دانلود رایگان ترجمه مقاله روند توسعه مورد پایه برای بهبود بهره وری انرژی، کاربردی برای تولید خمیر کرافت – الزویر 2010

مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF آماده دانلود رایگان میباشند

همچنین ترجمه مقاله با فرمت ورد نیز قابل خریداری و دانلود میباشد

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

فهرست مقاله:

چکیده
1. مقدمه
2. بررسی منابع
3.روش
3.1 فاز 2: گرد اوری داده ها
3.2 مرحله 2: مقایسه با عملیات فعلی
4.2 فاز 2: مقایسه با عملیات فعلی
4.2.1 مصرف انرژی حرارتی
4.2.2 مصرف اب
4.2.3ملاحظات
4.3 فاز 3:شاخص های کلیدی و جدید
4.3.1تجزیه تحلیل شاخص ها
4.3.2 ملاحظات
4.4 فاز 4:هدف یابی
4.4.1 تجزیه تحلیل پینچ
4.4.2 استفاده ی مجدد از اب
4.4.3 ملاحظات
4.5 فاز 5: سنتز
5. نتیجه گیری

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

1. مقدمه
یک روش تعریف و بررسی مدل مورد پایه ی فرایند عملیاتی در بخش 1 این مقاله ارائه شد این روش در یک کارخانه ی خمیر سازی استفاده شده است .این مدل به طور خاص جهت پشتیبانی از تجزیه تحلیل انرژی کارخانه طراحی شده و به نوان یک شبیه سازی حالت پایدار بر روی نرم افزار CADSIM PLUS اجرا شد. این روش همچنین مبتنی بر سیستم های بخار و اب است هر دو سیستم از مرحله ی تولید (برای بخار) و تصفیه ی اولیه (برای اب) تا توزیع، استفاده و در نهایت پس از استفاده: ریکاوری، استفاده ی مجدد و دفع نهایی به محیط پایش می شوند.شبیه سازی تولید بیلان توده ای یا تجمعی (اب، فیبر و کل مواد جامد محلول) و نیز بیلان و تعادل در همه ی عملیات واحد و فرایند جهانی و بخش های اصلی ان می شود.
بخش 2 این مقاله تجزیه تحلیلی را ارائه می دهد که این تجزیه تحلیل بایستی قبل از توسعه و ارزیابی روش های بهبود کاراریی مصرف انرژی انجام گیرد. این تجزیه تحلیل همان تجزیه تحلیل معیار فرایند است. هدف این کار ارزیابی عملکرد و کارایی انرژی فعلی فرایند در سطح جهان و در سطح بخش به منظور شناسایی یک سری نواقص و ناکارامدی ها و ایجاد روش هایی برای بهبود کارایی مصرف انرژی می باشد.معیار بندی را می توان برای شناسایی این که در کدام نقاط می توان حداکثر مقدار انرژی را به دست اورد و یا راهنمایی مهندسان به کار گرفت.

