دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – طراحی فرآیند

عنوان:

مدلسازی کاهش فعالیت کاتالیست Pt – Sn/Al2O3 فرآیند دهیدروژناسیون پارافین های سنگین در تولید آلکیل بنزن خطی

چکیده:

واکنش دهیدروژناسیون پارافین های خطی در محدوده C14 – C10 از جمله مراحل مهم فرایند تولید آلکیل بنزن های خطی (LAB) مورد استفاده در تولید شوینده ها می باشد. از جمله کاتالیست های مورد استفاده، کاتالیست Pt – Sn/Al2O3 بوده که در اثر نشست کک فعالیت خود را به مرور زمان از دست خواهد داد. در این تحقیق ابتدا مدلسازی راکتور بستر ثابت برای دهیدروژناسیون پارافین های سنگین بر روی کاتالیست Pt – Sn/Al2O3  مورد مطالعه قرار گرفت. با استفاده از عبارت های سینتیکی مناسب برای واکنش های اصلی و جانبی یک مدل جامع برای راکتورهای جریان شعاعی به دست آمد. مدلسازی شامل چندین معادله دیفرانسیل با مشتقات جزئی، معادلات دیفرانسیل عادی و جبری می باشد که به صورت عددی و همزمان با هم حل شدند و تغییرات ترکیب درصد اجزای واکنش به صورت تابعی از زمان و شعاع راکتور به دست آمد. بیشترین تغییرات واکنش ها در ورودی راکتور و در لحظات اولیه برای تولید اولفین می باشد. در این راستا ضمن ارائه یک مدل ریاضی برای رکتورهای بستر ثابت مدل های سینتیکی واکنش اصلی و واکنش نشست کک نیز بررسی شد. سپس مدل مناسب جهت توصیف پدیده غیرفعال شدن کاتالیست مذکور در دهیدروژناسیون پارافین های سنگین ارائه شده و کارایی مدل ارائه شده در مقایسه با نتایج صنعتی ارزیابی شد.

مقدمه

تولید اولفین ها تحت واکنش هیدروژن زدایی از پارافین ها، از اواخر دهه 1930 شروع شده است. در طول جنگ جهانی دوم، هیدروژن زدایی از بوتان به واسط کاتالیست کروم – آلومینا، برای تولید بوتن به کار گرفته شد که با دیمر شدن بوتن به اکتن، و در نهایت با هیدروژن گیری اکتن، اکتان تولید می شود که سوخت مورد نیاز برای هواپیماهای جنگی بود.

هیدروژن زدایی از بوتان با استفاده از کاتالیست کروم – آلومینا، اولین بار توسط دانشمند آلمانی Leuna عملی و اقتصادی شد. همچنین این کار به طور جداگانه توسط شرکت (UOP (Universal Oil Products به همراه شرکت ICI در انگلیس پیگیری و توسعه داده شد. اولین واحد طراحی شده توسط UOP در سال 1940 در Billingham انگلیس راه اندازی شد و به دنبال آن در سال 1941 در Heysham انگلیس واحد دیگری شروع به کار کرد. هدف اولیه از هیدروژن زدایی بوتان تولید شده با دیمر شدن توسط کاتالیست های اسید سولفوریک جامد به اکتن تبدیل می شود.

به دنبال آنها، شرکت های دیگر بلافاصله در این راستا شروع به فعالیت نمودند. به عنوان مثال، شرکت Phillips Petroleum در سال 1943 یک راکتور چند لوله ای برای هیدروژن زدایی در Borger راه اندازی کرد. با این وجود توسعه عمده و شاخص در این راستا توسط Houdry با هیدروژن زدایی در فشارهای کمتر از فشار اتمسفر با درصد تبدیل بالا، انجام شد. این فرایند تا پایان جنگ جهانی دوم یک مسیر روبه رشدی را دنبال می کرد. بعد از جنگ جهانی دوم، Houdry سیستم هیدروژن زدایی به وسیله کاتالیست کروم آلومینا را اقتصادی کرد و آ ن را در جهت تولید بوتاداین گسترش داد که به عنوان فرآیند Catadiene معروف است. سایر شرکت ها نظیر Shell و Gulf و Dow تکنولوژی های مشابهی از هیدروژن زدایی را راه اندازی کردند.

در فرآیند هیدروژن زدیی به وسیله کاتالیست کروم – آلومینا، کاتالیست در یک بستر ثابت واقع در درون راکتور پر شد است که ممکن است یک کره یا استوانه عمودی یا افقی باشد. اساس همه طراحی ها بر این واقعیت استوار است که جریان گاز در سطح وسیعی توزیع می شود و در عین حال افت فشار پایینی می خواهیم داشته باشیم. در طول فرآیند هیدروژن زدایی مقادیر زیادی کک بر سطح کاتالیست رسوب می کرد، بنابراین چند راکتور به صورت موازی باید کار می کرد تا در مواقعی که یک راکتور برای احیا کاتالیست از خط خارج می شود راکتور دیگر در حال کار باشد.

فصل اول

کلیات فرآیند هیدروژن زدایی از پارافین های سنگین

1-1- هدف

تولید اولفین ها تحت واکنش هیدروژن زدایی از پارافین ها، از اواخر دهه 1930 شروع شده است. در طول جنگ جهانی دوم، هیدروژن زدایی از بوتان به واسطه کاتالیست کروم – آلومینا، برای تولید بوتن به کار گرفته شد که با دیمر شدن بوتن به اکتن، و در نهایت با هیدروژن گیری اکتن، اکتان تولید می شود که سوخت مورد نیاز برای هواپیماهای جنگی بود.

هیدروژن زدایی از بوتان با استفاده از کاتالیست کروم – آلومینا، اولین بار توسط دانشمند آلمانی Leuna عملی و اقتصادی شد. همچنین این کار به طور جداگانه توسط شرکت (UOP (Universal Oil Products به همراه شرکت ICI در انگلیس پی گیری و توسعه داده شد. اولین واحد طراحی شده توسط UOP در سال 1940 در Billingham انگلیس راه اندازی شد و به دنبال آن در سال 1941 در Heysham انگلیس واحد دیگری شروع به کار کرد. هدف اولیه از هیدروژن زدایی بوتان تولید بوتن بود که بوتن تولید شده با دیمر شدن توسط کاتالیست های اسید سولفوریک جامد به اکتن تبدیل می شود.

به دنبال آنها، شرکت های دیگر بلافاصله در این راستا شروع به فعالیت نمودند. به عنوان مثال، شرکت Phillips Petroleum در سال 1943 یک راکتور چند لوله ای برای هیدروژن زدایی در Borger راه اندازی کرد. با این وجود توسعه عمده و شاخص در این راستا توسط Houdry با هیدروژن زدایی در فشارهای کمتر از فشار اتمسفر با درصد تبدیل بالا، انجام شد. این فرآیند تا پایان جنگ جهانی دوم یک مسیر روبه رشدی را دنبال می کرد. بعد از جنگ جهانی دوم، Houdry سیستم هیدروژن زدایی به وسیله کاتالیست کروم آلومینا را اقتصادی کرد و آن را در جهت تولید بوتاداین گسترش داد که به عنوان فرآیند Catadiene معروف است. سایر شرکت ها نظیر Shell و Gulf و Dow تکنولوژی های مشابهی از هیدروژن زدایی را راه اندازی کردند. در فرایند هیدروژن زدایی به وسیله کاتالیست کروم – آلومینا، کاتالیست در یک بستر ثابت واقع در درون راکتور پر شده است که ممکن است یک کره یا استوانه عمودی یا افقی باشد. اساس همه طراحی ها بر این واقعیت استوار است که جریان گاز در سطح وسیعی توزیع می شود و در عین حال افت فشار پایینی می خواهیم داشته باشیم. در طول فرایند هیدروژن زدایی مقادیر زیادی کک بر سطح کاتالیست ها رسوب می کرد، بنابراین چند راکتور به صورت موازی باید کار می کرد تا در مواقعی که یک راکتور برای احیا کاتالیست از خط خارج می شود راکتور دیگر در حال کار باشد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

“M.Sc” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – طراحی فرآیند

عنوان:

