فهرست مطالب

چکیده………………………………………………………………………………………………………………………1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………..3

فصل اول: مروری بر پسابهای صنعت پتروشیمی و روشهای تصفیه آن

1- 1- اهداف و اهمیت تصفیه پسابهای پتروشیمی……………………………………………………………………..5
1- 2- مروری بر واحد های تولید کننده پساب در پتروشیمی……………………………………………………………6
1- 3- برخی از اصطلاحات مطرح در تصفیه و آلاینده های مهمتر………………………………………………………10
1- 4- روشهای تصفیه پسابها……………………………………………………………………………………………..15
1- 1- 4- جداکننده API….ا………………………………………………………………………………………………..15
1- 2- 4- تصفیه بیولوژیکی………………………………………………………………………………………………..21
1- 3- 4-روش لجن فعال…………………………………………………………………………………………………..23
1- 4- 4-بررسی شیمیایی فرایند های بیولوژیکی……………………………………………………………………..28
1- 5- 4- لجن فعال با اکسیژن خالص……………………………………………………………………………………34
1- 6-4- حوضچه هوادهی و گودالها……………………………………………………………………………………..35
1- 7- 4- فیلترهای نشت کننده…………………………………………………………………………………………..35
1- 8- 4- سایرروش های تصفیه بیولوژیکی………………………………………………………………………………37
1- 9- 4- تصفیه شیمی فیزیکی……………………………………………………………………………………………38
1- 10- 4- تصفیه دمش آب خنک کننده…………………………………………………………………………………….42
1- 11- 4- روش تصفیه تبادل یونی………………………………………………………………………………………….42
1- 12- 4- روش شناور سازی……………………………………………………………………………………………….45
1- 13- 4- تصفیه با استفاده از غشا………………………………………………………………………………………..47
1- 14- 4- روشRBC.ا…………………………………………………………………………………………………………49

 فصل دوم: مشخصات هندسی و پارامتر های هیدرودینامیکی برج RDC

1-2- مقدمه ای بر RDC….ا…………………………………………………………………………………………………….51
2-.2- متغیر های طراحی و مبانی هیدرودینامیکی ستون…………………………………………………………………..54
2- 1- 2- سرعت حد نشت قطره ها…………………………………………………………………………………………..56
2- 2- 2- سرعت لغزش…………………………………………………………………………………………………………57
2- 3- 2- هلدآپ…………………………………………………………………………………………………………………..58

– 4- 2- سرعت مشخصه…………………………………………………………………………………………………………60
1-2-4-2- سرعت مشخصه و هلدآپ در شرایط عدم انتقال جزء حل شونده………………………………………………61
2-2- 4-2-سرعت مشخصه و سرعت روتور……………………………………………………………………………………61
3-2- 4-2- هلدآپ وسرعت مشخصه در شرایط انتقال جزء حل شونده……………………………………………………65
2- 5- 2- توزیع اندازه قطره و عوامل موثر برآن……………………………………………………………………………….67
1-2- 5-2- اندازه گیری قطرمتوسط قطره……………………………………………………………………………………69
2-2- 5-2- پدیده پیوند قطرات………………………………………………………………………………………………..72
3-2- 5-2- عوامل موثر بر پدیده پیوند……………………………………………………………………………………….73
4-2- 5-2- پدیده پیوند بین دو قطره…………………………………………………………………………………………75
5-2- 5-2- شکست قطرات…………………………………………………………………………………………………76
6-2-5-2- اثر سرعت روتور بر احتمال شکست……………………………………………………………………………76
7-2- 5-2- توزیع اندازه قطره دختر………………………………………………………………………………………….81
8-2- 5-2- اثر موقعیت انتهایی لوله مویینه…………………………………………………………………………………82
9-2- 5-2- اثر توزیع اندازه قطره بر بازده انتقال جرم……………………………………………………………………..83
2- 6-2- محدوده عملیاتی در RDC.ا…………………………………………………………………………………………89
1-2- 6-2- سرعت طغیان و هلدآپ در آن نقطه…………………………………………………………………………..89
2-2- 6-2- اختلاط محوری…………………………………………………………………………………………………….91
1-2- 2-6- 2- اختلاط برگشتی در فاز پیوسته…………………………………………………………………………….92
2-2- 2-6- 2- کشیدگی فازپیوسته به وسیله قطرات…………………………………………………………………….92
3-2- 2-6- 2- کشیدگی فاز پخش شده توسط فاز پیوسته……………………………………………………………..93
4-2- 2- 6-2- اختلاط پیشرو در فاز پراکنده…………………………………………………………………………………93
2- 3- 6-2- وارونگی فاز………………………………………………………………………………………………………94
2- 4- 6-2- شرایط عملیاتی در ستون استخراج کننده……………………………………………………………………95
2- 7- 2- انتقال جرم در RDC….ا……………………………………………………………………………………………..96
1-2- 7-2- ضرایب انتقال جرم…………………………………………………………………………………………………99
2-2- 7-2- مکانیزم های موجود در انتقال جرم قطره………………………………………………………………………99
3-2- 7-2- مکانیزم انتقال جرم درون فازپیوسته………………………………………………………………………….102
4-2- 7-2- اثر سرعت دوران بر روی انتقال جرم………………………………………………………………………..103
5-2- 7-2- اثرتوزیع اندازه قطره بر ضریب انتقال جرم………………………………………………………………….104
2- 8- 2- طراحی RDC………ا……………………………………………………………………………………………106

