Bu tədqiqat, iqtisadi açıdan optimallaşdırılmış edilən intənsivləşdirilmiş distillə kolonlarının, maye və buxar axınları kolon iç donanımının gerçek hidravlik həddlarıyla karşılaştırıldığında işlədilə bilən olup olmadığını incelemektedir. Laktik turşu bərpası nümunə müddətç kimi seçilmiş; konvənsional reaktiv distillə dizisi, qismən termal bşəbəkəlı strukturlandırma və reaktiv bölmə divarlı kolon olmak üzere üç seçənek Aspən Plus ilə sabit vəziyyətdə modellənmiştir. Hidravlik kısıtlar dikkate alındığında ümumi illik xərc konvənsional strukturda yüzde 37,8, termal bşəbəkəlı strukturda yüzde 45,3 və reaktiv bölmə divarlı kolonda yüzde 8,4 artmışdır. Buna rşəbəkəmən reaktiv bölmə divarlı kolon, hidravlik düzeltmelerdən sonra da ən aşşəbəkəı ümumi illik xərci və ən aşşəbəkəı karbon dioksid emissiyasınu sşəbəkəlamıştır. Tədqiqat hakem qiymətləndirməsindən keçməmiş bir simulyasiya preprintidir; təcrübi, pilot miqyaslı və ya sənaye istismar təsdiqi sunmamaktadır.

Ekonomik optimallaşdırmala elde edilən ilk dizaynların birçoğunda maye sürüklənməsi, şəbəkəlama, yetersiz nimçə maye yükü və ya daşma həddlarının aşılması müəyyən edilmişdir. Bu sorunları gidermek üçün reflüks nisbətı, qidalanma mərhələsi, kolon çapı, bənd uzunluğu və yənidən qaynadıcı istilik yükü gibi dəyişənler değiştirilmiştir. Hidravlik kimi tətbiq oluna bilən dizaynlar daha yüksək ənerji və ekipman xərcleri gerektirmiştir; dolayısıyla yalnız ənerji və ya ümumi illik xərci ən aza indirən bir matematiksel həllün, işlədilə bilən bir kolon dizeyni anlamına gelmediği gösterilmiştir.

Hidravlik düzeltmeler sonranda reaktiv bölmə divarlı kolonun ümumi illik xərci 990,59 bin ABD doları/yıl kimi hesablanmışdır. Bu dəyər qismən termal bşəbəkəlı strukturlandırmanın xərcindən təxminən yüzde 31, konvənsional strukturlandırmanın xərcindən təxminən yüzde 35 daha aşşəbəkəıtür. Aynı strukturlandırmada laktik turşu istehsalı 357,56 kg/saat, bərpa nisbətı yüzde 94,96 və karbon dioksid emissiyası 449,37 kg/saat kimi bildirilmiştir.

Araştırmanın təməl sorusu nedir?

Araştırmanın təməl sorusu, ümumi illik xərc gibi iqtisadi hedef fonksiyonları kullanılarak optimallaşdırılmış edilən intənsivləşdirilmiş distillə müddətçlerinin, kolon üçündəki gerçek maye və buxar axınları baxımından kararlı biçimde çalışıp çalışamayacşəbəkəıdır. Bir dizayn aşşəbəkəı ənerji tüketimi və aşşəbəkəı ekipman xərci gösterebilir; ancaq nimçələrde yeterli maye birikmiyorsa, buxar mayeyı üst mərhələləre taşıyorsa və ya kolon daşma həddinı aşıyorsa söz konusu iqtisadi kazanç gerçek istismarde elde ediləmez.

Tədqiqat özellikle şu sorulara yanıt aramaktadır:

• Ekonomik kimi optimallaşdırılmış edilmiş üç laktik turşu bərpa strukturlandırması hidravlik kimi tətbiq oluna bilən midir?
• Hidravlik sorunları gidermek üçün hangi istismar və dizayn dəyişənleri değiştirilmelidir?
• Bu düzeltmeler toplam istismar xərcini, kapital xərcini, ümumi illik xərci və karbon dioksid emissiyasınu nasıl değiştirmektedir?
• Hidravlik tətbiq oluna bilmə sşəbəkəlandıktan sonra hangi intənsivləşdirilmiş distillə strukturlandırması ən avantajlı seçənek kimi kalmaktadır?

Tədqiqat nedən vacibdir?

Distillə, ısıtma və soyutma gereksinimi yüksək bir ayırma işlemidir. Proses intənsivləşdirmə yaklaşımları, daha az ekipman və ya daha etkili ənerji əntegrasyonu kullanarak bu yükü azaltmayı amaçlamaktadır. Reaktif distillə, bölmə divarlı kolonlar və termal bşəbəkəlı kolonlar bu amaçla geliştirilən başlıca seçənekler arasındadır.

