(۴-۱۰)
در این بخش، اثر انتگراسیون حرارتی داخلی بر روی میزان مصرف انرژی مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجا که نسبت تراکم کمپرسور، مهمترین پارامتر تأثیرگذار است، محاسبات مربوطه به ازای مقادیر مختلف، نسبت به تراکم کمپرسور انجام شده است. مصرف انرژی یک برج تقطیر (QCDC [۱۰]) ، مجموع انرژی مصرفی چگالنده و جوشآور است .
در مورد ساختار HIDiC مصرف انرژی شامل مجموع انرژی مصرفی چگالنده، جوشآور و کمپرسور است. از آنجا که انرژی مصرفی کمپرسور از نوع الکتریکی است˓ برای آنکه بتوانیم آن را با انرژی مصرفی چگالنده و جوشآور، مستقیماً جمع کنیم، ابتدا باید معادل حرارتی آن را محاسبه کنیم. بدین منظور، از بازدهی تبدیل انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی استفاده میشود.
(۴-۱۱)
η بازدهی تبدیل انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی است و مقدارآن برابر با ۳۳ درصد در نظر گرفته شده است .
براساس بررسیهای مشاهده شده درمییابیم که مصرف انرژی چگالنده و جوشآور با افزایش نسبت تراکم کمپرسور کاهش مییابند؛ نرخ کاهش نیز با افزایش نسبت تراکم کمپرسور کاهش یافته است. شکل (۳-۳) نیز نحوه تغییرات کار مصرفی کمپرسور را برحسب نسبت تراکم کمپرسور نشان میدهد که مطابق انتظار با افزایش نسبت تراکم کمپرسور، افزایش مییابد.
همچنین سطح انتقال حرارت با افزایش نسبت تراکم کمپرسور افزایش مییابد. علت افزایش سطح انتقال حرارت، آن است که با افزایش نسبت تراکم کمپرسور، اختلاف دمای جریانهای سرد و گرم ورودی به مبدل حرارتی افزایش یافته و به دنبال آن، نرخ انتقال حرارت مبدل افزایش یافته است و با ثابت بودن ضریب کلی انتقال حرارت، سطح انتقال حرارت، افزایش مییابد ]۲[.
۴-۱۱-اثر انتگراسیون حرارتی داخلی بر روی کیفیت مصرف انرژی
اثر انتگراسیون حرارتی داخلی را بر روی کیفیت مصرف انرژی براساس مفهوم “اکسرژی” به عنوان شاخص کیفیت انرژی، بررسی میشود. در فصل بعدی به صورت کامل در مورد اکسرژی و مفهوم آن و کاربرد اکسرژی در برج تقطیر بحث شده است .
شکل ۴-۳ – تغییرات کار مصرفی کمپرسور بر حسب نسبت تراکم کمپرسور (J/hr)]2[
۴-۱۲- بهینه سازی ترمودینامیکی برج های تقطیر
در این بخش روشی برای آنالیز ترمودینامیکی و هدف قرار دادن برج تقطیر با اهمیت به کار بردن جوش آور و خنک کننده جانبی معرفی شده است. از ویژگی های اصلی این روش پیشنهادی حداقل نیروی محرکه و رسم نمودار هایی بر اساس این نیروی محرکه است. که با توجه به این نمودارها می توان مکان مناسب جوش آور و خنک کننده جانبی در برج را برای صرفه جویی انرژی˓ مشخص نمود.
۴-۱۳- نمودار دما – آنتالپی
این نمودار را می توان در برج های واقعی برگشت پذیر برای تخمین بار جوش آور و خنک کننده جانبی به کار برد و هدف رسیدن به شرایط حداقل جریان برگشتی در برج های عملیاتی تعین شده است.
موازنهی انرژی و جرم برای قسمت های مختلف برج برگشت پذیر نیازمند محاسبه نمودار بار حرارتی برگشت پذیر است. در این نمودار با اضافه شدن بار حرارتی حقیقی جوش آور و خنک کننده اصلی˓ نمودار دما- آنتالپی به سمت راست انتقال می یابد. با توجه به این نمودار می توان به اهداف مورد نظر رسید. در مقایسه با آنالیز پینچ˓ این نمودار اغلب مانند نمودار[۱۱]G.C.C برج عمل می کند.
در سیستم های دوجزئی محاسبه ی نمودار برگشت پذیر کار ساده ای است. دو داده تعادلی با بهره گرفتن از نتایج حاصل از شبیه سازی به دست می آید این روش شامل حل موازنه جرمی و انرژی می باشد. با توجه به شکل
(۴-۴) موازنه انرژی در قسمت بالای برج انجام شده˓ که شمارش سینی ها از بالا به پایین می باشد]۲۶[.
شکل ۴-۴- مراحل مورد نیاز برای رسیدن به اهداف در برج]۲۶[
شرط برگشت پذیری در هر سینی برج˓ برخورد مایع به سینی و ترک مایع از روی سینی و ورود بخار به سینی است. معادله تعادلی آن به صورت زیر می باشد:
(۴-۱۲)
حداقل عبور و مرور مایع و گاز به وسیله ی حل موازنه جرمی در قسمت انتخاب شده˓برای هر دو ترکیب محاسبه می شود .
(۴-۱۳)
(۴-۱۴)
کسر آنتالپی قسمت برج برگشت پذیر از فرمول زیر محاسبه شده است:
(۴-۱۵)