سنتز شبکۀ تبادلگر‌های حرارتی با استفاده از ترکیب یک الگوریتم اکتشافی با یک الگوریتم قطعی

نویسندگان

1 انرژی اتمی ایران

2 دانشگاه خلیج فارس بوشهر

چکیده

یکی از مسائل مهمی که در بهینه کردن هزینه‌های یک فرایند نقش عمده‌ای دارد، بهینه کردن میزان مصرف واحد پشتیبانی (بخار و آب سرد) است. با این هدف شبکۀ تبادلگر‌های حرارتی در یک فرایند مورد بررسی قرار می‌گیرد. برای این منظور از دیرباز روش‌های متعددی ارائه شده که مهم‌ترین آن‌ها روش پینچ است. الگوریتم‌های اکتشافی نیز اخیراً برای این هدف مورد استفادۀ زیادی قرار گرفته‌اند. در این پژوهش، ترکیب الگوریتم تصادفی اجتماع مورچگان و یک الگوریتم قطعی برای پیدا کردن شبکۀ تبادلگر‌های حرارتی بهینه ارائه شده است. الگوریتم اجتماع مورچگان از ابتدا به‌منظور بهینه‌سازی مسائل گسسته معرفی شد و در این پژوهش نیز از آن در همین جهت استفاده شده است. برای به اثبات رساندن کارایی روش ارائه‌شده دو مسئلۀ نمونه مورد بررسی قرار گرفته‌اند‌ و نتایج به‌دست‌آمده توسط الگوریتم پیشنهادی با داده‌های مقالات مقایسه شده است.

کلیدواژه‌ها


[1] Linnhoff, B., Hindmarsh, E., "The Pinch Design Method for Heat Exchanger Networks", Chemical Engineering Science, Vol. 38, pp. 745-763, 1983. [2] Smith, R. M., "Chemical Process: Design and Integration", John Wiley & Sons, 2005. [3] Floudas, C. A., Ciric, A. R., Grossmann, I. E., "Automatic Synthesis of Optimum Heat Exchanger Network Configurations", AIChE Journal, Vol. 32, pp. 276-290, 1986. [4] Pouransari, N., Maréchal, F., "Heat Exchanger Network Design of Large-Scale Industrial Site with Layout Inspired Constraints", Computers & Chemical Engineering, Vol. 71, pp. 426-445, 2014. [5] Adjiman, C. S., Androulakis, I. P., Floudas, C. A., "Global Optimization of Mixed-Integer Nonlinear Problems", AIChE Journal, Vol. 46, pp. 1769-1797, 2000. [6] Onishi, V. C., Ravagnani, M., Caballero, J., "MINLP Model for the Synthesis of Heat Exchanger Networks with Handling Pressure of Process Streams", Comput Aided Chem Eng, Vol. 33, pp. 163-168, 2014. [7] Lewin, D. R., "A Generalized Method for HEN Synthesis Using Stochastic Optimization — II.: The Synthesis of Cost-Optimal Networks", Computers & Chemical Engineering, Vol. 22, pp. 1387-1405, 1998. [8] Lewin, D. R., Wang, H., Shalev, O., "A Generalized Method for HEN Synthesis Using Stochastic Optimization – I. General Framework and MER Optimal Synthesis", Computers & Chemical Engineering, Vol. 22, pp. 1503-1513, 1998. [9] Ravagnani, M. A. S. S., Silva, A. P., Arroyo, P. A., Constantino, A. A., "Heat Exchanger Network Synthesis and Optimisation Using Genetic Algorithm", Applied Thermal Engineering, Vol. 25, pp. 1003-1017, 2005. [10] Athier, G., Floquet, P., Pibouleau, L., Domenech, S., "A Mixed Method for Retrofiting Heat-Exchanger Networks", Computers & Chemical Engineering, Vol. 22, Supplement 1, pp. S505-S511, 1998. [11] Peng, F., Cui, G., "Efficient Simultaneous Synthesis for Heat Exchanger Network with Simulated Annealing Algorithm", Applied Thermal Engineering, Vol. 78, pp. 136-149, 2015. [12] Lin, B., Miller, D. C., "Solving Heat Exchanger Network Synthesis Problems with Tabu Search", Computers & Chemical Engineering, Vol. 28, pp. 1451-1464, 2004. [13] Mohanraj, M., Jayaraj, S., Muraleedharan, C., "Applications of Artificial Neural Networks for Thermal Analysis of Heat Exchangers–A Review", International Journal of Thermal Sciences, Vol. 90, pp. 150-172, 2015. [14] Chunfeng, W., Xin, Z., "Ants Foraging Mechanism in the Design of Multiproduct Batch Chemical Process", Industrial & engineering chemistry research, Vol. 41, pp. 6678-6686, 2002. [15] Van Ast, J., Babuška, R., De Schutter, B., "Ant Colony Optimization for Optimal Control", IEEE World Congress on Computational Intelligence, pp. 2040-2046, 2008. [16] Papadopoulos, A. I., Linke, P., "On the Synthesis and Optimization of Liquid–Liquid Extraction Processes Using Stochastic Search Methods", Computers & Chemical Engineering, Vol. 28, pp. 2391-2406, 2004. [17] Chebouba, A., Yalaoui, F., Smati, A., Amodeo, L., Younsi, K., Tairi, A., "Optimization of Natural Gas Pipeline Transportation Using Ant Colony Optimization", Computers & Operations Research, Vol. 36, pp. 1916-1923, 2009. [18] Dorigo, M., Caro, G. D., "The Ant Colony Optimization Meta-Heuristic", in New ideas in optimization, C. David, D. Marco, G. Fred, D. Dipankar, M. Pablo, P. Riccardo, et al., Eds., ed: McGraw-Hill Ltd., UK, pp. 11-32, 1999. [19] Ahmad, S., "Heat Exchanger Networks: Cost Tradeoffs in Energy and Capital", University of Manchester Institute of Science and Technology (UMIST), 1985. [20] Nielsen, J. S., Hansen, M. W., bay Joergensen, S., "Heat Exchanger Network Modelling Framework for Optimal Design and Retrofitting", Computers & chemical engineering, Vol. 20, pp. S249-S254, 1996. [21] Khorasany, R. M., Fesanghary, M., "A Novel Approach for Synthesis of Cost-Optimal Heat Exchanger Networks", Computers & Chemical Engineering, Vol. 33, pp. 1363-1370, 2009. [22] Ravagnani, M., Silva, A., Arroyo, P., Constantino, A., "Heat Exchanger Network Synthesis and Optimisation Using Genetic Algorithm", Applied Thermal Engineering, Vol. 25, pp. 1003-1017, 2005. [23] Yerramsetty, K. M., Murty, C., "Synthesis of Cost-Optimal Heat Exchanger Networks Using Differential Evolution", Computers & Chemical Engineering, Vol. 32, pp. 1861-1876, 2008.