Utafiti huu unalinganisha michakato mitatu iliyounganishwa ya utando-na-unereka kwa kutenganisha maji taka ya viwandani yanayotokana na uzalishaji wa isopropanoli kwa uongezaji maji wa propilini na ambayo yana diisopropili etha, isopropanoli na maji. Watafiti wameunganisha uondoaji teule wa maji kwa pervaporation au upenyezaji wa mvuke kupitia utando wa zeoliti NaA na unereka ekstraktifu unaotumia ethylene glycol. Michakato hiyo iliigwa na kuboreshwa kwa Aspen Plus V11 na Aspen Custom Modeler; gharama ya jumla ya mwaka, mizigo ya kupasha-na-kupoza, uzalishaji sawia wa CO₂/SO₂/NO_x na athari za mzunguko wa maisha zilizohesabiwa kwa programu ya Gabi zilitathminiwa kwa pamoja.

Kati ya miundo mitatu iliyolinganishwa, mchakato wa H₂O-EG-VP+ED, unaopasha awali malisho ghafi kwa kurejesha joto kutoka maji taka ya moto na ethylene glycol iliyorejeshwa, ulitoa gharama ya jumla ya mwaka na athari ya kimazingira zilizo chini zaidi. Gharama ya jumla ya mwaka ya muundo huu iliripotiwa kuwa 11,104 × 10⁵ dola za Marekani/mwaka, mzigo wa jumla wa kupasha 1.822,102 kW na uzalishaji wa CO₂ uliokokotolewa 1.347,774 kg/mwaka. Ikilinganishwa na mchakato wa PV+ED, gharama ya jumla ya mwaka ilipungua kwa %18,41, uzalishaji wa gesi uliotokana na matumizi ya joto kwa %35,08 na athari zilizoripotiwa za mzunguko wa maisha kwa %44,08.

Hata hivyo, matokeo hayakupimwa katika kiwanda cha viwandani kinachofanya kazi; yalikokotolewa kwa kutumia uigaji wa mchakato na sifa za utando zilizochukuliwa kutoka fasihi. Seti za kina za data za hesabu ya LCA, mchanganyiko wa uzalishaji wa nishati, athari za utengenezaji na mwisho wa matumizi ya utando, pamoja na uchanganuzi wa kutokuwa na uhakika wa kiuchumi, hazikuwasilishwa kikamilifu katika maandishi makuu. Kwa hiyo, utafiti unatoa muundo wa mchakato unaowezekana na matokeo ya uigaji linganishi; hauthibitishi utendaji wa kiwanda halisi au akiba kamili ya viwandani.

Tatizo kuu la utafiti ni nini?

Isopropanoli (isopropyl alcohol, IPA) ni kiwanja muhimu cha kikaboni kinachotumika katika dawa, kemikali, elektroniki, mafuta na matumizi ya vimumunyisho. Diisopropili etha (diisopropyl ether, DIPE) inaweza kutokea kama bidhaa ya pembeni katika uzalishaji wa IPA kupitia uongezaji maji wa propilini, na yenyewe inaweza pia kutumika kama kimumunyisho au dondoo.

Changamoto kuu katika kurejesha DIPE, IPA na maji kutoka mkondo wa taka za viwandani ni kwamba viambato hivi huunda azeotrope. IPA na maji huunda azeotrope ya jozi yenye takribani %12,6 ya maji kwa uzani chini ya shinikizo la anga, huku DIPE, IPA na maji kwa pamoja zikionyesha tabia ya azeotrope ya sehemu tatu. Katika nukta ya azeotrope, miundo ya awamu za mvuke na kioevu hukaribiana, hivyo kufanya iwe vigumu kutenganisha viambato hadi usafi unaotakiwa kwa unereka wa kawaida.

Mifumo ya kawaida ya unereka azeotropiki au ekstraktifu mara nyingi huhitaji safu zaidi ya moja, mzigo mkubwa wa reboyla, kugandisha mvuke na kubadilisha tena kuwa mvuke. Hata kama kiasi cha maji katika mkondo kinapunguzwa katika hatua za awali za utengano, maji ya azeotrope yaliyobaki yanaendelea kubebwa hadi safu zinazofuata na kutumia nishati. Mbinu kuu ya utafiti ni kuondoa maji haya kwa utando teule kabla ya unereka ekstraktifu, na hivyo kubadilisha azeotrope ya sehemu tatu kuwa mchanganyiko wa jozi wa DIPE/IPA unaodhibitika kwa urahisi zaidi.

Utando wa zeoliti NaA hutenganishaje maji?

Tabia ya utengano ya utando wa zeoliti NaA inategemea ukubwa wa molekuli na upolaji wa uso. Vipenyo vya takribani vya kinetiki vya molekuli vilivyotolewa katika utafiti ni hivi:

Atomi za alumini katika muundo wa NaA huupa uso wa utando tabia kubwa ya kupenda maji. Maji, ambayo yana upolaji mkubwa, hujishikiza kwa upendeleo kwenye uso wa utando na njia za vinyweleo. IPA yenye upolaji wa wastani hujishikiza kwa kiwango dhaifu zaidi, huku DIPE isiyo na upolaji ikionyesha ujishikizaji dhaifu sana. Kwa hiyo maji huhamishwa kwa uteuzi hadi awamu inayopenya kwa sababu ni madogo zaidi na pia yana mwingiliano mkubwa zaidi na utando.

