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.

فهرست مطالب

چكيده………………………………………………………………………………….. 1
مقدمه………………………………………………………………………………….. 2

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل اول : اتیلن گلیکول،روشهای تولید و کاربردها

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]

.تصويرSEM از سطح بالايي (a) و سطح مقطع (b) غشای صفحه تخت که به روش وارونگي فاز ساخته شده است.

.تصويرSEM از سطح بالايي (a) و سطح مقطع (b) غشای صفحه تخت که به روش وارونگي فاز ساخته شده است.

 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

عمده ی فرایندهای غشایی به صورت هم دما انجام می شود و نیرو محرکه ی آنها فشار هیدرواستاتیک ، غلظت، پتانسیلهای الکتریکی یا شیمیایی می باشد. تقطیر غشایی، یک فرایند غیر هم دماست که بیش از 40 سال است که شناخته شده است اما واقعا هنوز برای صنعتی شدن نیاز به کار و تلاش مداوم دارد. ثبت اختراع این فرایند توسط Bodell در سوم جولای 1963 می باشد و اولین مقاله در مورد تقطیر غشایی، 4 سال بعد از آن توسط Findly در مجله ی “توسعه مهندسی طراحی فرایندهای شیمیایی و صنعتی” منتشر شد.
عبارت تقطیر غشایی از تشابه این فرایند با تقطیر معمولی (از جمله تقطیرساده و چند مرحله ای) نشات گرفته است که هردویی این فرایند ها برپایه ی تعادل بخار/ مایع به منظور جداسازی می باشد و هر دو تکنولوژی نیاز به گرمای کافی برای تامین گرمای نهان تبخیر برای محلول خوراک دارند.
اساسا تقطیر غشایی به عنوان فرایندی غشایی غیر هم دما به کار می رود که نیرو محرکه ی آن گرادیان فشار جزئی اجزا در دو سمت غشا می باشد که این غشا بایستی متخلخل بوده و بوسیله محلول فرایند خیس نشود بطوریکه تعادل بخار / مایع اجزاء را بهم نزند. این غشا از چگالش درون حفره ها جلوگیری می کند، و تا پایان فرایند بایستی در تماس مستقیم با محلول مایع خوراک گرم مقاومت مکانیکی خوبی داشته باشد.
پتانسیلهای کاربرد MD تولید آب با خلوص بالا، تغلیظ یونی، کلوئیدی و یا سایر محلولهای آبی غیر فرار و حذف آثار مواد آلی فرار (VOCs) از پساب ها می باشد. در کاربردهای گوناگون از جمله نمک زدایی، تصفیه پسابها با دیدگاه محیط زیستی، استفاده مجدد از آب، در صنایع غذایی و صنایع داروسازی و غیره ، تقطیر غشایی می تواند بکارگیری شود. همه این تفاسیر موجب می شود که تقطیر غشایی جذابیت کافی را در مجامع دانشگاهی داشته باشد.

دمای عملیاتی پایین تر از دمای تقطیر غشایی مرسوم، فشار هیدرواستاتیکی عملیاتی پایین تر از فشار فرایند ها با نیروی محرکه فشاری از ویژگی های بارز این فرایند می باشد از جمله فرایندهای نیرو محرکه فشاری عبارتند از (اسمز معکوس1، نانو فیلتراسیون2، اولترافیلتراسیون3، میکروفیلتراسیون4) می باشند که برخلاف آنها در تقطیر غشایی خواص مکانیکی غشا کمتر مورد نظر است و در این فرایند فاکتور بالایی از دفع به ویژه زمانیکه محلولها شامل اجزاء غیر فرار (نمکها، کلوئیدها و غیره) هستند به چشم می خورد. بعلاوه، توانایی استفاده از گرمای اتلافی و منابع انرژی تجدید پذیر سبب می شود تقطیر غشایی درکنار سایر فرایندهای صنعتی انرژی مورد نیاز خود را تامین کند.
اگرچه در سراسر دنیا تقطیر غشایی موضوع تحقیقاتی برای بسیاری از دانشمندان می باشد. از لحاظ تجاری تقطیر غشایی کم توجیه می شود و هنوز به عنوان ابزار کاربردی صنعتی نشده است. موانع عمده در مقابل این فرایند شامل ساخت غشای مخصوص تقطیر غشایی و طراحی مدول آن، تر شدن حفره های غشاء، نرخ جریان کم پرمیت (کاهش شار)، بعلاوه هزینه های انرژی و اقتصاد این فرایند نامشخص می باشند. اخیرا علاقه مندی در زمینه تقطیر غشایی بطور چشمگیری افزایش یافته است. در نمودار 1 تعداد مقالات منتشر شده در زمینه تقطیر غشایی که در مجلات وجود دارد می توان مشاهده نمود.

گونه های مختلف فرایند جداسازی تقطیر غشایی

گونه های مختلف 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

در این فصل ضمن معرفی تجهیزات و سیستم آزمایشگاهی که مورد استفاده قرار گرفتند، خصوصیات خوراک و نحوه انجام آزمایش ها ارائه خواهد شد. اصولا در انجام هر آزمایشی باید در عین حالی که اثر هر یک از عوامل اثر گذار به دقت بررسی می شود، بایستی فاکتورهای زمان و انرژی هم لحاظ شوند. بنابراین باید با شیوه های تعداد آزمایش را کاهش داد و در عین حال از دقت و جامعیت آن نکاست. با توجه به معلوم بودن حدود و شرایط آزمایشها، از روش تاگوچی1 استفاده شد. با این روش در فرایند تقطیر غشایی تعداد متناسبی آزمایش برای بررسی اثر پارامترهای مختلف دما، فشار، دبی جریان و غلظت خوراک طراحی شد و آزمایشها بر این اساس اجرایی شدند.

