بخشی از مقاله
چکیده
امروزه استفاده بیش از اندازه از منابع نفتی و نگرانی ناشی از پایان پذیري سوخت هاي فسیلی و همچنین آلودگی روزافزون زیست محیطی به سبب استفاده از این سوختها باعث شده است صنعتگران به فکر جایگزینی مناسب براي این سوخت ها باشند. اتانول یکی از موادي است که می تواند جایگزین مناسبی براي سوخت هاي فسیلی باشد.در مقاله پیش رو به بررسی خالص سازي اتانولی که از طریق توالی برج هاي تقطیر با تخمیر باگاس نیشکر بدست می آید،با شبیه سازي در نرم افزار Hysys پرداخته شده است و چیدمان بهینه برج هاي تقطیر براي رسیدن به بالاترین خلوص ممکن اتانول در توالی این برج ها نتیجه شده است و پیشنهاداتی براي بهینه سازي مصرف انرژي بخش نم زدائی واحد و نیز چیدمانی نوین براي این مرحله از فرآیند ارائه شده است.همچنین در پایان به بررسی تاثیر تغییرات فشار و رفلاکس و نیز تغییرات تعداد سینی بر میزان خلوص اتانول در روش هاي ارائه شده پرداخته شده است و راه هایی براي بالا بردن درجه خلوص و کم کردن هزینه و مصرف انرژي پیشنهاد شده است.
.1مقدمه
وابسته بودن کشورهاي مدرن به نفت و وقوع بحران هاي نفتی در دهه ي 1970 به دلیل افزایش مصرف بر تولید و نیزافزایش بیش از حد قیمت نفت،کشورهاي صنعتی را بر آن داشت تا به فکر صرفه جوئی در مصرف انرژي افتند.شروع نگرانی هاي زیست محیطی و کاهش منابع فسیلی و بهبود استانداردهاي زیست محیطی منجر شد تا متخصصان با اعمال روش هاي گوناگون و استفاده از مواد جایگزین در بنزین و یا تهیه سوخت هاي جایگزین به اهداف خود در زمینه حفظ محیط زیست و توسعه پایدار دست یابند.[1]
آمار حاکی از آن است که تقطیر سالانه،بیش از 6 میلیون دلار آمریکا انرژي مصرف می کند،که حدود %3 کل مصرف ملی است.در واحد هاي شیمیایی ،یک سوم هزینه هاي کلی مربوط به واحدهاي جداسازي می باشند.در پالایشگاههاي نفت و کارخانه هاي بیوشیمی این مقدار حدودا %70 است.از آنجا که جدا سازها ،از مهمترین مصرف کننده هاي انرژي هستند،زمینه ساز انجام فعالیت هایی در زمینه کاهش مصرف انرژي شده اند. [2].
از مهمترین مواردي که باید درجداسازي و خالص سازي اتانول در نظر داشت،رسیدن به خلوص بالا با حداقل هزینه انرژي و اقتصادي - اعم از مصارف انرژي،هزینه اولیه و هزینه عملیاتی - می باشد.در این پروژه به شبیه سازي واحد خالص سازي تولید اتانول از باگاس نیشکر در نرم افزار hysys پرداخته شده و با بررسی چیدمان هاي مختلف برج ها در نرم افزار Hysys حالت بهینه چیدمان برج ها نتیجه گرفته شده است.
.2تعیین چیدمان بهینه برج هاي تقطیر
براي تعیین چیدمان بهینه برج هاي تقطیر براي یک جداسازي مشخص ابتدا باید حالات مختلف ممکن براي جداسازي مشخص شوند.با وجود تحقیقاتی که براي به دست آوردن حالت هاي ممکن جداسازي یک مخلوط n جزئی صورت گرفته است،هنوز روش جامعی براي به دست آوردن تمامی حالات ممکن ارائه نگردیده است.اکثر کارهاي انجام شده براي به دست آوردن بهترین چیدمان برجهاي تقطیر،از یک الگوریتم مشخص براي سنتز و به دست آوردن چیدمان هاي ممکن استفاده کرده اند.
این الگوریتم ها غالبا شامل چندین فرض ساده شونده بوده و در نتیجه تمامی حالات ممکن ارائه نشده است.با این حال می توان حالت بهینه را از بین حالات ساده مورد بررسی قرار گرفته شده به دست آورد و سپس بافرض فرض هاي اولیه حالت بهینه ي به دست آمده را بهبود بخشید.اغلب این آلگوریتم ها براي مخلوط هاي ایده آل و یا نزدیک به ایده آل می باشد؛بااین وجود برخی الگوریتم ها با در نظر گرفتن حالات غیر ایده آل و حالت هاي آزئوتروپی امکان به دست آوردن چیدمان بهینه در این قبیل مخلوط ها رانیز فراهم ساخته اند.[4,5]
اولین تحقیقات انجام شده در این زمینه به دهه ي 40 میلادي برمی گردد که غالبا معطوف جداسازي هاي سه جزئی می باشد.بعد از آن نیز با در نظر گرفتن حالات پیچیده تر سعی در ارائه ي روش هاي جامع تري براي انتخاب چیدمان بهینه شده است.در نظر گرفتن حالت هاي زوج حرارتی،تاثیر متقابل حالت هاي معادل ترمودینامیکی و ساخت برج تقطیر با دیواره تقسیم،دامنه ي این تحقیقات را وسعت می بخشد.[6]
در صنایع شیمیایی ،جداسازي فرآیندي با مصرف بالاي انرژي می باشد.این در حالی است که تقطیر متداولترین فرآیند در جداسازي سیالات می باشد.برجهاي تقطیر تقریبا براي %95 از جداسازي هاي مایع به کار می روند و انرژي مصرفی براي این فرآیند %3 مصرف انرژي جهانی تخمین زده شده است.[7] طبق بررسی هاي صورت گرفته تقطیر در صنایع شیمیایی و پتروشیمی معمولا بین %20-40 انرژي مصرف می کند[8] و در استفاده وسیع از تقطیر،این مقدار با افزایش %10-15 انرژي همراه است.[12]بنابراین تقطیر داراي شرایط براي صرفه جویی در مصرف انرژي می باشد و ساخت سیستم هاي تقطیر با با بهره وري انرژي، تاثیرات قابل توجهی بر مصرف انرژي کل واحد و هزینه هاي عملیاتی خواهد داشت.
اگر برج هاي ساده - بدون ادغام - مورد استفاده قرار گیرند، قوانین سر انگشتی اولین راه رسیدن به اهداف مورد نظر براي پیدا کردن ستون هاي متوالی می باشندکه داراي مصرف انرژي پایینی هستند.تشریح این چنین قوانین و روش هایی را می توان در کتب مربوطه یافت که از آن جمله: king در سال [6]1980 ، Westerberg,Grossmann,Brigler در سال [9]1997 و Smith در سال 2003 می باشند.[10]
از روش هاي در صرفه جویی در کار،استفاده از گرمایش داخلی یا سرمایش داخلی می باشد که در آن حرارت به نقاط میانی در ستون ها اضافه یا از آن ها حذف شده است.در این راستا مصرف انرژي مورد نیاز کلی نه تنها کاهش نیافته بلکه احتمالا افزایش هم می یابد.ضمنا دما در ریبویلر میانی کمتر از ریبویلر پایینی خواهد بود و نیز دما در کندانسور میانی بیش تر از کندانسور بالایی خواهد بود.استفاده از کندانسورها و ریبویلرهاي میانی به کار بردن ادغام حرارتی را بهبود بخشیده و تکمیل می کنند.[10]
.3چیدمان هاي مختلف براي جداسازي یک مخلوط سه جزئی
شکل یک هشت حالت مختلف براي جداسازي یک مخلوط سه جزئی غیر آزئوتروپی به سه محصول تقریبا خالص را نشان می دهد.[6]
