پایان نامه مطالعه تجربی جداسازی اتیلن گلیکول از پسابهای آبی بوسیله فرایند تقطیر غشایی
اختصاصی از یارا فایل پایان نامه مطالعه تجربی جداسازی اتیلن گلیکول از پسابهای آبی بوسیله فرایند تقطیر غشایی دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .
فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:92
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”
مهندسی شیمی - فرایند
فهرست مطالب:
عنوان مطالب شماره صفحه
چکیده 1
مقدمه 2
فصل اول : اتیلن گلیکول،روشهای تولید و کاربردها
1-1) مقدمه 3
1-2)روش تولید 4
1-3)کاربردهای اتیلن گلیکول 5
1-4)خطرات صنعتی 6
1-5)منطق بازیابی اتیلن گلیکول 7
1-6)فرایندهای مختلف بازیابی اتیلن گلیکول 10
فصل دوم : فرایند جداسازی تقطیر غشایی
2-1)مقدمه 13
2-2)مشخصات غشاهای تقطیر غشایی 20
2-3)مزایای تقطیر غشایی 22
2-4)گرفتگی غشا 23
2-5)پلاریزاسیون دما وپلاریزاسیون غلظت 23
2-6)ساخت غشاهای تجاری برای فرایند تقطیر غشایی 24
2-7)مدلهای توسعه یافته جهت فرایند تقطیر غشایی 33
2-8)انتقال جرم در فرایند تقطیر غشایی 36
2-9)انتقال گرما در فرایند تقطیر غشایی 41
2-10)آنالیز و تخمین انرژی مصرفی در فرایند تقطیر غشایی 45
2-11)زمینه های که در تقطیر غشایی کم کار شده 50
2-12)چشم اندازی بر آینده ی تقطیر غشایی 51
فصل سوم :مواد و روشهای انجام آزمایشات
3-1)سیستم آزمایشگاهی 54
3-2)تجهیزات مورد استفاده در فرایند تقطیر غشای خلاء 56
3-3)طراحی آزمایش ها 58
3-4)پارامترهای موثر در فرایند تقطیر غشایی 61
3-5)طراحی آزمایش به وسیله ی نرم افزار MINITAB 63
فصل چهارم :نتایج آزمایشها و بحث
4-1)نتایج حاصل از آزمایش ها 64
4-2)تحلیل آماری نتایج آزمایشگاهی مربوط به شار محصول 66
4-3) بررسی تاثیر هریک از پارامترهای فرایندی به روی شار جریان تراوشی 69
4-4) تحلیل آماری نتایج آزمایشها مربوط به درصد جداسازی(R) اتیلن گلیکول 77
4-5) تحلیل نمودار مربوط به فاکتور جداسازی اتیلن گلیکول 78
4-6)آزمایشها مربوط به تایید نتایج آزمایشهای انجام شده 84
نتیجه‌گیری و پیشنهادات 85
منابع و ماخذ 86
فهرست جدول ها
عنوان شماره صفحه
1-1)مشخصات شیمیایی و فیزیکی اتیلن گلیکول و آب 4
2-1)مشخصات غشاهای تخت تجاری در فرایند تقطیر غشایی 25
2-2)مشخصات غشاهای موئینه و الیاف توخالی در فرایند تقطیر غشایی 26
2-3)شار نفوذی گزارش شده مربوط به غشاهای تجاری صفحه تخت 27
2-4)شار نفوذی گزارش شده مربوط به غشاهای تجاری موئینه والیاف توخالی 28
2-5)شار نفوذی گزارش شده مربوط به غشاهای صفحه تخت مختلف ساخته شده 30
2-6)شار نفوذی گزارش شده مربوط به غشاهای الیاف توخالی مختلف ساخته شده 31
2-7)انرژی مصرف شده در سیستمهای مختلف تقطیر غشایی 47
2-8)تخمین هزینه ی تولید آب برای سیستمهای مختلف تقطیر غشایی 49
3-1)مشخصات غشاهای مورد استفاده 56
3-2)فاکتورهای قابل کنترل و سطوح انتخابی 68
3-3)ماتریس آرایه ی L9 69
4-1)نتایج بدست آمده برای غشای پلی پروپیلن(PP) 70
4-2)نتایج بدست آمده برای غشای PTFE 71
4-3)نتایج آماری بدست آمده برای شار محصول 72
4-4)نتایج آماری بدست آمده برای فاکتور جداسازی 75
4-5)مقایسه نتایج آزمایش ها تایید کننده با پیش بینی روش تاگوچی 90
فهرست نمودارها
عنوان شماره صفحه
