Ин таҳқиқот се раванди ҳамгирошудаи мембрана-дистиллятсияро барои ҷудокунии оби партови саноатӣ, ки аз истеҳсоли изопропанол тавассути гидрататсияи пропилен ба вуҷуд омада, дорои ди-изопропилэфир, изопропанол ва об мебошад, муқоиса мекунад. Муҳаққиқон хориҷсозии интихобии обро тавассути первапоратсия ё гузариши буғ бо мембранаи зеолитии NaA бо дистиллятсияи экстрактивӣ, ки этиленгликол истифода мебарад, муттаҳид кардаанд. Равандҳо бо Aspen Plus V11 ва Aspen Custom Modeler симулятсия ва оптимизатсия шуда; арзиши умумии солона, сарбориҳои гармкунӣ-сардкунӣ, партобҳои эквивалентии CO₂/SO₂/NO_x ва таъсирҳои давраи ҳаёт, ки бо нармафзори Gabi ҳисоб шудаанд, якҷоя арзёбӣ гардидаанд.

Дар байни се тарҳи муқоисашуда, раванди H₂O-EG-VP+ED, ки ғизои хомро бо барқарорсозии гармӣ аз оби партови гарм ва этиленгликоли барқароршуда пешакӣ гарм мекунад, пасттарин арзиши умумии солона ва таъсири экологиро нишон додааст. Арзиши умумии солонаи ин тарҳ 11,104 × 10⁵ доллари ИМА/сол, сарбории умумии гармкунӣ 1.822,102 kW ва партоби ҳисобшудаи CO₂ 1.347,774 kg/сол гузориш шудааст. Дар муқоиса бо раванди PV+ED, арзиши умумии солона %18,41, партобҳои газӣ, ки аз истеъмоли гармӣ ҳосил шудаанд, %35,08 ва таъсирҳои гузоришшудаи давраи ҳаёт %44,08 коҳиш ёфтаанд.

Бо вуҷуди ин, натиҷаҳо дар корхонаи саноатии фаъол чен нашуда, балки аз симулятсияҳои раванд ва хусусиятҳои мембранаи аз адабиёт гирифташуда ҳисоб шудаанд. Маҷмуаҳои муфассали додаҳои инвентаризатсияи LCA, омехтаи истеҳсоли энергия, таъсирҳои истеҳсол ва анҷоми истифодаи мембрана ва таҳлили номуайянии иқтисодӣ дар матни асосӣ пурра пешниҳод нашудаанд. Аз ин рӯ, таҳқиқот тарҳи амалишавандаи раванд ва натиҷаи моделсозии муқоисавиро пешниҳод мекунад, аммо кори воқеии корхона ё сарфаи дақиқи саноатиро исбот намекунад.

Масъалаи асосии таҳқиқот чист?

Изопропанол (isopropyl alcohol, IPA) пайвастагии муҳими органикӣ мебошад, ки дар дорусозӣ, кимиё, электроника, равған ва истифодаҳои ҳалкунанда ба кор меравад. Ди-изопропилэфир (diisopropyl ether, DIPE) метавонад ҳангоми истеҳсоли IPA тавассути гидрататсияи пропилен ҳамчун маҳсулоти иловагӣ пайдо шавад ва худи он низ ҳамчун ҳалкунанда ё экстрагент арзёбӣ гардад.

Мушкилоти асосӣ дар барқарорсозии DIPE, IPA ва об аз ҷараёни партови саноатӣ он аст, ки ин компонентҳо азеотроп ташкил медиҳанд. IPA ва об дар фишори атмосфера азеотропи дукомпонентӣ бо тақрибан %12,6 массаи об ташкил медиҳанд, дар ҳоле ки DIPE, IPA ва об якҷоя рафтори азеотропии сегона нишон медиҳанд. Дар нуқтаи азеотроп таркиби фазаҳои буғ ва моеъ ба ҳам наздик мешавад, аз ин сабаб ҷудокунии компонентҳо то тозагии дилхоҳ бо дистиллятсияи анъанавӣ душвор мегардад.

Системаҳои анъанавии дистиллятсияи азеотропӣ ё экстрактивӣ одатан якчанд колонна, сарбории баланди ребойлер, конденсатсия ва бухоркунии такрориро талаб мекунанд. Ҳатто агар миқдори об дар ҷараён дар марҳилаҳои аввали ҷудокунии кам карда шавад, оби боқимондаи азеотропӣ ба колоннаҳои минбаъда интиқол меёбад ва истеъмоли энергияро идома медиҳад. Равиши асосии таҳқиқот ин аст, ки ин об пеш аз дистиллятсияи экстрактивӣ бо мембранаи интихобӣ хориҷ карда шуда, азеотропи сегона ба омехтаи дукомпонентии DIPE/IPA, ки идора карданаш осонтар аст, табдил дода шавад.

Мембранаи зеолитии NaA обро чӣ гуна ҷудо мекунад?

Рафтори ҷудокунии мембранаи зеолитии NaA ҳам ба андозаи молекулавӣ ва ҳам ба қутбнокии сатҳ асос меёбад. Диаметрҳои тақрибии кинетикии молекулаҳо, ки дар таҳқиқот оварда шудаанд, чунинанд:

Атомҳои алюминий дар сохтори NaA ба сатҳи мембрана хусусияти қавии гидрофилӣ медиҳанд. Оби хеле қутбӣ ба сатҳи мембрана ва каналҳои сӯрохӣ ба таври афзалиятнок адсорб мешавад. IPA-и дорои қутбнокии миёна адсорбсияи заифтар ва DIPE-и ғайриқутбӣ адсорбсияи хеле заиф нишон медиҳад. Ҳамин тавр, об ҳам аз сабаби андозаи хурдтар ва ҳам аз сабаби таъсири қавитар бо мембрана ба таври интихобӣ ба фазаи гузаранда интиқол меёбад.

