16479

1743 دكتري

دكتري

مهندسي شيمي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1399

پانزده، 138ص. : مصور، جدول، نمودار

محسن نصر اصفهاني

احمد محب، محمدرضا احساني، محمدرضا اميدخواه، محمدصادق حاتمي پور

1400/03/10

كتابنامه

مهندسي شيمي

مهندسي شيمي

1400/03/11

2633061

چكيده تقطير متداولترين روش جداسازي در صنعت محسوب ميشود اما استفاده از تقطير معمولي براي جداسازي همهي مخلوطها امكانپذير نيست يكي از مواردي كه نميتوان به كمك تقطير معمولي به جداسازي كامل رسيد هنگامي است كه دو ينا چنند جنز در مخلنوط بنا يكديگر تشكيل آزئوتروپ دهند براي رفع اين مشكل اصالحاتي پيشنهاد شده است تنا جداسنازي مخلوطهناي آزئنوتروپي امكانپنذير شود اين اصالحات منجر به ايجاد روشهايي شده است كه عبارتند ازتقطير فشار تناوبي تقطير آزئوتروپي تقطير اسنتخراجي تقطينر بنا نمك و تقطير واكنشي در كنار اين روشها از روش تلفيق تقطير و تراوشتبخيري نيز ميتوان بنراي جداسنازي مخلوطهناي آزئنوتروپي استفاده كرد از آنجايي كه فرايندهاي غشايي مصرف انرژي پاييني دارند و سنازگار بنا محنيط زيسنت هسنتند تلفينق تقطينر بنا تنراوش تبخيري ميتواند روش مناسبي براي جداسازي مخلوطهاي آزئوتروپي باشد هدف از انجام اين پروهب بهينهسازي فرايند تلفيق تقطير و تراوش تبخيري بهمنظور جداسازي مخلوطهاي آزئوتروپي و همچنين تعينين بهترين آرايب در اين فرايند است در بحث بهينهسازي اكثر پارامترهاي فرايند بهعنوان متغير بهينهسازي در نظر گرفته شده است به ويره پارامترهاي تراوش تبخيري مانند تعداد ماژول فشار جريان تراوشيافته و دماي جريان ورودي به هر ماژول كه در مطالعات گذشته خيلني به آنها توجه نشده است يكي از مهمترين مسايل در بهينهسازي تلفيق تقطير و تراوش تبخيري كاهب هزينهي اننرژي فراينند اسنت در اين تحقيق بهمنظور كاهب هزينهي انرژي از يك ايدهي كارآمد براي انتگراسيون حرارتي فرايند استفاده شده است به اينن صنورت كنه امكان تبادل حرارت بين تمام جريانهاي داخلي برج با جريانهاي ورودي به ماژولهاي تراوش تبخيري برقنرار شنده اسنت كسنر تبنادل حرارت بين جريانها و تعداد مبدلهاي حرارتي جز متغيرهاي بهينهسازي بوده و توسط الگوريتم بهينهساز تعيين شده است براي اينكنه الگوريتم بهينهساز توانايي الزم براي بهينهسازي متغيرهاي گسسته را داشته باشد و از طرف ديگر به دليل تعداد متغيرهاي بهينهسازي زيناد سرعت همگرايي بااليي نيز داشته باشد از تركيب الگوريتم ژنتيك و الگوريتم ازدحام ذرات استفاده شده است موارد ذكر شده بر روي فرايند توليد ETBE مورد بررسي قرار گرفته است براي اينن كنه كنارايي روش پيشننهادي مشنخص شنود بايند مقايسهاي بين روش پيشنهادي با ديگر فرايندهاي توليد ETBE صورت گيرد بدين ترتيب 39 فرايند مختلف توليد ETBE شامل تقطير تقطير واكنشي تقطير فشار تناوبي استخراج مايع مايع تراوش تبخيري و تركيب اين روشها با يكديگر بهينهسازي شدهاند نتايج نشان ميدهد فرايند پيشنهادي شامل دو راكتور يك برج تقطير واحد تراوش تبخينري بنا آراينب سنري منوازي و بنا تركينب روشهناي انتگراسيون حرارتي داخلي شكستن خوراك و انتگراسيون حرارتي بهعنوان بهترين فرايند انتخاب شده است اين فرايند نسبت به فراينند مرسوم شامل دو راكتور دو برج تقطير و يك برج استخراج مايع مايع 25 درصد كاهب هزينه كلي ساليانه داشته اسنت انتگراسنيون حرارتي بين جريانهاي داخلي برج تقطير و جريانهاي ورودي به ماژولهاي تراوش تبخيري به تنهنايي در حندود 02 درصند بنه كناهب هزينه كلي ساليانه كمك كرده است كه مهمترين دليل آن برطرف شدن كامل نياز فرايند تراوش تبخيري به يوتيليتي گرم است در تمنام فرايندهاي تلفيق تقطير يا تقطير واكنشي با تراوش تبخيري بهترين حالت زماني رخ داده است كه تراوش تبخيري در كننار جرينان جنانبي برج قرار گرفته است همچنين در تمام فرايندهاي تلفيق تقطير يا تقطير واكنشي با تراوش تبخيري آرايب سري موازي بين ماژولهناي فرايند تراوش تبخيري نسبت به آرايب سري و آرايب موازي عملكرد بهتري داشته است كه مهمترين دليل آن كناهب سنطغ غشنايي و كاهب مصرف يوتيليتي است در بين تمام متغيرهاي بهينهسازي كسر تقسيم خوراك در روش شكستن خوراك نسبت فشنار كمپرسنور در روش انتگراسيون حرارتي داخلي كسر تبنادل حنرارت بنين جريانهنا در روش انتگراسنيون حرارتني بنين جريانهناي داخلني بنرج و جريانهاي ورودي به ماژولهاي تراوش تبخيري و فشار جريان تراوش يافتنه در روش تنراوش تبخينري مهمتنرين متغيرهناي بهينهسنازي محسوب ميشوند بطوري كه اگر مقدار اين متغيرها در حالت بهينه نباشند هر كدام از روشها كارايي خود را از دست ميدهند كلمات كليدي آزئوتروپ بهينهسازي تقطير تراوش تبخيري انتگراسيون حرارتي

139AbstractDistillation is the most common industrial separation process However simple distillation fails toseparate all kinds of mixtures For instance when one or more components of a mixture form anazeotrope it is not possible to fully separate them by simple distillation process Somemodifications are proposed to make the separation of azeotropic mixtures possible Thesemodifications have resulted methods such as pressure swing distillation azeotropic distillation extractive distillation salt distillation and reactive distillation The hybrid distillation pervaporation process can also be utilized for the separation of azeotropic mixtures Membraneprocesses show low energy consumption and are environmentally friendly So the hybriddistillation pervaporation process is appropriate for the separation of azeotropic mixtures The aim of this study was to optimize the hybrid distillation pervaporation process for theseparation of azeotropic mixtures and determine the best arrangement in this process Mostparameters of the process were considered as optimization variables especially pervaporationparameters such as the number of modules the permeate pressure and temperature of inlet flow toeach module which went unnoticed in previous studies Reduction of energy costs in a process isa major concern in optimization of hybrid distillation pervaporation process In this study inorder to cut energy costs an efficient method was used for heat integration of the process To thispurpose heat exchange was provided between all internal streams to the column and inlet streamsto pervaporation modules One of the optimization variables was heat exchange fraction betweenstreams and the number of heat exchangers which was determined by optimization algorithm Inorder for the optimization algorithm to have the potential to optimize discrete variables and have ahigh convergence speed given the high number of optimization variables genetic algorithm andparticle swarm optimization algorithm were utilized The mentioned cases have been investigated for ETBE production process To test the efficiencyof the proposed method a comparison was made between the proposed model and other ETBEsynthesis processes To this purpose 93 ETBE synthesis processes including distillation reactivedistillation pressure swing distillation liquid liquid extraction and pervaporation and a hybrid ofthese processes were optimized Results show that the proposed model was selected as the topprocess which consists of two reactors a distillation column pervaporation unit with series parallel arrangement and the hybrid HIDiC feed splitting and heat integration It resulted in a52 TAC reduction compared to the conventional process which consists of two reactors twodistillation columns and a liquid liquid extraction column Heat integration between internalstreams of distillation column and inlet flows to the pervaporation modules resulted in a 20 TAC reduction the most important reason of which was the complete elimination of hot utilitypervaporation process In all hybrid distillation or reactive distillation with pervaporationprocesses the best state is when pervaporation process is along with the side stream of thecolumn In addition in all hybrid distillation or reactive distillation with pervaporation processes the series parallel arrangement between pervaporation modules outperform the series and parallelarrangement the main reason of which is minimized membrane area and utility consumption Themajor optimization variables include feed splitting fraction in the feed splitting process pressuredifference of the stripping and rectifying sections in the HIDiC method heat exchange ratiobetween streams in heat integration process between internal streams of the column and the inletflow to pervaporation modules and the permeate pressure in pervaporation process In caseswhen the variables are not optimal each process may lose its effectiveness Keywords azeotrope optimization distillation pervaporatio

محسن نصر اصفهاني

احمد محب، محمدرضا احساني، محمدرضا اميدخواه، محمدصادق حاتمي پور