بخشی از مقاله

خلاصه

در این مقاله فرآیند پیشنهاد شده برای احداث واحد تولید اسید فسفریک به روش دیهیدرات از خوارک خاک باطله تولید شده در مجموعه کارخانجات فسفر صنایع شهید زین الدین با استفاه از نرم افزار Aspen Plus شبیه سازی گردید و نتایج بررسیها و نمودارهای ترمودینامیکی حاصل از شبیه سازی با دادههای آزمایشگاهی مقایسه شد.

ابتدا با شرح فرآیند پیشنهادی برای این مجموع، مشخص کردن نمودار جریانی فرآیند و سپس تعیین نمودن تجهیزات مورد نیاز در فرآیند، سیستم الکترولیتی گونههای موجود در فرآیند اعم از : آب، اسید سولفوریک، اسید فسفریک، گونههای یونی حاصل از انحلال ذرات خاک در اسید و انحلال آب در اسید با استفاده از معادله حالت ELEC-NRTL در نرم افزار مدل شد و برای تمامی گونههای جامد - Al2O3 ، MgCO3، - Fe2O3 موجود در خاک فسفات باطله، معادله واکنش انحلال در محلول اسیدی در نظر گرفته شد و به صورت واکنش انحلال الکترولیتی به نرم افزار اضافه گردید.

واکنش اصلی انحلال کانی فسفات - آپاتیت - در محلول اسیدی که منجربه تشکیل اسید فسفریک و کریستالهای کلسیم سولفات - سنگ گچ - میگردد به صورت دو مرحله واکنش تعادلی انحلال آپاتیت و تشکیل اسید فسفریک و سنگ گچ در نظر گرفته شد و اطلاعات سینتیکی آن از منابع معتبر استفاده گردید. در نهایت موازنه جرم و انرژی حاصل از شبیه سازی برای واحد پیشنهادی که بر اساس فرآیند دیهیدرات است، ارائه گردید.

برای اعتبار سنجی معادله ترمودینامیکی ELEC-NRTL در این سیستم، فشار بخار محلول اسید فسفریک، انحلال پذیری کلسیم سولفات در محلول اسید فسفریک و در محلول مخلوط اسید سولفوریک و اسید فسفریک و نمودار اشباع CaO/SO4 از P2O5 برای دو حالت نتایج حاصل از شبیه سازی و نتایج حاصل از آزمایشهای تجربی مورد بررسی قرار گرفت که نشان از دقت بالای نرم افزار و معادله ترمودینامیکی انتخاب شده در پیش بینی خواص فیزیکی و ترمودینامیکی سیستم داشت.

.1 مقدمه

تولید اسید فسفریک توسط فرآیند مرطوب، یک عملیات پیچیده صنعتی در مقیاس بزرگ میباشد که در آن سنگ فسفات تغلیظ شده، با اسید سولفوریک واکنش داده و برای حذف محصول جانبی کلسیم سولفات فیلتر میگردد.[1] فسفریک اسید عمدتا در صنعت توسط فرآیندی که به عنوان فرآیند مرطوب شناخته می شود تولید میگردد. در فرآیند مرطوب، سنگ فسفات که شامل کلسیم، فسفات و تعدادی ناخالصی می باشد، استخراج گشته، تغلیظ شده و سپس گاهی اوقات به صورت خشک یا تر با استفاده از گلوله ای توپی یا میله ای خرد می گردد.

این سنگ وارد یک مخزن یا راکتور واکنش گردیده و با سولفوریک اسید - H2SO4 - واکنش می دهد - به عبارتی سنگ حل میگردد - . این فرآیند، فسفریک اسید - H3PO4 - و کلسیم سولفات دو آبه - دیهیدرات - یا سنگ گچ - - CaSO 4 .2H2O تولید میکند. سنگ گچ رسوب کرده و فیلتر میشود که در نتیجه آن فسفریک اسید به عنوان محصول ایجاد میگردد. در بخشی از فرآیند مرطوب، فرآیند نیمه آبی، کلسیم سولفات نیمه آبه - - CaSO4 .1/2H2O به عنوان رسوب تولید میگردد. فرآیند دیهیدرات شامل بخشهایی مثل راکتورهای واکنش و تغلیظ، خننک کنده بخار تولیدی، واحدهای فیلتراسیون و تغلیظ فسفریک اسید میباشد.[3]

