دانلود رایگان ترجمه مقاله طراحی مطلوب ستون های تقطیر برودتی برای جداسازی پروپیلین/پروپان (نشریه الزویر ۲۰۱۴) (ترجمه ارزان – نقره ای ⭐️⭐️)

elsevier

 

 

این مقاله انگلیسی ISI در نشریه الزویر در ۱۱ صفحه در سال ۲۰۱۴ منتشر شده و ترجمه آن ۲۲ صفحه میباشد. کیفیت ترجمه این مقاله ارزان – نقره ای ⭐️⭐️ بوده و به صورت کامل ترجمه شده است.

 

دانلود رایگان مقاله انگلیسی + خرید ترجمه فارسی
عنوان فارسی مقاله:

طراحی مطلوب ستون های تقطیر برودتی (کریوژنیک) با پمپ های حرارت جانبی برای جداسازی پروپیلین/پروپان

عنوان انگلیسی مقاله:

Optimal design of cryogenic distillation columns with side heat pumps for the propylene/propane separation

 
 
 
 
 

 

مشخصات مقاله انگلیسی 
فرمت مقاله انگلیسی pdf 
سال انتشار ۲۰۱۴
تعداد صفحات مقاله انگلیسی ۱۱ صفحه با فرمت pdf
رشته های مرتبط با این مقاله شیمی
گرایش های مرتبط با این مقاله شیمی تجزیه، شیمی کاتالیست
چاپ شده در مجله (ژورنال) مهندسی شیمی و فرآوری: تشدید فرآیند – Chemical Engineering and Processing: Process Intensification
کلمات کلیدی تقطیر برودتی (کرادیوژنیک)، پروپیلین، بهینه سازی، یکپارچه سازی حرارت، تبرید
ارائه شده از دانشگاه گروه علوم و فناوری شیمیایی، دانشگاه توکوشیما، ژاپن
رفرنس دارد  
کد محصول F1616
نشریه الزویر – Elsevier

 

مشخصات و وضعیت ترجمه فارسی این مقاله 
فرمت ترجمه مقاله pdf و ورد تایپ شده با قابلیت ویرایش 
وضعیت ترجمه انجام شده و آماده دانلود
تعداد صفحات ترجمه تایپ شده با فرمت ورد با قابلیت ویرایش  ۲۲ صفحه با فونت ۱۴ B Nazanin
ترجمه عناوین تصاویر و جداول ترجمه نشده است 
ترجمه متون داخل تصاویر ترجمه نشده است  
ترجمه متون داخل جداول ترجمه نشده است 
ضمیمه ندارد   
درج تصاویر در فایل ترجمه درج شده است  
درج جداول در فایل ترجمه درج شده است  
درج فرمولها و محاسبات در فایل ترجمه  به صورت عکس درج شده است  
منابع داخل متن به صورت عدد درج شده است 
کیفیت ترجمه کیفیت ترجمه این مقاله متوسط  میباشد 

 

فهرست مطالب
چکیده
۱- مقدمه
۲- بیان مسئله
۳- روند شبیه سازی
۳-۱- شبیه سازی ستون های تقطیر
۳-۲- طراحی چرخه تبرید
۴- مشکل سنتز
۴-۱- نمایش ساختار فوق
۴-۲ -نصب مبدل های حرارتی متوسط
۴-۳ فرمول بندی ریاضیاتی برای ستون های تقطیر با مراحل یکپارچه گرما
۴-۴ روند سنتز
۵ نتایج و بحث
۵-۱- مطالعه موردی
۵-۲ نتایج شبیه سازی ستون ها در فشار بالا
۵-۳ نتایج بهینه سازی و تحلیل حساسیت ساختارها در فشار پایین
۶ نتیجه گیری
 

 

