Χρήση προσομοίωσης διεργασιών στην ελαχιστοποίηση της χρήσης νερού σε βιο-δυιλιστηριακές διεργασίες

Abstract

Στην μελέτη αυτή εξετάζεται βιοδιϋλιστήριο στο οποίο το νερό χρησιμοποιείται είτε για την απομάκρυνση συστατικών από ρεύματα διεργασιών είτε ως διαλύτης σε αντιδράσεις. Εφαρμόζεται η τεχνική της ολοκλήρωσης δικτύων νερού (Robin Smith, 2001) έτσι ώστε να προσδιοριστούν οι νέοι μειωμένοι στόχοι αναγκών φρέσκου νερού και να προταθεί ένα σύνολο δικτύων που εξυπηρετούν τον σκοπό αυτό. Οι αναλύσεις ευαισθησίας που πραγματοποιήθηκαν έδειξαν ότι η σχέση μεταξύ της συγκέντρωσης του νερού στην είσοδο και στην έξοδο των διεργασιών δεν μεταβάλλεται με γραμμικό τρόπο, όπως είχε θεωρηθεί αρχικά. Παρατηρήθηκε ότι αύξηση της συγκέντρωσης των οξέων στα ρεύματα νερού των κρίσιμων διεργασιών είχε ως αποτέλεσμα την αυξημένη συγκέντρωση οξέων στα ρεύματα nhεξόδου. Αντίθετα, αύξηση της συνολικής παροχής του νερού προς τη διεργασία, οδήγησε σε μείωση της συγκέντρωσης των οξέων στα ρεύματα εξόδου. Το φαινόμενο αυτό χρησιμοποιήθηκε έτσι ώστε να προσδιοριστούν τα νέα υψηλότερα συγκεντρωσιακά όρια. Το γεγονός αυτό έπαιξε σημαντικό ρόλο στην μείωση του χρησιμοποιούμενου φρέσκου νερού ενώ παράλληλα συνέβαλλε στην αύξηση της ποσότητας του νερού που προοριζόταν για επαναχρησιμοποίηση. Παραμετρικές αναλύσεις οδήγησαν σε αντιστοίχηση τιμών των συγκεντρωσιακών ορίων των ρευμάτων εισόδου σε μοναδικές τιμές ροής της συνολικής παροχής των ρευμάτων αυτών. Οι εξισώσεις που προέκυψαν από τα σημεία αυτά, ανα περίπτωση, είχαν περιορισμένο υπολογιστικό σφάλμα. Η καθαρότητα των ρευμάτων εξόδου που περιέχουν τα προιόντα της κάθε διεργασίας, ως προς την συγκέντρωση οξέων, δεν επηρεάζεται αφού η ανάλυση πραγματοποιήθηκε με βασικό περιορισμο οι συγκεντρώσεις των ρευμάτων αυτών, να παραμείνουν σταθερές.

In this study a bio-refinery in which water is used either as a removal client of components from process streams or as a solvent in reactions, is examined. The technique of intergraded water networks (Robin Smith, 2001) is applied, in order to identify new targets which reduce fresh water consumption and propose a set of networks that serve this purpose. Sensitivity analyses carried out showed that the relation between the concentration of acids at the input and output stages of the processes do not change in a linear manner, as was initially considered. It was observed that when increasing the concentration of acids in the water streams of critical processes, the concentration of acids in the output streams was also increasing. On the contrary, when increasing the total water flow of the process, the concentration of acids in the output streams was decreasing. This observable fact was considered in order to define the new concentration higher limits. It played a vital role in reducing the fresh water consumption and also contributed in increasing the amount of reused water. Parametric analyses defined the concentration limits of input streams which were related to unique input flow rates of those streams. The equations derived, in each case, had limited computational error. The purity of the outlet streams which contain products of each process, as regards the acid concentration, is not affected since the analysis was performed under the fundamental restriction that the concentrations of these flows should remain constant.