Ençok enerji geri kazanımlı esnek ısı değiştirici ağlarının tek ve çok periyot koşulları için sentezi

Abstract

/i ÖZET n%/%/-} Bu çalışma, ısı değiştirici ağlarının esnek sentezini gerçekleştiren süperyapı tabanlı, tek basamaklı, iteratif olmayan bir karışık tamsayı doğrusal programlama formülasyonu üzerinedir. Formülasyonda sınırlama olarak kullanılan esneklik kriteri, besleme akımlarının tümünün sıcaklıklarında her yönde (artma veya azalma) aynı anda aynı miktarda olabilecek değişimlerdir. Formülasyonun amaç fonksiyonu ısıtma ve soğutma maliyetlerinin toplamının enazlanmasıdır. Formülasyonun uygulandığı örnek problemlerden, istenilen esneklik değeri için ütilite tüketimi aynı olan farklı yapılar bulunabileceği, yani problemin çözümün tekil olmadığı görülmüştür. Ayrıca, aynı ütilite tüketim değerindeki yapıların farklı esneklik indeksi değerlerine sahip olabileceği bulunmuştur. Süperyapı tabanlı ısı değiştirici ağ sentezi formülasyonu için, literatürde, en fazla sıcak veya soğuk akım sayısı olarak önerilen süperyapı kademe sayısının, bir artırılması ile daha düşük işletme maliyetli ara bölgeler ve bu bölgeler içinde daha düşük maliyetle, aynı esneklikte çalışabilen farklı ısı değiştirici ağ yapılarının bulunabileceği gösterilmiştir. Süperyapı kademe sayısının düşürülmesiyle de daha yüksek maliyetli ve daha az sayıda muhtemel ısı değiştirici ağ yapılarının bulunabileceği ve akım sayısı + ütilite sayısı + döngü sayısı - problem sayısı olarak verilen ençok ısı değiştirici sayısının artırılmasıyla da daha düşük maliyetli ve daha fazla sayıda muhtemel ısı değiştirici ağ yapılarının bulunabileceği gösterilmiştir. Esnek ısı değiştirici ağı sentezinde kullanılan karışık tamsayı doğrusal programlama formülasyonu, çift periyotlu ısı değiştirici ağı problemlerinin çözümü için de geliştirilmiştir. Çift periyotlu ısı değiştirici ağı sentezi problemi için, her periyodunda belli S,cakl,klara soğutulacak iki s,cak akm, ve belli `*?*}» ısıtılacak iki soğuk akım bulunan bir örnek problem incelenmiştir. İstenilen esneklik miktarının değişimi ile çok periyotlu ısı değiştirici ağı yapısal gruplarının ve ağırlıklı toplam işletme maliyeti seviyelerinin değişimi incelenmiştir. Bu çalışmada sunulan karışık tamsayı doğrusal programlama formülasyonu ile çok periyotlu esnek ısı değiştirici ağlarının da sentezlenebileceği gösterilmiştir.

SUMMARY This study is relevant to one-stage, non-iterative, superstructure-based- simultaneous-MILP formulation which carry out the synthesis of flexible heat exchanger networks. The flexibility criterion, used in the formulation as a restriction, is the disturbances possible for all directions (increasing and decreasing) which is occurring at the same time with equal amount. The objective function is the minimization of sum of the heating and cooling cost. From examples, for the desired flexibility amount, it is seen that different structures are possible with the same utility consumption, in other words, the solution of the problem is not singular. Additionally, it is found that the structures with same utility consumption can acquire different flexibility index. For the superstructure-based heat exchanger network synthesis formulation, by increasing the superstructure stage number which is recommended as the maximum number of the hot or cold stream in the literature, it is shown that regions with lower utility consumption and in this regions different structures which can be operate at the same flexibility with lower utility consumption are available. It is also shown that by decreasing the superstructure stage number, the possible number of heat exchanger network structures with higher utility consumption is increased. By increasing the maximum number of heat exchanger which is given as stream number + utility number + loop number - problem number, it is found that the possible number of heat exchanger network structures with lower utility consumption is incereased. Mixed integer linear programming formulation used to synthesize the flexible heat exchanger networks is improved for the solution to the multi-period heat exchanger network problems. An example problem having two hot stream to be cooled to the certain temperatures and two cold stream to be heated to the certain temperatures for each period is examined. With the variation of the desired flexibility amount, the variation of the structural heat exchanger network groups and utility consumption levels are examined. It is demonstrated that it is possible to synthesize multi-period flexible heat exchanger networks via the mixed integer linear programming formulation which is presented in this study.