Isı değiştirgeç ağlarının optimum sentezi

Abstract

ÖZET ; ı Henüz onsekiz yıllık bir geçmişi olan sentez problemlerinden biri, ısı değiştirgeç ağ sentezidir. Hedeflenen bir sıcaklığa getirilmek istenen sıcak ve soğuk akımlar arasında ısı değişimini sağlayacak ısı değiştirgeç ağlarının optimum sentezi aranmaktadır. Amaç utilitelerin ve aygıtların yıllık maliyetlerini enaza indirebilmektir. Böyle bir problemin çok sayıda seçenek çözümü vardır. Bu konudaki yöntemler höristik, kombinasyonel ve termodinomik yaklaşım olarak üç grupta toplanabilir. Bu çalışmada kombinasyonel yöntem grubuna giren`Sentez Ağacı Algoriması` ve termodinamik yaklaşımla çözüm getiren `Pinch Noktası Yöntemi` incelenmiş ve örnek problem çözümleriyle etkinlikleri araştırılmıştır. Sentez Ağacı Algoritması IBM-PC mikrobi lgisayarında, Basic proglamlama dilinde hazırlanan bir programla tümüyle bilgisayardan sonuç alınabilecek düzleme getirilmiştir. Aynı şekilde hazırlanan bir paket programla da Pinch noktası yöntemine önemli bir bilgisayar desteği getirilmiştir, fakat yine de Pinch noktası yönteminde kullanıcıya bırakılmış kararlar ve işlemler mevcuttur. Bu çalışmada bu iki yöntemin birbirlerine olan üstünlükleri incelenmektedir. Pinch noktası yöntemiyle, mevcut bir prosesin yeniden değerlendirilmesi ve daha iyi koşullara getirilmesi işlemi olarak tanımlanabilen retrofit işlemi yapılabilir. Ham petrol ısıtma prosesinin değerdirilmesi bu isleme örnek olarak getirilmektedir. Sentez ağacı algoritması bilgisayar programı kullanılarak 4,5,6,7 ve 10 akımdan oluşan problemler çözümlenmiştir. Akım sayısı arttıkça sentez seçenek sayısı çok arttığından (rafine edilmemiş bir problemin N=(NH*NC) olası birim ürettiği düşünülürse bu artısın nedeni daha kolay görülebilir) doğru orantılı olarak bilgisayar zamanı da artmaktadır. Bu nedenle akım ayrılmasına yani döngülere izin veren pinch noktası yöntemi kullanılarak aynı örnek problemlerden çözüm biçimleri sunulmuştur. Heriki yöntem de algoritmik düzleme getirildiğinden aynı biçimde, çok farklı problemler çözümlenebilir. Bu çalışma kapsamı içine bu örneklerden birkaçı alınmıştır, ilerki çalışmalarda, su anda programa veri olarak girilen değerlerin (aygıt özellikleri) program içinde hesaplanması düşünülmektedir. Pinch noktası yönteminin tamamiyle bilgisayarda çözümü (bilgisayarların grafik özelliklerinden yararlanarak) üzerinde durulacaktır. Bir diğer hedef ise su anda yazılı olan paketleri geliştirmek ve daha etkin duruma getirmektir..ii-

SUMMARY Chemical Engineering Process Synthesis has a past of nearly two decades, and one of the most important problems in this field is the optimal heat exchanger network synthesis. The task is to verify certain matches between cold and hot process streams in a heat exchanger network so that the use of utilities and the heat transfer area will be minimum.Such a problem has many alternative solutions. Methods for such a synthesis problem can be considered into three groups: heuristic, combinational, and thermodynamical methods. In this work the `Tree Search Method ` and `The Pinch Point Method` were taken into consideration and their ef f ectivities were studied and illustrated. The `tree search` algorithm was programmed in BASiC on an IBM-PC microcomputer. The `pinch point` algorithm was programmed but needs intervention of the engineer for certain decisions. By making use of the `pinch point` method, it is possible to develope an algorithm which retrofits an existing process. This approach was illustrated by The heating operation of the raw petroleum in the ALiAGA Refinery of TUPRAS. The computer program of the `tree search` algorithm was used to solve systems of 4,5,6,7, and 10 process streams. The greater the number of streams the greater the CPU time on a computer needed to solve the problems. So considering the number of alternatives to be, N=(NH*NC) !,it is easy to see how much time will be required when the system is considerably large. For such reasons, the `pinch point` method which is suitable for stream splitting and recycling conditions was used to illustrate the differences. The programs need data about the equipment. It is planned to add the required design calculations of the heat transfer equipment and graphic fascilities for decision-making to the computer program in the future work. - 111 -