SUPERVISOR
Mohammad Amiri
محمد امیری (استاد راهنما)
STUDENT
Parham Jafari
پرهام جعفری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
Utilizing a New Method based on Electrical Conductivity for the Control of Lime Clarifier Performance at Esfahan Refinery
One of the most important problems of industrial water is hardness. Hard scaling, decreasing in heat transfer rate, increasing energy consumption and need to chemical cleaning, are factors that increasing the operating costs and environmental pollution. Water hardness refers to the presence of dissolved divalent ions in water, mainly of calcium Ca 2+ and magnesium Mg 2+ . In addition to heat loss in heat exchangers, hardness can cause problems in process waters due to scaling of boilers, agitated tanks, pumps, pipelines and other process equipment. Water softening is a key process for separation of hardness ions in many industries to make the water suitable for use in cooling towers or to prepare it for additional purification. Failure to deal with the water hardness can increase costs significantly because of reduced volumetric capacity, reduced metallurgical performance, increased downtime for mechanical de-scaling or corrosion and premature equipment failure. Lime Softening Process (LSP) is a voluminous process in the water utilities that consumes a considerable amount of chemicals (mostly lime) and produces a large volume of sludge. Its performance can affect on downstream purification processes such as sludge handling and demineralization units. Upsets in LSP can occur frequently and quickly and it may take days to render it fixed. Two major components of operating costs of a softening process are lime consumption and sludge disposal, both of them depend on performance monitoring. In this these, investigation has been done on the lime processes for softening. In this process, lime is used for hardness reduction. Performance control of this process is highly important for regulating lime dosage and optimum hardness of treated water which are directly affected on desirability of the process. Therefore, conventional method for control of lime softening, based on alkalinity, has been investigated in addition to checking modern method based on electrical conductivity. The current method for performance control of lime clarifier is based on measuring simple alkalinity (P) and total alkalinity (M) so that the amount of (2P-M) changes from 5 to 15 ppm as CaCO 3 . Pilot and full scale experimental results showed that performance control based on alkalinity is not always correct and reliable and it does not result in minimum hardness in treated water in addition to it consists of lengthy tests and using of expensive chemicals such as indicators and generation of chemical waste. Our tests showed that with lime addition to water, both total hardness and also Electrical Conductivity of softened water decrease to a minimum value due to precipitation of insoluble products but then increase gradually as a result of excess lime. In addition, the bench scale tests demonstrated clearly that minimum hardness in the LSP concurrent with minimum Electrical Conductivity Experimental results, also show that measuring of electrical conductivity can be used as a simple, non expensive and less sludge method for achieving minimum hardness in treated water without any chemical waste. Pilot and full scale experimental results revealed that the performance control based on electrical conductivity is highly accurate in detecting the optimum operating conditions in addition to simplicity and easy control without any chemical waste. Keywords: lime softening process, monitoring, chemical method, electrical conductivity technique
یکی از عمده ترین مشکلات آب های صنعتی سختی آن است. تشکیل رسوب سخت، کاهش انتقال حرارت، افزایش مصرف انرژی و نیاز به تمیزکاری شیمیایی از جمله عواملی هستند که منجر به افزایش هزینه های عملیاتی و آلودگی محیط زیست می شوند. سختی آب اشاره به حضور یون های دوظرفیتی بویژه کلسیم و منیزیم در آب دارد. علاوه بر ایجاد هدرفت حرارتی در مبدل های حرارتی، سختی می تواند مشکلاتی را برروی عملکرد آب های فرایندی مانند تشکیل رسوب در بویلر ها، مخزن های اختلاط، پمپ ها، لوله های انتقال وسایر تجهیزات فرایندی ایجاد کند. به جداسازی و حذف یون های سختی زا نرم سازی گفته می شود. نرم سازی آب یک فرایند آشنا برای حل مشکلات سختی آب است. عملیات نرم سازی یک عملیات تقریباً معمول در بسیاری از صنایع است، و آب را جهت استفاده دربرج های خنک کن یا برای تصفیه اضافی آماده می کند. عدم مقابله با سختی آب می تواند هزینه ها را به دلیل کاهش ظرفیت حجمی، کاهش عملکرد متالوژی، و افزایش از کار افتادگی بدلیل ایجاد رسوب و خوردگی زودرس، افزایش دهد. در این پایان نامه فرایند کاهش سختی آب صنعتی به روش آهک زنی مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش سختی آب توسط یک ماده سختی آور(آب آهک) کاهش داده می شود. کنترل عملکرد برای دستیابی به مقدار آهک مصرفی و سختی خروجی بهینه از اهمیت زیادی برخوردار است و مطلوب بودن فرایند را مستقیماً تحت تاثیر قرار می دهد. از همین روی به بررسی کنترل حوضچه های آهک زنی به روش سنتی، بر مبنای قلیاییت پرداخته شد. در عین حال به بررسی کنترل این حوضچه ها بوسیله یک روش نوین بر مبنای هدایت الکتریکی پرداخته شد. در حال حاضر کنترل عملکرد برج واکنش آب بر مبنای کنترل قلیاییت ساده(p) و کل (M) می باشد، بطوریکه عملکرد مطلوب وقتی بدست می آید که 2P-M مقداری بین 5 تا 15 mداشته باشد. با انجام آزمایشات در مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی مشاهده شد که کنترل عملکرد بر مبنای قلیاییت همیشه درست و قابل اعتماد نیست و منجر به حصول حداقل سختی در خروجی نمی شود. علاوه بر این استفاده از این روش مستلزم انجام آزمایشات وقت گیر و استفاده از مواد گران قیمت شیمیایی از جمله شناساگر و تولید پساب آزمایشگاهی است. آزمایشات ما نشان داد که با افزودن آهک به نمونه هدایت الکتریکی و سختی هر دو کاهش پیدا می کنند، ولی بعد از عبور از نقطه بهینه به دلیل ورود آهک اضافی به نمونه هدایت وسختی افزایش پیدا می کند، همچنین آزمایشات نشان داد که نقاط اپتیمم هدایت الکتریکی و سختی بر یکدیگر منطبق هستند در عین حال مشخص شد که می توان از اندازه گیری هدایت الکتریکی به عنوان یک روش کم هزینه، بدون نیاز به مصرف مواد شیمیایی و حداقل لجن رسوبی برای کنترل عملکرد برج های واکنش استفاده کرد که منجر به دستیابی به حداقل سختی در خروجی، بدون تولید پساب آزمایشگاهی خوا هد شد. با انجام آزمایشات در مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی مشاهده شد که کنترل عملکرد در روش جدید که بر مبنای هدایت الکتریکی است، دارای دقت بسیار بالایی بوده و به راحتی می تواند نقطه بهینه را تشخیص دهد. همچنین سادگی و راحتی کنترل و نیاز نداشتن به هیچ ماده شیمیایی از دیگر ویژگی های این روش است. کلمات کلیدی : نرم سازی، هدایت الکتریکی،کنترل فرایند، قلیاییت، روش شیمیایی