تحقیق مقاله بازیافت و خالص ساز گلیسیرین از سپاب

موضوع : بازیافت و خالص سازی گلیسیرین از پساب

چکیده: در این پایان نامه روش های مختلفی ازجمله کاربرد مواد لخته زن ، تبخیر، تقطیر ،‌مواد رنگبر ،‌جهت تصفیه سپاب مورد بررسی قرارگرفته هم چنین جهت کاهش کف در تقطیر گلیسیرین روش جدید به کار گرفته شده است.

در این روش سپاب شامل کلیسرول ، ابتداPH  آن با افزون هیدروکسید کلسیم به حد متوسط 10-8 می رسد. سپس تحت فشار 5-2 اتمسفر  و دمای C150-130 در ظرف تحت فشار قرار می گیرد وعمل تبخیر تحت فشار انجام می شود. پس از آن محلول نسبتاً غلیظ شده تحت خلأ کامل تغلیظ می گردد.

درمقایسه با مواردی که تبخیر در مرحله تحت فشار اتمسفر انجام می گیرد . مقدار کف ایجاد شده در تبخیر وتقطیر تحت خلأ به میزان زیادی کاهش می یابد . برتری این روش در عدم استفاده از مواد ضد کف ،‌سر  کاهش میزان کف است.

مقدمه : در بازیافت وخالص ساز گلیسرول از سپاب مقالات وپپتیت های زیادی وجود دارد در این مقدمه سعی شده است که به ترتیب انجام کارهی مختلف برروی سپاب مقالات وپتنت ها طبقه بندی شوند. مثلاً چون بازیافت و افزایش مقدار بازیافت قبل از خالص سازی مطرح می شود ابتدا مقالات آورده شده وبه ترتیب موضوعات دیگر آمده است.

فصل اول

بازیافت  در مورد بازیافت گلسیرول از سپاب در صنعت صابون سازی تحقیقاتی صورت گرفته است همچنین برای بازیافت یک روش پیوسته ابداع شده است . در این روش ستونی با صفحات دارای سوراخ به کار برده شده است صابون و محلول قلیایی به صورت دو جریان مخالف در ستون حرکت نموده و بهتری بازیافت گلسیرول از صابون انجام می گیرد. به طوریکه صابون خروجی از ستون (بالای ستون)‌فقط دارای 501% گلسیرول می باشد. صابون به طور معمول حدود 0.1% گلسیرول را در خود نگه می دارد .مشخصات ستون :‌قطر 120 سانتی متر،‌ ارتفاع 57 متر وشامل 46صفحه با 5000 سوراخ 3 میلی متری است. در بازیافت به تعیین ثابت توزیع گلسیرول بین صابون خام ولایه آبکی نیز پرداخته شده است. بحث اقتصادی بازیافت هم مورد مطالعه قرار گرفته است . در این تحقیق بربازده تولید گلسیرول به عنوان تابعی از غلظت بحث شده است.

تصفیه اولیه

برای خنثی کردن قلیای باقی مانده در سپاب از اسیدهای چرب با پایه اسیدهای چرب ماهی استفاده شده است . برای این کار در دمای در مدت 10 دقیقه قلیا و اسید چرب بر هم اثر کرده وقلیا خنثی می شود. این کار در ژاپن به ثبت رسیده است.

در تحقیقات دیگری برای خالص سازی اولیه از دستگاه اسمز معکوس استفاده شده است. صافی ساخته شده برای این کار از جنس پلی اکریلونیتریل است. محلول سپاب با فشار 5-20 اتمسفر روی صافی فرستاد ه می شود ودر نتیجه سدیم کلرید از سپاب جدا می شود. این روش در شوروی سابق به ثبت رسیده است.

برای صاف کردن رسوبات تشکیل شده در مراحل اولیه از فیلتر مخصوص نیز استفاده شده است . در این روش بر روی سطوح صافی مواد مختلف نظیر کربن اکتیو وآزبست قرار داده واثر آن را در صاف کردن محلول بررسی نموده اند. بهترین نتیجه با نسبت 1:3 آزبست – کربن اکتیو به دست آمده است  همچنین تعیین شده که استفاده دارای نوسان (Palsation ) بر روی صافی ها میزان صاف کردن را افزایش نمی دهد.