Ingizo za usanifu wa utando zilizotumika katika utafiti ni shinikizo la upande unaopenya 0,667 kPa, joto la uendeshaji la takribani 60–70 °C na mtiririko wa maji wa 5,6 kg·m⁻²·saa⁻¹. Gharama ya utando wa NaA ilichukuliwa kuwa 16.500 CNY/m², na maisha ya kiuchumi ya huduma kuwa miaka mitano. Hizi si thamani zilizopimwa moja kwa moja katika utafiti huu; ni ingizo kutoka fasihi na miongozo ya kiufundi zilizohamishwa kwenye modeli ya gharama ya mchakato.

Tofauti kati ya pervaporation na upenyezaji wa mvuke ni nini?

Katika mchakato wa pervaporation (PV), mchanganyiko wa kioevu huingia upande wa malisho wa utando. Maji hujishikiza kwenye utando, husambaa ndani ya utando na kutoka upande wa shinikizo la chini kama mvuke. Kuweka malisho katika hali ya kioevu kunaweza kuhitaji mvuke unaotoka kwenye safu ya unereka ugandishwe kwanza na kisha upashwe tena kwa ajili ya hali zinazohitajika na utando.

Katika mchakato wa upenyezaji wa mvuke (vapor permeation, VP), malisho hupelekwa moja kwa moja kwenye utando katika hali ya mvuke. Katika muundo wa VP+ED wa utafiti, mvuke wa juu wa safu ya mkusanyiko wa awali T101 ulielekezwa kwenye moduli ya utando wa NaA bila kugandishwa. Hivyo, mzigo wa kondensa ya juu ya T101 na hatua ya pili ya kupasha-kubadilisha kuwa mvuke kabla ya utando ziliondolewa kwa kiasi kikubwa.

Tofauti hii haibadilishi tu awamu ya malisho ya utando. Pia hubadilisha ujumuishaji wa nishati kati ya safu na utando, na hivyo kuathiri idadi ya vifaa, mizigo ya vibadilisha joto na gharama ya uendeshaji ya mwaka.

Modeli ya utengano wa utando iliundwaje?

Utendaji wa utando ulifafanuliwa kwanza kwa kipengele cha utengano na mtiririko wa kiambato:

\[ \beta = \frac{y_i/(1-y_i)}{x_i/(1-x_i)} \]

Hapa x_i inaonyesha sehemu ya uzani ya kiambato i katika malisho, na y_i sehemu ya uzani katika mkondo unaopenya. Kuongezeka kwa kipengele cha utengano kunamaanisha kiambato kimeboreshwa zaidi katika awamu inayopenya ikilinganishwa na malisho.

Mtiririko wa kiambato ulitolewa kwa uhusiano ufuatao:

\[ J_i = \frac{M_{P,i}}{t A_M} = \frac{F_{P,i}}{A_M} \]

• J_i: mtiririko wa kiambato i kupitia utando, kg·m⁻²·saa⁻¹,
• M_P,i: uzani wa kiambato i uliopita katika muda fulani, kg,
• t: muda uliopita, saa,
• A_M: eneo hai la utando, m²,
• F_P,i: kiwango cha mtiririko wa uzani cha kiambato kinachopenya, kg·saa⁻¹.

Katika maelezo ya PDF, kitengo cha t kimeandikwa kama “saa⁻¹”; kulingana na mlinganyo wa mtiririko, t inapaswa kuwa saa kama kitengo cha muda. Huu ni ukinzani wa uandishi wa kitengo katika maandishi.

Nguvu inayosukuma uhamisho wa maji iliigwa kwa tofauti ya mkusanyiko kati ya upande unaozuiliwa na upande unaopenya:

\[ J_W A_M = F_{P,W} = A_M D_W(C_{R,W}-C_{P,W}) \]

D_W inaonyesha mgawo madhubuti wa usambaaji wa maji ndani ya utando, C_R,W mkusanyiko wa maji upande unaozuiliwa na C_P,W mkusanyiko wa maji upande unaopenya. Tofauti ya mkusanyiko inapoongezeka, kasi ya uhamisho wa maji huongezeka ikiwa hali nyingine zinabaki sawa.

Utegemezi wa mgawo wa usambaaji kwa joto ulitolewa kwa uhusiano wa aina ya Arrhenius:

\[ D_W = D_{W,0}\exp\left(-\frac{E_W}{RT}\right) \]

• D_W,0: mgawo wa usambaaji wa kabla ya kielelezo,
• E_W: nishati madhubuti ya uanzishaji kwa uhamisho wa maji,
• R: konstanti ya gesi,
• T: joto kamili, K.

Mkusanyiko wa maji upande unaopenya uliigwa kwa mbinu ya gesi kamilifu:

\[ C_{P,W} = \frac{Z_{P,W}P_{\mathrm{perm}}M_W}{0.08206T} \]

Katika fomula, Z_P,W inaonyesha sehemu ya moli ya maji katika awamu inayopenya na P_perm shinikizo la upande unaopenya. Ingawa maandishi yanafafanua alama M_W kama “sehemu ya uzani ya maji”, katika ubadilishaji wa gesi kamilifu nafasi hii kwa kawaida huhitaji uzani wa molekuli. Kuna utata kati ya maelezo ya alama katika PDF na muundo wa vipimo wa mlinganyo.

