توسعه ماتريس جداسازي براي فرايندهاي تقطير استخراجي

كارشناسي ارشد

صنايع شيميايي با چالش‌هاي جهاني در مسير يافتن فرايندهاي كارآمد مواجه هستند. تشديد فرايند به عنوان بخشي از سنتز فرايند، قابليت كشف راه‌حل‌هاي پايدار و كارگشا را دارد. فرايندهاي جداسازي هيبريدي يك گزينه طراحي تشديدشده براي جداسازي مخلوط‌هاي پيچيده را ارائه مي‌دهند. طراحي ساختارهاي فرايندي مناسب براي مخلوط‌هاي چندجزئي، به¬خصوص زماني كه فرايندهاي جداسازي آزئوتروپي يا هيبريدي در نظر گرفته مي¬شود، هنوز از چالش¬ها و مسائل برقرار اين حوزه است. به منظور سنتز همه توالي‌هاي ممكن فرايندهاي جداسازي، الگوريتم‌هاي مختلف توسط محققين پيشنهاد شده‌اند. ماتريس جداسازي يكي از اين الگوريتم‌ها است كه قادر است چيدمان¬هاي متفاوت تقطيري را ايجاد كند. از آن¬جا كه ادغام انواع مختلف عمليات واحد نياز به يك روش طراحي و سنتز براي بهره‌برداري از پتانسيل كامل فرايند هيبريدي دارد، هدف پروژه حاضر توسعه اولين نسخه از ماتريس جداسازي براي توليد چيدمان¬هاي مختلف فرايندهاي جداسازي تركيبي است. براي اين منظور، فرايند تقطير استخراجي كه يك فرايند هيبريدي كارآمد است براي افزودن و توليد نسخه جديدي از ماتريس جداسازي انتخاب شده‌است كه بدين ترتيب، اين نسخه از ماتريس جداسازي قادر است تمام توالي¬هاي كامل سامانه¬هاي آزئوتروپي، صرف¬نظر از نوع آزئوتروپ و نوع همراه¬بر مورد استفاده و هم¬چنين بدون محدوديت در نحوه فراريت اجزاِي آزئوتروپ را توليد و سنتز نمايد و مسير شبيه¬سازي و بهينه¬سازي چنين فرايندهايي را هموارتر نمايد. در ابتدا الگوريتمي براي توليد چيدمان¬هاي ساده ارائه گرديد و در گام بعد براي دست¬يابي به الگوريتمي جامع كه قادر به سنتز چيدمان¬هاي پيچيده نيز باشد، الگوريتم ديگري توسعه يافت. در هر مرحله از توسعه ماتريس جداسازي هيبريدي، الگوريتم به منظور بررسي عملكرد بر روي يك سامانه¬ي شيميايي پيچيده با تك آزئوتروپ دوتايي پياده¬سازي شد. در گام بعد تمام 24 چيدمان توليدي به روش دقيق شبيه¬سازي شدند. در هر مرحله از شبيه¬سازي، پارامترهاي فرايندي مورد بهينه¬سازي قرار گرفتند تا هر چيدمان در بهترين شرايط عملياتي خود قرار بگيرد. بهينه¬سازي¬ها به كمك الگوريتم ژنتيك انجام شده و از تابع هدف هزينه¬هاي كلي ساليانه به همراه تابع خطاي مربوط به ويژگي¬هاي محصولات نهايي فرآيند استفاده شده-است تا از يكسان بودن شرايط در تمام چيدمان¬ها اطمينان حاصل شده و علاوه بر كمينه¬سازي هزينه كلي سالانه، شرط رسيدن به خلوص مطلوب در محصولات نيز ارضا گردد. در پايان نيز بهترين چيدمان¬ها از منظر صرف هزينه¬هاي اقتصادي معرفي و ارائه شدند كه بدين ترتيب، بهترين چيدمان در مقايسه با پرهزينه¬ترين چيدمان 9/58% اقتصادي¬تر عمل كرده¬است.

210492

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

دكتر نوراله كثيري، دكتر جواد ايوك پور