بخشی از ترجمه
 چکیده
پروپیلین یکی از مهم ترین محصولات در صنعت پتروشیمی می باشد که به عنوان مواد خام برای محصولات متنوعی استفاده می شود. جداسازی پروپیلین/پروپان یک فرآیند قدرتمند می باشد زیرا نقاط جوش آن ها کاملا مشابه است. بعلاوه، در شرایط جوی، نقاط جوش آن ها به ترتیب -۴۷٫۶ و -۴۲٫۱ درجه سانتی گراد است. به منظور جداسازی این ترکیب (مخلوط) از ستون های معمولی که در فشار بالا عمل می کنند و ستون های تقطیر برودتی که در فشار پایین عمل می کنند، استفاده می کنند، با این وجود، این رویکرد همچنان قدرتمند هستند. این مقاله ستون های تقطیر با کارآمدی انرژی و ستون های تقطیر با شدت را ارائه می دهد که بی در رو (ادیاباتیک) مانند ستون ترمیم بخار (VRC) یا دیابتیک مانند ستون هایی با مراحل یکپارچه گرما می باشند. یک روند طراحی و بهینه سازی که مصرف انرژی در جداسازی پروپیلین/پروپان به حداقل می رساند ارائه شده است. طراحی مفهومی، بازنمایی ساختار فوقانی، شبیه سازی های دقیق و تکنیک های برنامه نویسی ریاضیاتی به طور موثری ترکیب شده اند تا همه ی ساختارهای تقطیر مورد نظر، چرخه تبرید، و احتمال های تجمیع گرما را به صورت همزمان بررسی کند. نتایج نشان داد که ستون های VRC و تقطیر دیابتیک با مراحل یکپارچه گرما می تواند مصرف انرژی را بین ۵۸ تا ۷۵% را کاهش دهد زمانی که با تقطیر متعارف در فشار بالا مقایسه می شود. بعلاوه، روند سنتز پیشنهادی منجر به ایجاد ساختارهای تقطیر بهینه ساده با مراحل گرمای یکپارچه کم شده است و همچنان روش مهم ذخیره ی انرژی باقی مانده است.
 