Ili kuhesabu mabadiliko ya mtiririko kote kwenye utando, utando mzima uligawanywa katika sehemu N za tofauti, na mizania ya uzani, nishati na viambato iliundwa kwa kila sehemu:

\[ \frac{dM_R}{dt}=F_{R,n-1}-F_{R,n}-F_{P,n}=0 \]

\[ M_R\frac{dH_{R,n}}{dt}=F_{R,n-1}H_{R,n-1}-F_{R,n}H_{R,n}-F_{P,n}H_{P,n} \]

\[ M_R\frac{dz_{R,n,W}}{dt}=F_{R,n-1}z_{R,n-1,W}-F_{R,n}z_{R,n,W}-F_{P,n}z_{P,n,W} \]

Milinganyo hii huhesabu mabadiliko ya uzani, enthalpi na muundo wa maji kati ya ingizo, toleo linalozuiliwa na toleo linalopenya katika kila sehemu ya utando. Kuweka derivativu sawa na sifuri kunaonyesha dhana ya hali thabiti. Modeli iliundwa katika mazingira ya Aspen Custom Modeler na kuunganishwa na michakato ya Aspen Plus.

Kimumunyisho saidizi cha unereka ekstraktifu kilichaguliwaje?

Katika unereka ekstraktifu, kimumunyisho saidizi chenye kiwango cha juu cha kuchemka huongezwa kwenye mchanganyiko ili kubadilisha teteo linganishi kati ya DIPE na IPA. Watafiti walilinganisha vimumunyisho saidizi sita:

• Ethylene glycol (EG),
• 1,3-propanediol (PDO),
• Dimethyl sulfoxide (DMSO),
• N-methyl-2-pyrrolidone (NMP),
• N,N-dimethylacetamide (DMAC),
• N,N-dimethylformamide (DMF).

Teteo linganishi kwa ujumla lilifafanuliwa kwa uhusiano ufuatao:

\[ \alpha_i = \frac{K_{\mathrm{LC}}}{K_{\mathrm{HCs+SOL}}} \]

Hapa K = y/x ni uwiano wa usawa kati ya miundo ya awamu ya kioevu na mvuke. Katika hatua ya kwanza ya utengano, teteo la DIPE dhidi ya mchanganyiko wa IPA na kimumunyisho ni muhimu; katika safu ya urejeshaji wa kimumunyisho, teteo la IPA dhidi ya kimumunyisho ndilo muhimu.

Katika Kielelezo 2, EG huongeza teteo linganishi la DIPE/IPA hadi thamani kubwa zaidi kuliko vimumunyisho vingine katika sehemu za moli za IPA za chini na za kati. Mkunjo hufikia zaidi ya 21 karibu na x_IPA = 0,4, lakini hupungua haraka baada ya sehemu ya IPA 0,6. PDO huendelea na teteo linganishi la awali la takribani 9 kwa mkunjo unaopungua polepole zaidi. Thamani ya DMAC huongezeka katika sehemu kubwa za IPA. Tabia hii inaonyesha kwamba kuchagua kimumunyisho saidizi kwa kuangalia tu teteo linganishi katika nukta moja ya muundo hakutoshi.

Viashiria vya PECI na LCAI hupima nini?

Watafiti walitumia faharisi ya gharama ya kiuchumi ya mchakato (PECI) na faharisi ya athari ya mzunguko wa maisha (LCAI) ili kuchuja kwa haraka vimumunyisho saidizi kabla ya uigaji kamili wa mchakato.

\[ PECI = \sum_{i=1}^{n}\left[\left(\frac{1}{|\alpha_i-1|}\right)^{0.65}+\left(\frac{1}{\log_{10}\alpha_i}\right)^{0.802}+\frac{1}{|\alpha_i-1|}\right] \]

\[ LCAI = \sum_{i=1}^{n}\frac{1}{|\alpha_i-1|} \]

Teteo linganishi linapokaribia 1, utengano huwa mgumu zaidi; hivyo mzigo wa mvuke wa safu, urefu wa safu na mahitaji ya nishati yanaweza kuongezeka. Kwa hiyo, katika fomula, kupungua kwa |α − 1| huongeza thamani za PECI na LCAI. Thamani ndogo ya faharisi inawakilisha utengano rahisi zaidi na matarajio ya gharama au mzigo wa kimazingira ulio chini zaidi chini ya dhana za modeli.

PDO ilitoa teteo linganishi kubwa kuliko EG katika hatua ya kurejesha IPA kutoka kwenye kimumunyisho. Hata hivyo, utendaji mkubwa wa EG katika hatua ya kwanza ya utengano ulipunguza thamani za jumla za PECI na LCAI hadi kiwango cha chini zaidi. Kwa sababu hiyo watafiti walichagua ethylene glycol kwa mchakato uliounganishwa.

Modeli ya thermodinamiki iliamuliwaje?

Uigaji wa michanganyiko ya azeotrope na michanganyiko yenye kutokamilika kwa hali ya ideal kwa kiwango kikubwa unahitaji modeli ya mgawo wa shughuli inayowakilisha kwa usahihi mwingiliano kati ya viambato. Katika utafiti, thamani zilizokokotolewa na modeli za NRTL na UNIQUAC zililinganishwa na data ya majaribio ya usawa wa mvuke-kioevu. Iliripotiwa kwamba mzizi wa wastani wa mraba wa hitilafu wa modeli ya UNIQUAC ulikuwa mdogo zaidi, na modeli hii ikachaguliwa kwa uigaji wa mchakato.

Imeelezwa kwamba vigezo vya mwingiliano wa jozi za viambato vya DIPE/IPA/EG vimo katika Jedwali la ziada S5. Hata hivyo, maudhui ya nambari ya jedwali hilo la ziada hayapo katika PDF iliyopakiwa. Upungufu huu hufanya iwe vigumu kwa mtafiti mwingine kujenga tena modeli ileile ya thermodinamiki kwa namna sawa.

Ni michakato ipi iliyolinganishwa?

