Yosunlardan bioyoqilg'i

Mahsulotlar, jarayonlar va ta'minot zanjirlarining barqarorligi

Erik H. Dunlop , ... Uorren D. Seider , kompyuter yordamida kimyo muhandisligi , 2015 yil

3.1 Kirish

Kimyoviy muhandislik kasbi so'nggi yillarda barqaror jarayonlarni rivojlantirish ( Averill, 2011 ; El-Halwagi, 2012 ; Evans, 2007 ), ko'pincha energiya xavfsizligini yaxshilash va iqlim o'zgarishini kamaytirish uchun katta sa'y-harakatlar qildi ( Deutch va boshqalar, 2007 ; Stoner, 2013 ) va "yashil" mahsulotlar va jarayonlarni ishlab chiqarish ( Parrish va Abraham, 2014 ). Kimyo sanoatida energiyaga bo'lgan talabni xavfsiz va barqaror tarzda qondiradigan mahsulot va texnologik dizayn echimlariga nisbatan aniq tendentsiya mavjud.
An'anaviy jarayonlarni loyihalash yoki qayta loyihalashda ko'pincha optimallashtirilgan jarayonlar deyarli optimal deb hisoblanadi va sezilarli darajada yaxshilanmaydi. Taqqoslash uchun, barqaror bioproseslar uchun dizaynlar ko'pincha rivojlanishning dastlabki bosqichlarida bo'ladi va unchalik yaxshi tushunilmaydi. Bu, ayniqsa , yosunlardan bioyoqilg'i yoki hatto tsellyulozali materiallardan etanol ishlab chiqaradigan jarayonlar uchun to'g'ri keladi . Bu erda biologik moddaning kimyoviy formulasi xom stoxiometrik formulalar sifatida mavjud, masalan, suv o'tlari uchun, C _0,8 H _1,92 N _0,63 P _0,05 S _0,6. Hatto kichik harorat o'zgarishlari ham ko'rinadigan stoxiometriyani o'zgartirmasdan biomateriallarni buzadi yoki denatüre qiladi. Bundan tashqari, biomaterial tarkibi vegetatsiya davriga yoki u olinadigan o'sish siklidagi vaqtga qarab o'zgaradi. Hatto uchuvchi-zavod ma'lumotlari ham ob-havoning injiqliklariga bog'liq holda beqaror va takrorlanmaydi. Jarayon muhandisligi uchun juda muhim bo'lgan "barqaror holat" tushunchasi ko'pincha kuzatilmaydi. Bundan tashqari, termodinamik xususiyatlar odatda mavjud emas; entalpiyalarYonish to'g'risidagi ma'lumotlar ko'pincha yomon aniqlangan sharoitlarda olingan eng yaxshi ma'lumotlardir, entropiya ma'lumotlari esa deyarli yo'q. Termodinamik ma'lumotlar mavjud bo'lganda ham, ular turli tajriba sharoitlari yoki mos yozuvlar holatlari tufayli mos kelmaydi. Shunga qaramay, kimyo muhandislari bioprotsesslarni muvaffaqiyatli loyihalashtirmoqda va modellashtirishmoqda.
Yuzaki darajada, ayniqsa jarayonni loyihalashning dastlabki bosqichida (batafsil mexanizmlar ko'pincha shakllantirilmaganda), boshqa kimyoviy jarayonlar kabi, bioyoqilg'ijarayonlarni modellashtirish kerak. Biroq, qiyinchiliklar ko'pincha biologlar va kimyo muhandislarining birgalikda ishlaydigan cheklangan fanlararo o'zaro ta'siri tufayli yuzaga keladi. Bu erda laboratoriya yoki dastgoh miqyosidagi ishlov berish bosqichlari ko'pincha sanoat korxonalariga o'tmaydi; ya'ni ular kengaytirib bo'lmaydi. Bundan tashqari, laboratoriya miqyosidagi tadqiqotchilar odatda to'liq birlashtirilgan massa va energiya balanslariga e'tibor bermaydilar. Ular Aspen Plus kabi asosiy jarayon simulyatorlaridan foydalanmaydilar va loyihani boshqarish uchun biznes-rejalarni tayyorlamaydilar - asbob-uskunalar o'lchamlarini, sotib olish va o'rnatish xarajatlarini, operatsion xarajatlarni va rentabellik tahlillarini taxmin qilish. Shu maqsadda simulyatsiya va tegishli iqtisodiy dasturlar muhim rol o'ynaydi. 3.1- rasmda AspenOne ^{® ko'rsatilgan}simulyatsiya asosi sifatida, shu jumladan RateFrac (masalan, CO ₂ absorberlarini loyihalash uchun), ko'plab tegishli dasturiy paketlar bilan. Bular Aspen Process Economic Analyzer (APEA – uskunaning oʻlchamlari, uskuna narxini baholash va rentabellik tahlili uchun), Comsol Multiphysics (masalan, suv oʻtlari hujayralarining oʻsishi va massa oʻtkazilishini modellashtirish uchun), Aspen Custom Modeler (masalan, suv oʻtlari hovuzi maydonini va bug'lanish tezligi) va EXCEL (natijalarni jadval qilish uchun).

Toʻliq oʻlchamdagi rasmni yuklab olish uchun tizimga kiring
3.1-rasm . Yosun bioyoqilg'i jarayonlarini loyihalash, ishlab chiqish, tannarxini hisoblash va tahlil qilish uchun asos sifatida AspenOne-dan foydalanadigan integratsiyalangan texnologik tizimlar dasturi.
Dastlab, ushbu bobda asosiy etishmayotgan parametrlarni qanday yaratish mumkinligi ko'rsatilgan; masalan, "parametrli birlashma" yordamida o'zgaruvchan yog'li tarkibga ega bo'lgan suv o'tlari hujayralarining termodinamik xususiyatlari. Uning asosiy e'tibori jarayonni loyihalash uchun foydali ma'lumotlarning ma'lumotlar bankini yaratish uchun asosiy termodinamikaning birinchi tamoyillaridan foydalanishga qaratilgan. Tahlil oqim jadvali paydo bo'ladigan bosqichga o'tganda, an'anaviy, tijorat,^{AspenOne ®} va Comsol Multiphysics ^® kabi kompyuter yordamida modellashtirish paketlari . Masalan, Aspen Plus-ga ma'lum ma'lumotlarni kiritish va javob(lar)ga o'tish odatiy holdir. Bu erda qarama-qarshi strategiya tasvirlangan bo'lib, Aspen Plus mumkin bo'lgan echimlarni topish uchun massa va energiya balanslarini hal qilish uchun "teskari" ishlashiga imkon beradi.
Keyinchalik, barqarorlik ko'rsatkichlarini baholash usullari, masalan, GREENSCOPE (ko'p maqsadli jarayon baholovchisi bilan kimyolarning ekologik barqarorligi uchun reaktsiya samaradorligini o'lchash) va GREET (issiqxona gazlari, tartibga solinadigan emissiya va energiyadan foydalanish) yordamida hayot aylanishi tahlillari Transport), tekshiriladi. Ular energiya va eksergiya iste'moli, uglerod va suvni boshqarish haqida tushuncha beradi. Ushbu bobda barqarorlikni ta'minlash bo'yicha ushbu chora-tadbirlarni o'z ichiga olgan texnoiqtisodiy modellar qarorlar qabul qilish uchun qanday ko'proq ma'lumot berishini ko'rsatadi. Shunday qilib, u integratsiyalashgan modellashtirish, tizimli yondashuv birlashgan massa va energiya balanslarini qanday ta'minlashini va barqarorlik ko'rsatkichlarini (SI) baholashini ko'rsatadi.
Bo'limni ko'rishKitob sotib olish