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| 系統識別號 | U0002-2206200514302000 |
|---|---|
| DOI | 10.6846/TKU.2005.00902 |
| 論文名稱(中文) | 狹點技術在環保製程熱能整合應用上之研究 |
| 論文名稱(英文) | Efficient Use of Energy by the Pinch Technology in the Environmental-Protection-Related Processes |
| 第三語言論文名稱 | |
| 校院名稱 | 淡江大學 |
| 系所名稱(中文) | 化學工程與材料工程學系碩士班 |
| 系所名稱(英文) | Department of Chemical and Materials Engineering |
| 外國學位學校名稱 | |
| 外國學位學院名稱 | |
| 外國學位研究所名稱 | |
| 學年度 | 93 |
| 學期 | 2 |
| 出版年 | 94 |
| 研究生(中文) | 吳承璋 |
| 研究生(英文) | Cheng-Chang Wu |
| 學號 | 692361156 |
| 學位類別 | 碩士 |
| 語言別 | 繁體中文 |
| 第二語言別 | |
| 口試日期 | 2005-06-16 |
| 論文頁數 | 142頁 |
| 口試委員 |
指導教授
-
陳錫仁
委員 - 吳容銘 委員 - 尹庚鳴 |
| 關鍵字(中) |
熱能整合 狹點技術 換熱器網路 製程模擬 |
| 關鍵字(英) |
Heat integration Pinch technology Process simulation |
| 第三語言關鍵字 | |
| 學科別分類 | |
| 中文摘要 |
熱能整合自能源危機開始受到重視，而能源價格飆漲後，如何能有效地增加製程上的能源使用效率，乃成為一重要的課題，在石化等工業上，節能進而扮演相當重要的角色，針對於此，我們應用狹點技術於化工程序的熱能整合，此技術包含下列五個步驟：(1)製程模擬，(2)製程數據擷取，(3)狹點分析，(4)換熱器網路之合成，(5)經濟成本之分析。 本論文針對兩個環保課題的製程進行研究：其一為「環保冷媒R-134a之製造」程序；其二為「火力發電廠廢氣中CO2的移除與封存」程序。論文中主要使用兩套程序軟體：其一為ASPEN PLUS，進行製程之模擬，其二為SUPERTARGET，進行換熱器網路(HEN)設計 |
| 英文摘要 |
Since energy crisis, heat integration has become one of the important issues in the chemical process industries. Due to the price of energy is constantly rising, how to increase the efficiency of energy uses in the process has become of great importance. As a result, the pinch technology was used in this study. This technology consists of the following five steps: 1. process simulation; 2. data extraction; 3. pinch analysis; 4. heat exchanger network synthesis; and 5. economic analysis. In this study, two environmental-protection-related processes; one is “production of R-134a”, and the other is “emission reduction of carbon dioxide from a coal-burning power plant”, were simulated first by using ASPEN PLUS. Next, heat exchanger network designs were synthesized and analyzed by using SUPERTARGET. |
| 第三語言摘要 | |
| 論文目次 |
目錄 中文摘要 i 英文摘要 ii 目錄 iii 圖目錄 v 表目錄 viii 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的與方法 1 1.3 文獻回顧 2 第二章 理論基礎 3 2.1 狹點技術 3 2.1.1 製程模擬 3 2.1.2 狹點分析 5 2.1.3 換熱器網路合成 13 2.2 經濟成本之分析 19 第三章 環保冷媒R-134a程序之熱能整合研究 20 3.1 前言 20 3.2 製程描述 21 3.3 製程模擬 27 3.4 狹點技術在R-134a製程上之應用 33 3.4.1 數據擷取 33 3.4.2 狹點分析 33 3.4.3 換熱器網路之合成 47 3.5 經濟成本之分析 72 第四章 火力發電廠CO2移除與封存減量技術之研究 85 4.1 前言 85 4.2 研究方法 85 4.3 製程描述 86 4.4 製程模擬 91 4.5 狹點技術在CO2移除與封存製程上之應用 98 4.5.1 數據擷取 98 4.5.2 狹點分析 98 4.5.3 換熱器網路之合成 112 4.6 經濟成本之分析 126 第五章 結論 134 參考文獻 136 附錄A 138 圖目錄 圖2.1 簡單製程之流程圖8 圖2.2 範例之兩熱流T-Q圖10 圖2.3 範例之熱物流複合曲線T-Q圖10 圖2.4 範例之冷物流複合曲線T-Q圖10 圖2.5 範例之冷物流複合曲線T-Q圖10 圖2.6 冷熱物流較佳化分段示意圖11 圖2.7 範例之∆Tmin=10℃時換熱器網格圖12 圖2.8 範例之∆Tmin=10℃完成換熱器網路合成之網格圖16 圖2.9 範例之∆Tmin=10℃完成換熱器網路合成之最後組態設計圖18 圖3.1 R-134a程序之方塊流程圖25 圖3.2 環保冷媒R-134a之PFD圖26 圖3.3 環保冷媒R-134a之ASPEN PLUS 流程圖 28 圖3.4 加熱爐H-201之T-Q圖34 圖3.5 TCE進料之預熱器E-201之T-Q圖34 圖3.6 反應器R-201出口冷凝器E-202之T-Q圖35 圖3.7 反應器R-202出口之冷凝器E-203之T-Q圖35 圖3.8 蒸餾塔T-201之進料冷凝器E-204之T-Q圖36 圖3.9 T-201之冷凝器E-205之T-Q圖36 圖3.10 T-201之再沸器E-206之T-Q圖37 圖3.11 T-202之冷凝器E-207之T-Q圖37 圖3.12 T-202之再沸器E-208之T-Q圖38 圖3.13 T-203之冷凝器E-209之T-Q圖38 圖3.14 T-203之再沸器E-210之T-Q圖39 圖3.15 副產品之冷凝器E-211之T-Q圖39 圖3.16 主產品R-134a之冷凝器E-212之T-Q圖40 圖3.17 ∆Tmin=5℃之複合曲線圖42 圖3.18 ∆Tmin=10℃之複合曲線圖43 圖3.19 ∆Tmin=15℃之複合曲線圖44 圖3.20 ∆Tmin=20℃之複合曲線圖45 圖3.21 熱能整合∆Tmin=5℃後之環保冷媒R-134a程序換熱器網路合成之網格圖50 圖3.22 熱能整合∆Tmin=10℃後之環保冷媒R-134a程序換熱器網路合成之網格圖57 圖3.23 熱能整合∆Tmin=15℃後之環保冷媒R-134a程序換熱器網路合成之網格圖63 圖3.24 熱能整合∆Tmin=20℃後之環保冷媒R-134a程序換熱器網路合成之網格圖69 圖3.25 成本與最小趨近溫度比較圖83 圖3.26 R-134a製程在熱能整合∆Tmin=10℃後之最後組態設計圖..84 圖4.1 燃煤火力發電廠CO2移除與封存之方塊流程圖(BFD)89 圖4.2 燃煤火力發電廠CO2移除與封存之流程圖90 圖4.3 CO2移除與封存程序之ASPEN PLUS流程圖92 圖4.4 flue gas進料之冷凝器E-201之T-Q圖99 圖4.5 T-201塔頂產物之冷凝器E-202之T-Q圖99 圖4.6 T-202進料之預熱器E-203之T-Q圖100 圖4.7 T-202之冷凝器E-204之T-Q圖100 圖4.8 T-202塔頂產物之冷凝器E-205之T-Q圖101 圖4.9 V-203塔頂產物之冷凝器E-206之T-Q圖101 圖4.10 V-204塔頂產物之冷凝器E-207之T-Q圖102 圖4.11 T-202塔底水之預熱器E-208之T-Q圖102 圖4.12 MEA進料之預熱器E-209之T-Q圖103 圖4.13 主產物CO2之冷凝器E-210之T-Q圖103 圖4.14 主產物CO2之冷凝器E-211之T-Q圖104 圖4.15 主產物CO2之冷凝器E-212之T-Q圖104 圖4.16 主產物CO2之冷凝器E-213之T-Q圖105 圖4.17 ∆Tmin=5℃之複合曲線圖107 圖4.18 ∆Tmin=10℃之複合曲線圖108 圖4.19 ∆Tmin=15℃之複合曲線圖109 圖4.20 ∆Tmin=20℃之複合曲線圖110 圖4.21 熱能整合∆Tmin=5℃後之火力發電廠廢氣中CO2的移除與封存程序換熱器網路合成之網格圖113 圖4.22 熱能整合∆Tmin=10℃後之火力發電廠廢氣中CO2的移除與封存程序換熱器網路合成之網格圖116 圖4.23 熱能整合∆Tmin=15℃後之火力發電廠廢氣中CO2的移除與封存程序換熱器網路合成之網格圖119 圖4.24 熱能整合∆Tmin=20℃後之火力發電廠廢氣中CO2的移除與封存程序換熱器網路合成之網格圖123 圖4.25 成本與最小趨近溫度比較圖132 圖4.26 火力發電廠廢氣中CO2移除與封存製程在熱能整合∆Tmin= 5℃後之最後組態設計圖133 圖A.1 設備材質因子之圖141 表目錄 表2.1 範例之冷熱物流資料表9 表2.2 範例之換熱器網路配對資料表17 表3.1 蒙特婁議定書之條文內容23 表3.2 主要替代冷媒的特徵24 表3.3 環保冷媒R-134a製程之物流資料表29 表3.4 R-134a製程之冷熱物流資料表41 表3.5 R-134a製程不同最小趨近溫度之比較表46 表3.6 ∆Tmin=5℃之換熱器網路整合結果51 表3.7 ∆Tmin=10℃之換熱器網路整合結果58 表3.8 ∆Tmin=15℃之換熱器網路整合結果64 表3.9 ∆Tmin=20℃之換熱器網路整合結果70 表3.10 整合前各換熱器使用公用設施之種類76 表3.11 公用設施單位成本77 表3.12 未經換熱器網路整合之公用設施成本78 表3.13 換熱器設計之經驗公式79 表3.14 換熱器網路整合前之設備成本80 表3.15 換熱器網路整合前後之比較82 表4.1 「氣候變化網要公約」京都議定書88 表4.2 CO2移除與封存程序之物流資料表93 表4.3 CO2移除與封存程序之冷熱物流資料表106 表4.4 CO2移除與封存程序不同最小趨近溫度之比較111 表4.5 ∆Tmin=5℃時之換熱器網路整合結果114 表4.6 ∆Tmin=10℃時之換熱器網路整合結果117 表4.7 ∆Tmin=15℃時之換熱器網路整合結果120 表4.8 ∆Tmin=20℃時之換熱器網路整合結果124 表4.9 整合前各換熱器所使用公用設施之種類128 表4.10 未經換熱器網路整合之公用設施成本129 表4.11 整合前各換熱器之設備成本130 表4.12 換熱器網路整合前後之比較131 表A.1 設備種類之相關參數表138 表A.2 設備成本之壓力因子相關參數表139 表A.3 換熱器材質因子之特性參數表140 表A.4 設備成本之常數表142 |