فصل سوم: امکان سنجی تصفیه با برج RDC

.1- 3- انتخاب روش مناسب تصفیه…………………………………………………………………………………….109
2- 3- عوامل مؤثر در انتخاب حلال مناسب……………………………………………………………………………111

فصل چهارم: شرح آزمایش و بحث

1-4- انتخاب مواد و نوع سیستم شیمیایی…………………………………………………………………………….118
2-4- شرح دستگاه و ابزارهای به کاررفته………………………………………………………………………………120
3-4- روش انجام آزمایش………………………………………………………………………………………………..122
4-4- بحث…………………………………………………………………………………………………………………125
فصل پنجم: نتیجه گیری کلی و پیشنهادات…………………………………………………………………………..139
فهرست منابع فارسی……………………………………………………….………..…………………………..…..……141
فهرست منابع لاتین……………………………………………………………………………………………………..142

فهرست علایم……………………………………………………………………………………………………………..146
الف – محاسبه اندازه قطره از روش عکسبرداری…………………………………………………………………………148

کالیبراسیون روتامتر حلال…………………………………………………………………………………………………148

ج – روش موازنه جرمی و محاسبه درصد استخراج………………………………………………………………………149

چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………………………………………..151

فهرست جداول

1- 1:فرایندهای پتروشیمی تولید کننده پساب………………………………………………………………………………….8

2 : مقادیر مشخصه مورد استفاده در معادله چرخشی قطره…………………………………………………………..102
11-3:حلالیت حلال در آب در دمای 20 درجه سانتیگراد………………………………………………………………….112
2- 3 : مقادیر توزیع تعادلی حل شونده هادرسیستم آبی بارقت بالادردمای сº 25-20……ا………………………..113
1-4: خصوصیات فیزیکی و غلظت اولیه آلاینده ها……………………………………………………………………….118
2-4: خصوصیات فیزیکی حلال………………………………………………………………………………………………119
3-4: ضریب توزیع تعادلی برخی حل شونده ها…………………………………………………………………………..120
4-4: مشخصات هندسی ستون…………………………………………………………………………………………….120
5-4 : آرایه متعامد تاگوچی برای پارامتر های فرایند……………………………………………………………………..123
6-4:مقادیر بهینه پارامتر های فرایند به کمک روش تاگوچی……………………………………………………………..124
7-4: اثر سرعت دوران محور مرکزی بر بازده استخراج ………………………………………………………………….128
6-4 : اثر اندازه قطره بر بازده استخراج…………………………………………………………………………………..129
7-4: اثر دبی حلال بر بازده استخراج ……………………………………………………………………………………130
8-4 : اثر نوع حلال بر بازده استخراج…………………………………………………………………………………….131