Bununla yanaşı proses optimallaşdırmau yalnız kütle və ənerji dəngeleriyle həddlı değildir. Bir kolonun nimçələri və ya dolduruculu bölgeleri, hesaplanan maye və buxar sərflerini fiziksel kimi taşıyabilmelidir. Kolon çapı, nimçə dəlikləri, bənd uzunluğu, əniş borusu alanı və doldurucu yatşəbəkəı kapasitesi uygun değilse fazlar arasındaki temas bozulabilir. Bu bozulma ayırma səmərəliliyini, məhsul saflığını, kontrol ediləbilirliği və kesintisiz istismaryi birbaşa etkilər.

Literatürde hedeflənən dəlik nedir?

Tədqiqatya görə intənsivləşdirilmiş distillə müddətçlerinde iqtisadi optimallaşdırma və kontrol strukturlarının dəyərləndirilmesi yaygın olmakla birlikte kolon hidravlikasınin dizayn optimallaşdırmauna açık biçimde katılması daha həddlıdır. Tədqiqatçılar, teorik ənerji və xərc kazançlarının ancaq kolon kararlı hidravlik bölgede çalışıyorsa gerçekleştiriləbiləceğini vurgulamaktadır.

Bu araştırma, daha əvvəl yayımlanan üç fərqli laktik turşu bərpa dizeyninı yənidən kurarak iqtisadi nəticələri hidravlik tətbiq olunmale birlikte qiymətləndirməktedir. Böylece kavramsal proses optimallaşdırmau ilə gerçek kolon boyutlandırması arasındaki dəlik görünür hâle getirilmektedir.

Laktik turşu bərpası nasıl modellənmiştir?

Örnek müddətç, seyreltik sulu bir axından laktik turşu bərpasına dayanmaktadır. Laktik turşu birbaşa damıtılmak yerine əvvəl metanolle esterleştirilərek metil laktata dönüştürülmektedir. Metil laktatın termal kimi daha uygun ayrılabilmesi, su və diğer biləşənlerdən distillə yoluyla ayrılmasına olanak sşəbəkəlamaktadır. Daha sonra metil laktat hidroliz edilərek yənidən laktik turşu elde edilmektedir.

Süreçte Amberlyst 15 ion dəyişdirici qatran katalizator kimi istifadə edilmişdir. Termodinamik özellikler UNIQUAC-HOC modeliyle hesablanmışdır. Bu model, maye fazdaki ideal olmayan davranışın və organik asitlerin buxar fazındaki dimerleşmesinin temsil edilmesi amacıyla seçilmiştir. Aspən Plus məlumat bankasında bulunmayan ikili qarşılıqlı təsir parametrləri UNIFAC metodiyle proqnoz edilmiştir.

Karşılaştırılan üç proses strukturlandırması

Ekonomik qiymətləndirmə nasıl strukturlmıştır?

Ekonomik hedef, ümumi illik xərc (Total Annual Cost, TAC) kimi tanımlanmıştır:

\[ TAC = \frac{TCC}{Payback} + TOC \]

• TAC: Ümumi illik xərc, kUS$/yıl,
• TCC: Kolonlar, istilik dəyişdiricilər və diğer ekipman üçün toplam kapital xərci, kUS$,
• TOC: Buhar, soyutma və diğer proses hizmetleriyle ilişkili yıllık istismar xərci, kUS$/yıl,
• Payback: Sermaye geri ödeme müddəti; tədqiqatda üç yıl kimi alınmıştır.

Buradaki kUS$ birimi bin ABD dolarını ifade etmektedir. TAC, ayrıntılı bir yatırım kararı değil, fərqli dizaynları eyni iqtisadi təməlde karşılaştıran ön teknoiqtisadi göstergedir.

Reaksiyonlar və kinetik dənklemler

Laktik turşu esterleşmesi

\[ \mathrm{C_3H_6O_3\ (LAc) + CH_3OH\ (MeOH) \rightleftharpoons C_4H_8O_3\ (MetLac) + H_2O} \]

\[ r = m_{cat}\left(k_D^{R1}a_{LAc}a_{MeOH}-k_R^{R1}a_{MetLac}a_{H_2O}\right) \]

Süksinik asidin ilk esterleşme basamşəbəkəı

\[ \mathrm{C_4H_6O_4\ (SUc) + CH_3OH\ (MeOH) \rightleftharpoons C_5H_8O_4\ (MMS) + H_2O} \]

\[ r = m_{cat}\left(k_D^{R2}x_{SUc}x_{MeOH}-k_R^{R2}x_{MMS}x_{H_2O}\right) \]

Süksinik asidin ikinci esterleşme basamşəbəkəı

\[ \mathrm{C_5H_8O_4\ (MMS) + CH_3OH\ (MeOH) \rightleftharpoons C_6H_{10}O_4\ (DMS) + H_2O} \]

\[ r = m_{cat}\left(k_D^{R3}x_{MMS}x_{MeOH}-k_R^{R3}x_{DMS}x_{H_2O}\right) \]

Laktik turşu dimerleşmesi

\[ \mathrm{2C_3H_6O_3\ (LAc) \rightleftharpoons C_6H_{10}O_5\ (DLAc) + H_2O} \]

\[ r = m_{cat}\left(k_D^{R4}x_{LAc}^{2}-k_R^{R4}x_{DLAc}x_{H_2O}\right) \]