1-1)منحنی انجماد محلول آبی اتیلن گلیکول 7
1-2) فشار بخار محلولهای آبی اتیلن گلیکول در دماهای مختلف 8
2-1)نرخ رشد تحقیقات در زمینه MD به شکل تعداد مقالات سالانه منتشر شده 14
2-2) تعداد مقالات منتشر شده در زمینه ی مطالعات تجربی و مدلسازی روی MD 15
2-3) روند رشد تعداد مقالات منتشر شده در زمینه ی ساخت غشای MD 16
3-1)مراحل انجام آزمایش با استفاده از روش تاگوچی 64
4-1)تغییرات شار با زمان برای غشای PP و PTFE 71
4-2)تاثیر پارامترهای فرایند به روی شار محصول غشای PP و نسبت SN آنها 73
4-3)تاثیر پارامترهای فرایند به روی شار محصول غشای PTFE و نسبت SN
4-4)درصد توزیع سهم هریک از پارامترها روی شار تراوش کننده ی غشا 74
75
4-5)تاثیر پارامترهای فرایند روی فاکتور جداسازی غشاء PP و نسبت SN 77
4-6)تاثیر پارامترهای فرایند روی فاکتور جداسازی غشاء PTFE و نسبت SN 78
4-7)مقایسه تاثیر دما روی فاکتور جداسازی دو غشای PP و PTFE 79
4-8)مقایسه تاثیر فشار روی فاکتور جداسازی دو غشای PP و PTFE 79
4-9)مقایسه تاثیر پارامتر غلظت خوراک روی فاکتور جداسازی دو غشای PP و PTFE 80
4-10) مقایسه تاثیر پارامتر شدت جریان روی فاکتور جداسازی دو غشای PP و PTFE 80
4-11)توزیع سهم هریک از پارامترها روی فاکتور جداسازی غشای PP 81
4-12) توزیع سهم هریک از پارامترها روی فاکتور جداسازی غشای PTFE 81
4-13)مقایسه ی تاثیر پارامتر دما روی شار غشای PP و PTFE و نسبت SN 83
4-14) مقایسه ی تاثیر پارامتر فشار خلاء روی شار غشای PP و PTFE و نسبت SN 85
4-15) مقایسه ی تاثیر پارامتر شدت جریان روی شار غشای PP و PTFE و نسبت SN 87
4-16) مقایسه ی تاثیر پارامتر غلظت خوراک روی شار غشای PP و PTFE و نسبت SN 89
فهرست شکل‌ها
عنوان شماره صفحه
2-1)گونه های مختلف فرایند جداسازی تقطیر غشایی 17
2-2)تصویر SEM از سطح بالایی(a) و سطح مقطع (b) غشاهای صفحه تخت 32
2-3)مکانیزم های مختلف انتقال در مدل Dudty Gas 38
2-4)انتقال گرما در فرایند تقطیر غشایی 41
2-5)شماتیک فرایند عملیاتی MD همراه با بازیابی گرما به وسیله ی مبدل حرارتی 46
3-1)شماتیک فرایند تقطیر غشایی خلاء 55
چکیده:
در این پایان نامه امکان استفاده از تقطیر غشایی خلاء برای تغلیظ اتیلن گلیکول به عنوان یک مایع خنک کننده با ارزش بررسی شده است. آزمایشهای تقطیر غشایی با یک مخلوط آب - اتیلن گلیکول و با استفاده از یک سلول جریان مماسی و غشاهای مختلف و در شرایط عملیاتی متفاوت انجام شد. این فرایند با 2 غشای صفحه تخت آبگریز میکرو متخلخل PP و PTFE و با استفاده از پمپ خلاء و کندانسور برای بازیابی و جمع آوری بخار آب ، صورت پذیرفت. اثر پارامترهای عملیاتی گوناگون روی بازده تغلیظ اتیلن گلیکول مورد مطالعه قرار گرفت. 4 پارامتر در 3 سطح انتخاب شدند که عبارتند از : دما(40 ،50 و 60 ℃)، فشار پایین دست(خلاء)(30 ،70 و 100 mbar)، دبی جریان(60 ،90 و 120 lit/h)، غلظت(30، 40 و50 wt%). روش تاگوچی به منظور حداقل کردن تعداد آزمایشها استفاده شد. نتایج نشان می دهد که افزایش دما و کاهش فشار خلاء شار پرمیت را بهبود می بخشد. شار پرمیت به شدت از دمای خوراک ورودی اثر می پذیرد. در شرایط دما 60 ℃ و فشار خلاء 30 mbar و غلظت 30 wt% و دبی خوراک 60 l/h، شار تولیدی پرمیت به حداکثر مقدار خود می رسد.
