مقدمه
اتانول یکی از مواد شیمیایی پرکاربرد در صنایع مختلف از جمله سوخت، داروسازی، صنایع غذایی و شیمیایی است. با این حال، جداسازی اتانول از آب، به ویژه در نقطه آزئوتروپ (که ترکیب مایع و بخار یکسان است)، به‌دلیل چالش‌های جداسازی و نیاز به تکنیک‌های پیشرفته، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. آزئوتروپ اتانول-آب یکی از موانع اصلی در دستیابی به اتانول با خلوص بالا است، و به همین دلیل به کارگیری روش‌های تخصصی و شبیه‌سازی دقیق فرآیند تحت شرایط عملیاتی مختلف ضروری می‌باشد.
شرح فرآیند
فرآیند جداسازی اتانول از آب به دلیل تشکیل آزئوتروپ، یک چالش مهم در صنعت شیمیایی به‌شمار می‌آید. در این پروژه، برای غلبه بر این محدودیت، از چهار واحد تقطیر با شرایط عملیاتی و غلظت‌های ورودی مختلف استفاده شده است. هدف اصلی از این فرآیند، شکست آزئوتروپ اتانول-آب و دستیابی به اتانول با خلوص بالا است.
در هر واحد تقطیر، مخلوط ورودی شامل اتانول و آب با درصدهای مختلف، وارد ستون تقطیر شده و تحت شرایط دمایی و فشاری خاصی قرار می‌گیرد. با توجه به اینکه نقطه آزئوتروپ مخلوط اتانول-آب در فشارهای مختلف تغییر می‌کند، هر واحد تقطیر با دقت برای اعمال فشار و دمای خاصی تنظیم شده است که بتواند به بهترین نحو ممکن از نقطه آزئوتروپ عبور کند. این امر با تغییرات فشار، تنظیم نسبت بازگشت و تعداد مراحل تقطیر در هر واحد حاصل شده است.
فرآیند کلی به این صورت طراحی شده که به تدریج و با استفاده از مراحل متعدد تقطیر، غلظت اتانول در جریان خروجی افزایش یابد. هر واحد تقطیر با تنظیم دقیق شرایط عملیاتی خود، بخشی از آب را جدا کرده و اتانول غلیظ‌تری را به واحد بعدی منتقل می‌کند. با این روش، آزئوتروپ به تدریج شکسته شده و اتانول با خلوص بالا در خروجی آخرین واحد تقطیر به دست می‌آید.
این فرآیند از مزایای تقطیر چند مرحله‌ای بهره می‌برد تا با غلبه بر محدودیت‌های آزئوتروپیک، یک سیستم کارآمد و موثر برای جداسازی اتانول از آب فراهم آورد. علاوه بر این، تنظیم دقیق شرایط عملیاتی، نه تنها جداسازی موثرتر را تضمین می‌کند، بلکه مصرف انرژی را نیز بهینه می‌سازد. به‌این‌ترتیب، اتانول با خلوص صنعتی بالا از طریق این فرآیند پیچیده اما بهینه‌سازی‌شده تولید می‌گردد.
شرح شبیه‌سازی
در این پروژه، شبیه‌سازی فرآیند جداسازی آزئوتروپیک اتانول از آب در نرم‌افزار Aspen Plus انجام شده است. هدف از این شبیه‌سازی، بررسی عملکرد چهار واحد تقطیر مستقل تحت شرایط عملیاتی مختلف برای دستیابی به اتانول با خلوص بالا بوده است.
- مدل‌سازی ترمودینامیکی: در این شبیه‌سازی، برای پیش‌بینی دقیق رفتار مخلوط اتانول و آب که رفتاری غیر ایده‌آل از خود نشان می‌دهد، از یک مدل پیشرفته استفاده شد. این مدل، تعاملات پیچیده بین مولکول‌های اتانول و آب را در نظر گرفته و قادر است پدیده‌هایی مانند تشکیل آزئوتروپ را به خوبی شبیه‌سازی کند. با استفاده از این مدل، می‌توانیم رفتار مخلوط را در شرایط مختلف دما و فشار پیش‌بینی کنیم.
- تعریف خوراک و شرایط عملیاتی: برای هر واحد تقطیر، خوراک با غلظت‌های مختلف اتانول و آب تعریف شد. شرایط عملیاتی هر واحد از جمله فشار، دما، و تعداد مراحل تقطیر بر اساس نیازهای خاص آن واحد تنظیم شدند. این شرایط به‌گونه‌ای انتخاب شدند که بتوانند به‌طور مؤثر آزئوتروپ اتانول-آب را جدا کرده و اتانول با خلوص بالا تولید کنند.
- شبیه‌سازی فرآیند: هر یک از واحدهای تقطیر به‌صورت جداگانه شبیه‌سازی شدند. در این شبیه‌سازی‌ها، ورودی‌ها شامل خوراک، دما، فشار، و نسبت بازگشت بودند و خروجی‌ها شامل جریان‌های بالاسری و ته‌مانده با غلظت‌های مختلف اتانول و آب بود. شبیه‌سازی‌ها نشان دادند که با تغییرات کوچک در شرایط عملیاتی، می‌توان به کاهش یا افزایش جزئی در خلوص اتانول دست یافت.
- ارزیابی نتایج شبیه‌سازی: نتایج شبیه‌سازی برای هر واحد تقطیر به‌صورت جداگانه مورد بررسی قرار گرفت. تمرکز اصلی بر روی بررسی امکان دستیابی به خلوص بالای اتانول بود. نتایج نشان داد که شرایط عملیاتی هر واحد تقطیر به‌طور دقیق تنظیم شده و امکان دستیابی به خلوص مطلوب اتانول وجود دارد.
نتیجه‌گیری
این پروژه نشان داد که برای دستیابی به خلوص بالای اتانول از آب در حضور آزئوتروپ، نیاز به استفاده از واحدهای تقطیر مجزا با شرایط عملیاتی مختلف است. شبیه‌سازی‌ها در نرم‌افزار Aspen Plus به‌طور دقیق رفتار سیستم را پیش‌بینی و بهترین شرایط برای جداسازی بهینه را تعیین کرد. نتایج به‌دست‌آمده می‌تواند به‌عنوان مبنایی برای بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی و کاهش مصرف انرژی در واحدهای تقطیر مشابه مورد استفاده قرار گیرد.
خالص‌سازی و جداسازی اتانول از آب در نرم‌افزار اسپن پلاس
در این پروژه، فرآیند خالص‌سازی و جداسازی اتانول از آب در نرم‌افزار Aspen Plus با استفاده از چهار واحد تقطیر مجزا با شرایط عملیاتی متفاوت و ترکیبات ورودی مختلف شبیه‌سازی شده است.علاوه بر این، پروژه 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.