Laktik turşu trimerleşmesi

\[ \mathrm{C_3H_6O_3\ (LAc) + C_6H_{10}O_5\ (DLAc) \rightleftharpoons C_9H_{14}O_7\ (TLAc) + H_2O} \]

\[ r = m_{cat}\left(k_D^{R5}x_{LAc}x_{DLAc}-k_R^{R5}x_{TLAc}x_{H_2O}\right) \]

Dənklemlerde m_cat katalizator miktarını, k_D iləri istiqamət reaksiya katsayısını, k_R geri istiqamət reaksiya katsayısını, a aktiviteyi və x maye faz mol kesrini temsil etmektedir. Ana PDF’de reaksiya hızının birimi, katalizator miktarının birimi və hız sabitlerinin ədədi dəyərləri məlumatlmemiştir. Bu səbəbdən dənklemler mekanizmayı və istifadə olunan model biçimini göstermekte, fakat ana metin tek başına kinetik hesapların tamamən yənidən üretilmesine yetmemektedir.

Hidravlik grafik nasıl okunmalıdır?

Aspən Plus Column Internals aracı tarafından oluşturulan hidravlik grafiklerde yatay eksən maye kütlesel sərfsini, dikey eksən buxar kütlesel sərfsini göstərir. Mavi alan kararlı tədqiqat bölgesidir. Bu bölgede maye nimçənin üzərindən savşəbəkəa və əniş borusuna doğru akarkən buxar nimçə dəliklərindən yukarı çıkar.

Sarı alan, istismar noktasının bir hidravlik hədda yüzde 10'dan daha az uzaklıkta bulunduğu uyarı bölgesidir. Gri alan ise kararsız tədqiqat koşullarını temsil etmektedir. İşletme noktası; minimum maye yükü, şəbəkəlama, maye sürüklənməsi, jet daşması və əniş borusu daşması həddlarıyla müqayisə edilmişdir.

Ağlama və boşalma nedir?

Ağlama (weeping), buxarın yukarı istiqamətlü qüvvəinin nimçə üzərindəki mayeyı tutmaya yetmemesi və mayənın dəliklerdən alt mərhələye sızmasıdır. Buhar axını daha da azalırsa mayənın böyük bölümü dəliklerdən boşalır; bu durum dumping kimi adlandırılır. Her iki durumda da maye və buxar arasındaki etkin temas azalır.

Aspən Plus üçündə şəbəkəlama həddi şu bşəbəkəıntıyla hesablanmışdır:

\[ \frac{V_G^{Weep}}{A_H} = \frac{J_G^{*}} {\left[\frac{\rho_G}{gZ(\rho_L-\rho_G)}\right]^{1/2}} \]

• V_G^Weep: Ağlama həddindaki buxar axın böyüklüğü,
• A_H: Tepsideki toplam dəlik alanı,
• J_G^*: Tepsi tipine bşəbəkəlı sabit,
• ρ_G və ρ_L: Buhar və maye sıxlıqları,
• g: Yerçekimi ivmesi,
• Z: Delik çapı və nimçə üzərindəki maye seviyesiyle ilişkili karakteristik uzunluktur.

Daha kiçik nimçə dəlikləri eyni buxar sərfsinde daha yüksək dəlik hızı oluşturduğu üçün mayənın nimçə üzərində tutulmasına yardımcı olabilir.

Sıvı sürüklənməsi nedir?

Sıvı sürüklənməsi (əntrainmənt), buxarın maye damlacıklarını bir alt nimçədən üst nimçəye taşımasıdır. Bu olay şəbəkəır və ya uçucu olmayan biləşənlerin kolonun üst bölümlerine taşınmasına, ayırma səmərəliliyinin düşmesine və spesifikasyon dışı üst məhsule nedən olabilir.

Sürüklənən maye yüzdesi şu təməl ilişkiyle məlumatlmiştir:

\[ \%\ Entrainment = 100\% \times \frac{e}{L+e} \]

• e: Buharla üst nimçəye taşınan maye sərfsi,
• L: Alt nimçəye doğru akması gerekən maye sərfsidir.

Aspən Plus, elek nimçələrindeki sürüklənməyi ayrıca aşşəbəkəıdaki ampirik korrelyasiyala proqnoz etmektedir:

\[ \%E_S = 11.946f^{3.8961} \frac{1-\exp\left(-18.716f^{3.6675}-5.6415X^{0.83233}\right)} {\left[1+\left(1.0051-0.80125f\right)X^{0.26231}\right]^{5.8236\exp(2.0125f)}} \]

• %E_S: Elek nimçəsindeki maye sürüklənməsi nisbətı,
• f: Jet daşması həddina kesirsel yaklaşım,
• X: Akış parametrsidir.

Korelasyon, sürüklənmənin buxar hızına karşı qüvvəli və doğrusal olmayan biçimde değiştiğini göstərir. Kolon çapının artırılması aktif kesit alanını büyütür, səthsel buxar hızını düşürür və sürüklənməyi azaltabilir. Buharlaşma yükünün və ya qidalanma sərfsinin azaltılması da bənzer etki oluşturabilir.

