مقدمه
این پروژه به شبیه‌سازی یک سیستم نوین بازیابی آمونیاک از مایع هضم‌شده در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب (WWTP) و استفاده از آن به همراه بیومتان در یک سلول سوختی اکسید جامد (SOFC) اختصاص دارد. با توجه به نیاز مبرم صنایع به بهبود پایداری انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، شبیه‌سازی این فرآیند می‌تواند نقش مهمی در توسعه فناوری‌های نوین بازی کند. در این پروژه، نرم‌افزار Aspen Plus به عنوان ابزار اصلی برای مدل‌سازی فرآیندها مورد استفاده قرار گرفت.
شرح فرآیند
در این پروژه، سیستم نوآورانه‌ای برای بازیابی آمونیاک از مایع هضم‌شده در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب (WWTP) و استفاده همزمان از آن با بیومتان در یک سلول سوختی اکسید جامد (SOFC) طراحی شده است. فرآیند بازیابی آمونیاک شامل چند مرحله کلیدی است که به‌طور سیستماتیک برای بهینه‌سازی بازیابی و استفاده از این منبع انرژی طراحی شده‌اند.
بخش‌های اصلی فرآیند
-
ستون تقطیر (Air Stripping):
- در این بخش، آمونیاک از مایع هضم‌شده با استفاده از گاز خروجی از سلول سوختی جدا می‌شود. این ستون شامل چندین مرحله برای افزایش کارایی جداسازی و کاهش نیاز به انرژی است. گاز خروجی حاوی آمونیاک به‌دست‌آمده سپس به واحد جذب منتقل می‌شود.
-
ستون جذب (Absorption Column):
- در این ستون، گاز حاوی آمونیاک با جریان آب به‌صورت ضدجریان تماس می‌گیرد و آمونیاک در آب حل می‌شود. این مرحله برای خالص‌سازی آمونیاک و آماده‌سازی آن برای استفاده در SOFC طراحی شده است.
-
درام فلش (Flash Drum):
- جریان خروجی از ستون جذب وارد درام فلش می‌شود، که در آن بخشی از مخلوط به بخار تبدیل می‌شود تا نسبت مولی بخار به کربن (s/c) مناسب برای واکنش‌های داخلی در SOFC تأمین شود.
این فرآیند به‌طور جامع مدل‌سازی شده است تا بهینه‌سازی و تحلیل آن به‌طور دقیق انجام شود و امکان بررسی تأثیرات آن بر کارایی انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب فراهم گردد.
شرح شبیه‌سازی
شبیه‌سازی این فرآیند با استفاده از نرم‌افزار Aspen Plus براساس مقاله Grasham و همکاران انجام شد. مراحل کلیدی شبیه‌سازی به شرح زیر است:
-
انتخاب مدل ترمودینامیکی:
- برای شبیه‌سازی رفتار تعادلی فازها و واکنش‌های شیمیایی، از روش ترمودینامیکی NRTL-RK استفاده شد که مناسب فرآیندهای شامل مخلوط‌های قطبی و غیرقطبی است.
-
مدل‌سازی واحدهای فرآیندی:
-
-
- رآکتورهای RStoic و RGibbs برای شبیه‌سازی واکنش‌های شیمیایی و تعادل گازها در سلول سوختی استفاده شدند. در این رآکتورها، واکنش‌های تبدیل متان به هیدروژن، واکنش گاز-آب و اکسایش هیدروژن مدل‌سازی شد.
- ستون تقطیر (RADFRAC) برای جداسازی آمونیاک از مایع هضم‌شده با استفاده از 30 مرحله بدون کندانسور یا ریبویلر مدل‌سازی شد.
- ستون جذب (RADFRAC) با 10 مرحله برای جذب آمونیاک توسط آب بدون کندانسور یا ریبویلر شبیه‌سازی شد.
- درام فلش (Flash2) برای جداسازی مخلوط‌های مایع-بخار و بهبود نسبت مولی بخار به کربن در فرآیند شبیه‌سازی شد.
-
-
شرایط عملیاتی و فرضیات:
- شبیه‌سازی در شرایط دمایی و فشاری مشخصی انجام شد که در آن شرایط محیطی 1 بار و 23 درجه سانتی‌گراد فرض شد. همچنین ترکیب هوای ورودی به فرآیند به نسبت 79:21 از نیتروژن به اکسیژن فرض شد.
نتایج و تحلیل
نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند که سیستم پیشنهادی قادر به بازیابی مقادیر قابل‌توجهی از نیتروژن آمونیاکی موجود در مایع هضم‌شده است. استفاده از این سیستم در کنار سلول سوختی اکسید جامد (SOFC) منجر به افزایش قابل‌توجهی در تولید برق تجدیدپذیر و کاهش مصرف انرژی در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب می‌شود. تحلیل‌ها حاکی از آن هستند که به‌کارگیری این فناوری می‌تواند تأثیرات مثبتی بر کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای داشته باشد و در نتیجه به بهبود عملکرد زیست‌محیطی کمک کند.
شبیه‌سازی فرآیند بازیابی آمونیاک و استفاده از آن در سلول سوختی اکسید جامد (SOFC) با Aspen Plus
در این پروژه، شبیه‌سازی فرآیند بازیابی آمونیاک و استفاده از آن در سلول سوختی اکسید جامد (SOFC) با نرم افزار Aspen Plus مورد بررسی قرار گرفته است. این پروژه آموزش دارد. جهت خرید پروژه و یا کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن، از طریق لینک زیر اقدام نمایید.