ارزیابی و ارتقای قابلیت اطمینان و در دسترس بودن یک واحد صنعتی

چکیده

صنایع نفت، گاز و پتروشیمی ایران تا حد زیادی از این روشها و کاربردهای آنها بیبهره هستند. بدین منظور، روش شبیه سازی اتفاقی  مونت کارلو جهت ارزیابی قابلیت اطمینان و در دسترس بودن یک واحد تقویت فشار انتقال گاز پیاده سازی شد. از آنجایی که طرح جدیدی برای آرایش واحدهای کمپرسور و سایر تجهیزات مربوطه برای احداث در ایستگاه های جدید توسط طراحان و سازندگان پیشنهاد گردیده است، لذا جهت ارزیابی این طرح جدید و مقایسه آن با طرح های موجود آرایش ایستگاه، هر دو آرایش با استفاده از روش مونت کارلو شبیه سازی گردیدند. نتیجه ای که به دست آمد این بود که طرح آرایش جدید تا حد زیادی به خرابی تجهیزات حساس بوده و همین امر موجب کاهش ظرفیت آن در خرابیهای کوچک میگردد. در دسترس بودن این طرح جدید، تقریباً ۵ درصد کمتر از طرح سنتی و رایج است که این امر میتواند هشداری برای طراحی واحدهای مشابه با حساسیت بالا گردد.

مقدمه

در هر جامعه مدرن، مهندسان و مدیران فنی مسؤول برنامه ریزی، طراحی، ساخت و بهره برداری از ساده ترین تا پیچیده ترین سیستم های مهندسی هستند. از کار افتادن این سیستمها موجب وقوع اختلال در سطوح مختلفی میشود و میتواند حتی به عنوان تهدیدی شدید برای جامعه و محیط زیست نیز تلقی شود. از این رو مصرف کنندگان و به طور کلی مردم جامعه انتظار دارند که سیستمها پایا، اطمینان بخش و ایمن باشند. بنابراین، به عنوان یک پرسش اساسی چنین مطرح است که قابلیت اطمینان سیستم در طول عمر کاری آینده اش چه میزانی است و ایمنی آن چقدر است؟ این پرسشی است که بخش هایی از آن را میتوان با ارزشیابی و کمیت سنجی قابلیت اطمینان پاسخ گفت.

شیوه های ارزیابی قابلیت اطمینان از نظر تاریخچه پیدایش، در ابتدا در ارتباط با صنایع هوافضا و کاربردهای نظامی شکل گرفت، ولی سریعاً توسط سایر صنایع، مانند صنایع هسته ای که تحت فشار شدیدی جهت تضمین ایمنی و قابلیت اطمینان راکتورهای هسته ای در تأمین انرژی الکتریکی میباشند و یا صنایع فرآیندی مانند صنایع فولاد و صنایع شیمیایی که هر ساعت از توقف آنها به علت وقوع معایب، میتواند موجب تحمیل خسارت های بزرگ مالی و جانی و آلودگی محیط زیست شود، مورد توجه و کاربرد قرار گرفت. اگر چه لازم به تذکر است که در تمام این زمینه ها شاهد وقوع مسایل و مشکلات شدیدی در سال های اخیر بودهایم. از جمله حادثه ای که در صنایع هوافضا در سال 1986 برای فضاپیمای چلنجر پیش آمد و همچنین حادثه های دیگر مربوط به برخی هواپیماهای تجاری و مسافربری؛ در صنایع هسته ای، حادثه های نیروگاه چرنوبیل (1986) و جزایر سه مایلی (1979)، در تأمین انرژی الکتریکی، خاموشی شهر نیویورک (1977)، در صنایع شیمیایی، حادثه های فیلکسبرو (1974)، سوسو (1976)، بوپال (1984) و بسیاری از حوادث دیگر، که در تمام این رخدادها، علاوه بر خسارت های سنگین مالی، خسارت های چشمگیر و شدیدی بر سلامتی افراد جامعه و محیط زیست تحمیل شد.

این رخدادها به ویژه فشار فزایندهای برای لزوم توجه به ارزیابی قابلیت اطمینان، ایمنی و احتمال خطر ایجاد کرده است. در اینجا اساساً دو بحث مطرح است: یکی تحت عنوان مخاطره که صرفاً از نظر شدت قابل تقسیم بندی میباشد و دیگری تحت عنوان ریسک که علاوه بر شدت خطر احتمال وقوع آن را نیز مورد توجه قرار میدهد. شیوه های ارزیابی قابلیت اطمینان اصولاً بر محور ارزیابی احتمال خطر استوار است و لذا هر دو جنبه شامل شدت خطر و همچنین احتمال وقوع آن به حساب می آیند. این شیوه ها کاربردهای وسیعی یافته است و در تمام زمینه های دیگر که اثرات اقتصادی و اجتماعی بر نقص عملکرد مترتب است، مورد استفاده قرار میگیرد که از جمله صنایع انرژی، صنایع شیمیایی، صنایع فولاد، شیشه، صنایع اتومبیل و نظایر آنها را میتوان نام برد.

روشن است که عموم مهندسان باید از مفاهیم اساسی و بنیادی کاربرد شیوه های ارزیابی قابلیت اطمینان آگاه باشند؛ زیرا که قوانین امروز، طراحان، تأمین کنندگان مواد و تجهیزات و نیز پیمانکاران و سازندگان را مسؤول خسارتهای وارده بر مصرف کنندگان، به سبب بروز معایب میشناسد. البته لازم به ذکر است که ارزیابی قابلیت اطمینان بحث چندان جدیدی نیست، زیرا که مهندسان همواره به طراحی، ساخت و بهره برداری سیستمهایی که نسبتاً عاری از اشکالات و معایب باشد، علاقمند بوده اند. سابق بر این، قابلیت اطمینان بر مبنای تحلیلهای کیفی از سوابق و تجربیات در طراحی و بهره برداری حاصل میشد، ولی این روش همیشه به عنوان قضاوت مهندسی مورد تردید و غیر قابل اتکا و نامناسب بوده است.

قابلیت اطمینان ، یک مشخصه ذاتی از هر سیستم است و لذا یکی از پارامترهای طراحی محسوب میشود که همواره باید در طی فرآیند طراحی به عنوان یکی از معیارهای مهم آن مورد توجه قرار گیرد. بنابراین برای حصول این امر، نیاز به کمیت سنجی قابلیت اطمینان میباشد. مفاهیم کیفی مانند این که “این سیستم دچار از کار افتادگی نخواهد شد” و یا “این سیستم بسیار قابل اطمینان است” و یا این که “سیستم (الف) قابل اطمینان تر از سیستم (ب) است”، به هیچ وجه معنای تکنیکیِ قابل ارزیابی را به دست نمیدهند. اگر چه از سمت دیگر، این هم یک اشتباه است که قضاوتهای مهندسی را صرفاً با اعداد و ارقام مبینِ قابلیت اطمینان جایگزین نمود. زیرا در نهایت، این قضاوتها هستند که مبنای انجام عملی را تشکیل میدهند. علاوه بر این، توجه شود که شاخص های عددی قابلیت اطمینان برای نشان دادن این است که:

1- چگونه یک سیستم از کار می افتد؟

2- عواقب از کار افتادن سیستم چیست؟

3- ارتباط میان کیفیت و هزینه سرمایه گذاری و مسایل اقتصادی چگونه است؟

با وجود این آگاهی ها، میتوان به طرحهایی که توجیه اقتصادی بهتری داشته باشند و از نظر مشخصات تکنیکی و بهره برداری مناسب تر هستند، دست یافت. ارزیابی های کمی به ویژه در ارتباط با دو هدف ( ۱) و ( ۲) در بالا، میتواند به کار برود:

– ارزیابی عملکردهای گذشته

– پیش بینی عملکردهای آینده

ارزیابی عملکردهای گذشته، به دفعات توسط بسیاری از شرکت ها و مؤسساتی که پیش بینی عملکرد آینده در برنامه کارشان نیست هم صورت میگیرد. محاسن ارزیابی عملکردهای گذشته عبارتند از:

– شناخت نواحی ضعیفی که نیاز به تقویت و یا اصلاح دارد؛

– شناخت روند علمی رخدادها و حوادث؛

– تعیین شاخص برای حالت موجود که مبنایی برای هدایت به مقادیر قابل قبول در آینده قرار گیرد؛

– فراهم شدن شرایط، برای تحلیل حساسیت پارامترهای طراحی.

