مقدمه
در فرآیندهای شیمیایی، جداسازی ترکیبات با استفاده از تقطیر یکی از روش‌های متداول و مؤثر است. با این حال، زمانی که دو مایع یک آزئوتروپ تشکیل می‌دهند، جداسازی آن‌ها با تقطیر معمولی دشوار و در برخی موارد غیرممکن می‌شود. این چالش به‌ویژه در جداسازی اتانول و آب، که به دلیل تشکیل آزئوتروپ حدود 95.63 درصد وزنی اتانول ایجاد می‌شود، به وضوح دیده می‌شود. در چنین شرایطی، نیاز به استفاده از روش‌های پیشرفته‌تر مانند تقطیر هتروژنی با افزودن حلال به منظور شکستن آزئوتروپ و افزایش خلوص اتانول ضروری است. در این پژوهش، فرآیند آب‌زدایی هتروژنی اتانول با استفاده از نرم‌افزار Aspen Plus و با هدف تعمیم به یک واحد صنعتی، شبیه‌سازی و بهینه‌سازی شده است. هدف اصلی این پروژه، کاهش هزینه‌های عملیاتی و افزایش بهره‌وری انرژی با در نظر گرفتن شرایط واقعی واحد صنعتی است.
شرح فرآیند
آب‌زدایی اتانول شامل جداسازی اتانول از آب برای دستیابی به محصولی با خلوص بالاتر است. این فرآیند به دلیل تشکیل آزئوتروپ بین آب و اتانول نیاز به استفاده از روش‌های خاصی دارد. در این پروژه، فرآیند آب‌زدایی هتروژنی با استفاده از یک حلال ثالث در یک واحد صنعتی شبیه‌سازی و بهینه‌سازی شده است.
مراحل فرآیند
فرآیند آب‌زدایی شامل مراحل زیر است:
- ستون آزئوتروپ: افزودن حلال برای شکستن آزئوتروپ و تسهیل جداسازی.
- ستون بازیابی: جداسازی و بازیافت حلال از مخلوط آب و اتانول.
انتخاب حلال
در این پژوهش، بنزن به عنوان حلال اصلی برای شکستن آزئوتروپ انتخاب شد. دلیل این انتخاب، اثربخشی بالای آن در شرایط عملیاتی واحد صنعتی و مصرف انرژی کمتر است.
شبیه‌سازی در نرم‌افزار Aspen Plus
شبیه‌سازی بر مبنای داده‌های ترمودینامیکی دقیق و مدل‌های مناسب مانند NRTL انجام شد. این داده‌ها شامل اطلاعات مربوط به سیستم‌های آب-اتانول و حلال‌ها است.
مراحل شبیه‌سازی
- مدل‌سازی ستون‌ها: هر یک از ستون‌های تقطیر با توجه به شرایط عملیاتی واقعی مدل‌سازی شدند.
- تحلیل نتایج: درصد خلوص اتانول، مصرف انرژی و جریان‌های خروجی مورد بررسی قرار گرفتند.
بهینه‌سازی فرآیند
در این پژوهش، بهینه‌سازی به عنوان بخش کلیدی مورد تأکید قرار گرفت. این بهینه‌سازی با استفاده از ابزارهای درون‌سازه‌ای Aspen Plus و با در نظر گرفتن شرایط واقعی واحد صنعتی انجام شد. هدف اصلی، کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی و افزایش خلوص اتانول بود.
به جهت بهینه سازی پارامترهایی مانند تعداد سینی‌ها، دما و فشار عملیاتی، نرخ جریان حلال و دبی خوراک به عنوان متغیرهای بهینه‌سازی تعریف شدند.
نتایج بهینه‌سازی و آنالیز حساسیت نشان دادند که خلوص اتانول به 99.5% وزنی افزایش یافت. مصرف انرژی کاهش پیدا کرد و هزینه‌های عملیاتی به ویژه در مصرف حلال به طور چشمگیری کاهش یافت. آنالیز حساسیت نشان داد که فشار عملیاتی ستون آزئوتروپ و نرخ جریان حلال بیشترین تأثیر را بر نتایج نهایی دارند و باید به دقت تنظیم شوند.
