Ushbu tadqiqot propilenning gidratatsiyasi orqali izopropanol ishlab chiqarishdan hosil bo'ladigan va diizopropil efir, izopropanol hamda suvni o'z ichiga olgan sanoat oqova suvlarini ajratish uchun uchta integratsiyalashgan membrana-haydash jarayonini taqqoslaydi. Tadqiqotchilar NaA seolit membranasi yordamida pervaporatsiya yoki bug' o'tkazuvchanligi orqali suvni selektiv tarzda ajratib olishni etilen glikol qo'llanilgan ekstraktiv haydash bilan birlashtirganlar. Jarayonlar Aspen Plus V11 va Aspen Custom Modeler dasturlarida modellashtirilgan va optimallashtirilgan; umumiy yillik xarajat, isitish-sovutish yuklamalari, ekvivalent CO₂/SO₂/NO_x emissiyalari hamda Gabi dasturiy ta'minoti orqali hisoblangan hayotiy sikl ta'sirlari birgalikda baholangan.

Taqqoslangan uchta loyiha orasida issiq oqova suvdan va qaytarib olingan etilen glikoldan issiqlikni rekuperatsiya qilish orqali dastlabki xom ashyoni oldindan qizdiradigan H₂O-EG-VP+ED jarayoni eng past umumiy yillik xarajat va eng kam ekologik ta'sirni ko'rsatdi. Ushbu loyihaning umumiy yillik xarajati 11,104 × 10⁵ AQSh dollari/yil, umumiy isitish yuklamasi 1 822,102 kVt va hisoblangan CO₂ emissiyasi 1 347,774 kg/yil deb qayd etilgan. PV+ED jarayoniga nisbatan umumiy yillik xarajat 18,41% ga, issiqlik iste'molidan kelib chiqadigan gaz emissiyalari 35,08% ga va qayd etilgan hayotiy sikl ta'sirlari 44,08% ga kamaygan.

Shu bilan birga, natijalar faoliyat yuritayotgan sanoat korxonasida o'lchanmagan, balki jarayon modellashtirishlari va adabiyotlardan olingan membrana xususiyatlari asosida hisoblab chiqilgan. LCA inventarining batafsil ma'lumotlar to'plamlari, energiya ishlab chiqarish miksi, membranani ishlab chiqarish va xizmat muddati yakunidagi ta'sirlari hamda iqtisodiy noaniqlik tahlili asosiy matnda to'liq keltirilmagan. Shu sababli, tadqiqot amalda qo'llanilishi mumkin bo'lgan jarayon loyihasi va qiyosiy modellashtirish natijalarini taqdim etadi; real korxona samaradorligini yoki aniq sanoat tejamkorligini isbotlamaydi.

Tadqiqotning asosiy muammosi nimadan iborat?

Izopropanol (izopropil spirti, IPA) farmatsevtika, kimyo, elektronika, moylar va erituvchilar sohalarida qo'llaniladigan muhim organik birikmadir. Diizopropil efir (diisopropyl ether, DIPE) esa propilenning gidratatsiyasi orqali IPA ishlab chiqarishda nojo'ya mahsulot sifatida hosil bo'lishi mumkin va uning o'zi ham erituvchi yoki ekstraktor sifatida baholanadi.

Sanoat oqova oqimidan DIPE, IPA va suvni qayta tiklashdagi asosiy qiyinchilik ushbu komponentlarning azeotrop hosil qilishidir. IPA va suv atmosfera bosimida massasi bo'yicha taxminan 12,6% suv saqlagan ikkilik azeotrop hosil qilsa, DIPE, IPA va suv birgalikda uchtalik azeotropik xususiyat namoyon etadi. Azeotrop nuqtasida bug' va suyuqlik fazalarining tarkibi bir-biriga yaqinlashgani sababli an'anaviy haydash orqali komponentlarni talab qilingan soflik darajasigacha ajratish qiyinlashadi.

An'anaviy azeotropik yoki ekstraktiv haydash tizimlari ko'pincha bir nechta kolonna, yuqori qayta qaynatgich (riboyler) yuklamasi, kondensatsiyalash va qayta bug'lantirish jarayonlarini talab qiladi. Oqimdagi suv miqdori ajratishning dastlabki bosqichlarida kamaytirilsa ham, qolgan azeotropik suv keyingi kolonnalarga o'tishda va energiya sarflashda davom etadi. Tadqiqotning asosiy yondashuvi ushbu suvni ekstraktiv haydashdan oldin selektiv membrana yordamida ajratib olib, uchtalik azeotropni boshqarish osonroq bo'lgan DIPE/IPA ikkilik aralashmasiga aylantirishdir.

NaA seolit membranasi suvni qanday ajratadi?

NaA seolit membranasining ajratish xususiyati molekulyar o'lchamga ham, sirt qutbliligiga ham asoslanadi. Tadqiqotda keltirilgan taxminiy kinetik molekulyar diametrlar quyidagicha:

NaA tuzilishidagi alyuminiy atomlari membrana sirtiga kuchli gidrofil xarakter beradi. Yuqori darajada qutbli bo'lgan suv membrana sirtiga va g'ovak kanallariga afzalroq adsorbsiyalanadi. O'rtacha qutblilikdagi IPA kuchsizroq, qutbsiz DIPE esa juda zaif adsorbsiyalanadi. Shu tariqa, suv ham kichikroq bo'lgani, ham membrana bilan kuchliroq ta'sirlashgani sababli selektiv ravishda o'tuvchi (permeat) fazaga ko'chadi.

Tadqiqotda membrana uchun qo'llanilgan loyiha parametrlari: o'tuvchi tomon bosimi 0,667 kPa, ishchi harorat taxminan 60–70 °C va suv oqimi 5,6 kg·m⁻²·soat⁻¹. NaA membranasi narxi 16 500 CNY/m², iqtisodiy xizmat muddati esa besh yil deb qabul qilingan. Bular ushbu tadqiqotda bevosita o'lchangan qiymatlar emas, balki jarayon xarajatlari modeliga kiritilgan adabiyot va texnik qo'llanma ma'lumotlaridir.

Pervaporatsiya va bug' o'tkazuvchanligi o'rtasidagi farq nima?

Pervaporatsiya (PV) jarayonida membrananing kirish tomoniga suyuq aralashma beriladi. Suv membranaga adsorbsiyalanadi, membrana ichida diffuziyalanadi va past bosimli tomondan bug' holida chiqadi. Xom ashyoni suyuq holda saqlash distillash ustunidan chiqqan bug'ni avval kondensatsiyalashni va membrana sharoitlari uchun qayta qizdirishni talab qilishi mumkin.

Bug' o'tkazuvchanligi (vapor permeation, VP) jarayonida esa xom ashyo membranaga to'g'ridan-to'g'ri bug' holida yuboriladi. Tadqiqotning VP+ED loyihasida dastlabki konsentratsiyalash kolonnasi T101 ning yuqori qismidagi bug' kondensatsiyalanmasdan NaA membrana moduliga yo'naltirilgan. Shu tarzda, T101 yuqori kondensatorining yuklamasi va membranadan oldingi ikkinchi isitish-bug'lantirish jarayoni sezilarli darajada bartaraf etilgan.

Bu farq nafaqat membranaga kiradigan xom ashyo fazasini o'zgartiradi, balki kolonna va membrana o'rtasidagi energiya integratsiyasini ham o'zgartirib, uskunalar soniga, issiqlik almashtirgich yuklamalariga va yillik operatsion xarajatlarga bevosita ta'sir ko'rsatadi.

Membrana ajratish modeli qanday tuzilgan?

Membrana unumdorligi dastlab ajratish omili va komponentlar oqimi bilan aniqlangan:

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

Bu yerda x_i — i komponentining kiruvchi oqimdagi massa ulushi; y_i esa o'tgan oqimdagi massa ulushini bildiradi. Ajratish omilining ortishi komponentning kiruvchi oqimga nisbatan o'tuvchi fazada ko'proq boyiganini ifodalaydi.

Komponent oqimi quyidagi munosabat bilan berilgan:

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

• J_i: i komponentining membrana oqimi zichligi, kg·m⁻²·soat⁻¹,
• M_P,i: ma'lum vaqt ichida o'tgan i komponentining massasi, kg,
• t: o'tgan vaqt, soat,
• A_M: samarali membrana maydoni, m²,
• F_P,i: o'tuvchi komponentning massaviy sarfi, kg·soat⁻¹.

PDF izohida t birligi “soat⁻¹” deb yozilgan; oqim formulasiga ko'ra t vaqt birligi sifatida soat bo'lishi kerak. Bu matndagi o'lchov birligining noaniqligidir.

Suv o'tishining harakatlantiruvchi kuchi ushlab qolingan va o'tuvchi tomonlar orasidagi konsentratsiyalar farqi orqali modellashtirilgan:

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

D_W — membrana ichidagi samarali suv diffuziyasi koeffitsiyenti, C_R,W — ushlab qolingan tomondagi va C_P,W — o'tuvchi tomondagi suv konsentratsiyasini bildiradi. Konsentratsiyalar farqi ortgan sari, boshqa sharoitlar o'zgarmaganda suv o'tish tezligi oshadi.

Diffuziya koeffitsiyentining haroratga bog'liqligi Arrenius tipidagi bog'lanish orqali ifodalangan:

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

• D_W,0: eksponenta oldi diffuziya koeffitsiyenti,
• E_W: suv o'tishi uchun samarali faollashish energiyasi,
• R: gaz doimiysi,
• T: mutlaq harorat, K.

O'tuvchi tomondagi suv konsentratsiyasi ideal gaz yaqinlashuvi bilan modellashtirilgan:

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

Formulada Z_P,W — o'tuvchi fazadagi suvning mol ulushini va P_perm — o'tuvchi tomon bosimini bildiradi. Matnda M_W belgisi “suvning massa ulushi” deb ta'riflangan bo'lsa-da, ideal gaz o'zgartirishida bu pozitsiya odatda molekulyar massani talab qiladi. PDF dagi belgilar tavsifi bilan tenglamaning o'lchovli tuzilishi o'rtasida noaniqlik mavjud.

Membrana bo'ylab oqim o'zgarishini hisoblash uchun umumiy membrana N ta differensial qismga bo'lingan va har bir qism uchun massa, energiya va komponentlar balanslari tuzilgan:

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

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

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

Ushbu tenglamalar har bir membrana qismida kirish, ushlab qolingan chiqish va o'tgan chiqish o'rtasidagi massa, entalpiya va suv tarkibi o'zgarishini hisoblaydi. Hosilalarning nolga tenglashtirilishi statsionar holat taxminini bildiradi. Model Aspen Custom Modeler muhitida yaratilgan va Aspen Plus jarayonlari bilan integratsiyalangan.

Ekstraktiv haydash uchun ajratuvchi erituvchi qanday tanlangan?

Ekstraktiv haydashda aralashmaga yuqori qaynash haroratiga ega ajratuvchi erituvchi qo'shilib, DIPE va IPA o'rtasidagi nisbiy uchuvchanlik o'zgartiriladi. Tadqiqotchilar oltita nomzod erituvchini taqqoslaganlar:

• Etilen glikol (EG),
• 1,3-propandiol (PDO),
• Dimetilsulfoksid (DMSO),
• N-metil-2-pirolidon (NMP),
• N,N-dimetilasetamid (DMAC),
• N,N-dimetilformamid (DMF).

Nisbiy uchuvchanlik umumiy holda quyidagi munosabat bilan ifodalanadi:

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

Bu yerda K = y/x suyuqlik va bug' fazalari tarkibi o'rtasidagi muvozanat nisbatidir. Birinchi ajratish bosqichida DIPE ning IPA va erituvchi aralashmasiga nisbatan uchuvchanligi; erituvchini qayta tiklash ustunida esa IPA ning erituvchiga nisbatan uchuvchanligi muhimdir.

2-rasmda EG past va o'rta IPA mol ulushlarida DIPE/IPA nisbiy uchuvchanligini boshqa erituvchilarga qaraganda ancha yuqori qiymatlarga ko'taradi. Egri chiziq taxminan x_IPA = 0,4 atrofida 21 dan oshadi, ammo IPA ulushi 0,6 dan keyin tez pasayadi. PDO esa dastlab taxminan 9 bo'lgan nisbiy uchuvchanlikni sekinroq pasayuvchi egri chiziq bilan saqlab turadi. DMAC qiymati esa yuqori IPA ulushlarida ortadi. Bu holat faqat bitta tarkibiy nuqtadagi nisbiy uchuvchanlikka qarab erituvchi tanlash yetarli emasligini ko'rsatadi.

PECI va LCAI ko'rsatkichlari nimani o'lchaydi?

Tadqiqotchilar erituvchilarni to'liq jarayon simulyatsiyasidan oldin tezkor saralash uchun jarayonning iqtisodiy xarajatlar indeksidan (PECI) va hayotiy sikl ta'siri indeksidan (LCAI) foydalanganlar.

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

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

Nisbiy uchuvchanlik 1 ga yaqinlashgan sari ajratish qiyinlashadi; bunga bog'liq holda kolonnaning bug' yuklamasi, kolonna balandligi va energiya talabi ortishi mumkin. Shu sababli formulalarda |α − 1| qiymatining kichrayishi PECI va LCAI qiymatlarini oshiradi. Past indeks qiymati osonroq ajratishni va model taxminlari ostida kamroq xarajat yoki ekologik yuk kutuvini bildiradi.

PDO IPA ni erituvchidan qayta tiklash bosqichida EG ga qaraganda yuqoriroq nisbiy uchuvchanlik berdi. Shunga qaramay, EG ning birinchi ajratish bosqichidagi kuchli samaradorligi umumiy PECI va LCAI qiymatlarini eng past darajaga tushirdi. Shu sababli tadqiqotchilar integratsiyalashgan jarayon uchun etilen glikolni tanladilar.

Termodinamik model qanday aniqlangan?

Azeotropik va yuqori darajada noideal aralashmalarni modellashtirish komponentlar o'rtasidagi o'zaro ta'sirlarni to'g'ri ifodalovchi aktivlik koeffitsiyenti modelini talab qiladi. Tadqiqotda NRTL va UNIQUAC modellarining hisoblangan qiymatlari eksperimental bug'-suyuqlik muvozanati ma'lumotlari bilan taqqoslangan. UNIQUAC modelining o'rtacha kvadratik chetlanishi pastroq bo'lgani qayd etilgan va jarayon simulyatsiyalarida ushbu model tanlangan.

DIPE/IPA/EG komponentlar juftliklariga oid binar o'zaro ta'sir parametrlari qo'shimcha S5-jadvalda keltirilganligi ko'rsatilgan. Biroq yuklangan PDF da mazkur qo'shimcha jadvalning raqamli mazmuni mavjud emas. Ushbu kamchilik termodinamik modelni boshqa bir tadqiqotchi tomonidan aynan qayta tiklashni qiyinlashtiradi.

Qaysi jarayonlar taqqoslangan?

Tadqiqotning asosiy taqqoslashi uchta integratsiyalashgan loyiha o'rtasida amalga oshirilgan:

4-rasm adabiyotdagi beshta kengroq jarayon chegarasini taqqoslaydi: faqat ekstraktiv haydash, oldindan konsentratsiyalash bilan ekstraktiv haydash, membrana orqali erituvchini qayta tiklash, vakuumli ekstraktiv haydash-membrana birikmasi hamda reaktiv haydash-ekstraktiv haydash birikmasi. Tadqiqotning yangi loyihalari reaktiv haydashda suvni kimyoviy reaksiya orqali sarflash o'rniga suvni NaA membranasi yordamida fizikaviy usulda ajratib olishni maqsad qilgan.

Xom ashyo oqimi va mahsulot maqsadlari qanday?

Jarayon sxemalarida qo'llanilgan dastlabki xom ashyo 10 000 kg/soat sarfga, 25 °C haroratga va quyidagi massa tarkibiga ega:

• 30% DIPE: 3 000 kg/soat,
• 10% IPA: 1 000 kg/soat,
• 60% H₂O: 6 000 kg/soat.

Tadqiqotning bitta matn jumlasida H₂O ulushi 40% deb yozilgan. Bu ulush umumiy massa tarkibini 80% da qoldiradi. Oqim sxemalari, mahsulot sarflari va massa balanslari esa 60% H₂O bilan mos kelganligi sababli jarayon tavsifida 60% qiymati qabul qilingan.

Optimallashtirish quyidagi mahsulot sofliklarini ta'minlashi shart:

• DIPE sofligi massasi bo'yicha kamida 99,97%,
• IPA sofligi massasi bo'yicha kamida 99,5%,
• Qaytarib olingan EG sofligi massasi bo'yicha kamida 99,99%.

DIPE va IPA uchun modelda hisoblangan qayta tiklash darajasi 99,9% dan yuqori ekanligi bildirilgan. Bular simulyatsiya natijalari bo'lib, tajriba-sinov yoki sanoat korxonasida o'lchangan mahsulot unumlari emas.

PV+ED jarayonida massa oqimi qanday kechadi?

Dastlabki xom ashyo avval T101 konsentratsiyalash kolonnasi kiradi. Kolonna tubidan taxminan 5 750 kg/soat, 99,95% soflikdagi suv chiqariladi. T101 ning yuqori oqimi taxminan 4 250 kg/soat sarfga ega bo'lib, 70,59% DIPE, 23,54% IPA va 5,87% H₂O ni o'z ichiga oladi.

Ushbu oqim PV membranasiga yuborilganda 44,478 m² samarali membrana maydoni orqali taxminan 249,1 kg/soat suv o'tkaziladi. Membranada ushlab qolingan oqim taxminan 4 000,9 kg/soat sarfga ega bo'lib, 74,99% DIPE, 25,00% IPA va atigi 0,01% H₂O saqlaydi.

Suvsizlantirilgan DIPE/IPA aralashmasi 3 000 kg/soat etilen glikol qo'llaniladigan T201 ekstraktiv haydash kolonnasi yuboriladi. T201 ustki qismidan taxminan 3 000,5 kg/soat va 99,976% DIPE saqlagan mahsulot olinadi. Kolonna tubidagi IPA/EG aralashmasi T301 erituvchini qaytarish kolonnasi kiradi. T301 ning yuqori qismidan taxminan 1 000,5 kg/soat, taxminan 99,86–99,88% li IPA; tubidan esa taxminan 2 999,92 kg/soat yuqori soflikdagi qaytariladigan EG olinadi.

VP+ED loyihasi nima sababdan kamroq energiya sarflaydi?

PV+ED loyihasida T101 dan chiqayotgan bug'ni kondensatsiyalash va keyinchalik membranaga mos sharoitlarda qayta bug'lantirish talab etiladi. VP+ED loyihasida ustki bug' to'g'ridan-to'g'ri membranaga yuborilgani sababli ikkita ko'p energiya talab qiluvchi bosqich qisqartirilgan.

T101 ustki kondensatori yuklamasi PV+ED da −834,333 kVt bo'lgan bo'lsa, VP+ED va H₂O-EG-VP+ED loyihalarida nol deb qayd etilgan. Membranadan oldingi qayta qizdirish yuklamasi PV+ED da 172,067 kVt dan VP asosidagi loyihalarda 2,250 kVt ga tushgan.

8-rasmda to'g'ridan-to'g'ri bug' bilan ta'minlanadigan jarayon qisqaroq oqim ketma-ketligi bilan ko'rsatilgan. Membranadan chiqqan ushlab qolingan oqimning bir qismi T101 ga qaytarilsa, qolgan qismi T201 ga uzatiladi. Ushbu integratsiya membrana va haydash uskunalarini shunchaki ketma-ket ulash o'rniga ularni termik jihatdan birgalikda ishlatishga imkon beradi.

H₂O-EG issiqlik integratsiyasi qanday amalga oshirilgan?

H₂O-EG-VP+ED loyihasi dastlabki xom ashyoni qizdirish uchun tizim ichida mavjud bo'lgan ikkita issiq oqimdan foydalanadi:

1. T101 tubidan va membrana permeatidan keladigan taxminan 5 999,1 kg/soat issiq suv,
2. T301 tubidan qaytadigan taxminan 2 999,92 kg/soat issiq etilen glikol.

Issiq suv taxminan 99,6 °C dan 25–26 °C darajagacha sovutilganda dastlabki xom ashyoni birlamchi oldindan qizdirishni amalga oshiradi. Birinchi issiqlik almashtirgichning issiqlik yuklamasi 523,023 kVt, maydoni 78,721 m² deb hisoblangan. So'ngra taxminan 202 °C dagi qaytarilgan EG 65 °C gacha sovutilib, ikkinchi oldindan qizdirish bosqichini ta'minlaydi. Ikkinchi issiqlik almashtirgichning yuklamasi 311,594 kVt, maydoni 7,136 m² dir.

Ushbu ikki bosqich orqali dastlabki xom ashyo 25 °C dan 71,32 °C gacha qizdirilgan. Oldindan qizdirish T101 qayta qaynatgichining yuklamasini 1 519,222 kVt dan 647,962 kVt ga tushirdi. Qo'shimcha issiqlik almashtirgichlar dastlabki investitsiya xarajatlarini oshirsa-da, yillik energiya xarajatlarining kamayishi umumiy yillik xarajatni qisqartirdi.

Umumiy yillik xarajat qanday hisoblangan?

Umumiy yillik xarajat (total annual cost, TAC) yilliklashtirilgan uskunalar investitsiyasi va yillik ekspluatatsiya xarajatlarining yig'indisi sifatida hisoblangan:

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

Bu yerda uskunalarning qoplanish muddati uch yil deb qabul qilingan. TIC yilliklashtirilgan investitsiya xarajatlarini, TOC esa issiq bug' va sovutish suvi kabi operatsion xarajatlarni ifodalaydi. Yillik ish vaqti 8 000 soat, Marshall & Swift xarajatlar indeksi 2 171,6 deb olingan.

Asosiy xarajatlar yondashuvi kolonna korpusi, tarelkalar va issiqlik almashtirgichlarni o'z ichiga oladi; nasoslar, quvurlar va klapanlar umumiy Luyben-Douglas yondashuvida hisobga olinmagan. Membrana xarajati esa membrana maydoni, birlik narxi va besh yillik xizmat muddati orqali modellashtirilgan. Ushbu qabullar mutlaq xarajat natijalarini turli mamlakatlar, yillar, energiya narxlari yoki uskuna yetkazib berish sharoitlariga to'g'ridan-to'g'ri tatbiq etishni cheklaydi.

H₂O-EG-VP+ED jarayonining investitsiya xarajati VP+ED dan yuqoriroq; chunki ikkita qo'shimcha issiqlik almashtirgichning umumiy maydoni 85,857 m² ni tashkil etadi. Bunga qaramay, operatsion xarajat 6,415 × 10⁵ AQSh dollari/yildan 4,533 × 10⁵ AQSh dollari/yilga tushadi. 10-rasmdagi ustunli grafik umumiy xarajat ustunligi asosan ekspluatatsiya xarajatlarining kamayishi hisobiga yuzaga kelganini ko'rsatadi.

Energiya iste'moli qanchalik kamaydi?

11-rasmda PV+ED va VP+ED jarayonlarida eng katta issiqlik yuklamasi T101 ning qayta qaynatgichida kuzatiladi. H₂O-EG issiqlik integratsiyasi ushbu asosiy yuklamani taxminan %57 ga qisqartirib, umumiy energiya iste'molining sezilarli pasayishini ta'minlagan. Boshqa kolonnalarning yuklamalari xuddi shu darajada kamaymagan; T201 yuklamasi H₂O-EG jarayonida 600,431 kVt bo'lib, boshqa ikki loyihadagi 548,171 kVt qiymatidan biroz yuqori chiqqan. Umumiy tejamkorlik T101 dagi katta qisqarishning ushbu mahalliy o'sishdan ancha ustun kelishi hisobiga erishilgan.

Gaz emissiyalari qanday hisoblangan?

Tadqiqotdagi CO₂, SO₂ va NO_x qiymatlari to'g'ridan-to'g'ri dudburon gazidan o'lchanmagan. Qayta qaynatgichning issiqlik iste'moli avval ekvivalent standart ko'mir iste'moliga, so'ngra doimiy emissiya koeffitsiyentlari orqali gaz massasiga aylantirilgan:

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

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

• Q_R: umumiy qayta qaynatgich yuklamasi,
• N: yillik 8 000 soatlik ish vaqti,
• η_coal,trans: 0,92 deb qabul qilingan aylantirish foydali ish koeffitsiyenti,
• Q_standard: standart ko'mir uchun 29 307,6 kJ/kg yonish issiqligi,
• α_gas: CO₂, SO₂ yoki NO_x aylantirish koeffitsiyenti.

PDF dagi 14-tenglamaning bosma ko'rinishida chap tomonda M_gas o'rniga M_coal ko'rinadi. Matnli tavsif va undan keyingi tenglama ko'zlangan bog'liqlik yuqoridagi gaz emissiyasi hisobi ekanligini ko'rsatadi; belgilashdagi xatolik ushbu maqolada aniq ko'rsatib o'tilgan.

H₂O-EG-VP+ED jarayonida hisoblangan CO₂ qiymati PV+ED ga nisbatan %35,08 ga, VP+ED ga nisbatan %30,89 ga pastroqdir. Barcha gaz turlarining bir xil nisbatda kamayishiga sabab emissiyalarning umumiy issiqlik sarfidan doimiy koeffitsiyentlar vositasida hisoblab chiqarilganligidir. Ushbu natijalar korxonadagi to'g'ridan-to'g'ri emissiya o'lchovlari emas.

Hayotiy siklni baholash qaysi toifalarni qamrab oladi?

Tadqiqot ISO 14040 yondashuviga tayanganini bildirgan holda, hayotiy siklni baholashni (LCA) Gabi dasturi va CML2001 ma'lumotlar bazasi yordamida amalga oshirgan. Beshta ta'sir toifasidan foydalanilgan:

• GWP: Global isish potensiali, CO₂ ekvivalenti,
• AP: Kislotalanish potensiali, SO₂ ekvivalenti,
• HTP: Inson toksikligi potensiali, DCB ekvivalenti,
• FETP: Chuchuk suv ekotoksikligi potensiali, DCB ekvivalenti,
• TETP: Quruqlik ekotoksikligi potensiali, DCB ekvivalenti.

13-rasmda barcha ta'sir toifalari PV+ED dan VP+ED ga, so'ngra H₂O-EG-VP+ED ga qarab kamayib boradi. H₂O-EG-VP+ED jarayonining umumiy LCA ta'siri PV+ED ga nisbatan %44,08 ga, VP+ED ga nisbatan %29,12 ga past ekanligi bildirilgan.

Asosiy matn Gabi ichida qo'llanilgan elektr va bug' ma'lumotlar to'plamlarini, geografik energiya miksini, membrana modulining ishlab chiqarish inventarini, uskunalarning xizmat muddati tugashini va sezgirlik tahlilini batafsil keltirmaydi. Shu sababli, natijalar jarayonlar o'rtasidagi nisbiy taqqoslashni tasdiqlasa-da, to'liq LCA tahlilini mustaqil ravishda qayta yaratish uchun zarur bo'lgan barcha inventar tafsilotlarini taqdim etmaydi.

Grafiklar va jarayon sxemalari nimani ko'rsatadi?

• 1-rasm: Ekstraktiv haydash kolonnasi bilan erituvchini qayta tiklash kolonnasing asosiy ikki ustunli tuzilishini ko'rsatadi.
• 2-rasm: Oltita ajratuvchi erituvchi DIPE/IPA nisbiy uchuvchanligini IPA mol ulushiga qarab qanday o'zgartirishini ko'rsatadi.
• 3-rasm: EG dan DMF ga tomon PECI va LCAI qiymatlarining umumiy o'sishini; EG ning eng past umumiy indekslarga ega ekanligini ko'rsatadi.
• 4-rasm: Besh xil ajratish texnologiyasining tizim chegaralarini, energiya va material kirishlarini, mahsulotlarini va emissiya nuqtalarini taqqoslaydi.
• 5-rasm: Dastlabki konsentratsiyalash, membrana orqali suvsizlantirish, ekstraktiv haydash va EG ni qayta tiklashdan iborat umumiy PV/VP+ED ketma-ketligini ko'rsatadi.
• 6-rasm: PV+ED jarayonidagi kolonnalar, oqim tarkiblari, sarflar, haroratlar va membrana maydonini batafsil ifodalaydi.
• 7-rasm: T201 ning erituvchi oziqlantirish tarelkasi, asosiy xom ashyo tarelkasi va umumiy tarelka soniga qarab TAC o'zgarishini ko'rsatadi. Eng past sohalar NS = 9, NF2 = 15 va NT2 = 19 atrofida joylashgan.
• 8-rasm: Kolonna ustki bug'i to'g'ridan-to'g'ri membranaga ulangan VP+ED jarayonini ko'rsatadi.
• 9-rasm: Issiq oqova suv va qaytarilgan EG oqimlari orqali dastlabki xom ashyoni ikki bosqichda oldindan qizdirishni ko'rsatadi.
• 10-rasm: H₂O-EG-VP+ED ning investitsiya xarajati VP+ED dan yuqori bo'lsa-da, operatsion va umumiy xarajati eng past ekanligini ko'rsatadi.
• 11-rasm: Issiqlik integratsiyasi ayniqsa T101 qayta qaynatgich yuklamasini qisqartirishini ko'rsatadi.
• 12-rasm: Issiqlik sarfidan hisoblangan CO₂, SO₂ va NO_x qiymatlari H₂O-EG-VP+ED da eng past ekanligini ko'rsatadi.
• 13-rasm: Hayotiy siklning barcha beshta ta'sir toifasida jarayonlarning aynan bir xil ketma-ketlikda joylashishini ko'rsatadi.

Tadqiqot tasdiqlagan xulosalar qanday?

• Model taxminlari ostida kolonna ustki bug'ini to'g'ridan-to'g'ri NaA membranasiga yuborish PV ga nisbatan kondensatsiyalash va qayta bug'lantirish yuklamalarini kamaytiradi.
• Issiq oqova suv va qaytarib olingan EG bilan dastlabki xom ashyoni oldindan qizdirish T101 qayta qaynatgich yuklamasida katta tejamkorlikni ta'minlaydi.
• EG ko'rib chiqilgan oltita ajratuvchi erituvchi orasida umumiy PECI va LCAI bo'yicha eng maqbul nomzod deb hisoblangan.
• Simulyatsiya qilingan uchta jarayon ichida H₂O-EG-VP+ED umumiy yillik xarajat (TAC), umumiy isitish yuklamasi, ekvivalent gaz emissiyalari va qayd etilgan LCA toifalarida eng past qiymatlarni berdi.
• Modellashtirish ko'zlangan DIPE, IPA va qaytariladigan EG sofliklariga nazariy jihatdan erishish mumkinligini ko'rsatadi.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

• H₂O-EG-VP+ED jarayonining tajriba-sinov yoki sanoat miqyosida uzluksiz ishlashini ko'rsatmaydi.
• NaA membranasining real sanoat oqova suvidagi ifloslantiruvchi moddalar, tuzlar, og'ir organiklar yoki uzoq muddatli termik sikllarga chidamliligini sinovdan o'tkazmaydi.
• Membrananing besh yillik xizmat muddatini eksperimental tarzda tasdiqlamaydi.
• Hisoblangan mahsulot sofliklari va qayta tiklash ko'rsatkichlari real korxona tahlili orqali tasdiqlanmagan.
• Emissiya qiymatlari bevosita o'lchangan dudburon emissiyalari emas.
• Energiya narxi, membrana narxi, diskont stavkasi yoki xizmat muddatidagi o'zgarishlar bo'yicha noaniqlik va Monte-Karlo tahlili taqdim etilmagan.
• Membrana ishlab chiqarish, yangilash va utilizatsiya qilishning barcha ekologik ta'sirlari LCA ga qanday darajada kiritilgani tushuntirilmagan.
• Tadqiqot turli quvvatdagi korxonalarda aynan shu iqtisodiy ustunlik saqlanib qolishini ko'rsatmaydi.

Tadqiqotning kuchli tomonlari qanday?

Tadqiqotning muhim ustunligi shundaki, jarayon faqat energiya sarfi yoki umumiy yillik xarajat kabi yagona mezon bo'yicha baholanmagan. Ajratuvchi erituvchi tanlovi, termodinamik model, membrana maydoni, kolonna tuzilishi, issiqlik integratsiyasi, investitsiya va operatsion xarajatlar, ekvivalent emissiyalar hamda beshta LCA toifasi yagona jarayon loyihalash zanjirida ko'rib chiqilgan.

PV, VP va issiqlik integratsiyalashgan VP loyihalarining bir xil mahsulot sofligi talablari ostida taqqoslanishi erishilgan afzallik mahsulot talablarining yumshatilishidan kelib chiqmasligini ta'minlaydi. Oqim sxemalarida asosiy oqimlarning sarfi, tarkibi va harorati berilishi massa balansini umumiy kuzatish imkonini yaratadi.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari qanday?

• Tadqiqot taqrizdan o'tmagan preprint hisoblanadi.
• Barcha asosiy natijalar jarayon simulyatsiyasi hamda iqtisodiy-ekologik modellashtirishga asoslanadi.
• Termodinamik binar o'zaro ta'sir parametrlarini o'z ichiga olgan qo'shimcha jadvallar yuklangan versiyada mavjud emas.
• Xom ashyo tarkibi matnning bir joyida 30%/10%/40%, oqim sxemalarida esa 30%/10%/60% deb berilgan.
• Membrana oqimi va xizmat muddati qiymatlari mustaqil tajribalar orqali tasdiqlanmagan.
• Iqtisodiy model nasoslar, quvurlar va klapanlar kabi ba'zi uskunalarni hisobga olmaydi.
• Xarajat yili, valyuta konvertatsiyasi va mahalliy energiya narxlarining kelajakdagi o'zgarishi bo'yicha noaniqlik oralig'i berilmagan.
• LCA inventarining xom ma'lumotlar to'plamlari va tizim chegaralarining barcha tafsilotlari keltirilmagan.
• 14-tenglamada belgi bosma xatosi, membrana oqimi tavsifida vaqt birligi va 5-tenglamada M_W ta'rifi bo'yicha belgilash noaniqliklari mavjud.
• Korroziya, boshqaruv tizimi, ishga tushirish-to'xtatish holati, xavfsizlik tahlili va membrananing ifloslanishi modellashtirilmagan.

O'tmish, bugun va kelajak nuqtai nazaridan ahamiyati nima?

An'anaviy azeotrop ajratish tizimlari qaynash muvozanati cheklovini ko'proq kolonnalar, bosimni o'zgartirish, yangi erituvchi yoki kimyoviy reaksiyalar yordamida yengishga intiladi. Ushbu tadqiqot avval suvni molekulyar miqyosda selektiv tarzda ajratib olib, so'ngra qolgan organik aralashmani haydash g'oyasini jarayon integratsiyasi nuqtai nazaridan rivojlantiradi.

Bugungi kungi hissasi membranani alohida yakuniy tozalash qurilmasi sifatida emas, balki distillash ustunining ustki bug'i va korxona ichidagi chiqindi issiqlik bilan birgalikda loyihalashtirishidadir. Natijalar shuni ko'rsatadiki, butun jarayon samaradorligini alohida uskunaning o'z energiya tejamkorligidan ko'ra uskunalar orasidagi oqim qaysi harorat va fazada uzatilishi belgilab berishi mumkin.

Kelajakda ushbu loyihani real oqova suv bilan tajriba-sinov miqyosida tasdiqlash, membrananing uzoq muddatli barqarorligini o'lchash, batafsil dinamik boshqaruv tizimini yaratish hamda iqtisodiy va LCA noaniqliklarini miqdoriy tahlil qilish zarur. Uzoqroq xizmat qiladigan va yuqoriroq suv oqimiga ega membranalar bir xil quvvat uchun zarur bo'lgan membrana maydonini va investitsiya xarajatlarini kamaytirishi mumkin. Biroq bu imkoniyat mavjud tadqiqotning to'g'ridan-to'g'ri isbotlagan natijasi emas, balki mualliflarning kelajakdagi jarayonlarni rivojlantirishga oid baholashidir.

Tadqiqotning metodologiyasi va natijalari

Texnik metodologiya qisqartmasi

Optimallashtirilgan kolonna va oqim ma'lumotlari

Uch jarayonning ko'p mezonli natijalari

H₂O-EG-VP+ED loyihasi VP+ED ga nisbatan ham TAC ni %8,95 ga, issiqlik sarfidan hisoblangan gaz emissiyalarini %30,89 ga va LCA ta'sirlarini %29,12 ga kamaytirdi. Eng past umumiy xarajatga erishish eng kam dastlabki investitsiya hisobiga emas, balki issiqlikni qayta tiklash (rekuperatsiya) evaziga yillik operatsion xarajatlarning ancha past bo'lishi tufayli ta'minlandi.

Manba va metodologiya bo'yicha izoh

Tadqiqotning to'liq asl nomi: 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

PDF dagi mualliflar va ularning ketma-ketligi: Qinggang Xu; Keyin Yin; Chun Deng; Yinglong Wang

Teng birinchi mualliflik ma'lumoti: PDF da teng hissa yoki teng birinchi mualliflik to'g'risida bayonot mavjud emas.

Mas'ul muallif: Chun Deng

Mas'ul muallif elektron pochtasi: chundeng@cup.edu.cn

Tashkiliy mansubliklar:

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

Bibliografik ma'lumotlardagi tafovut: Yuklangan PDF da ikkinchi muallif “Keyin Yin” deb ko'rsatilgan. SSRN qidiruv metama'lumotlarida “Kexin Yin” yozuvi va PDF dagilar bilan to'liq mos kelmaydigan tashkilot ma'lumotlari uchraydi. Ushbu maqolada PDF dagi yozuv va ketma-ketlik saqlab qolindi. Nashrdan oldin to'g'ri yozilish va tashkilotlar mas'ul muallif yoki yangilangan SSRN yozuvi orqali tasdiqlanishi lozim.

DOI: 10.2139/ssrn.6946629

Nashr platformasi: SSRN

Jurnal yoki konferensiya: Ushbu versiya uchun taqriz qilingan jurnal yoki konferensiya nashri tasdiqlanmadi.

Asl taqrizli nashriyot: Taqrizli jurnal nashriyoti ushbu versiya orqali tasdiqlanmadi. Tadqiqot SSRN preprint platformasida tarqatilmoqda.

Rasmiy havola:https://ssrn.com/abstract=6946629

Manba turi: Kimyoviy jarayonlar simulyatsiyasi, optimallashtirish, texno-iqtisodiy baholash va hayotiy sikl modellashtirishini o'z ichiga olgan preprint tadqiqot maqolasi

Taqriz holati: Ushbu tadqiqot ilmiy taqrizdan o'tmagan.

Mualliflar hissasi: Qinggang Xu — konsepsiyalashtirish, ma'lumotlarni tahrirlash, rasmiy tahlil, metodologiya, dasturiy ta'minot, dastlabki qoralama, ko'rib chiqish va tahrirlash vazifalarini bajargan. Keyin Yin — rasmiy tahlil, ko'rib chiqish va tahrirlashga hissa qo'shgan. Chun Deng — tadqiqot, loyiha boshqaruvi, resurslar, nazorat, tasdiqlash, vizuallashtirish, ko'rib chiqish va tahrirlashni boshqargan. Yinglong Wang — dasturiy ta'minot, vizuallashtirish, ko'rib chiqish va tahrirlashda ishtirok etgan.

Moliyalashtirish: Xitoy Milliy Tabiiy Fanlar Jamg'armasi, loyiha raqami 22578490.

Manfaatlar to'qnashuvi bayonoti: Mualliflar tadqiqotga ta'sir ko'rsatishi mumkin bo'lgan ma'lum moliyaviy manfaatlar yoki shaxsiy munosabatlar yo'qligini ma'lum qilganlar.

Ushbu o'zbekcha maqola yuklangan PDF ning asosiy matni, formulalari, jadvallari, oqim sxemalari, optimallashtirish grafiklari va qo'shimcha vizual sahifalari tahlil qilinib tayyorlandi. PDF dan tashqari yangi ilmiy samaradorlik, korxona yutug'i, mahsulot sofligi, energiya tejamkorligi yoki ekologik foyda da'vosi qo'shilmadi.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari: ilmiy taqrizning yo'qligi, natijalarning statsionar simulyatsiyaga asoslangani, tajriba-sinov korxonasi tasdig'i yo'qligi, membrana xizmat muddati va oqimining adabiyot ma'lumoti sifatida olinishi, ayrim qo'shimcha termodinamik parametrlarning yuklangan faylda mavjud emasligi, iqtisodiy va LCA noaniqlik tahlili berilmaganligi, xom ashyo tarkibidagi 40%/60% suv ziddiyati hamda ba'zi formulalardagi birlik yoki belgi nomuvofiqliklaridir.

Ushbu tadqiqot H₂O-EG-VP+ED jarayonining real sanoat korxonasida aynan bir xil xarajat, energiya va emissiya ko'rsatkichlarini ta'minlashini kafolatlamaydi. Natijalar ko'rsatilgan quvvat, membrana parametrlari, energiya koeffitsiyentlari, xarajat modeli va termodinamik qabullar ostida o'tkazilgan qiyosiy jarayon hisob-kitoblaridir.

Ushbu tadqiqot ilmiy taqrizdan o'tmagan preprint hisoblanadi; natijalar mazkur cheklovlar hisobga olingan holda o'qilishi lozim.