Ολοκληρωμένη μέθοδος στόχευσης και σχεδιασμού για την εξοικονόμηση νερού σε βιο-διυλιστήρια

Abstract

Η χρήση νερού στις βιομηχανίες είναι ιδιαίτερα διαδεδομένη, καθώς χρησιμοποιείται είτε ως μεταφέρον μέσο διαφόρων συστατικών είτε ως αντιδραστήριο. Ως εκ τούτου, η ελαχιστοποίηση της παροχής του επιβάλλεται όχι μόνο για περιβαλλοντικούς αλλά και οικονομικούς λόγους. Για το λόγο αυτό έχουν πραγματοποιηθεί πολλές μελέτες προκειμένου να υπάρξει ικανοποιητική προσέγγιση και ερμηνεία της διαδικασίας χρησιμοποίησης και ανακύκλωσης του νερού. Το κυριότερο μειονέκτημά τους είναι ότι αδυνατούν να εξηγήσουν τι συμβαίνει σε περίπτωση που υπάρχει υψηλή συγκέντρωση περισσοτέρων του ενός συστατικών μόλυνσης του νερού. Αντιθέτως εξετάζονται μόνο περιπτώσεις όπου οι συγκεντρώσεις είναι της τάξης των ppm, κάτι που οδηγεί σε μη ικανοποιητική προσέγγιση διεργασιών με υψηλή συγκέντρωση συστατικών. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται προσπάθεια να ξεπεραστούν αυτές οι δυσκολίες. Αρχικά εξάγονται οι σχέσεις οι οποίες αντικατοπτρίζουν τον τρόπο λειτουργίας της κάθε διεργασίας, και πιο συγκεκριμένα, τον τρόπο αλληλεπίδρασης των ρυπαντών κατά την αντίδραση στο εσωτερικό της. Αυτό γίνεται με βάση προγενέστερη εργασία (Καραγιαννάκης Παναγιώτης,2012), στην οποία εξετάζεται η κάθε διεργασία ξεχωριστά και διερευνάται η πιθανότητα αύξησης της συγκέντρωσης του εισερχόμενου ρεύματος σε οξέα, χωρίς να επηρεαστούν αρνητικά οι προδιαγραφές του ρεύματος εξόδου (προϊόν). Ξεκινώντας από αυτό, προσδιορίζεται ο τρόπος που τα διαφορετικά οξέα αλληλεπιδρούν και επηρεάζουν τη συγκέντρωση του ρεύματος εξόδου. Στη συνέχεια, δημιουργείται ένα μοντέλο που αναπαριστά τη λειτουργία της βιομηχανικής εγκατάστασης και το οποίο περιέχει το σύνολο των ισοζυγίων μάζας νερού και συστατικών σε κάθε διεργασία, καθώς και τις πιθανές συνδέσεις των διάφορων διεργασιών μεταξύ τους. Για να είναι, όμως, το μοντέλο ολοκληρωμένο, πρέπει να περιέχονται σε αυτό και οι εξισώσεις που αναπαριστούν τη λειτουργία των διεργασιών. Τέλος, δίνεται εντολή ελαχιστοποίησης του καθαρού νερού προκειμένου να επιλεγεί η καταλληλότερη από τις πιθανές σχεδιαστικές μορφές του δικτύου. Έπειτα, όλη η παραπάνω μεθοδολογία εφαρμόζεται σε ένα συγκεκριμένο βιο-διυλιστήριο. Η ελαχιστοποίηση της παροχής καθαρού νερού διερευνάται τόσο στην περίπτωση χρησιμοποίησης αποκλειστικά καθαρού νερού σε κάθε διεργασία, όσο και ήδη χρησιμοποιημένου που ανακυκλώνεται μετά από απόσταξη. Η εξοικονόμηση νερού έφτασε μέχρι και 85% της αρχικής κατανάλωσης στην περίπτωση επαναχρησιμοποίησης νερού που έχει υποστεί επεξεργασία και 35,7 % σε περίπτωση χρησιμοποίησης αποκλειστικά καθαρού νερού.

Water use in industries is widespread, because of its use, either as a conveying mean of components or as a reagent. As a result, minimization of its consumption is imperative, not only for environmental reasons, but for economical as well. That is why, many studies have been held, so as a satisfactory approach and interpretation of the process of water use and recycle to exist. Their main disadvantage is that they are unable to explain what happens when there is high concentration of more than one pollutants of water. On the other hand, are examined only cases that the concentrations are of the order of ppm, which leads to unsatisfactory approach of processes with high concentration of contaminants. In this thesis is attempted to overcome these difficulties. Initially, the relations that reflect the operation of each process are extracted. More precisely, relations that reflect the way contaminants interact during the reaction within the process. This is based on earlier work, which examines each process separately and investigates the possibility of increasing the concentration of the incoming stream to acids, without affecting the specification of the output current (product). Starting from this, the way that different acids interact and affect the concentration of output current is determined. Then, a model that represents the operation of the industrial plant is created, and which contains all the mass balances of water and contaminants in each process, and the possible connections between the various processes as well. But, for the model to be complete, the equations that represent the processes operate have to be included. Finally, command of pure water minimization is given, in order to select the most appropriate design of the possible network forms. Then, all the above methodology is applied to a specific biorefinery. Minimization of water supply systems is investigated both in the case of only pure water use in each process and that of already used and reused after distillation. Water saving reached up to 85% of initial consumption in case of re-use water that has been treated and 35.7% in case of using only clean water.