پديد آورنده :
دهقان ضاد، مهسا
عنوان :
شبيه سازي، طراحي، آناليز فني و اقتصادي و انتگراسيون حرارتي فرآيند توليد استون، بوتانول و اتانول از سوبستراي گياه سورگوم شيرين با روش بيولوژيكي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
طراحي فرآيند
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
۱۲۲ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
كيخسرو كريمي، مرضيه شفيعي
توصيفگر ها :
استون , بوتانول , اتانول , سورگوم شيرين , آناليز فني واقتصادي , آناليز پينچ
استاد داور :
محسن محمدي، محمد هادي جزيني
تاريخ ورود اطلاعات :
1397/11/17
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1397/11/21
چكيده فارسي :
چکیده خصوصیاتی از بوتانول همچون قابلیت اختالطپذیری با بنزین با هر نسبت ارزش گرمایی باال و غیرقابلحل بودن در آب آن را به عنوان یک سوخت زیستی پیشرفته معرفیکرده است تولید بوتانول طیتخمیر استون بوتانول و اتانول یک تک نولوژی قدیمی بوده که تا قبل از سالهای0591 یکی از بزرگترین صنایع تخمیری به شمار میآمده است پس از آن به دالیل مختلف توانایی رقابت با صنعت تولید بوتانول پتروشیمیایی را از دست داد و تولید آن به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نبود امروزه مشکالت ناشی از استفادهی سوخت های فسیلی باعث شده تا دوباره فرآیند تولی د بوتانول زیستی اهمیت خود را بازیابد در این پژوهش با هدف طراحیهای مفهومی حاصل از نتایج آزمایشگاهی و برآوردهای اقتصادی آنها تالش شد تا بهینهترین طراحی با هدف سود دهی باال برای تولید تخمیری بوتانول به دست آید به همین منظور طراحی مفهومی شش سناریو متفاوت با بهکارگیری نرمافزار 8 8 Aspen Plus V انجام شد خوراک فرآیندهای طراحی شده گیاه سورگوم شیرین در نظرگرفته شد این گیاه عالوه بر اینکه ارزانقیمت میباشد پتانسیل خوبی برای فرآیندهای تخمیری دارد چرا که دارای قسمت قندی و نشاستهای دانه و شیره به همراه قسمت لیگنوسلولزی است استفاده از تمامی این قسمتها برای شبیهسازی تولید این سوختزیستی کمک شایانی به بهینهسازی طرح کرد طراحی بخشهای مختلف فرآیند شامل آمادهسازی خوراک پیشفرآوری با استون که از محصول فرآیند تامین میشود و سولفوریکاسید هیدرولیز تخمیر جداسازی و سرویسهای جانبی میباشد که تمرکز اصلی این پروژه بر روی مرحلهی تخمیر بود پس از شبیهسازی به تجزیه و تحلیل نتایج موازنهی جرم و انرژی هر سناریو پرداخته شد با بهکارگیری این نتایج تجهیزات مختلف فرآیند طراحی و میزان انرژی مصرفی ابعاد و تعداد مورد نیاز آنها مشخص شد پس از آن با استفاده از نرمافزار 8 8 Aspen Process Economic Analyzer V قیمت تجهیزات میزان سرمایهگذاری کل و هزینههای عملیاتی برای همه سناریوها بر طبق شاخص هزینههای سال 7102 تخمین زده شد در تمام این سناریوها قیمت تمام شدهی سوختزیستی بوتانول نیز محاسبه و با قیمت سوخت فسیلی بنزین مقایسه شد در نهایت به کمک آنالیز حساسیت پارامترهای مؤثر بر نتایج حاصل از طراحی و شبیهسازی سناریوها مشخص و به دنبال آن راهکارهای الزم برای بهینهسازی فرآیندها ارائه شد بر طبق نتایج بوتانول طی سناریوی بهینه سناریوی پنجم که کل ساقه گیاه به صورت یکجا با نسبت بارگذاری جامد به مایع 1 به 5 و بدون استخراج شیره تخمیر زده میشود با کمترین قیمت تمام شدهی هر تن به مقدار 094 دالر به دست آمد ظرفیت تولید بوتانول در این سناریو 581 11 تن در سال است که نیاز به سرمایهگذاری کل به میزان 58 05 میلیون دالر میباشد دورهی بازگشت سرمایه در این سناریو 54 6 سال و شاخص سودآوری نیز 85 1 به دست آمد پس از ارزیابی اقتصادی سناریوها به بررسی تولید برق زیستی از لیگنین باقیمانده در کنار سایر محصوالت اصلی و جانبی نیز پرداخته شد به هنگام تولید برق زیستی سناریو بهینه با تخمیر مستقیم کل گیاه سورگوم به صورت یکجا با نسبت بارگذاری جامد به مایع 1 به 5 با میزان تولید برق 2 4 مگاوات نیز اقتصادیترین سناریو شناخته شد دورهی بازگشت سرمایه در این حالت 03 9 سال و شاخص سودآوری 52 1 به دست آمد در نهایت پس از مشخص شدن بهترین سناریوی اقتصادی انتگراسیون حرارتی شبکهی مبدلهای حرارتی این سناریو با استفاده از نرمافزار Aspen Energy Analyzer انجام شد طی بهینهسازی این شبکه با استفاده از آنالیز پینچ میتوان با000 924 دالر هزینهی سرمایهگذاری بیشتر در راستای انتگراسیون حرارتی سالیانه 006 524 دالر در هزینههای عملیاتی که عمدتا تامین منابع گرم و سرد خارجی مبدلها میباشد صرفهجویی کرد واژگان کلیدی استون بوتانول اتانول سورگوم شیرین آنالیز فنی واقتصادی آنالیز پینچ شانزده
