گروه:
گروه صنایع غذایی و تبدیلی
مجری(های) طرح (داخل پژوهشکده):
تاریخ شروع:
1395
تاریخ خاتمه:
1399
وضعیت:
خاتمه یافته
محل تامین اعتبار:
سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران
تقطیر بدون شک متداولترین فرایند جداسازی مورد استفاده در صنایع شیمیایی میباشد. اگر چه تقطیر یک فرایند بالغ محسوب میشود اما باید در نظر داشت که با مصرف زیاد انرژی همراه است. بر اساس گزارشها تقطیر به تنهایی 40 درصد انرژی مورد استفاده در صنایع شیمیایی را در دنیا مصرف میکند. تقطیر حدود 95 درصد فرایندهای جداسازی مایع و گاز را در صنایع شیمیایی به خود اختصاص داده است. میزان مصرف انرژی برجهای تقطیر در دنیا 3 درصد مصرف انرژی دنیا تخمین زده میشود. کاربرد آرایشهای پیچیده ستون تقطیر میتواند منجر به صرفهجویی اساسی در مصرف انرژی گردد. از این میان سیستم DWC برای جداسازی مخلوطهای سه یا چند جزئی یکی از جذابترین روشها میباشد. زیرا این روش میتواند منجر به صرفهجویی اساسی در هر دو مصرف انرژی و هزینه سرمایه گذاری گردد.
گزارش حاضر شامل فعالیتهای انجام گرفته در زمینه طراحی، شبیه سازی، ساخت و راه اندازی یک واحد تقطیر DWC به منظور ارتقاء راندمان انرژی میباشد. این گزارش شامل هشت فصل است. فصل اول و دوم به ترتیب شامل مقدمه و کلیات مربوط به سیستم DWC میباشد. فصل سوم به موضوع برجهای پرشده و قسمتهای مختلف و نکات مهم طراحی آن اختصاص داده شده است. فصل چهارم شامل پیشینه تحقیق میباشد. در فصل پنجم مدلسازی برجهای تقطیر شرح داده شده است. فصل ششم به فعالیتهای مربوط به ساخت و راه اندازی سیستم DWC در این پروژه اختصاص یافته است. در فصل هفتم نتایج حاصل از این تحقیق ارائه شده است. در فصل هشتم نیز جمعبندي، نتيجهگيري و پیشنهادات ارائه شده است.
فعالیتهای صورت گرفته در این تحقیق به دو قسمت شبیه سازی و تجربی تقسیم شده است. خوراک مورد بررسی شامل سه جزء متانول، 2-پروپانول و نرمال بوتانول است. در قسمت شبیه سازی ابتدا شبیه سازی دو سیستم متداول شامل دو ستون و سه ستون تقطیر متداول به صورت shortcut و rigorous انجام گرفته است و شبیه سازی پارامترهای مختلف با استفاده از آنالیز حساسیت با هدف کاهش بار حرارتی ری بویلر و کندانسور صورت گرفته است. پارامترهای مورد بررسی به دو دسته پارامترهای ساختاری و پارامترهای فرایندی قابل تقسیم است. پارامترهای ساختاری شامل تعداد مراحل هر ستون، شماره مرحله ورود خوراک و شماره مرحله خروج محصول جانبی است. پارامترهای فرایندی شامل نسبت جریان برگشتی، نسبت تقسیم بخار و نسبت تقسیم مایع میباشد. همچنین برای شرایط بهینه سایزینگ ستونهای تقطیر انجام گرفته است.
در شرایط بهینه برای حالت اول شامل دو ستون تقطیر، مشخصات ستون اول (تعداد مراحل: 31 مرحله، مرحله خوراک: 17، نسبت جریان برگشتی: 95/1) و مشخصات ستون دوم (تعداد مراحل: 13، مرحله خوراک: 7، نسبت جریان برگشتی: 67/0) میباشد. برای حالت دوم شامل سه ستون تقطیر، مشخصات ستون اول (تعداد مراحل: 17، مرحله خوراک: 9، نسبت جریان برگشتی: 24/0)، مشخصات ستون دوم (تعداد مراحل: 34، مرحله خوراک: 20، نسبت جریان برگشتی: 76/1)، مشخصات ستون سوم (تعداد مراحل: 17، مرحله خوراک: 10، نسبت جریان برگشتی: 13/2) میباشد. برای شبیه سازی سیستم DWC از مدل شامل چهار برج شامل دو Absorber، یک Rectifier و یک Stripper و دو تقسیمکننده بخار و مایع استفاده شده است. در شرایط بهینه مشخصات Absorber1 (تعداد مراحل: 16، شماره مرحله خوراک: 8)، مشخصات Absorber2 (تعداد مراحل: 16، شماره مرحله محصول جانبی: 11)، مشخصات Rectifier (تعداد مراحل: 20، نسبت جریان برگشتی: 2)، مشخصات Stripper (تعداد مراحل: 6)، نسبت تقسیم مایع: 65/0و نسبت تقسیم بخار: 35/0 میباشد. نتایج نشان میدهد که سیستم DWC در مقایسه با سیستم متداول شامل دو ستون تقطیر دارای 95/19 درصد صرفه جویی برای بار حرارتی ری بویلر و 64/20 درصد صرفه جویی برای بار حرارتی کندانسور میباشد. همچنین در مقایسه با سیستم شامل سه ستون تقطیر دارای 37 درصد صرفه جویی بار حرارتی ریبویلر و 97/37 درصد صرفه جویی بار حرارتی کندانسور میباشد.
در قسمت تجربی یک سیستم DWC در مقیاس پایلوت در پژوهشکده فناوریهای شیمیایی ساخته، نصب و راه اندازی شده است. سیستم دارای چهار ستون شامل پیش تفکیک کننده، ستون محصول جانبی، ستون غنیسازی و ستون عاریسازی، تانک خوراک (شامل سیستم گرمایش)، ری بویلر، پرکن شیشهای، کندانسور، سنسورهای درجه حرارت، پمپهای پریستالتیک، استراکچر، لوله کشی و اتصالات لازم میباشد. قطر قسمتهای مختلف ستون 5 و 6 سانتی متر و طول آن با ریبویلر و متعلقات m 5 میباشد. ستون از قسمتهای مختلف با طول cm 50 تشکیل شده است که بتوان در صورت لزوم طول قسمتهای مختلف آن را تغییر داد. پرکن شیشهای مورد استفاده از جنس پیرکس و در ابعاد mm 7-4 میباشد. همچنین جنس بدنه ستون استنلس استیل 316 است. سیستم ابتدا با استفاده از آب راهاندازی گردید و مشکلات اجرایی سیستم برطرف گردید و سپس با استفاده از خوراک سه جزئی متانول، 2-پروپانول و n- بوتانول راهاندازی گردید.
گزارش حاضر شامل فعالیتهای انجام گرفته در زمینه طراحی، شبیه سازی، ساخت و راه اندازی یک واحد تقطیر DWC به منظور ارتقاء راندمان انرژی میباشد. این گزارش شامل هشت فصل است. فصل اول و دوم به ترتیب شامل مقدمه و کلیات مربوط به سیستم DWC میباشد. فصل سوم به موضوع برجهای پرشده و قسمتهای مختلف و نکات مهم طراحی آن اختصاص داده شده است. فصل چهارم شامل پیشینه تحقیق میباشد. در فصل پنجم مدلسازی برجهای تقطیر شرح داده شده است. فصل ششم به فعالیتهای مربوط به ساخت و راه اندازی سیستم DWC در این پروژه اختصاص یافته است. در فصل هفتم نتایج حاصل از این تحقیق ارائه شده است. در فصل هشتم نیز جمعبندي، نتيجهگيري و پیشنهادات ارائه شده است.
فعالیتهای صورت گرفته در این تحقیق به دو قسمت شبیه سازی و تجربی تقسیم شده است. خوراک مورد بررسی شامل سه جزء متانول، 2-پروپانول و نرمال بوتانول است. در قسمت شبیه سازی ابتدا شبیه سازی دو سیستم متداول شامل دو ستون و سه ستون تقطیر متداول به صورت shortcut و rigorous انجام گرفته است و شبیه سازی پارامترهای مختلف با استفاده از آنالیز حساسیت با هدف کاهش بار حرارتی ری بویلر و کندانسور صورت گرفته است. پارامترهای مورد بررسی به دو دسته پارامترهای ساختاری و پارامترهای فرایندی قابل تقسیم است. پارامترهای ساختاری شامل تعداد مراحل هر ستون، شماره مرحله ورود خوراک و شماره مرحله خروج محصول جانبی است. پارامترهای فرایندی شامل نسبت جریان برگشتی، نسبت تقسیم بخار و نسبت تقسیم مایع میباشد. همچنین برای شرایط بهینه سایزینگ ستونهای تقطیر انجام گرفته است.
در شرایط بهینه برای حالت اول شامل دو ستون تقطیر، مشخصات ستون اول (تعداد مراحل: 31 مرحله، مرحله خوراک: 17، نسبت جریان برگشتی: 95/1) و مشخصات ستون دوم (تعداد مراحل: 13، مرحله خوراک: 7، نسبت جریان برگشتی: 67/0) میباشد. برای حالت دوم شامل سه ستون تقطیر، مشخصات ستون اول (تعداد مراحل: 17، مرحله خوراک: 9، نسبت جریان برگشتی: 24/0)، مشخصات ستون دوم (تعداد مراحل: 34، مرحله خوراک: 20، نسبت جریان برگشتی: 76/1)، مشخصات ستون سوم (تعداد مراحل: 17، مرحله خوراک: 10، نسبت جریان برگشتی: 13/2) میباشد. برای شبیه سازی سیستم DWC از مدل شامل چهار برج شامل دو Absorber، یک Rectifier و یک Stripper و دو تقسیمکننده بخار و مایع استفاده شده است. در شرایط بهینه مشخصات Absorber1 (تعداد مراحل: 16، شماره مرحله خوراک: 8)، مشخصات Absorber2 (تعداد مراحل: 16، شماره مرحله محصول جانبی: 11)، مشخصات Rectifier (تعداد مراحل: 20، نسبت جریان برگشتی: 2)، مشخصات Stripper (تعداد مراحل: 6)، نسبت تقسیم مایع: 65/0و نسبت تقسیم بخار: 35/0 میباشد. نتایج نشان میدهد که سیستم DWC در مقایسه با سیستم متداول شامل دو ستون تقطیر دارای 95/19 درصد صرفه جویی برای بار حرارتی ری بویلر و 64/20 درصد صرفه جویی برای بار حرارتی کندانسور میباشد. همچنین در مقایسه با سیستم شامل سه ستون تقطیر دارای 37 درصد صرفه جویی بار حرارتی ریبویلر و 97/37 درصد صرفه جویی بار حرارتی کندانسور میباشد.
در قسمت تجربی یک سیستم DWC در مقیاس پایلوت در پژوهشکده فناوریهای شیمیایی ساخته، نصب و راه اندازی شده است. سیستم دارای چهار ستون شامل پیش تفکیک کننده، ستون محصول جانبی، ستون غنیسازی و ستون عاریسازی، تانک خوراک (شامل سیستم گرمایش)، ری بویلر، پرکن شیشهای، کندانسور، سنسورهای درجه حرارت، پمپهای پریستالتیک، استراکچر، لوله کشی و اتصالات لازم میباشد. قطر قسمتهای مختلف ستون 5 و 6 سانتی متر و طول آن با ریبویلر و متعلقات m 5 میباشد. ستون از قسمتهای مختلف با طول cm 50 تشکیل شده است که بتوان در صورت لزوم طول قسمتهای مختلف آن را تغییر داد. پرکن شیشهای مورد استفاده از جنس پیرکس و در ابعاد mm 7-4 میباشد. همچنین جنس بدنه ستون استنلس استیل 316 است. سیستم ابتدا با استفاده از آب راهاندازی گردید و مشکلات اجرایی سیستم برطرف گردید و سپس با استفاده از خوراک سه جزئی متانول، 2-پروپانول و n- بوتانول راهاندازی گردید.
نوع کارفرما:
سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران