرم تمامی حرارتش را به کامپوزیت سرد منتقل می‌کند، یوتیلیتی را رها می‌کند تا تنها در صورت نیاز ضربان داشته باشد. بنابراین ناحیه بالای پینچ یک سینک ضربانی خالص است که حرارت بدرون آن جریان می‌یابد اما هیچ حرارتی از آن خارج نمی‌گردد. این ناحیه شمال تبادل حرارت و یوتیلیتی گرم است اما هیچ یوتیلیتی سردی وجود ندارد. در مقابل در زیر پینچ تنها برودت نیاز است و بنابراین ناحیه یک منبع ضربانی خالص است که به تبادل حرارت و یوتیلیتی سرد نیاز دارد اما به یوتیلیتی گرم نیاز ندارد.
۲-۳ طرح شبکه مبدل حرارتی
۲-۳-۱ بازنمایی شبکه
برای طراحی یک شبکه مبدل حرارتی، مفیدترین بازنمایی «دیاگرام شبکه» است که توسط لینهوف و فلاور (۱۹۷۸) ارائه شد (شکل ۲-۱۳). جریان‌ها به صورت خطوط افقی ترسیم می‌شوندکه دماهای بالا در سمت چپ و جریان‌های گرم در بالا قرار دارند؛ جفت یا همتاهای مبدل حرارتی با دو دایره نشان داده می‌شوند که با یک خط عمودی به هم متصلند. رسم شبکه از رسم شمای عملیات بسیار راحت‌تر است به ویژه این که بدون رسم مجدد سیستم جریان می‌توان مبدل‌های حرارتی را به هر ترتیبی قرار داد. همچنین شبکه ماهیت متقابل تبادل حرارت را نشان می‌دهد، و کنترل امکان پذیری دمای مبدل را راحت‌تر می‌سازد. در نهایت، پینچ به سهولت در شبکه نمایش داده می‌شود (همان طور که در بخش فرعی بعد نشان داده می‌شود)، در حالی که در شمای عملیات نمی‌توان آن را نشان داد.
۲-۳-۲ یک طراحی شبکه متعارف
اکنون یک شبکه مبدل حرارتی ساده برای مسئله ۴ جریانه تولید می‌کنیم و آن را روی نمودار شبکه‌ای نشان می‌دهیم. شکل ۲-۱۳ موقعیت اولیه را نشان می‌دهد. ما می‌خواهیم حرارت را بین جریان‌های گرم و سرد مبادله کنیم و به لحاظ منطقی ما باید در یک انتها از محدوده دمایی این کار را آغاز کنیم. جفت کردن گرم‌ترین جریان گرم۲ در مقابل گرم‌ترین جریان گرم ۳ بهترین نیروهای محرک دما را فراهم ساخته و امکان پذیر بودن فرایند را تضمین می‌کند. در صورتی که ما کل بار حرارتی را روی جریان ۴ (kW240) جفت کنیم می‌توانیم محاسبه کنیم که جریان ۲ به زیر C°۹۰ آورده شده است که فقط برای C°۱۰ قابل قبول است.
مفاهیم کلیدی کاربرد موثر انرژی کتاب تحلیل پینچ و جامعیت فرآیند
۲-۳-۳ طراحی برای حداکثر بازیابی انرژی
اجازه دهید به نمودار گرید خودمان باز گردیم و ساخت شبکه جدیدی را آغاز کنیم. توجه کنید که جریان شماره ۳ در پینچ آغاز می‌گردد. در حقیقت در مسائلی که جریان‌ها همگی دارای ثابت هستند، همواره با ورود جریان –چه گرم و چه سرد- پینچ ایجاد می‌گردد.
می دانیم که بالای پینچ نباید از هیچ گونه یوتیلیتی خنک کننده‌ای استفاده نمود. این بدان معناست که در بالای پینچ، تمامی جریان‌های گرم باید با تبادل حرارت در مقابل جریان‌های سرد به دمای پینچ برسند. بنابراین باید از طراحی در نقطه پینچ آغاز کنیم و جفت‌هایی را پیدا کنیم که این شرایط را برآورده می‌سازند. در این مثال، در بالای پینچ دو جریان گرم در دمای پینچ وجود دارد، بنابراین دو «جفت پینچ» مورد نیازاست. در شکل ۲-۱۵ (a) جفت شدگی بین جریان‌های ۲ و ۱ نشان داده می‌شود و نقشه جفت شدگی در الحاقیه آمده است.
