Σχεδιασμός και τεχνικοοικονομική ανάλυση κυκλώματος εκχύλισης Μπεντονίτη με Οξαλικό Οξύ

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η τεχνικοοικονομική ανάλυση της κατεργασίας της όξινης ενεργοποίησης του μπεντονίτη με χρήση οξαλικού οξέος ως μέσο ενεργοποίησης με τη βοήθεια του προσομοιωτή EnviroPro Designer. Η βασική κατεργασία του μπεντονίτη με στόχο την όξινη ενεργοποίηση του με οξαλικό οξύ περιλαμβάνει γενικά τα ακόλουθα στάδια: 1. Προετοιμασία τροφοδοσίας και αντιδραστηρίων. 2. Όξινη ενεργοποίηση. 3. Διαχωρισμός στερεών – ρευστών. 4. Διήθηση. 5. Ξήρανση. 6. Επεξεργασία υγρών αποβλήτων. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάστηκαν πέντε διαφορετικά κυκλώματα κατεργασίας όξινης ενεργοποίησης μπεντονίτη με οξαλικό οξύ για έξι διαφορετικές τροφοδοσίες μπεντονίτη (1.000 – 10.000 kg/h) ώστε να βρεθεί η βέλτιστη οικονομικά και περιβαλλοντικά λύση. Τα κυκλώματα που εξετάστηκαν είναι τα παρακάτω: Κύκλωμα 1, χωρίς ανακύκλωση οξαλικού οξέος. Κυκλώματα 2 και 3, με ανακύκλωση οξαλικού οξέος και ανάκτηση θερμότητας σε εναλλάκτη. Σε αυτήν την κατηγορία αναπτύχθηκαν δύο κυκλώματα τα οποία διέφεραν ως προς τη θέση που έχει ο εναλλάκτης θερμότητας. Κύκλωμα 4, με ανακύκλωση οξαλικού οξέος χωρίς ανάκτηση θερμότητας. Κύκλωμα 5, με ανακύκλωση οξαλικού οξέος και νερού. Η προσομοίωση βασίστηκε στα αποτελέσματα των πειραμάτων της ημι-βιομηχανικής κλίμακας που πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο της Μεταλλουργίας της σχολής Μηχανικών Μεταλλείων – Μεταλλουργών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου και για τα οικονομικά στοιχεία χρησιμοποιήθηκαν οι σημερινές τιμές που ισχύουν στην Ελλάδα. Από τη μελέτη των κυκλωμάτων αυτών προκύπτουν τα εξής συμπεράσματα: Με τη χρήση του οξαλικού οξέος ως μέσο ενεργοποίησης του μπεντονίτη σχεδόν εξαλείφονται τα περιβαλλοντικά προβλήματα που παρουσιάζονται όταν αυτή πραγματοποιείται με ανόργανα οξέα. Η ανακύκλωση του διαλύματος εκχύλισης επιβάλλεται κυρίως για τεχνικούς και οικονομικούς λόγους. Η ελάχιστη δυναμικότητα για να είναι αποδοτική η προτεινόμενη επένδυση είναι 8 τόνοι την ώρα μπεντονίτης και το κόστος μιας τέτοιας επένδυσης ανέρχεται στα 55 – 60 εκατομμύρια δολάρια. Για λόγους οικονομικούς αλλά κυρίως περιβαλλοντικούς το κύκλωμα με τις δύο ανακυκλώσεις (οξαλικού οξέος και νερού) θεωρείται το καλύτερο. Η σημαντικότερη παράμετρος που επηρεάζει σε όλες τις περιπτώσεις το κόστος παραγωγής του ενεργοποιημένου μπεντονίτη είναι το κόστος του οξαλικού οξέος. Στο μέλλον πρέπει να ερευνηθούν και άλλες συνθήκες ενεργοποίησης ,όπως είναι η εκχύλιση υπό πίεση σε υψηλότερες θερμοκρασίες των 100oC, ώστε να μειωθεί η αναλογία οξαλικού οξέος – μπεντονίτη. Για την πραγματοποίηση αυτής της περίπτωσης θα έπρεπε να χρησιμοποιηθούν αυτόκλειστα. Άλλος τρόπος θα ήταν η αναγέννηση του οξαλικού οξέος με την απομάκρυνση των επιβλαβών μετάλλων εφόσον αυτό είναι οικονομικά και περιβαλλοντικά εφικτό και η επαναχρησιμοποίηση του καθαρού πλέον οξαλικού οξέος ως μέσο ενεργοποίησης.

The purpose of the present diplomat thesis is the design and the technico - economic analysis of the acid activation treatment of bentonite using oxalic acid as an acid activation agent with the help of simulator EnviroPro Designer. The bentonite acid activation treatment with oxalic acid includes generally the following stages: 1. Feed and agents preparation. 2. Acid activation. 3. Solid – liquid separation. 4. Filtration. 5. Drying. 6. Treatment of liquid effluents. In the present study five different flow sheets of bentonite acid activation treatment by oxalic acid were examined using six different bentonite feed rates (1.000 - 10.000 kg/h) aiming to find the optimum economical and environmental solution. The flow sheets that were examined are as follows: Flow sheet 1, without oxalic acid recycling. Flow sheets 2 and 3, with oxalic acid recycling and heat recovery by heat exchanger. In this case, two different flow sheets were developed (varying in the location of the heat exchanger). Flow sheet 4, with oxalic acid recycling and without heat recovery. Flow sheet 5, with oxalic acid and water recycling. The simulation was based on the results of pilot scale experiments that were carried out in the laboratory of Metallurgy of the school of Mining and Metallurgical Engineering of National Technical University of Athens. For the economic analysis the prices currently applied in Greece were used. From this study the following conclusions can be deduced: Bentonite acid activation by oxalic acid has almost no environmental problems whereas the treatment with inorganic acids creates a lot of environmental problems. The oxalic acid recycling is mainly imposed for technical and economic reasons. In order for the proposed investment to be efficient, the minimum capacity is 8 tons of bentonite per hour while the cost of such investment amounts to 55 - 60 million dollars. For economic reasons but mainly environmental, the flow sheet with oxalic acid and water recycling (flow sheet 5) is considered the best. The cost of oxalic acid is the most important parameter that influences in all cases the cost of active bentonite production. In the future, a study could be developed using different activation conditions, such as temperature higher than 100 oC under pressure in autoclaves could be studied in order to decrease the ratio of oxalic acid / bentonite. Moreover, the regeneration of oxalic acid through the removal of harmful metals, provided that this is economically and environmentally feasible, and the reuse of the regenerated oxalic acid as activation agent could be also investigated Περίληψη (στα Αγγλικά) Αριθμός Σελίδων 141CD/DVD Φυσικό μέσο TXT Τύπος πόρου PANTAZIDOU_DIPLOMATIKI.pdf Όνομα αρχείου Μέγεθος Αρχείου 4088058ΕΜΠ Πρόσβαση Πολιτική Εξεταστική/Συμβουλευτική επιτροπή Ονοματεπώνυμο Τύπος