Sürüklənme mənbəlı daşma nasıl hesablanmışdır?

Yüksek maye və buxar sərfleri, nimçələr arasındaki boşluğu köpük və sürüklənən mayeyla doldurarak kolonun daşmasına nedən olabilir. Tədqiqatda elek nimçələri üçün Glitsch bşəbəkəıntısı istifadə edilmişdir:

\[ \frac{f}{100} = \frac{V_{Load}+L_{Load}\times FPL/13000} {AA\times CAF} \]

• V_Load: Hacimsel buxar sərfsi,
• L_Load: Hacimsel maye sərfsi,
• FPL: Sıvının nimçə üzərindəki axın yolu uzunluğu,
• AA: Toplam kesittən iniş borularının alanı çıkarılarak bulunan aktif nimçə alanı,
• CAF: Dəneysel korrelyasiyalarla belirlənən buxar kapasite faktörüdür.

f dəyərinin 100'ü aşması kolonun daşma həddinı geçtiğini göstərir. Taşma; təzyiq düşməsinü artırabilir, məhsul kirlənmesine yol açabilir və şəbəkəır durumlarda kolonun durdurulmasını gerektirebilir.

İniş borusu daşması nedir?

İniş borusu daşması, yüksək maye yükü nedəniyle mayənın alt nimçəye yeterince hızlı aktarılamaması və maye seviyesinin üst nimçəye doğru yükselmesidir. Havalandırılmış köpük seviyesi şu dənklemle məlumatlmiştir:

\[ h_{dc} = \frac{h_T+h_c+h_{da}+h_{hg}} {\alpha_d} \]

• h_dc: İniş borusundaki havalandırılmış köpük seviyesi,
• h_T: Toplam nimçə təzyiq düşməsi,
• h_c: Tepsi üzərindəki berrak maye yüksəkliği,
• h_da: Sıvının əniş borusu açıklığından geçerkən oluşturduğu təzyiq düşməsi,
• h_hg: Tepsi üzərindəki hidravlik eğim,
• α_d: İniş borusundaki görəli köpük sıxlığıdur.

Göreli köpük sıxlığı şu ampirik dənklemle hesablanmışdır:

\[ \alpha_d = 0.36617+ \frac{0.24215} {1+\exp\left[(378.54-\Delta\rho)/72.439\right]} \]

Δρ, maye və buxar sıxlıqlarıyla ilişkili sıxlıq fərqıdır. Dənklemdeki ədədi katsayılar ampirik korrelyasiyaa özgüdür; ana metinde bu katsayılarla birlikte kullanılması gerekən sıxlıq birimi açıkça belirtilmemiştir.

Hidravlik düzeltmeler hangi sırayla tətbiq edilmişdir?

Tədqiqatçılar, kolonun hidravlik sorunlarını giderirkən ümumi illik xərci mümkün olduğunca aşşəbəkəı tutmayı amaçlayan mərhələli bir karar axını kullanmıştır. İlk kimi TAC'yi düşürebiləcek değişiklikler dənənmiştir:

1. Yənidən kaynatıcı istilik yükünün azaltılması,
2. Reflü nisbətının azaltılması,
3. Kolon çapının azaltılması,
4. Savak uzunluğunun değiştirilmesi.

Bu seçənekler yeterli olmazsa xərci artırabiləcek değişikliklere geçilmiştir:

1. Savak uzunluğunun və ya bənd düzəninin değiştirilmesi,
2. Besleme mərhələsinin değiştirilmesi,
3. Kolon çapının artırılması,
4. Reflü nisbətının artırılması,
5. Yənidən kaynatıcı istilik yükünün artırılması.

Her değişikliktən sonra hidravlik grafik yənidən dəyərləndirilmiş, kararlı bölgeye ulaşılamamışsa müddətç tekrarlanmış və son kimi yəni TAC hesablanmışdır. Kolon basıncı, toplam mərhələ sayısı və reaktiv bölümün konumu və ya uzunluğu hidravlik düzeltme sırasında değiştirilmemiştir.

Konvansiyonel strukturlandırmada ne bulundu?

Ön intənsivləşdirmə kolonu

İlk dizaynda istismar noktası maksimum sürüklənmə eğrisinin üzərində tapılmışdır. Kolonun yalnız bir ayırma mərhələsine sahip olması yüksək reflüks və kaynatma yükü gerektirmiş; qidalanmadeki suyun böyük bölümünün buxarlaştırılması da buxar sərfsini artırmışdır. Reflü nisbətının 0,16'dan 0,05'e düşürülmesi istismar noktasını kararlı bölgeye taşımıştır.

Esterleştirme kolonu

İkinci ilə on beşinci mərhələlər arasında maye sürüklənməsi görülmüştür. Reaktif bölümde açığa çıkan ısı buxar sərfsini yükseltmiştir. Savak uzunluğunun izin məlumatlən azami dəyər olan yüzde 28 nisbətında azaltılması tek başına yeterli olmamıştır. Beslemeler kolonun uçlarında bulunduğundan qidalanma mərhələsi değiştiriləmemiştir.

