30508

سنتز فرايندهاي جداسازي شامل چيدمان هاي هيبريدي مبتني بر تقطير و غشا

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي- مدل‌سازي، شبيه‌سازي و كنترل فرايندها

1398

1401/12/15

نوراله كثيري - جواد ايوكپور

امير حسين خليلي گركاني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

چيدمان هاي مختلفي براي جداسازي يك مخلوط آزئوتروپي با استفاده از فرايندهاي هيبريدي تقطيري-غشايي وجود دارد. سنتز فرايند، با هدف انتخاب چيدمان بهينه، ميتواند فضاي جستجويي از چيدمان هاي محتمل براي يك فرايند را توليد كند. در اين مطالعه، ماتريس جداسازي كه روش سنتزي قابل برنامه-نويسي و قدرتمند است، به منظور توليد سيستماتيك چيدمان هاي هيبريدي تقطيري-تراوش تبخيري براي جداسازي يك خوراك دو جزئي، در حالت كلي توسعه داده شده است. خوراك دو جزئي مورد نظر در اين ماتريس ميتواند بدون آزئوتروپ يا داراي آزئوتروپ همگن كمينه نقطه جوش با تركيب درصدي كمتر از نقطه آزئوتروپ نسبت به جزء سبكتر خوراك باشد. همچنين، الگوريتم ماتريس توسعه يافته هيبريدي نيز ارائه شده است كه براي هر خوراكي با شرايط مذكور، قابل به كارگيري است. علاوه بر اين، به منظور بررسي عملكرد ماتريس ارائه شده، الگوريتم آن براي سنتز چيدمانهاي هيبريدي تقطيري-تراوش تبخيري محتمل بر روي فرايند آبزدايي اتانول پياده سازي شده است. شبيه سازي تمامي چيدمانها با نرم افزار Aspen HYSYS و همچنين مدلسازي بخش تراوش تبخيري در نرم افزار MATLAB و با اتصال آن به Aspen HYSYS انجام شده است. به منظور مقايسه چيدمان ها، همه آنها با استفاده از الگوريتم ژنتيك در MATLAB، بر اساس تابع هدف هزينه هاي كلي ساليانه شده و با بهينه سازي همزمان متغيرهاي بهينه-سازي برج تقطير و بخش تراوش تبخيري، بهينه سازي شدند. بر اساس نتايج به دست آمده از بهينه سازي، چيدمان هيبريدي بهينه براي فرايند آبزدايي اتانول با استفاده از غشاي تجاري آبدوست PERVAP 2201 انتخاب شد. مطابق نتايج حاصل شده، هزينه هاي كلي ساليانه شده چيدمان هيبريدي بهينه نسبت به چيدماني كه بيشترين مقدار هزينه هاي كلي ساليانه شده را به خود اختصاص داده است، 1/79% كمتر است.

1402/11/09

Separation Processes Synthesis including Distillation and Membrane Based Hybrid Sequences

1/1/1900 12:00:00 AM

There are various arrangements for the separation of an azeotropic mixture using hybrid distillation-membrane processes. With the aim of choosing the optimal sequence, process synthesis can produce a search space of possible sequences for a process. In this study, the separation matrix, which is a programmable and powerful synthetic method, has been developed for the systematic production of hybrid distillation-pervaporation configurations for a general two-component feed separation. The two-component feed in this matrix can have no azeotropes or a homogeneous minimum boiling point azeotrope with a composition lower than the azeotrope point based on the lighter component in the feed. Furthermore, the algorithm of the developed hybrid matrix is also presented, which can be used for any feed with the mentioned conditions. In addition, in order to check the performance of the developed matrix, its algorithm has been implemented for the synthesis of possible hybrid distillation-pervaporation sequences on the ethanol dehydration process. All hybrid arrangements has been simulated using Aspen HYSYS software and the pervaporation has been modeled in MATLAB software which has linked to Aspen HYSYS. In order to compare the configurations, all of them based on the Total Annualized Costs (TAC) as the objective function were optimized using genetic algorithm in MATLAB by optimization of distillation and pervaporation variables simultaneously. Based on the optimization results, the optimal hybrid arrangement was selected for ethanol dehydration process using commercial hydrophilic membrane PERVAP 2201. According to the obtained results, the Total Annualized Costs of the optimal hybrid arrangement are %79.1 lower than the arrangement that has the highest Total Annualized Costs.

سنتز فرايند , ماتريس جداسازي , فرايند هيبريدي تقطيري-غشايي , فرايند هيبريدي تقطيري-تراوش تبخيري , جداسازي مخلوط هاي آزئوتروپي

Process synthesis , Separation Matrix , Hybrid Distillation-Membrane Process , Hybrid Distillation-Pervaporation Process , Azeotropic Mixtures Separation

Kimiya Rahmani

Dr. Kasiri