تعيين چيدمان بهينه برج‌هاي تقطير با در نظر گرفتن ادغام حرارتي به روش برنامه‌نويسي رياضي مبتني بر بهينه‌سازي اَبَرساختار

Synthesis of Optimal Heat-Integrated Distillation Columns Sequence with Mathematical Programming method based on Superstructure Optimization

در اين مقاله مساله تعيين چيدمان بهينه برج‌هاي تقطير در يك سيستم‌ تقطير چند جزيي، با در نظر گرفتن ادغام حرارتي بين چگالنده و جوش‌آور برج‌هاي مختلف، به روش برنامه‌نويسي رياضي بررسي شده است. مساله مورد بحث در اينجا به دليل وجود قيود غير‌خطي و همين‌طور متغيرهاي گسسته و پيوسته در مدل بهينه‌سازي، يك برنامه غيرخطي آميخته با عدد صحيح، MINLP، خواهد بود. مدل MINLP حاصل از برنامه‌نويسي رياضي به كمك نرم‌افزار GAMS حل شده است. جامعيت مدل بهينه‌سازي و انعطاف‌پذيري آن در تعريف شرايط عملياتي جديد از ويژگي‌هاي اين كار به حساب مي‌آيد. بهينه‌سازي همزمان چيدمان و مصرف انرژي امكان ارزيابي تاثير ادغام حرارتي بر انتخاب چيدمان بهينه فراهم كرده است. در نظر گرفتن ادغام حرارتي در كاهش مصرف انرژي با متغير بودن فشار برج تقطير امكان‌پذير شده است بطوريكه نتايج حاصل از حل مدل MINLP براي يك جداسازي چهار جزيي، ميزان صرفه‌جويي برابر 25% در هزينه‌ كلي سالانه كه شامل هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري، عملياتي و ميزان مصرف انرژي مي‌شود، را نشان مي‌دهد

In this paper, the problem of optimal distillation columns sequence determination for a multicomponent distillation system with heat integration between condensers and reboilers of various columns with using mathematical programming approach considered. Existence of nonlinear constraints also discrete and continuous variables in optimization model is reason that the problem will be a Mixed-Integer-Non-Linear-Program (MINLP). MINLP model that obtained from mathematical programming is solved with GAMS. Some of proposed method features are generality and flexibility for defining new operating conditions. In proposed MINLP model, the effect of heat integration on optimal sequence has been considered by simultaneous optimization of sequencing and energy demand. Energy saving using heat integration has become possible by regarding column pressure as a variable in optimization model. The Results obtained from solution of MINLP model for a four components separation, shows 25% saving in total annual cost that includes investment, operation costs and energy consumption.