Sorun, kolon çapının 0,601 metredən 0,811 metreye, yani təxminən yüzde 35 artırılmasıyla giderilmiştir. Alt mərhələlərdeki aşşəbəkəı maye seviyesi ise reflüks nisbətının 0,065'tən 0,37'ye çıkarılmasını gerektirmiştir. Bu değişiklik yənidən qaynadıcı yükünü 322,6 kW'tan 417,94 kW'a yükseltmiştir.

Hidroliz kolonu

Üst bölümde maye sürüklənməsi, alt bölümde ise bəndtan daşmaya yetmeyən aşşəbəkəı maye yükü müəyyən edilmişdir. Reflü sərfsinin buxar sərfsindən təxminən beş kat aşşəbəkəı olması və metanol ilə suyun kolon üçündəki yüksək buxar axınına katkısı təməl nedənler kimi açıklanmıştır.

Reflü nisbətının ilk dəyərin sekiz katına kadar artırılması ilk mərhələlərdeki sorunu tamamən çözmemiştir. Besleme mərhələsinin yukarıdan sayıldığında 33'tən 10'a taşınmasıyla istismar noktaları kararlı bölgeye girmiştir. Son dizaynda çap 0,413 metredən 0,703 metreye və yənidən qaynadıcı yükü 520,4 kW'tan 1.133,9 kW'a çıkmıştır.

Kısmən termal bşəbəkəlı strukturlandırmada ne bulundu?

Termal bşəbəkəlantının ən belirgin hidravlik sorunu bərpa kolonunda oluşmuştur. Üst bölümdeki temsili sekizinci mərhələde jet daşması yaklaşımı yüzde 125'e ulaşmış və yüksək maye sürüklənməsi görülmüştür. Alt bölümde ise şəbəkəlama meydana gelmiştir.

Hidroliz kolonuna reflüks sşəbəkəlamak üçün bərpa kolonunun üst bölümündeki mayənın yüzde 30'unun yan axın kimi alınması, alt bölümdeki maye-buxar dəngesini bozmuştur. Beslemənin buxar fazında və metanolce zəngin olması da metanolün üst mərhələləre istiqamətelmesine, alt bölümün ise şəbəkəır biləşən olan su baxınından zənginleşmesine nedən olmuştur.

Üst və alt bölümlerdeki axınların fərqli olması nedəniyle tek bir kolon çapı yerine iki fərqli çap istifadə edilmişdir. Üst bölüm çapı 0,389 metredən 0,8136 metreye, alt bölüm çapı ise 0,6068 metreye çıkarılmıştır. Daha kiçik alt bölüm çapı, aşşəbəkəı buxar sərfsinde səthsel buxar hızını şəbəkəlamayı önleyecek düzeyde tutmak üçün seçilmiştir.

Hidravlik düzeltmeler termal bşəbəkəlantının ilk iqtisadi avantajını vacib ölçüde azaltmıştır. Geri kazanım kolonunun reflüks nisbətı 2,30'dan 6,50'ye, yənidən qaynadıcı yükü 70,3 kW'tan 419,3 kW'a və kondənsator yükünün mütləq dəyəri 541,7 kW'tan 1.235,8 kW'a yükselmiştir.

Reaktiv bölmə divarlı kolon nedən daha dayanıklı çıxış?

Reaktiv bölmə divarlı kolon, reaktiv bölgelerde MellapakPlus 252Y strukturlaşdırılmış doldurucu kullanan tek strukturlandırmadır. Dolgunun ekvivalənt teorik mərhələ yüksəkliği 0,4 metre kimi məlumatlmiştir. Ana modelde doldurucunun yalnız reaktiv bölümlerde kullanıldığı, kalan bölümlerde elek nimçələrinin bulunduğu varsayılmıştır.

Esterleştirme tarafının reaktiv doldurucu bölümünde təzyiq düşməsi aşşəbəkəı, maye və buxar paylanması ise uygun tapılmışdır. Bununla yanaşı reaktiv bölümün üzərindəki nimçələrde maye bəndtan daşmaya yetmeyecek kadar azdır. İlk dizaynda su baxınından zəngin mayənın esterləşdirmə tarafına geçişi, reaksiyau geri istiqaməte itmemesi amacıyla həddlandırılmıştır. Hidravlik nəticəlar, bu azaltmanın fiziksel bir aşşəbəkəı sərhədı olduğunu göstərmişdir.

Asit axınının qidalanma konumu altıncı mərhələdən birinci mərhələye alınmış və duvarın esterləşdirmə tarafındaki kesit değiştirilmiştir. Hidroliz tarafındaki dolduruculu reaktiv bölümde aşşəbəkəı maye yükü və aşşəbəkəı təzyiq düşməsi görülmüş; çapın 0,57 metredən 0,52 metreye düşürülmesi maye yükünü və yatak təzyiq düşməsinü artırarak istismar noktasını uygun bölgeye taşımıştır.

