转鼓真空过滤机的藻类脱水：过程建模、模拟与技术经济

亮点： 1、 藻类滤饼层压缩性显著影响质量运输

2、评估了滤饼层孔径以确定破裂压力

3、评估了流程资本投资和经营成本

4、确定了最佳操作条件和最低脱水成本

5、发现了两个成本敏感的域名从而避免使用

关键词：藻类脱水；过滤；过程建模与仿真；资本和能源；过程优化；技术经济学

摘要：

选择清洁和节能的旋转鼓真空过滤进行藻类脱水。通过将滤饼层渗透性与藻类和滤饼层的物理参数相关联，对过滤表面上的藻饼层的动力学形成进行建模。 在建模中考虑了藻饼层的压缩性，并讨论了其对藻类脱水的影响。论文网

脱水过程被用来模拟以确定过程能量需求。过程经济学被用来评估关于脱水成本的考虑，包括资本投资和能源成本，以及劳动力，安装，维护和基础设施。通过工艺优化实现了最佳操作条件和最小脱水成本，并且确定了操作过滤中的两个成本敏感区。技术经济学表明，通过扩大过程可以进一步降低脱水成本。

1 介绍

过滤是从流体中除去颗粒物质的成熟技术。在水处理（如浊度去除）[1-3]，食品加工（如啤酒和酒的澄清）[4-6]，空气清洁（如除尘和除菌）等方面已经发现了广泛的工业应用。目前，各种过滤介质可用于从亚微米到100 μm [8-11]去除这些小颗粒物。过滤是基于尺寸去除颗粒物，因此它不需要大量的能量输入，所以采用低压（例如20-30kPa）再加上这些精心安排的多孔过滤介质进行过滤便可以达到高通量的效果[12]。

大多数在5-20微米范围内的微藻在保护能源和环境方面发挥着关键作用。藻类的培养消耗大量作为藻类生物质合成碳源的二氧化碳。同时，由于藻类生长速度快，脂质含量高；所以藻类已大量培育用来提供可再生能源和降低二氧化碳排放[14-16]。培养基中藻类的浓度通常为0。1w / w％，而通过离心方法进行收获可提高浓度至20w / w％。对20w / w％收获的藻类进行脱水的传统方法是用热能蒸发大部分剩余的80％含水量[17]。但是鉴于水的潜热极高，因此通过蒸发进行的脱水需要非常大的能量输入。所以寻找替代方法来解决如何提高藻类脱水能量效率的问题具有良好的发展空间。

我们藻类生物燃料项目的一个主要目标是最大限度地提高能源回报从而更好地帮助人们解决能源可持续发展问题。该过程的每个操作单元可以从使用节能技术中受益，其中采用旋转鼓式真空过滤器（RDVF）来对藻类进行脱水可以满足节能过滤的要求。工业连续运行过程由于工艺灵活性的扩大，不需要额外的中间产品储存空间。此外，通过使用真空操作，可以使多孔硅藻土层中所含的滤液水量最小化。因此，大部分的加热层可以从随后的藻类干燥过程中去除，这已经被认为是限制藻类生物燃料技术的总能量效率的瓶颈之一[18,19]。

为了展示用于脱藻藻类的RDVF过滤方法，开发了一个数学模型来建模通过藻类滤饼层以及下部过滤介质的滤水输送。藻饼层和过滤介质的传输电阻与其物理性质相关。将滤饼层电阻与其特性参数相关联，使模型成为基础，直观可靠的模拟。藻类是一种软的材料，在该模型中必须考虑过滤过程中藻类滤饼层的压缩，以适当地模拟观察到的滤饼层的行为。对于滤饼层中的等效孔径确定了一个值，这是模拟藻类滤饼层脱水所需的参数。

 过程经济学是表征技术可行性的重要指标。文献调查显示，很少有人从事藻类脱水成本分析工作[20]。为了确定使用过滤器进行藻类脱水的成本，需要对进程资本和运营能源成本进行评估。采取过程优化则可以证明通过确定最佳操作条件来减少脱水成本的可能性。通过对能源，资金和安装，基础设施，劳动力和维护等全球脱水成本的分析可以证明通过适当的规模扩张能显着减少成本的比例。因此，通过考虑整个过程规模，也可以进一步探索减少脱水成本的方法。