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Heat and Power Integration: Process Synthesis, Simulation, and Optimization Techniques

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lance-kent
24 diapositives · 403 Views · Nov 07, 2014

This lab lecture by Dr. Mario Richard discusses the processes involved in heat and power integration, focusing on thermodynamic principles and system design methodologies. Examples are provided to illustrate the design of Minimal Energy Requirement (MER) networks under specified temperature differentials (ΔTmin). The lecture covers techniques such as the enthalpy cascade diagrams and heat exchanger network (HEN) grid diagrams to optimize thermal energy utilization in chemical engineering processes. Ideal for students and professionals looking to deepen their understanding of process synthesis and optimization.

Heat and Power Integration: Process Synthesis, Simulation, and Optimization Techniques - slide 1
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  1. Heat and Power Integration CHEN 4460 – Process Synthesis, Simulation and Optimization Dr. Mario Richard EdenDepartment of Chemical EngineeringAuburn University Lab Lecture No. 6 – Heat and Power Integration November 6, 2012

  2. Example 1 • Given the stream information below, design the MER network Tmin = 10 oC

  3. Example 1 – Solution Tmin = 10 oC Temperature Driving ForceTH-ΔT

  4. Example 1 – Solution Tmin = 10 oC Temperature Driving ForceTH-ΔT

  5. Example 1 – Solution Tmin = 10 oC Temperature Driving ForceTH-ΔT

  6. Example 1 – Solution Tmin = 10 oC Temperature Driving ForceTH-ΔT

  7. Example 1 – Solution Tmin = 10 oC Temperature Driving ForceTH-ΔT

  8. Example 1 – Solution • Enthalpy Cascade Diagram T Cold pinch : 140 QH min : 60 QC min: 225

  9. Cp 150oC 150oC 180oC 1 40oC 2 150oC 150oC 150oC 2 40oC 4 140oC 140oC 180oC 3 60oC 3 140oC 140oC 105oC 4 30oC 2.6 Example 1 – Solution • HEN Grid Diagram T Cold pinch : 140 QH min : 60 QC min: 225

  10. Example 1 – Solution • HEN Grid Diagram Cp 150oC 150oC 180oC 1 40oC 2 150oC 150oC 150oC 2 40oC 4 140oC 140oC 180oC 3 60oC 3 140oC 105oC 105oC 4 30oC 2.6 T Cold pinch : 140 QH min : 60 QC min: 225

  11. 60 kW 60 kW H Example 1 – Solution • HEN Grid Diagram Cp  150oC 150oC 180oC 1 40oC 2 150oC 150oC 150oC 2 40oC 4  160oC 140oC 140oC 180oC 3 60oC 3 140oC 105oC 105oC 4 30oC 2.6 T Cold pinch : 140 QH min : 60 QC min: 225 

  12. 25 kW C 240 kW 200 kW C 195 kW Example 1 – Solution • HEN Grid Diagram Cp 60 kW 52.5oC   150oC 150oC 180oC 1 40oC 2  150oC 150oC 90oC 150oC 2 40oC 4 60 kW   160oC 140oC 140oC 180oC H 3 60oC 3  140oC 105oC 105oC 4 30oC 2.6 T Cold pinch : 140 QH min : 60 QC min: 225  

  13. Example 2 • Given the stream information below, design the MER network Tmin = 10 oC

  14. Example 2 – Solution Tmin = 10 oC Temperature Driving ForceTH-ΔT

  15. Example 2 – Solution Tmin = 10 oC Temperature Driving ForceTH-ΔT

  16. Example 2 – Solution Tmin = 10 oC Temperature Driving ForceTH-ΔT

  17. Example 2 – Solution Tmin = 10 oC Temperature Driving ForceTH-ΔT

  18. Example 2 – Solution Tmin = 10 oC Temperature Driving ForceTH-ΔT

  19. Example 2 – Solution • Temperature Interval Diagram

  20. Example 2 – Solution • Enthalpy Cascade Diagram T Cold pinch : 80 QH min : 80 QC min: 50

  21. Example 2 – Solution • HEN Grid Diagram Cp 90oC 90oC 180oC 1 60oC 3 90oC 90oC 150oC 2 30oC 1 80oC 80oC 135oC 3 30oC 2 80oC 80oC 140oC 4 80oC 5 T Cold pinch : 80 QH min : 80 QC min: 50

  22. Example 2 – Solution • HEN Grid Diagram Cp 90oC 90oC 180oC 1 60oC 3 90oC 90oC 150oC 2 30oC 1 80oC 80oC 135oC 3 30oC 2 80oC 80oC 140oC 4 80oC 5 T Cold pinch : 80 QH min : 80 QC min: 50

  23. 270 kW 60 kW 50 kW 30 kW H H Example 2 – Solution • HEN Grid Diagram Cp  90oC 90oC 180oC 1 60oC 3  90oC 90oC 150oC 2 30oC 1  110oC 80oC 80oC 135oC 3 30oC 2 134oC  80oC 80oC 140oC 4 80oC 5 T Cold pinch : 80 QH min : 80 QC min: 50 

  24. 270 kW 90 kW 60 kW 10 kW 50 kW 50 kW 30 kW H C H Example 2 – Solution • HEN Grid Diagram Cp   90oC 90oC 180oC 1 60oC 3  80oC  90oC 90oC 150oC 2 30oC 1  35oC 110oC  80oC 80oC 135oC 3 30oC 2 134oC  80oC 80oC 140oC 4 80oC 5 T Cold pinch : 80 QH min : 80 QC min: 50  