مقدمه :
امروزه قوانین محیط زیستی محدودیت های زیادی را برای صنایع به وجود آورده است تا آنجا که عمده ی هزینه ها در طراحی های جدید کارخانجات، در نظر گرفتن اینگونه قوانین و ایجاد صنعت پاک و بدون آلاینده می باشد. لذا در دهه های اخیر به شدت به روی تصفیه پسابها و ضایعات حاصل از صنایع تاکید شده است. به جهت تنوع محصولات حاصل از نفت و صنایع مرتبط، محدوده وسیعی از پسابها و ضایعات با درصد آلایندگی گوناگون تولید می شوند و از طرفی از آنجا که نفت و گاز جزء منابع تجدید ناپذیر به حساب می آیند لذا کوشش در مصرف بهینه و صحیح این منابع در اکثر کشورها به شدت مورد توجه قرار گرفته است. یکی از راههای ذخیره کردن و استفاده صحیح ، بازیابی و تصفیه پسابهای صنایع می باشد. امروزه تکنولوژی بازیافت و تصفیه پسابها هم بعلت کمک به کاهش آلودگی محیط زیستی و هم حفظ منابع ملی به سرعت رو به رشد می باشد و روش های جدید و پربازده ی در این زمینه ابداع شده است. متاسفانه در کشورهایی که دارای منابع نفت و گاز هستند به این موضوع توجه خاصی نمی گردد و فقط این مسائل مورد توجه مجامع علمی و دانشگاهی قرار گرفته است.
اتیلن گلیکول یکی از محصولات با ارزش می باشد، کاربرد وسیع این ماده به خصوص در تهیه ضدیخ و سیستمهای خنک کننده آنرا جزء مهمترین محصولات صنایع پتروشیمی قرار داده است. به تبع کاربرد فراوان آن در صنعت ، ضایعات حاوی اتیلن گلیکول که همراه با مقدار زیادی آب می باشند نیز به وفور وجود دارد. میزان قابل توجهی از این پسابها سالانه تولید می شود، لذا بازیابی این ماده و جدا کردن آب از آن می تواند بسیار سودمند و مفید باشد.
از طرفی در واکنش تولید اتیلن گلیکول مقدار زیادی آب به منظور افزایش تولید محصول اصلی اتیلن گلیکول و کاهش تولید محصولات جانبی به واکنش اضافه می شود. هنگامیکه نسبت مولی آب به اکسید اتیلن 1:22 باشد، بیشترین مقدار اتیلن گلیکول و مقدار زیادی آب تولید می شود. بنابراین محصول حاوی مقدار زیادی آب می باشد که بایستی از طریق جداسازی ، خالص سازی و تغلیظ شود.
در این خصوص سعی شده در ابتدا توضیحاتی در مورد خواص و کاربردهای این ماده و سپس به روش هایی که تاکنون برای بازیابی و تغلیظ آن به کار رفته است پرداخته شود.سرانجام،هدف این پروژه مطالعه آزمایشگاهی جداسازی و تغلیظ کامل(تقریبا 99%) اتیلن گلیکول از محلول آبی آن توسط تکنولوژی و فرایند تقطیر غشایی می باشد.
فصل اول
اتیلن گلیکول ،کاربردها و روشهای تصفیه
1-1)مقدمه :
اتیلن گلیکول (مونو اتیلن گلیکول1) با نام آیوپاک اتان 1و2 – دیول یک الکل با دو گروه عاملی می باشد.اتیلن گلیکول ماده ی شیمیایی است که به سبب پایین بودن نقطه انجماد و بالا بودن نقطه جوش به طور گسترده در خنک کننده ها و به عنوان ضدیخ و ضد جوش در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می گیرد.در حالت خالص، مایعی بی رنگ، لزج ،با مزه ی شیرین می باشد.جرم ملکولی 62.068 ،چگالی 1.1132 g/cm3 ،نقطه جوش 197.5 ℃و دارای فراریت کمی می باشد.فشار بخار آن در 25 ℃در حدود 12.25 Pa می باشد.اتیلن گلیکول سالهاست به دلیل صدماتی که به سیستم عصبی و کلیه ها می رساند در زمره مواد سمی شناخته شده است.
این ماده برای اولین بار در سال 1859 به وسیله شیمیدان فرانسوی چارلز ورتز2 تهیه شد و در میزان کم در زمان جنگ جهانی اول به عنوان سیال خنک کننده و بخشی از آن در تولید مواد منفجره مورد استفاده قرار گرفت.تولید انبوه صنعتی این ماده در سال 1927 وقتی که ماده ی اولیه آن یعنی اکسید اتیلن به راحتی و ارزان در دسترس سازندگان قرار گرفت،آغاز شد.این ماده وقتی برای اولین بار معرفی شد انقلابی هرچند کوچک در صنعت هواپیمایی خلق کرد هنگامیکه به جای آب به عنوان خنک کننده در رادیاتور ها استفاده شد،این ماده به دلیل بالا بودن نقطه جوش خود این امکان را فراهم کرد که رادیاتورهای کوچکتر در حرارتهای بالاتر هم کار کنند.قبل از تولید این ماده اکثر سازندگان هواپیماها از سیستمهای خنک کننده تبخیری که از آب با فشار بالا استفاده می کردند ،بهره می جستند بطوریکه این سیستمها غیر قابل اعتماد و در عملیات جنگی به آسانی آسیب پذیر بودند چرا که این سیستم فضای زیادی را در اتاق هواپیما اشغال می کرد و به راحتی می توانست مورد اصابت گلوله قرار گیرد.[1]