بخشی از مقاله
جداسازي نفتالين از مازوت (CFO) با کريستاليزاسيون
چکيده
به طور عمده نفتالـين از دو روش تقطير و کريستاليزاسيون توليد مـي شـود. در ايـن مقالـه جداسـازي و توليـد کريستال هاي نفتالين از CFO (مازوت ) با استفاده از فرآيند کريستاليزاسيون مورد بررسي قرار گرفت .امـا بـه دليـل ويسکوزيته زياد CFO ، استفاده از روش تقطير مشکلاتي را به همراه دارد که در روش کريستاليزاسيون اين مشکلات وجود ندارند. ابتدا به کمک فرآيند استخراج با حلال (متانول )، جداسازي نفتالين از ساير ترکيبات مازوت انجـام شـد.
پارامترهاي موثري که در اين سري از آزمايش ها مورد بررسي قرار گرفته اند، عبارتند از: زمان همزدن و ميزان حلال اضافه شده .
در مرحله بعدي، کريستاليزاسيون ، با افزايش آب به محلول حاصل از آزمايش هاي مرحله استخراج و کاهش دمـا، کريستال هاي نفتالين توليد شده اند. در مرحله کريستاليزاسيون پارامترهاي زمان و ميـزان آب اضـافه شـده بررسـي شدند. در اين مرحله دما و دور همزن ثابت بودند ولي ميزان آب اضافه شده طي آزمايش هاي مختلف تغيير داده شد.
کلمات کليدي: نفتالين ، مازوت ، متانول ، کريستاليزاسيون .
١- مقدمه
هدف توليد نفتالين از مازوت به روش کريستاليزاسيون است . نفتالين جامد سفيد رنگي است که بـه طـور طبيعي از سوزاندن سوخت هاي فسيلي به دست مي آيد. اين ماده يک هيدروکربن حلقوي با فرمول شيميايي CH١٠٨ مي باشد [١]. CFO نيز شامل ترکيبات حلقوي با فرمول شيميايي نزديک به فرمول نفتالين است . در مجتمع هاي پتروشيمي که شامل واحدهاي الفيني مي باشند، CFO محصولي ناخواسته و کم ارزش اسـت و عمدتاً به مصرف سوخت يا افزودني در کارخانجات لاستيک سازي مي رسد. مازوت عمدتاً شـامل ٣٠ درصـد نفتالين است . نفتالين به طور عمده از دو منبع نفت خام و ذغال سنگ توليد مي شود. توليد نفتالين از ذغـال سنگ مشکلاتي را به همراه دارد، به همين دليل امروزه سعي بر آن است که نفتالين از منبـع ديگـري توليـد شود. از آنجا که ميزان نفتالين در مازوت به نسبت ترکيبات ديگر زياد است ، توليد آن از مازوت پروژه مقـرون به صرفه ايست [٢و ٣].
ابتدا نفتالين به روش استخراج با حلال از ساير ترکيبات جداسازي مي شود. در مرحله بعدي به کمک ضد حلال آب ، کريستال هاي نفتالين از محلول به دست آمده از مرحله استخراج ، توليد مي شوند.
٢- نحوه انجام آزمايش
ماده اوليه براي انجام آزمايش ها مازوت است که حاوي ٣٠ درصـد نفتـالين اسـت . آزمـايش هـاي توليـد نفتالين شامل دو مرحله مي باشند. مرحله اول ، استخراج نفتالين از مازوت و مرحله دوم ، کريستاليزاسيون بـه منظور توليد کريستال هاي نفتالين است . در ادامه هر کدام از مراحل به طور مفصل توضيح داده شده است .
٢-١ مرحله استخراج
از آنجا که ويسکوزيته مازوت بسيار زياد است ، همزدن آن بسيار مشکل است ، اما با گرم کردن مـي تـوان اين مشکل را بر طرف کرد. از يک طرف گرم کردن به انتقال جرم بيشتر کمک مي کنـد امـا از طـرف ديگـر محدوديت هايي براي گرم کردن وجود دارد. نقطه جوش متانول C.٦٤ و نفتالين نيـز بـه آسـاني از محـيط خارج مي شود، لذا گرم کردن محلول تا دمايي که منجر به از دست دادن حلال و محصول نشود، مجاز است .
بنا به دلايل ذکر شده ، دماي نمونه در مرحله استخراج در طول مدت همزدن در دماي C.٥٥ ثابت نگه داشته شد. لازم به ذکر است که در اين دما، ويسکوزيته مازوت کاهش يافته و همزدن آسانتر صورت مي گيرد.
دور همزن در آزمايش ها برابر rpm ٦٠٠، ثابت نگه داشته شد. در دورهاي پايين تر همزدن به خوبي انجام نمي شد و در دورهاي بالاتر امکان پاشيدن محلول به بيرون ظرف وجود داشت . اما همچنان با تغيير دو عامل موثر ديگر يعني ميزان حلال اضافه شده و زمان همزدن شرايط مناسب براي استخراج تحقيق شد.
اولين آزمايش با ٢٠ گرم از مازوت شروع شد. در اين آزمايش ، به ازاي ٢٠ گرم مـازوت ، ١٦٠ ميلـي ليتـر متانول اضافه شده و در دماي C.٥٥ استخراج به مدت ٣ ساعت ادامه يافت . بعد از گذشـت ايـن مـدت ، بـه کمک قيف و کاغذ صافي محلول از رزين هاي باقي مانده جدا شد.
آب به عنوان يک ضد حلال براي نفتالين به شمار مي رود. نفتالين در آب حل نمي شود و به محض ورود آب به رزين باقي مانده ، به صورت کريستال هاي سفيد رنگ جدا مي شوند. اين مطلب توسط آزمـايش هـاي انجام شده با دستگاه GC تأييد مي شود.
هر گاه در يک نمونه با افزايش آب به رزين باقي مانده ذرات سفيد تشکيل نشدند و آناليز با دسـتگاه GC
نيز از عدم وجود نفتالين در محيط گزارش داد، نتيجه گرفته مي شود که مرحله استخراج تا حد امکان کامل صورت گرفته است .
در اولين آزمايش انجام شده با افزايش آب به رزين هاي باقي مانده ، ذرات سفيد رنگي تشکيل شـدند کـه نشانه وجود نفتالين در رزين هاست و اين مساله توسط آناليز با دستگاه GC نيز ثابت شد.
واضح است که هر چه ميزان حلال و مدت زمان همزدن بيشتر باشد، استخراج بهتر صورت مي گيرد. امـا تغيير ين دو عامل به صورت همزمان بسيار مشکل است . بنابراين ابتدا با همان ميزان حلال ، فقط زمـان هـم
زدن به ٣ ساعت و نيم افزايش داده مي شود. در اين آزمايش نيز با افزايش آب بـه رزيـن بـاقي مانـده ، ذرات سفيد رنگ به سرعت تشکيل شد. يعني استخراج به خوبي صورت نگرفتـه اسـت . در آزمـايش بعـدي، زمـان همزدن همان ٣ ساعت و نيم ثابت ماند ولي ميزان حلال به ٢٠٠ ميلي ليتر افزايش داده شـد. در پايـان ايـن تست نيز با افزايش آب به رزين هاي باقي مانده ، ذارت سفيد رنگ به طور جزئي در سطح رزين تشکيل شدند.
در گام ديگر مدت زمان همزدن به ٤ ساعت افزايش يافت ولي در ميـزان حـلال تغييـري ايجـاد نـشد. در پايان اين تست با افزايش آب ذرات سفيد رنگ بسيار جزئي و در حد چند ذره تشکيل شدند. يعني ين گونه به نظر مي رسد که بهترين شرايط براي مرحله استخراج حاصل شده ، آناليز هاي دستگاه GC نيز به استخراج تقريباً کامل گواهي مي دهند.
اما بايد اين شرايط را براي نمونه هايي با وزن هاي متفاوت آزمايش کرد. براي وزن هاي بالاتر مـازوت ، در واقع شرايط آزمايش متناسب با وزن مازوت و حلال مصرفي در آزمايش مرحله چهـارم (٤)Run تعريـف مـي شود. شرايط انجام آزمايش ها در جدول (١) و شمايي کلي از دستگاه در شکل (١) نشان داده شده است .
جدول ١- شرايط انجام آزمايش هاي مرحله استخراج
زمان (h) متانول (cc) مازوت (g) شماره آزمايش
3 160 20 Run(1)
3.5 160 20 Run(2)
3.5 200 20 Run(3)
4 200 20 Run(4)
4 300 30 Run(5)
4 500 50 Run(6)
4 600 60 Run(7)
شکل ١- شماي کلي دستگاه
در شکل (٢) محلول حاصل از مرحله استخراج نشان داده شده است که حاوي نفتالين ، متانول و ناخالصي
هاي ديگر است که از ترکيب مازوت وارد سيستم شده است .
شکل ٢ محلول به دست آمده از مرحله استخراج .
٢-٢ تعيين بهترين مقدار آب
استفاده از يک ضد حلال براي نفتالين ، در عين حاليکه متانول را به خوبي در خود جاي مي دهد، منجر به توليد کريستال هاي نفتالين نيز مي شود. يعني آب به عنوان ضد حلال براي نفتالين بـه شـمار مـي رود و از طرف ديگر آب و متانول به هر نسبتي در يکديگر حل مي شـوند و در پايـان کـار بازيـابي متـانول از آب بـه سادگي امکان پذير است که خارج از بحث اين
