7695

مباني، طراحي، شبيه سازي و تحليل زيست محيطي فرآيند كلرآلكالي

كارشناسي

مهندسي شيمي

1400

خانم دكتر سوسن روشن ضمير

خانم دكتر مريم احمدزاده توفيقي

1400/12/07

مهندسي شيمي، نفت و گاز

Fundamentals, design, simulation and environmental assessment of the chlor-alkali process

طراحي و شبيه‌سازي فرآيند كلرآلكالي با سل غشايي با استفاده از نرم‌افزار Aspen Plus و با مدل ترموديناميكي ElrctrolyteNRTL انجام شد. سل غشايي موجود در فرآيند با يك راكتور شبيه‌سازي شده و سپس مراحل جداسازي، خالص‌سازي و تغليظ براي هر يك از محصولات فرآيند صورت گرفت. در راكتور (سل غشايي)، واكنش‌هاي يوني در فشار 130 كيلوپاسكال و دماي 80 درجه سانتي‌گراد انجام شد. خروجي راكتور يك جريان حاوي NaOH ،Cl2 ،H2 ، H2O و O2 است. محصول نهايي Cl2 با غلظت 97 درصد وزني به دست آمد. جهت تغليظ محلول سود نيز از سه مرحله تبخيركننده استفاده مي‌شود تا غلظت نهايي آن به 50 درصد وزني برسد. بررسي افزايش فشار در جداسازي كلر و اكسيژن نشان داد كه در فشارهاي بالا، نقطه جوش كلر و اكسيژن بسيار نزديك مي‌باشد و جداسازي به خوبي صورت نمي‌گيرد. از طرفي با پيش‌گرم كردن جريان محلول سود قبل از ورود به تغليظ‌كننده، درصد خلوص بالاتري از آن حاصل مي‌شود. همچنين ارزيابي زيست‌محيطي فرآيند كلرآلكالي غشايي با استفاده از نرم‌افزار SimaPro و روش ارزيابي چرخه حيات انجام ‌شد. نتايج نشان داد كه مقدار به دست آمده به ازاي توليد 1 كيلوگرم گاز كلر براي طبقات آسيب سلامتي انسان، كيفيت اكوسيستم و منابع به ترتيب (DALY) 4-10×02/ 3، (species.yr) 7-10×83/1 و (USD2013) 1-10×14/1 مي‌باشد. پس از نرمال‌سازي و وزن‌دهي داده‌ها مشخص شد كه حدود 93 درصد آسيب اين فرآيند مربوط به سلامتي انسان مي‌باشد و پس از آن نيز به ترتيب كيفيت اكوسيستم و منابع به ترتيب با 6 و 1 درصد قرار مي‌گيرند. بين طبقات آسيب مياني، سميت در دريا و آب شيرين مهم‌ترين موارد به حساب مي‌آيند. همچنين بررسي‌ها نشان داد كه بيش از 90 درصد آسيب اين فرآيند به محيط زيست، ناشي از مراحل آماده‌سازي و الكتروليز آب‌نمك مي‌باشد و پس از آن‌ها به ترتيب فرآوري محصولات، دفع پسماند و استخراج نمك قرار مي‌گيرند. مرحله الكتروليز آب‌نمك در سل غشايي بيش‌ترين بار زيست‌محيطي را داشت كه دليل اصلي آن مصرف برق در اين بخش است. از طرفي نمك مصرفي نيز به دليل انتشار پساب و پسماند جامد در مراحل استخراج و آماده‌سازي آن، تاثير قابل‌توجهي در بار زيست‌محيطي كل دارد. در آخر نيز راهكارهايي جهت كاهش آسيب¬هاي فرآيند كلرآلكالي غشايي به محيط زيست، كاهش انتشار پسماند، بهبود فرآيند و بازده انرژي ارائه گرديد.

كلرآلكالي , سل غشايي , ارزيابي چرخه حيات , اثرات زيست محيطي , نرم افزار اسپن پلاس , نرم افزار سيماپرو