نتیجه‌گیری
این پروژه نشان داد که شبیه‌سازی و بهینه‌سازی فرآیند آب‌زدایی اتانول با استفاده از نرم‌افزار Aspen Plus و با توجه به شرایط واقعی یک واحد صنعتی، می‌تواند به کاهش قابل توجه هزینه‌های عملیاتی و افزایش بهره‌وری انرژی منجر شود. استفاده از حلال بنزن به عنوان عامل شکستن آزئوتروپ، بهترین نتایج فنی و اقتصادی را ارائه داد.این نتایج در ادامه‌ی شبیه سازی است که در پروژه شبیه سازی فرآیند آب زدایی هتروژنی اتانول با نرم‌افزار اسپن پلاس به آن پرداخته شده است.
پروژه های مرتبط
شرکت آنیل پارس با موفقیت، پروژه‌های متعددی را در زمینه آب زدایی هتروژنی اتانول اجرا نموده است، از جمله:
1.شبیه سازی فرآیند آب زدایی هتروژنی اتانول با نرم‌افزار اسپن پلاس
در این پروژه، شبیه سازی فرآیند آب‌زدایی هتروژنی اتانول با استفاده از نرم‌افزار Aspen Plus نسخه 10 و 12 بر مبنای روش‌ها و داده‌های مقاله انجام شده و به تحلیل و بهینه‌سازی پارامترهای عملیاتی پرداخته است.
2. شبیه‌سازی فرآیند آب‌زدایی اتانول با استفاده از مدل UNIQUAC در اسپن پلاس
پس از بررسی و شبیه‌سازی فرآیند آب‌زدایی اتانول با استفاده از مدل NRTL، که نتایج آن مورد تحلیل قرار گرفت، در این پروژه به بررسی این فرآیند با استفاده از مدل ترمودینامیکی UNIQUAC پرداخته‌ایم. این مدل با در نظر گرفتن برهم‌کنش‌های غیر ایده‌آل بین اجزای مخلوط، دقت بالاتری در پیش‌بینی رفتار فازی و جداسازی مخلوط‌ها به ویژه در شرایط پیچیده‌تر از خود نشان می‌دهد.
3.بهبود شبیه‌سازی فرآیند آب‌زدایی هتروژنی اتانول با استفاده از رگرسیون داده در اسپن پلاس
در این پروژه، بهبود شبیه‌سازی فرآیند آب‌زدایی هتروژنی اتانول با استفاده از رگرسیون داده برای افزایش دقت شبیه‌سازی و دستیابی به نتایج بهینه‌تر در نرم‌افزار Aspen Plus انجام شده و به تحلیل و بهینه‌سازی پارامترهای عملیاتی پرداخته است.
4.شبیه‌سازی دینامیک فرآیند آب‌زدایی هتروژنی اتانول با اسپن پلاس
در این پروژه، شبیه‌سازی دینامیک فرآیند آب‌زدایی هتروژنی اتانول با استفاده از نرم‌افزار Aspen Plus Dynamics شرح داده شده است. این گزارش با هدف تحلیل رفتار دینامیکی فرآیند و بهینه‌سازی شرایط عملیاتی و سیستم‌های کنترلی ارائه شده است.
شبیه سازی و بهینه‌سازی جداسازی اتانول از آب در اسپن پلاس
در این پروژه، شبیه سازی و بهینه‌سازی جداسازی اتانول از آب با تقطیر آزئوتروپیک در نرم‌افزار Aspen Plus بر اساس دانش فنی و داده های واقعی شبیه‌سازی شده است. علاوه بر این، پروژه صنعتی است و شامل آموزش و توضیحات مفصل برای درک بهتر فرآیند شبیه‌سازی و تحلیل نتایج است. جهت خرید پروژه و یا کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن، از طریق لینک زیر اقدام نمایید.