دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
“M.Sc” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسی شیمی – فرآیند
عنوان :
مدل سازی ریاضی باز یافت انرژی از گازهای زاید پالایشگاهی به کمک مبدل های صفحه ای

چکیده:

امروزه مبدل های صفحه ای پس از نوع پوسته و لوله از پرکاربردترین انواع مبدل ها به شمار می روند. این نوع مبدل ها در مقایسه با نوع پوسته و لوله فضای کمتری را اشغال کرده و هزینه نصب کمتری برای نصب دارند. این مزایا باعث شده است تا در بسیاری از محدوده های دمایی و فشاری از این مبدل ها به جای نوع پوسته و لوله استفاده شود . نتایج بسیاری از فعالیتهای انجام گرفته بر روی مبدل های صفحه ای بصورت انحصاری و در اختیار شرکت های سازنده می باشد. بیشتر این فعالیت ها بصورت آزمایشگاهی انجام شده است و نکته مشترک در تمام آنها این است که هیچ رابطه کلی برای تمام هندسه ها و سیالها وجود ندارد.

در این پایان نامه جریان میان صفحات و همچنین انتقال حرارت در این نوع مبدل ها بصورت عددی برای حالت تک فاز مورد بررسی قرار گرفته شده است، فرآیند مدل سازی برای بازیابی انرژی از گازهای زائد پالایشگاهی و پیش گرمایش هوای ورودی به محفظه احتراق می باشد؛ لذا فاز انتقال حرارت مورد بررسی در مبدل صفحه ای بشکل گاز -گاز می باشد. بعلاوه با استفاده از مدل جریان آشفته بر روی نوع صفحه تخت و صفحات شیاردار (شورون) نرخ انتقال حرارت و ضریب افت فشار بررسی شده و برا ی مدل مورد بررسی روابط ناسلت وضر یب افت فشار ارائه شده است . مدل جریان درهم مورد استفاده k −ε می باشد در نهایت مدلهای مورد بررسی نیز با هم مقایسه میگردند.

فصل اول

آشنایی با سیستم های پیش گرم کن هوا و بررسی روابط افت فشار و انتقال حرارت

1-1) مقدمه

در حال حاضر وضعیت مصرف انرژی در بخش صنعت به گونهای است که از نظر مقدار، حدود 3.29 درصد واز نظر ارزش حدود 4.20 درصد از کل مصرف نهایی انرژی کشور را به خود اختصاص داده است. کل مصرف انرژی بخش صنعت در سال 1385 معادل 7.36 میلیون بشکه نفت خام بوده که ارزش آن بیش از 7.4 میلیارد دلار است.

بخش عمده انرژی مورد نیاز صنایع، از احتراق سوختهای فسیلی تامین میشود. از اینرو کمتر صنعتی را میتوان یافت که به نوعی از سیستمهای احتراقی بهره مند نباشد. بدون استثناء در هر سیستم احتراقی وجود مشعل برای تولید انرژی حرارتی ضروری است. از طرف دیگر بخش عمده استفاده این مشعلها در رابطه با کورههای صنعتی و توربینهای گازی میباشد. برخی از موارد استفاده از این تجهیزات در صنایع عبارتند از:

– کوره های ذوب و تصفیه فلزات

– کوره های عملیات حرارتی

– کوره های صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی

– توربین های گازی نیروگاه های تولید برق

از آنجایی که معمولا در سیستمهای با دمای بالا اتلاف انرژی زیاد است، و از طرفی فرآیند احتراقنیز همواره در دمای بالا صورت میگیرد، در بیشتر موارد پتانسیل صرفه جویی انرژی در سیستمهای احتراقی یک واحد صنعتی، بیش از سایر قسمتهای آن میباشد. بنابراین با توجه به گستردگی استفاده از سیستمهای احتراقی در صنایع، در صورت توجه به بهینهسازی این تجهیزات، به مقدار زیادی در مصرف سوخت واحدهای صنعتی صرفه جویی خواهد شد.

بعلاوه وقتی از عمر کوره و سیستم احتراقی، بیش از 10 سال میگذرد، این بدان معنی است که بازده آن در بهترین شرایط کمتر از 55 درصد است. به عبارت دیگر، این سیستم تقریباً نیمی از انرژی حرارتی سوخت را اتلاف میکند. همواره می توان مقدار قابل ملاحظه ای از تلفات انرژی سیستم را کاهش داد.

در صورتیکه بتوان با استفاده از تجهیزاتی از انرژی این گازها استفاده کرد و هوای مورد نیاز را برای احتراق پیشگرم کرد، به مقدار قابل ملاحظه ای در مصرف سوخت صرفه جویی میشود. انجام این کار ضمن بهبود فرآیند احتراق و افزایش دمای شعله از احتراق ناقص سوخت نیز جلوگیری میکند. نمونه ای از این تجهیزات بازیافت انرژی رکوپراتورها هستند.

به طور کلی اثرات استفاده از سیستمهای بازیابی انرژی را می توان به دو دسته طبقه بندی کرد:

– اثرات استفاده مستقیم : بازیابی انرژی هدر رفته بر روی راندمان فرآیند تا ثیر مستقیم دارد این عمل باعث کاهش در مصرف و هزینه های جانبی  آب، برق، بخار و………… هزینه فرآیند میشود.

– اثرات استفاده غیرمستقیم: مزیت اثرات استفاده غیرمستقیم به شرح زیر میباشد:

الف) کاهش آلودگی

در کوره ها مقداری از مواد سمی ناشی از احتراق مانند دی اکسیدکربن، گاز ترش کربن سیاه، گاز باقیمانده پلاستیک های شیمیایی و غیره در اتمسفر آزاد می شوند. و هدف برای ما بازیابی انرژی و کاهش آلودگی های محیط زیست میباشد.

ب) کاهش سایز و اندازه تجهیزات

بازیابی انرژی تلف شده مصرف سوخت را کاهش می دهد که سبب ک اهش گازهای تولیدی احتراق هم می شود. این نتایج سایز تجهیزات برای همه دستگاههایی که گازهای حاصل از احتراق در آنها بکار میرود را کاهش میدهد مانند فنها، دودکش کوره، مشعلها و… .

ج) کاهش مصرف انرژی
علاوه بر این کاهش در اندازه تجهیزات سبب کاهش در مصرف انرژی هم میشود همانند کاهش مصرف الکتریسیته برای فن ها و پمپها و غیره

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.