پیش بینی عملکرد آینده، نیاز به ارزیابی عملکردهای گذشته است و لذا ضرورتاً اطلاعات آماری مورد نیاز میباشد. پیش بینی مشخصات عملکرد یک سیستم، محاسن ذیل را در بردارد:

– چگونگی عملکرد انتظاری مشخص میشود؛

– منافع انتخاب طرح های مختلف تعیین میشود؛

– تأثیر سیاست های نگهداری و کاربری معلوم میشود.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – محیط زیست

عنوان:

جداسازی آمونیاک از پساب توسط بیوفیلتر و بررسی انتقال جرم در فیلترهای بیولوژیکی

چکیده

میکروارگانیسم ها اساسا باکتری ها و اکتیومس ها که به بستر بیوفیلترها اتصال دارند وظیفه تجزیه اجزای معدنی و آلی با قابلیت تجزیه بیولوژیک را دارند و عمدتا نتیجه فعالیت این میکروارگانیسم ها در خروجی از بیوفیلتر به صورت دی اکسید کربن، نمک های معدنی و آب مشاهده می شود. حذف مواد در داخل بیوفیلترها ممکن است به صورت یک خط سیر عبوری که سبب بهینه سازی یا تخریب ترکیبات آلی ناخواسته می شود مشاهده شود. این خط سیر غالبا شامل چندین مرحله می باشد.

برخلاف سیر سیستم های تصفیه بیولوژیک مواد زائد، اکوسیستم های بیوفیلتری به حد زیادی نسبت به مازاد یا فقدان مواد غذایی حساس هستند. همچنین تجمع محصولات سمی ناشی در متابولیسم میکروبی نیز به طور قابل توجهی شرایط اکوسیستم را تغییر می دهد و نیز برخی مواد غذایی معدنی در طول زمان در نتیجه تبخیر از میان می روند که این موارد در انتها به تغییرات نامطلوب در شرایط بیوفیلتر منجر می شود.

مقدمه

از گذشته های دور در اثر عبور آب آلوده از یک بستر شنی مقدار زیادی از آلودگی آب کاسته می شد. بعدها از این اصل استفاده شد و بیوفیلترها یا فیلترهای بیولوژیکی در صنعت فاضلاب مورد استفاده قرار گرفتند. بنابراین می توان گفت این فرایند تصفیه پساب، اولین سیستم تصفیه می باشد. فیلترهای بیولوژیک شباهت زیادی به ستون های پکینگ دارد که در بسیاری از پروسس های صنایع پتروشیمی استفاده می شود. فاضلابی که روی محیط (بستر) فیلتر پخش می شود به آهستگی به طرف پایین سرازیر می شود. میکروارگانیسم های موجود در بستر با تغذیه از مواد آلی فاضلاب رشد نموده و تکثیر می یابند. این میکروارگانیسم ها باعث به وجود آمدن یک قشر بیولوژیک روی بستر می شوند که عمده انتقال و حذف مواد آلی به وسیله آن صورت می گیرد.

فصل اول: اساس بیوفیلتراسیون و بررسی کاربرد آن

1-1- تاریخچه بیوفیلتراسیون

نقش طبیعت با دخالت میکروارگانیسم های موجود در آن در پاکسازی اکوسیستم و محیط زیست نقشی اساسی دارد و از نمونه های آن می توان به خود پالایی رودخانه و تصفیه هوا توسط گیاهان و میکروب ها اشاره نمود. آغاز بکارگیری بیوفیلتر در سال 1973 توسط دانشمندی به نام اسمیت جهت تصفیه هوا بود. بستر این فیلتر را خاک تشکیل می داد و اهمیت آن در جداسازی گازهایی نظیر H2S و CO و C2H2 و… بود. در سال 1957، اولین فیلتر خاکی توسط محققی به نام پومروی (Pomeroy) در آمریکا استفاده شد و پس از آن در سال 1959 نوعی از این بیوفیلتر در یک واحد تصفیه فاضلاب در نورمبرگ آلمان به کار گرفته شد. هم اکنون فیلترهای بیولوژیک بستری در سراسر جهان جهت پاکسازی اکوسیستم ها به کار می روند. عمده استفاده از این نوع تصفیه جهت حذف بیولوژیک نیتروژن و فسفر از فاضلاب ها و حذف بود از فاضلاب و هوا می باشد.

2-1- تئوری بیوفیلتراسیون

میکروارگانیسم ها اساسا باکتری ها و اکتیومس ها که به بستر بیوفیلترها اتصال دارند وظیفه تجزیه اجزای معدنی و آلی با قابلیت تجزیه بیولوژیک را دارند و عمدتا نتیجه فعالیت این میکروارگانیسم ها در خروجی از بیوفیلتر به صورت دی اکسید کربن، نمک های معدنی و آب مشاهده می شود. حذف مواد در داخل بیوفیلترها ممکن است به صورت یک خط سیر عبوری که سبب بهینه سازی یا تخریب ترکیبات آلی ناخواسته می شود مشاهده شود. این خط سیر غالبا شامل چندین مرحله می باشد.

برخلاف سایر سیستم های تصفیه بیولوژیک مواد زائد، اکوسیستم های بیوفیلتری به حد زیادی نسبت به مازاد یا فقدان مواد غذایی حساس هستند. همچنین تجمع محصولات سمی ناشی در متابولیسم میکروبی نیز به طور قابل توجهی شرایط اکوسیستم را تغییر می دهد و نیز برخی مواد غذایی معدنی در طول زمان در نتیجه تبخیر از میان می روند که این موارد در انتها به تغییرات نامطلوب در شرایط بیوفیلتر منجر می شود. از نقطه نظر سینتیکی دو فرآیند در بیوفیلتراسیون روی می دهد:

1- فرآیندهای ماکروسینتیک

2- فرآیندهای میکروسنتیک

بیوفیلم حاصل از احاطه فاز جامد موجود در بستر توسط لایه فعال بیولوژیکی عمل نقل و انتقال مواد و تجزیه بیولوژیک را بر عهده دارد. ماکروسینتیک این تجزیه بیولوژیک در داخل بیوفیلم طبق رابطه میکائیلیس منتن توجیه می گردد. در نقل و انتقال و حذف آلاینده در لایه بیوفیلم، دو نوع محدودیت نقش دارند.

– محدودیت به جهت سرعت واکنش سینتیکی

– محدودیت در اثر نفوذ آلاینده

این محدودیت ها به فعالیت بیولوژیک داخل فیلم وابسته است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – فرآیند

عنوان:

بررسی سینتیکی تولید گاز سنتز به روش اکسیداسیون جزئی متان

چکیده:

گاز سنتز کاربرد وسیعی در صنایع مختلف دارد از این گاز در صنایع شیمیایی و پتروشیمی برای تولید محصولات مهمی همچون هیدروژن، متانول، آمونیاک و… و در صنایع ذوب و شکل دهی فلزات برای احیاء استفاده می گردد. در تکنولوژی های صنعتی تبدیل گاز طبیعی به هیدروکربن های مایع (GTL) مرحله نخست تولید گاز سنتز می باشد. بنابراین بهینه کردن فرآیند تولید گاز سنتز از اهمیت خاصی برخوردار است. یکی از باصرفه ترین روش های تولید گاز سنتز اکسیداسیون جزئی کاتالیستی گاز طبیعی می باشد. در این پروژه راکتور کاتالیستی واکنش اکسیداسیون جزئی گاز طبیعی با استفاده از قوانین بقای جرم و انرژی مدلسازی شده و شرایط بهینه عملیاتی به دست آمده است. کاتالیست مورد استفاده در این راکتور Ni/a-Al2O3 می باشد. برای به دست آوردن حداکثر بازده می بایست نسبت دبی مولی متان به هوای ورودی 0,042 و دمای گاز خروجی در محدوده 1250 – 1150 درجه کلوین باشد. همچنین در این مدلسازی از یک کوره الکتریکی جهت تغییر دمای گاز داخل راکتور و نهایتا تغییر میزان تبدیل متان و گزینش پذیری گاز سنتز استفاده شده است.

مقدمه

گاز سنتز (H2 و CO) کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی و پتروشیمی دارد. از گاز سنتز برای تولید محصولاتی نظیر آمونیاک، متانول و… استفاده می شود و در صنایع غذایی برای تولید هیدروژن به کار می رود. همچنین به دلیل داشتن خاصیت احیاکنندگی در صنایع فولادسازی و ذوب فلزات کاربرد دارد. در حال حاضر تنها مسیر ساده برای تبدیل گاز طبیعی فراوان و ارزان قیمت به محصولات باارزش افزوده بالا، از طریق تبدیل آن به گاز سنتز می باشد. بنابراین بهینه سازی فرآیند تولید آن از اهمیت خاصی برخوردار است. در فصل اول این پروژه ابتدا به اهمیت گاز سنتز و کاربردهای آن اشاره شده است و سپس روش ها و فرآیندهای صنعتی تولید آن بررسی گردیده است. یکی از روش های تولید گاز سنتز اکسیداسیون جزئی گاز طبیعی است که در معرض کاتالیست Ni/a-Al2O3 صورت می گیرد. در فصل دوم سنتیک و مکانیسم واکنش اکسیداسیون جزئی گاز طبیعی بررسی شده و به مطالعاتی که در ارتباط با مدلسازی و نقش پارامترهای موثر بر عملکرد راکتور صورت گرفته، اشاره گردیده است. در فصل 3 معادلات ریاضی حاکم بر راکتور کاتالیستی را با استفاده از قوانین بقای جرم و انرژی به دست آورده و راکتور به صورت پایا مدلسازی شده است. در فصل 4 تأثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد راکتور گاز سنتز بررسی گردیده و شرایط بهینه عملیاتی به دست آمده است. در فصل 5 نتایج و نمودارهای لازم برای تغییرات هریک از اجزاء واکنش رسم شده و در انتها نتایج پروژه و پیشنهادات لازم ارائه شده است.

فصل اول

گاز سنتز، اهمیت، کاربردها و روش های تولید آن

1-1- اهمیت گاز سنتز

فرآورده های جهانی از گاز طبیعی در نتیجه کشف میادین جدید نفتی و گازی و افزایش روش های تبدیل آن افزایش می یابد. در بسیاری از مناطق جهان از جمله ایران گاز طبیعی به وفور یافت می شود و قیمت آن نیز بسیار پایین است. ترکیب درصد گاز طبیعی بسیار گوناگون است، اما عمده آن متان می باشد. سایر اجزاء تشکیل دهنده گاز طبیعی، اتان، پروپان، بوتان، پنتان و نیتروژن، دی اکسید کربن و ترکیبات گوگرددار می باشد. گاز طبیعی از مخازن زیرزمینی صرفا گازی و یا منابع همراه با نفت خام قابل استحصال است. منبع دیگر تولید این گاز تجزیه باکتریایی مواد آلی می باشد. گاز طبیعی به عنوان محصولات جانبی در پالایشگاه ها نیز تولید می گردد.

در جدول (1-1) میزان تولید گاز طبیعی و همچنین میزان گاز طبیعی سوخته شده در سال 1973 و 1981 و 1992 نشان داده شده استو همانطور که مشاهده می شود تولید گاز طبیعی در سال 1992 نسبت به سال 1973 حدود 60% افزایش داشته است و همچنین درصد گازهای سوخته شده از 13% به 4% کاهش یافته است. یکی از دلایل این کاهش تزریق مجدد گاز طبیعی به چاه می باشد. اما به دلیل هزینه فشرده سازی گزان قیمت است.

گاز طبیعی قبل از استفاده تجاری، برای خارج ساختن بخارآب، هیدروکربن های مایع، مواد نمکی، ترکیبات گوگرددار و مواد بی اثر، تحت فرآیند تصفیه قرار می گیرد. هیدروکربن های قابل میعان، عموما توسط سرد کردن گاز و شستشو با یک مایع هیدروکربوری، جدا می شوند. این هیدروکربن های عموما پروپان، بوتان و پنتان می باشد. تصفیه گاز می تواند در روی دهانه چاه یا یک ایستگاه مرکزی صورت گیرد. گاز طبیعی فرآوری شده، شامل حجم زیادی متان (بین 75 تا 95 درصد) و مقادیری از اتان، پروپان، بوتان و حتی دی اکسید کربن و نیتروژن بوده و عمدتا بدون گوگرد است. جدول (1-2) ترکیب درصد دو نوع جریان گاز طبیعی غنی و سبک را نشان می دهد. گاز طبیعی نوع سبک دارای 95% یا بیشتر گاز متان است. اما نوع غنی حدود 15% یا بیشتر اجزاء آن اتان و محصولات سنگین تر است. در مورد دوم جداسازی اجزاء سنگین تر دارای صرفه اقتصادی است زیرا LNG و LPG دارای ارزش بالایی است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – فرآیند

عنوان:

بررسی پدیده کوالسنس در سیستم های پراکنده مایع – مایع بهم خور

چکیده:

کوالسنس نقش تعیین کننده ای در بسیاری از فرآیندهای صنعتی ایفا می کند. نرخی که در آن قطرات یا حباب ها در مایع معلق شده اند، کوالسنس در تهیه و پایداری، امولوسیون ها، فم ها، پراکنده سازی ها: در استخراج مایع – مایع، در شناور سازی معدنی بسیار مهم است.

معمولا کوالسنس در سه مرحله اتفاق می افتد:

1- نزدیک شدن یک قطره یا حباب به طرف یکدیگر و یا فصل مشترک مایع – مایع.

2- تشکیل فیلم مایع فاز پیوسته بین دو قطره و یا بین قطره و فصل مشترک.

3- رقیق شدن و گستختگی فیلم نازک و اتفاق افتادن کوالسنس.

مقدمه:

اختلاط دو مایع امتزاج ناپذیر، به گونه ای است که یک مایع در مایع دیگر پراکنده شده و ایجاد قطره می نماید. توزیع اندازه قطرات (که ناشی از دو پدیده مخالف هم یعنی شکسته شدن و درهم ادغام شدن قطرات می باشد) نقش مهمی در کارایی بسیاری از فرآیندهای صنعتی از قبیل تولید مواد شیمیایی، معدنی، نفت، مواد داروئی، غذایی و غیره دارد. برای سیستم های پراکنده مایع – مایع که در آنها انتقال جرم یا واکنش شیمیایی صورت می گیرد، نسبت مساحت سطح به حجم قطرات بایستی در حداکثر ممکن باشد و این یعنی کوچکتر شدن هرچه بیشتر قطرات. اما این امر مسائلی نیز به دنبال دارد مانند افزایش زمان جدائی دو فاز. بنابراین همواره به دنبال یک توزیع اندازه قطره بهینه هستیم و این توزیع بستگی به نرخ کوالسنس و شکسته شدن قطرات و اینکه کدام تعیین کننده باشد دارد.

فصل اول: کلیات

1-1) هدف

همانطور که گفته شد سیستم های پراکنده نقش مهمی در فرایندهای عملیات مهندسی شیمی و واکنش های شیمیایی دارند. در آن واکنش های شیمیایی که سطح مشترک عامل تعیین کننده سرعت است و عملیات های انتقال جرم و حرارت، هرچه قطرات ریزتری داشته باشیم، نرخ انجام فرایند افزایش می یابد. اما این امر مشکلاتی را نیز به همراه دارد و زمان جداسازی فازها ممکن است روزها به طور بانجامد که هرگز مطلوب نمی باشد. همچنین ریزتر کردن قطرات هزینه های عملیاتی را بالا می برد. بنابراین در طراحی های سیستم های پراکنده همواره یک توزیع اندازه قطره بهینه مورد نظر است. این توزیع ممکن است باریک و یا گسترده باشد که مسلما توزیعی مناسب است که دارای کمترین انحراف استاندارد باشد. این توزیع علاوه بر مشخصات فازها (ویسکوزیته، دانسیته، کشش بین سطحی) به ساختار هندسی و دور همزن نیز بستگی دارد که همگی آنها را می توان در نرخ های شکسته شدن و کوالسنس قطرات خلاصه کرد.

در طراحی بهینه سیستم های پراکنده در تانک های اختلاط شونده از نوع همزنی بایستی استفاده کرد که با مصرف کمترین میزان انرژی، پراکندگی مورد نظر را در سریع ترین زمان ممکن به وجود آورد. همزن توربینی شش تیغه ای (معروف به توربین راشتون) با توجه به مشخصات پراکنده سازی خوبی که دارد برای این منظور در محدوده های ویسکوزیته کم و در مطالعات سیستم پراکنده مایع – مایع عموما به کار می رود. اگر مکانیسم تعیین کننده اندازه قطرات مجهول باشد، امکان طراحی مناسب عملیات سخت می گردد و ممکن است مسائل مختلفی به وجود آید، مثلا اصلا به اندازه مطلوب قطره دست نمی یابیم یا اینکه بعد از مدت طولانی این امر حاصل شود و یا حتی اندازه قطر متوسط مطلوب به دست آمده باشد ولی توزیع خیلی گسترده باشد.

انتقال جرم و واکنش های شیمیایی بر نرخ های شکسته شدن و کوالسنس و در نتیجه توزیع اندازه قطرات تاثیر دارد. این امر می تواند به دلیل تغییر مشخصات فیزیکی فازها باشد و یا اینکه جزء سوم دیگر بر رفتار کوالسنس تاثیرات مختلفی داشته باشد. در مطالعات سیستم های پراکنده سعی می کنند تا آنجا که امکان دارد فازها خالص و عاری از هرگونه ناخالصی باشد تا اثرات پارامترهای سیستماتیک و مکانیک سیالاتی بهتر مشخص گردد.

اگر سیستم ذاتا کوالسنس کننده باشد، یا اینکه درصد حجمی فاز پراکنده بالا باشد و یا انرژی توربلانسی فاز پیوسته برای شکستن قطرات کافی نباشد، دورهای پایین همزن به قطرات بزرگی خواهد شد. اگر شرایط به گونه ای باشد که نرخ های شکسته شدن و کوالسنس قابل مقایسه باهم باشند، احتمالا خیلی دیر به توزیع مورد نظر دست خواهیم یافت و اگر طراحی تانک و همزن و شرایط عملیاتی به خوبی صورت نگرفته باشد، توزیع خیلی گسترده ای ممکن است حاصل آید.

در این پروژه هدف دانستن مکانیسم تعیین کننده اندازه قطرات و توزیع اندازه قطرات که نقش تعیین کننده در طراحی بهینه تانک های اختلاط شونده دارد، می باشد.

2-1) پیشینه تحقیق

بسیاری از نتایج آزمایشگاهی با تشکیل قطره در یک نازل و سپس رها شدن آن بر روی فصل مشترک مایع – مایع به دست آمد، به طوری که زمان پیوند قطره را بتوان اندازه گیری کرد.

اولین مطالعه دانشگاهی توسط رانولدز (1881) با شاهد پیوند قطرات باران در یک استخر انجام شد و این مسئله توسط ورسینگتون (1895) و اسملوچوسکی (1971) با عکس برداری که آنها را قادر ساخت تا پدیده های پیچیده ای را مشاهده کنند، پیگیری شد و آنها را به سوی مکانیسم تشکیل قطره کوچک هدایت کرد. یک تعریف اجمالی از زمان پیوند یک قطره در فصل مشترک را از زمان تولید یک قطره در نازل تا رسیدن به نقطه ای که محتویات قطره به داخل فاز همگون منتقل شود در نظر می گیرند. یک لایه نازک از سیال فاز پیوسته بین قطره و فصل مشترک حائل می شود، این لایه باید قبل از اینکه عمل گسیخته شدن و سپس انتقال به داخل فاز همگون اتفاق بیافتد، تخلیه شود و تخلیه این لایه نازک فرایند پیوند قطره را کنترل می کند.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

“M.Sc” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – فرآیند

عنوان:

بررسی تولید گاز سنتز در راکتور کرونای پالسی

چکیده:

گاز سنتز (مخلوط گازهای هیدروژن و مونوکسید کربن) گازی بی رنگ و بی بو و سمی است که به عنوان ماده میانی مهمی در فرآیندهای پتروشیمی مانند واکنش های تبدیل گاز به مایع (GTL)، متانول، آمونیاک و غیره به کار می رود. روش های موجود برای تولید گاز سنتز به دلیل نیازمندی به شرایط خاص معمولا بسیار پرهزینه است. بنابراین به کارگیری یک روش جایگزین سهل و کم هزینه می تواند جذاب باشد. به عنوان مثال استفاده از پلاسمای سرد (پالسی و غیر پالسی) می تواند یکی از این گزینه های جذاب باشد. در این پروژه راکتور پلاسمای پالسی کرونای مثبت با راکتور نقطه – صفحه ای برای تبدیل گاز متان در حضور اکسیژن به گاز سنتز به کار گرفته شده است. بعد از برپایی یک مجموعه آزمایشگاهی، تاثیر پنج پارامتر فرکانس پالس (1000 تا 5000 هرتز)، ولتاژ (5 تا 10 کیلوولت)، فاصله الکترودها (5 تا 10 میلیمتر)، نسبت CH4:O2 (2 تا 4) و دبی گاز ورودی به راکتور (250 تا 500 سی سی در دقیقه) در دو مرحله و 3 سطح بر میزان درصد تبدیل متان، گزینش پذیری هیدروژن و مونوکسید کربن، نسبت H2:CO و توان مصرفی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها براساس روش فاکتوریل کامل (full factorial) طراحی شدند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که: ولتاژ، نسبت CH4:O2، دبی گاز ورودی به راکتور، بر روی درصد تبدیل متان، نسبت CH4:O2، دبی گاز ورودی و ولتاژ بر روی گزینش پذیری مونوکسید کربن، نسبت CH4:O2 بر روی نسبت H2:CO، و نسبت CH4:O2 و دبی گاز ورودی به راکتور بر روی انرژی مصرفی به ترتیب ذکر شده موثر هستند. در حالت بهینه سیستم میزان تبدیل متات 43,37%، گزینش پذیری مونوکسید کربن 50,24%، گزینش پذیری هیدروژن 75,11%، نسبت H2:CO 2,99 و انرژی مصرفی 18,18 conv. mj/m3 methane می باشد.

مقدمه:

گاز سنتز (مخلوطی از هیدروژن و مونوکسید کربن) به عنوان یک ترکیب حد واسط بسیار پراهمیت در صنایع پتروشیمی برای انجام واکنش های گاز به مایع (GTL) و تولید هیدروکربن هایی ارزشمند مانند متانول، آمونیاک و… جایگاهی ویژه در تحقیقات مرتبط با صنایع پتروشیمی، جهت بهینه سازی فرآیندها و در نتیجه افزایش بهره وری واحدها و فرآیندها از جهت افزایش بازده و کاهش انرژی مصرفی دارد.

روش های مرسوم تولید گاز سنتز مانند اکسیداسیون جزیی متان و رفرمینگ با بخار، به ترتیب با نیاز به انرژی حرارتی بالا و کاتالیزور، روش های پرهزینه ای به شمار می روند. از این رو چالشی بزرگ در پیش روی به کارگیری گاز سنتز وجود دارد. به این ترتیب تعیین یک روش کم هزینه تر و یا پربازده تر مطلوب تواند بود.

به همین دلیل پژوهش های فراوانی برای یافتن یک روش جایگزین انجام گرفته است. فن آوری هایی مانند: راکتورهای غشایی، ریفورمر مبدل حرارتی و راکتورهای پلاسما از جمله دست آوردهای این تحقیقات می باشند.

راکتورهای پلاسما در طی این مدتی که از کاربردشان به صورت جدی در زمینه تحقیقاتی (و البته نیمه صنعتی و صنعتی) می گذرد نشان داده اند، که با ایجاد زمینه ای مناسب جهت کاهش انرژی و در نتیجه هزینه های مربوط، گامی روبه جلو در صرفه جویی مصرف انرژی می باشند.

طبیعی است اگر این نتایج برای تولید ماده ارزشمندی چون گاز سنتز موثر بیفتد شاهد تحولی شگرف در صنایع پتروشیمی خواهیم بود.

با مطرح شدن و اهمیت پیدا نمودن مفهوم پالس در سال های اخیر – به عنوان یک پارامتر پراهمیت در جهت کاهش انرژی مصرفی و افزایش میزان تبدیل مواد اولیه داخل راکتور – به کارگیری راکتورهای پلاسمای پالسی برای تولید گاز سنتز با انگیزه میزان تبدیل بالاتر متان در قبال انرژی مصرفی کمتر روند جدی تری به خود گرفته است. بخشی از فعالیت های انجام گرفته در این زمینه در فصل اول جهت آگاهی علاقمندان آورده شده است.

در این پژوهش کوشش شده است گاز سنتز در یک راکتور کرونای پالسی با فرکانس بالا از خوراک متان و اکسیژن در شرایطی از میزان تبدیل و انرژی مصرفی قابل قبول به همراه نسبتی از محصولات که برای به کارگیری در صنایع پتروشیمی مناسب باشند، تولید شود.

از این رو با توضیح شرایط عملیاتی و نوع طراحی آزمایش که تلاش شده است با دقت بالایی انتخاب شود نتایج به دست آمده ارائه می شوند.

در ادامه به کمک تحلیل های آماری و رسم نمودار ضمن تعیین تاثیر پارامترهای مورد بررسی تاثیر و میزان تاثیر هریک مورد بحث قرار می گیرند و نقاط بهینه تعیین می گردند.

لازم به ذکر است جهت آشنایی با روال تحقیقات و نتایج موجود در این زمینه و آشنایی با مفاهیم پایه پلاسما و گاز سنتز، در فصول یک و دو توضیحاتی آورده شده است. ولی توضیحات تفصیلی به خاطر دوری از اطاله کلام در اینجا آورده نشده است. در این مورد علاقمندان می توانند به سمینار اینجانب با نام “بررسی واکنش های شیمیایی در راکتورهای پلاسمای همراه پالس” تحت نظارت دکتر محمدرضا امیدخواه مراجعه نمایند.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – محیط زیست

عنوان:

ارتقاء کیفیت پساب خروجی از برکه های تثبیت به کمک مواد منعقد کننده معدنی (مطالعه موردی: تصفیه خانه فاضلاب پرکندآباد مشهد)

چکیده

یکی از روش های ارزان قیمت تصفیه فاضلاب، برکه های تثبیت است که کاربرد آنها در مناطق دارای آب و هوای گرم در صورت وجود زمین کافی و ارزان قیمت بسیار مناسب می باشد.

اگرچه برکه های تثبیت از نظر هزینه های ساختمانی اولیه ممکن است هزینه بر باشند ولی در مجموع از نظر کارهای ساختمانی ساده بوده و حداقل نیاز به تجهیزات الکترومکانیکال را دارا می باشند. علاوه بر این با توجه به عدم مصرف انرژی از نظر هزینه های بهره برداری و نگهداری نیز ارزان می باشند. همچنین در برکه های تثبیت به تاسیسات پیچیده تغلیظ، هضم و آبگیری لجن نیز نیاز نخواهد بود. لجن تولیدی در برکه ها را در فواصل زمانی طولانی مدت (هر 10 – 5 سال یک مرتبه) تخلیه می نماید. کارایی برکه های تثبیت در زدایش عوامل آلاینده فاضلاب در حد قابلی بوده به طوری که حتی راندمان زدایش عوامل میکروبی در آنها به دلیل زمان ماند طولانی بسیار بیشتر از دیگر فرایندهای تصفیه متداول می باشد.

یکی از معایب برکه های تثبیت وجود جلبک در برکه ها است که در این تحقیق سعی شده، کیفیت پساب خروجی برکه های تثبیت را با کمک مواد منعقد کننده معدنی ارتقاء داد و در نهایت بهترین نوع ماده منعقد کننده را با توجه به راندمان حذف، هزینه های اقتصادی و… انتخاب و پیشنهاد کرد.

مقدمه

در سال های اخیر تحقیقات زیادی برای تصفیه فاضلاب به کمک تکنولوژی پیشرفته و همچنین استفاده از روش های ساده و کم هزینه با بهره برداری و نگهداری آسان در کشورهای پیشرفته و در حال توسعه انجام شده است. برکه های تثبیت (wsp) با طراحی و بهره بردای مناسب را می توان جزء فرآیندهای مطمئن، کارآمد، اقتصادی، امکان پذیر و آسان جهت تصفیه فاضلاب شهری در نظر گرفت. بی دلیل نیست که درصد زیادی از تصفیه خانه های فاضلاب های بهداشتی و صنعتی کشورهای اروپایی و آمریکایی را برکه های تثبیت تشکیل می دهند. به عنوان مثال بیش از یک سوم تصفیه خانه های موجود در آمریکا یعنی بیش از 7000 تصفیه خانه از نوع برکه تثبیت می باشند. در کشورهای فرانسه و آلمان به ترتیب 1500 و 2000 و در چین بیش از 10000 برکه تثبیت وجود دارد. در حال حاضر اکثر کشورهای جهان حتی آن دسته از کشورهایی که زمستان طولانی دارند توجه خاصی به این سیستم تصفیه دارند.

با توجه به اینکه برکه های تثبیت مزایای عمده ای از قبیل راندمان بالا در تصفیه فاضلاب، شوک پذیری، راحتی طراحی و بهره برداری، اقتصادی و غیره دارند ولی از آنجایی که نیاز به زمین نسبتا زیادی دارند که علاوه بر افزایش هزینه خرید زمین و احداث برکه ها، مقداری آب هم از طریق نفوذ و تبخیر از دست می رود و باعث محدودیت کاربرد آن ها می گردد. و از دیگر بزرگترین برکه های تثبیت وجود جلبک در خروجی پساب برکه می باشد. بنابراین هر طرح و تحقیقی که بتواند این معایب را کاهش دهد می تواند کاربرد این فرایند تصفیه فاضلاب را کاهش دهد.

فصل اول: کلیات

1-1- تعریف موضوع

در این تحقیق تاثیر مواد منعقد کننده معدنی را بر جداسازی توده جلبکی حاصل از پساب برکه های تثبیت را با بهره گیری از آزمایش جارتست مورد بررسی قرار داده ایم.

2-1- فرضیات و اهداف

الف – چنانچه توده بیولوژیکی موجود در پساب خروجی از برکه های تثبیت فاضلاب (که عامل اصلی بالا بودن مواد معلق، اکسیژن خواهی شیمیایی، اکسیژن خواهی بیوشیمیایی مشتقات نیتروژن و فسفر در پساب می باشند)، در معرض مواد منعقد کننده معدنی قرار گیرد، حالت کلوئیدی خود را از دست داده و با تشکیل لخته های نسبتا درشت با عملیات فیزیکی نظیر ته نشینی و فیلتراسیون از فاضلاب جدا می شود.

ب – نوع و غلظت بهینه مواد منعقد کننده (به منظور ارتقاء کیفیت پساب خروجی برکه های تثبیت تصفیه خانه های فاضلاب) قابل تعیین است.

براساس فرضیات در نظر گرفته شده در این تحقیق اهداف ذیل مدنظر می باشد:

الف – بررسی نحوه تاثیرگذاری مواد منعقد کننده معدنی بر ناپایدار سازی سیستم کلوئیدی موجود در پساب خروجی برکه های تثبیت.

ب – انتخاب نوع و غلظت بهینه مواد منعقد کننده معدنی برای ارتقاء کیفیت پساب خروجی از برکه های تثبیت مذکور

ج – تعیین پارامترهای کیفی (نظیر کدورت، PH، TSS، VSS، COD , TKN) در پساب زلال شده با مواد منعقد کننده و مقایسه آن با پساب معمولی خروجی از برکه های تثبیت مورد مطالعه.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – طراحی فرآیندهای صنایع نفت

عنوان:

طراحی شبکه مبدل های حرارتی واحد تولید کمپلکس PVC با استفاده از تکنولوژی Pinch

چکیده:

تکنولوژی Pinch ابتدا به عنوان ابزاری برای کاهش انرژی به خصوص برای طراحی شبکه های پیش گرمکن منظور و مورد توجه قرار گرفته بود، اما به تدریج کاربرد تکنولوژی Pinch دامنه وسیع تری پیدا کرد و به عنوان تکنولوژی برتر در زمینه های درک و فهم مسائل حرارت و توان در فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به قیمت روزافزون انرژی و نیز مصرف فراوان انرژی در صنایع شیمیایی به ویژه صنایع پلیمریزاسیون، به کارگیری تکنولوژی انتگراسیون حرارتی در این واحدها برای ارائه راهکار مناسب جهت کم کردن مصرف انرژی حائز اهمیت فراوان است. در پروژه حاضر طراحی شبکه مبدل های حرارتی واحدهای Direct و EDC purification و Oxy.chlorination و chlorination با استفاده از تکنولوژی Pinch انجام گرفته است.

نتایج به دست آمده از انتگراسیون حرارتی و طراحی شبکه مبدل های حرارتی واحدهای مذکور را می توان به صورت، افزایش تبادل حرارت و کاهش نیاز به مصرف انرژی از تأسیسات حرارتی سرد و گرم، کاهش هزینه های سالیانه به وسیله مشخص کردن ارتباطی پایاپای بین هزینه عملیات (مواد خام و انرژی) و هزینه سرمایه گذاری (تجهیزات) و در نتیجه کاهش مصرف انرژی، بهبود مصرف مواد خام و کاهش هزینه تجهیزات، کاهش قیمت تمام شده محصولات و نیز تأثیرگذاری آن در مسائل زیست محیطی، بیان نمود.

مقدمه:

یکی از مهمترین مباحثی که در حال حاضر مطرح می باشد بازیافت توان و انرژی در صنعت و استفاده بهینه از انرژی های موجود در واحدهای مختلف نفت و پتروشیمی یا به عبارت دیگر انتگراسیون فرآیندها است. در ریاضیات انتگرال گیری از تابع به مفهوم محاسبه سطح محصور بین منحنی و یکی از محورهای مختصات می باشد و این امر با تعیین سطح هر مستطیل یا ذوزنقه و جمع کردن مساحت های آنها امکان پذیر می باشد. انتگراسیون فرآیندها نیز مفهوم مشابهی دارد، به عبارت دیگر، منظور از انتگراسیون فرآیندها (یکپارچه کردن فرآیند) چیدن و قرار دادن اجزاء تجهیزات فرآیندی در واحد می باشد (جمع کردن تجهیزات) به نحوی که شرایط بهینه حاصل گردد. هدف از انتگراسیون فرآیندها را می توان به صورت زیر بیان نمود:

1- طراحی بهتر فرآیند

2- کاهش هزینه های منابع حرارتی گرم و سرد خارجی

3- کاهش اتلاف انرژی

4- استفاده بهینه و مناسب از دستگاه ها

تئوری Pinch انتگراسیون فرآیندها را امکان پذیر می سازد، این روش برای حل بسیاری از مسائل فرآیندی از جمله موارد زیر کاربرد دارد:

1- طراحی شبکه مبدل های حرارتی

2- تعیین صحیح محل قرار گرفتن تجهیزات فرآیندی (کمپرسورها، پمپ ها، توربین ها، برج های تقطیر و…)

3- انتخاب بهینه منابع حرارتی گرم و سرد خارجی

4- تعیین تقریبی سطح تبادل حرارت شبکه مبدل های حرارتی، قبل از طراحی شبکه مورد نظر (Targeting)

5- تعیین هزینه دستگاه ها (Capital Cost) و هزینه انرژی (Energy Cost)

نظر به اینکه انتگراسیون فرآیند یک سیستم روش شناسی سازگار یافته است، از بزرگترین مزایای آن پیش بینی فرآیندهای یا واحدهای پیچیده از قبیل پالایش نفت، کارخانجات شیمیایی، پتروشیمی و غیره می باشد. در واحدهای ساده و کوچک مانند صنایع غذایی و نوشیدنی نیز انتگراسیون فرآیند کاربردی و پردازشی است. از صنایع دیگری که انتگراسیون فرآیند به طور موفقیت آمیزی در مورد آنها عمل کرده است صنایع خمیر، کاغذسازی، داروسازی و صنایع فلزی می باشد.

یکی از مفصل ترین مباحث انتگراسیون فرآیند، طراحی و توصیف راکتورها، جداکننده ها (مخصوصا سیستم هایی با مصرف انرژی همانند برج های تقطیر، خشک کن ها و تبخیر کننده ها)، شبکه مبدل های حرارتی و واحدهای پشتیبانی (بخار در فشارهای مختلف، کوره ها، سردسازها و غیره) است، از طرفی Aspen pinch یک ابزار فراگیر برای طراحی یا طراحی مجدد سیستم شبکه مبدل های حرارتی جهت بازیافت انرژی می باشد. به کارگیری این تکنیک در طراحی مبدل های حرارتی و خصوصا انجام اصلاحاتی بر روی آنها به منظور افزایش تبادل حرارت و در نتیجه کاهش نیاز به مصرف انرژی از تأسیسات حرارتی سرد و گرم، مقرون به صرف می باشد.

در این پروژه اطلاعات مربوط به فرآیند تولید کمپلکس PVC در واحد پتروشیمی اروند جمع آوری شده است و مطالعه تکنولوژی Pinch و تجزیه و تحلیل نتایج در این واحد انجام گردیده است. این تجزیه و تحلیل با استفاده از نرم افزار Aspen pinch صورت پذیرفته است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی

شیمی – فرآیند

عنوان:

مدلسازی استفاده از فن آوری غشا در تصفیه گاز طبیعی

چکیده

استفاده از غشاهای پلیمری برای جداسازی گاز، فن آوری جدیدی است که اخیرا توسعه یافته است. وجود ترکیباتی نظیر H2S و CO2 در گاز طبیعی که باعث ایجاد خوردگی در لوله های انتقال گاز می شوند، سبب پیدایش فن آوری های جدیدی جهت حذف این ترکیبات شده است که یکی از جدیدترین این پیشرفت ها، استفاده از فرایندهای غشایی می باشد.

سعی می شود جهت دستیابی به این موضوع، مدلی ارائه شود تا بتوان با استفاده از غشاهای HOLLOW-FIBER و نوشتن فرمول ها، درصد حذف H2S و CO2 در محصول نهایی را به دست آورده و بتوان با استفاده از این مدل و تغییرات شرایط عملیاتی، میزان حذف را پیش بینی نمود.

مدلی که برای این نوع جداسازی ارائه می گردد، می تواند از نوع هم جهت، غیر هم جهت، و یا متقاطع باشد که هر سه نوع این مدل توضیح داده می شود، ولی با توجه به اینکه مدل جریان متقاطع در صنایع متداول می باشد، روی این مدل تمرکز شده و محاسبات بر پایه آن توضیح داده می شوند.

این موضوع با توجه به برخورداری کشور ایران از منابع عظیم گاز طبیعی و لزوم حذف این آلاینده ها، دارای اهمیت زیادی می باشد.

مقدمه:

وجود مشکلات ناشی از وجود گازهای اسیدی در جریان مختلف گازی در صنایع شیمیایی، به ویژه صنعت نفت، این صنایع را با چالش های اجتناب ناپذیری روبرو کرده است. گاز طبیعی عمدتا دارای ناخالصی هایی نظیر H2S و CO2 می باشد که وجود این گازها در گاز طبیعی سبب خوردگی خطوط لوله و نیز مسموم شدن کاتالیست ها می گردد بنابراین برای کنترل خوردگی و بقیه مشکلات حاصل از وجود گازهای اسیدی در صنایع مختلف شیمیایی از قبیل پالایشگاه ها، صنایع پتروشیمی و صنایع گاز، حذف این گازها تا غلظت های بسیار پایین ضروری می باشد.

فناوری های رایج و سنتی در حذف این آلاینده ها، فرآیند absorption با استفاده از برج های Packing و حلال هایی نظیر آمین می باشد که از لحاظ عملیاتی و نیز مصرف انرژی بسیار پرهزینه می باشد و به همین علت در دهه های اخیر، فرآیندهای نوین جداسازی از جمله فرآیند فیلتراسیون غشایی در سال های اخیر بیشتر مورد توجه قرار گرفته است.

فرآیندهای جداسازی غشایی از دهه 1960 کاربردهای صنعتی یافتند و برخی از آنها مانند جداسازی گازها توسط غشاء، عمری کوتاه و در حدود 25 سال دارند. در خلال این دوره زمانی، این فرآیندها کاربردهای متنوعی در صنایع یافته و رشد چشمگیری در بازار فروش به دست آورده اند.

فناوری فیلتراسیون غشایی دارای مزایایی به شرح زیر می باشد:

1- مصرف انرژی کمتر برای جداسازی

2- امکان انجام عملیات در دمای محیط

3- سهولت دستیابی به کلیه فازهای جداسازی شده

4- انجام عملیات توسط تجهیزاتی با وزن و حجم کم

5- رفع مشکلات موجود در فرآیندهای جداسازی نظیر پدیده های طغیان و نیاز به بازیافت حلال مصرفی

6- نصب و عملیات ساده

7- حداقل نیاز به کنترل، بازرسی، تعمیر و نگهداری

8- عدم نیاز به استفاده از مواد شیمیایی برای جداسازی و عدم وجود مسائل زیست محیطی ناشی از آن

9- ایده آل برای مناطق دوردست و موقعیت هایی که امکان فراهم آوردن تسهیلات جانبی فرآیندها موجود نباشد.

فرآیندهای غشایی کاربردهای دیگری نظیر بازیافت و خالص سازی هیدروژن از جریان های گازی نظیر گازهای خروجی از واحدهای پالایشگاهی، بازیافت هیدروژن از گازهای خروجی واحدهای تولید آمونیاک، تنظیم نسبت H2/CO در گاز سنتز، حذف بخار آب از گاز طبیعی، تولید نیتروژن از هوا و تولید هوای غنی از اکسیژن را نیز دارا می باشند. یکی دیگر از زمینه هایی که در خلال سال های اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته است، راکتورهای غشایی هستند که با انجام همزمان واکنش شیمیایی و جداسازی، بسیاری از محدودیت های فرآیندهای کلاسیک را مرتفع می کند. در حال حاضر در کشور ما، فناوری غشایی برای جداسازی مایعات به کار گرفته شده است. شیرین سازی آب توسط فرآیند اسمز معکوس، دیالیز خون، تغلیظ شیر و تولید پنیر به کمک فرآیند اولترا فیلتراسیون از جمله مهمترین مصارف این فناوری در کشور ما هستند. در حوزه جداسازی گازها توسط غشا. عمده این فناوری به صنایع نفت و گاز و پتروشیمی محدود می شود و در این صنایع، فناوری غشایی پتانسیل بالایی برای کاربرد دارد که امید است بتوان از این فناوری در کشور ما نیز استفاده گردد. در این پایان نامه سعی گردیده است انواع فرآیندهای شیمیایی حذف H2S و CO2 به همراه فرآیندهای غشایی آن توضیح داده شده و انواع غشاهای مورد استفاده در این زمینه، نام برده شوند. در فصل آخر نیز مدلسازی ساده ای انجام گرفته و به کمک آن نشان داده شده است که درصد گازهای خروجی از سیستم جداسازی غشایی جهت تصفیه گاز طبیعی، به چه میزان رسیده است.

امید است این مطالب در جهت کمک به ادامه تحقیقات در این زمینه مورد استفاده قرار گیرد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

”M.SC” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – مهندسی شیمی

عنوان:

مدلسازی و شبیه سازی راکتور دوغابی سنتز فیشر – تروپش جهت تولید سوختهای سنتزی

چکیده:

به طور کلی تکنولوژی تبدیل گاز به مایع (GTL) تبدیل شیمیایی گاز طبیعی به سوخت مایع قابل حمل و نقل از قبیل متانول یا سوختهای میعانی نوع پالایش نفت متداول را در پی دارد. جدیدترین ترم GTL که به صورت خیلی ضعیف کاربردی شده است برای روشهای تبدیل فیزیکی از قبیل گاز طبیعی مایع شده (LNG) و همچنین روشهای تبدیل شیمیایی که تولید محصولاتی از قبیل دی متیل اتر (DME) که ممکن است در شرایط محیطی بصورت مایع نباشند را تولید می کنند.

در این پایان نامه توجه ما بیشتر بر روی تکنولوژی های GTL برمبنای تولید سوخت دیزل توسط سنتز فیشر- تروپش می باشد. از انجایی که ظرفیت نفت خام قابل استفاده برای پالایشگاهها روبه تنزل و ذخایر گاز طبیعی رها شده در حال افزایش می باشد از اینرو اتصال گرایشهای واگرا محرکی جهت جستجو برای کارآیی بیشتر فرآیندهای جدید تولید GTL که به طور کلی بوسیله هزینه های سرمایه گذاری بالا و کم بودن بازده حرارتی مطلوب محدود شده اند می باشد. فعالیت برای توسعه متمرکز و پیشنهاد تکنولوژی های جدید GTL به مبنای FTS برای بهبودی وضعیت اقتصادی تولید چنین فراوردهایی نسبت به عملیات متداول پالایش نفت بیان می شود.

سنتز فیشر- تروپش فرآیند تبدیل کاتالیستی گاز سنتزبه فرآیندهای هیدروکربنی می باشد که بسته به نوع کاتالیست مورد استفاده گستره متنوعی از هیدروکربنها را شامل خواهد شد.

در این پایان نامه، مدلسازی تبدیل گاز سنتز به سوختهای سنتزی در یک راکتور کاتالیستی دوغابی Slurry و شبیه سازی آن توسط برنامه ای تهیه شده در محیط Matlab بررسی خواهد شد. بدین منظور مجموعه معادلات پیوستگی، حرارت، غلظت و سینتیک واکنش با استفاده از روش عددی حل می گردد.در پایان نتایج محاسبات شامل تغییرات درصد تبدیل، توزیع محصولات، توزیع دما و غلظت در طول راکتور ارائه می شود.

مقدمه:

درحال حاضر، جهان شاهد گسترش روزافزون استفاده از گاز طبیعی است. بیشتر این پیشرفت در کاربردهای سوختی می باشد. عوامل مختلفی در این امر موثرند که عبارتند از:

1- محدودیتها و مسایل زیست محیطی، صنایع را ناگزیر از مواد خام تمیزتر می کند.

2- رو به زوال رفتن منابع و ذخایر نفتی ؛ با در نظر گرفتن الگوی مصرف فعلی انرژی، منابع نفتی خاورمیانه تا کمتر از ۵۰ سال دیگر جوابگوی نیاز انرژی خواهد بود . تا سال ۲۰۰۰ میلادی، میزان بهره برداری از ذخایر نفتی در خاورمیانه، سالیانه ۲% افزایش می یافت؛ ولی از این تاریخ به بعد ، صادرات نفت خام رو به کاهش نهاد که پیش بینی های انجام شده حاکی از آن است که صادرات نفت در حدود سالهای ۲۰۱۰ متوقف خواهد شد.

3- در بهره برداری کامل از یک میدان نفتی، مقدار بسیار زیادی گاز طبیعی استحصال می شود که یکی از منابع عمده آن به شمار می رود.

4- گاز طبیعی منبعی ارزان قیمت برای کربن محسوب می شود. در حال حاضر هزینه تمام شده هر پاوند کربن که از گاز طبیعی بدست می آید، در حدود 0/04 دلار است که در مقایسه با کربن بدست آمده از نفت خام که هزینه تمام شده آن در حدود 0/1 – 0/08 دلار است، ارزانتر می باشد.

5- کشور ایران، با داشتن بیش از ۱۵ درصد ذخایر گاز طبیعی جهان یکی از غنی ترین کشورها در این زمینه می باشد که ارائه راهکارهای مناسب و با صرفه جهت استفاده از این منابع بسیار حیاتی وجدی بنظر می رسد.

در جهان منابع و ذخایر گازی فراوانی وجود دارد. کارایی بسیار پایین در زمینه ی حمل ونقل گاز باعث می شود تا این فرآورده با ارزش توسط مشعلها در سر چاها و یا در پالایشگاهها سوزانده شود.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.