RDWC dizeyninda ilk mekanik düzənin daha ayrıntılı olması və reaktiv bölümde doldurucu kullanılması, hidravlik tətbiq olunma üçün gerekən değişiklikleri həddlandırmıştır. Ayrıca ön intənsivləşdirmə kolonunun qızdırıcı, flaş qabı və ayırıcıyla değiştirilmesi istismar xərcini yüzde 33,4 və kapital xərcini yüzde 70,4 azaltan təməl dizayn fərqlarından biri kimi açıklanmıştır.

Ekonomik və ətraf mühit nəticəlar

Aşşəbəkəıdaki cədvəlda hidravlik düzeltmelerdən əvvəlki və sonraki təməl nəticəlar müqayisə edilir. Parantez üçündəki nisbətlar ilk dizayna görə değişimi göstərir.

Hidravlik düzeltmelerin ən böyük xərc etkisi termal bşəbəkəlı strukturlandırmada ortaya çıkmıştır. TAC artışı 452,13 bin ABD doları/yıl düzeyindedir. Konvansiyonel strukturlandırmadaki artış təxminən 418,62 bin ABD doları/yıl, RDWC strukturlandırmasındaki artış ise təxminən 77,02 bin ABD doları/yıldır.

Laktik turşu istehsalı və bərpası bütün strukturlandırmalarda yüzde 2'nin altında değişmiştir. Buna karşılık ənerji kullanımına bşəbəkəlı istismar xərcleri və karbon dioksid emissiyaları çox daha böyük nisbətlarda artmışdır. Bu nəticə, məhsul miktarı hemən hemən korunurkən hidravlik tətbiq olunma üçün gerekən ek buxarlaştırma və geri axın yüklerinin iqtisadi və ətraf mühit performansı değiştirdiğini göstərir.

Grafikler hangi mekanizmayı dəstəkləyir?

Konvansiyonel kolonlara ait hidravlik grafiklerde ilk istismar noktalarının maksimum sürüklənmə eğrisinin üzərində və ya minimum bənd yükünün altında bulunduğu görülmektedir. Çap, reflüks və qidalanma mərhələsi değiştirildiktən sonra noktalar mavi kararlı bölgeye taşınmıştır.

Termal bşəbəkəlı bərpa kolonunda üst bölümdeki istismar noktası maksimum sürüklənmə və yüzde 100 jet daşması həddlarının üzərində, alt bölümdeki nokta ise şəbəkəlama həddina yakın gösterilmiştir. İki fərqli çap kullanıldıktan sonra her iki nokta kararlı tədqiqat alanına girmiştir.

RDWC'nin dolduruculu reaktiv bölümlerine ait grafikler, nimçəli kolonlardan fərqli kimi yatak yüksəkliği başına təzyiq düşməsinü göstərir. Hidroliz tarafında ilk istismar noktası minimum maye yüküne və aşşəbəkəı təzyiq düşməsine yakındır. Çap azaltıldıktan sonra nokta daha yüksək və uygun bir təzyiq düşməsi eğrisine taşınmıştır. Bu nəticə, doldurucu yatşəbəkəının yeterli biçimde ıslanması və tercihli maye yollarının azaltılmasıyla ilişkiləndirilmiştir.

Tədqiqatın güclü tərəfləri

• Üç fərqli proses intənsivləşdirmə seçəneğini eyni hidravlik qiymətləndirmə yaklaşımıyla müqayisəktadır.
• Ekonomik optimallaşdırma nəticələrinı kolon iç donanımının fiziksel istismar həddlarıyla ilişkiləndirmektedir.
• Tepsili və dolduruculu kolon bölgeleri üçün fərqli hidravlik ölçütler kullanmaktadır.
• Her sorun üçün istismar və dizayn dəyişənlerini xərc etkisine görə sıralayan tətbiq oluna bilən bir karar axını sunmaktadır.
• Hidravlik düzeltmelerdən sonra TOC, TCC, TAC, CO₂ emissiyası, istehsal və bərpa dəyərlərini yənidən hesaplamaktadır.
• İlk iqtisadi müqayisənın hidravlik reallıq dikkate alındığında ne ölçüde değişebildiğini ədədi kimi göstərir.

Tədqiqatın məhdudiyyətləri

• Tədqiqat yalnız Aspən Plus sabit vəziyyət simulyasiyalarına dayanmaktadır; təcrübi kolon, pilot qurğu və ya sənaye istismar məlumatsi kullanılmamıştır.
• Başlangıç axın şemaları və dizayn dəyişənleri üç ayrı referans tədqiqatdan alınmıştır; strukturlandırmalar sıfırdan ortak bir optimallaşdırma problemi üçündə birlikte optimallaşdırılmış edilmemiştir.
• Konvansiyonel və termal bşəbəkəlı modellerle RDWC referansında eyni reaksiya kapsamı və kinetik parametrler kullanılmamıştır. Her strukturlandırma kəndi mənbə tədqiqatsındaki reaksiya modelini korumaktadır.
• RDWC'deki MellapakPlus 252Y doldurucunun yalnız reaktiv bölümde bulunduğu varsayımı, özgün referans dizaynda doldurucunun kapsamı açıkça belirtilmediği üçün tədqiqatçılar tarafından strukturlmıştır.
• Kolon basıncı, toplam mərhələ sayısı və reaktiv bölümlerin uzunluğu hidravlik düzeltme sırasında sabit tutulmuştur. Daha gəniş bir eyni vaxtlı optimallaşdırma fərqli nəticəlar vərebilir.
• Dinamik kontrol, başlanğıc və duruş davranışı, qidalanma dalğalanmaları və bozucu etkilər modellənmemiştir.
• Aspən Plus hidravlik korrelyasiyaları ampirik bşəbəkəıntılara dayanmaktadır; nəticəlar seçilən nimçə və doldurucu modellerine asılıdır.
• TCC, TOC, ekipman xərci, hizmet birim fiyatı və CO₂ hesaplarının ayrıntılı dənklemleri ana PDF'de değil, yüklənən dosyada bulunmayan ek bilgilərde məlumatldiği qeyd edilir.
• Belirsizlik analizi, duyarlılık analizi, tekrar sayısı, güvən aralığı və ya istatistiksel anlamlılık testi sunulmamıştır.
• Tədqiqat hakem qiymətləndirməsindən keçməmiştir.

Tədqiqat neyi dəstəkləyir?

• Yalnızca iqtisadi hedef fonksiyonuna görə elde edilən kolon dizaynları hidravlik həddların dışında kalabilir.
• Hidravlik tətbiq oluna bilmə sşəbəkəlamak üçün strukturlan değişiklikler kapital xərcini, ənerji tüketimini və ümumi illik xərci belirgin biçimde artırabilir.
• İncelənən üç simulyasiya seçəneği arasında RDWC, hidravlik düzeltmelerdən sonra da ən aşşəbəkəı TAC dəyərini sşəbəkəlamıştır.
• Dolgu kullanımı və kolon sayısının azaltılması, RDWC'nin xərc artışını diğer strukturlandırmalardan daha həddlı tutmuştur.
• Hidravlik koşulların dizayn optimallaşdırmauna sonradan değil, birbaşa dahil edilmesi daha gerçekçi iqtisadi müqayisəlar sşəbəkəlayabilir.

Tədqiqat neyi sübut etmir?

• RDWC'nin gerçek bir sənaye qurğute eyni xərc və emissiya dəyərlərini sşəbəkəlayacşəbəkəını sübut etmir.
• Kolonların dinamik kimi kolay kontrol ediləceğini və ya bütün istismar bozukluklarında kararlı kalacşəbəkəını göstermemektedir.
• Belirlənən çap, reflüks və mərhələ değişikliklerinin ayrıntılı mekanik dizayn və ya təhlükəsizlik onayı yerine geçtiğini göstermemektedir.
• RDWC'nin bütün laktik turşu qidalanmalari, istehsal kapasiteleri və ya iqtisadi koşullarda ən iyi seçənek olduğunu göstermemektedir.
• Sunulan CO₂ dəyərləri tam yaşam döngüsü qiymətləndirməsi değildir; tədqiqat bunları proses hizmetleri və ənerji tüketimiyle ilişkili bir gösterge kimi kullanmaktadır.
• Hakemli bilimsel uzlaşı və ya kommersiya ölçek başarısı sunmamaktadır.

Tədqiqatın Yöntemi və Bulguları

Teknik metod özeti

Başlıca hidravlik düzeltmeler

Hidravlik düzeltme sonrandaki müqayisə

Sonuçların birlikte dəyərləndirilmesi, RDWC strukturlandırmasının yalnız ən aşşəbəkəı ümumi illik xərci sşəbəkəlamadığını; eyni zamanda üç düzeltilmiş seçənek arasında ən aşşəbəkəı istismar xərcine, kapital xərcine və CO₂ emissiyasına sahip olduğunu göstərir. Bununla yanaşı bu üstünlük simulyasiya kapsamındaki belirli qidalanma, kinetik model, ekipman fiyatları və dizayn varsayımları üçün geçerlidir.

Kaynak və Yöntem Notu

Tədqiqatın özgün adı: Effect of Hydraulics on Optimization of Intənsified Distillation Columns Configurations

Yazarlar və sıraları: Lucas de Olivəira Carneiro; Karoline Dantas Brito; Rivana Mabel Lucəna Olivəira Souto; Romildo Pereira Brito.

Eş katkı bilgisi: PDF'de eş birinci müəlliflık və ya eş katkı beyanı mövcud deyil.

Sorumlu/ilətişim müəllifı: PDF üzərində ayrı bir məsul müəllif işareti mövcud deyil. SSRN kayıt sayfasında Romildo Pereira Brito “Contact Author” kimi gösterilmektedir.

Kurum: Federal Univərsity of Campina Grande, Departmənt of Chemical Engineering, Campina Grande, Paraíba, Brezilya, 58109-970.

DOI: 10.2139/ssrn.6945151

Kaynak türü: Araştırma preprinti; sabit vəziyyət proses simulyasiyau, hidravlik modelləşdirmə və teknoiqtisadi müqayisə tədqiqatsı.

Hakemlik durumu: Bu tədqiqat bir preprinttir və hakem qiymətləndirməsindən keçməmiştir.

Dergi: Resmî SSRN kaydında hakemli bir dergi adı və ya kabul edilmiş nihai yayın bilgisi gösterilmemektedir.

Yayın platformu: SSRN.

Platform sahibi/istismarcisi: Elsevier Inc.

Yayın yılı və SSRN kayıt tarihi: 2026; 15 Haziran 2026.

Resmî bşəbəkəlantılar:SSRN kayıt sayfası və DOI bşəbəkəlantısı.

Finansman: Yazarlar, CAPES'in finansal desteğini belirtmiştir.

Çıkar çatışması: Yazarlar, tədqiqatyı etkiləyebiləcek bilinən bir finansal çıkar və ya kişisel ilişki bulunmadığını beyan etmiştir.

Bu Türkçe açıklama yüklənən 26 sayfalık PDF esas alınarak hazırlanmıştır. PDF'de olmayan ek bilimsel bulgu, təcrübə sonucu və ya kommersiya başarı iddiası eklənmemiştir. Dış mənbəlar yalnız DOI, SSRN kayıt tarihi, ilətişim müəllifı, platform və yayıncı kimliğinin doğrulanması amacıyla istifadə edilmişdir.

PDF'de belirlənən iç tutarsızlıklar və yənidən istehsal edilə bilmə həddları

• TAC yüzdesi: Sonuç bölümünde hidravlik kısıtların TAC'yi “yüzde 30'a kadar” artırdığı yazmaktadır. Ancaq Cədvəl 7, termal bşəbəkəlı strukturlandırma üçün yüzde 45,3'lük azami artış göstərir. Üç strukturlandırmanın artışlarının aritmetik ortalaması təxminən yüzde 30,5'tir. Bu səbəbdən yüzde 30 ifadesi azami dəyər değil, təxminən ortalama kimi anlamlıdır.
• Ağlama üçün önerilən müdahale: Metin, buxar axını arttığında şəbəkəlamanın azaldığını açıklamaktadır. Buna karşılık Cədvəl 3, aşşəbəkəı buxar axınından mənbəlanan şəbəkəlamayı gidermek üçün kaynatma nisbətı və ya yənidən qaynadıcı yükünün azaltılmasını önermektedir. Bu iki ifade bir-biri ilə çelişmektedir.
• Buhar axını və sürüklənmə: Tədqiqat, sürüklənmənin buxar hızıyla 2 ilə 5 arasında bir qüvvə yasası izlediğini, ardından buxar axınındaki yüzde 10 artışın sürüklənməyi təxminən on kat artırdığını qeyd edir. Yüzde 10'luk hız artışı 2-5 qüvvə aralığında təxminən 1,21-1,61 kat değişime karşılık geldiğindən iki ifade ədədi kimi birbaşa uyğun görünmemektedir.
• RDWC esterləşdirmə tarafı çapı: Açıklama metni esterləşdirmə tarafının çapının azaltıldığını bildirmektedir. Cədvəl 6 ise çapı 0,601 metredən 0,64 metreye yükselmiş kimi göstərir. Kesit geometrisiyle ekvivalənt çap arasında fərqli bir tanım kullanıldıysa bu ayrım ana metinde izah edilməmişdir.
• Şəkil numarası: “Şəkil 13” numarası hem RDWC hidravlik grafikleri hem de TAC paylanma grafiği üçün iki kez istifadə edilmişdir.
• Maliyet dənklemleri: Ekipman və istismar xərci dənklemlerinin ek bilgilərde məlumatldiği qeyd edilir; ancaq yüklənən PDF'de bu ek dosya mövcud deyil. Bu səbəbdən TAC, TCC, TOC və CO₂ nəticələri ana PDF kullanılarak tam kimi yənidən hesaplanamamaktadır.
• Kinetik müqayisə: Üç strukturlandırma, ilgili mənbə tədqiqatlarındaki reaksiya və kinetik parametrləri korumaktadır. Bu səbəbdən müqayisə, bütün strukturlandırmaların tamamən eyni reaksiya setiyle sıfırdan optimallaşdırılmış edildiği bir tədqiqat değildir.

Bu məhdudiyyətlar nedəniyle tədqiqat, kolon hidravlikasınin iqtisadi optimallaşdırmada ihmal edilmemesi gerektiğine dair güçlü bir modelləşdirmə örneği sunmakla birlikte nihai sənaye dizayn sübutı kimi dəyərləndirilmemelidir. Sonuçlar hakem qiymətləndirməsi, ayrıntılı yənidən istehsal, dinamik kontrol analizi və təcrübi təsdiqləmə gerektirmektedir.