rteü-femüd Recep Tayyip Erdogan University Journal of Science and Engineering 2687-2315 2757-7686 Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi 10.53501/rteufemud.1471516 Energy Generation, Conversion and Storage (Excl. Chemical and Electrical) Enerji Üretimi, Dönüşüm ve Depolama (Kimyasal ve Elektiksel hariç) Bir Gaz Temizleme Prosesinde Isı Değiştiricilerin Darboğaz Yöntemi ile Verimlilik Analizi https://orcid.org/0000-0002-3244-2829 Üresin Ersin TÜBİTAK MARMARA ARAŞTIRMA MERKEZİ 06 30 2025 6 1 32 50 04 27 2024 11 18 2024 Copyright © 2020, Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi 2020 Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi

Bu çalışma, proseslerde yer alan ısıtma ve soğutma kaynaklarının daha verimli kullanılabilirliği üzerine yapılmış olup, farklı işletme şartlarına göre elde edilen sonuçların karşılaştırılmasından yararlanılarak gerçekleştirilmiştir. Darboğaz yöntemi, ısı ağlarının oluşturularak, eşleştirmeler sonucu minimum ısıtma ve soğutma yüklerinin belirlenebildiği teknik analizlerden biridir. Bu nedenle, özellikle endüstriyel proseslerde enerji tüketiminin en aza indirilmesi bakımından ısı değitiricilerin verimli kullanılması oldukça önemlidir. Bu durum, çevre kalitesini arttırmanın yanı sıra, endüstride finansal güvenliği ve maliyet bakımından kazancı olumlu yönden etkilemektedir. Mevcut sistemde darboğaz yönteminin ısıtma bakımından % 95,75 sağladığı görülmüştür. Mevcut işletme şartlarının değiştirilerek darboğaz yönteminin yanında, parametrik değişimlerin de etkileri de incelenmiştir. Sıcaklık farklarının 0 ℃, 10 ℃, 20 ℃ ve 25 ℃ alındığı çalışmalarda, mevcut duruma göre sıcaklık farkı arttıkça verimin % 6-14 arasında azaldığı belirlenmiştir. Diğer taraftan, proseste debi değişiminin etkileri de araştırılmış olup, vaka çalışmasında prosesteki azot debisi %5, %10 ve %20 oranlarında azaltılmıştır. Debinin azaltılması ile, mevcut duruma göre ısıtma ve soğutma güçlerinin azaldığı ve verimin % 0,1-1,0 arasında arttığı tespit edilmiştir.

 Darboğaz yöntemi Endüstriyel prosesler Isı değiştiriciler Darboğaz noktası Isı entegrasyonu Alhajri, İ.H., Gadalla, M.A., Abdelaziz, O.Y., Ashour, F.H. (2021). Retrofit of heat exchanger networks by graphical pinch analysis-a case study of a crude oil refinery in Kuwait. Case Study In Thermal Engineering, 26, 101030. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101030 Ali, E., Wazeer, I., Almutlaq, A., Rallapalli, J., Kali, M.K.H. (2022). Retrofitting heat exchanger network of industrial ethylene glycol plant using heat integration based on pinch analysis. Polish Journal of Chemical Technology, 24, 8-20. https://doi.org/10.2478/pjct-2022-0009 Bonhivers, J.C., Moussavi, A., Hackl, R., Sorin, M., Stuart, P.R. (2019). Improving the network pinch approach for heat exchanger network retrofit with bridge analysis. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 97, 687-696. https://doi.org/10.1002/cjce.23422 Castrillon, L.C., Leon, J.A., Bereche, M.C.P., Bereche, R.P., Nebra, S.A. (2018). Improvements in fermentation and cogeneration system in the ethanol production process: Hybrid membrane fermentation and heat integration of the overall process through pinch analysis. Energy, 156, 468-480. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.05.092 Chen, S., Xu, J., Dong, X., Zhang, H., Gao, Q., Tan, C. (2018). Pinch point analysis of heat exchange for liquid nature gas (LNG) cryogenic energy using in air seperation unit. International Journal of Refrigeration, 90, 264-276. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2017.12.015 Gadalla, M.A. (2015). A new graphical method for pinch analysis applications: Heat exchanger network retrofit and energy integration. Energy, 81, 159-174. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.12.011 Ghannadzadeh, A. ve Sadeqzadeh, M. (2017). Combined pinch and exergy analysis of an ethylene oxide production process to boost energy efficiency toward environmental sustainability. Clean Technologies and Environmental Policy, 19, 2145-2160. https://doi.org/10.1007/s10098-017-1402-5 Guizzi, G.L., Manno, M., Tolomei, L.M., Vitali, R.M. (2015). Thermodynamic analysis of a liquid air energy storage system. Energy, 93, 1639-1647. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2015.10.030 Hamsani, M.N., Walmsley, T.G., Liew, P.Y., Alwi, S.R.W. (2018). Combined pinch and exergy numerical analysis for low temperature heat exchanger network. Energy, 153, 100-112. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.04.023 Han, T., Wang, C., Zhu, C., Che, D. (2018). Optimization of waste heat recovery power generation system for cement plant by combining pinch and exergy analysis methods. Applied Thermal Engineering, 140, 334-340. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.05.039 Khan, S. ve Riverol, C. (2007). Performance of a pinch analysis for the process of recovery of ethanol from fermentation. Chemical Engineering Technology, 30, 1328-1339. https://doi.org/10.1002/ceat.200700183 Kim, Y., Lim, J., Shim. J.Y., Hong, S., Lee, H., Cho, H. (2022). Optimization of heat exchanger network via pinch analysis in heat pump-assisted textile industry wastewater heat recovery system. Energies, 15, 2-16. https://doi.org/10.3390/en15093090 Kong, L., Avadiappan, V., Huang, K., Maravelias, C.T. (2017). Simultaneous chemical process synthesis and heat integration with unclassifed hot/cold process streams. Computers and Chemical Engineering, 101, 210-225. https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2017.02.024 Konur, O., Saatçioğlu, O.Y., Korkmaz, S.A., Erdoğan A., Colpan, C.O. (2020). Heat exchanger network design of an organic rankine cycle integrated waste heat recovery system of a marine vessel using pinch point analysis. International Journal of Energy Research, 44, 12312-12328. https://doi.org/10.1002/er.5212 Ladislav, V., Vaclav, D., Ondrej, B., Vaclav, N. (2016). Pinch point analysis of heat exchanges for supercritical gaseous admixtures in CCS systems. Energy Procedia, 86, 489-499. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2016.01.050 Miseviciüte, V., Motuziene, V., Valancius, K. (2018). The application of the pinch method for the analysis of the heat exchangers network in a ventilation system of a building. Applied Thermal Engineering, 129, 772-781. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.10.051 Mrayed, S., Shams, M.B., Khayyat, M.A., Alnoaimi, N. (2021). Application of pinch analysis to improve the heat integration efficiency in a crude distillation unit. Cleaner Engineering and Technology, 4, 100168. https://doi.org/10.1016/j.clet.2021.100168 Olsen, D., Abdelouadoud, Y., Liem, P., Wellig, B. (2017). The role of pinch analysis for industrial ORC integration. Energy Procedia, 129, 74-81. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.09.193 Pavao, L.V., Caballero, J.A., Ravagnani, M.A.S.S., Costa, C.B.B. (2020). A pinch-based method for defining pressure manipulation routes in work and heat exchange networks. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 131, 109989. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.109989 Pejpichestakul, W. ve Siemanond, K. (2013). Process heat integration between distillation columns for ethylene hydration process. Chemical Engineering Transactions, 35, 181-186. https://doi.org/10.3303/CET1335030 Ruyck, J.D., Lavric, V., Baetens, D., Plesu, V. (2003). Broadening the capabilities of pinch analysis through virtual heat exchanger networks. Energy Conversion and Management, 44, 2321-2329. https://doi.org/10.1016/S0196-8904(02)00258-3 Sarkar, J. (2018). Generalized Pinch Point Design Method of Subcritical-Supercritical Organic Rankine Cycle For Maximum Heat Recovery. Energy, 143, 141-150. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.10.057 Temtamy S.A.E., Hamid, I., Gabr, E.M., Sayed, E.R. (2010). The use of pinch technology to reduce utility consumption in a natural gas processing plant. Petroleum Science and Technology, 28, 1316-1330. https://doi.org/10.1080/10916460902839248 Wang, B., Arsenyeva, O., Zeng, M., Klemes, J.J., Varbanov, P.S. (2022). An advanced grid diagram for heat exchanger network retrofit with detailed plate heat exchanger design. Energy, 248, 123485. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123485 Yong, J.Y., Varbanov, P.S., Klemes, J.J. (2015). Heat exchanger network retrofit supported by extended grid diagram and heat path development. Applied Thermal Engineering, 89, 1033-1045. http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.04.025 Zhi, K., Wang, B., Guo, L., Chen, Y., Wei, L., Oclon, P., Wang, J., Chen, Y., Tao, H., Li, X., Varbanov, P.S. (2024). Graphical pinch analysis-based method for heat exchanger networks retrofit of a residuum hydrogenation process. Energy, 299, 131538. https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.131538