۱- مقدمه
پروپلین یک میانجی در طیف گسترده ای از فرآیندهای شیمایی برای تولید الیاف، فوم، پلاستیک، و غیره مورد استفاده قرار می گیرد. اساسا به عنوان فرآورده در فرآیند اتیلن و فرآورده ی جانبی در صنعت پالایش نفت بدست می آید که در هر صورت، با دیگر گاز ها مانند هیدروژن، اتیلن، اتان، پروپان و غیره ترکیب می شود اما گازهای سبک تر از پروپلین معمولا در مراحل اولیه از هم جدا می شوند، از این روی، پروپلین در اکثر موارد از پروپان جدا می گردد. از آنجاییکه پروپلین و پروپان نقاط جوش نزدیکی دارند و گاز هایی در دمای اتاق و فشار اتمسفری هستند، جداسازی آن یک فرآیند با انرژی زیاد است.
چندین جایگزین جداسازی بر مبنای حلالیت، انتشار، و تفاوت اندازه مولکولی برای کاهش مصرف انرژی بالا در جداسازی پروپیلین و پروپان مورد استفاده قرار گرفته اند. Rege و Yang (1) یک سیستم جذب نوسان فشار چهارگانه (PSA) را پیشنهاد کردند که از و AIPO-14 برای جداسازی پروپلین از پروپان در دو ترکیب تغذیه، فشارهای جوی و اتمسفر زیرفشار استفاده کرد.Plaza و همکاران (۲) یک سیستم جذب نوسان خلاء پنج مرحله ای (VSA) را پیشنهاد کرد که از Cu-BTC به دلیل حجم بالای منافذ و ظرفیت بالای جذب استفاده کرد، با این وجود، نتایج میزان بهبودی کم در حدود ۱۵% را نشان داد. Campo و همکاران (۳) نیز یک سیستم VSA پنج مرحله ای را با استفاده از زئولیت x13 به عنوان ماده جذب کننده را اتخاذ کرد.نتایج میزان بهبود بالایی حدود ۷۵% را برای جداسازی شان نشان داد.اگرچه جداسازی مبتنی بر پوسته نیز پیشنهاد شده است، اما اکثر آن ها به طور همزمان فاقد نفوذپذیری و انتخاب پذیری بالا هستند، در افزایش دارای مشکل هستند، و فاقد پایداری بلند مدت می باشند که به دلیل مسمویت حامل های انتخابی الفین می باشد.Pan و همکاران (۴) چارچوب های zeolitic imidazolate را برای جداسازی پروپلین/پروپان در چندین ترکیب تغذیه و شرایط دمایی مورد مطالعه قرار دادند. نتایج نشان داد که ساختار غشایی پیشنهادی، نفوذپذیری و انتخاب پذیری بالای برای ترکیبات غنی از پروپلین در دمای پایین تر از ۲۲ درجه سانتیگراد را نشان داد.
اگرچه جایگزین های فوق الذکر می توانند مطمئنا ذخیره و صرفه جویی انرژی را بدست آورند، ظرفیت و زمان عملیات آن ها توسط اندازه تجهیزات و مسائل حفظ و نگهداری محدود شده است. به منظور برآورده ساختن تقاضای پروپلین،تقطیر فناوری جداسازی غالب برای حفظ آن در مقیاس بزرگ تر می باشد. جایگزین های مبتنی بر تقطیر شدید برای کاهش مصرف انرژی در تقطیر پیشنهاد شده اند.Petterson و همکاران (۵) پیکربندی تقطیر مبتنی بر غشا سودمند را گزارش کرده اند که یک غشا می تواند نزدیک به جریان تغذیه یا در انتهای ستون تقطیر واقع شود. Benali و Aydin (6) چندین پیکربندی غشا را بررسی کردند که می تواند در بالا، وسط و انتهای ستون تقطیر قرار گیرد.بهترین پیکربندی گزارش شده ی آن ها صرفه جویی اقتصادی حدود ۳۶% گزارش کردند که یک غشا در بالا و در پایین نصب شده بود.رویکردهای مبتنی بر برنامه نویسی ریاضیاتی نیز پیشنهاد شد (۷ و ۸)، و آن ها نشان داده اند که تقطیر غشایی که یک غشا در موقعیت متوسط قرار دارد می تواند هزینه سالیانه را تا ۲۰% کاهش دهد. Olujic و همکاران (۹) دو ستون تقطیر حرارتی یکپارچه را مورد مطالعه قرار دادند: ستون ترمیم بخار (VRC) و ستون تقطیر حرارتی یکپارچه (HIDiC). VRC و HIDiC از لحاظ هزینه و مصرف انرژی مقایسه شدند که در آن VRC مصرف الکتریسیته ی بیشتری نسبت به HIDiC داشت، بنابراین هزینه تجهیزات بالاتری نیز داشت، از آنجاییکه هزینه کمپرسور در این نوع ساختار تقطیر با استفاده از پمپ حرارت غالب است.بعلاوه، ساختار HIDiC نسبت به VRC صرفه جویی اقتصادی و انرژی به ترتیب تا ۲۰ و ۲۵% را نشان داد. Ho و همکاران (۱۰) یک شبیه سازی پویا برای ساختار HIDiC مطالعه شده توسط Oljui و همکاران (۹) ارائه داد و نشان دادند که پیکربندی کنترل پیشنهادی می تواند HIDiC را به خوبی تحت اختلالات متعدد کنترل کند.
علارغم جایگزین های تشدید شده ی فوق، ترکیب پروپلین/پروپان به طور متعارف توسط ستون های تقطیر جدا شده است که یا در فشار بالا (برای مثال>15 بند) عمل می کنند تا استفاده از آب را به عنوان محیط خنک کننده تضمین بخشند یا در دمای پایین (برای مثال <5 درجه سانتیگراد) عمل می کنند تا از یک مبرد به عنوان محیط خنک کننده استفاده کند. صرف نظر از این گزینه ها، Mauhar و همکاران (۱۵) نشان داده اند که مصرف انرژی برای جداسازی پروپلین و پروپان به طور ناگزیر بالا است اگر ستون بین بند ۱۵٫۹۵ و ۱۲ عمل کند.
اگر جداسازی در دمای پایین انجام شود، به عنوان تقطیر برودتی مورد اشاره قرار می گیرد که نیازمند یک مبرد برای فراهم کردن خنک سازی در دمایی پایین تر از چگالنده است، بنابراین یک ستون تقطیر باید همراه با سیستم تریید باشد. با این وجود، زمانی که مبردها به عنوان خنک کننده در چگالنده مورد استفاده قرار می گیرند، طیف دمای آن و هزینه هر واحد در حول تبادل انرژی در شرایط از پیش تعیین شده قرار می گیرد و به عنوان پارامترهایی در مسئله سنتز در نظر گرفته می شود تا ساختارهای تقطیر بهینه (مطلوب) را منجر شود (۷،۹،۱۰). این بدین معناست که بهینه سازی شرایط عملیاتی در سیستم های تبرید در برگرفته نشده است. در این مقاله، شرایط عملیاتی سیستم تبرید به طور همزمان با ستون تقطیر بهینه شده است تا نه تنها مصرف انرژی در مورد دوم بلکه در مورد پیشین را نیز به حداقل رساند.
یکپارچگی حرارت از طریق مبدلهای حرارتی متوسط اخیرا به عنوان جایگزینی برای کاهش مصرف انرژی و هزینه ی ستون های تقطیر گزارش شده اند. در سیستم های تقطیر واکنشی با تراکم مجدد بخار (۱۱)، ستون های یکپارچه حرارتی برای جداسازی ترکیب های دوتایی (۱۲،۱۳) و سه گانه (۱۴) به کار گرفته شده است.
هدف این مقاله پیشنهاد دادن یک روند سیستماتیک برای حل مشکل سنتز برای جداسازی ترکیب پروپلین/پروپان در فشار معتدل و شرایط تبرید از طریق تقطیر برودتی می باشد که در سیستم تبرید قرار می گیرد تا یکپارچه سازی گرما نه تنها در چگالنده یا در کمک گرمکن بلکه در چندین موقعیت در ستون تقطیر را قرار دهد. بنابراین، سطوح دما از منابع گرما و فروکش گرما در سیستم تبرید به عنوان پارامترهایی در نظر گرفته می شوند و میزان تبادل انرژی شان در هر موقعیت در ستون به عنوان متغیرهای بهینه سازی در نظر گرفته می شوند و در مشکل سنتز تعبیه می گردند تا ستون های تقطیر برودتی بهینه را بیابد.