Воридоти тарҳрезии мембрана дар таҳқиқот фишори тарафи гузаранда 0,667 kPa, ҳарорати кори тақрибан 60–70 °C ва ҷараёни об 5,6 kg·m⁻²·соат⁻¹ мебошанд. Арзиши мембранаи NaA 16.500 CNY/m² ва муҳлати иқтисодии хизматрасонӣ панҷ сол қабул шудааст. Инҳо арзишҳои бевосита дар ин таҳқиқот ченшуда нестанд; онҳо воридоти адабиётӣ ва дастурҳои техникӣ мебошанд, ки ба модели арзиши раванд интиқол дода шудаанд.

Фарқи первапоратсия ва гузариши буғ чист?

Дар раванди первапоратсия (PV) ба тарафи ғизодиҳии мембрана омехтаи моеъ ворид мешавад. Об ба мембрана адсорб шуда, дар дохили мембрана диффузия мекунад ва аз тарафи фишори паст ҳамчун буғ мебарояд. Нигоҳ доштани ғизо дар ҳолати моеъ метавонад талаб кунад, ки буғи аз колоннаи дистиллятсия баромада аввал конденсатсия ва баъд барои шароити мембрана дубора гарм карда шавад.

Дар раванди гузариши буғ (vapor permeation, VP) бошад, ғизо бевосита дар ҳолати буғ ба мембрана фиристода мешавад. Дар тарҳи VP+ED-и таҳқиқот, буғи болои колоннаи пешакии консентратсияи T101 бидуни конденсатсия ба модули мембранаи NaA равона шудааст. Бо ин роҳ, сарбории конденсатори болои T101 ва амалиёти дуюми гармкунӣ-бухоркунӣ пеш аз мембрана асосан бартараф шудааст.

Ин фарқ танҳо фазаи ғизодиҳии мембранаро тағйир намедиҳад. Он ҳамгироии энергетикии байни колонна ва мембранаро низ тағйир дода, ба шумораи таҷҳизот, сарбории ивазкунандаҳои гармӣ ва арзиши солонаи амалиётӣ таъсир мерасонад.

Модели ҷудокунии мембрана чӣ гуна сохта шудааст?

Кори мембрана аввал бо омили ҷудокунии ва ҷараёни компонент муайян карда шудааст:

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

Дар ин ҷо x_i ҳиссаи массаи компоненти i дар ғизо ва y_i ҳиссаи массаи он дар ҷараёни гузарандаро нишон медиҳад. Афзоиши омили ҷудокунии маънои онро дорад, ки компонент дар фазаи гузаранда нисбат ба ғизо бештар ғанӣ шудааст.

Ҷараёни компонент бо робитаи зерин дода шудааст:

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

• J_i: ҷараёни мембранавии компоненти i, kg·m⁻²·соат⁻¹,
• M_P,i: массаи компоненти i, ки дар муддати муайян гузаштааст, kg,
• t: вақти гузашта, соат,
• A_M: масоҳати фаъоли мембрана, m²,
• F_P,i: дебити массаи компоненти гузаранда, kg·соат⁻¹.

Дар шарҳи PDF воҳиди t ҳамчун “соат⁻¹” навишта шудааст; мувофиқи муодилаи ҷараён, t бояд ҳамчун воҳиди вақт соат бошад. Ин номувофиқии навишти воҳид дар матн аст.

Қувваи пешбарандаи интиқоли об бо фарқи консентратсия байни тарафи нигоҳдорӣ ва тарафи гузаранда модел шудааст:

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

D_W коэффисиенти самараноки диффузияи об дар мембрана, C_R,W консентратсияи об дар тарафи нигоҳдорӣ ва C_P,W консентратсияи об дар тарафи гузарандаро нишон медиҳад. Бо зиёд шудани фарқи консентратсия, агар шароити дигар собит бошад, суръати интиқоли об меафзояд.

Вобастагии коэффисиенти диффузия аз ҳарорат бо робитаи навъи Arrhenius дода шудааст:

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

• D_W,0: коэффисиенти пешэкспоненсиалии диффузия,
• E_W: энергияи самараноки фаъолсозӣ барои интиқоли об,
• R: доимии газ,
• T: ҳарорати мутлақ, K.

Консентратсияи об дар тарафи гузаранда бо равиши гази идеалӣ модел шудааст:

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

Дар формула Z_P,W ҳиссаи молии об дар фазаи гузаранда ва P_perm фишори тарафи гузарандаро нишон медиҳад. Гарчанде матн рамзи M_W-ро ҳамчун “ҳиссаи массаи об” таъриф мекунад, дар табдили гази идеалӣ ин мавқеъ одатан массаи молекулавиро талаб мекунад. Байни шарҳи рамзҳо дар PDF ва сохтори андозагирии муодила номуайянӣ вуҷуд дорад.

Барои ҳисоб кардани тағйироти ҷараён дар тӯли мембрана, тамоми мембрана ба N қисми дифференсиалӣ тақсим шуда, барои ҳар қисм тавозуни масса, энергия ва компонентҳо тартиб дода шудааст:

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

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

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

Ин муодилаҳо дар ҳар қисми мембрана тағйироти масса, энталпия ва таркиби обро байни вуруд, баромади нигоҳдорӣ ва баромади гузаранда ҳисоб мекунанд. Ба сифр баробар кардани ҳосилаҳо фарзияи ҳолати устуворро нишон медиҳад. Модел дар муҳити Aspen Custom Modeler сохта ва бо равандҳои Aspen Plus ҳамгиро шудааст.

