Search the digital library catalog

Abstract: V doktorski disertaciji obravnavamo dve tematiki s področja sinteze procesov. Prva je sinteza toplotno integriranih vodnih omrežij. Vodna omrežja so v takšni ali drugačni obliki integralni del praktično vseh kemijskih procesov. Zaradi relativno nizkih cen vode, nezavedanja o omejenosti vodnih virov in ohlapne okoljske zakonodaje so bila pogosto deležna premajhne pozornosti. Poleg same porabe vode in problematike, ki jo prinese njeno onesnaževanje z vrsto različnih onesnaževal, je enako problematična tudi spremljajoča poraba energije. V preteklosti se je izkazalo, da so rešitve sinteznih problemov, kadar obravnavamo snovne in energijske bilance ter investicijska sredstva in obratovalne stroške hkrati, v večini primerov boljše od tistih, ki jih dobimo na osnovi sekvenčnega pristopa. Iz tega razloga predlagamo simultan pristop k reševanju problematike toplotno integriranih vodnih omrežij. Sintezni problem zapišemo na osnovi matematičnega zapisa dveh med seboj povezanih superstruktur v obliki mešano celoštevilskega nelinearnega problema (MINLP). Prva je superstruktura vodnega omrežja, kjer so procesne enote med seboj povezane s tokovnicami preko mešalnikov in razdelivcev tokov. Druga je nadgrajena stopenjska superstruktura omrežja toplotnih prenosnikov, v kateri je omogočeno mešanje procesnih tokov. Predlagani pristop omogoča sintezo toplotno integriranih vodnih omrežij, v katerih je učinkovitost izrabe vode zasnovana na izkoriščanju možnosti njene ponovne uporabe in regeneracije. Energijsko učinkovitost dosegamo z izkoriščanjem posrednega prenosa toplote (v toplotnih prenosnikih) in neposrednega prenosa toplote (mešanje procesnih tokov). Strukture toplotno integriranih vodnih omrežij, ki jih dobimo z uporabo predlaganega pristopa, so topološko enostavne in ekonomsko učinkovite. Druga tematika je globalno optimiranje omrežij toplotnih prenosnikov. Ekonomsko ugodne rešitve problema sinteze omrežij toplotnih prenosnikov zagotovimo, kadar hkrati optimiramo investicijska sredstva, ki so vezana na ploščino toplotnih prenosnikov in obratovalne stroške, ki nastanejo zaradi porabe pogonskih sredstev. To zahteva formulacijo v obliki problema MINLP, ki je zaradi prisotnih nelinearnih funkcij nekonveksen. Posledično so dobljene rešitve lokalno optimalne. Za zagotavljanje globalne optimalnosti rešitev predlagamo formulacijo modela MINLP na osnovi stopenjske superstrukture in pridružene agregirane podstrukture, ki vsebuje število toplotnih prenosnikov in je blizu teoretičnega minimuma. Stopenjska superstruktura služi zgolj kot matrica za določanje termodinamsko dopustnih toplotnih stikov. Vse nekonveksnosti so prenesene v agregirano podstrukturo, kar močno zmanjša njihovo število. Konveksifikacijo nekonveksnih izrazov izvedemo z uporabo večnivojskih odsekovnih podcenitvenih funkcij, s katerimi zamenjamo vire nekonveksnosti. Konveksni model nato uporabimo za določevanje veljavne spodnje meje originalnemu nekonveksnemu problemu. Vrzel med veljavno spodnjo mejo in zgornjo mejo zmanjšamo do zadostitve tolerančnega kriterija z uporabo v ta namen razvitega večnivojskega algoritma, s katerim rešujemo konveksni problem MINLP.
Keywords: sinteza procesov, toplotno integrirana vodna omrežja, globalno optimiranje, omrežje toplotnih prenosnikov, mešano celoštevilsko nelinearno programiranje.
Published in DKUM: 01.07.2010; Views: 4083; Downloads: 369
Full text (15,93 MB)