مقدمه
باگاس محصول جانبی تولید شکر است هنگامی که ساقه نیشکر برداشت میشود آنها را پرس می‌کنند تا آب آنها گرفته شود و سپس به شکر تبدیل میشود. محصول باقی مانده یک فیبر گیاهی می‌باشد. توسط فرایند حرارت و فشار زیاد ، این ماده سپس به شکل ظروف مختلف مانند کاسه و بشقاب قالب گیری می شود.
برزیل ، هند ، اروپا (مانند فرانسه) ، چین و تایلند ۵ تولید کننده نیشکر برتر در جهان هستند. شرایط موجود در این کشورها باعث رشد نیشکر می شود. آنچه در گیاه نیشکر فوق العاده است همه کاره بودن آن است ، نه تنها در تولید ظروف غذای گیاهی کاربرد دارد بلکه می توان از آن به عنوان منبع سوخت زیستی استفاده کرد که به مبارزه با اثرات زیست محیطی سوخت های فسیلی کمک می کند. باگاس نیشکر به عنوان خوراک دام نیز استفاده می شود که باعث تولید گازهای گلخانه ای مانند اتانول ، کمپوست میشود.
تاریخچه باگاس
قبلا باگاس به عنوان زباله در نظر گرفته می‌شد که در مزارع سوزانده و باعث آلودگی می‌شد. با این حال، باگاس به دلیل انرژی گرمایی که تولید می‌کند از آن به عنوان منبع سوخت در کارخانه‌های قند استفاده میشود. فناوری‌های نوین برای تولید ۲۰۰ تا ۳۰۰ کیلووات ساعت برق برای هر تن مواد باگاس در حال توسعه است. محققان همچنین در حال بررسی احتمال در نظر گرفتن آن به عنوان سوخت زیستی هستند. باگاس به دلیل خواص سازگار با محیط زیست به طور گسترده ای توسط توزیع کنندگان مواد غذایی لندن و دیگر شهرها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بافت و رنگ باگاس نیشکر
تفاله نیشکر فیبری است که بافت بسیار متفاوتی نسبت به مواد پلاستیکی ایجاد می کند. ظروف باگاس کمی خشن و شبیه مقوا خواهند بود. رنگ طبیعی محصولات باگاس بژ یا قهوه ای روشن است ، اما ممکن است آنها را به رنگ سفید نیز ببینید.
کاربردهای باگاس
از کاربردهای باگاس نیشکر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- برای تولید برق
- بسته‌بندی مواد غذایی
- تولید الکل
- تولید تخته فیبر با چگالی متوسط
- تولید کاغذ
سوخت زیستی
سوخت زیستی Biofuel یا سوخت سبز Fuel Green دارای اهمیت زیادی است به طوری که به آن سوخت آینده نیز گفته میشود. درواقع نوعی سوخت گازی، مایع و یا جامد که محتوای انرژی آن از منابع زیستی که در اصطلاح زیست توده نامیده می‌شوند، به دست می‌آید.
فرآیند سنتز سوخت زیستی از باگاس
بیودیزل یک سوخت پیشرفته برای موتورهای دیزلی است. دارای خاصیت روانکاری عالی، عاری از گوگرد و آروماتیک مـی‌باشـد و عـلاوه بـر اکسـیژن دار بـودن دارای عـدد اکتـان بالا اسـت. همچنین در کاهش دود و صدا و بوهای مضر اثر ثابت شده‌ای دارد. آن می‌تواند بعنوان یک سـوخت جـایگزین برای سـوخت شود چرا که دارای دانسیته، انرژی بالا، راندمان بالا در جرقه و احتراق در موتورها و بالانس انرژی مثبت است. هیچ سوخت دیگری نمی‌تواند به کیفیت بیودیزل نزدیک شود و همچنین در کاهش گازهای گلخانـه‌ای موثر است و از طرفی هزینه کم حمل‌ونقل و نگهداری آسان بیودیزل نسبت به سوختهای دیگر از جمله مزایای دیگر آن است.
فرآیند تولید روغن و سوخت زیستی
این فرآیند شامل بخش‌های زیر است:
- بخش تامین حرارتی
در بخش اول حامل‌های اکسیژن در مجاورت اکسیژن قرار گرفته و پس از فرایند اکسیژناسیون حرارت بسیار زیادی که در بخش پیرولیز مورد نیاز است تامین میشود. حامل‌های اکسیژن جهت گاز زدایی با باگاس وارد بخش پیرولیز میشود.
