KFUPM ePrints

Global Optimization and Thermodynamic Analysis of the Heat Exchanger Network in Process Industries

l Global Optimization and Thermodynamic Analysis of the Heat Exchanger Network in Process Industries. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF - Submitted Version
Restricted to Abstract Only until 31 October 2018.
Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives.

9Mb

Arabic Abstract

قد اصبح من المهم الحفاظ على الطاقه والحد من تاثيرها البيئى اثناء تصميم العمليات وتوليفها فى الوقت الحاضر. في هذه الدراسة، تم إجراء التحليل الأمثل للطاقة، والهدف منه، وإعادة تجهيز مصنع البتروكيماويات الصناعية المعقدة. وعليه تم تطبيق أساليب التحسين العشوائي لتحقيق نظام متكامل للطاقة المستدامة الطويله الامد. تم استخدام تقنيتين، ) 1( تركيب الحاليه )HENs( و ) 2( وتقنية البنية الثابتة ، استعملت في إعادة تأهيل شبكه المبادلات الحراريه )SA( المحاكاة القوى هنالك مرونه فى شبكه المبادلات الحراريه )SA( فى تقنيه المحاكاة القويه .)TAC( وخفض التكلفة السنوية الإجمالية فيمكن إضافة مبادل حراري جديد أو إزالته ،بينما فى تقنيه البنيه الثابثه فان النظام له مساحة محدودة جدا لتغيير )HEN( عدد المبادلات الحرارية في الشبكة. وتتألف الشبكة الحاليه من 11 تيارات ساخنة و 12 تيارات باردة. وكانت متطلبات 12 ]ميغاواط[ على التوالي. تم اعاده التصميم على أساس .. المرافق الساخنة والباردة للشبكة القائمة 42.27 ]ميغاواط[ و 21 متفوقة بالمقارنة مع نظيرتها )SA( وتقنيات الهيكل الثابت. وكانت نتائج التحسين الناتجة من )SA( طريقة المحاكاة القويه .)٪ البنية الثابتة. التصميم الجديد المقترح لديه توفير 26.02 مليون دولار أمريكي / للسنة )حفظ ما يصل الى 17.07 واضافة على ذلك، تتكون شبكة المبادلات الحرارية لوحدة تجزئة من 0 تيارات ساخنة و 4 تيارات باردة. وكانت متطلبات المرافق الساخنة والباردة للشبكة الحالية 24.72 ]ميقاواط[ و . 47.0 ]ميقاواط[، على التوالي. تم اقتراح تصميم جديد على وتقنيات الهيكل الثابت. وكانت نتائج الهيكل الثابت متفوقة على نظيرتها المحاكاة القوية )SA( أساس طريقة محاكاة القويه التصميم الحديث المقترح قد وفر . 2.2 مليون دولار أمريكي / للسنة )حفظ ما يصل الى 21.72 ٪(. يتم عرض .)SA( سيناريوهات التحسين من خلال وضع بعض القيود لتحسين شبكة المبادات الحرارية. تم إنشاء خوارزمية لتعديل بطريقة لشبكة المبادلات الحرارية بعد التحسين الاول )Aspen Energy Analyzer's(ِ مبادل المرافق باستخدام برنامج الاسبن للشبكه الذى حدث لها وتقيم الشبكة. وقد تم تحسين التصميم اعتمادا على التكلفة الرأسمالية واسترداد الطاقة. تمت مقارنة الذى لديه فترة استرداد A-Design1- 4U الخيارات المصممة واختيار الأفلل للشبكة . وأفلل تصميم تم اقتراحه هو اقل وهى 7.22 سنة وتوفر أقصى قدر من الطاقة مقارنه بالتصاميم الاخرى .

English Abstract

Energy conservation and reducing its environmental impact are crucial for process design and synthesis nowadays. In this study, an energy optimization analysis, along with targeting, and retrofitting of an existing complex industrial petrochemical plant were conducted. Stochastic optimization methods were applied to achieve a highly sustainable energy integration system. Two techniques, (1) Simulated Annealing (SA) and (2) fixed structure, were used to retrofit the existing HEN and to lower the Total Annual Cost (TAC). In SA the HEN is flexible and a new heat exchanger can be added or removed. While in the fixed structure technique, the system allows for a very limited space for changing the number of heat exchangers in the network. The existing network of PDH is composed of 13 hot and 12 cold streams. The hot and cold utility demands of the existing network were 72.54 [MW] and 128.53 [MW], respectively. A revamp design was constructed based on the SA method and the fixed structure techniques. The results of the SA optimization were superior when compared to the fixed structure counterparts. The suggested new design has a savings of 20.65 million US $/year (savings up to 14.64%). Moreover, heat exchanger network of a fractionation unit is composed of 6 hot and 7 cold streams. The hot and cold utility demands of the existing network were 57.42 [MW] and 74.68 [MW], respectively. A revamp design was constructed based on the Simulated Annealing method (SA) and the fixed structure techniques. The results of the fixed structure were superior to their SA optimization xvi counterparts. The suggested modern design has a saving of 5.58 million US $/year (save up to 21.45%). Optimization scenarios are presented by putting some constraints on the HEN. An algorithm for utility exchanger modification was generated using the Aspen Energy Analyzer's Heat Exchanger Network Grid Diagram software that resulted in the optimized design after network evaluation. The design was optimized depending upon the capital cost and energy recovery. The design options were compared and the best retrofit option for heat exchange networks (HENs) was selected. The best design that was suggested was A-Design1- 4U that has a reduced payback period of 4.52 years and offers maximum energy savings



Item Type:Thesis (PhD)
Subjects:Chemical Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Committee Advisor:Al-Mutairi, Eid
Committee Members:Binous, Housam and Ba-Shammakh, Mohammed and Mozahar , Mohammead and Chanbasha, Basheer
ID Code:140465
Deposited By:AMIR MERGHANI (g201004180)
Deposited On:02 Nov 2017 07:58
Last Modified:02 Nov 2017 07:58

Repository Staff Only: item control page