Static Simulation of Heat Exchanger Circuit of Cumene Production

Abstract

A Heat Exchanger is device which realises thermal internal energy between two or more liquid, solid or liquid or solid particles and fluids without heat and occupation input outside. According to usage purposes heat exchangers may be in various constructions, capacity, size and types. Heat exchangers used for intentional heat recovery have an important situation of investment cost in industrial organizations. Therefore it should be considered quite while heat exchanger selected or heat exchanger circuits designed and it is required to designing correct heat exchanger or an effective heat exchanger network. In this study, it is made of static simulation that heat exchanger network which is found in a cumene production plant. By coordinates of hot and cold flows which enters to circuit and goes output from circuit are defined with matrix equations that temperature distributions in network and temperatures output network are obtained in high accuracy without to recourse iteration, specific software and hardware. In consequence of simulation the temperatures belonging to hot and cold flow passed from each cell in the heat exchanger network are obtained to coincide with the operating conditions in intrinsic accuracy. In addition thereby the temperature distribution within the circuit of the heat exchanger are obtained, following static state of circuit is provided.

Keywords

• Static simulation, heat exchangers, heat exchanger networks, cumene production

Kümen Üretim Tesisi Isı Değiştiricisi Devresinin Statik Simülasyonu

Abstract

Bir ısı değiştiricisi, iki veya daha fazla sıvı arasındaki, katı veya sıvı arasındaki veya katı parçacıklar ve akışkan arasındaki termal iç enerjisini dışarıdan ısı ve iş girişi olmaksızın gerçekleştiren cihazlardır. Isı değiştiricileri kullanım amaçlarına göre değişik konstrüksiyonlarda, kapasitelerde, boyutlarda ve tiplerde olabilmektedirler. Isı geri kazanım amaçlı kullanılan ısı değiştiricileri sanayi kuruluşlarında yatırım maliyetinde önemli bir yer tutmaktadır. Bu nedenle ısı değiştiricisi seçilirken veya ısı değiştiricisi devreleri tasarlanırken oldukça dikkat edilmeli ve ısı geri kazanımının maksimum olması için doğru ısı değiştiricisi veya efektif bir ısı değiştiricisi devresi tasarlanması gerekmektedir. Bu çalışmada, bir kümen üretim tesisinde bulunan ısı değiştiricisi devresinin statik simülasyonu yapılmıştır. Devreye giriş yapan ve devreden çıkış yapan sıcak ve soğuk akışların koordinatları matris denklemleriyle tanımlanarak devre içerisindeki sıcaklık dağılımları ve devre çıkışındaki sıcaklıklar iterasyona başvurulmadan, özel yazılım ve donanımlara başvurmaksızın yüksek bir doğrulukta elde edilmiştir. Simulasyon sonucunda ısı değiştiricisi devresindeki her bir hücreden geçen sıcak akış ve soğuk akışa ait sıcaklıklar işletme şartları ile örtüşecek şekilde tam doğrulukta elde edilmiştir. Ayrıca devre içerisindeki ısı değiştiricilerindeki sıcaklık dağılımları elde edilerek devrenin statik durumunun izlenmesi sağlanmıştır.

Keywords

• Statik Simülasyon, ısı değiştiriciler, ısı değiştirici devreleri, kümen üretimi

References

1. [1] Gül D, Giva A, Karacan S, Kümen Üretiminin Yapıldığı Tepkimeli Bir Damıtma Kolonunun Benzetimi, Onuncu Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi, 3-6 Eylül 2012, Koç Üniversitesi, İstanbul
2. [2] D. Gvozdenac (2012). Analytical Solution of Dynamic Response of Heat Exchanger, Heat Exchangers – Basics Design Applications, Dr. Jovan Mitrovic (Ed.), ISBN: 978-953-51-0278-6
3. [3] Varbanov, P., Klemeš, J. and Friedler, F., Cellbased dynamic heat exchanger models – direct determination of the cell number and size, Computers and Chemical Engineering, 35 (5): 943– 948 (2011).
4. [4] Wolf, E. A., Mathisan, K. W. and Skogestad, S., Dynamics and controllabity of heat exchanger networks, Europen Federation Chemical Engineerin Symposium Cope 91, Barcelona, 117-122 (1991)
5. [5] Boriboonsri, P. and Kittisupakorn, P., Study of dynamic behavior of heat exchanger system in hard chrome electroplating, Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists, Hong Kong, 1: 520-525 (2009).
6. [6] Schaal, L. and Feidt, M., Optimization of the dynamic behavior of a heat exchanger subject to fouling comparison of three optimization models, Int. J. Applied Thermodynamics, 2 (2): 89-96 (1999).
7. [7] Rennie, T. J., Numerical and experimental studies of a double-pipe helical heat exchanger, Doctor of Philosophy Thesis, Department of Bioresource Engineering, Montreal, 2, (2004).
8. [8] Evangelista, F., Dynamics of double pipe heat exchangers: explicit time domain solutions, Department of Chemistry, Chemical Engineering and Materials, Italy, 11: 271-278 (2011).

9. [9] Triratana, P., Narataruksa, P., Suppamassadu, K. P., Heggs, P. J. and Tia, S., Dynamic simulation of plate and frame heat exchanger undergoing food fouling: coconut milk fouling case study, ScienceASia, 34 (2008): 22-237 (2008).
10. [10] Lou, X., Guan X., Li, M. and Roetzel, W., Dynamic behaviour of one-dimensional flow multistream heat exchangers and their networks, International Journal of Heat and Mass Transfer, 46 (4): 705–715 (2003).
11. [11] Strelow, O., Eine allgemeine Berechnungsmethode für Wärmeübertrager Shaltungen, Forch Ingenieurwes, 63 (1997): 255- 261 (1997).
12. [12] Navarro, H. A. and Cabezas-Gómez, L. C., Effectiveness-Ntu computation with a mathematical model for cross-flow heat exchangers, Brazilian Journal of Chemical Engineering, 24 (4): 509 – 521 (2007)
13. [13] Strelow, O., A general calculation method for plate heat exchangers, Int. J. Therm. Sci., 39 (6): 645–658 (1999).
14. [14] Hydrocarbon Processing, March 1991, p.121- 192 (U.S. Gulf Coast).