شکل زیر بخش فرآیندی تامین حرارت را نمایش می دهد.
در این بخش حرارت تولید شده توسط حامل‌های اکسیژن به سمت راکتور پیرولیز در بخش بعد ارسال میشود.
- بخش پیرولیز
در این بخش با ورودی زیست توده (باگاس) و حرارت مورد نیاز و همچنین محیط کشت باکتری ها جهت تولید آنزیم واکنش نیتروژن وارد بستر میشود و پس از گذشت مدت زمانی از واکنش که به صورت نیمه پیوسته می باشد محصولات پس از عبور از سیکلون ها به صورت گاز و مایع به سمت برج های جداسازی و ارتقا محصولات ارسال میشود. جدول زیر جدول موازنه جرم این بخش می باشد.
بخش فرآیندی پیرولیز
- ارتقا محصولات
بخش بسیار مهمی فرایند تولیدی سوخت زیستی، ارتقا محصولات است. در ابتدا مایعی شامل بنزن، تولوئن، فنول و (آروماتیک ها، نفتن ها، آلکان‌ها و غیره) شده و نیاز به ارتقا به بنزنین، دیزل، سوخت جت و غیره می‌باشد. محصولات خروجی از بخش هیدرولیز در جدول زیر گزارش شده است:
در ادامه جهت ارتقا به سمت فرایندهای بعدی ارسال میشود.
محصول نهایی شامل دیزل، سوخت جت و بنزین می‌باشد.
شبیه‌سازی فرآیند
شبیه‌سازی فرآیند به منظور بررسی اقتصادی فرآیند تا انتهای فرایند تولید سوخت زیستی، در نرم افزار اسپن پلاس ورژن 12.1 انجام شده است.
معادله حالت
تمام فرایند، در نرم‌افزار Aspen plus ورژن 12.1 و توسط مدل Solids، که برای ترکیبات درون شبیه سازی، بسیار مناسب می‌باشد، شبیه‌سازی شده است که در شکل زیر نشان داده شده است.
محاسبات فنی و اقتصادی واحد فرآیندی
تجهیزات زیر در محاسبات اقتصادی در نظر گرفته شده است:
- کمپرسور
- راکتورهای پیرولیز و کامباستر
- سیکلون ها (نسبت به هزینه بالای راکتور ها صرف نظر می شود)
- برج تقطیر و مخازن جداکننده دوفازی (اطلاعات دقیق در دسترس نیست. تخمینی اضاف شده است)
کمپرسور
از روی شبیه سازی انجام شده ظرفیت کمپرسور را برداشت کرده و محاسبات لازم را انجام می‌دهیم.
قیمت راکتورهای موجود در کل فرآیند
مجموع هزینه های تخمین زده شده برای کلیه راکتورها:
با توجه به اینکه هزینه کل راکتورها در سال 1990 برابر 5.8 $M می‌باشد که از حاصل ضرب این عدد با نسبت 738.2/358 میزان هزینه راکتورها در سال 2022 بدست می‌آید.
محاسبات مربوط به سرمایه‌گذاری کل
پارامترهایی همچون ابزار دقیق، لوله کشی، محوطه سازی و … به صورت تخمینی از جدول TCI زیر محاسبه شده و هزنیه های کلی را به منظور تخمین سرمایه گذاری بدست می آورد.
محاسبات مربوط به قیمت تمام شده محصول
$ TPC= 100,000
نتیجه‌گیری
استفاده از سوختهای زیستی سبب بهره‌وری بیشتر منابع انرژی، امنیت انرژی و توسعه پایدار زیست‌محیطی شده و همچنین در این راستا باگاس مورد استفاده قرار گرفت. در این پروژه شبیه‌سازی جامع و تحلیل اقتصادی دقیق، انجام گرفت. نکات کلیدی نیز شامل انتخاب صحیح معادله حالت، تنظیم جریان‌های ورودی و بررسی دستگاه‌ها و شبیه‌سازی دقیق آنها است.
شبیه‌سازی و ارزیابی اقتصادی تولید روغن زیستی با استفاده از زیست توده جامد (باگاس) در نرم‌افزار اسپن پلاس
در این پروژه، شبیه‌سازی و تحلیل اقتصادی فرآیند تولید سوختهای زیستی با اسپن پلاس V12.1 انجام شده است. جهت خرید پروژه و یا کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن، از طریق لینک زیر اقدام نمایید.