2. بررسی منابع
صنعت خمیر و کاغذ از بزرگ ترین مصرف کننده های انرژی و اب در سطح جهان محسوب می شود .افزایش هزینه های انرژی و تصویب قوانین سخت گیرانه ی زیست محیطی موجب شده است تا این صنعت به شناسایی روش های دیگری برای بهبود صرف جویی اب و انرژی بپردازد.فرایند کرافت معمولی هر چه مقدار اب مصرف شده و فاضلاب تولید شده بیشتر باشد ،مقدار انرژی مورد نیاز برای گرمادهی، خنک کردن و پمپاژ افزایش می یابد.ارزیابی فرایند قبل از اجرای روش های بهبود کارایی مصرف انرژی بر اساس مقایسه ی کارایی ان با کارایی دیگر فرایند ها با استفاده از شاخص های عملکرد و کارایی است(فرانسیس و همکاران 2004).
استفاده از شاخص های عملکرد به عنوان ابزار معیار بندی یک عملی رایج برای اندازه گیری تغییر پذیری و تصحیح عملکرد یک فرایند است (Klatt and Marquardtb, 2009) .فرانسیس و همکاران 2006 شاخص هایی را پیشنهاد کردند که این شاخص ها مطابق با نرخ تولید می باشند. این شاخص ها شامل مصرف سوخت کارایی دیگ ها و مصرف انرژی حرارتی کل فرایند و مصرف انرژی تم تک عملیات می باشد.لانگ و گری 2005 از شاخص هایی برای پایش سیستم های کنترل با شناسایی دوره هایی که در ان حلقه های کنترل خارج از حالت نرمال هستند و یا در حال نوسان می باشند استفاده کردند.باکبی 2007 شاخص هایی نظیر نسبت بین نقاط تنظیم و اهداف واقعی را تعریف کرد. وانکورک 2005 روشی را پیشنهاد کرد که در ان نسبت مصرف بخار یک واحد و تناژ محصول نهایی با اهداف تنظیم شده برای پروژه های کاهش انرژی مقایسه شدند.رابطه ی ریاصی برای هدف گذاری و تنظیم مصرف انرژی بالقوه باعث می شود که با مصرف انرژی واقعی مقایسه می گردد.رستینا 2006 یک روش مشابه را با انواع شاخص های یکسان استفاده کرد طوری که در ان یک تجزیه تحلیل زمان واقعی را برای شناسایی فواصل بین مقادیر هدف و مقدار واقعی جهت حفظ کارایی مصرف انرژی مورد استفاده قرار داد.سویل و همکاران 2009 از شاخص هایی برای برقراری ارتباط بین پایش کارایی مصرف انرژی با روش های تلفیق فرایند و راهبرد کسب و کار ارائه کردند. ان ها تغییرات حداقل نیاز انرژی را با نوسان فرایند عملیات پایش کرد.سیویل و اهیتا 2009 تولید ماشین کاغذ را با کارایی مصرف انرژی و پارامتر های پولی بررسی کردند. رستینا 2005 همچنین از یک نرم افزار برای پایش شاخص های فرایند های مختلف استفاده کرد با این حال هیچ گونه شاخصی وجود ندارد که منعکس کننده ی عوامل ناکارامدی های محتمل نظیر حفظ تجهیزات ،ریکاوری حرارت داخلی و مصرف مجدد اب باشد.
شاخص های عملکرد فعلی که کارایی مصرف انرژی را پایش می کنند ،مصرف انرژی را بدون در نظر گرفتنکیفیت انرژی مورد استفاده و کیفیت انرژی تولید شده و مصرف شده توسط فرایند کمی سازی می کند.اکیرژی اغلب در تحلیل مهندسی علی رغم اهمیت ان در ارزیابی کارایی عملیات تبدیل و انتقال انرژی استفاده نمی شود.این روش یک تابع کیفیت(دما) و کیفیت (انتالپی)را از محتوی حرارتی جریان های مواد ترکیب می کند بنابراین اگر چه انرژی در فرایند های تبدیل بر اساس قانون اول ترمودینامیک حفظ می شود اما اکسرژی بر اساس قانون دوم ترمودینامیک منحدم و از بین می رود.از ان جا که با افزایش کارایی ترمودینامیکی عملیات فرایند،اکسرژی کمتری تحریب می شود با این حال کارایی و عملکرد نهایی تنها در حالت تعادل حاصل می شود یعنی برای فرایند های بسیار کند که از نظر مهندسی عملی نمی باشد.مطالعات بیشتری به استفاده از اکسرژی در طراحی فرایند تتخصیص داده شده اند(Kotas, 1985; Szargut et al., 1988; Brodyansky et al., 1994 ، Sorinand Paris, 1997; Sorin et al., 1998 ).همچنین اکسرژی در صنعت خمیر و کاغذ(Wall, 1988; Asselman et al., 1996; Brown et al ،2005; Gong, 2005; Mateos-Espejel et al., 2007 )به کار گرفته شده است.تخریب اکسرژی ارتباط تنگاتنگی با تبدیل برگشت ناپذیر دارد که در فرایند اتفاق می افتد. اکسرژی در مبدل های حرارتی به دلیل تفاضل دمای بین جریان های داغ یا سرد و یا انبساط ادیاباتیک بخار در یک دریچه از بین می رود.اکسرژی که دیگر برای فرایند مفید نیست و یا قابل دسترس نیست به صورت تلف شده یا از بین رفته در نظر گرفته می شود.این اکسرژی دارای جریان فاضلاب یا تهویه شده می باشد و گاز های دیگ به محیط وارد می شود. کاهش اکسرژی از بین رفته و تلف شده با ریکاوری حرارت داخلی، استفاده ی مجدد از فاضلاب،تولید دوگانه و ارتقا انرژی صورت می گیرد. بنابراین اکسرژی می توان به عنوان شاخص ارزیابی ناکارامدی فرایند مورد استفاده قرار داد.
کارایی انرژی و اب معمولا به طور جداگانه به ترتیب با استفاده از تحلیل پینچ و تحلیل واتر پینچ از بی ابی می شود(Noel, 1995; Noel and Boisvert, 1998; Koufos andRetsina, 1999, 2001; Jacob et al., 2002; Wising, 2003; Axelssonand Berntsson, 2005; Axelsson et al., 2006; Lutz, 2008 ).

تحلیل پینچ برای تعیین حداقل نیاز گرم کنندگی و خنک کنندگی توسط سیستم های اب و بخار استفاده می شود (لینهوف و همکاران 1994، اسمیت 1995). پایه و اساس تحلیل پینچ نشان دادن نمودار دما و انتالپی همه ی انتقال حرارت ها درون یک سیستم است.این شامل منحنی های ترکیبی داغ و سرد است که بیانگر قابلیت دسترسی و تقاضای حرارت در فرایند است. واتر پینچ برای تعیین حداقل نیاز اب و حداقل تولید فاضلاب استفاده می شود.الهالویگ و مانوسایوتیکس 1989 روشی را پیشنهاد کردند که یک نسخه ی مستقیم از تحلیل پینچ حرارتی بر اساس مقایسه بین تبادل حرارت و وزن است.شفیعی و همکاران 2003 از این روش برای انواع مختلفی از عملیاتی که از اب استفاده می کنند بهره برد.وانگ و اسمیت روشی را برای شبکه های عملیات شست و شوی جریانات فرایند الی با اب پیشنهاد کرد.دول 1998 روش دیگری را برای فرایند های تک فازی(نظیر فرایند کرافت)که دارای بنیان ابی می باشند پیشنهاد کرد که در ان محتوی جریان اصلی محصول مطلوب با کاهش سطح الودگی از طریق یک سری عملیات نظیر رقیق شدگی جایگزینی و ضخیم شدگی غنی سازی می شود. نمودار سرعت جریان خالص در برابر وزنی از همه ی انتقال های وزنی بین جریان های اب نشان داده شده است. این نمودار دارای دو منحنی کامپوزیت یکی برای منابع اب و دیگری برای مخازن اب است که به ترتیب نشان دهنده ی فاضلاب تولید شده و فرایند اب در فرایند است با این حال این انالیز ها اثرات متقابل بین سیستم های اب و بخار را نادیده گرفته و این می تواند موجب شود تا کارایی روش ها پایین بیاید و هزینه ی انرژی بالا رود(ماتئوس و اسپیجل و همکاران 2008).توسعه ی سناریو های بهبود کارایی مصرف انرژی با توجه به مسائل اب و انرژی می تواند منجر به ایجاد پروژه های جذاب تر شود زیرا استفاده ی مجدد از اب مجب کاهش سطح مقطع مورد نیاز برای افزایش ریکاوری حرارت داخلی می شود(Savulescu et al., 2005).
روش معیار برای ارزیابی یک فرایند ایجاد می شود . یک پیشنیار برای پروژه های بازیابی و احیای انرژی است. این روش مسائلی را برجسته می کند که این مسائل بایستی در مرحله ی استخراج داده های اب و انرژی در نظر گرفته شود همچنین یک مقایسه با عملیات فعلی صورت می گیرد همچنین خصوصیات اب انرژی و اکسرژی فرایند را از بی ابی می کند. شاخص های عملکرد جدید کارایی حرارت داخلی نیز توسعه یافته اند. این شاخص ها اقدام به کمی سازی مصرف مازاد بخار می پردازند که در انرژی رد شده در فرایند در فاضلاب و گاز های داغ حاصل از دیگ منعکس شده اند.هر چه انرژی بیشتر در این منابع حرارتی دفع شود سیستم های اب و بخار داغ بیشتری به فرایند عرضه می شود. بعلاوه مصرف اب مازاد نیز در تولید فاضلاب منعکس می شود. شاخص های اکسرژی برای برای در نظر گرفتن کیفیت انرژی تولید شده،انرژی عرضه شده و استفاده شده توسط فرایند و انرژی دفع شده به درون محیط زیست تعریف گردیده است.یک مرحله ی هدف گزینی یا هدف یابی شامل استفاده از منحنی های ترکیبی اب و دما برای تعیین ماکسیمم ریکاوری حرارت و استفاده ی مجدد از اب تا حد ممکن می باشد.مرحله ی نهایی این روش شامل ترکیب همه ی نتایج قبلی است. این یک وظیفه ی بیار مهم است زیرا مسائل کارایی مصرف اب و انرژی یک فرایند شناسایی شده و اهداف توسعه ی روش های بهبود کارایی انرژی تثبیت می شود.

بخشی از مقاله انگلیسی:

1. Introduction

An approach to the definition and characterization of the base case model of an operating process has been presented in Part I of this paper. It has been applied to an operating Kraft pulping mill. The model was specifically designed to support an in depth energy analysis of the mill, it has been implemented as a steady state simulation on the CADSIM PLUS® software. It is focused on the steam and water systems. Both utilities are traced rigorously from production (for steam) or preliminary treatment (for water), through their distribution, utilization and post-utilization fate: recovery, reutilization, and eventual reject to the environment. The simulation generates mass balances (water, fiber and total dissolved solids) as well as heat balances on all the major unit operation and for the global process and its principal sectors. Part II of the paper presents a fundamental analysis which must be performed before the development and evaluation of energy enhancing measures is undertaken. This analysis is the process benchmarking. The object of this task is to asses the current energy performance of the process globally and by sector in order to identify areas of inefficiencies and to establish enhancement targets. Benchmarking can also be used to identify where the most likely energy gains can be obtained and to guide engineering efforts.

2. Literature review

The pulp and paper (P&P) industry is among the largest industrial consumers of energy and water. Rising energy costs and more stringent environmental regulations have led the industry to refocus its efforts towards identifying ways to improve energy and water conservation. In a typical Kraft process, the larger the amount of water consumed and effluent produced, the larger will be the energy required for heating, cooling and pumping. The evaluation of a process before implementing enhancement measures is often based on a comparison of its efficiency to that of other similar processes by the utilization of performance indicators (Francis et al., 2004). The utilization of performance indicators as a benchmarking tool is common practice to measure the variability and correct the operation of a process (Klatt and Marquardtb, 2009). Francis et al. (2006) proposed indicators that are normalized to the production rate. These indicators include fuel consumption, boilers efficiency and thermal energy consumption of the overall process and of each individual operation. Lang and Gerry (2005) used indicators to monitor control systems by identifying the periods where control loops are out of normal mode or oscillating. Buckbee (2007) defined indicators such as the ratio between the set points and the actual targets achieved. Van Gorp (2005) proposed a methodology where the ratio of the steam consumption of a unit and the final product tonnage were compared to the goals set for the energy reduction projects. A mathematical relation is used to target the potential energy consumption, which is compared to the actual. Retsina (2006) suggested a similar methodology, with the same type of indicators, adding a real-time analysis to identify gaps between target and actual values so as to take measures to maintain the energy efficiency. Sivill et al. (2009) used indicators to link energy efficiency monitoring with business strategy and process integration options. They monitor the changes to the minimum energy requirements as the operation of the process fluctuates. Sivill and Ahtila (2009) relate the production of the paper machine with the energy efficiency and monetary parameters. Retsina (2005) has also developed a software for monitoring the indicators of different processes. However, there are no indicators that reflect the causes of possible inefficiencies such as the equipments maintenance, internal heat recovery or water reutilization. The current performance indicators that monitor energy efficiency quantify the energy utilization without focusing on the quality of the energy used and produced by the process. Exergy is not often used in engineering analysis despite its usefulness to assess the efficiency of energy transfer and conversion operations. It combines in a single function the quality (temperature) and quantity (enthalpy) of the heat content of material streams. Therefore, while energy is preserved in transformation processes by virtue of the first law of thermodynamics, exergy can be destroyed by virtue of the second law. As the thermodynamic efficiency of a process operation increases, less exergy is destroyed; however, ultimate efficiency is only achieved at equilibrium, i.e. for infinitely slow processes which are not practical engineering options. Much work has been devoted to the use of exergy in process design (Kotas, 1985; Szargut et al., 1988; Brodyansky et al., 1994; Sorin and Paris, 1997; Sorin et al., 1998). It has been applied in the P&P industry (Wall, 1988; Asselman et al., 1996; Brown et al., 2005; Gong, 2005; Mateos-Espejel et al., 2007). The destruction of exergy is associated with the irreversible transformation that occurs in the process. Exergy is destroyed in the heat exchangers because of the temperature difference between hot and cold streams or by the adiabatic expansion of steam in a valve. The exergy which is no longer useful or available for the process is considered lost; it encompasses the streams vented or sewered, the flue gases or losses to the environment. Reduction of the exergy destroyed and lost can be accomplished by internal heat recovery, effluents reutilization, cogeneration and energy upgrading. Therefore, exergy can also be used as an indicator of process inefficiencies, although it rarely is. Energy and water efficiencies are typically analyzed individually by the application of Pinch Analysis® and Water Pinch respectively (Noel, 1995; Noel and Boisvert, 1998; Koufos and Retsina, 1999, 2001; Jacob et al., 2002; Wising, 2003; Axelsson and Berntsson, 2005; Axelsson et al., 2006; Lutz, 2008). Pinch Analysis is used to determine the minimum heating and cooling requirements to be supplied by utilities (Linnhoff et al., 1994; Smith, 1995). The core of Pinch Analysis is the display in a temperature vs. enthalpy diagram of all possible heat transfers within a process. It consists of the hot and cold composite curves, which respectively represent the heat availability and demand in the process. Water Pinch is used to determine the minimum water requirements and minimum effluent production. El-Halwagi and Manousiouthakis (1989) have first proposed a method which is a direct extension of thermal pinch based on the analogy between heat and mass exchanges. Shafiei et al. (2003) applied the method to different types of water using operations. Wang and Smith (1994) have proposed a method for networks of washing operations of organic process streams immiscible with water. Dhole (1998) proposed another approach for single phase processes (as the Kraft process), generally water based, where the main streams content of the desired product are enriched by reducing the level of contamination through a succession of operations, such as dilution, displacement and thickening. The basis is Fig. 4 – Overall thermal consumption and thermal energy production. the representation in the purity vs. mass flow rate diagram of the aggregate of all possible mass transfers between water streams. It consists of two composite curves, one for water sources and the other for water sinks, which respectively represent the effluents produced and the water demand in a process. However, these individual analyses ignore the interactions between the water and steam systems and this may result in counter productive measures and increased energy cost (Mateos-Espejel et al., 2008). The development of improvement scenarios with regards to energy and water issues could lead to more attractive projects, because appropriate water reutilization reduces the surface area needed for increasing internal heat recovery (Savulescu et al., 2005). A benchmarking procedure has been developed to evaluate a process as a prerequisite step to an energy enhancement retrofit project. The procedure highlights issues that should be considered in the water and energy data extraction stage. The conventional comparison with current practice is performed. The procedure evaluates energy, water and exergy characteristics of the process. New performance indicators of the internal heat recovery have been developed. These indicators quantify the excess utilization of steam that is reflected in the energy rejected by the process in hot effluents and flue gases. The more energy is rejected in these heat sources the more hot utility will have to be supplied to the process. Furthermore, the excess water utilization is also reflected in the production of effluents. Exergy indicators have been defined to take also into account the quality of the energy produced, supplied to and used by the process and rejected to the environment. A targeting step involves the utilization of the thermal and water composite curves to determine the maximum heat recovery and water reutilization theoretically possible. The final phase of the procedure consists of a synthesis of all results previously obtained. This is a crucial task as the main water and energy efficiency problems of a process are identified and the targets for the posterior development of energy efficiency measures are fixed.