Ulinganisho mkuu wa utafiti ulifanywa kati ya miundo mitatu iliyounganishwa:

Kielelezo 4 kinalinganisha mipaka mitano mipana zaidi ya michakato kutoka fasihi: unereka ekstraktifu pekee, unereka ekstraktifu wenye mkusanyiko wa awali, urejeshaji wa kimumunyisho kwa utando, muunganiko wa unereka ekstraktifu-utando chini ya utupu, na muunganiko wa unereka tendaji-unereka ekstraktifu. Miundo mipya ya utafiti inalenga kuondoa maji kimwili kwa utando wa NaA badala ya kuyatumia kwa mmenyuko wa kemikali katika unereka tendaji.

Mkondo wa malisho na malengo ya bidhaa ni yapi?

Malisho ghafi yaliyotumika katika michoro ya mchakato yana kiwango cha mtiririko wa 10.000 kg/saa, joto la 25 °C na muundo wa uzani ufuatao:

• %30 DIPE: 3.000 kg/saa,
• %10 IPA: 1.000 kg/saa,
• %60 H₂O: 6.000 kg/saa.

Katika sentensi moja ya maandishi ya utafiti, sehemu ya H₂O imeandikwa kuwa %40. Sehemu hiyo huacha jumla ya muundo wa uzani kuwa %80. Kwa kuwa michoro ya mtiririko, viwango vya mtiririko wa bidhaa na mizania ya uzani vinaendana na %60 H₂O, thamani ya %60 imetumika katika maelezo ya mchakato.

Uboreshaji lazima utimize usafi wa bidhaa ufuatao:

• Usafi wa DIPE angalau %99,97 kwa uzani,
• Usafi wa IPA angalau %99,5 kwa uzani,
• Usafi wa EG iliyorejeshwa angalau %99,99 kwa uzani.

Iliripotiwa kwamba viwango vya urejeshaji vilivyokokotolewa katika modeli kwa DIPE na IPA viko juu ya %99,9. Haya ni matokeo ya uigaji; si mavuno ya bidhaa yaliyopimwa katika kiwanda cha majaribio au cha kibiashara.

Mtiririko wa uzani ukoje katika mchakato wa PV+ED?

Malisho ghafi huingia kwanza kwenye safu ya mkusanyiko T101. Takribani 5.750 kg/saa ya maji yenye usafi wa %99,95 hutolewa chini ya safu. Mkondo wa juu wa T101 una kiwango cha mtiririko cha takribani 4.250 kg/saa na una %70,59 DIPE, %23,54 IPA na %5,87 H₂O.

Mkondo huu unapopelekwa kwenye utando wa PV, takribani 249,1 kg/saa ya maji hupenya kupitia eneo hai la utando la 44,478 m². Mkondo unaozuiliwa na utando una takribani 4.000,9 kg/saa na una %74,99 DIPE, %25,00 IPA na %0,01 H₂O pekee.

Mchanganyiko wa DIPE/IPA ulioondolewa maji hupelekwa kwenye safu ya unereka ekstraktifu T201, ambako 3.000 kg/saa ya ethylene glycol hutumika. Takribani 3.000,5 kg/saa ya bidhaa yenye %99,976 DIPE hupatikana juu ya T201. Mchanganyiko wa IPA/EG kutoka chini ya safu huingia kwenye safu ya urejeshaji wa kimumunyisho T301. Takribani 1.000,5 kg/saa ya IPA yenye takribani %99,86–99,88 hupatikana juu ya T301, na takribani 2.999,92 kg/saa ya EG ya urejeshaji yenye usafi mkubwa hupatikana chini.

Kwa nini muundo wa VP+ED hutumia nishati kidogo?

Katika muundo wa PV+ED, mvuke unaotoka T101 lazima ugandishwe na baadaye ubadilishwe tena kuwa mvuke katika hali zinazofaa utando. Katika muundo wa VP+ED, kwa sababu mvuke wa juu hupelekwa moja kwa moja kwenye utando, hatua mbili zenye matumizi makubwa ya nishati hupunguzwa.

Mzigo wa kondensa ya juu ya T101 ulikuwa −834,333 kW katika PV+ED, huku ukiripotiwa kuwa sifuri katika miundo ya VP+ED na H₂O-EG-VP+ED. Mzigo wa kupasha tena kabla ya utando ulipungua kutoka 172,067 kW katika PV+ED hadi 2,250 kW katika miundo inayotegemea VP.

Katika Kielelezo 8, mchakato wa malisho ya moja kwa moja ya mvuke unaonyeshwa kwa mfululizo mfupi zaidi wa mtiririko. Sehemu ya mkondo unaozuiliwa unaotoka kwenye utando hurudishwa T101, huku sehemu iliyobaki ikipelekwa T201. Ujumuishaji huu hufanya vifaa vya utando na unereka vifanye kazi kwa pamoja kwa joto, badala ya kuunganishwa tu mfululizo.

Ujumuishaji wa joto wa H₂O-EG ulitekelezwaje?

Muundo wa H₂O-EG-VP+ED hutumia mikondo miwili ya moto ambayo tayari ipo ndani ya mfumo kupasha malisho ghafi:

1. Takribani 5.999,1 kg/saa ya maji ya moto kutoka chini ya T101 na mkondo unaopenya utando,
2. Takribani 2.999,92 kg/saa ya ethylene glycol ya moto inayorudi kutoka chini ya T301.