 

بخشی از مقاله انگلیسی

Abstract

Propylene is one of the most important products in the petrochemical industry, which is used as raw material for a wide variety of products. The propylene/propane separation is a very energy-intensive process because their boiling points are quite similar. In addition, at atmospheric conditions, their boiling points are −۴۷٫۶ °C and −۴۲٫۱ °C, respectively. To separate this mixture conventional columns which operate at high pressure and cryogenic distillation columns which operate at low pressure have been used, however, this approaches are still energy-intensive. This work presents energy-efficient and intensified distillation columns which are adiabatic such as the vapor recompression column (VRC) or diabatic such as columns with heat-integrated stages. A design and optimization procedure, which minimizes the energy consumption in the propylene/propane separation is presented. Conceptual design, superstructure representation, rigorous simulations and mathematical programming techniques are effectively combined to assess all the candidate distillation structures, refrigeration cycles, and heat integration possibilities simultaneously. Results showed that VRC and diabatic distillation columns with heat-integrated stages can reduce the energy consumption between 58 and 75% when compared with conventional distillation at high pressure. Furthermore, the proposed synthesis procedure derived simplified optimal distillation structures with few heat-integrated stages and still attained important energy savings.

 

۱ Introduction

Propylene is used as intermediate in a wide range of chemical processes to produce fibers, foams, plastics, etc. It is mainly obtained as coproduct in the ethylene process and as byproduct in the petroleum refining industry, which in either case, it is mixed with other gases such as hydrogen, ethylene, ethane, propane, etc., but gases lighter than propylene are typically separated at an earlier stage, therefore, propylene is separated from propane in most cases. Since propylene and propane have close boiling points, and are gases at room temperature and atmospheric pressure, its separation is a very energy-intensive process.

Several separation alternatives based on solubility, diffusivity, and molecular size difference have been researched to alleviate the high energy consumption in the propylene–propane separation. Rege and Yang [1] proposed a four-step pressure swing adsorption (PSA) system, which used AgNO3/SiO2 and AlPO-14 for the separation of propylene from propane at two feed compositions, atmospheric and subatmospheric desorption pressures. Plaza et al. [2] proposed a five-step Vacuum swing adsorption (VSA) system, which used Cu-BTC because of its high pore volume and high sorption capacity, however, the results showed low recovery around 15%. Campo et al. [3] also adopted a five-step VSA system, but using X13 zeolite as sorbent. The results showed high recovery around 75% for their separation. Although membrane-based separations have been also proposed, most of them simultaneously lack high permeability and selectivity, having difficulties in scaling up, and lack of long-term stability due to poisoning of olefin-selective carriers. Pan et al. [4] studied zeolitic imidazolate frameworks for the separation of propylene/propane at several feed composition and temperature conditions. The results showed that the proposed membrane structure exhibited high permeability and selectivity for mixtures rich in propylene at temperatures lower than 22 ◦C.

Although the aforementioned alternatives can certainly attain energy savings, their capacity and operation time are rather constrained by equipment size and maintenance issues. To satisfy the demand of propylene, distillation is the predominant separation technology to obtain it at large scale. Intensified distillation-based alternatives have been proposed to reduce energy consumption in distillation. Petterson et al. [5] reported profitable membranebased distillation configurations where a membrane can be located close to the feed stream or at the bottom of the distillation column. Benali and Aydin [6] explored several membrane configurations which could be located at the top, middle and bottom of the distillation column. Their best reported configuration attained economic savings around 36% where one membrane at the top and one at the bottom were installed. Approaches based on mathematical programming have also been proposed [7,8], and they have shown that membrane distillation where the membrane is at an intermediate location can reduce the total annual cost up to 20%. Olujic et al. ´ [۹] studied two heat-integrated distillation columns: the vapor recompression column (VRC) and the heat-integrated distillation column (HIDiC). VRC and HIDiC were compared in terms of cost and energy consumption, in which the VRC had higher electricity consumption than the HIDiC, thus higher equipment cost since the compressor cost is predominant in this type of heat-pump assisted distillation structures. In addition, the HIDiC structure exhibited economic and energy savings of 20 and 25%, respectively, over the VRC. Ho et al. [10] presented a dynamic simulation for the HIDiC structure studied by Olujic et al. ´ [۹], and they showed that the proposed control configuration can control the HIDiC very well under various disturbances.

Despite of the aforementioned intensified alternatives, the propylene/propane mixture has been conventionally separated by means of distillation columns which operate either at high pressure (e.g., >15 bar) to ensure the use of water as cooling medium or at low temperature (e.g. <5 ◦C) to use a refrigerant as cooling medium. Regardless of these options, Mauhar et al. [15] have shown that the energy consumption for the separation of propylene and propane is inevitably high if the column operates between 15.95 and 12 bar.

If the separation is carried at low temperature, it is referred to as cryogenic distillation, which requires a refrigerant to provide cooling at a temperature level lower than that at the condenser, thus a distillation column must be coupled with a refrigeration system. However, when refrigerants are used as cooling utilities at the condenser, its temperature range and cost per unit amount of energy exchanged have been set at predefined conditions and treated as parameters in the synthesis problem to derive optimal distillation structures [7,9,10]. This means that the optimization of operating conditions in the refrigeration systems has not been included. In this work the operating conditions of the refrigeration system are optimized simultaneously with the distillation column in order to minimize not only the energy consumption in the latter but also in the former.

Heat integration through intermediate heat exchangers has been reported recently as an alternative to reduce the energy consumption and cost of distillation columns. It has been applied in reactive distillation systems with vapor recompression [11], heat integrated columns for the separation of binary [12,13] and ternary [14] mixtures.

The aim of this work is to propose a systematic procedure to solve the synthesis problem for the separation of the propylene/propane mixture at mild pressure and refrigeration conditions through cryogenic distillation, which embeds a refrigeration system to realize heat integration not only at the condenser or reboiler, but also at several locations in a distillation column. Therefore, the temperature levels of heat sources and heat sinks in the refrigeration system are treated as parameters, and their amount of energy exchanged at any location in the column are treated as optimization variables and embedded in the synthesis problem to find optimal cryogenic distillation columns.

 

 

 

دانلود رایگان مقاله انگلیسی + خرید ترجمه فارسی
عنوان فارسی مقاله:

طراحی مطلوب ستون های تقطیر برودتی (کریوژنیک) با پمپ های حرارت جانبی برای جداسازی پروپیلین/پروپان

عنوان انگلیسی مقاله:

Optimal design of cryogenic distillation columns with side heat pumps for the propylene/propane separation

 
 
 
 
 

 

 

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.