توصيفگر ها :
بيواتانول , فرايند جداسازي , فرايند غشايي , تقطير , انرژي
چكيده فارسي :
چكيده
در ساليان اخير به دلايل مختلفي از جمله كاهش منابع سوخت‌هاي فسيلي و هم چنين مشكلات ناشي از مصرف بيش از حد آن‌ها در زمان‌هاي گذشته، هم چون موارد زيست‌محيطي؛ توجه جامعه¬ي جهاني به سمت سوخت‌هاي پاك و يكي از مهم‌ترين آن‌ها يعني سوخت‌هاي زيستي معطوف شده است. بيواتانول از جمله مهم‌ترين سوخت‌هاي زيستي مي‌باشد. اما فرايند توليد آن از نظر انرژي بسيار پرمصرف است و بهينه¬سازي گرمايي آن گام مهمي در اين فرايند مي¬باشد. هدف اصلي اين پروژه نيز همين كار است. در اين پژوهش نيز به فرايند توليد بيواتانول پرداخته و براي اين امر از داده‌هاي كارخانه¬ي زيست فرآورده سپاهان استفاده و شبيه¬سازي اين واحد عملياتي صورت گرفته است. براي اصلاح فرايند توليد اتانول انجام گرفته در اين كارخانه چهار سناريو مختلف طراحي شد كه عبارت‌اند از سناريوي تراوش تبخيري (سناريوي غشايي)، تبخير ناگهاني، پمپ حرارتي و تراكم بخار. از مهم‌ترين نتايج به‌دست‌آمده مي‌توان به موارد زير اشاره كرد: سناريو غشايي هزينه‌هاي كم¬تري نسبت به حالت پايه كه در آن از بستر جاذب استفاده شده است به همراه دارد و هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري را در حدود سيصد هزار دلار كاهش داده است. همه¬ي سناريوهاي گرمايي طراحي شده ميزان مصرف آب خنك‌كن و نيز بخار مورد مصرف در فرايند را كاهش داده¬اند. مصرف بخار و آب خنك‌كن در حالت پايه به ترتيب برابر 3100 كيلوگرم و 253 ميليون گالن در سال بوده است. اين در حالي است كه مصرف بخار و آب خنك¬كن براي سناريو پمپ حرارتي به ترتيب 57 و 67 درصد، براي سناريو تبخير ناگهاني به ترتيب 69 و 85 درصد و براي سناريو تراكم بخار نيز به ترتيب 66 و 78 درصد كاهش يافتند. از نظر مصرف برق البته سناريوهاي پمپ حرارتي و تراكم بخار به دليل استفاده از كمپرسور پرمصرف‌تر از حالت پايه هستند اما سناريو تراكم بخار با مصرف 460000 كيلووات در سال بهترين سناريو گرمايي است. هم¬چنين شاخص¬هاي اقتصادي نرخ بازگشت سرمايه، دوره¬ي بازگشت سرمايه و ارزش فعلي خالص نيز محاسبه شده است كه بر اقتصادي بودن سناريو تبخير ناگهاني و تراوش تبخيري تاكيد دارند. با در نظر گرفتن تمامي جوانب، طبق نتايج به‌دست‌آمده از اين پروژه، تركيبي از حالت تبخير ناگهاني براي قسمت برج‌هاي تقطير و سيستم تراوش تبخيري براي مرحله ي خالص‌سازي و آب‌گيري نهايي مي‌تواند بهترين حالت ممكن براي اين واحد عملياتي باشد. استفاده¬ي همزمان از اين دو حالت هزينه¬هاي سرمايه¬گذاري كل را در حدود 6/7 ميليون دلار، هزينه-هاي عملياتي ساليانه 94/3 ميليون دلار و هزينه¬هاي كلي ساليانه 1 ميليون دلار كاهش مي¬دهد.
چكيده انگليسي :
Abstract
In recent years, due to many reasons including reduction of the fossil fuel resources and the environmental problems caused by the overusing of these fuels, the interest in using clean fuels such as biofuels has increased significantly. Bioethanol is one of the most important biofuels which despite having specific advantages, its high energy consuming production process is a problem regarding production and using this fuel. Therefore, the thermal optimization is an important step in this process. In the present research the bioethanol production process in Sepahan Zist Faravarde Company was simulated and thermally optimized. To this aim, four different scenarios based on different separation operations were designed and studied which are pervaporation, bottom flashing, heat pump, and vapor recompression. The following are the most important results obtained from this study: implementing pervaporation process instead of currently in use adsorption process for final dehydration of bioethanol can decrease the capital cost about 300000 US dollars. All of the thermal scenarios can reduce cooling water and steam consumption. The steam and cooling water consumption in the base case were 3100 kg and 253M gallons per year, respectively. However, these numbers for the heat pump case decreased about 57% and 67%, respectively. Also, using the bottom flashing method showed a reduction of 69% and 85% for steam and cooling water consumption, respectively, whereas the reductions were about 66% and 78% for the vapor recompression case. Furthermore, in terms of electrical power consumption, the heat pump and vapor recompression cases used more power which was due to high electricity consumption of the compressor used in these cases. However, the vapor recompression case was the best one between the thermal cases, with a power consumption of 460000 kw per year. In addition to the above mentioned studies, economic indexes for the rate of return on investment, period of return on investment, and net present value were calculated which confirmed that bottom flashing and pervaporation are more economically efficient. Considering all corresponding aspects, based on the results from this research, using a combination of bottom flashing and pervaporation processes can give us the best results for this operational unit. Using these two cases simultaneously will reduce the total investment costs by 6.7 million dollars, annual operational costs by 3.94 million dollars, and overall annual costs by 1 million dollars.
Key Words
Bioethanol, Separation process, Membrane process, Distillation, Energy