چكيده انگليسي :
Simulation Design Technical and Economic Analysis and Heat Integration for the Biological Production of Acetone Butanol and Ethanol ABE from Sweet Sorghum Whole Plant Mahsa Dehghanzad mahsa dehghanzad@gmail com January 19 2019 Department of Chemical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranDegree M Sc Language FarsiSupervisors Dr Keikhosro Karimi Karimi@cc iut ac irDr Marzieh Shafiei M shafiei@eng ui ac irAbstract Recently biobutanol has been introduced as an advanced renewable fuel due to its uniqueproperties such as complete miscibility in gasoline high heating value and immiscibility in water Acetone Butanol Ethanol ABE fermentation is an old process which was used for commercialbutanol production since 1950 These solvents were used for manufacturing of explosives and lacquercolor At those days this process failed to overcome the low price of petrochemical butanol due to thehigh cost of raw materials and low fermentation yields However recent environmental problemscaused by fossil fuels such as global warming and climate changes have encouraged production ofrenewable fuels like biobutanol This project was aimed at conceptual design of six biobutanolproduction processes based on available experimental data The data involved different ABEfermentation technologies of sweet sorghum After conceptual design of the processes the processeswere simulated using Aspen Plus and their economic viability was studied using Aspen processeconomic analyzer The processes involved feed handling pretreatment with acetone and sulfuricacid hydrolysis fermentation separation and waste water treatment In all of the scenarios totalbutanol cost was calculated and compared with the price of fossil fuels Finally sensitivity analysiswas used to identify the effective parameters of the process economies Based on these results thenecessary strategies for optimizing processes were presented The most economically viable processwas the process which used direct ABE fermentation of stalks without juice extraction This processhad a solid liquid loading ratio of 1 to 5 In this scenario lowest production price of butanol was 490$ tonne This process required M$ 50 85 investment for production of 11185 tonne yr butanol Thepayout period in this scenario was 6 45 years and the profitability index was 1 58 I all scenarioselectricity production from process solid residues did not improve the economic profitability of theprocesses Finally after identifying the best economic scenario heat integration of the heat exchangernetwork was done using the Aspen Energy Analyzer software The heat integration results indicatedthat additional investment for the network for $429 000 can save $425 600 per annum in theoperational costs Keywords Acetone Butanol Ethanol Sweet sorghum plant Techno economic Pinch analysis
استاد راهنما :
كيخسرو كريمي، مرضيه شفيعي
استاد داور :
محسن محمدي، محمد هادي جزيني