| 參考文獻 |
參考文獻 【1】 Turton, R. , R. C. Bailie, W. B. Whiting and J. A. Shaeiwitz, Analysis Synthesis and Design of Chemical Process, Prentice Hall PTR, New Jersey, USA, 2003 【2】 Linnhoff, B., D. W. Townsend, D. Boland, G. F. Hewitt, B. E. A. Thomas, A. R. Guy and R. H. Marsland, “User Guide on Process Integration for the Efficient Use of Energy,” Rugby, IChemE, 1982 【3】 SUPERTARGET, User’s Guide, Linnhoff March Ltd., Houston, Texas, USA, 2000 【4】 Aspentech, ASPEN PLUS Version 11.1, Aspen Technology, Inc. 【5】 Gundersen , T. and L. Naess, “The Synthesis of Cost Optimal Heat Exchanger Networks,” Computers & Chem. Engng., Vol. 12, No. 6, 503-530, 1988 【6】 Linnhoff, B., “Pinch Analysis – A State-of-the-Art Overview,” Trans. IChemE.,Vol.71, Part A, 503-522, September , 1993 【7】 Jezowski, J., “Heat Exchanger Network Grassroot and Retrofit Design. The Review of The State-of-the-Art: Part I. Heat Exchanger Network Targeting and Insight Based Methods of Synthesis,” Ind. Chem., Vol. 4, 279-294, 1994. 【8】 Linnhoff, B. and E. Hindmarsh, “The Pinch Design Method of Heat Exchanger Networks,” Chemical Engineering Science, 38-43, 1991. 【9】 Linnhoff, B. and J. R. Flower, “Synthesis of Heat Exchanger Networks : I .Systematic Generation of Energy Optimal Networks,” AIChE J., Vol. 24, 633-642, 1978. 【10】 Linnhoff, B. and J. R. Flower, “Flower,Synthesis of Heat Exchanger Networks : II .Systematic Generation of Energy Optimal Networks,” AIChE J., Vol. 24, 633-642, 1978 【11】 Fredenslund, A., Jones, R. L. and Prausnitz, J. M., “Group- Contribution Estimation of Activity Coefficients in Nonideal Liquid Mixtures,” AIChE J., 21, No. 61, 1975. 【12】 Ozone Secretariat United Nations Environment Programme, The Montreal Protocol, UNON, Kenya, 2000 【13】 李文興、陳澤興, “R407C冷凍系統性能提升之探討,” 經濟部能源節約技術報導, 49期, http://www.ecct.org.tw/print/49_2.htm 【14】 陳宗民, “談冷媒,” 中國冷凍空調雜誌, 1993, P.61-63 【15】 張鈺炯, “新冷媒與變頻壓縮機的技術發展現況,” 中國冷凍空調雜誌, P.73-83, 1998 【16】 京都議定書, 東京, 1997 【17】 Smith, R., Chemical Process Design, McGraw-Hill, New York, USA, 160-170, 1995 【18】 Seider Warren D., J. D. Seader and Daniel R. Lewin, Product and Process Design Principles, 2th Edition, John Wiley and Sons, USA, 2004 |
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