Maji ya moto yanapopozwa kutoka takribani 99,6 °C hadi kiwango cha 25–26 °C, hufanya upashaji awali wa kwanza wa malisho ghafi. Mzigo wa joto wa kibadilisha joto cha kwanza ulikokotolewa kuwa 523,023 kW na eneo lake 78,721 m². Kisha EG iliyorejeshwa yenye takribani 202 °C hupozwa hadi 65 °C na kutoa hatua ya pili ya upashaji awali. Mzigo wa kibadilisha joto cha pili ni 311,594 kW na eneo lake 7,136 m².

Kwa hatua hizi mbili, malisho ghafi yalipashwa kutoka 25 °C hadi 71,32 °C. Upashaji awali ulipunguza mzigo wa reboyla ya T101 kutoka 1.519,222 kW hadi 647,962 kW. Ingawa vibadilisha joto vya ziada huongeza gharama ya uwekezaji wa awali, kupungua kwa gharama ya nishati ya mwaka hupunguza gharama ya jumla ya mwaka.

Gharama ya jumla ya mwaka ilikokotolewaje?

Gharama ya jumla ya mwaka (total annual cost, TAC) ilikokotolewa kama jumla ya uwekezaji wa vifaa uliowekwa kwa mwaka na gharama ya uendeshaji ya mwaka:

\[ TAC = \frac{TCC+TEC}{3}+TOC = TIC+TOC \]

Hapa kipindi cha kurejesha gharama ya vifaa kilichukuliwa kuwa miaka mitatu. TIC inaonyesha gharama ya uwekezaji iliyowekwa kwa mwaka, na TOC gharama za uendeshaji kama mvuke wa moto na maji ya kupoza. Muda wa uendeshaji wa mwaka ulitolewa kuwa 8.000 saa, na faharisi ya gharama ya Marshall & Swift ikachukuliwa kuwa 2.171,6.

Mbinu ya msingi ya gharama inajumuisha gamba la safu, sinia na vibadilisha joto; pampu, mabomba na vali hupuuzwa katika mbinu ya jumla ya Luyben-Douglas. Gharama ya utando iliigwa pia kwa kutumia eneo la utando, bei ya kitengo na maisha ya miaka mitano. Dhana hizi hupunguza uwezekano wa kuhamisha moja kwa moja matokeo ya gharama kamili kwenda nchi, mwaka, bei ya nishati au hali tofauti za ununuzi wa vifaa.

Gharama ya uwekezaji ya mchakato wa H₂O-EG-VP+ED ni kubwa kuliko VP+ED, kwa sababu eneo la jumla la vibadilisha joto viwili vya ziada ni 85,857 m². Kwa upande mwingine, gharama ya uendeshaji hupungua kutoka 6,415 × 10⁵ dola za Marekani/mwaka hadi 4,533 × 10⁵ dola za Marekani/mwaka. Grafu ya nguzo katika Kielelezo 10 inaonyesha kwamba faida ya gharama ya jumla inatokana hasa na kupungua kwa gharama ya uendeshaji.

Matumizi ya nishati yalipungua kwa kiasi gani?

Katika Kielelezo 11, mzigo mkubwa zaidi wa joto katika michakato ya PV+ED na VP+ED unaonekana kwenye reboyla ya T101. Ujumuishaji wa joto wa H₂O-EG ulipunguza mzigo huu mkubwa kwa takribani %57 na kutoa kupungua dhahiri kwa matumizi ya jumla ya nishati. Mizigo ya safu nyingine haikupungua kwa kiwango sawa; mzigo wa T201 katika mchakato wa H₂O-EG ulikuwa 600,431 kW, kiasi kikubwa kidogo kuliko 548,171 kW katika miundo mingine miwili. Faida ya jumla inatokana na kupungua kwa T101 kuwa kubwa zaidi kuliko ongezeko hili la mahali.

Uzalishaji wa gesi ulikokotolewaje?

Thamani za CO₂, SO₂ na NO_x katika utafiti hazikupimwa moja kwa moja kutoka gesi ya moshi. Matumizi ya joto ya reboyla yalibadilishwa kwanza kuwa matumizi sawia ya makaa ya mawe ya kawaida na kisha kuwa uzani wa gesi kwa kutumia vigawo vya kudumu vya uzalishaji:

\[ M_{\mathrm{gas}} = \alpha_{\mathrm{gas}}M_{\mathrm{coal}} \]

\[ M_{\mathrm{coal}} = \frac{Q_R N}{\eta_{\mathrm{coal,trans}}Q_{\mathrm{standard}}} \]

• Q_R: mzigo wa jumla wa reboyla,
• N: muda wa uendeshaji wa mwaka wa 8.000 saa,
• η_coal,trans: ufanisi wa ubadilishaji uliokubaliwa wa 0,92,
• Q_standard: thamani ya joto ya 29.307,6 kJ/kg kwa makaa ya mawe ya kawaida,
• α_gas: mgawo wa ubadilishaji wa CO₂, SO₂ au NO_x.

Katika toleo lililochapishwa la Mlinganyo 14 kwenye PDF, M_coal inaonekana upande wa kushoto badala ya M_gas. Maelezo ya maandishi na mlinganyo unaofuata vinaonyesha kwamba uhusiano uliokusudiwa ni ubadilishaji wa uzalishaji wa gesi ulio hapo juu; kosa hili la notasheni limeelezwa wazi katika makala hii.

Thamani ya CO₂ iliyokokotolewa katika mchakato wa H₂O-EG-VP+ED ni %35,08 chini kuliko PV+ED na %30,89 chini kuliko VP+ED. Sababu ya aina zote za gesi kupungua kwa uwiano uleule ni kwamba uzalishaji umetolewa kutoka matumizi yale yale ya jumla ya joto kwa vigawo vya kudumu. Matokeo haya si vipimo vya moja kwa moja vya uzalishaji wa kiwanda.

Tathmini ya mzunguko wa maisha inajumuisha aina zipi?

Utafiti ulifanya tathmini ya mzunguko wa maisha, ambayo ulisema inategemea mbinu ya ISO 14040, kwa programu ya Gabi na muundo wa data wa CML2001. Aina tano za athari zilitumika:

• GWP: Uwezo wa ongezeko la joto duniani, sawia ya CO₂,
• AP: Uwezo wa asidi, sawia ya SO₂,
• HTP: Uwezo wa sumu kwa binadamu, sawia ya DCB,
• FETP: Uwezo wa sumu ya kiikolojia katika maji safi, sawia ya DCB,
• TETP: Uwezo wa sumu ya kiikolojia ardhini, sawia ya DCB.

Katika Kielelezo 13, aina zote za athari hupungua kutoka PV+ED kwenda VP+ED na kisha H₂O-EG-VP+ED. Imeripotiwa kwamba athari ya jumla ya LCA ya mchakato wa H₂O-EG-VP+ED ni %44,08 chini kuliko PV+ED na %29,12 chini kuliko VP+ED.

Maandishi makuu hayatoi kwa kina seti za data za umeme na mvuke zilizotumika ndani ya Gabi, mchanganyiko wa nishati wa kijiografia, hesabu ya utengenezaji wa moduli ya utando, mwisho wa matumizi ya vifaa, wala uchanganuzi wa unyeti. Kwa hiyo, ingawa matokeo yanaunga mkono ulinganisho wa jamaa kati ya michakato, hayatoi maelezo yote ya hesabu yanayohitajika ili LCA kamili iweze kurudiwa kwa kujitegemea.

Grafu na michoro ya mchakato zinaonyesha nini?

• Kielelezo 1: Kinaonyesha muundo wa msingi wa safu mbili, yaani safu ya unereka ekstraktifu na safu ya urejeshaji wa kimumunyisho.
• Kielelezo 2: Kinaonyesha jinsi vimumunyisho saidizi sita vinavyobadilisha teteo linganishi la DIPE/IPA kutegemea sehemu ya moli ya IPA.
• Kielelezo 3: Kinaonyesha kwamba thamani za PECI na LCAI kwa ujumla huongezeka kutoka EG kwenda DMF; EG ina faharisi za jumla zilizo chini zaidi.
• Kielelezo 4: Kinalinganisha mipaka ya mfumo, ingizo za nishati na nyenzo, bidhaa na sehemu za uzalishaji kwa teknolojia tano tofauti za utengano.
• Kielelezo 5: Kinaonyesha mfululizo wa jumla wa PV/VP+ED unaojumuisha mkusanyiko wa awali, uondoaji maji kwa utando, unereka ekstraktifu na urejeshaji wa EG.
• Kielelezo 6: Kinaonyesha kwa kina safu, miundo ya mikondo, viwango vya mtiririko, joto na eneo la utando katika mchakato wa PV+ED.
• Kielelezo 7: Kinaonyesha mabadiliko ya TAC kulingana na sinia ya malisho ya kimumunyisho saidizi ya T201, sinia kuu ya malisho na jumla ya sinia. Maeneo ya chini zaidi yako karibu na NS = 9, NF2 = 15 na NT2 = 19.
• Kielelezo 8: Kinaonyesha mchakato wa VP+ED ambapo mvuke wa juu wa safu unaunganishwa moja kwa moja na utando.
• Kielelezo 9: Kinaonyesha upashaji awali wa malisho ghafi wa hatua mbili kwa mikondo ya maji taka ya moto na EG ya urejeshaji.
• Kielelezo 10: Kinaonyesha kwamba ingawa gharama ya uwekezaji ya H₂O-EG-VP+ED ni kubwa kuliko VP+ED, gharama yake ya uendeshaji na ya jumla ndiyo ya chini zaidi.
• Kielelezo 11: Kinaonyesha kwamba ujumuishaji wa joto hupunguza hasa mzigo wa reboyla ya T101.
• Kielelezo 12: Kinaonyesha kwamba thamani za CO₂, SO₂ na NO_x zilizokokotolewa kutoka matumizi ya joto ni za chini zaidi katika H₂O-EG-VP+ED.
• Kielelezo 13: Kinaonyesha mpangilio uleule wa michakato katika aina zote tano za athari za mzunguko wa maisha.

Utafiti unaunga mkono matokeo gani?

• Chini ya dhana za modeli, kupeleka mvuke wa juu wa safu moja kwa moja kwenye utando wa NaA hupunguza mizigo ya kugandisha na kubadilisha tena kuwa mvuke ikilinganishwa na PV.
• Upashaji awali wa malisho ghafi kwa maji taka ya moto na EG iliyorejeshwa hupunguza kwa kiasi kikubwa mzigo wa reboyla ya T101.
• EG ilikokotolewa kuwa mgombea anayefaa zaidi kwa jumla ya PECI na LCAI kati ya vimumunyisho saidizi sita vilivyochunguzwa.
• Kati ya michakato mitatu iliyoigwa, H₂O-EG-VP+ED ilitoa thamani za chini zaidi za TAC, mzigo wa jumla wa kupasha, uzalishaji sawia wa gesi na aina za LCA zilizoripotiwa.
• Uigaji unaonyesha kwamba usafi unaolengwa wa DIPE, IPA na EG ya urejeshaji unaweza kufikiwa kinadharia.