۲-۳-۴ سخنی در رابطه با استراتژی طراحی
مدلی که توضیح داده شد از روش بصری سنتی برای طراحی شبکه مبدل حرارتی پیروی نمی‌کند. مهندس که اجازه دارد خودش تصمیم گیری کند، به طور طبیعی طراحی را از انتهای گرم آغاز می‌کند و به کار خود ادامه می‌دهد تا به انتهای سرد برسد. به هر حال، در «روش طراحی پینچ» طراحی از جایی آغاز می‌شود که مسئله محدودتر است. یعنی در پینچ. طراح از محدودیت ترمودینامیک پینچ برای کمک به شناسایی تطابق‌ها و جفت شدگی‌هایی که باید انجام گیرد تا طرح کارآمدی تولید گردد، استفاده می‌کند. ممکن است در جایی که امکان شناسایی گزینه‌ها در پینچ وجود دارد (و در مورد آن بعدا صحبت می‌کنیم) طراح یکی از گزینه هایی را که به دلیل کنترل، طرح، ایمنی یا دلایل دیگر دوست دارد، انتخاب کند و هنوز اطمینان داشته باشد که به یک طراحی کارآمد از نظر انرژی دست پیدا می‌کند. به همین نحو، طراحی با فاصله بیشتر از پینچ محدودیت کمتری دارد و طراح می‌داند که آزادی عمل بیشتری در اختیار دارد.
۲-۴ انتخاب … : سوپر تارگتینگ
۲-۴-۱ دلالت‌های ضمنی بیشتر برای انتخاب
تا کنون، مشاهده کرده ایم که مقادیر بالاتر موجب بالا رفتن نیازهای یوتیلیتی گرم و سرد می‌شوند، و بنابراین به نظر می‌رسد که ما را می‌خواهیم که تا حد ممکن پایین باشد تا حداکثر کارایی انرژی را فراهم آورد. با این حال مانعی وجود دارد؛ مقادیر پایین‌تر به مبدل‌های حرارتی پرهزینه‌تر و بزرگتری نیاز دارند. در یک ابزار انتقال حرارت، مساحت سطحی A مورد نیاز برای تبادل حرارت با فرمول زیر بیان می‌شود:
مفاهیم کلیدی کاربرد موثر انرژی کتاب تحلیل پینچ و جامعیت فرآیند
۲-۵ روش تحلیل پینچ
۲-۵-۱ گستره تکنیک‌های تحلیل پینچ
در این بخش مفاهیم کلیدی را یاد می‌گیریم که پایه و اساس تحلیل پینچ هستند. با این حال، برای کاربرد آنها در کارهای صنعتی واقعی به تحلیل بسیار مفصل‌تر و دقیق‌تر نیاز است و در فصل‌های بعد به این موضوع می‌پردازیم. علاوه بر اصلاحات روش‌هایی که قبلا توضیح داده شد، تکنیک‌های اصلی دیگری که پوشش داده خواهند شد عبارتند از:
استخراج داده‌ها- نحوه گرفتن شمای عملیاتی یک فرایند، ایجاد حرارت ثابت و توازن جرمی و استخراج داده‌های جریان مورد نیاز برای یک تحلیل پینچ (بخش‌های ۳-۱ و ۳-۲)،
اصل جایگذاری مناسب- چگونه یوتیلیتی‌های گرم و سرد، سیستم‌های جداسازی و سایر آیتم‌های فرایند باید با پینچ و GCC ارتباط یابند (بخش۳-۳-۲)
سطوح متعدد یوتیلیتی سرد و گرم- تلفیق سیستم‌های حرارتی و برودتی به طور بهینه با فرایند (بخش ۳-۴)
استراحت و بهینه سازی شبکه- اصلاح یک شبکه برای حذف مبدل‌های کوچکی که مقرون به صرفه نیستند یا حذف سایر ویژگی‌های نامطلوب (بخش ۴-۴)
جایگزینی دستگاه‌های موجود-تطبیق تکنیک‌ها برای کنار آمدن با مبدل‌های موجود و طرح ریزی واحدهای صنعتی (بخش ۴-۷)
