پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: کمبود منابع آب شیرین و رشد شتابان جمعیت، توسعه و به‌کارگیری فناوری‌های نمک‌زدایی کارآمد را به ضرورتی انکارناپذیر برای تأمین پایدار آب شرب و صنعتی تبدیل کرده است. در این راستا، پژوهش حاضر به مدل‌سازی، اعتبارسنجی و ارزیابی فنی–اقتصادی دو فناوری پرکاربرد اسمز معکوس (RO) و تقطیر چندمرحله‌ای (MED) و همچنین ترکیب آن‌ها در قالب گزینه‌های منفرد و ترکیبی می‌پردازد.
روش تحقیق: در بخش مدل‌سازی، اجزای کلیدی هر فرایند شامل پمپ‌ها، مبدل‌های فشاری، واحدهای پیش‌تصفیه و بخش‌های اصلی نمک‌زدایی با دقت بالا و بر اساس روابط ریاضی معتبر شبیه‌سازی شده‌اند. داده‌های نرم‌افزار WAVE و اطلاعات میدانی واحدهای صنعتی موجود برای کالیبره کردن و اعتبارسنجی مدل‌ها به کار رفته تا نتایج حاصل از شبیه‌سازی به شرایط واقعی نزدیک شود. چهار پیکربندی مختلف شامل RO، MED، RO-MED و MED-RO تحت شرایط خوراک یکسان (۵۰,۰۰۰ مترمکعب در روز، شوری ۳۰,۰۰۰ بخش در میلیون) و محدودیت‌های عملیاتی مشخص مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. شاخص‌های ارزیابی شامل کیفیت محصول نهایی، میزان بازیابی آب، مصرف انرژی الکتریکی و حرارتی و هزینه ویژه تولید آب بودند.
نتایج اصلی: نتایج نشان داد که در مقایسه چهار گزینه منفرد و ترکیبی RO و MED، سامانه RO منفرد با هزینه ویژه آب 0.386 دلار بر مترمکعب اقتصادی‌ترین گزینه بود و نسبت به MED، RO-MED و MED-RO به‌ترتیب ۳۸ درصد، ۱۹ درصد و ۵۸ درصد هزینه کمتری داشت. در مقابل، کیفیت آب تولیدی آن به‌ترتیب ۹۳ درصد، ۴۲ درصد و ۴۷ درصد پایین‌تر بود. تحلیل حساسیت نیز نشان داد که افزایش قیمت برق هزینه RO منفرد را تا ۷۸ درصد افزایش می‌دهد، درحالی‌که افزایش هزینه سوخت در MED رشد هزینه‌ای تا ۸۵ درصد ایجاد می‌کند. همچنین، تغییر نرخ بهره بیشترین اثر را بر MED-RO داشت و هزینه آن را تا ۴۰ درصد افزایش داد. علاوه بر موارد فوق سامانه‌ ترکیبی RO-MED گزینه‌ای اقتصادی در برابر گزینه‌های موجود و درعین‌حال تضمین‌کننده آب باکیفیت است. این نتایج تأکید می‌کند که انتخاب فناوری بهینه وابسته به شرایط محلی از جمله قیمت انرژی، دسترسی به گرمای اتلافی و الزامات کیفی محصول است.

چکیده موضوع تحقیق: بحران رو‌به‌رشد جهانی آب، نیاز به توسعه و پیشرفت فناوری‌های نمک‌زدایی آب را تشدید کرده است. در این راستا، روش‌های حرارتی نمک‌زدایی مانند تبخیر ناگهانی چندمرحله‌ای (MSF) و تقطیر چندمرحله‌ای (MED)، در مناطقی که منابع آب شور در مجاورت واحدهای پتروشیمی و پالایشگاهی قرار دارند، گزینه‌های مناسبی محسوب می‌شوند. علت این امر، قابلیت این روش‌ها در بهره‌گیری از منابع انرژی حرارتی کم‌کیفیت، نظیر گازهای دودکش حاصل از فرایندهای صنعتی است.
روش تحقیق: این مطالعه به بررسی و مقایسه عملکرد فناوری‌های MSF و MED در سناریوی بازیافت حرارت از گازهای دودکش می‌پردازد. بدین منظور، یک چارچوب مدل‌سازی ریاضی جامع برای هر دو سیستم توسعه داده شده است که شامل معادلات موازنه جرم و انرژی، سازوکارهای انتقال حرارت و شاخص‌های ارزیابی اقتصادی می‌باشد. به‌منظور اطمینان از قابلیت اعتماد و دقت نتایج، مدل‌ها از طریق مقایسه با داده‌های تجربی به‌دست‌آمده از واحدهای صنعتی مختلف اعتبارسنجی شده‌اند.
نتایج اصلی: نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که فناوری MSF در نرخ بازیافت ۵۰ درصد و با استفاده از گازهای دودکش به‌عنوان منبع حرارتی، دارای هزینه تولید آب در حدود 0.8 دلار به ازای هر مترمکعب است، در حالی‌که فناوری MED تحت شرایط مشابه، هزینه کمتری معادل 0.4 دلار به ازای هر مترمکعب را محقق می‌سازد. همچنین، مصرف ویژه انرژی برای MSF حدود 9/15 کیلووات‌ساعت بر مترمکعب و برای MED حدود 11.3 کیلووات‌ساعت بر مترمکعب محاسبه شده است. انتشار گازهای گلخانه‌ای در سیستم MED در همان سطح بازیافت، حدود 41 درصد کمتر از MSF برآورد می‌شود. از منظر زیست‌محیطی، شدت آلایندگی آب تغلیظ‌شده تولیدی در هر دو فناوری عملاً یکسان است. در مجموع، در چارچوب یکپارچه‌سازی بازیافت حرارت گازهای دودکش، فناوری MED به‌دلیل مصرف انرژی کمتر، هزینه بهره‌برداری پایین‌تر، کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و اثرات زیست‌محیطی محدودتر، عملکرد برتری نسبت به MSF از خود نشان می‌دهد. این مطالعه یک چارچوب عددی جامع و اعتبارسنجی‌شده ارائه می‌دهد که می‌تواند مبنایی قابل اتکا برای بهینه‌سازی مبتنی بر شبیه‌سازی سیستم‌های نمک‌زدایی حرارتی با هدف تولید پایدار آب باشد.