Utafiti hauthibitishi nini?

• Hauonyeshi kwamba mchakato wa H₂O-EG-VP+ED umefanya kazi mfululizo katika kiwango cha majaribio au kibiashara.
• Haujaribu uimara wa utando wa NaA dhidi ya vichafuzi, chumvi, misombo mizito ya kikaboni au mizunguko mirefu ya joto katika maji taka halisi ya viwandani.
• Haudhibitishi kwa majaribio maisha ya huduma ya utando ya miaka mitano.
• Usafi na urejeshaji wa bidhaa uliokokotolewa haujathibitishwa kwa uchanganuzi wa kiwanda halisi.
• Thamani za uzalishaji si vipimo vya moja kwa moja vya uzalishaji wa bomba la moshi.
• Hakuna uchanganuzi wa kutokuwa na uhakika au Monte Carlo kuhusu mabadiliko ya bei ya nishati, bei ya utando, kiwango cha punguzo au maisha ya huduma.
• Haijaelezwa kwa undani ni kwa kiwango gani athari zote za kimazingira za utengenezaji, uingizwaji na utupaji wa utando zimejumuishwa katika LCA.
• Utafiti hauonyeshi kwamba faida ileile ya kiuchumi itadumishwa katika uwezo tofauti wa kiwanda.

Nguvu za utafiti ni zipi?

Nguvu muhimu ya utafiti ni kwamba mchakato haujatathminiwa kwa kipimo kimoja tu kama matumizi ya nishati au gharama ya jumla ya mwaka. Uchaguzi wa kimumunyisho saidizi, modeli ya thermodinamiki, eneo la utando, usanifu wa safu, ujumuishaji wa joto, gharama ya uwekezaji na uendeshaji, uzalishaji sawia na aina tano za LCA zimechunguzwa ndani ya mnyororo mmoja wa usanifu wa mchakato.

Kulinganisha miundo ya PV, VP na VP iliyounganishwa kwa joto chini ya malengo yale yale ya usafi wa bidhaa huzuia faida kuonekana kwa sababu tu masharti ya bidhaa yamelegezwa. Kutoa viwango vya mtiririko, miundo na joto la mikondo mikuu katika michoro ya mtiririko pia huruhusu mizania ya uzani kufuatiliwa kwa ujumla.

Mapungufu makuu ya utafiti ni yapi?

• Utafiti ni preprint ambayo haijapitia mapitio ya rika.
• Matokeo yote makuu yanategemea uigaji wa mchakato na uundaji wa modeli za kiuchumi-kimazingira.
• Majedwali ya ziada yenye vigezo vya mwingiliano wa jozi vya thermodinamiki hayapo katika toleo lililopakiwa.
• Muundo wa malisho umetolewa sehemu moja ya maandishi kama %30/%10/%40, na katika michoro ya mtiririko kama %30/%10/%60.
• Thamani za mtiririko wa utando na maisha ya utando hazijathibitishwa kwa majaribio huru.
• Modeli ya kiuchumi hupuuza baadhi ya vifaa kama pampu, mabomba na vali.
• Hakuna masafa ya kutokuwa na uhakika yaliyotolewa kwa mwaka wa gharama, ubadilishaji wa sarafu na mabadiliko ya baadaye ya bei za nishati za eneo.
• Seti ghafi za data za hesabu ya LCA na maelezo yote ya mipaka ya mfumo hayajawasilishwa.
• Kuna kosa la uchapishaji wa alama katika Mlinganyo 14, utata wa kitengo cha muda katika maelezo ya mtiririko wa utando, na utata wa ufafanuzi wa M_W katika Mlinganyo 5.
• Kutu, mfumo wa udhibiti, tabia ya kuanza-kusimama, uchanganuzi wa usalama na kuchafuka kwa utando havijaigwa.

Umuhimu wake kwa mtazamo wa jana, leo na kesho ni upi?

Mifumo ya kawaida ya utengano wa azeotrope hujaribu kushinda kizuizi cha usawa wa kuchemka kwa kutumia safu zaidi, mabadiliko ya shinikizo, kimumunyisho kipya au mmenyuko wa kemikali. Utafiti huu unaendeleza wazo la kwanza kuondoa maji kwa uteuzi katika kiwango cha molekuli na kisha kunereka mchanganyiko wa kikaboni uliobaki kwa mtazamo wa ujumuishaji wa mchakato.

Mchango wa sasa ni kubuni utando si kama kitengo huru cha usafishaji wa mwisho, bali pamoja na mvuke wa juu wa safu ya unereka na joto taka la ndani ya kiwanda. Matokeo yanaonyesha kwamba si ufanisi wa nishati wa kifaa kimoja pekee, bali pia joto na awamu ambayo mkondo huhamishwa kati ya vifaa, vinaweza kuamua utendaji wa jumla wa mchakato.