فهرست شکلها

1-1 : رنگ و مشخصات ظاهری پساب………………………………………………………………………………………10
2-1: مرحله ای از تصفیه API ….ا……………………………………………………………………………………………21
3-1 : عملیات انجام شده در حوضچه هوادهی……………………………………………………………………………24
4-1 : نمونه ای از کلاریفایر…………………………………………………………………………………………………..26
5-1 : نمودار شماتیک از روش لجن فعال……………………………………………………………………………………33
6-1 : نمودار شماتیک از روش فیلتر پلاستیکی……………………………………………………………………………..37
7-1: نمودار شماتیک از روش جذب سطحی………………………………………………………………………………..42
8-1: نمودار شماتیک از روش تبادل یونی…………………………………………………………………………………..45
9-1: نمونه ای از RBC…………ا……………………………………………………………………………………………….50
1-2 : مدلهای مختلفی از ستونهای چرخان………………………………………………………………………………….52
2-2: طرح شماتیک از RDC….ا…………………………………………………………/……………………………………..53
3-2 : جزئیات RDC……..ا………………………………………………………………………………………………………53
4-2 : اثر سرعت روتور برسرعت مشخصه……………………………………………………………………………………62
5-2 : نمودار مربوط به معادله فراگیر oVتحت شرایط عدم انتقال جز حل شونده………………………………………..63
6-2 : نمودار مربوط به معادله فراگیر سرعت مشخصه در سرعت صفر روتور…………………………………………..64
7-2 : داده های ازمایشگاهی منطبق بر معادله (16- 2)………………………………………………………………….66
8-2 : توابع توزیع اندازه قطره………………………………………………………………………………………………….68
9-2 : اثر جهت انتقال جرم بر کشش سطحی بین دو قطره……………………………………………………………..75
10-2 : سرعت بحرانی روتور و اندازه قطره………………………………………………………………………………….77
11-2 : داده های آزمایشگاهی منطبق بر معادله (35- 2)………………………………………………………………….79
12-2 : نمودار تطابقی تعداد متوسط دخترها………………………………………………………………………………..80
13-2 : توزیع قطرات دختر با اندازه قطر اولیه معین ودور روتورمعین……………………………………………………….81
14-2 : اثر سرعت روتور بر اندازه قطره تشکیل شده در لوله مویینه………………………………………………………83
15-2 : (a)لوله مویینه معمولی (b) لوله مویینه اصلاح شده……………………………………………………………….83
16-2 : اثر سرعت روتور و موقعیت لوله مویینه براندازه قطره………………………………………………………………84
17-2 : شرایط بحرانی در حالتی که آب به صورت فاز پیوسته باشد……………………………………………………….86
18-2: منحنی شکست آب به صورت فاز پیوسته و اسید استیک بعنوان جز منتقل شونده…………………………….87
19-2 : منحنی شکست آب به صورت فاز پیوسته و اسید بوتریک بعنوان جز منتقل شونده……………………………88
20-2 : منحنی شکست cumene به صورت فاز پیوسته و اسید استیک بعنوان جز منتقل
شونده…………………………………………………………………………………………………………………………. 88

21-2 : نمودار طغیان………………………………………………………………………………………………………….89
22-2 : محدوده عملیاتی در استخراج کننده ها با جریان مختلف الجهت…………………………………………………96
23-2 : نمودار عملیاتی انتقال جرم در دو برش از اندازه قطره……………………………………………………………..98
24-2 : اثر هلد آپ بر ضریب انتقال جرم در سرعت های دوران متفاوت…………………………………………………104
1-3 : فرایند دو حلالی با سیکل حلال پیوسته………………………………………………………………………………116
2-3 : فرایند دو حلالی با سیکل حلال نا پیوسته……………………………………………………………………………116
1-4 : نمای روبرو از RDC..ا…………………………………………………………………………………………………….121
2-4 : اندازه قطرات خارج شده از نازل mm3 در زمان خاموشی دستگاه………………………………………………..126
3-4: قطرات حاصل از شکست در نزدیکی فصل مشترک دو فاز………………………………………………………….127

پسابهای صنعت پتروشیمی و روشهای تصفیه آن و مشخصات هندسی و پارامتر های هیدرودینامیکی برج RDC و بررسی عملی امکان سنجی تصفیه با برج RDC

پسابهای صنعت پتروشیمی و روشهای تصفیه آن و مشخصات هندسی و پارامتر های هیدرودینامیکی برج RDC و بررسی عملی امکان سنجی تصفیه با برج RDC

فصل اول
1-1- اهداف و اهمیت تصفیه پسابهای پتروشیمی
کشور ما از متنوع ترین اکوسیستمهای جهان برخوردار است به طوریکه شامل نادرترین و حساسترین گونه های دریایی و جوامع گیاهی از جمله سنگ های مرجانی ، جنگل های گرمسیری مانگرو، زیستگاههایی نظیر هورها و خورها و ماهیان زینتی و تجاری و رویشگاه گرمسیری میباشد.
احداث مجتمع های نفت ، گاز و پتروشیمی در کنار این مناطق و پیامدهای حاصل از آن مانند ایجاد پساب های شیمیایی ، آلودگی صوتی، دفع زباله ومواردی از این دست چالش بزرگ زیست محیطی را در این مناطق ایجاد کرده است. در صنایع پتروشیمی بر اساس نوع مواد مصرفی و تولیدی و فرایندها، نوع و میزان آلایندگی این صنایع متفاوت است.بدین معنا که در فرایندهای مختلف امکان آلودگی در سه مرحله جمع آوری مواد اولیه ، تولید و تبدیل مواد واسطه ای و جمع آوری و انبار مواد تولید شده وجود دارد.
نمونه هایی از این آلودگی بدین صورت میباشد: نشت فرمالدئید ناشی از تهیه و انتقال متانول موردنیاز برای واحدهای تولید اسید استیک و MTBE، ورود پسابهای مجتمع های پتروشیمی بندر امام ، رازی و خارک در خور موسی و خلیج فارس، نشت مواد آروماتیکی نظیر بنزن از پتروشیمی اصفهان و پراکنده شدن گوگرد در فضای اطراف مجتمع هایی نظیر پتروشیمی رازی به دلیل انبار شدن در فضای باز نمونه هایی از آلایندگی محیط زیست در هر سه مرحله میباشد که به طور مستقیم و غیر مستقیم در محیط زیست و زندگی مردم دور و نزدیک اثرات نامطلوبی به جای میگذارد. مشکلات عدیده ای نظیر تخریب مرجانهای طبیعی در عسلویه و خلیج نایبند به منظور احداث واحدهای جدید ، تخریب اکوسیستم خلیج فارس و تبدیل شدن خورموسی به مرداب به دلیل رعایت نکردن اصول صحیح جایگیری مجتمع های پتروشیمی، از بین رفتن صدف های مروارید ساز خلیج فارس نمونه هایی از اثرات مختلف زیانبار این صنایع بر محیط زیست میباشد .
۵
بنابر این اهداف تصفیه پساب را به طور خلاصه میتوان به صورت زیر بیان کرد [2و1]:
1. تامین شرایط بهداشتی مردم
2. پاک نگهداشتن محیط زیست
3. بازیابی فاضلاب جهت مصارف بهینه مانند کشاورزی
1-2- مروری بر واحد های تولید کننده پساب در پتروشیمی
در واحد های پتروشیمی مانند اتیل الکل سنتزی ، فنل ، استن، اسید چرب سنتزی، اسید استیک و غیره مکانهای اصلی که در آن آلودگی با پساب وجوددارد، محلهایی است که عمدتا عمل تجزیه شیمیایی هیدرو کربن ها در آنها رخ میدهد و این پساب شامل اتیلن ، پرپیلن، بوتان، ایزو بوتان، بنزن ، تولوئن ، زایلن و نفتالن میباشد. پسابهای واحدهای هیدراته کربن و تقطیر الکل شامل الکلها، استالدئید و محصولات پلیمری میباشد.[ 3]. وقتیکه روشهای بیولوژیکی تصفیه استفاده میشوند، میزان مواد آلی ( بنزنها، تولوئن ها، زایلن ها ، نفتالن وغیره ) در پساب به میزان قابل توجهی کاهش مییابد . در واحد های لاستیک سنتزی پساب شامل پلیمرها ، روغن، وینیل استات، استالدئید،اکریلونیتریل وبوتادی ان میباشد. روشهای تصفیه بیولوژیکی میتواند الکلها ، اسید های کربوکسیلیک را به میزان زیادی اکسید کند ، اما این روشهاروی هیدرو کربن ها خیلی موثر واقع نمیشوند. دی متیل فرمالدئید و تری متیل- فرمالدئید نسبت به اکسیداسیون خیلی مقاومند. در این مورد از روشهای تصفیه پیچیده استفاده میشود که شامل استخراج مواد باارزش به وسیله مخلوطی از روشهای بیولوژیکی و شیمی فیزیکی مانند جذب ، تقطیر، تبادل یونی

پسابهای صنعت پتروشیمی و روشهای تصفیه آن و مشخصات هندسی و پارامتر های هیدرودینامیکی برج RDC و بررسی عملی امکان سنجی تصفیه با برج RDC

پسابهای صنعت پتروشیمی و روشهای تصفیه آن و مشخصات هندسی و پارامتر های هیدرودینامیکی برج RDC و بررسی عملی امکان سنجی تصفیه با برج RDC

فصل دوم
-1- مقدمه ای بر RDC :
RDCتوسط Reman در فاصله سالهای 1952 تا 1948 مورد بررسی قرار گرفته است.این دستگاهمتشکل از یک ستون استوانه ای طویل میباشد که توسط حلقه های دایره ای شکل ثابتی به قسمتهای مجزا تقسیم میشود. یک شفت درقسمت مرکزی ستون قرار دارد که بوسیله موتور میچرخد و مجموعه ای از صفحه ها را که در وسط ستون قرار دارند، به چرخش در می آورد. البته بخش ثابت حلقوی به دیواره ستون توسط چندین نگهدارنده متصل میباشد[29].
این ستون به طور گسترده به منظور عملیات استخراج مایع- مایع برای جداسازی اجزا حل شونده در مایع توسط حلال غیر قابل امتزاج در محلول مذکور صورت میپذیرد. در اتر تماس دو فاز انتقال ماده مورد نظر صورت میگیرد. کارآئی چنین تماس دهنده های ستونی نشان میدهد که آنها از صفحات سوراخدار متداول مثل ستونهای پاششی و ستونهای پرشده دارای بازدهی بهتری بوده و انعطاف پذیری کاربردی بیشتری دارند.از جمله کاربردهای مهم این تماس دهنده ها در صنعت برای استخراج دی اکسید سولفور و فورفورال، آسفالت زدائی پروپان، استخراج سولفولان ، بازیابی فنل از آب مصرف شده، گوگرد زدایی بنزن[36] و خالص سازی کاپرولاکتام میباشد[29].
روشهای استخراج در مقایسه با میزان انرژی مصرفی درفرایند های تقطیرو تبخیر بسیارارزانتر میباشد و جایگزین عملیات تقطیر در خلا گردیده و از تخریب دمائی اجزاء حساس به تغییر درجه حرارت ، ممانعت به عمل می آورد. به عنوان مثال جداسازی اسیدهای چرب دارای زنجیر کربن طولانی از روغن نباتی را میتوان توسط استخراج با حلال پروپان مایع انجام داد[35].

دانشمندان زیادی مفاهیم ساختاری و هندسی RDC را مورد بررسی قرار دادند و مدل های اصلاح شده ای برای افزایش انتقال جرم و بازده ارائه نمودند. مدلRDC با صفحات چرخان سوراخدار ، تماس دهنده Old Shue – Rushton و استخراج کننده Secheibel از آن جمله اند [31].
در شکل زیر مدل های مختلفی از RDC نشان داده شده است[38]. با وجود این اصلاحات در زمینه دیسک های چرخان و بافل ها ، مدل صفحات مسطح از RDC متداولترین نوع میباشد.

(c)ARD، (b)RDC ، (a)Scheibel :شکل (1-2): مدلهای مختلفی از ستونهای چرخان
(f) Reciprocating – Plate، (e)Kuhni ، (d)Old- Rushton تا 250 میباشد و قطر100Ft3 / Ft .hr در مقیاس صنعتی Reman ظرفیت پذیرش مایع در مدل .ستون حداکثر 7 فوت و ارتفاع آن حداکتر 30فوت در صنعت استفاده میشود
یک نمونه از تماس دهنده صفحه ای در شکل (2- 2) نشان داده شده و جزئیات ستون در شکل (3- 2) بیان شده است. برای راه اندازی یک ستون RDC ابتدا میزان جریان فاز پیوسته2 سنگین در طول ستون به مقدار مطلوبی تنظیم میشود تا اینکه چرخش صفحات چرخان به دور پایداری برسد. فاز سبک باید به صورت پراکنده در آید و سپس به صورت مختلف الجهت در ستون جریان یابد و میزان جریان برای رسیدن به حالت پایدار تا مقدار مطلوب افزایش می یابد.
تصمیم در انتخاب یکی از دو فاز مایع به عنوان فاز پراکنده بر اساس ملاحظات تجربی و نتایج آزمایشگاهی صورت میگیرد. معمولا مایعی که داری حجم و دانسیته بیشتری می باشد، فاز پیوسته را تشکیل میدهد. این انتخاب زمانی صورت میگیرد که محل فصل مشترک دو فاز در بالای برج قرار گیرد. در غیر این صورت مایع سبکتر فاز پیوسته را تشکیل میدهد[37].
دانشمندان وجود سه نوع از حرکت مایع را در RDC بیان کرده اند:
1- جریان محوری دو فاز مایع که بوسیله اختلاف دانسیته دو فاز ایجاد میگردد.
2- جریان شعاعی مایع ها به خاطر نیروی سانتریفیوژ در نزدیکی محور روتور
3- جریان مرکز گرا مایع در مجاورت دیواره ستون
هیدرودینامیک پیچیده منجر به تولید گردابه های چرخان در هر دو فاز و در هر مرحله ای از ستون میشود. شدت آشفتگی عمدتا توسط روتورکنترل میشودکه همچنین اندازه قطرات را کنترل میکند. دیسک های چرخان موجب ایجاد تنش های برشی بر روی قطرات بزرگتر میشوند و بالاتر از سرعت معین آنها را به قطرات کوچکتر می شکند. اگر چه اختلاط درونی و تماس فازها تحت تاثیر قرار میگیرند، اختلاط برگشتی شدید فازها در سرعت های بالا موجب کاهش شدیدی در نیروی محرکه غلظتی میشود که بازده انتقال جرم را کاهش میدهد[29].
2-2- متغیر های هیدرودینامیکی طراحی و مبانی هیدرودینامیکی ستون:
پارامتر های مهم ستون که کارایی RDC رادر سیستم استخراج مشخصی تحت تاثیر قرار میدهد، عبارتند از: N, Zc, dS, dT, dR . این پارامترها و میزان جریان فازهای مایع، هلد آپ فاز پراکنده ، میزان طغیان دو فاز ، زمان اقامت مایع ها و اندازه قطره ، مقدار ضریب انتقال جرم را تحت تاثیر قرار میدهد. تخمین اولیه از قطر ستون ، با بررسی مقادیر محدود کننده جریان فراهم میشود


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان