دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

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

مهندسی شیمی – طراحی فرآیند

عنوان:

مدلسازی فرایند حلالیت ایبوپروفن در دی اکسید کربن فوق بحرانی

چکیده

در سالهای اخیر، استفاده از تکنولوژی سیال فوق بحرانی برای حل مشکلات موجود در فرایندهای صنایع داروئی افزایش یافته است. حلالیت یک جامد در یک سیال فوق بحرانی، یکی از خواص مهمی است که برای هر کاربردی از سیالات فوق بحرانی باید مدلسازی و  محاسبه گردد. در این تحقیق تلاش شده است که یک مدل ریاضی برای محاسبه حلالیت ایبوپروفن در دی اکسید کربن ارائه شود.

در این تحقیق از روش دینامیک و تجهیزات موجود در پژوهشگاه صنعت نفت برای محاسبه مقادیر حلالیت ایبوپروفن در دی اکسید کربن در دو دمای 30 و 40 درجه سانتیگراد و محدوده فشار 80 تا 130 بار استفاده شده است. همچنین از مقادیر مشابه ارائه شده توسط سایر محققان برای مقایسه بهره جسته ایم.

برای چک نمودن دقت و سازگاری داده های تجربی به دست آمده، از معادله مندز – سانتیاگو – تجا کمک گرفته شده است. مقادیر حلالیت با 7 معادله حالت و دو قانون اختلاط تطابق داده شده اند. معادلات حالت عبارتند از: واندروالس، ردلیش – کوانگ، سو – ردلیس – کوانگ، پنگ – رابینسون، استریجک – ورا، پتل – تجا – والدرما و پازوکی و دیگران. قوانین اختلاط نیز، قانون اختلاط واندروالس یک و دو پارامتری می باشند.

مدلسازی و تطابق داده ها با نرم افزار مطلب انجام شده است. همچنین از سه گروه از خواص فیزیکی تخمین زده شده توسط سه متد مختلف (جوبک، لیدرسن و امبروس) استفاده شده است. مقادیر این خواص فیزیکی توسط نرم افزار Predict Plus 2000 به دست آمده اند. نتایج بدست آمده بر پایه معادلات حالت، قوانین اختلاط و متد تخمین خواص فیزیکی، مورد بحث و مقایسه قرار گرفته اند.

مقادیر پارامترهای انطباق و مقادیر میانگین مطلق انحراف نسبی (AARD%) برای هر سیستم به دست آورده شده است. نتایج نشان می دهند که در دماهای 35 و 45 درجه سانتیگراد، معادله حالت پازوکی و در دمای 40 درجه سانتیگراد معادلات حالت پتل – تجا – والدرما و واندروالس، هنگام استفاده از قانون اختلاط دو پارامتری واندروالس (vdw2)، از سایر معادلات حالت دقیق ترند. از آنالیز کامل نتایج می توان نتیجه گرفت که استفاده از vdw2 در همه معادلات حالت نتایج بهتری را نسبت به استفاده از vdw1 حاصل می کند. این حقیقت را می توان به این شکل توضیح داد که کاربرد دو پارامتر انطباق قابل تنظیم، قدرت انعطاف پذیری معادله حالت برای فیت نمودن داده های آزمایشگاهی حلالیت را افزایش می دهد. همچنین می توان در اغلب موارد، استفاده از متد لیدرسن برای تخمین مقادیر حلالیت ایبوپروفن در دی اکسید کربن فوق بحرانی را نسبت به سایر متدها (جوبک و امبروس) توصیه نمود.

مقدمه

در دهه های اخیر استفاده از سیال فوق بحرانی و تکنولوژی آن در بسیاری از زمینه ها خصوصا در صنایع دارویی، مورد توجه قرار گرفته است. دلیل این امر، در چند موضوع نهفته است:

1- قدرت بالای سیالات فوق بحرانی به عنوان حلال، که استخراج از ترکیبات چگال را بسیار بهبود می بخشد.

2- امکان افزایش میزان حلالیت با تغییر در محدوده وسیعی از دما و فشار.

3- خواص فیزیکی گاز گونه سیالات فوق بحرانی با توجه به اینکه که رفتار دانسیته در این سیالات مشابه مایعات است.

4- امکان استفاده از حلال های غیررسمی که پساب سمی تولید نمی کنندو

5- قیمت پایین حلال در فرایندهایی که از سیالات فوق بحرانی به عنوان حلال استفاده می کنند.

6- امکان انجام عملیات در دماهای نسبتا پایین برای موادی که در دماهای بالا ناپایدارند.

تمامی موارد ذکر شده در بالا، شرایط ایده آل و مناسبی را برای استفاده از این مواد در فرایندهایی نظیر استخراج، خالص سازی و کریستالیزاسیون مواد داروئی حساس، فراهم می آورند.

میزان حلالیت ماده حل شونده در سیال فوق بحرانی، مهمترین خاصیت ترموفیزیکی است که به عنوان اولین پله در مدلسازی هر نوع عملیات در فاز سوپر کریتیکال، باید تعیین شود.

مهمترین فاکتور موثر و نکته کلیدی در کیفیت فرایندهای استخراج سوپر کریتیکال از لحاظ فنی و اقتصادی، دقت داده های تعادلی برای حلالیت است. با این حال داده های تجربی برای حلالیت بیشتر مواد دارویی در سیالات فوق بحرانی (بخصوص دی اکسید کربن) به ندرت موجود است. دلیل این کمبود را می توان در دو موضوع مهم خلاصه کرد: پیچیدگی و گران بودن تجهیزات و تکنیک های موجود که زمان زیاد و دقت بسیار بالایی را برای به دست آوردن نتایج درست می طلبد. این موضوع مشکل دیگری را در بحث بررسی این فرایندها به وجود می آورد و آن عدم اطمینان به دقت نتایج و داده های آزمایشگاهی گزارش شده در مقالات است که باعث مشکل شدن بررسی این نتایج می شود.

پیش بینی فرایند حلالیت در سیالات فوق بحرانی بسیار مشکل است زیرا دقت مدل های موجود برای شبیه سازی و تخمین تعادلات حلالیت در تمامی شرایط عملیاتی کافی نبوده و همچنین دسترسی به اطلاعات مربوط به خواص فیزیکی بیشتر مواد دارویی محدود می باشد و در صورت موجود بودن این اطلاعات، عدم اطمینان در متد بکار رفته در تخمین این مقادیر، مشکل را دوچندان می کند.

برای تخمین رفتار حلالیت در سیال فوق بحرانی و تخمین خواص ترمودینامیکی با استفاده از داده های آزمایشگاهی، می توان از معادلات حالت به عنوان یک روشی که اساس محکمی از لحاظ تئوری دارند، استفاده نمود. در این صورت مجبور به استفاده از قوانین اختلاط مناسب برای مواد خالص و قوانین ترکیب برای مخلوط سیال فوق بحرانی و ماده جامد مورد نظر خواهیم بود. در قوانین ترکیب برای پیش بینی انحراف های به وجود آمده از حالت ایده آل، خصوصا در موادی با ساختار پیچیده و مواد قطبی، از پارامترهای انطباق استفاده می شود.

در این پروژه، فرایند حلالیت ایبوپروفن در دی اکسید کربن فوق بحرانی با استفاده از داده های آزمایشگاهی توسط تعدادی از معادلات حالت درجه سه معمول و قوانین اختلاط واندروالس یک و دو پارامتری مورد بررسی قرار گرفته و با یک مدل ریاضی که توسط نرم افزار مطلب نوشته شده، مقدار بهینه پارامترهای انطباق برای قوانین اختلاط واندروالس در شرایط عملیاتی موجود به دست آورده است. در انتها مقایسه ای نیز میان نتایج به دست آمده در این پروژه و اطلاعات گزارش شده توسط سایر محققان برای ایبوپروفن، انجام شده 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 – طراحی فرآیندهای صنعت نفت

عنوان:

مدلسازی و شبیه سازی رآکتور واکنش زوج شدن اکسیداسیونی متان (OCM) به منظور تولید اتیلن

چکیده

در تحقیق حاضر سعی شده است که با توجه به اهمیت فرآیند اکسیداسیون مزدوج متان در غیاب کاتالیست برای تولید هیدروکربن های سنگین تر به خصوص اتیلن، رفتار سینتیکی این واکنش بررسی شده و با مدلسازی رآکتور این فرآیند، پروفیل گزینش پذیری محصولات با نتایج تجربی اصلاح و سپس تاثیر پارامترهای مختلف عملیاتی از جمله نسبت متان به اکسیژن، دما و زمان اقامت بر روی مدل به دست آمده بررسی گردد.

این واکنش در یک رآکتور لوله ای از جنس آلفا آلومینا به قطر 8mm و طول 65cm به همراه ترموکوپلی در محور آن به قطر 4mm انجام می گیرد.

دمای رآکتور ثابت و برابر 1100^K، فشار اتمسفریک، نسبت مولی متان به اکسیژن 4، شدت خوراک ورودی به آن 9/282 mol/sec می باشد. در زمان اقامت 1/8 ثانیه، تبدیل متان 30 درصد، اکسیژن 100 درصد و بازده تولید اتیلن 8 درصد می باشد.

مدل سینتیکی شامل 32 واکنش، 10 مولکول و 11 رادیکال می باشد. معادلات موازنه جرم جزئی برای تمام مولکول ها و رادیکال ها و نیز موازنه انرژی بر روی کل سیستم نوشته شده است. مدل بررسی شده مدل رادیکالی می باشد، زیرا ثابت شده است که فرض حالت پایدار برای اجزای رادیکالی، منجر به خطا در نتایج شبیه سازی می شود. با عدم پذیرش این فرض به خاطر اختلاف فاحشی که بین غلظت های اجزای مولکولی و رادیکالی وجود دارد، معادلات بقای جرم رفتاری از خود نشان می دهند که به سختی معادلات معروف است. حل عددی دستگاه معادلات سخت از طریق روش های معمول امکان پذیر نیست و به تکنیک ویژه ای نیازمند است. در این پروژه از روش Gear برای حل دستگاه معادلات سخت استفاده شده است که برنامه کامپیوتری تهیه شده برای حل این معادلات براساس این روش عمل می کند.

در مدل سینتیکی اصلاح شده گزینش پذیری اتان با نتایج تجربی به خوبی مطابقت دارد، اما گزینش پذیری مونوکسید کربن، دی اکسید کربن و اتیلن با خطا توأم است که نشان می دهد حذف برخی از واکنش ها، برای ساده شدن مدل سینتیکی و نیز فرضیات ساده کننده در مدل ریاضی رآکتور سبب ایجاد خطا شده است.

همچنین پس از بررسی پارامترهای عملیاتی با مدل سینتیکی اصلاح شده نهایی، مشخص شد که با کاهش دما، زمان اقامت و نسبت متان به اکسیژن، گزینش پذیری نسبت به اکسیدهای کربن کاهش یافته و نسبت به اتان افزایش می یابد و در این صورت از آنجا که اتیلن از اتان تولید می شود، گزینش پذیری آن کاهش می یابد.

مقدمه

در سال های اخیر به دلیل بحران انرژی فسیلی، بخصوص نفت خام محققان در تلاشی برای جایگزینی آن با ماده دیگری شده اند که بتوانند از آن هم به عنوان سوخت و هم به عنوان منبع تولید محصولات پتروشیمی (شکل 1-1) استفاده کنند. به دلیل ذخایر هنگفت گاز طبیعی در جهان، که نیاز صدها سال دنیا را برآورده می سازد، آن را انتخاب خوبی برای این جایگزینی دیده اند.

نظر به اینکه بخش عمده گاز طبیعی را متان تشکیل می دهد، موضوع تبدیل گاز طبیعی نیز عملا به تبدیل گاز متان محدود می شود. از آنجایی که پیش بینی می شود متان منبع اصلی مواد شیمیایی آینده را تشکیل دهد، علیرغم پایداری این مولکول، پژوهش های بسیاری برای وارد کردن این مولکول در واکنش های تبدیل مستقیم به اتیلن، متانول، فرمالدئید، استیلن و… صورت گرفته است.

بنابراین تبدیل مستقیم متان به اتیلن به عنوان ترکیب کلیدی محصولات پتروشیمی، از نظر علمی و اقتصادی بسیار مهم است.

در کشور ما نیز که در شمار بزرگترین دارندگان ذخایر گازی جهان به شمار می رود، دستیابی به تکنولوژی اکسیداسیون مزدوج به منظور تولید هیدروکربن های C2+ از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. در این پروژه هم با توجه به اهمیت فرآیند مذکور، مراحل اجرای طرح به صورت زیر دنبال می گردد:

– مطالعات جامع کتابخانه ای که شامل جستجو، مکان یابی مقالات، انتخاب مقالات و Patent های مربوط به طرح.

– نوشتن مدل ریاضی که شامل بررسی مکانیسم و سینتیک واکنش، موازنه جرم و انرژی و ارائه روش حل برای حل همزمان معادلات دیفرانسیل.

– نوشتن برنامه کامپیوتری و حل آن.

– استفاده از داده های آزمایشگاهی برای شبیه سازی.

– مقایسه نتایج تجربی با شبیه سازی راکتور فرآیند.

– تجزیه و تحلیل نتایج به دست آمده.

این تحقیق طبق فصول زیر دسته بندی شده است:

فصل اول: نگاهی اجمالی بر روش های مختلف تولید اتیلن و کلیاتی مربوط به تاریخچه اکسیداسیون مزدوج متان و نیز شرح فرآیند مورد استفاده در تحقیق.

فصل دوم: مدلسازی ریاضی و سینتیک واکنش.

فصل سوم: ارزیابی نتایج شبیه سازی.

و در ادامه هم منابع و مراجع مستقیم، غیرمستقیم و نوشتن برنامه کامپیوتری مربوطه آورده شده 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:

مدلسازی و شبیه سازی شکست آسفالتین با مدل سینتیکی تکه ای

چکیده

آسفالتین ماده اولیه تشکیل دهنده کک در واکنش های شکست بوده و حضور آن در خوراک های سنگین نفتی خواص نامطلوبی را در محصولات نهایی فرآیند شکست به همراه خواهد داشت. بنابراین امروزه شکست حرارتی آسفالتین به منظور تولید فرآورده های سبکتر و باارزش تر توجه خاصی را به خود جلب کرده است. یکی از روش های پیش بینی روند شکست حرارتی آسفالتین، مدل های سینتیکی تکه ای می باشند. این مدل ها خوراک و محصولات فرآیند شکست را با توجه به خواص فیزیکی نظیر دمای جوش و جرم مولکولی به گروه های متعددی تقسیم کرده و چگونگی ارتباط این گروه ها با یکدیگر را مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهند.

در این پایان نامه، شبکه سینتیکی ارائه شده به منظور بررسی روند شکست حرارتی آسفالتین در شرایط عملیاتی آرام، یک شبکه 14 تکه ای است. اجزای مدل شامل خوراک، کک و گروه های اصلی محصولات مالتن و گازی با توجه به محدوده جرم مولکولی انتخاب شده اند. با توجه به اینکه در مدلسازی تکه ای واکنش های شکست با افزایش تعداد تکه ها، مدل دقیق تر و نتایج مدل به نتایج واقعی نزدیکتر می گردد، در این کار سعی شده است که تعداد تکه ها نسبت به مطالعات سینتیکی قبلی افزایش یابد. واکنش های شکست اجزای مدل از سینتیک مرتبه یک پیروی کرده و به صورت هم دما و هم فشار در نظر گرفته شده اند. با استفاده از مدل سینتیکی ارائه شده، تأثیر شرایط عملیاتی نظیر دما و زمان واکنش بر میزان محصولات فرآیند شکست حرارتی آسفالتین بررسی شده و نتایج این تأثیرات گردآوری شده است.

پارامترهای سینتیکی مدل به کمک نرم افزار Matlab و داده های تجربی Savage و همکارانش به دست آمده اند. مقایسه مقادیر پیش بینی شده توسط مدل و مقادیر تجربی نشان می دهد که شبکه سینتیکی 14 تکه ای ارائه شده از دقت مناسبی در پیش بینی توزیع محصولات فرآیند شکست برخوردار است.

مقدمه

با توجه به افزایش مصرف سوخت و محصولات میان تقطیر سبک در سال های اخیر، فرآیندهای شکست جهت تبدیل انواع نفت و پسماندهای سنگین نفتی به فرآورده های سبکتر و باارزش تر توجه خاصی را به خود جلب کرده است. شکست حرارتی به عنوان یکی از فرآیندهای مهم شکست در ارتقا برش های سنگین نفتی محسوب می شود چرا که خوراک سنگین را با شکستن پیوند کربن – کربن در اثر حرارت به فرآورده های سبکتر و باارزش تر تبدیل می کند.

ترکیبات سنگین نفتی نظیر آسفالتین بخش قابل توجهی از انواع نفت و پسماندهای سنگین نفتی را به خود اختصاص داده و مشکلات عدیده ای نظیر تشکیل کک و مسمومیت کاتالیست در فرآیندهای شکست را به همراه خواهند داشت. بنابراین امروزه فرآیند شکست حرارتی آسفالتین به منظور بهبود کیفیت محصولات فرآیندهای شکست مورد توجه محققین و دانشمندان قرار گرفته است.

انواع شبکه های سینتیکی در مطالعات انجام شده بر روی واکنش های شکست حرارتی به کار گرفته شده است. پیش بینی روند شکست آسفالتین و پسماندهای سنگین نفتی با استفاده از مدل های سینتیکی تکه ای در سال های اخیر توجه خاصی را به خود جلب کرده است.

نمونه هایی از این مدل ها در ذیل ارائه شده است:

Singh و همکارانش مدل سینتیکی 5 تکه ای را به منظور بررسی شکست حرارتی پسماندهای سنگین نفتی در شرایط آرام ارائه کردند. تکه های شبکه سینتیکی براساس محدوده جوش انتخاب شده و شامل گاز، بنزن (IBP – 150^C) و (LGO (150 – 350^C و VGO (350 – 500^C و خوراک (500< درجه سانتیگراد) می باشد. مقادیر محاسبه شده توسط مدل ارائه شده با فرض سینتیک درجه یک از دقت مناسبی (حدود 70% نقاط پیش بینی شده در محدوده خطای 20% می باشند) در مقایسه با مقادیر تجربی برخوردار است.

Benito و همکارانش مدل سینتیکی 3 تکه ای را به منظور بررسی شکست حرارتی خوراک سنگین حاوی مقادیر قابل توجه آسفالتین در شرایط عملیاتی مشابه با کار تحقیقاتی Singh ارائه کردند. اجزای شبکه سینتیکی شامل تکه سنگین (بخشی از ترکیبات سنگین باقیمانده با دمای جوش بیش از 350 درجه سانتیگراد و محلول در تولوئن)، تکه سبک (شامل محصولات گاز و مایع) و تکه کک (ترکیب نامحلول در تولوئن) با توجه به محدوده جوش انتخاب شده اند. مدل سینتیکی ارائه شده این توانایی را دارد که به بررسی تأثیر شرایط عملیاتی نظیر دما، زمان اقامت و فشار بر فرآیند شکست حرارتی آسفالتین بپردازد.

آقایان Filho و همکارانش مدل سینتیکی 16 تکه ای را برای بررسی شکست حرارتی پسماندهای سنگین خلاء در شرایط آرام در یک راکتور جریانی در نظر گرفتند. اجزای شبکه سینتیکی براساس محدوده جوش انتخاب شده و شامل تکه خوراک (با دمای جوش بیش از 550 درجه سانتیگراد)، تکه گاز، تکه نفتا (با محدوده جوش 70 – 204 درجه سانتیگراد)، تکه گازوئیل سبک (با محدوده جوش 350 – 204 درجه سانتیگراد)، و 12 تکه گازوئیل (با محدوده جوش 550 – 350 درجه سانتیگراد) می باشد. واکنش های شکست اجزای مدل از سینتیک مرتبه یک پیروی کرده و تابع دما و فشار می باشند. مقایسه داده های تجربی یک واحد صنعتی تشکیل کک تأخیری و مقادیر محاسبه شده توسط مدل نشان می دهد که شبکه سینتیکی ارائه شده از دقت مناسبی برخوردار است. مدل سینتیکی ارائه شده در شرایط عملیاتی آرام مستقل از نوع خوراک بوده و این قابلیت را دارد که برای طراحی واحدهای صنعتی شکست سایر خوراک های سنگین نفتی در شرایط عملیاتی مشابه به کار گرفته شود.

در این پایان نامه به منظور پیش بینی دقیق تر توزیع محصولات شکست حرارتی آسفالتین جدا شده از نفت خام کالیفرنیا در یک راکتور ناپیوسته آزمایشگاهی Savage و همکارانش در محدوده دمایی 450 – 350 درجه سانتیگراد و محدوده زمان اقامت 120 دقیقه و فشار اتمسفری، مدل سینتیکی 4 تکه ای Yasar به صورت یک شبکه 14 تکه ای توسعه یافته است.

بخش های مختلفی که در این پایان نامه به تفصیل مورد بحث و بررسی قرار می گیرند، عبارتند از:

در فصل اول ساختار آسفالتین به عنوان جزء سنگین نامطلوب در نفت خام و پسماندهای سنگین نفتی مورد بررسی قرار می گیرد. شکست حرارتی فرآیندی برای ارتقا خوراک های سنگین نفتی نظیر آسفالتین بوده و عواملی نظیر دما و فشار بر شکست این خوراک ها موثر می باشند. تحقیقات گسترده ای در رابطه با شکست حرارتی و کلیه عوامل موثر در شکست هیدروکربن های سنگین صورت گرفته که در این فصل گردآوری شده است. مدلسازی تکه ای و انواع آن در این فصل به تفصیل شرح داده می شوند.

در فصل دوم مطالعات آزمایشگاهی گسترده ای که در رابطه با شکست حرارتی آسفالتین و تأثیر شرایط عملیاتی دما، زمان اقامت و فشار بر توزیع محصولات این فرآیند صورت گرفته، به تفصیل شرح داده می شوند. مدلسازی سینتیکی تکه ای به  عنوان یکی از روش های آنالیز فرآیند شکست حرارتی آسفالتین در دو دهه اخیر توجه خاصی را به خود جلب کرده است. نمونه های متعددی در رابطه با مدلسازی تکه ای شکست حرارتی آسفالتین براساس فرضیات گوناگون در این فصل گردآوری شده است.

در فصل سوم مدلسازی سینتیکی و شبیه سازی راکتور شکست حرارتی نمونه آسفالتین جدا شده از نفت خام کالیفرنیا شرح داده می شوند. شرح اجزای مدل، فرضیات مدل، توزیع محصولات شکست حرارتی آسفالتین در شرایط عملیاتی مورد مطالعه، معادلات سینتیکی مدل و روش حل معادلات با استفاده از نرم افزار Matlab از عناوین مهمی است که در این فصل گردآوری شده است.

در فصل چهارم نتایج شبیه سازی با استفاده از نرم افزار Matlab، پارامترهای سینتیکی مدل، ثوابت سرعت و انرژی های فعالسازی واکنش های شکست حرارتی ارائه شده است. تأثیر شرایط عملیاتی دما و زمان اقامت بر توزیع محصولات فرآیند شکست حرارتی آسفالتین نیز به تفصیل در این فصل شرح داده می شوند. ارزیابی کلی مدلسازی سینتیکی فرآیند شکست حرارتی آسفالتین و پیشنهادهای کارآمد مرتبط با آن از مباحث مهمی است که در فصل پنجم مورد بررسی قرار می گیرد.

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 – مهندسی فرآیند

عنوان:

ساخت مدل آزمایشگاهی و مدل سازی دینامیک سیالات محاسباتی اختلاط در ظروف بهم زن چند پروانه ای

چکیده

در این تحقیق اختلاط در یک راکتور صنعتی چند پروانه ای مجهز به سه پروانه دریایی با استفاده از تکنیک مدلسازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) بررسی شده است.

هدف اصلی شناسایی علت عدم اختلاط مناسب با توجه به وجود فضاهای مرده در ظرف اختلاط مورد نظر می باشد و سپس با توجه به اهمیت موضوع اختلاط در این راکتور، با پیشنهاد نصب یک پروانه راشتن (علاوه بر سه پروانه دریایی) سعی در بهینه کردن عملیات اختلاط شده است.

در این تحقیق نمونه آزمایشگاهی ظرف اختلاط مجهز به سه پروانه دریایی ساخته شده و سعی شده است که تست هایی شبیه به فرآیند واقعی بر روی آن انجام شود.

بعد از انجام آزمایشات بر روی ظرف اختلاط مجهز به سه پروانه دریایی، نمونه آزمایشگاهی پروانه راشتن نیز ساخته شده و با نصب این پروانه بر روی شفت همزن (دقیقا وسط دو پروانه دریایی انتهایی شفت) و مجهز کردن همزن به این پروانه آزمایشات مرحله قبل با همان شرایط بر روی این مدل نیز انجام شده نتایج حاصل از این آزمایشات به صورت مقایسه ای در فصل سوم (به صورت تصویری) ارائه شده است.

برای شناسایی علت عدم اختلاط مناسب در مخزن اختلاط مجهز به سه پروانه دریایی، و همچنین بررسی نحوه اختلاط در تانک مجهز به سه پروانه دریایی و یک پروانه راشتن، نیاز به بررسی الگوی جریان ایجاد شده توسط پروانه های این دو سیستم اختلاط می باشد که این کار با استفاده از مدلسازی CFD و بررسی نحوه حرکت سیال در ظروف مورد نظر انجام گرفته است. با استفاده از نتایج CFD به خوبی نحوه اختلاط در دو راکتور مورد تحلیل قرار گرفته و در نهایت مقایسه ای بین این دو سیستم صورت گرفته است.

لازم به ذکر است که برای نشان دادن ته نشینی مواد (خصوصا سیترات کلسیم) در اطراف دیواره و بافل های مخزن از یک واکنش مجازی بهره گرفته شده است و در قسمت حل ناپایدار تمرکز بر روی غلظت های محصول این واکنش است.

مقدمه

اختلاط به معنای مخلوط شدن مواد مختلف جهت به دست آوردن خواص فیزیکی یکسان در مجموعه سیال جهت انجام فرآیندهای بعدی بر روی آن می باشد. اختلاط در فرآیندهای صنعتی و عملیات مربوط به آنها نقش عمده ای را دارا می باشد و در کل برای دستیابی به یک مخلوط همگن صورت می گیرد. این عملیات می تواند توسط همزن های مکانیکی (پروانه) و یا جت های سیال صورت می گیرد. متداول ترین روش برای عمل اختلاط در صنعت استفاده از پروانه های هم زننده می باشد که در این روش مخلوط کردن به وسیله چرخش مداوم و سریع پروانه در داخل سیال صورت می گیرد.

جریان سیال در ظرف اختلاط در اثر چرخش پروانه ایجاد می شود و این چرخش پروانه بر حرکت سیال درون تانک تأثیر گذاشته و سبب تغییر الگوی جریان در مکان های مختلف درون ظرف گشته و سرانجام این تغییر در اثر وجود دیواره های ساکن ظرف و بافل ها تکمیل می شود.

در صنایع شیمیایی، نفت و پتروشیمی اختلاط یک فرآیند بسیار مهم در خیلی از کارخانجات می باشد و می تواند برای اهداف بسیاری مثل همگن سازی خواص فیزیکی و ترکیبات، جلوگیری از لایه لایه شدن و ته نشینی ذرات معلق برای بهبود نرخ انتقال حرارت، انتقال جرم، سرعت واکنش های شیمیایی و غیره به کار برده شود. از جمله مثال های عملیات اختلاط می توان به امتزاج دو مایع یا کمک به انحلال جامد در مایع، استخراج جامد – مایع، جذب گاز، کریستالیزاسیون و استخراج مایع – مایع اشاره کرد.

از آنجا که در صنعت همواره نمی توان به یک مخلوط همگن رسید، بحث اختلاط پراهمیت و بررسی آن قابل توجه می باشد.

فصل اول

مروری بر توسعه دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) در مدلسازی اختلاط

1-1) مقدمه

دینامیک سیالات محاسبات راه حل تئوری جهت بررسی و پیش بینی عملکرد سیستم هایی است که درگیر جریان سیال، انتقال انرژی و پدیده های مربوطه مانند احتراق و واکنش های شیمیایی می باشند. این محاسبات با شبیه سازی کامپیوتری همراه می باشند. کدهای دینامیک سیالات محاسباتی، معادلاتی پیوستگی جرم، انرژی و اندازه حرکت را روی یک دامنه که توسط کاربر مشخص می شود، حل می نمایند.

اختلاط در تانک های بهم زن تاکنون به طور گسترده ای مورد بررسی قرار گرفته است. از این رو، در این فصل تاریخچه استفاده آن در شبیه سازی تانک های اختلاط بافل دار مورد توجه قرار گرفته است. ضمنا در بخش آخر این فصل مروری بر معیارهای مورد استفاده جهت تحلیل نتایج به دست آمده از CFD و توصیف جریان صورت گرفته است.

2-1) مطالعات تجربی صورت گرفته در زمینه اختلاط توسط پروانه

از دیدگاه حل عددی، یکی از مشخصه های اصلی تانک های بافل دار (و همچنین تانک هایی که وجود بهم زن در آنها باعث عدم تقارن می شود؛ تانک هایی که همزن روی دیوار جانبی نصب می گردد) این است که شکل دامنه جریان (شامل سطح مایع، دیوار تانک، همزن و شفت آن) با زمان تغییر می کند. این خصوصیت، تانک بهم زن را از اکثر راکتورهایی که در فرآیندهای صنعتی مهندسی شیمی استفاده می شوند جدا می نماید. اولین شبیه سازی های جریان آشفته داخل تانک های اختلاط بافل دار به صورت دوبعدی بودند. در این شبیه سازی ها اثرات همزن متحرک و بافل های ساکن به ترتیب به عنوان منابع و چاه های اندازه حرکت، در معادلات میانگین دایروی برای مولفه مماسی سرعت منظور می گردیدند. منابع مناسب اندازه حرکت، به نوع همزن بستگی دارد که در معادلات میانگین دایروی مولفه های مماسی و شعاعی سرعت متوسط منظور می گردند. الگوی جریان کلی به دست آمده از این شبیه سازی ها تطابق دلگرم کننده ای با داده های آزمایشگاهی نشان دادند و مقدمه خوبی برای بسط های بعدی CFD برای مدلسازی جریان داخل تانک های اختلاط محسوب می شوند. پیش از ظهور مدلسازی تانک های اختلاط بافل دار به وسیله CFD، به علت نیاز صنعت به توضیح دقیق تر هیدرودینامیک جریان نسبت به مدل ایده آل تانک های اختلاط بافل دار، مدل های دیگری ارائه گردید: از جمله مدل های چرخش، مدل های نفوذ گردابه ای و مدل های شبکه مناطق.

در مدل های چرخشی، فرض اساسی این است که اختلاط توسط جریان میانگین کنترل می شود. مدل های نفوذ گردابه ای فرض می کنند که کل فرآیند اختلاط توسط نفوذ گردابه ای کنترل می شود. دو مدل جدیدتر یعنی شبکه مناطق و محاسبات دینامیکی سیال، نسبت به مدل های دیگر بسیار دقیق ترند. علت اصلی این امر این است که تأثیر سرعت مکانی سیال در این مدل ها مدنظر قرار می گیرد.

در مدل های شبکه مناطق با توجه به شکل هندسی ظرف، ابتدا منطقه سیالی توسط یک شبکه دوبعدی به مناطق کوچک تقسیم می شود. این شبکه دوبعدی به همراه یک سری حلقه های هم مرکز در پایین و یک سری حلقه در بالای پروانه، اساس شبکه سه بعدی را که با بسط این شبکه (با چرخش در جهت شعاعی / محوری) به دست می آید تشکیل می دهد. به عبارت دیگر الگوی جریان در داخل تانک، پیش فرض می شود. در این مدل تبادل اغتشاش بین حلقه های مختلف به وسیله ضرایب B و B1 و B2 مدنظر قرار می گیرد. همچنان که بیان شد مدل شبکه مناطق قادر به محاسبه الگوی جریان در تانک اختلاط نمی باشد بدین صورت که الگوی جریان سیال در مناطق مختلف به صورت پیش فرض به این مدل داده می شود و فقط معادلات موازنه جرم بین مناطق مختلف نوشته و حل می گردد.

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:

اندازه گیری ضریب نفوذ گازهای N2 و CO2 و CH4 در هیدروکربن های نفتی

چکیده:

نفوذ ملکولی یکی از عوامل موثر در تزریق گاز به مخازن نفتی جهت ازدیاد برداشت میباشد. گرادیان غلظت بین گاز تزریقی و نفت باعث انتقال جرم بین دو فاز میشود. حلالیت گاز درون نفت باعث کاهش ویسکوزیته نفت ودر نتیجه حرکت بهتر آن میگردد. تعیین دقیق مقدار ضریب نفوذ ملکولی گاز در نفت اهمیت زیادی در تعیین پارامترهای تزریق گاز از جمله دما و فشار دارد.

در این تحقیق اندازه گیری ضریب نفوذ دو جزئی گاز در نفت با استفاده از روش آزمایشگاهی بررسی تغییرات فشار گاز در محفظه PVT با زمان، مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از این روش ضریب نفوذ گاز دی اکسید کربن در دمای 25، 45، 50 درجه سانتیگراد و فشار 5460 کیلو پاسکال، همچنین ضریب نفوذ متان و نیتروژن دردمای 25 درجه سانتیگراد و فشار اولیه 5460 و 5600 کیلو پاسکال در یک نوع نفت سنگین ایران، از دو روش عددی و گرافیکی (Zhang (2000 اندازه گیری شد. نتایج نشان میدهد که ضریب نفوذ گاز متان در شرایط یکسان دما وفشار بالاتر از ضریب نفوذ گاز دی اکسید کربن و نیتروژن در نفت خام میباشد. اما به دلیل حلالیت بالای دی اکسید کربن در نفت خام، این گاز بیشتر در نفت نفوذ کرده و باعث کاهش بیشتر گرانروی نفت، نسبت به دو گاز دیگر میشود. همچنین ضریب نفوذ محاسبه شده در زمانهای ابتدایی از ضریب نفوذ در زمانهای انتهایی بزرگتر میباشد. در انتها تاثیر دما و فشار اولیه روی ضریب نفوذ مورد مطالعه قرار گرفته و ضرائب مربوط به دو رابطه تجربی وابستگی ضریب نفوذ به دما برای سیستم دی اکسید کربن – نفت خام محاسبه شد.

مقدمه:

تولید از مخازن نفتی با روش تخلیه طبیعی تنها به برداشت کسر کوچکی از کل نفت (حدود 10 تا 15 درصد) در جای اولیه منجر می شود. این مقدار بستگی به عوامل متعددی از جمله چگونگی مکانیسم رانش، خواص سنگ و سیال مخزن و…. دارد.

از این رو مقوله مهمی به نام ازدیاد برداشت از مخازن نفتی مطرح شده است که اگر چه با هدف تثبیت فشار، کاهش ویسکوزیته، برداشت از مخزن را تا حد معینی بالا می برد؛ اما با این وجود هنوز قسمت اعظم نفت در زیرزمین باقی می ماند. به طور کلی بر اساس زمان برداشت از مخازن، بازیابی به سه دسته برداشت نوع اول، دوم و سوم دسته بندی می شوند.

در برداشت نوع اول نیروی محرکه اختلاف فشار مخزن و فشار انتهای چاه تولید می باشد. در این روش تنها 10 تا 20% از کل نفت قابل بازیابی است در برداشت نوع دوم، مخازن گازی تحت تأثیر تزریق گاز یا رانش طبیعی آب برای تخلیه قرار می گیرند. در بازیابی نوع سوم، روش های حرارتی تزریق گاز و مواد شیمیایی انجام می گیرد که می تواند بازیابی هیدروکربنها را به طور اساسی افزایش دهد. در این میان تزریق گاز در ازدیاد برداشت یکی از مؤثرترین و اقتصادی ترین روش ها است.

در سال های اخیر مسأله میزان انتقال جرم، بخصوص در مخازن شکاف دار به هنگامیکه یک گاز به مخزن نفت، جهت بازیافت تزریق می گردد مورد توجه و اهمیت فراوان قرار گرفته است. بر اثر استخراج از این مخازن حالت تعادلی که در میلیون ها سال در این مخازن شکل گرفته به هم خورده و مواد از جایی با غلظت زیاد به محلی باغلظت کم وارد می شوند. میزان سرعتی که مواد تحت آن حرکت می کنند در هر نقطه و در هر جهتی به گرادیان غلظت در آن نقطه و جهت بستگی دارد. در مخازن نفتی بدست آوردن نرخ انتقال جرم به وسیله نفوذ مولکولی در محاسبه مقدار گاز نفوذی درون نفت در پروژه های تزریق گاز ضروری می باشد.

در مخازن عادی (conventional reservoir) در فرآیند بازیابی ثانویه اختلاف گرادیان غلظت بین نفت و گاز تزریقی باعث نفوذ ملکولی و انتقال جرم بین دو فاز شده و در نتیجه نفوذ ملکولی می تواند یک جبهه امتزاجی یا مایع رقیق شده در جلوی فاز گاز تزریقی بوجود بیاورد که باعث بهتر جاروب شدن نفت در مخزن، بخصوص نفت چسبیده به دیواره خلل و فرج ها می شود.

اواخر دهه 80 و همزمان با گسترش کاربرد چاه های افقی روش جدیدی ابداع شد. در این روش از یک چاه تزریقی عمودی در بالای چاه تولیدی افقی استفاده می شود. در این روش از گازهای سبک هیدروکربنی مانند پروپان، بوتان و یا ترکیب آنها با گازهای غیر میعانی استفاده می شود. هنگامی که این ترکیب در فشاری نزدیک به فشار نقطه شبنم تزریق شود محفظه ای از گازهای هیدروکربنی در مخزن تشکیل می شود. در سطح تماس، این محفظه با نفت سنگین داخل مخزن ترکیب و در واقع انحلال گاز انجام می شود که در نتیجه آن گرانروی کاهش می یابد. که در واقع همان بهتر جاروب شدن نفت در مخزن می باشد.

روش دیگر تزریق که متداول است، تزریق یک توده پروپان و به دنبال آن تزریق متان می باشد البته در این جا این نکته لازم به یاد آوری است که پارامترهای دیگری بجز نفوذ ملکولی در تزریق امتزاجی (Miscible Fluid) وجود دارد توزیع تخلخل ها، توزیع اشباع سیالات، سرعت تزریق، تحریک پذیری (mobility) حلال و نفت در ناحیه ترزریق و مقدار سطح تماس نفت و گاز تزریقی از جمله عوامل دیگری می باشند که بجز ضریب نفوذ ملکولی روی بازیافت نفت در این فرآیند تاثیر گذار می باشند.

در مخازن عادی بازیابی ثالثیه، بعد از تزریق آب در بازیابی ثانویه، نفت باقیمانده در خلل و فرج ها توسط تزریق Co2 از طریق مکانیسم نفوذ ملکولی و انتقال جرم قابل بازیافت است.

در بازیابی ثانویه گاز دی اکسید کربن تزریقی به طور مستقیم با نفت تماس می یابد و چون CO2 به شدت با نفت امتزاج پذیر است، بازیابی بالا می باشد. بعد از برداشت نفت توسط نیروی خود مخزن مقداری نفت هم توسط تزریق آب در بازیابی ثانویه بازیافت می شود، در تزریق آب به درون مخزن مقدار قابل توجهی نفت توسط آب به دام می افتد که به این نفت، نفت باقیمانده می گویند. دی اکسید کربن به شدت با نفت امتزاج پذیر و با آب امتزاج ناپذیر است.دی اکسید کربن بعد از نفوذ از میان آبی که نفت را محاصره کرده با نفت تماس می یابد و باعث تورم نفت می شود، نفت آن قدر متورم می شود تا سد یا مانع آبی را از بین ببرد و با خود جریان دی اکسید کربن تماس یابد و بازیافت شود.

بازیابی نفت باقیمانده نسبتاً پایین است و بستگی به سرعت تزریق (Flood Rate) دارد. یک مدل ایده آل یک بعدی که دی اکسید کربن از میان یک لایه آب به درون یک لایه نفت به دام افتاده نفوذ کرده و به دنبال آن نفت متورم می شود. این مدل که در زیر نشان داده شده است، به طور دقیق نقش نفوذ ملکولی در پروسس  بازیافت را تشریح می کند.

نفوذ دی اکسید کربن باعث تورم آب به اندازه 3% و تورم نفت به اندازه 40 % می شود. به عنوان یک نتیجه از تورم دو فاز سطح مشترک دو فاز به سمت راست حرکت می کند. برای حل مدل فرض شده، سطح آب و دی اکسید کربن ثابت است و حرکت نمی کند و تنها سطح مشترک آب و نفت به سمت راست حرکت می کند که این فرض با توجه به درصدهای تورم ذکر شده چندان غیر منطقی به نظر نمی رسد. این فرض اجازه می دهد که موقعیت فیزیکی واقعی جایی که ازدیاد نفت و جابجایی کامل فاز آب باعث تماس مستقیم دی اکسید کربن و نفت می شود معلوم شود.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تھران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

“MSc” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مھندسی شیمی – مھندسی محیط زیست

عنوان:

بررسی و تحلیل پیامد حادثه انتشار آمونیاک از مخازن آمونیاک

چکیده:

ارزیابی ریسک یک حادثه مستلزم انجام مراحل مختلف می باشد. ارزیابی و مدیریت ریسک به طور کلی شامل مراحل تعیین اھداف و عمق مطالعه، شرح فرآیند تحت بررسی، شناسائی مخاطرات، تعیین سناریوھا و حوادث منجر از آنھا، ارزیابی پیامد تخمین تکرارپذیری و تعریف و محاسبه ریسک می باشد.

با توجه به مراحل مختلف ارزیابی و مدیریت ریسک، از مھمترین مراحل انجام آن، تعیین سناریوھا و حوادث منجر از آنھا و ارزیابی پیامد آن حادثه می باشد. یکی از روشھائی که اخیراً به منظور ارزیابی پیامد حادثه مورد توجه قرار گرفته است، دینامیک سیالاتی محاسباتی می باشد. پرھزینه بودن و در بعضی موارد غیر ممکن بودن انجام آزمایش ھای عملی جھت ارزیابی پیامدھای یک حادثه و از طرف دیگر دقت بالای استفاده از دینامیک محاسباتی سیالاتی، باعث استفاده از این گونه نرم افزارھا جھت تحلیل و ارزیابی پیامدھای حادثه شده است. در این پروژه سعی شده است که ارزیابی پیامد حادثه نشتی آمونیاک از یک مخزن بزرگ آمونیاک به حجم 20000 تن به کمک نرم افزار فلوئنت مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن در شرایط جوی متفاوت مورد قیاس قرار گیرد، نتایج حاصل نشان می دھد که نحوه انتشار آمونیاک با توجه به شرایط مختلف جوی روند کاملاً متفاوتی را نشان می دھند.

نحوه انتشار به شرایط جوی کاملاً وابسته بوده و نتایج به دست آمده نشان می دھد، در کلاس پایداری جوی نوع B (ناپایدار) مقدار نفوذ توده آمونیاک در غلظت معین (ppm 2000) درجھت وزش باد حدود 640 متر می باشد، در حالی که نفوذ ھمان مقدار غلظت آمونیاک در کلاس پایداری جوی نوع E (پایدار) درحدود 1040 متر است، که بسیار بیشتر از شرایط جوی نوع B می باشد. ھمچنین حرکت توده آمونیاک در شرایط جوی کلاس B (ناپایدار) بیشتر به سمت بالا بوده که نشانگر آن است که اختلاط جریانات عمودی شناوری در چنین شرایطی به خوبی صورت می گیرد در حالی که نفوذ در شرایط جوی کلاس E (پایدار) بیشتر بر روی سطح زمین می باشد و نشانگر عدم اختلاط خوب جریانات عمودی شناوری است.

نھایتاً نتایج به دست آمده از CFD با یکی از نر مافزارھای اختصاصی ارزیابی پیامد حادثه (Phast) مورد مقایسه قرار می گیرد و مقایسه صورت گرفته نشان می دھد، ھمخوانی مناسبی در نتایج به دست آمده وجود دارد، ولیکن آنچه باعث برتری CFD بر نرم افزارھایی ھمانند Phast شده است توانایی نمایش نحوه انتشار در فواصل نزدیک به محل نشتی و بر روی موانع موجود در مسیر انتشار می باشد.

مطالب بیان شده نشان می دھد که استفاده از CFD برای تحلیل پیامد انتشار مواد سمی می تواند بسیار مفید باشد.

مقدمه

کارخانجات پتروشیمی با ھدف تامین محصولات استراتژیک به منظور توسعه صنایع پائین دستی و افزایش سھم درآمد ھای غیر نفتی در چرخه اقتصاد کشور در سالھای اخیر به طور چشمگیری رشد نموده است.

احداث واحدھای عظیم در مجاورت یکدیگر و تراکم تجھیزات در این واحدھا و حجم بالای تولیدات، مخازن و فرآیندھای مخاطره آمیز آنھا، استفاده از سیستم ھای ایمنی و آتشنشانی پیشرفته و تدوین برنامه ھای موثر مقابله با وضعیت ھای اضطراری را حائز اھمیت نموده است.

یکی از نکات مھم درھنگام حوادث، پیش بینی اثرات و پیامد ھای ناشی از آن حادثه می باشد. بدون شک یکی از مھم ترین و خطرناک ترین حوادث در مجتمع ھای پتروشیمی، انتشار گازھای سمی و قابل اشتعال می باشد. پیش بینی میزان انتشار و روند گسترش این گونه نشتی ھا می تواند کمک بسیار بزرگی در جھت کنترل حوادث، جلوگیری و کاھش اثرات نامطلوب آن داشته باشد. ضمن اینکه توانائی پیش بینی این گونه انتشارات گازھای سمی می تواند کمک بزرگی در تدوین برنامه ھای مقابله با شرایط اضطراری، تدوین برنامه ھای مانورھا و تمرینات عملی و دیگر برنامه ھا در جھت کاھش اثرات ناشی از انتشار گازھای سمی به دنبال داشته باشد.

به طور کلی برای پیش بینی روند انتشار ناشی از گسترده شدن یک گاز سمی و قابل اشتعال در محیط، نیاز به انجام کارھای آزمایشگاھی داشته و بسیار زمان بر می باشد که این نیاز، کار را در شرایط معمولی بسیار سخت و تقریباً ناممکن می نماید. در ھر صورت کارھای آزمایشگاھی زیاد در تضاد با نیاز به تصمیم گیری سریع می باشد. یکی از سریع ترین روش ھا، مدل کردن میزان و روند انتشار، با استفاده از نرم افزاھای دینامیک سیلاتی می باشد. در این روش می توان با یک سرعت مناسب و با انجام ھزینه ھای پائین میزان انتشار را در حدی قابل قبول و منطبق بر واقعیت پیش بینی کرد.

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 فرایند

عنوان:

مدلسازی سینتیکی واکنش های فرایند ISOMAX جهت ارتقاء برش های سنگین نفتی

چکیده:

هدف از انجام این پروژه مدلسازی سینتیکی راکتورهای واحد آیزوماکس پالایشگاه تهران است. آیزوماکس از لحاظ اهمیت دومین فرایند در صنعت نفت است. خوراک این واحد معمولا در محدوده نفت گاز خلاء (VGO) تا باقیمانده های تقطیر (Residue) می باشد. فرایند شامل شکست برش های سنگین نفتی در حضور هیدروژن است. این واحد، بیشتر برای افزایش تولید محصولات میان تقطیر و بنزین و گاز به کار می رود.

به دلیل پیچیدگی مدل سینتیک، مدل مناسبی که بتواند بازده محصولات را ارائه دهد می تواند بسیار مفید باشد. در این راستا مدل توده ای گسسته معرفی شده است. در مدل توده ای گسسته تبدیل توده های سنگین به توده های سبک به صورت واکنش های سری (گسسته ساده) و واکنش های سری موازی (گسسته پیچیده) در نظر گرفته می شود که با افزایش تعداد واکنش ها بر پیچیدگی و حجم محاسبات مدل افزوده می شود. در این پروژه یک مدل 4 توده ای با چهار واکنش بین توده ها بکار برده شد. مقایسه بین مقادیر پیش بینی شده توسط مدل و مقادیر تجربی نشان می دهد که این مدل با دقت مناسبی می تواند مقدار برش ها را پیش بینی کند.

مقدمه:

هیدروکراکینگ یک فرایند ثانویه مهمی در صنعت نفت می باشد و یکی از فرایندهای مهم در ارتقای کیفیت برش های نفتی به شمار می رود. خوراک این فرایند معمولا در محدوده گازوئیل خلا تا پسماندهای نفتی می باشد. فرایند شامل کراکینگ اجزاء سنگین نفتی در حضور هیدروژن است. فرایند از نظر زیست محیطی مشکلی ندارد. این فرایند برای ماکزیمم کردن محصولات میان تقطیر، گازوئیل به کار می رود.

هدف از انجام این پروژه پیش بینی رفتار سینتیکی واکنش هیدروکراکنیگ در فشار بالا است که در نتیجه می توان توزیع محصولات را پیش بینی کرد.

فصل اول: کلیات

1-1) هدف:

هیدروکراکینگ از لحاظ اهمیت دومین فرایند در صنعت نفت می باشد و یکی از فرایندهای مهم در ارتقای کیفیت برش های نفتی به شمار می رود. با اینکه فرایند هیدروژن دار کردن یکی از قدیمی ترین فرایندهای کاتالیستی در صنعت پالایش نفت است، ولی در بین فرایندها تنها فرایند هیدروکراکینگ توسعه زیادی یافته است. این توجه به هیدروکراکینگ چندین علت داشته که برخی از آنها عبارتند از:

– نوع تقاضا برای فراورده های نفتی تغییر کرده است و درخواست برای بنزین، در مقایسه با سایر مواد میان تقطیر بالا رفته است.

– در سال های اخیر هیدروژن با قیمت ارزان و به مقدار زیاد به عنوان فراورده جانبی عملیات رفرمینگ کاتالیستی به دست می آید.

– مسائل زیست محیطی موجب محدودیت غلظت های گوگرد و ترکیب آروماتیکی در سوخت های موتوری شده است.

2-1) پیشینه تحقیق:

تکنولوژی هیدروکراکینگ از تبدیل ذغال سنگ در آلمان در سال 1925 توسعه یافت و هدف از آن تولید سوخت مایع مصرفی از رسوبات درونی ذغال سنگ بود. تبدیل ذغال سنگ به سوخت مایع تحت عملیات کاتالیستی در فشار و دمای بالا انجام شد، که بعدها تکنولوژی هیدروکراکینگ تبدیل گازوئیل سنگین به سوخت های سبک تر توسعه یافت و اولین واحد هیدروکراکینگ نفتی را شورون در سال 1958 به صورت تجاری راه اندازی کرد.

خوراک این واحد معمولا در محدوده نفت گاز خلاء تا پسماندهای نفتی می باشد. فرایند شامل شکست برش های سنگین نفتی در حضور هیدروژن می باشد. این واحد بیشتر برای تولید محصولات میان تقطیر و بنزین به کار می رود.

برخی از مزایای هیدروکراکینگ عبارتند از:

– موازنه بهتر بنزین و تولید فرآورده های تقطیر شده

– بهره بیشتر تولید بنزین

– بهبود کیفیت عدد اکتان و اصلاح حساسیت گروه بنزین

– تولید مقادیر نسبتا زیاد ایزوبوتان در بخش بوتان

– مراحل تکمیل کراکینگ کاتالیستی به منظور پالایش مواد خام سنگین حاصل از کراکینگ آروماتیک ها، نفت های حلقوی، نفت های واحد کک سازی و تولید بنزین، سوخت جت و نفت کوره سبک

الزامات زیست محیطی برای برش های سنگین از این لحاط حائز اهمیت است که اولا به دلیل وجود ترکیبات ناخالص همانند ترکیبات گوگردی و نیتروژنی و نیز وجود فلزات سنگین در این برش ها به مقدار زیاد، در صورت مصرف مستقیم باعث تولید دو عامل اصلی آلوده کنند محیط زیست یعنی SOx و NOx می شوند، ثانیا به واسطه پایین بودن نسبت هیدروژن به کربن در برش های سنگین نفتی، از کیفیت سوختن خوبی برخوردار نیستند و سبب تولید CO و دوده و ذرات معلق می شوند که در این ارتباط فرایند هیدروکراکینگ در کنار هدف اصلی خود یعنی کراکینگ مولکول های سنگین در حضور هیدروژن و تولید مولکول های سبک تر و مرغوب تر از لحاظ سوختی سبب حذف آلوده کننده های مذکور نیز خواهند شد.

فرایند هیدروکراکینگ به صورت کاتالیستی یا به صورت حرارتی انجام می گیرد. در فرایندهای کاتالیستی معمولا از کاتالیست های اکسید نیکل و اکسید مولبیدن بر پایه آلومینا در دمای متوسط عملیاتی (360 – 440 درجه سانتیگراد) و فشارهای بالا (P>140bar) استفاده می شود. نقش عمده کاتالیست در فرایند هیدروکراکینگ، هیدروژناسیون آروماتیک ها و تجزیه ترکیباتی با اتم های ناهمگن است. شکست ترکیبات سنگین به فراورده های سبک تر عمدتا به دلیل واکنش های حرارتی می باشد. در فرایندهای کاتالیستی لزوم استفاده از فشارهای بالا به دلیل بهبود شرایط  واکنش و مهمتر از آن حفاظت از کاتالیست ها به واسطه جلوگیری از تشکیل کک روی سطوح کاتالیست می باشد. به همین منظور در هیدروکراکینگ حرارتی معمولا از مواد افزودنی جهت جلوگیری از تشکیل کک استفاده می شود.

از زمانی که هیدروکراکینگ به عنوان یک فرایند جهت ارتقای کیفیت برش های نفتی مورد استفاده قرار گرفته است، نیاز به توسعه مدل های سینتیکی احساس گردید. پیش بینی میزان محصولات مطلوب و نامطلوب در شرایط عملیاتی متفاوت برای بهینه سازی و کنترل فرایند، طراحی تجهیزات فرایندی و انتخاب نوع کاتالیست از مسائلی می باشد که مدلسازی سینتیکی را ضروری می نماید.

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 ریاضی غیر فعال شدن سولفات زیرکونیای اصلاح شده با پلاتین در فرآیند الکیلاسیون

چکیده

لزوم حذف سرب از بنزین و کاهش مواد آروماتیک و الفینی در آن به دلیل مسایل زیست محیطی باعث کاهش کیفی و کمی بنزین تولیدی می شود. بنابر این با استفاده از الکیلات ها به عنوان یک جزء افزودنی به بنزین می توان محدودیتهای اعمال شده را برطرف نمود. متاسفانه توسعه فرآیند های الکیلاسیون به کمک کاتالیستهای مایع HF و H2SO4 به دلیل حجم زیاد اسید مصرفی و مشکلات مربوط به ایمنی و بازیافت اسید با مشکل مواجه شده است. با استفاده از یک کاتالیست اسید جامد مناسب می توان این مشکلات را رفع کرد. با این وجود، مشکل اصلی کاتالیستهای جامد، طوت عمر بسیار کوتاه آنهاست.

جهت پیش بینی غیر فعال شدن اینگونه کاتالیستها، تحقیقات زیادی بر روی مکانیسم غیر فعال شدن صورت گرفته و مدلهای ریاضی متنوعی ارائه گردیده است که هر کدام با فرضیاتی خاص، نتایج تئوری متفاوتی را بدست آورده اند.

در این تحقیق غیر فعال شدن کاتالیست اسید جامد زیرکونیای سولفاته اصلاح شده با پلاتین با فرض مکانیسم پوشیده شدن سایتهای فعال توسط کک و کاهش سطح واکنش، به صورت ریاضی مدلسازی شده است. مدلسازی مذکور در سطح دانه های کاتالیست تدوین گردیده و حل معادلات ریاضی بدست آمده توسط نرم افزار Matlab نشان می دهد که کاتالیست در مدت کوتاهی فعالیت خود را از دست داده و درصد تبدیل در زمان 10 دقیقه افت قابل ملاحظه ای می کند . مقایسه نتایج تحقیق حاضر با نتایج تجربی و تئوری موجود دلیل بر قابل اعتماد بودن پیش بینی های این مدل می باشد.

مقدمه

الکیلاسیون یعنی افزایش یک گروه الکیل به یک ماده آلی، ولی در اصطلاح پالایش نفت عبارتست از واکنش یک الفین با یک ایزو پارافین در دما و فشار بالا، الکیلاسیون می تواند بدون کاتالیزور صورت گیرد ولی فرآیند های صنعتی الکیلاسیون با حضور کاتالیزور در دمای پایین انجام می شود. فرآورده الکیلاسیون بنزین با عدد اکتان بالااست که الکیلات نام دارد. الکیلات که عمدتا پارافین های پر شاخه در محدوده اکتان است، همه خواص مطلوب برای اختلاط با بنزین از جمله عدد اکتان بالا، فشار بخار پایین و نداشتن آروماتیکها، الفینها و گوگرد را دارا می باشد. با توجه به حجم زیاد مصرفی کاتالیستهای اسید مایع و مشکلات مربوط به ایمنی، ضرورت توجه به کاتالیستهای اسیدی جامد دو چندان شده است. با وجود تلاش زیاد در دهه های اخیر و آزمایش اسیدهای جامد قوی، هنوز کاتالیست مناسبی برای این منظور یافت نشده است. مشکل اصلی آن، طول عمر بسیار کوتاه کاتالیست و مشکلات مربوط به احیاء آن است.

در این پروژه غیر فعال شدن کاتالیست زیرکونیای سولفاته اصلاح شده با پلاتین به صورت ریاضی مدلسازی شده است.

در فصل اول نقش وحالت پلاتین و تاثیر آن در غیرفعال شدن کاتالیست بحث و بررسی شده است سپس در مورد راکتور های کاتالیستی برای فرآیند الکیلاسیون روی کاتالیست جامد توضیحاتی بیان شده و همچنین فرآیند الکیلاسیون با کاتالیست های اسید مایع HF و H2SO4 به طور کامل بیان شده است.

در فصل دوم به معرفی اجمالی کاتالیست های جامد پرداخته شده است. در فصل سوم مکانیزم و سینتیک واکنش الکیلاسیون بیان شده است. در فصل چهارم در ابتدا مدلسازی غیر فعال شدن کاتالیست، در سه سطح سایتهای فعال، ذره و راکتور به طور کامل بحث و بررسی شده است و سپس غیر فعال شدن کاتالیست زیرکونیای سولفاته اصلاح شده با پلاتین در سطح دانه های کاتالیست مدل شده است و همچنین در مورد حل معادلات ریاضی به روش تفاضل محدود و همچنین نوشتن برنامه کامپیوتری به زبان برنامه نویسی Matlab توضیحاتی بیان شده است. در فصل پنجم به بحث و نتیجه گیری پرداخته شده و همچنین پیشنهاداتی برای تحقیقات آتی بیان شده است.

فصل اول: کلیات

1-1- هدف

هدف اصلی این پروژه مدلسازی غیر فعال شدن کاتالیست اسید جامد زیرکونیای سولفاته اصلاح شده با پلاتین، با فرض مکانیسم پوشیده شدن سایتهای فعال توسط کک و کاهش سطح واکنش، به صورت ریاضی می باشد. بر این اساس مدلسازی مذکور در سطح دانه های کاتالیست تدوین گردیده و حل معادلات ریاضی بدست آمده توسط نرم افزار Matlab نشان می دهد که کاتالیست در مدت کوتاهی فعالیت خود را از دست داده و درصد تبدیل افت قابل ملاحظه ای می کند. سپس مقایسه ای بین نتایج تحقیق حاضر با نتایج تجربی و تئوری انجام شده است.

2-1- پیشینه تحقیق

جهت پیش بینی غیر فعال شدن کاتالیستهای اسید جامد، تحقیقات زیادی بر روی مکانیسم غیر فعال شدن صورت گرفته و مدلهای ریاضی متنوعی ارائه گردیده است که هر کدام با فرضیاتی خاص، نتایج تئوری متفاوتی را بدست آورده اند. و سایت های مسموم و دهانه منافذ مسموم مکانیسم های پیشنهاد شده برای غیر فعال شدن کاتالیست های اسید جامد هستند اما نتایج تجربی بسیار محدود است و آنالیز های تئوری در مقالات در دسترس هستند و برخی از مقالات در ذیل اشاره می گردد:

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 – مهندسی فرآیند

عنوان:

مدلسازی سینتیکی واکنش های فرآیند visbreaking جهت ارتقاء برش های سنگین نفت

چکیده:

یکی از مهمترین فرآیندهای شیمیایی، واکنش های شکست حرارتی باقیمانده های خلاء است که شامل مخلوط های پیچیده می باشد. لذا مدلسازی فرآیندهای کاهش گرانروی در صنعت نفت با استفاده از روشی مناسب و دقیق هدف اصلی این پژوهش می باشد. فرآیند کاهش گرانروی فرآیندی است که با هدف کاهش گرانروی باقیمانده های برج تقطیر خلاء و اتمسفری در برخی از پالایشگاه ها در حال فعالیت می باشد.

در این پژوهش یک راکتور ناپیوسته مورد مطالعه قرار گرفته شده است و محصولات برحسب اهمیت صنعتی آنها به برش های مختلف تعریف می شوند. برای مدلسازی و تعیین میزان و توزیع محصولات از دو نوع مدلسازی پیوسته و گسسته استفاده شده است. در مدل گسسته از مدل ریاضی پنج توده ای و هفت پارامتری و در مدل پیوسته از نقطه جوش نرمال شده جهت توصیف خوراک به صورت یک مخلوط پیوسته استفاده شده است. توزیع غلظت اجزای مخلوط با پیشرفت واکنش تغییر می کند. مدل پیوسته با پنج پارامتر قابل تنظیم برای واکنش های کاهش گرانروی به کار برده شده است. در این میان، پارامتر Kmax، پارامتر اصلی مدل می باشد و مقدار آن برای خوراک های مختلف متفاوت می باشد. با افزایش دما از 400 درجه سانتیگراد به مقدار 430 درجه سانتیگراد، میزان Kmax برای خوراک های AM Asphalt AMSR ,BHSR ,NGSR به ترتیب به میزان 3.66، 3.61، 13.99 و 3.26 برابر می شود.

مدل های ارائه شده از کارایی مطلوبی در پیش بینی مقدار هریک از برش های مربوط به محصولات واکنش برخوردار می باشند.

مقدمه:

مصرف روزافزون بنزین به دلایل مختلف صنعت نفت را وادار نموده تا حداکثر بنزین و حداقل نفت کوره را از طریق تبدیل آن تولید کند که در این رابطه تبدیل برش های سنگین به سبک و ارتقاء کیفی آنها، با هدف بهبود عملکرد فرآیند و توجه به مسائل زیست محیطی مورد نظر می باشد. بنابراین پس از تفکیک فیزیکی ترکیبات موجود در نفت خام از طریق تقطیر اتمسفری و تقطیر در خلاء نوبت به عملیات تبدیل می رسد.

در صنعت پالایش نفت برای ارتقاء نفت از روش های گوناگون استفاده می شود و همواره تکنولوژی ارتقاء باقیمانده های نفتی به منظور بهبود فرآیند، هزینه کلی پایین تر و اهداف محیط زیستی و ایمن سازی در حال توسعه است. باقیمانده های نفتی حاصل از مرحله تفکیک ارزش سوختی ناچیزی دارند و پاسخگوی تقاضاهای زیاد سوخت صنعت حمل و نقل نیستند و با فرآورش در عملیات تبدیل، به محصولات باارزش تبدیل می شوند. لذا عملیات تبدیل شامل فرآیندهایی است که برای تولید فرآورده های مناسب و پرهیز از باقیمانده های بدون مصرف انجام می شود.

فرآیند کاهش گرانروی، یکی از فرآیندهای عملیات تبدیل است. این فرآیند در شرایط دما و فشار ملایم انجام می گیرد و در طی آن باقیمانده ها که کم ارزش ترین محصولات پالایشگاه ها هستند، ارتقاء یافته و به محصولات سبک و باکیفیت تبدیل می شوند. فرآیند کاهش گرانروی در مقایسه با فرآیندهای تبدیل کاتالیستی، به این دلیل که خوراک های سنگین حاوی مقادیر بالایی از فلزات هستند مناسب تر می باشند. زیرا فلزات موجود باعث خوردگی و از بین رفتن سریع کاتالیست ها می شوند.

فصل اول: کلیات

1-1) بیان اهداف

پیش بینی رفتار خوراک و توزیع محصول در فرآیند کاهش گرانروی برش های سنگین نفتی، به خاطر حضور تعداد بیشماری از مواد آلی، امری بسیار مشکل است. در مورد باقیمانده های نفتی چون تعداد این مواد بسیار زیاد است، عملا پیش بینی سینتیک صحیح تک تک واکنش ها غیرممکن است و نیازمند عملیات بسیار پیچیده در حجم وسیع است و بنابراین نیاز به یک مدل سینتیکی مناسب جهت رفع این مشکلات و بررسی مواد در طی واکنش هستیم. از اینرو به جای بررسی تک تک مواد، ترکیبات را طبق فاکتورهای مشخص طبقه بندی کرده و بررسی ها را بر روی توده های مواد انجام می دهیم. مدل های توده ای که در آن ترکیبات مختلف براساس نقطه جوش طبقه بندی می شوند از جمله مدل های سینتیکی موفق در توصیف رفتار خوراک های پیچیده می باشد. در این تحقیق از دو مدل سینتیکی توده ای گسسته و پیوسته جهت مدلسازی سینتیکی واکنش استفاده شده است و هدف ارائه مدل سینتیکی مناسب جهت توصیف رفتار خوراک های سنگین تحت شرایط فرآیند کاهش گرانروی می باشد. همچنین از مدل سینتیکی برای به دست آوردن معادلات سرعت که برای آنالیز واکنش های پیچیده مورد نیاز است استفاده می شود و استفاده از چنین مدل هایی تعداد آزمایش های مورد نیاز جهت تشریح رفتار سینتیکی مخلوط واکنش را کاهش می دهد. همچنین شبکه واکنش ها بسیار ساده و حجم محاسبات ریاضی نیز کم می شود.

2-1) ضرورت پالایش نفت و مراحل پالایش

نفت خام، مایعی قابل اشتعال است که معمولا استفاده از آن به همان شکل، به دلایل مختلف امکان پذیر نیست. بعضی از این دلایل در ادامه آمده است. نفت خام شامل گازهای فرار محلول است و قابلیت انفجاری گازهای فرار محلول نفت خام بسیار زیاد و خطرناک است. از طرفی نفت خام حاوی روغن های سنگینی است که به آسانی مشتعل نمی شوند و همچنین ترکیبات گوگردی و نیتروژن داری که در نفت خام وجود دارد، در هنگام سوختن ترکیبات اسیدی و خورنده ای تولید می کند که باعث پوسیدگی فلزات به کاررفته در دستگاه ها می شوند.

نفت خام، مخلوطی از هیدروکربن های مختلف با نقاط جوش متفاوت است. بنابراین نفت خام را باید پالایش کرد و به فرآیندهایی دست یافت که از آنها بتوان به عنوان سوختی ایمن استفاده کرد. البته سوزاندن هریک از فرآورده های متنوع این ماده گرانبها، به دلایل زیر بدترین نوع آن است؛ از نفت خام می توان موادی استخراج کرد که از هریک از مواد در صنایع پتروشیمی، محصولات مفید بی شماری تولید می شود. از طرفی سوزاندن فرآورده های نفتی، موجب آلودگی محیط زیست می شود.

با توجه به آنچه گفته شد می توان گفت پالایش نفت عبارت است از مجموعه عملیاتی که روی نفت خام انجام می شود تا آن را به شکل فرآورده های دلخواه و ایمن، قابل استفاده سازد.

مراحل پالایش به طور کلی شامل عملیات زیر است:

1) عملیات تفکیک: فرآیندهای فیزیکی جداسازی توسط تقطیر را شامل می شود.

2) عملیات تبدیل: فرآیندهای شیمیایی شکستن، تبدیل، ترکیب و پیوند مولکولی را در برمی گیرد.

3) عملیات تصفیه: عبارت است از فرآیندهای زدودن ناخالصی ها که تصفیه با حلال ها را هم شامل می شود.

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:

حذف فتوکاتالیستی آمونیاک از پساب های صنعتی به وسیله نانو ذرات TiO2 بر پایه لیکا (TiO2/Leca)

چکیده

در این تحقیق بررسی کارایی فرآیند اکسیداسیون پیشرفت فتوکاتالیستی در تجزیه و حذف آمونیاک از یک پساب ساختگی، با استفاده از فتوکاتالیست شناخته شده دی اکسید تیتانیوم (TiO2) نانو ذره به صورت تثبیت شده بر روی یک پایه مناسب در یک فتوراکتور جدید با کارایی بالا می باشد. از این رو تلاش شده است با به کارگیری روش تثبیت و فتوراکتور مناسب جهت استفاده از نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم (Degussa P-25) به عنوان فتوکاتالیست؛ مشخصات کاتالیست ساخته شده و میزان کارایی و فعالیت فتوکاتالیستی آن در تجزیه و حذف آلاینده (آمونیاک) مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد و معرفی نوع جدیدی از پایه تحت عنوان لیکا که با توجه به خصوصیات منحصر به فرد آن نظیر شناور بودن و پایداری نسبتا مناسب در شرایط عملیاتی به عنوان یک انتخاب مناسب از پایه در این نوع کاتالیست ها، موضوع اصلی این پایان نامه است. ارزیابی کارایی فتوراکتور طراحی شده و فتوکاتالیست آماده شده از طریق انجام آزمایش های تصفیه فتوکاتالیستی پساب سنتزی تعدادی از شرایط اولیه و عملیاتی (غلظت اولیه ماده آلاینده، تاثیر دمای کلسیناسیون کاتالیست، اثر شدت نور UV و PH اولیه) بر روی سرعت واکنش تخریب فتوکاتالیستی ماده آلاینده اولیه و روند کاهش بار آلایندگی کلی محلول، با انجام 15 آزمایش جداگانه بررسی و ارزیابی شد. همچنین 6 آزمایش شاهد برای حصول اطمینان از اثر فتوکاتالیستی، فتوکاتالیست آماده شده و 2 آزمایش بررسی حذف فتوکاتالیستی آمونیاک با افزایش زمان تابش نور اشعه UV در شرایط های بهینه به دست آمده، انجام شده است. آنالیزهای تعیین مشخصات فتوکاتالیست تثبیت شده، شامل آنالیز XRD، جهت مشخص کردن خصوصیات کریستالوگرافی و فازی کاتالیست، آنالیز SEM، جهت مشخص کردن خصوصیات مورفولوژی و سطحی کاتالیست، انجام گرفته است.

مقدمه

امروزه پیشرفت های حاصله در علوم و فناوری های مختلف و استفاده از آنها در صنعت، موجب پیدایش و افزایش مواد و مولکول های آلاینده و خطرناک جدیدی شده که می توانند در برابر تجزیه زیستی مقاومت نمایند. در این میان، ترکیبات آلی و نیتروژن دار، از جمله مواد مضر و خطرناک برای محیط زیست و موجودات زنده محسوب می شوند که عمدتا از واحدهای صنایع غذایی، صنایع نساجی، صنایع کاغذ سازی، صنایع داروسازی، صنایع تولید روغن و کک سازی، پالایشگاه های نفت، مجتمع های پتروشیمی، و بسیاری از واحدهای شیمیایی و صنعتی دیگر خارج شده و رها شدن آنها در محیط، بدون انجام عملیات تصفیه مناسب، از خطرات مهم زیست محیطی محسوب می شود. از طرف دیگر، با توجه به افزایش محدودیت های ناشی از قوانین جدید و سخت گیرانه زیست محیطی به منظور حفظ تعادل اکوسیستم طبیعی، نیاز به روش های تصفیه ای جدیدی می باشد که بتوانند این مواد را حذف و یا حداقل به موادی با مولکول های کوچک تر و قابل تصفیه تر تبدیل نمایند. روش های متعارف و متداول تصفیه مانند روش های زیستی، برای تصفیه پساب های حاوی چنین موادی پاسخگو نبوده و روش های فیزیکی (مانند جذب سطحی بر روی جاذب) نیز تنها این مواد را از یک محیط (با غلظت کمتر و حجم بیشتر) به محیط دیگر (با غلظت بیشتر و حجم کمتر) و یا از یک شکل (پرخطر) به شکل دیگر (کم خطر) تبدیل می کنند [Fernandes, 2005; Gorgate, 2002].

البته از سالیان دور سوزاندن فاضلاب های حاوی مواد خطرناک مرسوم بوده است در حالی که این روش تنها برای فاضلاب هایی با غلظت بالا (بدون در نظر گرفتن آلودگی اتمسفریک هوا) قابل توجیه است.

استفاده از فرآیندهای اکسیداسیون شیمیایی، فتوشیمیایی، الکتروشیمیایی و فتوکاتالیستی جهت تصفیه فاضلاب های حاوی آلاینده های خطرناک، از جمله جدیدترین و آخرین راه حل ها برای حذف کامل این آلاینده ها مطرح می باشند. با این وجود، این روش ها نیز فعلا از نظر اقتصادی (چه از نظر هزینه ثابت و چه از نظر هزینه عملیاتی) قابل رقابت با فرآیندهای تصفیه زیستی رایج نیستند. چرا که در تصفیه زیستی، میکروارگانیسم ها بدون افزایش مقدار قابل ملاحظه ای ماده شیمیایی و فقط با کمک اکسیژن (تا هنگامی که سوبسترات آلی وجود دارد) واکنش اکسیداسیون را ادامه می دهند، در حالی که انجام این عمل توسط واکنش های اکسیداسیون شیمیایی، فتوشیمیایی، الکتروشیمیایی و فتوکاتالیستی مستلزم صرف هزینه فراوان، جهت تجزیه کامل آلاینده ها می باشد.

استفاده از روش های فتوشیمیایی و فتوکاتالیستی با نگاه به الگوی طبیعت به عنوان یک راکتور فتوشیمیایی (فتوراکتور) عظیم بوده که در مجموعه آن خورشید به عنوان منبع انرژی و تشعشع الکترومغناطیسی نور، هوا به عنوان ترکیب گازی و آب به عنوان محیط مایع، شرایط واکنش های فتوشیمیایی در آب و هوا را امکان پذیر ساخته است و این مسئله سبب توجه دانشمندان به بررسی بیشتر فرایند القاء نور و همچنین واکنش ها که با نور شروع می شوند شده است. امروزه حجم عظیم مقالات منتشر شده در زمینه توسعه تکنولوژی های فتوشیمیایی (در فرایندها زیست محیطی و به ویژه در مورد تصفیه آب و هوا) و گسترش آن در مقیاس صنعتی مؤید این واقعیت است [Oppenlander, 2003].

در این بین، فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته فتوکاتالیستی به دلیل مزیت های نسبی (از جمله سهولت و هزینه عملیاتی کمتر)، در تحقیقات مرتبط با فرآیندهای پالایش و تصفیه آب و پساب های آلوده به مواد آلاینده خطرناک (که روش های کلاسیک و متداول تصفیه قادر به حذف و یا کاهش غلظت آنها نمی باشند) بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند. در بین فتوکاتالیست های مطرح نیز، دی اکسید تیتانیوم (TiO2) به دلیل فعالیت فتوکاتالیستی زیاد، توجه بیشتری را به خود جلب کرده است.

با توجه به مطالب فوق، هدف از این تحقیق بررسی کارایی فرآیند اکسیداسیون پیشرفته فتوکاتالیستی در تجزیه و حذف آمونیاک از یک پساب ساختگی، با استفاده از فتوکاتالیست شناخته شده دی اکسید تیتانیوم (TiO2) نانو ذره به صورت تثبیت شده بر روی یک پایه مناسب و در یک فتوراکتور جدید با کارایی بالا می باشد. آنالیزهای تعیین مشخصات فتوکاتالیست تثبیت شده، شامل آنالیز XRD، جهت مشخص کردن خصوصیات کریستالوگرافی و فازی کاتالیست، آنالیز SEM، جهت مشخص کردن خصوصیات مورفولوژی و سطحی کاتالیست، انجام گرفته و کارایی فتوراکتور طراحی شده به وسیله انجام آزمایش های تصفیه، مورد بررسی و ارزیابی قرار می گیرد. همچنین تأثیر برخی از شرایط عملیاتی بر روی واکنش تجزیه فتوکاتالیستی آمونیاک بررسی می گردد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.