Ҳалкунандаи ёридиҳанда барои дистиллятсияи экстрактивӣ чӣ гуна интихоб шудааст?

Дар дистиллятсияи экстрактивӣ ба омехта ҳалкунандаи ёридиҳандаи дорои нуқтаи ҷӯшиши баланд илова карда мешавад, то ноустувории нисбии байни DIPE ва IPA тағйир дода шавад. Муҳаққиқон шаш номзади ҳалкунандаи ёридиҳандаро муқоиса кардаанд:

• Этиленгликол (EG),
• 1,3-пропандиол (PDO),
• Диметилсулфоксид (DMSO),
• N-метил-2-пирролидон (NMP),
• N,N-диметиласетамид (DMAC),
• N,N-диметилформамид (DMF).

Ноустувории нисбӣ дар умум бо робитаи зерин таъриф шудааст:

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

Дар ин ҷо K = y/x таносуби мувозинат байни таркибҳои фазаҳои моеъ ва буғ мебошад. Дар марҳилаи якуми ҷудокунии, ноустувории DIPE нисбат ба омехтаи IPA ва ҳалкунанда; дар колоннаи барқарорсозии ҳалкунанда бошад, ноустувории IPA нисбат ба ҳалкунанда муҳим аст.

Дар Шакли 2, EG дар ҳиссаҳои молии паст ва миёнаи IPA ноустувории нисбии DIPE/IPA-ро нисбат ба ҳалкунандаҳои дигар ба арзишҳои хеле баланд мебарад. Каҷ тақрибан дар x_IPA = 0,4 аз 21 боло мерасад, аммо пас аз ҳиссаи IPA 0,6 зуд коҳиш меёбад. PDO бошад, ноустувории нисбии ибтидоии тақрибан 9-ро бо каҷи оҳистатар коҳишёбанда нигоҳ медорад. Арзиши DMAC дар ҳиссаҳои баланди IPA меафзояд. Ин рафтор нишон медиҳад, ки интихоби ҳалкунандаи ёридиҳанда танҳо аз рӯи ноустувории нисбӣ дар як нуқтаи таркиб кофӣ нест.

Нишондиҳандаҳои PECI ва LCAI чиро чен мекунанд?

Муҳаққиқон барои зуд интихоб кардани ҳалкунандаҳои ёридиҳанда пеш аз симулятсияи пурраи раванд индекси арзиши иқтисодии раванд (PECI) ва индекси таъсири давраи ҳаёт (LCAI)-ро истифода бурдаанд.

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

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

Ҳар қадар ноустувории нисбӣ ба 1 наздик шавад, ҷудокунии душвортар мегардад; мувофиқан сарбории буғи колонна, баландии колонна ва талаботи энергия метавонанд афзоиш ёбанд. Аз ин сабаб, дар формулаҳо хурд шудани |α − 1| арзишҳои PECI ва LCAI-ро зиёд мекунад. Арзиши пасти индекс ҷудокунии осонтар ва дар доираи фарзияҳои модел интизории арзиши ё бори экологӣ камтарро ифода мекунад.

PDO дар марҳилаи барқарорсозии IPA аз ҳалкунанда нисбат ба EG ноустувории нисбии баландтар додааст. Бо вуҷуди ин, кори қавии EG дар марҳилаи якуми ҷудокунии арзишҳои умумии PECI ва LCAI-ро ба пасттарин сатҳ овардааст. Аз ин рӯ муҳаққиқон барои раванди ҳамгирошуда этиленгликолро интихоб кардаанд.

Модели термодинамикӣ чӣ гуна муайян шудааст?

Симулятсияи омехтаҳои азеотропӣ ва хеле ғайриидеалӣ ба модели коэффисиенти фаъолият ниёз дорад, ки таъсирҳои байни компонентҳоро дуруст ифода кунад. Дар таҳқиқот арзишҳои ҳисобшудаи моделҳои NRTL ва UNIQUAC бо додаҳои таҷрибавии мувозинати буғ-моеъ муқоиса шудаанд. Гузориш шудааст, ки инҳирофи миёнаи квадрати решавии модели UNIQUAC пасттар аст ва аз ин рӯ ин модел дар симулятсияҳои раванд интихоб шудааст.

Гуфта мешавад, ки параметрҳои дугонаи таъсири байни ҷуфтҳои компонентҳои DIPE/IPA/EG дар Ҷадвали иловагии S5 ҷой доранд. Аммо дар PDF-и боршуда муҳтавои рақамии ин ҷадвали дастгиркунанда мавҷуд нест. Ин камбудӣ бозсозии айнан ҳамон модели термодинамикиро аз ҷониби муҳаққиқи дигар душвор мекунад.

Кадом равандҳо муқоиса шудаанд?

Муқоисаи асосии таҳқиқот байни се тарҳи ҳамгирошуда анҷом дода шудааст:

Шакли 4 панҷ ҳудуди васеътари равандро аз адабиёт муқоиса мекунад: танҳо дистиллятсияи экстрактивӣ, дистиллятсияи экстрактивии бо консентратсияи пешакӣ, барқарорсозии ҳалкунанда бо мембрана, муттаҳидсозии дистиллятсияи экстрактивӣ-мембрана дар вакуум ва муттаҳидсозии дистиллятсияи реактивӣ-дистиллятсияи экстрактивӣ. Тарҳҳои нави таҳқиқот ҳадаф доранд, ки ба ҷойи истеъмоли об тавассути реаксияи химиявӣ дар дистиллятсияи реактивӣ, обро бо мембранаи NaA ба таври физикӣ хориҷ кунанд.

Ҷараёни ғизо ва ҳадафҳои маҳсулот кадоманд?

Ғизои хом дар схемаҳои раванд бо дебити 10.000 kg/соат, ҳарорати 25 °C ва таркиби массаи зерин истифода шудааст:

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

Дар як ҷумлаи матни таҳқиқот ҳиссаи H₂O ҳамчун %40 навишта шудааст. Ин ҳисса таркиби умумии массаро дар %80 мегузорад. Азбаски схемаҳои ҷараён, дебитҳои маҳсулот ва тавозунҳои масса бо %60 H₂O мувофиқанд, дар шарҳи раванд арзиши %60 истифода шудааст.

Оптимизатсия бояд тозагиҳои зерини маҳсулотро таъмин кунад:

• Тозагии DIPE ҳадди ақал %99,97 масса,
• Тозагии IPA ҳадди ақал %99,5 масса,
• Тозагии EG-и барқароршуда ҳадди ақал %99,99 масса.

Гузориш шудааст, ки дараҷаҳои барқарорсозии дар модел ҳисобшуда барои DIPE ва IPA аз %99,9 болоанд. Инҳо натиҷаҳои симулятсия мебошанд; онҳо ҳосили маҳсулоте нестанд, ки дар корхонаи пилотӣ ё тиҷоратӣ чен шудаанд.

Ҷараёни масса дар раванди PV+ED чӣ гуна аст?

Ғизои хом аввал ба колоннаи консентратсияи T101 ворид мешавад. Аз поёни колонна тақрибан 5.750 kg/соат об бо тозагии %99,95 хориҷ карда мешавад. Ҷараёни болои T101 тақрибан 4.250 kg/соат буда, %70,59 DIPE, %23,54 IPA ва %5,87 H₂O дорад.

Ҳангоми фиристодани ин ҷараён ба мембранаи PV, аз рӯи масоҳати фаъоли мембранаи 44,478 m² тақрибан 249,1 kg/соат об гузаронида мешавад. Ҷараёни нигоҳдории мембрана тақрибан 4.000,9 kg/соат буда, %74,99 DIPE, %25,00 IPA ва танҳо %0,01 H₂O дорад.

Омехтаи обгирифтаи DIPE/IPA ба колоннаи дистиллятсияи экстрактивии T201 фиристода мешавад, ки дар он 3.000 kg/соат этиленгликол истифода мешавад. Аз болои T201 тақрибан 3.000,5 kg/соат маҳсулоти дорои %99,976 DIPE гирифта мешавад. Омехтаи IPA/EG аз поёни колонна ба колоннаи барқарорсозии ҳалкунандаи T301 ворид мешавад. Аз болои T301 тақрибан 1.000,5 kg/соат IPA бо тозагии тақрибан %99,86–99,88 ва аз поён тақрибан 2.999,92 kg/соат EG-и баргардонидашудаи баландтоза ба даст меояд.

Чаро тарҳи VP+ED камтар энергия истифода мебарад?

Дар тарҳи PV+ED буғи аз T101 баромада бояд конденсатсия ва сипас дар шароити мувофиқ барои мембрана дубора бухор карда шавад. Дар тарҳи VP+ED буғи боло бевосита ба мембрана фиристода мешавад, бинобар ин ду марҳилаи сермасрафи энергия кӯтоҳ карда мешаванд.

Сарбории конденсатори болои T101 дар PV+ED −834,333 kW аст, дар ҳоле ки дар тарҳҳои VP+ED ва H₂O-EG-VP+ED сифр гузориш шудааст. Сарбории дубора гармкунӣ пеш аз мембрана дар PV+ED 172,067 kW буда, дар тарҳҳои бар VP асосёфта то 2,250 kW коҳиш ёфтааст.

Дар Шакли 8 раванди бо ғизодиҳии мустақими буғ бо занҷири кӯтоҳтари ҷараён нишон дода шудааст. Як қисми ҷараёни нигоҳдории аз мембрана баромада ба T101 баргардонида мешавад ва қисми боқимонда ба T201 ғизо дода мешавад. Ин ҳамгироӣ таҷҳизоти мембрана ва дистиллятсияро на танҳо пайдарпай, балки аз ҷиҳати гармӣ ҳамкор мекунад.

Ҳамгироии гармии H₂O-EG чӣ гуна татбиқ шудааст?

Тарҳи H₂O-EG-VP+ED ду ҷараёни гармеро, ки аллакай дар система мавҷуданд, барои гарм кардани ғизои хом истифода мебарад:

1. Тақрибан 5.999,1 kg/соат оби гарм аз поёни T101 ва гузарандаи мембрана,
2. Тақрибан 2.999,92 kg/соат этиленгликоли гарми баргардондашуда аз поёни T301.

Оби гарм ҳангоми аз тақрибан 99,6 °C то сатҳи 25–26 °C сард шудан, пешгармкунии якуми ғизои хомро анҷом медиҳад. Сарбории гармии ивазкунандаи якум 523,023 kW ва масоҳати он 78,721 m² ҳисоб шудааст. Сипас EG-и барқароршуда дар тақрибан 202 °C то 65 °C сард карда шуда, марҳилаи дуюми пешгармкуниро таъмин мекунад. Сарбории ивазкунандаи дуюм 311,594 kW ва масоҳаташ 7,136 m² мебошад.

Бо ин ду марҳила ғизои хом аз 25 °C то 71,32 °C гарм карда шудааст. Пешгармкунӣ сарбории ребойлери T101-ро аз 1.519,222 kW то 647,962 kW коҳиш додааст. Гарчанде ивазкунандаҳои иловагӣ арзиши сармоягузории ибтидоиро зиёд мекунанд, кам шудани арзиши солонаи энергия арзиши умумии солонаро паст мекунад.

Арзиши умумии солона чӣ гуна ҳисоб шудааст?

Арзиши умумии солона (total annual cost, TAC) ҳамчун ҷамъбасти сармоягузории солонашудаи таҷҳизот ва арзиши солонаи амалиётӣ ҳисоб шудааст:

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

Дар ин ҷо муҳлати бозпардохти таҷҳизот се сол қабул шудааст. TIC арзиши сармоягузории солонашуда ва TOC хароҷоти амалиётӣ, ба монанди буғи гарм ва оби хунуккунӣ, мебошад. Вақти кори солона 8.000 соат ва индекси хароҷоти Marshall & Swift 2.171,6 гирифта шудааст.

Равиши асосии хароҷот корпуси колонна, табақҳо ва ивазкунандаҳои гармиро дар бар мегирад; насосҳо, қубурҳо ва клапанҳо дар равиши умумии Luyben-Douglas сарфи назар шудаанд. Арзиши мембрана низ аз рӯи масоҳати мембрана, нархи воҳид ва муҳлати панҷсолаи хизмат модел шудааст. Ин фарзияҳо интиқоли мустақими натиҷаҳои мутлақи хароҷотро ба кишвар, сол, нархи энергия ё шароити таъминоти таҷҳизоти дигар маҳдуд мекунанд.

Арзиши сармоягузории раванди H₂O-EG-VP+ED аз VP+ED баландтар аст, зеро масоҳати умумии ду ивазкунандаи иловагӣ 85,857 m² мебошад. Дар муқобил, арзиши амалиётӣ аз 6,415 × 10⁵ доллари ИМА/сол то 4,533 × 10⁵ доллари ИМА/сол коҳиш меёбад. Графики сутунӣ дар Шакли 10 нишон медиҳад, ки бартарии арзиши умумӣ асосан аз коҳиши арзиши амалиётӣ ба вуҷуд меояд.

Истеъмоли энергия то чӣ андоза кам шудааст?

Дар Шакли 11 бузургтарин сарбории гармӣ дар равандҳои PV+ED ва VP+ED дар ребойлери T101 дида мешавад. Ҳамгироии гармии H₂O-EG ин сарбории асосиро тақрибан %57 кам карда, истеъмоли умумии энергияро ба таври назаррас паст кардааст. Сарбории колоннаҳои дигар ба ҳамин андоза кам нашудааст; сарбории T201 дар раванди H₂O-EG 600,431 kW буда, аз арзиши 548,171 kW дар ду тарҳи дигар каме баландтар аст. Фоидаи умумӣ аз он ба вуҷуд меояд, ки коҳиши бузурги T101 аз ин афзоиши маҳаллӣ зиёдтар аст.

Партобҳои газ чӣ гуна ҳисоб шудаанд?

Арзишҳои CO₂, SO₂ ва NO_x дар таҳқиқот бевосита аз гази дуд чен нашудаанд. Истеъмоли гармии ребойлер аввал ба истеъмоли эквивалентии ангишти стандартӣ ва баъд бо коэффисиентҳои собити партоб ба массаи газ табдил дода шудааст:

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

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

• Q_R: сарбории умумии ребойлер,
• N: вақти кори солонаи 8.000 соат,
• η_coal,trans: самаранокии табдили қабулшудаи 0,92,
• Q_standard: арзиши гармии 29.307,6 kJ/kg барои ангишти стандартӣ,
• α_gas: коэффисиенти табдили CO₂, SO₂ ё NO_x.

Дар шакли чопшудаи Муодилаи 14 дар PDF, дар тарафи чап ба ҷойи M_gas M_coal дида мешавад. Шарҳи матнӣ ва муодилаи баъдӣ нишон медиҳанд, ки робитаи дар назарбуда табдили партоби гази дар боло овардашуда аст; ин хатои нотатсия дар ин мақола ошкоро зикр шудааст.

Арзиши ҳисобшудаи CO₂ дар раванди H₂O-EG-VP+ED нисбат ба PV+ED %35,08 ва нисбат ба VP+ED %30,89 пасттар аст. Сабаби бо як таносуб кам шудани ҳамаи намудҳои газ дар он аст, ки партобҳо аз ҳамон истеъмоли умумии гармӣ бо коэффисиентҳои собит ҳосил шудаанд. Ин натиҷаҳо ченкунии мустақими партоби корхона нестанд.

Арзёбии давраи ҳаёт кадом категорияҳоро фаро мегирад?

Таҳқиқот арзёбии давраи ҳаётро, ки гуфта мешавад ба равиши ISO 14040 асос ёфтааст, бо нармафзори Gabi ва сохтори додаҳои CML2001 анҷом додааст. Панҷ категорияи таъсир истифода шудааст:

• GWP: Потенсиали гармшавии глобалӣ, эквиваленти CO₂,
• AP: Потенсиали туршшавӣ, эквиваленти SO₂,
• HTP: Потенсиали заҳролудшавӣ барои инсон, эквиваленти DCB,
• FETP: Потенсиали экотоксикии оби ширин, эквиваленти DCB,
• TETP: Потенсиали экотоксикии хушкӣ, эквиваленти DCB.

Дар Шакли 13 ҳамаи категорияҳои таъсир аз PV+ED ба VP+ED ва сипас ба H₂O-EG-VP+ED коҳиш меёбанд. Гузориш шудааст, ки таъсири умумии LCA-и раванди H₂O-EG-VP+ED нисбат ба PV+ED %44,08 ва нисбат ба VP+ED %29,12 пасттар аст.

Матни асосӣ маҷмуаҳои додаҳои барқ ва буғро, ки дар Gabi истифода шудаанд, омехтаи ҷуғрофии энергия, инвентаризатсияи истеҳсоли модули мембрана, анҷоми истифодаи таҷҳизот ва таҳлили ҳассосиятро ба таври муфассал пешниҳод намекунад. Аз ин рӯ, гарчанде натиҷаҳо муқоисаи нисбии байни равандҳоро дастгирӣ мекунанд, ҳамаи ҷузъиёти инвентаризатсияро, ки барои бозсозии мустақили LCA-и пурра лозим аст, пешниҳод намекунанд.

Графикҳо ва схемаҳои раванд чиро нишон медиҳанд?

• Шакли 1: Сохтори асосии дуколоннагии колоннаи дистиллятсияи экстрактивӣ ва колоннаи барқарорсозии ҳалкунандаро нишон медиҳад.
• Шакли 2: Нишон медиҳад, ки шаш ҳалкунандаи ёридиҳанда ноустувории нисбии DIPE/IPA-ро вобаста ба ҳиссаи молии IPA чӣ гуна тағйир медиҳанд.
• Шакли 3: Нишон медиҳад, ки арзишҳои PECI ва LCAI аз EG ба DMF дар маҷмӯъ зиёд мешаванд ва EG пасттарин индексҳои умумиро дорад.
• Шакли 4: Ҳудудҳои система, воридоти энергия ва мавод, маҳсулот ва нуқтаҳои партоби панҷ технологияи гуногуни ҷудокуниро муқоиса мекунад.
• Шакли 5: Занҷири умумии PV/VP+ED-ро, ки аз консентратсияи пешакӣ, обгирии мембранавӣ, дистиллятсияи экстрактивӣ ва барқарорсозии EG иборат аст, нишон медиҳад.
• Шакли 6: Колоннаҳо, таркибҳои ҷараён, дебитҳо, ҳароратҳо ва масоҳати мембрана дар раванди PV+ED-ро муфассал медиҳад.
• Шакли 7: Тағйироти TAC-ро вобаста ба табақи ғизодиҳии ҳалкунандаи ёридиҳандаи T201, табақи асосии ғизодиҳӣ ва шумораи умумии табақҳо нишон медиҳад. Минтақаҳои пасттарин тақрибан дар NS = 9, NF2 = 15 ва NT2 = 19 ҷой доранд.
• Шакли 8: Раванди VP+ED-ро нишон медиҳад, ки дар он буғи болои колонна бевосита ба мембрана пайваст мешавад.
• Шакли 9: Пешгармкунии дуқадамии ғизои хомро бо ҷараёнҳои оби партови гарм ва EG-и баргардондашуда нишон медиҳад.
• Шакли 10: Нишон медиҳад, ки гарчанде арзиши сармоягузории H₂O-EG-VP+ED аз VP+ED баландтар аст, арзиши амалиётӣ ва умумии он пасттарин мебошад.
• Шакли 11: Нишон медиҳад, ки ҳамгироии гармӣ махсусан сарбории ребойлери T101-ро кам мекунад.
• Шакли 12: Нишон медиҳад, ки арзишҳои CO₂, SO₂ ва NO_x, ки аз истеъмоли гармӣ ҳисоб шудаанд, дар H₂O-EG-VP+ED пасттарин мебошанд.
• Шакли 13: Як тартиби равандро дар ҳамаи панҷ категорияи таъсири давраи ҳаёт нишон медиҳад.

Таҳқиқот кадом натиҷаҳоро дастгирӣ мекунад?

• Дар доираи фарзияҳои модел, фиристодани буғи болои колонна бевосита ба мембранаи NaA нисбат ба PV сарбории конденсатсия ва бухоркунии такрориро кам мекунад.
• Пешгармкунии ғизои хом бо оби партови гарм ва EG-и барқароршуда сарбории ребойлери T101-ро ба таври назаррас кам мекунад.
• EG дар байни шаш ҳалкунандаи ёридиҳандаи санҷидашуда аз рӯи PECI ва LCAI-и умумӣ мувофиқтарин номзад ҳисоб шудааст.
• Дар байни се раванди симулятсияшуда, H₂O-EG-VP+ED пасттарин арзишҳоро барои TAC, сарбории умумии гармкунӣ, партобҳои эквивалентии газ ва категорияҳои гузоришшудаи LCA додааст.
• Симулятсия нишон медиҳад, ки ба тозагиҳои ҳадафии DIPE, IPA ва EG-и баргардондашуда аз ҷиҳати назариявӣ расидан мумкин аст.

Таҳқиқот чиро исбот намекунад?

• Нишон намедиҳад, ки раванди H₂O-EG-VP+ED дар миқёси пилотӣ ё тиҷоратӣ пайваста кор кардааст.
• Устувории мембранаи NaA-ро нисбат ба ифлоскунандаҳо, намакҳо, органикаҳои вазнин ё давраҳои дарозмуддати гармӣ дар оби партови воқеии саноатӣ намесанҷад.
• Муҳлати панҷсолаи хизматрасонии мембранаро ба таври таҷрибавӣ тасдиқ намекунад.
• Тозагиҳо ва барқарорсозии ҳисобшудаи маҳсулот бо таҳлили корхонаи воқеӣ тасдиқ нашудаанд.
• Арзишҳои партоб ченкунии бевоситаи партобҳои дудбаро нестанд.
• Таҳлили номуайянӣ ё Monte Carlo барои тағйироти нархи энергия, нархи мембрана, меъёри тахфиф ё муҳлати хизматрасонӣ пешниҳод нашудааст.
• Шарҳ дода нашудааст, ки ҳамаи таъсирҳои экологии истеҳсол, навсозӣ ва партофтани мембрана то чӣ андоза ба LCA дохил карда шудаанд.
• Таҳқиқот нишон намедиҳад, ки ҳамин бартарии иқтисодӣ дар иқтидорҳои гуногуни корхона нигоҳ дошта мешавад.

Ҷанбаҳои қавии таҳқиқот кадоманд?

Яке аз ҷанбаҳои муҳими қавии таҳқиқот он аст, ки раванд танҳо аз рӯи як меъёр, ба монанди истеъмоли энергия ё арзиши умумии солона, арзёбӣ нашудааст. Интихоби ҳалкунандаи ёридиҳанда, модели термодинамикӣ, масоҳати мембрана, тарҳи колонна, ҳамгироии гармӣ, арзиши сармоягузорӣ ва амалиётӣ, партобҳои эквивалентӣ ва панҷ категорияи LCA дар як занҷири тарҳрезии раванд якҷоя баррасӣ шудаанд.

Муқоисаи тарҳҳои PV, VP ва VP-и бо гармӣ ҳамгирошуда дар зери ҳамон ҳадафҳои тозагии маҳсулот пешгирӣ мекунад, ки бартарӣ танҳо аз сабук кардани талаботи маҳсулот ба вуҷуд ояд. Додани дебит, таркиб ва ҳарорати ҷараёнҳои асосӣ дар схемаҳои ҷараён низ имкон медиҳад тавозуни умумии масса пайгирӣ шавад.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот кадоманд?

• Таҳқиқот preprint-и аз арзёбии ҳамтоён нагузашта мебошад.
• Ҳамаи натиҷаҳои асосӣ ба симулятсияи раванд ва моделсозии иқтисодӣ-экологӣ асос меёбанд.
• Ҷадвалҳои дастгиркунандае, ки параметрҳои дугонаи таъсири термодинамикиро доранд, дар версияи боршуда мавҷуд нестанд.
• Таркиби ғизо дар як ҷойи матн ҳамчун %30/%10/%40 ва дар схемаҳои ҷараён ҳамчун %30/%10/%60 дода шудааст.
• Арзишҳои ҷараён ва муҳлати мембрана бо таҷрибаҳои мустақил тасдиқ нашудаанд.
• Модели иқтисодӣ баъзе таҷҳизот, ба монанди насосҳо, қубурҳо ва клапанҳоро сарфи назар мекунад.
• Барои соли хароҷот, табдили қурби асъор ва тағйироти ояндаи нархи маҳаллии энергия фосилаи номуайянӣ дода нашудааст.
• Маҷмуаҳои хоми додаҳои инвентаризатсияи LCA ва ҳамаи ҷузъиёти ҳудудҳои система пешниҳод нашудаанд.
• Дар Муодилаи 14 хатои чопии рамз, дар шарҳи ҷараёни мембрана номуайянии воҳиди вақт ва дар Муодилаи 5 номуайянии таърифи M_W вуҷуд дорад.
• Коррозия, системаи идоракунӣ, рафтори оғоз-қатъ, таҳлили бехатарӣ ва ифлосшавии мембрана модел нашудаанд.

Аҳамияти он аз назари гузашта, имрӯз ва оянда чист?

Системаҳои анъанавии ҷудокунии азеотропӣ кӯшиш мекунанд маҳдудияти мувозинати ҷӯшишро бо колоннаҳои бештар, тағйири фишор, ҳалкунандаи нав ё реаксияи химиявӣ бартараф кунанд. Ин таҳқиқот ғояи аввал хориҷ кардани интихобии об дар миқёси молекулавӣ ва баъд дистиллятсия кардани омехтаи органикии боқимондаро аз нигоҳи ҳамгироии раванд таҳия мекунад.

Саҳми имрӯза тарҳрезии мембрана на ҳамчун воҳиди мустақили тозакунии ниҳоӣ, балки якҷоя бо буғи болои колоннаи дистиллятсия ва гармии партови дохили корхона мебошад. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки на танҳо самаранокии энергетикии худи як таҷҳизот, балки ҳарорат ва фазае, ки ҷараён байни таҷҳизот интиқол меёбад, метавонад кори умумии равандро муайян кунад.

Дар оянда ин тарҳ бояд дар миқёси пилотӣ бо оби партови воқеӣ тасдиқ, устувории дарозмуддати мембрана чен, системаи муфассали идоракунии динамикӣ сохта ва номуайяниҳои иқтисодӣ-LCA ба таври миқдорӣ таҳлил карда шаванд. Мембранаҳои дорои муҳлати дарозтар ва ҷараёни оби баландтар метавонанд масоҳати мембрана ва арзиши сармоягузориро барои ҳамон иқтидор кам кунанд. Аммо ин имконият натиҷае нест, ки таҳқиқоти ҷорӣ бевосита исбот кардааст; он арзёбии рушди ояндаи раванд аз ҷониби муаллифон мебошад.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Хулосаи техникии усул

Маълумоти оптимизатсияшудаи колонна ва ҷараён

Натиҷаҳои бисёрмеъёрии се раванд

Тарҳи H₂O-EG-VP+ED дар муқоиса бо VP+ED низ TAC-ро %8,95, партобҳои гази аз истеъмоли гармӣ ҳисобшударо %30,89 ва таъсирҳои LCA-ро %29,12 кам кардааст. Ба даст омадани пасттарин арзиши умумӣ аз пасттарин арзиши сармоягузории ибтидоӣ не, балки аз арзиши солонаи амалиётии пасттар тавассути барқарорсозии гармӣ ба вуҷуд омадааст.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: 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

Муаллифон ва тартиби онҳо дар PDF: Qinggang Xu; Keyin Yin; Chun Deng; Yinglong Wang

Маълумот оид ба ҳаммуаллифии якум: Дар PDF изҳороти саҳми баробар ё ҳаммуаллифии якум мавҷуд нест.

Муаллифи масъул: Chun Deng

Почтаи электронии муаллифи масъул: chundeng@cup.edu.cn

Пайвандҳои институтсионалӣ:

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

Номувофиқии додаҳои библиографӣ: PDF-и боршуда муаллифи дуюмро ҳамчун “Keyin Yin” медиҳад. Дар метамаълумоти ҷустуҷӯии SSRN навишти “Kexin Yin” ва маълумоти муассисавие дида мешавад, ки бо PDF пурра мувофиқат намекунад. Дар ин мақола навишт ва тартиби PDF нигоҳ дошта шудааст. Пеш аз нашр навишти дуруст ва муассисаҳо бояд тавассути муаллифи масъул ё сабти навшудаи SSRN тасдиқ карда шаванд.

DOI: 10.2139/ssrn.6946629

Платформаи нашр: SSRN

Маҷалла ё конфронс: Барои ин версия нашри маҷалла ё конфронси аз арзёбии ҳамтоён гузашта тасдиқ нашудааст.

Ношири аслии аз арзёбии ҳамтоён гузашта: Ношири маҷаллаи аз арзёбии ҳамтоён гузашта барои ин версия тасдиқ нашудааст. Таҳқиқот дар платформаи preprint-и SSRN паҳн мешавад.

Пайванди расмӣ:https://ssrn.com/abstract=6946629

Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотии preprint, ки симулятсияи равандҳои химиявӣ, оптимизатсия, арзёбии техноиқтисодӣ ва моделсозии давраи ҳаётро дар бар мегирад

Ҳолати арзёбии ҳамтоён: Ин таҳқиқот аз арзёбии ҳамтоён нагузаштааст.

Саҳми муаллифон: Qinggang Xu; консептуализатсия, танзими додаҳо, таҳлили расмӣ, усул, нармафзор, тарҳи аввал, бозбинӣ ва таҳрирро анҷом додааст. Keyin Yin; ба таҳлили расмӣ, бозбинӣ ва таҳрир саҳм гузоштааст. Chun Deng; таҳқиқот, идоракунии лоиҳа, захираҳо, назорат, тасдиқ, визуализатсия, бозбинӣ ва таҳрирро анҷом додааст. Yinglong Wang; ба нармафзор, визуализатсия, бозбинӣ ва таҳрир саҳм гузоштааст.

Маблағгузорӣ: Бунёди миллии илмҳои табиии Чин, рақами лоиҳа 22578490.

Изҳороти бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки манфиати молиявӣ ё муносибати шахсии маълум, ки метавонад ба таҳқиқот таъсир расонад, вуҷуд надорад.

Ин мақолаи туркӣ бо баррасии матни асосӣ, формулаҳо, ҷадвалҳо, схемаҳои ҷараён, графикҳои оптимизатсия ва саҳифаҳои тасвирии иловагии PDF-и боршуда омода шудааст. Берун аз PDF ҳеҷ даъвои нави фаъолияти илмӣ, муваффақияти корхона, тозагии маҳсулот, сарфаи энергия ё манфиати экологӣ илова нашудааст.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот инҳоянд: набудани арзёбии ҳамтоён, асос ёфтани натиҷаҳо ба симулятсияи ҳолати устувор, набудани тасдиқи корхонаи пилотӣ, истифодаи муҳлати мембрана ва ҷараён ҳамчун воридоти адабиётӣ, набудани баъзе параметрҳои дастгиркунандаи термодинамикӣ дар файли боршуда, пешниҳод нашудани таҳлили номуайянии иқтисодӣ ва LCA, ихтилофи %40/%60 об дар таркиби ғизо ва номувофиқиҳои воҳид ё рамз дар баъзе формулаҳо.

Ин таҳқиқот нишон намедиҳад, ки раванди H₂O-EG-VP+ED дар корхонаи воқеии саноатӣ ҳатман ҳамон арзишҳои хароҷот, энергия ва партобро таъмин мекунад. Натиҷаҳо ҳисобҳои муқоисавии раванд дар зери иқтидор, параметрҳои мембрана, коэффисиентҳои энергия, модели хароҷот ва фарзияҳои термодинамикии зикршуда мебошанд.

Ин таҳқиқот preprint-и аз арзёбии ҳамтоён нагузашта мебошад; натиҷаҳои он бояд бо дарназардошти ин маҳдудият хонда шаванд.