Katika siku zijazo, muundo huu unahitaji kuthibitishwa kwa maji taka halisi katika kiwango cha majaribio, uimara wa muda mrefu wa utando upimwe, mfumo wa kina wa udhibiti wa mienendo uanzishwe na kutokuwa na uhakika wa kiuchumi-LCA kuchanganuliwe kwa kiasi. Utando wenye maisha marefu na mtiririko mkubwa wa maji unaweza kupunguza eneo la utando na gharama ya uwekezaji inayohitajika kwa uwezo uleule. Hata hivyo, uwezekano huu si matokeo yaliyothibitishwa moja kwa moja na utafiti wa sasa; ni tathmini ya waandishi kuhusu maendeleo ya mchakato wa baadaye.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Muhtasari wa kiufundi wa mbinu

Taarifa zilizoboreshwa za safu na mtiririko

Matokeo ya vigezo vingi ya michakato mitatu

Muundo wa H₂O-EG-VP+ED, ukilinganishwa na VP+ED, pia ulipunguza TAC kwa %8,95, uzalishaji wa gesi uliokokotolewa kutokana na matumizi ya joto kwa %30,89 na athari za LCA kwa %29,12. Kupatikana kwa gharama ya jumla iliyo chini zaidi hakutokani na gharama ya chini zaidi ya uwekezaji wa awali, bali na gharama ya chini ya uendeshaji ya mwaka kutokana na urejeshaji wa joto.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Jina kamili asilia la utafiti: Multi-criteria evaluation in TAC, energy consumption, gas emissions, and LCA of integrated membrane dehydration and extractive distillation processes for separating diisopropyl ether/isopropanol/water azeotropes

Waandishi katika PDF na mpangilio wao: Qinggang Xu; Keyin Yin; Chun Deng; Yinglong Wang

Taarifa ya mwandishi mwenza wa kwanza: Hakuna tamko la mchango sawa au uandishi mwenza wa kwanza katika PDF.

Mwandishi anayewajibika: Chun Deng

Barua pepe ya mwandishi anayewajibika: chundeng@cup.edu.cn

Uhusiano wa kitaasisi:

1. State Key Laboratory of Heavy Oil Processing, College of Chemical Engineering and Environment, China University of Petroleum, Beijing, 102249, China
2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Ningxia University, Yinchuan, 750021, P. R. China

Kutolingana kwa data ya bibliografia: PDF iliyopakiwa inamtaja mwandishi wa pili kama “Keyin Yin”. Katika metadata ya utafutaji ya SSRN kuna uandishi “Kexin Yin” na taarifa za taasisi ambazo hazilingani kikamilifu na PDF. Katika makala hii, uandishi na mpangilio wa PDF umehifadhiwa. Kabla ya kuchapisha, uandishi sahihi na taasisi zinapaswa kuthibitishwa kupitia mwandishi anayewajibika au rekodi ya SSRN iliyosasishwa.

DOI: 10.2139/ssrn.6946629

Jukwaa la uchapishaji: SSRN

Jarida au mkutano: Kwa toleo hili, uchapishaji wa jarida au mkutano uliopitia mapitio ya rika haukuweza kuthibitishwa.

Mchapishaji asilia wa uchapishaji uliopitia mapitio ya rika: Mchapishaji wa jarida uliopitia mapitio ya rika haukuweza kuthibitishwa kwa toleo hili. Utafiti unasambazwa kwenye jukwaa la preprint la SSRN.

Kiungo rasmi:https://ssrn.com/abstract=6946629

Aina ya chanzo: Makala ya utafiti ya preprint inayojumuisha uigaji wa mchakato wa kemikali, uboreshaji, tathmini ya techno-uchumi na uundaji wa mzunguko wa maisha

Hali ya mapitio ya rika: Utafiti huu haujapitia mapitio ya rika.

Michango ya waandishi: Qinggang Xu; alitekeleza uundaji wa dhana, upangaji wa data, uchanganuzi rasmi, mbinu, programu, rasimu ya kwanza, mapitio na uhariri. Keyin Yin; alichangia uchanganuzi rasmi, mapitio na uhariri. Chun Deng; alifanya utafiti, usimamizi wa mradi, rasilimali, usimamizi, uthibitishaji, uonyeshaji, mapitio na uhariri. Yinglong Wang; alichangia programu, uonyeshaji, mapitio na uhariri.

Ufadhili: National Natural Science Foundation of China, nambari ya mradi 22578490.

Tamko la mgongano wa maslahi: Waandishi wametangaza kwamba hakuna maslahi ya kifedha yanayojulikana au uhusiano wa kibinafsi ambao ungeweza kuathiri utafiti.

Makala hii ya Kituruki iliandaliwa kwa kuchunguza maandishi makuu, fomula, majedwali, michoro ya mtiririko, grafu za uboreshaji na kurasa za picha za ziada za PDF iliyopakiwa. Hakuna dai jipya la utendaji wa kisayansi, mafanikio ya kiwanda, usafi wa bidhaa, akiba ya nishati au manufaa ya kimazingira lililoongezwa kutoka nje ya PDF.

Mapungufu makuu ya utafiti ni: kutokuwepo kwa mapitio ya rika, matokeo kutegemea uigaji wa hali thabiti, kutokuwepo kwa uthibitishaji wa kiwanda cha majaribio, matumizi ya maisha na mtiririko wa utando kama ingizo za fasihi, kutokuwepo kwa baadhi ya vigezo vya thermodinamiki vya ziada katika faili iliyopakiwa, kutotolewa kwa uchanganuzi wa kutokuwa na uhakika wa kiuchumi na LCA, mgongano wa %40/%60 wa maji katika muundo wa malisho, na kutolingana kwa vitengo au alama katika baadhi ya fomula.

Utafiti huu hauonyeshi kwamba mchakato wa H₂O-EG-VP+ED utatoa kwa hakika gharama, nishati na uzalishaji uleule katika kiwanda halisi cha viwandani. Matokeo ni mahesabu linganishi ya mchakato chini ya uwezo, vigezo vya utando, vigawo vya nishati, modeli ya gharama na dhana za thermodinamiki zilizotajwa.

Utafiti huu ni preprint ambayo haijapitia mapitio ya rika; matokeo yake yanapaswa kusomwa kwa kuzingatia kizuizi hiki.