سیستم‌های حرارتی و قدرتی، پمپ‌های حرارتی و سیستم‌های تبریدی (بخش ۵-۲ و ۵-۳)
تغییر فرایند- تغییر شرایط بهره برداری عملیات‌های واحد و سایر جریان‌ها برای به حداکثر رساندن تلفیق حرارت (بخش ۶-۲)
کنترل فرایندهای ناپیوسته (بخش‌های ۷-۱تا۷-۷) و سایر موقعیت‌های وابسته به زمان مثل راه اندازی و خاموش کردن (بخش ۷-۹)
مفاهیم کلیدی کاربرد موثر انرژی کتاب تحلیل پینچ و جامعیت فرآیند
۲-۵-۲ نحوه انجام مطالعه پینچ
برای کاربرد عملی تکنیک‌های مذکور، به یک روش مطالعه سیستماتیک نیاز است. مراحل تلفیق فرایند تحلیل پینچ در یک محل یا کارخانه پردازش مواد به شرح زیر است
یک کپی از شمای عملیاتی کارخانه شامل داده‌های مربوط به دما، فلو و ظرفیت گرمایی فراهم سازید و حرارت ثابت و توازن جرمی برقرار کنید (بخش ۳-۱ و ۸-۲)
داده‌های جریان را از توازن جرمی و حرارتی استخراج کنید (بخش ۳-۱ و ۸-۳)
را انتخاب کنید، اهداف انرژی و دمای پینچ را محاسبه کنید (فصل ۳ برای فرایندهای پیوسته، فصل ۷ برای فرایندهای ناپیوسته).
فرصت‌های تغییر فرایند را بررسی کنید، داده‌های جریان را مطابق آن اصلاح کرده و اهداف را مجددا محاسبه نمایید (فصل ۶).
به احتمال تلفیق با سایر دستگاه‌ها و ماشین آلات در محل یا محدود ساختن تبادل حرارت به مجموعه‌ای فرعی از جریان‌ها توجه کنید؛ اهداف جدید را با اهداف اصلی مقایسه کنید (بخش ۳-۵)
نیازهای نیرویی محل را تحلیل کنید و فرصت هایی برای قدرت و حرارت ترکیبی (CHP) یا پمپاژ حرارت را شناسایی کنید (فصل ۵).
در مورد این که آیا تغییرات فرایند اجرا شوند یا خیر و از چه سطوحی از یوتیلیتی، طرح و شبکه مبدل حرارتی برای بازیابی حرارت در فرایند استفاده خواهد شد تصمیم گیری کنید (فصل ۴ و ۸).
سیستم‌های یوتیلیتی را برای تامین ملزومات حرارتی و برودتی باقیمانده، و در صورت نیاز اصلاح شبکه مبدل حرارتی طراحی کنید (فصل ۳، ۴ و ۵).
به دو نکته ویژه باید اشاره نمود. اول این که، ترتیب عملیات‌ها با ترتیب فصل‌های این کتاب یکی نیست! به ویژه، همان طور که به طور مثال در بخش ۶-۶ ملاحظه می‌کنید لازم است گزینه‌های تغییر پیکربندی فرایند و شرایط در مرحله اول هدف یابی و قبل از طراحی شبکه مورد توجه قرار گیرند. در ثانی، به میزان قابل توجهی از کار مقدماتی پیش از تحلیل هدف یابی نیاز است تا موازنه جرمی و حرارتی برقرار گردد، جریان‌هایمان را شناسایی کنیم و داده‌های جریان را استخراج نماییم. استخراج داده‌های جریان از شمای عملیاتی فرایند بی اندازه اهمیت دارد، و در عین حال بسیار مشکل است؛ این امر یکی از مشکل ترین و زمانبرترین بخش‌های یک مطالعه کاربردی است، اما در متون تحقیقاتی چاپ شده به میزان زیادی نادیده گرفته شده است.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
