Formalization of the non-linear programming for the configuration of the heat exchange system in column apparatuses of the petrochemical industry with minimum costs

• Autorzy: Malikov Rauf Kh. , Abbasov Natiq M. , Rahimova Mahluqa S. , Ahmadov Alihikmat A.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2023.12.06

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie programowania nieliniowego dla konfiguracji systemu wymiany ciepła w aparatach kolumnowych przemysłu petrochemicznego przy minimalnych kosztach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

For increasing the efficiency of heat transfer processes, the layer-by-layer concept of arrangement of various types of packings in column apparatuses is considered. The results of hydraulic tests of a dry and irrigated cell packing, as well as individual hydraulic tests of a mesh packing, are presented. Methods and algorithms for solving linear programming problems under “uncertainty” conditions were considered. However, in some areas of science it is often difficult or impossible to formalize the problem in an appropriate way and reduce it to a linear programming problem. In this paper, methods for solving non-linear programming problems with a vector objective function are considered. At present, the use of non-linear programming in the vast majority of real situations is reduced to linear approximation models. Along with this, at a significant non-linearity, due to its specificity or influence on the nature of the model, it is necessary to apply optimization methods that are much more complex than, for example, the simplex method. However, the importance of non-linear programming is constantly increasing. This is due to the rapidly growing knowledge of managers and specialists in the use of mathematical models designed to prepare solutions, as well as the increasing availability of computer programs for solving large-scale nonlinear problems. The analysis and studies of the hydrodynamics of a number of regular packings have shown that cell and mesh packings are promising for the implementation of the phase inversion mode. The proposed concept of intensifying heat transfer processes in column apparatuses is based on the use of layers of various packings arranged in the following order in the apparatus, type 1 – cell, type 2 – mesh. At the same time, their main geometric characteristics differ significantly from each other. However, the structure of the bulk packing is inhomogeneous, which makes it difficult to implement a stable mode of local phase inversion under these conditions. This is due to the structure of column apparatuses with bulk packing, in which there is an increased proportion of pores (porosity) near the walls of the apparatus. Porosity is very significant; it can reach up to 40%, and as a result, the local velocity near the walls exceeds the velocity in the centre of the apparatus by up to 70%. By contrast, the use of regular packing structures makes this potentially highly efficient mode technically possible.

PL

W celu zwiększenia efektywności procesów wymiany ciepła rozważa się koncepcję warstwowego rozmieszczenia różnego rodzaju pakietów w aparatach kolumnowych, warstwa po warstwie. Przedstawiono wyniki badań hydraulicznych suchego i nawodnionego upakowania komórkowego oraz indywidualne badania hydrauliczne upakowania sieciowego. Uwzględniono metody i algorytmy dla rozwiązywania problemów programowania liniowego w warunkach „niepewności”. Jednakże, w niektórych dziedzinach nauki często trudne lub niemożliwe jest sformalizowanie problemu w odpowiedni sposób i zredukowanie go do problemu programowania liniowego. W niniejszym artykule uwzględniono metody rozwiązywania problemów programowania nieliniowego z wektorową funkcją celu. Zastosowanie programowania nieliniowego w znacznej większości rzeczywistych sytuacji jest obecnie zredukowane do modeli aproksymacji liniowej. Wraz z tym, przy znaczącej nieliniowości, ze względu na jej specyfikę lub wpływ na charakter modelu, konieczne jest zastosowanie metod optymizacji, które są o wiele bardziej złożone niż na przykład metoda sympleksów. Jednakże, znaczenie programowania nieliniowego stale rośnie. Wynika to z szybko rosnącej wiedzy kadry zarządzającej i specjalistów od stosowania modeli matematycznych zaprojektowanych do przygotowywania rozwiązań, jak również zwiększającą się dostępnością programów komputerowych do rozwiązywania wielkoskalowych problemów nieliniowych. Analiza i badania hydrodynamiki pewnej liczby upakowań regularnych pokazały, że upakowania komórkowe i sieciowe są obiecujące dla realizacji trybu odwrócenia fazy. Zaproponowana koncepcja zintensyfikowania procesów wymiany ciepła w aparatach kolumnowych oparta jest o zastosowanie warstw różnych upakowań ułożonych w następującej kolejności w aparacie: typ 1 – komórka, typ 2 – sieć. Jednocześnie ich główne cechy geometryczne znacznie różnią się od siebie. Jednakże, struktura upakowania luźnego jest niejednorodna, co utrudnia realizację stabilnego trybu lokalnego odwrócenia fazy w tych warunkach. Jest to spowodowane strukturą aparatów kolumnowych z upakowaniem luźnym, w których blisko ścian aparatu istnieje zwiększony udział porów (porowatość). Porowatość jest bardzo znacząca; może sięgać do 40%, a w efekcie lokalna prędkość blisko ścian przekracza prędkość w środku aparatu o wartość do 70%. Dla odmiany, zastosowanie regularnych struktur upakowania czyni ten potencjalnie wysoce wydajny tryb technicznie możliwym.

Słowa kluczowe

EN

cell packing; mesh packing; column apparatus; non-linear programming; heat transfer

PL

upakowanie komórkowe; upakowanie sieciowe; aparat kolumnowy; programowanie nieliniowe; przekazywanie ciepła

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 79, nr 12
• Strony: 804--808
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Malikov Rauf Kh.

• Azerbaijan State Oil and Industry University

autor

Abbasov Natiq M.

• Azerbaijan State Oil and Industry University

autor

Rahimova Mahluqa S.

• Azerbaijan State Oil and Industry University

autor

Ahmadov Alihikmat A.

• Azerbaijan State Oil and Industry University

Bibliografia

• Abbasov N.M., Zeynalov R.I., Azizova O.M., Imranova S.N., 2006. Dynamic models of heat exchangers. Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 42(1): 25–29. DOI: 10.1007/s10553-006-0022-2.
• Aslanov J.N., Huseynli Z.S., Abbasov N.M., Sharifova A.V., 2022. Durability study of specialized sealing elements. International Journal on Technical and Physical Problems of Engineering,14(3): 8–13.
• Chizh K.V., Pushnov A.S., Berengarten M.G., 2014. The structure of stacking of mini-ring packings in column apparatuses. Chemical and Oil and Gas Engineering, 4: 23–26
• Habibov I., Sadigova T.Y, Abasova S.M., 2022. Assessment of the effect of ferromagnetic liquids on oil recovery of bituminous sands. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(6(117): 47–52. DOI: 10.15587/1729-4061.2022.257104.
• Kagan A.M., Laptev A.G., Pushnov A.S., Farakhov M.I. (eds.), 2013, Contact packings of industrial heat exchangers Monograph. Fatherland, Kazan, 454.
• Memedlyaev Z.N., 1994. Hydrodynamics and mass transfer in apparatuses with self-organizing flows. Abstract of the dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences (IGIC RAS), Moscow.
• Moskalik V.M., 1994. Hydrodynamics and mass transfer in packing apparatus with pulsating liquid supply. Abstract of the Ph.D dissertation. RAS IONKh, N.S. Kurnakova, 9.
• Papoulias S.A., Grossman I.E., 1983. A Structural Optimization Approach in Process Synthesis. Part II: Heat Recovery Networks. Computers & Chemical Engineering, 7(6): 707–721. DOI:10.1016/0098-1354(83)85023-6.
• Sokol B.A., Chernyshev A.K., Baranov D.A., Berengarten M.G., Levin B.V. (eds.), 2009. Packings of mass transfer columns. Infokhim LLC, 358.
• Timonin A.S., Baldin B.G., V.Ya. Borshev, Yu.I. Gusev, 2014. Chemical production machines and apparatus. Noosphere Publishing House, Kaluga: 1–856.
• Vaganov A.A., 2011. Improvement of a regular mesh packing for the water cooling process in cooling towers. Abstract of the dissertation Ph.D. MSUIE, 16.
• Wood R.M., Wilcox R.J., Grossman I.E., 1985. A Note on the Minimum Number of Units for Heat Exchanger Network Synthesis. Chemical Engineering Communica

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).