جهت تصفیه اولیه از تصفیه با جریان برق هم استفاده شده است . برای رسیدن به این هدف گلسیرول (پساب)‌در معرض جریان برق D.C با اختلاف پتانسیل 10-70 ولت در دمای قرار می گیرد. از ورقه های آلومنیوم به عنوان کاته وآنه استفاده می شود. در این روش آنه حل شونده ایست. برتری این روش کاهش محتوایی خاکستر وکاهش باقی مانده مواد آلی است. درمرجع دیگر از تصفیه در تانک های هوادهی استفاده شده است. در این کار عمل اکسید اسیون مواد آلی وناخالصی ها با هوا انجام می شود. در طول آزمایش ها BOD . COD. PH.  و غلظت لجن فعال  اندازگیری می شود.

1: Cnemicul Oxygen Demand Demand

2: Biogical Oxygen Demand

در تحقیقی اثر مقادیر مختلف نسبت به اسیدهای چرب موجود در سپاب برکیفیت کسیرول به دست آمده مطالعه شده است. در این روش جامد بانسبت ها ی مختلف در دمای  پساب اثر داده می شود ظاهراً نتیجه در 66% مقدار نیاز برای خنثی کردن اسیدهای چرب به دست آمده است.

علاوه بر این از تقطیر آزئوتروپیکی برای آبگیری وحذف مواد معرفی محلول در سپاب استفاده شده است به عنوان معرف آزئوتروپیک از Z-ethyl-I-hexo?nal کمک گرفته اند با افزودن معرف وانجام عمل تقطیر. آب محلول جدا می شود در نیجه ‌ جدا شدن آب ،‌ به مرور کلرید رسوب می کند رسوب نمک با دستگاه سانتریفوژ بطور پیوسته جدا می شود گلیسرول خامی که با این روش تغلیظ شده دارای فقط 5/1% آب و 5/3 % نمک می باشد.

استفاده از زرین های تبادل یونی:‌

از رزین های تبادل یونی سرصنعت  گلیسرول برای اهداف مختلفی استفاده می شود. اهداف عمده ‌ استفاده از رزین بی رنگ کردن ، بی بوکردن ، نمک زدایی ، یون زدایی ،‌وغیره می باشد. در ذیل بعضی از کاربردها ی رزین در خالص سازی گلیسرول آمده است . در تحقیقاتی از رزین به همراه اولترافلیتر اسیون وهم چنین استمر معکوس جهت خالص سازی وتغلیظ استفاده شده است گلیسرول به دست آمده در این روش از نظر شمیایی خالص است. از رزین تبادل یونی جهت حذف بو و ترکیبات اسیدی وغیره نیز استفاده شده است کاربرد زرین برای حذف بو موثر می باشد.

 در موارد خالص ساز ی گلیسرول با استفاده  از رزین های تبادل یونی به حد موثر است که بافر آیند تقطیر مقایسه شده است در بعضی موارد استفاده از رزین های تبادل یونی به جای تقطیر توصیه شده که این جایگزینی باعث کاهش 10% نیز می شود. هم چنین روشهایی  شرح داده شده  است که با استفاده دو از رزین تبادل یونی دیگر نیاز به فرآیند تقطیر و حتی فیلتر اسیون وجود ندارد محصول گلیسرول به دست آمده از این روش به حدی خالص است که در مصارف دارویی می تو ان از آن استفاده نمود.علاوه بر استفاده های معمولی از رزین در خالص سازی ،‌ شکل ستون حاوی رزین نیز بررسی شده است . و مشخص شده که استفاده از ستون مخروطی با زاویه کم در تصفیه محلوی سپاب مؤثرتر از ستون استوانه ای می باشد.

استخراج :

استخراج گلسیرول ودی گلسیرول از مخلوط  گلیسریدها در آلمان تحقیق شده و به ثبت رسیده است هم چنین برای حذف ناخالصی ها ،‌ از استخراج با حلال استون و اتانول در دمای پایین ( 60-تا40-) برای جدا کردن ناخالص ها استفاده شده است که در ژاپن به ثبت رسیده  است.

در کاردیگری با استفاده از استخراج،‌ بازیافت گلیسرول از پساب شیمیایی یا اکتروشیمیایی پولیش کردن فلزات مورد بررسی قرار گرفته است حلال اکتانول به عنوان معرف استخراج کننده استفاده می شود. مقدار اولیه گلیسرول در پساب در 10 گرم بر لیتر است وبا استخراج مقدار گلیسرول به 05% گرم بر لیتر کاهش می یابد این روش در آلمان غربی سابق به ثبت رسیده است. جهت خالص سازی محلول های آبی گلیسرول از استخراج نیز  استفاده شده است حلال استخراج ، روغن کوکونات یا Rapesedoil انتخاب گردیده است. محلول آبکی باقی مانده پس از استخراج کدر می شود بنابراین محلول کدر با استخراج ( برای مثال با BUOA  صاف می شود. این روش در آلمان غربی سابق به ثبت رسیده است. روش استخراج را برای خالص سازی گلیسرول صنعتی هم به کار برده اند (50) در این روش گلیسرول صنعتی با چربی به نسبت 2-1:1 هر دمای

 اثر داده می شود در مرحله بعد گلیسرول تقطیر می شود مقدار قلیا در گلیسرول به دست آمده کاهش می یابد روش فوق در شوروی سابق ثبت شده است.

علاوه براینها استخراج محلول آبی گلیسرول با حلال ایزد بوتانول نیز بررسی شده است این روش در لهستان به ثبت رسیده است. تغلیظ ، اسمز معکوس یکی از روش هایی است که در غلیظ کردن محلول های آبی گلیسرول مورد بررسی واقع شده  است. ( 53-49) در مرجع (53) فشار 50 اتسمفر به کار برده شده و محلول تا 70% گلیسرول تغلیظ شده است در این آزمایشها سیستم Spiral – Wand بهترین نتیجه راد اده است. در شوروی سابق تجهیزات در دستگاههای فرایندی که در دور مرحله تغلیظ انجام شده به ثبت رسید ه است (54) در این فرآیند ؟:؟/ در ؟؟, مرحله تغلیظ انجام شده بر ثبت رسیده است (54) در این فرآیند ؟؟؟‌ ؟ مرحله یکی فشار 2/0 – 133/0 اتمسفر؛,‌درگیری در 4/0-2/0 اتمسفر انجام می شود. استفاده از دستگاههای FUlling Film Evaporaror- Rotory Film Evaporator             

Transfer sarfacs  در تغلیظ محلول آبی گلیسرول آزمایش شده است.

جاذب ها جاذب ها مختلفی در تصفیه و خالص ساز ی گلیسرول گزارش شده است کربن اکتیو به عنوان مهمترین جاذب ، که  بطور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد مطرح است . هم چنین روش های حذف ناخالص ها ، خواص جاذب کربن اکتیو ، صافی ها جدا سازی . موثر جاذب و سیستم های پیوسته  ناپیوسته اثر جاذب تحقیق شده است در گزارش دیگر جهت خالص سازی گلیسرول ،‌آن را در دمای  به مدت 30  با کربن اکتیواثر داده اند . با این حال بعضی کربن اکتیو را سر مراحل اولیه تصفیه شیمیایی سپاب به کار برده اند . در این مورد سپاب باکربن اکتیو وکلسیم اکسید در دمای  اثر داده شده وسپس از آن رسوب کربن اکتیو صاف می شود. استفاده از کربن اکتیو جهت خالص سازی گلیسرول بعد از مرحله تقطیر نیز گزارش شده است. دریک تحقیق شامل دو مرحله تغلیظ د رمرحله اول با استفاده از Tular Evaporator تواسته اند محلول آبی گلیسرول را در دمای   از 10% گلیسرول به 30%-40 گلیسرول تغلیظ نمایند. درمرحله دوم با استفاده از Rorary Film Evaporator  در دمای کمتر از محلول تا 86%-93% تغلیظ شده است.

Thin Film Evaporator دستگاه دیگری است که مورد استفاده قرار گرفته . در این دستگاه تلفات گلیسرول به حدود 3%کاهش می یابد. در سیستم های معمول 6%-10% گلیسرول هدر می رود استفاده از Multipul Effect Evaporator به صورت جریان معکوس باعث صرفه جویی در انرژی شده است. با این دستگاه به ازاء مصرف 263kg بخار در سیستم معمول 180 کیلوگرم بخار استفاده می شود.

تقطیر

در یک بررسی حالت های استاندارد تقطیر گلیسرول در انگلستان ، ژاپن ، هند، و آمریکا مقایسه شده است. تجهیزات تقطیر مولکولی برای نرول از حالت فیلم موضوع تحقیقات دیگری در این ز مینه است در این کار تقطیر مولکولی دردماهایی  برای بررسی رفتار وبه دست آوردن ارتباط بین متغیرهای عمل کننده ( دما ،, سرعت،‌ تغذیه و…) مورد آزمون قرار گرفته است . منحنی تقطیر گلیسرول از معادله  تبعیت می کند (دمای تقطیر ،×حجم تقطیر شده وa,b  مقادیر ثابت هستند)‌

با افزایش در تقطیر تشکیل ترکیبات قابل احیا تسریع می شود . برای اثبات این قضیه متراکم کننده هایی در دمای  تعبیه شده است و مقدار مواد قابل احیا اندازه گیری شده است. بهترین دمای مناسب برای تقطیر  تعیین شده است.

تقطیر گلسیرول صنعتی در حضور بخار فوق العاده  داغ (Supper Heat) استفاده از ستون تقطیر در خلأ بسیار بالا با افت فشار ناچیز تقطیر پیوسته گلسیرول در دو ستون مجزا ، وتجهیزات لازم برای تقطیر پیوسته گلسیرول از تحقیقات دیگر در این زمینه است.

فصل دوم

آزمایش های مربوط به بازیافت و خالص سازی گلسیرول

بازیافت وخالص سازی گلیسرول شامل مراحل مختلفی است که درشمای ذیل آمده است.

تصفیه شیمیایی اولیه : صاف کردن فیزیکی:‌ پساب صابون سازی دارای معلق صابون می باشد در این مرحله بایستی این ذرات معلق جدا شوند.بنابراین بساب در اولین مرحله به یک حوضچه منتقل می شود بس از مدت زمانی کوتاه ذرات وتکه های صابون روی سطح محلوی قرار می گیرند بمب مناسبی در ته حوضچه تعبیه شده که پساب عاری از ذرات صابون را به مخزن ذخیره روی حوضچه منتقل می کند در سر راه بمب داخل حوضچه ومخزن ذخیره یک صافی ساده قرار داده شده است که ذراتی که احتماً عبور کرده اند جدا می نماید . به وسیله بمبی دیگر بساب از مخزن ذخیره به همزن 1 پمپاژ می شود

خنثی نمودن قلیاء

همزن 1 دارای یک بهمزن با دوتند وکند است . دروکند بهمزن 30-35 دوردر دقیقه ودور تند 120دور در دقیقه می باشد. مقداری از قلیای مصرف شده در تولید صابون د ربساب باقی می ماند. مقدار قلیاء بستگی به روش تولید صابون و واحدهای تولیدی مختلف متفاوت است. در واحدهایی که براساس تکنولوژی بیشرفته تولید انجام می شود. مقدار سدیم هید روکسید در حدود 5/0- % می باشد ( 14 اما اولاً به علت  این که شیوه صابون سازی در خیلی از واحدهای تولیدی ایران چندان پیشرفته نسیت وثانیاً در طراحی کارخانه های صابون سازی ، بازیافت گلیسرول در نظر گرفته نشده است مقدار قلیا بسیار بیشتر بوده است . 

برای خنثی کردن قلیا از اسید های مختلفی می توان استفاده نمود کلرید ریک اسید وسولفور یک اسید دو اسیدی هستند که برای این کار مناسب می با شند در اغلب مقالات استفاده کلریدریک اسید توصیه شده است. اما در این جا به دلیل زیاد بودن مقدار قلیا سولفوریک اسید انتخاب شده است اما مشکلات استفاده از سولفوریک اسید درهمین فصل در قسمت تغلیظ بررسی خواهد شد. افزودن اسید به آرامی ودرحالی که همزن روی دور تند روشن است انجام می گیرد. همزمان افزودن اسید دائماً PH کنترل می شود. اضافه کردن اسید تا زمانی که PH محلول به حدود 6-5 برسد ادامه می یابد ( در پسابی که مقدار قلیای آن خیلی بیشتر از اندازه معمول است 70-80 کیلوگرم سولفوریک اسید غلیظ برای 1000 لیتر سپاب مصرف شده است)