3-1)سیستم آزمایشگاهی:
سیستم مورد استفاده برای آزمایش های تقطیر غشایی شامل یک ظرف خوراک با حجم تقریبی 10 لیتر برای نگهداری خوراک می باشد. برای به جریان آوردن خوراک در سیستم از یک پمپ سانتریفیوژ استفاده شد. به منظور تنظیم دبی و اختلاط بهتر در سیستم بخشی از مواد با یک جریان کنار گذر پس از پمپ به داخل مخزن خوراک باز گردانده می شود. میزان جریان برگشتی به شدت روی دمای خوراک تاثیر میگذارد بطوریکه برای تنظیم راحتر دما بایستی شیر مربوط به جریان کنار گذر در حداقل مقدار قرار گیرد. خوراک پمپاژ شده وارد جریان سنج شده با شیر موجود در پشت روتامتر دبی جریان تنظیم می شود پس از آن با استفاده فشارسنج دیجیتالی، فشار خوراک قبل از ورود به مدول ثبت می شود و سپس خوراک وارد یک مدول قاب و صفحه2 از جنس فولاد ضد زنگ می شود. این مدول شامل یک اورینگ3 به منظور آب بندی مدول و توری های محافظ غشا که از صدمه دیدن غشا جلوگیری می کند. مدول مذکور به دلیل خصوصیات خاص خوراک که امکان ترشدگی غشا می رفت انتخاب شد. سطح موثر4 غشاهای مورد استفاده برابر 29.78 سانتی متر مربع می باشد.

1:شماتیک فرایند تقطیر غشایی خلاء

1:شماتیک فرایند تقطیر غشایی خلاء

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 ا…………………………………..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
نتيجه‌گيري و پيشنهادات…………………………………………………………………………85

منابع و ماخذ……………………………………………………………………………………… 86

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست جدول ها

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 ا………………………………………………………………………69
4-1)نتایج بدست آمده برای غشای پلی پروپیلن(PP) ا…………………………………….70
4-2)نتایج بدست آمده برای غشای PTFE ا…………………………………………………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 تاگوچ……………………. 90

فهرست نمودارها

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 MDا… 15
2-3) روند رشد تعداد مقالات منتشر شده در زمینه ی ساخت غشای MD ا…………..16
3-1)مراحل انجام آزمایش با استفاده از روش تاگوچی…………………………………. 64
4-1)تغییرات شار با زمان برای غشای PP و PTFEا………………………………………. 71
4-2)تاثیر پارامترهای فرایند به روی شار محصول غشای PP و نسبت SN آنها ………..73

4-4)درصد توزیع سهم هریک از پارامترها روی شار تراوش کننده ی غشا……………. 74.
4-5)تاثیر پارامترهای فرایند روی فاکتور جداسازی غشاء PP و نسبت SN ا………….77
4-6)تاثیر پارامترهای فرایند روی فاکتور جداسازی غشاء PTFE و نسبت SN ا……….78
4-7)مقایسه تاثیر دما روی فاکتور جداسازی دو غشای PP و PTFEا…………………. 79
4-8)مقایسه تاثیر فشار روی فاکتور جداسازی دو غشای PP و PTFE ا……………….79
4-9)مقایسه تاثیر پارامتر غلظت خوراک روی فاکتور جداسازی دو غشای PP و PTFEا 80
4-10) مقایسه تاثیر پارامتر شدت جریان روی فاکتور جداسازی دو غشای PP و PTFEا 80
4-11)توزیع سهم هریک از پارامترها روی فاکتور جداسازی غشای PPا……………….. 81
4-12) توزیع سهم هریک از پارامترها روی فاکتور جداسازی غشای PTFEا…………… 81
4-13)مقایسه ی تاثیر پارامتر دما روی شار غشای PP و PTFE و نسبت SNا…………. 83
4-14) مقایسه ی تاثیر پارامتر فشار خلاء روی شار غشای PP و PTFE و نسبت SN ا..85
4-15) مقایسه ی تاثیر پارامتر شدت جریان روی شار غشای PP و PTFE و نسبت SN ا..87
4-16) مقایسه ی تاثیر پارامتر غلظت خوراک روی شار غشای PP و PTFE و نسبت SN ا89

فهرست شكل‌ها

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 ا……………………………………..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

ABSTRACT

In the present pepar the feasibility of using vacuum membrane distillation for the consentration of ethylene glycol from used coolant liquids is analyzed. Membrane distillation experiments were performed with water-ethylene glycol mixture, using a tangential flow cell, various membranes and different temperature. The process simply consists of a flat sheet hydrophobic micro porous PP and PTFE membranes and vacuum pump with condenser for the water recovery or trap. effects of operating parameters on the yield of consentration of ethylene glycol were studied. four parameters at three levels were selected: temperature(40, 50 and 60 ℃), vacuum pressure(30,70 and 100 mbar) , flow rate (60,90 and 120 lit/h), consentration (30,40 and 50 wt%).
taguchi method was used to plan a minimum number of experiments. The optimal levels thus determined for the four factors were: temperature 60 ℃, vacuum pressure 30 mbar, flow rate 30 lit/h, concentration 30 Wt%. The results show that increasing temperature and decreasing vacuum pressure improve premeat flux. The permeat flux was strongly affected by the feed inlet temperature. Fouling effects, temperature and consentration polarization, membranes used, energy consumption, system application and configuration, and very approximate cost estimates are presented.



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان