Global optimization for the design of shell and tube horizontal thermosyphon reboiler

传热系数 热交换器 尺寸 传热 机械工程 管壳式换热器 工程类 再沸器 聚光镜(光学) 压力降 计算机科学 机械 化学 光源 物理 有机化学 光学
作者
Zekun Yang,Chenguang Zhu,Ye Ji,Chenglin Chang,Nan Zhang,Robin Smith
出处
期刊:Energy [Elsevier BV]
卷期号:296: 131075-131075 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.energy.2024.131075
摘要

Shell and tube horizontal thermosyphon reboilers (STHTs) find wide applications in the process industry particularly due to their inherent advantages in handling large duties, high viscosity fluids and low fouled susceptibility. However, current design commercial packages suffer from obvious limitations including extensive user manipulations, trial-and-error necessity, increased human factor influence. To overcome these limitations, we develop in this work a rigorous MINLP model for STHT sizing, by achieving automated selection of detailed exchanger geometries with optimal overall heat transfer coefficient. The corrected minimum cross-flow area in shell-side is incorporated to accommodate full cross-flow patterns in tube bundle, thus handling popular service of X shell without baffle construction. A dependable convective boiling heat transfer model is proposed to obtain the shell-side heat transfer coefficient, validated with Aspen EDR. The critical variable, heat flux, which affects nucleate boiling heat transfer performance, is optimized through a simultaneous equation-solving process using a global solver, reducing excessive unit overdesign. Pressure balance between STHT and distillation column is fully considered by a proposed optimization model incorporating pressure drop and pipe sizing. By employing global optimization techniques and automating the design process, this innovative approach minimizes manual adjustments and provides more accurate and cost-effective designs.
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