در زمینه مدلسازی و شبیهسازی فرآیند تولید اسید فسفریک مطالعاتی توسط هاراتی1 و ماتیاس2 انجام گشته است و عمده کارهای این دوه بر قسمت راکتور و مدلسازی پدیدههای انتقال و با خوراک خاک فسفات خام بود و در مورد شبیه سازی کامل فرآیند اسید فسفریک ، شبیه سازی کامل تجهیزات و خطوط فرآیندی ، پژوهشی انجام نگرفته است..[4] علاوه بر این در مورد خاک باطله حاوی فسفات نیز طرح و مطالعهای در خصوص نحوه استفاده مفید و بازیابی آن ارائه نگشته است. بنابراین پژوهش مد نظر این مقاله از هر دونظر پوشاننده این خلاء ونیاز است.

هدف از این تحقیق شبیه سازی کامل فرآیند تولید اسید فسفریک با استفاده از نرم افزار Aspen Plus برای خاک باطله میباشد. این خاک به عنوان محصول جانبی در مجموعه کارخانجات فسفر صنایع شیمیایی شهید زین الدین تولید شده و ذخیره سازی میشود. هدف این تحقیق شبیه سازی فرآیند تولید اسید فسفریک ازاین خاک و ارائه طرح پیشنهادی بر اساس آن برای استفاده مجدد از خاک باطله است.

.2 کاربردهای شبیه سازی

مهندسین فرآیند در صنایع شیمیایی، نظیر بخش کشاورزی شیمیایی، شبیه سازی فرآیند را برای موارد زیر بکار میگیرند :

·    طراحی فرآیندهای جدید و بهبود حالات موجود.

·    تنگنازدایی واحدهای موجود.

·    طی نمودن مسیرهایی برای خلوص محصول بالاتر، بازیابی انرژی بالاتر، و کاهش آلودگی.

·    ارزیابی پیکربندیهای فرآیند جایگزین و کاهش هزینه طراحی واحد جدید.

·    خودکارسازی آنالیز فرآیند مورد نیاز برای بهینه سازی عملیات واحد.

·    پشتیبانی از عملیات روز به روز.

·    تولید، ذخیره سازی و انتقال موثر اطلاعات فرآیند.

3.    نرم افزار Aspen Plus

نرم افزار Aspen Plus یکی از قدرتمندترین نرم افزارهای شبیهسازی در رشتههای مهندسی به شمار میآید که بیشتر در رشتههای مهندسی شیمی، پلیمر و پتروشیمی کاربرد دارد، اما در رشته،ای همچون مکانیک نیز میتواند کاربرد داشته باشد. تقریباً تمامی شرکتهای پتروشیمی و وابسته به آنها در ایران از این نرم افزار و همچنین Aspen One برای انجام پروژههای خود استفاده میکنند.

این نرم افزار اولین بار برای شبیه سازی و طراحی سیستمهای معدنی و بالاخص فراوری زغال سنگ نوشته شده بود و در مورد کانیهای فلزی هم عملکرد خوبی داشت. بعدها سیستمهای پالایشگاهی و پتروشیمی هم به ان اضافه شد. نقطه قوت این نرم افزار نسبت به سایر نرم افزارها بانک اطلاعاتی قوی این نرم افزار راجع به جامدات ، مایعات، گازها و محلولهای پیچیده الکترولیتی است. از مهمترین مزیتهای این نرم افزار قابلیت شبیه سازی سیستمهای پلیمری با آن است.[5]

.4 فرآیند دیهیدرات

نرم افزارهای شبیه ساز فرآیند نظیر Asen Plus قابلیتی قدرتمند و انعطاف پذیر را به منظور طراحی و تجزیه و تحلیل فرآیندهای شیمیایی ارائه مینمایند. شبیه سازی فرآیند برای فرآیندهای الکترولیتی نظیر فرآیند تولید اسید فسفریک به روش مرطوب از آنچا که تاکنون در پژوهشو مطالعات به آن پرداخته نشده است، به عنوان اولین مطالعه جدی حائز اهمیت خواهد بود.[4]

·    شبیه سازی فرآیند حالت پایا نیازمند پنج نوع اطلاعات است:

·    نمودار جریانی فرآیند

·    اجزاء

·    معادلات ترمودینامیکی

·    عملیات واحد - تجهیزات -

·    جریان ها

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید