دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – محیط زیست

عنوان:

تصفیه شیرابه در پیل های سوختی میکروبی و تولید همزمان الکتریسیته

چکیده:

تقاضای جامعه جهانی به تولید انرژی های تجدیدپذیر و جایگزین سوخت های فسیلی روز به روز در حال افزایش است. با وجود اینکه تکنولوژی پیل های سوختی میکروبی، موضوع جدیدی نیست، پیشرفت های اخیر در توسعه آن، استفاده عملی از این تکنولوژی هم در تصفیه پساب و هم تولید الکتریسیته، آن را به سطح نسبتا قابل قبولی رسانده است. پیل های سوختی میکروبی تجهیزاتی هستند که درست مشابه باطری عمل می کنند با این تفاوت که در آنها از باکتری های بی هوازی به عنوان کاتالیست برای اکسیداسیون مواد آلی و گاها معدنی برای تولید الکتریسیته استفاده می شود. بررسی گزارش های اخیر در مورد کاربرد این تکنولوژی در تصفیه شیرابه، که به دلیل غلظت زیاد و تنوع ترکیبات پیچیده آن یکی از آلاینده ترین پساب ها می باشد، نشان می دهد که مواد متشکله آلی آن شامل ترکیبات آلی آمونیاکی، BOD و COD به میزان چشمگیری کاهش می یابد.

در این تحقیق سعی بر آن است که مدل ریاضی پیل سوختی بر مبنای مکانیسم میکروبی ارائه شود. سپس با استفاده از مدل بدست آمده و نرم افزار MATLAB منحنی های توان خروجی برحسب غلظت سوبسترا (COD)، شدت جریان خروجی برحسب غلظت سوبسترا (COD)، و ولتاژ خروجی برحسب غلظت سوبسترا (COD) رسم خواهد شد.

مقدمه:

نگرانی در مورد انتشار گازهای آلاینده به اتمسفر و افزایش دمای زمین چند سالی است که از مهمترین نگرانی های نوع بشر شده است. افزایش استفاده از سوخت های فسیلی با افزایش روزافزون تقاضا برای انرژی، دانشمندان را به یافتن منابع انرژی جایگزین و تجدیدپذیر واداشته است. از طرف دیگر، دفع پسماندهای شهری در لندفیلدها، خود از مشکلاتی است که نگرانی های زیست محیطی چون آلوده شدن منابع آب های زیرزمینی در نتیجه نفوذ شیرابه حاصل از پسماندهای دفن شده در زیر خاک، شیوع بیماری ها، بوی مشمئز کننده حاصل از تعفن و بسیاری از موارد دیگر، دانشمندان را به مطالعه و تحقیق برای یافتن راه حلی برای تصفیه شیرابه و روش های دفع آن واداشته است. شیرابه حاصل از لندفیلد یکی از آلوده ترین پساب ها می باشد که BOD و COD بسیار زیاد آن وجه تمایز شیرابه و فاضلاب شهری است. روش های مختلف در تصفیه شیرابه کاربرد دارد اما با هیچ یک از روش های موجود چه از بعد مصرف انرژی و هزینه های گزاف تحمیلی و چه از بعد راندمان مناسب و کاهش BOD و COD آن به نحوی که قابل دفع در محیط باشد نتایج مطلوب به دست نیامده است. تکنولوژی پیل های سوختی میکروبی چند دهه ای است که از اهمیت ویژه ای برخوردار شده است. پیل سوختی میکروبی به لحاظ “سبز” بودن مناسب ترین تکنولوژی برای تصفیه شیرابه و تولید همزمان انرژی می باشد. اما مشکل اساسی آن، توان خروجی و بازدهی کم انرژی آن است که عمدتا ناشی از متابولیسم کند میکروب ها می باشد. به هرحال، با پیشرفت های زیادی که در توسعه آن حاصل می شود، می توان به آینده پرکاربرد این تکنولوژی چه در زمینه تصفیه پساب و چه در زمینه تولید انرژی تجدیدپذیر بسیار امیدوار بود.

در این تحقیق، ابتدا به معرفی پیل سوختی، تاریخچه، مبانی و انواع آن پرداخته شده است که پیل سوختی میکروبی نیز از نسل های بعدی آن محسوب می شود. سپس، پیل های سوختی میکروبی و انواع آن مطرح شده است. تشریح اجزا، مکانیسم عملکرد، کاربردها و مسائل و مشکلات مربوط به آن به تفصیل مطرح شده است. در پایان نیز به مرور کاربرد پیل های سوختی میکروبی در تصفیه شیرابه و پیشرفت های اخیر آن پرداخته شده است.

فصل اول: پیل های سوختی

1-1) پیشینه پیل سوختی

برخلاف سایر تکنولوژی ها، پیل سوختی تاریخچه نسبتا طولانی دارد. ویلیام روبرت گرو (William Robert Grove)، که یک وکیل بود و بعدها دانشمند شد، در سال 1839 اولین پیل سوختی را ابداع کرد. همانظور که در شکل 1-1 مشاهده می شود، او اکسیژن و هیدروژن را در یک سری لوله آزمایش به طور مجزا قرار داد و فاصله میان آنها را با اسید سولفوریک رقیق پر کرد (سمت چپ شکل 1-1). سپس درون هریک از لوله های آزمایش یک الکترود پلاتینی قرار داد و آنها را به یک ولت متر متصل کرد (سمت راست شکل 1-1).

او مشاهده کرد که یک جریان ثابت بین الکترودها برقرار شد و سطح آب نیز همزمان شروع به افزایش کرد. آنچه که رخ داد در واقع واکنش عکس الکترولیز آب بود. واکنشی که رخ داد همان واکنش سوختن هیدروژن بود که در معادله 1-1 نشان داده شده است. با این تفاوت که در پیل سوختی، انرژی الکتریکی تولید می شود اما در واکنش سوختن مستقیم هیدروژن، احتراق، فقط گرما تولید می شود.

H2+1/2O2->H2O

پس از این ابداع، دانشمندان زیادی سعی در بالا بردن بازدهی پیل سوختی داشتند. در سال 1886، لودویگ موند، شیمیدان، و دستیارش کارل لنگر یک پیل سوختی هیدروژن / اکسیژن ساختند که شدت جریان 6 آمپر بر فوت مربع و ولتاژ 0/73 ولت تولید می کرد. الکترود مورد استفاده آنها پلاتین نازک و متخلخل و الکترولیت آن به شکل شبه جامد بود. در سال 1896 یک مهندس برق و شیمیدان، ویلیام جکس، سعی کرد بر مبنای پیل سوختی، مستقیما از ذغال الکتریسیته تولید کند. او از یک باز برای الکترولیت و کربن برای الکترودها استفاده کرد اما نتوانست در باطری کربن خود واکنش الکتروشیمیایی ایجاد کند. امیل بور از سوئیس، یک تحقیق در مورد یک نوع پیل سوختی انجام داد که در دماهای زیاد عمل می کرد و الکترولیت آن نقره مذاب و بخشی از آن شامل الکترولیت اکسید فلز و خاک رس بود. فردریک ویلهلم استوالد در سال 1893 توانست به تئوری شیمی بنیادی نحوه عملکرد پیل سوختی دست یابد.

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 تصفیه فاضلاب حاوی آمونیم با روش ترکیبی نیتریفیکیشن جزئی و اکسیداسیون بی هوازی آمونیم

چکیده:

ترکیبات نیتروژنی شبیه آمونیم، عمده ترین بخش از ترکیبات پساب های صنعتی هستند که تصفیه آنها جهت جلوگیری از پدیده تقلیل اکسیژن محلول در آب و سمی شدن آب ضروری است.

برای حذف نیتروژن عموما از روش سنتی و ترکیبی Nitrification و Denitrification استفاده می گردد، در این فرآیند ابتدا آمونیم به نیترات و نیتریت اکسید شده و سپس در ادامه فرآیند نیترات به نیتروژن گازی تبدیل می شود. این روش با هزینه بالای هوادهی و استفاده از بایومس همراه است.

Anammox یکی از روش های جدید است که در طی یک فرآیند بی هوازی و بدون نیاز به اکسیژن و مواد زیستی مازاد، آمونیم با ترکیب شدن با نیتریت به نیتروژن گازی تغییر فرم می دهد.

در این پروژه مدلسازی، ترکیبی از 2 روش Partial Nitrification و Anammox برای حذف آمونیم را با کمک مدل ASM1 شبیه سازی نموده ایم.

فرایند anammox توسط باکتری های اتوتروفیکی به نام کاندیداتوس بروکادیا آناماکسیدانز Candidatus brocadia anammoxidans که به راسته پلانکتومیستال planctomycetales تعلق دارند، انجام می شود با توجه به اینکه میکروارگانیسم در راکتور SBR شرایط بهتر فعالیت و پایداری را دارا می باشند از این نوع راکتور برای مدلسازی استفاده شد.

مدل ارائه شده در این پروژه برای خوراک با غلظت های مختلف در بازه 23 – 150 ppm آمونیم مورد تست قرار گرفت، که نتایج به دست آمده با نتایج ارائه شده در کارهای آزمایشگاهی هم پوشانی و مطابقت مناسبی دارند.

این مدل به گونه ای است که قابلیت توسعه برای غلظت های مختلف آمونیم و بررسی سایر پارامترهای سیستم های تصفیه پساب را دارا می باشد.

مقدمه:

زندگی به نیتروژن وابسته است. حدود 10 تا 15% محتوای ارگانیک موجودات زنده از نیتروژن تشکیل شده است. گردش ترکیبات نیتروژن در بایوسفر به عنوان چرخه نیتروژن شناخته می شود.

در قدیم، کاربرد اصلی میکروبیولوژی چرخه نیتروژن درک و بهبود راندمان کود در کشاورزی بود. سال ها بعد، پتانسیل این چرخه برای حذف مواد مغذی از فاضلاب کشف شد و تحقیقات به سمت بهبود حذف نیتروژن از فاضلاب هدایت شدند. نقش Nitrification و Denitrification در تشکیل اکسیدهای نیتروژن توجه اصلی تحقیقات زیست محیطی درباره چرخه نیتروژن را به خود جلب کرد. با گسترده شدن دامنه تحقیقات در طی سال های بعد فرآیندهای جدیدتری برای حذف ترکیبات مضر نیتروژنی از منابع اصلی حیات بشر نظیر آب، کشف گردید. فرآیند Anammox از جمله این فرایندها است.

فصل اول: کلیات

1-1- هدف

امروزه برای حذف آمونیوم مقررات محکمی وجود دارد به این دلیل که تخلیه فاضلاب های حاوی آمونیم می تواند محیط را برای حیات آبی سمی کند. در حال حاضر حذف آمونیوم در کارگاه های تصفیه فاضلاب از ترکیب Nitrification هوازی که توسط ارگانیسم های اتوتروف کاتالیز می شود و Denitrification که توسط ارگانیسم ها کاتالیز می گردد، تشکیل شده است. در مرحله اول، آمونیوم به وسیله نیتریت به نیترات اکسید می شود و در مرحله دوم نیترات با کربن ارگانیک به وسیله نیتریت به N2 احیا می گردد. این ترکیب مدت ها به عنوان تنها راه حذف آمونیوم از فاضلاب مورد توجه قرار داشت. ولی دغدغه های اقتصادی و یافته های جدیدتر استفاده از راه های کوتاه تر و با هزینه کمتر در فرآیند تصفیه پساب های سرشار از آمونیم به جای فرآیندهای سنتی را توصیه می کنند. در فرایند آناماکس آمونیم به صورت بی هوازی با نیتریت به وسیله باکتری های اتوتروف به N2 اکسید می شود و نسبت به فرآیندهای متداول Nitrification و Denitrification دارای مزیت های فراوانی است.

در این پروژه ضمن معرفی فرآیند Anammox و مقایسه آن با سایر فرآیندهای حذف آمونیم اقدام به مدلسازی فرآیند Anammox با استفاده از مدل مرجع ASM1 و حل مدل با کمک نرم افزار Matlab نموده ایم.

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

عنوان:

شبیه سازی فرآیند تولید متیل استات با استفاده از Rate-Baded Model (تعادلی و غیرتعادلی)

چکیده:

به دلیل مشکلات ناشی از به کارگیری مدل های تعادلی که ناشی از نواقص موجود در مدل های مذکور است. درصد محاسبه از مدل های غیرتعادلی که به Rate-Bsed معروفند رفته، انواع مدلسازی غیرتعادلی را بررسی نموده، کاربردهای آن را بررسی و تقطیر واکنشی را به عنوان کاربرد مدل های غیرتعادلی در ستون های جداسازی بررسی و در نهایت فرایند متیل استات در برج تقطیر واکنش را توسط نرم افزار Aspen pluse شبیه سازی نموده و نتایج به دست آمده را با نتایج مدل تعادلی مقایسه نموده ایم.

مقدمه:

در منابع و تحقیقات موجود در کشور سابقه ای در زمینه بهره گیری از مدل Rate based در شبیه سازی فرآیند تقطیر واکنشی موجود نیست و مطالعات در خارج از کشور به ویژه امریکا و هلند در حال انجام است. از اینرو در این تحقیق به بررسی و تجزیه و تحلیل مواردی مانند معایب استفاده از مدل تعادلی و در مقابل مزایا و معایب روش هایی مبتنی بر مدل غیرتعادلی، معادلات، خواص فیزیکی و… مورد نیاز جهت استفاده از مدل غیرتعادلی خواهیم پرداخت.

شبیه سازی فرآند تقطیر واکنشی تولید متیل استات در برج های Pack و برج های سینی دار و مقایسه نتایج به دست آمده با نتایج مدل تعادلی، تاثیر کاتالیست های مختلف، نرخ رفلاکس، فرمول فیک، فرمول ماکسول – استفان و… به عنوان پارامتر متغیر روی تولید متیل استات از نظر کمی و کیفی، بررسی تولید متیل استات در حالت های S.S و دنیامیکی، ذکر چند مثال و… خواهیم پرداخت.

هدف:

دستیابی به نتایج شبیه سازی فرآیند تقطیر واکنشی تولید متیل استات و مقایسه با نتایج به دست آمده از تعادلی و نتایج تجربی جهت بررسی دقت مفروضات فوق، بررسی امکان انجام شبیه سازی فوق با نرم افزارهای موجود.

ضرورت:

استفاده از مدل Rate based باعث افزایش درجه خلوص محصول و استفاده از برج تقطیر واکنشی باعث کاهش تجهیزات و هزینه های اولیه و عملیاتی خواهد شد.

1- مدل تعادلی (EQ)

1-1- روش سنتی

در دهه گذشته فرآیندهای جداسازی براساس مرحله تعادلی به انجام می رسد که باعث می گردید تا: 1- جریان خروجی بخار و مایع هر مرحله بدون توجه به نرخ واقعی انتقال جرم در تعادل با یکدیگر در نظر گرفته شوند در حالی که، واقعیت نشان می دهد به سختی ممکن است یک مرحله به تعادل برسد.

2- راندمان ترکیبات مختلف روی سینی و راندمان فاز بخار و مایع یکسان در نظر گرفته شود در حالی که راندمان به دست آمده ناشی از تقریبا تمامی پدیده ها اعم از هیدرونیامیک، انتقال جرم، اثر متقابل در فصل مشترک و… در دستگاه است که از آنها اغماض می گردد.

3- از تاثیر هیدرولیک سینی بر انتقال جرم صرف نظر گردد.

4- در صورتی که با سیستم های چند جزئی سروکار داشته باشیم: اثرات متقابل نفوذ که می تواند باعث پدیده های غیرمعمول مانند نفوذ معکوس گردد (انتقال جرم جزء در مسیر معکوس)، راندمان یک مرحله برای اجزاء متفاوت بسته به نفوذ اجزاء ممکن است بسیار متفاوت 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 فرایند

عنوان:

مدل سازی و شبیه سازی فرآیند جذب سطحی در مرکاپتان زدایی از گاز طبیعی با ا ستفاده از جاذب غربال ملکولی

چکیده:

در این رساله مدل سازی و شبیه سازی فرآیند جذب سطحی سیکلی مورد استفاده در مرکاپتان زدائی از گاز طبیعی با استفاده از جاذبه غربال ملکولی مورد بررسی قرار گرفته است. این فرآیند هم اکنون در واحد مرکاپتان زدائی پالایشگاه گاز فاز یک پارس جنوبی مورد استفاده قرار می گیرد.

در این فرآیند شش بستر ساکن جذب سطحی حاوی جاذب غربال مولکولی از نوع زئولیت 13x برای جذب انتخا بی مرکاپتان وجود دارد در فرآیند مذکور، در هر زمان سه بستر در حال جذب و سه بستر دیگر در حال احیاء هستند. سیکل احیا شامل دو مرحله گرمایش و یک مرحل خنک کردن است.

در مدل سازی این فرآیند با در نظر گرفتن مدل پراکندگی محوری برای رژیم جریان گاز در داخل بستر معادلات موازنه جرم استخراج شده است. از آنجا که جذب اجزاء در سیستم به غیر از آب و مرکاپتان ناچیز است فرآیند به صورت یک سیستم سه جزئی (مرکاپتان، آب و جزء بی اثر) در نظر گرفته شده است.

تقریب نیرو محرکه خطی نیز برای محاسبه سرعت جذب سطحی بین فاز سیال و فاز جامد مورد استفاده قرار گرفته است.

با توجه به تک لایه بودن جذب بر روی زئولیت ها مدل لانگمیر برای بیان رابطه تعادلی بین غلظت فازهای سیال و جذب شده مورد استفاده قرار گرفته است.

دستگاه معادلات دیفرانسیل جزئی حاصل از مجموعه این معادلات، با استفاده از روش عددی تفاضلات محدود غیر صریح در مراحل مختلف و به طور همزمان حل شده است. با استفاده از نتایج این محاسبات تغییرات غلظت در دمای ثابت در طول بستر و در زمانهای مختلف ارائه شده است و به دلیل محدودیت نتایج عملی اثر تغییر پارامترهای مهم مانند شدت جریان خوراک و دمای خوراک و غلظت ورودی اجزاء قابل جذب در جهت اثبات صحت شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته است.

چون ظرفیت جاذب برای جذب سطحی با افزایش دما کاهش می یابد لذا با افزایش دما غلظت درخروجی نیز زیاد می شود و با افزایش شدت جریان خوراک سرعت حرکت منطقه فعال شده سریعتر می شود و با افزایش 4 برابری غلظت خوراک همانگونه که انتظار می رود برج می تواند به خوبی تغییرات غلظت در ورودی را تعدیل نماید و تغییر قابل ملاحظه ای در خروجی مشاهده نشد.

مقدمه

بر طبق استانداردهای بین المللی و نیز استاندارد شرکت ملی نفت ایران ، میزان مج از ناخالصی ها در گازهای تصفیه شده معین گردیده و طبق استاندارد ASTM درگازهای تصفیه شده حداکثر گوگرد مجاز mg/Nm³ 22/9 و حدا کثر مرکاپتان مجاز 11/5m g/Nm³ است. در بیشتر منابع گازی مقادیر این ناخالصی ها بیشتر بوده و ضرورت دارد توسط فرایند های مناسب به مقدار م جاز خود کاهش یابد.

گوگرد می تواند به صورت گوگرد عنصری و یا عمدتاً به صورت هیدروژن سولفید و سولفید کربنیل و دی سولفید کربن و مرکاپتان (RSH). تیوفن و یاسایر ترکیبات گوگرد باشد.

این ناخالصی های گوگردی نه تنها باعث ایجاد بوی بد در گاز می شوند بلکه در هنگام احتراق اکسید شده و ایجاد آلودگی زیست محیطی می نماید. با وجود آنکه مساحت و جمعیت کشور ایران در حدود یک صدم کل مساحت و جمعیت جهان است، ذخیره سازی گازی گسترده در اعماق آن بین 14تا 20درصد از کل ذخیره موجود گاز در کره زمین را تشکیل می دهد. ایران با دارا بو دن بیش از 21 تریلیون متر مکعب ذخایر گاز طبیعی شناخته شده یکی از غنی ترین کشورهای جهان از نظر ذخایر گاز طبیعی است. بابرخورداری از چنین ذخیره ای،
گاز به عنوان سوخت و انرژی می تواند در صدر منابع مورد استفاده قرار گیرد تا پاسخگوی رشد روز افزون مصرف انرژی و هم چنین به عنوان منبعی برای درآمدهای حاصل از صادرات تلقی گردد. افزایش میزان مصرف گاز بالاتر از 8% در سال در بعضی نواحی پیش بینی می گردد. گاز آن طور که در طبیعت موجود است کمتر مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا گازی که از منابع زیر زمینی حاصل می شود دارای مقادیر متفاوتی از ناخالصی ها است که عمدتاً شامل هیدروژن سولفید و دی اکسید کربن و مرکاپتان ها می باشد. وجود این ناخالصی ها در گاز باعث اشکالات فراوانی می گردد، به عنوان مثال هیدروژن سولفید حتی نسبت به لوله هایی از جنس فولاد ضد زنگ نیز خورنده بوده وهنگام سوختن تولید گاز سمی و خورنده دی اکسید گوگرد می نماید .ازطرفی ناخالصی ها به عنوان مسموم کننده کاتالیست ها محسوب می شوند.

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 – طراحی فرآیندهای نفتی

عنوان:

مدلسازی و تحلیل ترمودینامیکی فرآیند خشک کردن (اگزرژی به عنوان معیاری از بازدهی خشک کن ها)

چکیده:

فرآیند خشک کردن کاربردهای مختلفی در صنعت دارد. این فرآیند که یک عملیات انرژی گرمایی است در خشک کردن غذا، چوب، دانه های خوراکی و مواد مختلف شیمیایی و سلولزی کاربرد فراوان دارد. استفاده از مقادیر زیاد انرژی در صنعت خشک کردن این فرآیند را به یکی از مصرف کننده ترین عملیات ها از لحاظ انرژی و دارای اهمیت بالای صنعتی تبدیل کرده است. در دهه های گذشته، تحلیل ترمودینامیکی خصوصا تحلیل اگزرژی به یکی از ابزارهای لازم جهت طراحی، تحلیل و بهینه سازی سیستم های گرمایی تبدیل شده است. در مقاله حاضر مدلسازی ترمودینامیکی فرآیند خشک کردن و به ویژه خشک کردن بستر سیال و دستگاه معادلات همزمان انتقال جرم و گرما ارائه شده است و سعی شده تا بازدهی اگزرژی به صورت تابعی از پارامترهای انتقال گرما و جرم به دست آمده و تغییرات آن برحسب دمای هوای ورودی، اگزرژی ویژه هوا، اختلاف اگزرژی مواد ورودی و محصولات خروجی، وزن محصول، محتوای رطوبت هوای ورودی و خروجی بررسی شود. این مدل می تواند در 1) بهینه سازی عملیات خشک کردن و 2) مشخص کردن کاربردهای مناسب هر سیستم و شکل و آرایش بهینه دستگاه مفید باشد.

مقدمه:

فرآیند خشک کردن در کاربردهای مختلف گرمایی به صورت گسترده ای به کار می رود از، خشک کردن مواد غذایی تا خشک کردن چوب و مواد سلولزی. به کارگیری مقادیر زیادی انرژی در صنعت خشک کردن این صنعت را به یکی از مصرف کننده ترین و گرانترین صنایع از لحاظ انرژی و در عین حال دارای اهمیت بالا تبدیل کرده است. هدف یک دستگاه خشک کن رساندن گرما به محصول بیش از آنچه که می توان تحت شرایط محیطی رساند می باشد، تا بدین ترتیب بتوان به میزان کافی فشار بخار رطوبت موجود در محصول را افزایش دارد تا انتقال رطوبت از درون محصول شدت یافته و همچنین رطوبت نسبی هوای خشک کن را به شکل قابل توجهی کاهش داد تا قابلیت حمل رطوبت آن بیشتر شود تا در نهایت به تعادلی با محتوای رطوبت اندک محصول دست یابیم.

فصل اول: کلیات

1-1) هدف

در چند دهه گذشته، تحلیل ترمودینامیکی و خصوصا تحلیل اگزرژی، به ابزاری ضروری جهت طراحی، تحلیل و بهینه سازی سیستم های حرارتی تبدیل شده است. از دیدگاه ترمودینامیکی، اگزرژی به صورت حداکثر مقدار کاری تعریف می شود که توسط جریانی از ماده گرما یا کار که در حال رسیدن به تعادل با یک محیط مرجع است، تولید می شود. اگزرژی شامل قانون بقا نمی شود، یعنی اینکه می تواند در برگشت ناپذیری های موجود در هر فرآیند مصرف شده یا از بین برود.

اگزرژی مقیاسی از پتانسیل یک جریان در ایجاد تغییر به علت پایدار نبودن در مقایسه با محیط مرجع است. به همین دلیل، حالت محیط مرجع یا حالت مرجع بایستی کاملا مشخص باشد. این کار غالبا با تعیین دما، فشار و ترکیب شیمیایی محیط مرجع انجام می شود.

روش استفاده از اگزرژی می تواند در دستیابی به هدف استفاده بهینه تر از منابع اگزرژی نیز مفید باشد چرا که موقعیت ها، انواع و مقادیر دقیق اتلاف و هدررفت ها را مشخص می کند. بنابراین تحلیل اگزرژی مشخص می سازد که تا چه حد امکان دارد که با کاهش منابع عدم بازدهی؛ سیستم هایی با بازدهی بیشتر حرارتی طراحی کرد.

2-1) پیشینه تحقیق:

افزایش بازدهی غالبا منجر به حفظ انرژی با روش های قابل قبول زیست محیطی توسط کاهش مستقیم برگشت ناپذیری هایی که می تواند وجود داشته باشند، می شود. این امر باعث شده است که اگزرژی تبدیل به قوی ترین ابزار جهت ایجاد شرایط بهینه خشک کردن شود. تحلیل اگزرژی خصوصا در کاربردهای خشک کن های صنعتی (مقیاس بزرگ) در دمای بسیار بالا مهم می باشد.

در دهه گذشته، تحقیقات بسیاری جهت بررسی مشخصه های ترمودینامیکی فرآیندها سیستم های حرارتی از سردسازی تا خشک کردن انجام شده است. مروری بر این مراجع نشان می دهد که روش تحلیل اگزرژی بر محدودیت های قانون اول ترمودینامیک فایق آمده است زیرا براساس ترکیبی از قوانین اول و دوم ترمودینامیک انجام می شود. بازدهی کمتر اگزرژی منجر به اثرات نامطلوب زیست محیطی 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 – فرآیند

عنوان:

مدلسازی ریاضی راکتور بستر ثابت تبدیل مستقیم متان به متانول با کمک دینامیک سیال محاسباتی (CFD)

برای رعایت حریم خصوصی اسامی استاد راهنما،استاد مشاور و نگارنده درج نمی شود

تکه هایی از متن به عنوان نمونه : (ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

اکسیداسیون کاتالیستی مستقیم متان به متانول به منظور تولید سوخت های مایع و محصولات پتروشیمی از گاز طبیعی حائز اهمیت است. در این رساله، یک مدل ریاضی برای سنتز مستقیم متان به متانول به کمک اکسیژن خالص در یک راکتور بستر ثابت پر شده از دانه های کاتالیست V2O5/SiO2 توسعه داده شده و مورد ارزیابی واقع شده است. این مدلسازی به کمک نرم افزار FLUENT، طبق مدل k-ε با 10% شدت آشفتگی (مقدار صنعتی) انجام شده است. تاثیر پارامترهای فشار (20 تا 120 بار) و دما (450 تا 500 درجه سانتیگراد) و زمان ماند 3 ثانیه بررسی شده است. همچنین، از اکسیژن خالص به عنوان عامل اکسید کننده استفاده شد و غلظت اکسیژن در خوراک 5 درصد مولی نسبت به متان انتخاب گردید و در گام بعدی به جای اکسیژن خالص از هوا استفاده شد. نتایج حاصل از مدلسازی در هردو حالت حاکی از آن است که با افزایش درصد تبدیل متان، گزینش پذیری تولید متانول کاهش می یابد. همچنین اثر تغییرات دما، فشار بر درصد تبدیل متان و گزینش پذیری تولید محصولات بررسی شده که با نتایج تجربی محققان دیگر تطابق مناسبی را نشان می دهد. (در هردو مورد حداکثر خطا کمتر از 5% می باشد.)

فصل اول – تولید متانول از گاز طبیعی: تاریخچه و اهمیت

1-1- مقدمه

نظریه استفاده از گاز طبیعی برای تهیه محصولات پتروشیمی از دهه 70 میلادی مطرح شد. در آن زمان قیمت نفت به بشکه ای حدود 40 دلار رسید و پیش بینی می شد که این مبلغ به 100 دلار در هر بشکه نیز افزایش یابد. به همین دلیل محققان درصدد یافتن منبعی ارزان قیمت و در دسترس برای تهیه محصولات پتروشیمی برآمدند. در این میانگاز طبیعی به چند دلیل مورد توجه قرار گرفت:

1- مقادیر متنابهی گاز در جهان وجود دارد.

2- ارزان قیمت است.

3- گاز طبیعی سوخت تمیزی است و به علت درصد کم مواد گوگردی، نیتروژن و فلزات سنگین موجود در آن پس از احتراق، باعث آلودگی محیط زیست نمی شود.

از طرف دیگر چون ذخایر نفت خام با بهره برداری زیاد به سرعت در حال کاهش می باشد و با کشف منابع ذخایر گازی و قیمت ارزان این منبع طبیعی می توان راحت تر در اختیار داشت. بهترین و در دسترس ترین منبع هم می باشد. چون بیشتر ذخایر گازی دور از شهرهای صنعتی قرار دارند برای انتقال گاز به مکان های مصرف خیلی مشکل و پرهزینه می شود. بنابراین تبدیل گاز طبیعی به محصولات مفید و انتقال محصول برای مصرف ضروری می باشد. بنابراین دلایل تکنولوژی ها برای تولید مقدار زیادی از محصولات گاز طبیعی به وسیله گاز سنتز را به خوبی به اثبات رسانده اند.

تولید گاز سنتز به هزینه زیادی نیاز دارد و اثر انرژی آن هم کم می باشد. با توجه به ایمکه قیمت نفت در حدود 80 دلار به ازای هر بشکه نگه داشته شده است برای افزایش نفت خام بیشترین تمرکز روی تبدیل مستقیم متان به محصولات شیمیایی نفتی به خصوص متانول قرار گرفته است. اکسیداسیون جزئی مستقیم متان به متانول یکی از فرآیندهای جذاب صنعتی بالقوه برای استفاده از ذخایر فراوان گاز طبیعی است. متان به عنوان یک ماده اولیه در صنعت شیمیایی ابتدا طی فرآیند ریفرمینگ با بخار آب به گاز سنتز تبدیل می شود که به شدت فرآیندی گرماگیر و دارای ارزش اقتصادی بالا است و سپس به کمک تبدیل کاتالیستی در فشار بالا به متانول تبدیل می شود. بنابراین بررسی فرآیند اکسیداسیون مستقیم متان به متانول حائز اهمیت است زیرا اولا این فرآیند برای استفاده موثر از منابع گاز طبیعی به کار می رود ثانیا برای کاهش مصرف انرژی هم موثر می باشد. تبدیل مستقیم متان به متانول از نظر راندمان انرژی، به دلیل گرمازا بودن، بر فرآیند صنعتی تولید متانول الویت دارد.

از آنجا که قیمت انتقال متان – بخش اعظم گاز طبیعی – به صورت گاز بیش از 5 برابر انتقال آن به صورت محصولات مایع است؛ راه حل منطقی، تبدیل گاز به محصولات مایع و سپس عرضه آن می باشد از طرفی انتقال گاز به صورت گاز مایع (LNG) بسیار پرهزینه است و ضریب ایمنی پایینی دارد. همین امر باعث شده تا محققان بسیاری بر روی پروژه های مختلف تبدیل گاز طبیعی به مایعات هیدروکربوری با ارزش افزوده بالا فعالیت کننده تاکنون فرایندهایی نیز تدوین و ثبت شده است. اما علیرغم پیش بینی دهه 70 میلادی، قیمت نفت به شدت کاهش یافت و این مسئله باعث شد که این فرایندها از نظر اقتصادی با فرایندهای متعارف موجود قابل رقابت نباشند. با این وجو، به علت محدودیت ذخایر نفت در جهان، تحقیقات بر روی پروژه های تبدیل گاز کمامان ادامه دارد.

این تحقیقات به دو گروه تبدیل مستقیم و غیرمستقیم تقسیم می شود. در مورد اول متان مستقیما به محصول مایع تبدیل می شود ولی در تبدیل غیرمستقیم، متان ابتدا به یک محصول میانی و سپس به محصول مورد نظر تبدیل می گردد.

از آنجا که در تبدیل غیرمستقیم، امکان انجام واکنش های چندگانه محتمل تر می باشد، از نظر اقتصادی تبدیل مستقیم جاذبه بیشتری دارد. اما به علت پایداری مولکول متان، این تبدیلات در دما و فشار عملیاتی بالا و به کمک کاتالیست هایی با گزینش پذیری قابل قبول انجام می شود. با این حال به علت ناپایداری محصولات تولیدی نسبت به متان، کماکان بهره تولید محصول مطلوب در این فرآیندها نسبتا پایین است.

در حال حاضر قسمت عمده گاز طبیعی، در محل بهره برداری سوزانده می شود و بخشی از آن به روش تبدیل به بخار آب به گاز سنتز تبدیل و سپس به محصولاتی نظیر متانول یا فرمالدئید تبدیل می شود. در کشورهایی مانند ایران نیز به منظور افزایش ضریب بازیافت نفت از چاه، مقداری از گازهای تولیدی به مخازن نفت تزریق می گردد. اما با توجه به فن آوری های جدید GTL و امکان تبدیل گاز طبیعی به محصولاتی نظیر متانول، مصارف باارزش تری برای آن پیش بینی می شود.

متانول با مصرف سالانه بیش از 26 میلیون تن در جهان جایگاه ویژه ای در بین مواد شیمیای دارد.

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 – محیط زیست

عنوان:

مدل سازی راکتور اختلاط کامل لجن فعال (CMAS) در تصفیه پساب شهری

چکیده:

مدل سازی تصفیه خانه های شهری و صنعتی نیاز به اصول اولیه ای دارد که بر طبق آن باید بر اساس استانداردهای جهانی به صورت یکپارچه و هماهنگ در سراسر جهان انجام شود. به همین منظور از مدل های ACTIVATED SLUDGE MODELS) ASM) می توان استفاده کرد.

در این پایان نامه از مدل شماره یک ASM برای مدل سازی تصفیه خانه شهری استفاده شده است و سعی شده الگوریتم ارایه شده در آن بتواند پاسخگوی حالات مختلف باشد. همچنین راکتوری که جهت حذف BOD و نیتریفیکاسیون به کار رفته است راکتور اختلاط کامل لجن فعال (CMAS) می باشد که مناسب ترین راکتور تصفیه فاضلاب می باشد.

مقدمه:

امروزه استفاده مجدد از آب های آلوده شده در فرایندهای گوناگون اهمیت زیادی پیدا کرده است. به همین دلیل انواع مختلف فرایندهای تصفیه پساب مطرح شده است و به کار برده می شود.

در بین این فرایندها تصفیه بیولوژیکی لجن فعال می توان گفت که مناسب ترین فرایند تصفیه فاضلاب در تصفیه خانه های شهری می باشد زیرا هم عملکرد خوبی دارد و هم دارای کمترین آلودگی زیست محیطی می باشد و در میان انواع راکتورهایی که برای این فرایند به کار می روند راکتور اختلاط کامل لجن فعال (Complete Mix Activated Sludge) با نام اختصاری CMAS به دلیل مزایای فراوان آن و توانایی آن در گذر خوب برابر شوک های ورودی محبوب ترین نوع راکتور می باشد.

برای مدل سازی فرایند لجن فعال مدلی توسط IWA ارایه شده است که مدل ASM1 می باشد و دارای دقتی کافی است این مدل اساسا پایه ای برای مدل سازی راکتور های گوناگون می باشد. در این پایان نامه از مدل ASM1 استفاده شده است که معادلات موازنه جرم بدست آمده از نوع ODE غیر خطی می باشد واز روش رانگ – کاتای درجه پنجم حل شده است.

فصل نخست: کلیات

(1-1) تعریف و اهمیت تصفیه فاضلاب

به طور کلی هر اجتماعی دور ریزهایی به صورت مایع، جامد و یا گازهای قابل انتشار در جو در پس فعالیت های صنعتی، خانگی و یا کشاورزی خود تولید می کند.

به طور ویژه در بخش مایعات دور ریز – فاضلاب و یا پساب – آب تامین کننده آن بخش بوده که بعد از استفاده در بخش های گوناگون و آمیخته شدن با مواد اضافی به صورت دور ریز در آمده است.

از دیدگاه منابع تولید، فاضلاب به عنوان آمیخته ای از آب که حمل کننده دور ریز های دفع شده از مناطق مسکونی، موسسات و بنگاه های تجاری و صنعتی که می تواند همراه با آب های زیر زمینی، سطحی یا بارش های جوی باشد.

هنگامی که پساب تصفیه نشده در نقطه ای جمع شود به سبب در هم ریختگی ترکیبات آلی در آن منجر به آزاد شدن گاز های بسیار بد بو خواهد شد و محیط مناسبی برای رشد بسیاری از میکرو ارگانیسم های پاتوژنیک می شود که از روده انسان و یا حیوانات و نواحی مختلف به درون آن راه یافته می شود.

پساب ها همچنین شامل نیترات ها هستند که باعث تحریک رشد گیاهان آبزی می شوند و ممکن است شامل ترکیبات سمی و یا ترکیباتی که به طور بالقوه ممکن است بیماری زا و یا سرطان زا باشد هستند.

به دلایل ذکر شده حذف سریع و آسان فاضلاب از منابع تولید توسط تصفیه آن و استفاده مجدد و یا رها سازی آن در طبیعت ضروری می باشد.

– مهندسی فاضلاب

مهندسی فاضلاب شاخه ای از مهندسی محیط زیست است که مفاهیم علوم پایه و مهندسی را برای راه گشایی موارد درگیر با فاضلاب و استفاده مجدد از آن را به کار می گیرد.

هدف نهایی مهندسی فاضلاب محافظت از سلامت عمومی با شیوه ای متناسب با دیدگاه زیست محیطی، اقتصادی، اجتماعی و نگرانی های سیاسی است.

برای این کار لازم است دانش:

1- اجزا موجود در پساب.

2- اثرات این اجزا هنگامی که پساب در طبیعت رها می شود.

3- دگرگونی و سرنوشت طولانی مدت این اجزا در فرایندهای تصفیه.

4- روش های تصفیه ای که برای حذف یا اصلاح اجزاء موجود در فاضلاب استفاده می شود.

5- روش هایی برای استفاده مفید یا مصرف جامدات تولید شده اضافی توسط سیستم های تصفیه

را داشته باشیم.

(2-1) تقسیم بندی فاضلاب

از دیدگاهی می توان فاضلاب های خام را به دو گروه بزرگ: 1- فاضلاب های شهری 2- فاضلاب های صنعتی دسته بندی کرد.

– فاضلاب های شهری

فاضلاب های شهری که هدف این پژوهش هم می باشد حاصل از مصرف آب در منازل، ادارات، مراکز تجاری، آب های سطحی حاصل از بارش های جوی و شستشوی معابر و کلیه خدمات شهری می باشد، در این نوع فاضلاب کمتر از مواد سمی خطرناک، فلزات سنگین و یا رادیواکتیو یافت می شود و عمدتا دارای مواد آلی و نیتروژن دار و فسفر دار حاصل از مواد دفعی انسانی و پاک کننده ها است.

– فاضلاب های صنعتی

در فاضلاب های صنعتی که حاصل کارهای فرآیندی کارخانه جات و مراکز تولیدی می باشد می توان گونه های زیادی از مواد شیمیایی، نفتی و غیره که برای انسان و محیط پیرامونی او خطر آفرین است را مشاهده کرد، که حذف آنها گاهی بسیار مشکل و دردسر ساز می باشد و رهاسازی آنها هم در طبیعت حتی می تواند گاهی باعث نابودی کامل آن منطقه شود که پاک سازی آن بسیار هزینه بر و شاید غیر ممکن باشد از این قبیل مواد می توان به فلزات سنگین، ترکیبات نفتی و یا مواد رادیو اکتیو اشاره کرد. بهترین راه حذف این نوع مواد تصفیه آنها در خود کارخانه با روش های تخصصی تر برای آن ماده خاص می باشد تا جمع آوری در یک مرکز تصفیه و عملیات حذف روی آنها.

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 فرآیند

عنوان:

بررسی و انجام عملیات DATA RECONCILIATION در کوره های شکست حرارتی هیدروکربن ها

چکیده:

به طور کلی اندازه گیری متغیرهای یک فرآیند شیمیایی به منظور کنترل فرآیند به کار می رود. از آنجا که داده های اندازه گیری شده ممکن است دارای خطا باشد این داده ها در محدودیت های فرایند (معادلات جرم و انرژی) صدق نمی کنند و بایستی تصحیح شوند. تصحیح داده ها خطاهای رندوم موجود در فرآیند را برطرف می کند ولی وجود خطاهای gross در سیستم باعث انحراف داده ها از مقادیر واقعی خود می گردد. به طور کلی عملیات تصحیح داده ها با استفاده از اندازه گیری چند متغیر (به دفعات) از پلنت شیمیایی، تعیین محدودیت سیستم و همچنین تابع هدف که به وسیله آن خطاهای موجود در سیستم مینیمم می شود، صورت می گیرد. در این تحقیق از دو تابع Least-square و Fair-Function به عنوان توابع هدف استفاده شده است. عملیات تصحیح داده ها و تخمین پارامترها (DRPE) بر روی دو سری از داده ها، داده های تئوری (داده هایی که با استفاده از نرم افزار پتروشیمی آبادان برای تست برنامه تولید شده است) و داده های صنعتی (داده های اندازه گیری شده از پلنت الفین واحد پتروشیمی آبادان) انجام شده است. در هردو عملیات تابع Fair-Function نتایج واقعی تری را نسبت به تابع Least-square نشان می دهد و داده های حاصل از آن به مقادیر واقعی نزدیک تر است. در انتها با استفاده از مقادیر تصحیح شده درصد وزنی اجزای خروجی از راکتور شکست حرارتی با استفاده از محدودیت های فرآیند محاسبه می گردد.

فصل اول

– مروری بر مقالات:

اندازه گیری داده های یک فرآیند شیمیایی به منظور کنترل فرآیند در پلنت های شیمیایی به کار می رود. البته به دلیل مشکلات تکنیکی و هزینه های وارده همه متغیرهای موجود در فرآیند اندازه گیری نمی شوند. داده های اندازه گیری شده اغلب به واسط کالیبره نبودن سیستم اندازه گیری و یا خرابی دستگاه های اندازه گیری دارای خطای gross و یا خطای نرمال می باشند، بنابراین این داده ها به صورت خام در محدودیت های فرآیند (معادلات جرم و انرژی) صدق نمی کنند و قبل از استفاده در مدل فرآیند بایستی تصحیح شوند.

عملیات DRPE از ابتدا در سال (13) 1987 توسط با استفاده از تابع Least square به عنوان تابع هدف آغاز شد. در سال (2) 1996، Beigler , Albuqurqe این کار را با استفاده از توابع هدف Contaminated , Least square , method,Fair Function بر روی شبکه مبدل های حرارتی و همچنین مخازن بهم پیوسته انجام دادند. از آنجایی که تابع Least square فقط خطاهای رندوم را تصحیح می کند، در صورت وجود خطای gross این تابع مقادیر دقیقی را ارائه نمی دهد. لیکن تابع Fair Function جزء دسته توابع Maximum likelihood بوده و مقادیر دقیق تری را ارائه می کند. جدول زیر نتایج حاصل از عملیات تصحیح داده ها را برای شبکه مبدل های حرارتی نشان می دهد.

در سال (1) 2002، بار دیگر Biegler این عملیات را بر روی مخازن متصل بهم انجام داده و تابع هدف دیگری را با نام تابع Redescending معرفی کرد. خاصیت این تابع این است که پارامترهای سازگار کننده بیشتری در آن دخلی است و نسبت به تابع Fair Function نیز قوی تر عمل می کند. نتایج به دست آمده و نمودارهای حاصله به شرح زیر است.

در سال 1996، Sentoni , Samchez عملیات DRPE را بر روی راکتور صنعتی اتیلن انجام دادند. در اینجا هدف به دست آوردن پارامترهایی بود که در آنها خطای gross وجود داشته باشد.

در این تحقیق با توجه به مشکلات اخیری که در اندازه گیری داده های پلنت شیمیایی پتروشیمی آبادان وجود دارد، داده های پلنت اندازه گیری شده است و با استفاده از توابع هدف Least square, Fair Function نتایج حاصله مورد بحث 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 (طراحی فرآیند)

عنوان:

مدلسازی ریاضی از استخراج فوق بحرانی روغن آفتابگردان

چکیده

روش های قدیمی استخراج روغن از دانه های گیاهی با حلال هایی مانند هگزان که ماده ای سمی بوده و اثرات نامطلوبی برجا می گذارد جای خود را به حلال های فوق بحرانی داده است. استخراج با سیال فوق بحرانی مزایای مهمی را نسبت به سایر روش های معمولی استخراج دارد؛ از جمله این مزایا می توان دمای پایین عملیات و امکان جداسازی کامل حلال از محصول نهایی اشاره کرد، تاکنون مواد مختلفی به عنوان حلال در حالت فوق بحرانی به کار گرفته شده است، با این وجود استفاده از دی اکسید کربن به عنوان سیال فوق بحرانی بسیار معمول شده و این موضوع به دلیل خواصی چون غیرسمی بودن، ارزان و در دسترس بودن و در نهایت شرایط بحرانی مناسب این ماده می باشد.

در این پروژه استخراج روغن آفتابگردان از دانه های آن به وسیله دی اکسید کربن فوق بحرانی به صورت ریاضی مدلسازی شده و نتایج حاصل از حل مدل ریاضی با داده های تجربی به دست آمده با روش سوکسله و نتایج تجربی و تئوری محققان دیگر مقایسه گردیده است.

در این مطالعه استخراج روغن از دانه های آفتابگردان با استفاده از فرآیند استخراج به کمک سیال فوق بحرانی با روش هسته منقبض شونده (shrinking core) در یک ستون استخراج پر شده در دماهای 313، 333 و 353 کلوین و فشارهای 20 تا 60 مگاپاسکال با قطر ذره 0/23 میلیمتر مورد مطالعه قرار گرفته است و اثر پارامترهای عملیاتی مانند دما، فشار، قطر ذرات و دبی حلال بر راندمان استخراج بررسی گردیده و روابط و پارامترهای موجود در مدل مانند ضریب نفوذ موثر در ذرات، Dep، ضریب انتقال جرم در بستر و ذره، Kf و K’f، ضریب پراکندگی محوری، DL، محاسبه شده است.

مقدمه

روغن ها و چربی ها از دیرباز به عنوان غذا استفاده می شوند. با این حال آنها برای مصارف غیر خوراکی نیز به کار رفته که استفاده به عنوان روغن چراغ و روان کننده از جمله قدیمی ترین موارد کاربرد آنهاست. در سال های اخیر بیشترین استفاده را در تهیه رنگ، لاک و صابون داشته اند. چربی ها و اسیدهای چرب و مشتقات آنها همچنین در مواد شوینده و آرایش به کار می روند. قابلیت استفاده گسترده از ترکیبات روغنی به عنوان منابع تجدید شونده و جایگزینی برای سوخت فسیلی و مشتقات آن که هم اکنون با قیمت ارزان تری به بازار عرضه می شوند در دست بررسی است.

روغن های گیاهی دارای مزایای ویژه اند از جمله آنها می توان به قابلیت تجدید و تجزیه بیولوژیکی آنها اشاره نمود. روغن های گیاهی همچنین دارای خواص فنی عالی بوده بیماری زایی و آلرژی زایی کمتری دارند. مهمترین عیب روغن های گیاهی بالا بودن قیمت، محدودیت پایداری در برابر اکسیداسیون، ویسکوزیته بالای آنهاست.

از آنجا که روغن های گیاهی و اسیدهای چرب عمدتا مصرف خوراکی دارند لذا مصرف غیر خوراکی آنها کمتر مورد توجه بوده است. آنها حتی تا حدی جایگزین سوخت فسیلی در صنعت شده اند. ارزش صنعتی یک روغن گیاهی معمولا بستگی به میزان اسید چرب خاص آن روغن و سهولت تغییر دادن این اسید چرب دارد. طول معمول زنجیره اسیدهای چرب از C:12 – C:12 با اسیدهای اشباع و غیر اشباع منو، دی و تری متغیر است.

درجه اشباع چربی های حیوانی به جز روغن های ماهی بیشتر از روغن های گیاهی اشباع شده است، به همین علت آنها از نظر ارزش غذایی مطلوب نمی باشند. ضمنا چربی های مورد نیاز بدن انسان صرفا با مصرف کره یا روغن حیوانی تامین نمی شود.

1) دانه های روغنی

دانه های روغنی منابع سرشار از انرژی و تغذیه اند. روغن ها و چربی های موجود در آنها به عنوان روغن های خوراکی و مواد خام صنعتی به کار می روند. پروتئین های موجود در بعضی از دانه های روغنی برای تغذیه انسان و پروتئین موجود در برخی دانه های روغنی دیگر به عنوان خوراک دام مصرف می شوند. دانه های روغنی همچنین دارای هیدرات های کربن، ویتامین ها و مواد معدنی می باشند. کنجاله آنها نقش بسیار مهمی در رفع سوء تغذیه و تامین کالری مورد نیاز توده های انسانی و دام ها دارد. به علاوه روغن های گیاهی برای روان ساختن سطوح تماس، پوشش سطوح، تهیه مواد آرایشی و به عنوان مواد خام برای فرآورده های مختلف صنعتی کاربرد دارد.

1-1- مصارف عمومی روغن های گیاهی

در ذیل به مهم ترین مشتقات روغن ها و چربی ها و موارد مصرف آنها در زندگی انسان ها اشاره می شود.

الف) مصرف در صابون ها

اسیدهای چرب صابونی شده از دوران باستان تاکنون جز ابتدایی ترین عوامل فعال سطوح بوده اند. نسبت های مختلف C12 – C14 – C16 – C18 اسیدهای چرب برای تهیه صابون هایی که در آب خوب کف می کند و از خاصیت شویندگی مطلوب برخوردارند به کار می روند.

ب) مصرف در مواد آرایشی و دارویی:

روغن هایی مانند روغن نارگیل، بادام زمینی، کنجد و روغن کرچک مصارف دارویی دارند آنها همچنین در ساخت صابون های مخصوص مانند کرم های ریش تراش، کرم صورت و لوسیون مو به کار می روند. روغن های گیاهی به عنوان امولسیون کننده در کرم ها و محلول های شوینده عمل می کنند و ناقل ویتامین ها می باشند.

ج) مصرف در پلاستیک و پلیمرها:

استریفیکاسیون اسیدهای دو بنیانه با الکل های پلی هیدروکسی تولید زرین های آلکیل می کنند که در حلال های معمولی حل می شوند و از آنها به عنوان پلیمرهای محکم و انعطاف پذیر و برای پوشش های محافظ استفاده می گردد. رزین های اورتان با استریفیکاسیون دی ایزوسیانات ها با اسیدهای دو بنیانه ساخته می شوند. رزین هاین اپوکسی از ترکیبات پلی اپوکسید و دی فنلی به دست می آید.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

گروه مهندسی شیمی گرایش طراحی فرآیندهای صنایع نفت

پروژه کارشناسی ارشد

عنوان:

مدلسازی ریاضی و تعیین پارامترهای موثر در فرآیند خشک کردن ضایعات سبزیجات در خشک کن دوار

چکیده

دفع ضایعات کشاورزی و مواد دور ریختنی صنایع غذایی خصوصا سبزیجات یکی از معضلات و مشکلات بزرگ زیست محیطی جوامع امروزی گردیده است. فرآیند خشک کردن یکی از راه حل های کارآمد به منظور کاهش حجم این مواد و تبدیل آنها به موادی قابل استفاده و مفید برای خوراک دام و یا تقویت کننده خاک می باشد. در این پایان نامه در ابتدا به ارائه مفاهیم، اصول و روابط حاکم بر فرآیند خشک کردن، همچنین بررسی خشک کن دوار و سپس به مدلسازی ریاضی دینامیکی این خشک کن جهت رطوبت زدایی از ضایعات سبزیجات پرداخته می شود. این خشک کن به 10 واحد تقسیم شده و برای هر واحد موازنه ماده و انرژی نوشته می شود. نتایج تئوریکی حاصل از این مدلسازی با نتایج تجربی یک خشک کن نیمه صنعتی با خوراک دهی مشابه مقایسه شده و اعتبار این محاسبات مورد تایید قرار می گیرد. با استفاده از این مدل میزان رطوبت و دمای هوا و ماده در مسیر خشک کن قابل پیش بینی می باشد. در انتها مشخص می گردد که دمای هوای ورودی به همراه جریان حجمی هوا بیشترین تاثیر را بر روی فرآین خشک شدن ایفا می کنند.

فصل اول

1-1- مقدمه

در بازارهای عمده فروشی میوه و تره بار حجم عظیمی از مواد ارگانیکی باقی می ماند که قسمت اعظم و مشکل ساز آن اضافات سبزیجات می باشد چرا که به خاطر رطوبت زیاد دارای حجم ویژه بالایی می باشند. خشک کردن و تبدیل این اضافات به مواد مفیدی همچون خوراک دام، تقویت کننده خاک و یا به عنوان منابع پروتئینی در عوض سوزاندن و یا جمع آوری آنها در زباله دان های بسیار بزرگ راهکاری مناسب به شمار می آید. خشک کنهای دوار عموما در صنایع شیمیایی و دارویی مورد استفاده قرار می گیرند اما در صنایع کشاورزی نیز برای خشک کردن موادی همچون یونجه و خمیر چغندر از آنها استفاده می گردد. با توجه به خصوصیات این نوع خشک کن که قابل استفاده برای مواد ناهمگن، چسبناک و موادی که حرکت آنها به سختی انجام می گیرد می باشد، خشک کن دوار خشک کنی مناسب برای اضافات سبزیجات محسوب می شود.

این نوع خشک کن به واسطه نوع ساختارش فرآیند پیچیده ای دارد که ناشی از انتقال گرما و حرکت ذرات درون آن می باشد. مطالعات زیادی برای مدل کردن خشک کن دوار در حالت پایا انجام گرفته است که از جمله پیشگامان این راه می توان میکلستاد را نام برد، وی اولین کسی بود که در سال 1963 برای محاسبه میزان رطوبت در طول خشک کن دوار برحسب دمای هوای خشک کردن، میزان رطوبت اولیه و نرخ خوراک رابطه ای ارائه کرد. در سال 1964 شارپلز، گلیکین و وارن یک مدل پایا ارائه کردند که در آن از 4 معادله دیفرانسیل حاصل از انتقال حرارت، انتقال جرم، بیلان جرم و بیلان انرژی استفاده گردیده بود و موازنه را بر روی کل سیستم نوشتند اما مدل آنها جواب دقیقی به دست نمی داد. در سال 1972 تروپ آنالیزی مشابه شارپلز و همکارانش ارائه داد و تنها تفاوت آن استفاده از معادله میشل و سامن برای محاسبه زمان ماند بود. او خشک کن را به صورت المانی تقسیم نمود و موازنه جرم و انرژی را برای هرکدام نوشت و پس از در نظر گرفتن تعداد المان های زیاد دوباره به جواب شارپلز و همکارانش رسید.

در سال 1977 کلی و ادانل معادله جدیدی برای محاسبه زمان ماند ارائه داد و با تلفیق آن با معادلات انتقال حرارت نتایج نسبتا خوبی به دست آورد اما وی خاطرنشان کرد که مدل وی بسیار پیچیده است و در حالت های خاص و محدود مورد قبول می باشد. در سال 1986 کامکه و ویلسون فرآیند خشک کردن قطعات چوب در خشک کن دوار را مورد مطالعه قرار داد و با استفاده از معادله زمان ماند کلی و ادانل و معادله انتقال حرارت فردمن و مارشال جواب قابل قبول و مطابق با نتایج تجربی به دست آوردند، همچنین آنها دریافتند که مقدار رطوبت اولیه ماده و دمای هوای مورد استفاده جهت خشک کردن بیشترین تاثیر را بر روی میزان رطوبت خروجی دارند. اما مطالعات انجام گرفته در زمینه مدلسازی دینامیکی خشک کن های دوار اندک می باشد. در مدل دینامیکی متغیرهای سیستم وابسته به پارامترهای زمان و مکان می باشند.

در سال 1993 داگلاس، کواد، لی و مالیک فرآیند خشک کردن شکر در خشک کن دوار را مدلسازی دینامیکی کردند. آنها خشک کن را به 10 قسمت تقسیم نمودند و موازنه دینامیکی جرم و انرژی را برای هر قسمت نوشتند. برای محاسبه زمان ماند و انتقال حرارت از روابط فردمن و مارشال استفاده شده بود، همچنین آنها فرض کرده بودند که در هر قسمت به حالت تعادل می رسند. مدل آنها با داده های صنعتی تطابق نسبتا خوبی داشت. در همان سال وانگ، کمرون، لیستر و داگلاس یک مدل غیر تعادلی ارائه کردند که شامل یک سری معادلات دیفرانسیل پارشیال بود اما اساس کار همان مدل تعادلی داگلاس و همکارانش بود. آنها برای محاسبه انتقال حرارت متدهای گوناگونی را به کار گرفتند.

چاو و لانگریش (2000) یک مدل برای کل سیستم خشک کن دوار با جریان متقابل ارائه دادند. در این مدل از تلفیق موازنه جرم و انرژی بر روی کل سیستم با دو معادله کمکی که یکی از آنها بیان کننده انتقال ذرات و انتقال حرارت و دیگری معرف سینتیک خشک کردن ماده بود استفاده گردید. در نهایت 6 معادله دیفرانسیل پارشیال به دست آمد که با حل آنها 6 متغیر: رطوبت و دمای جامد، رطوبت و دمای هوا، میزان ماند جامد و هوا برحسب زمان و طول خشک کن به دست آمد. این مدل براساس آزمایش بر روی ذرت جواب قابل قبول و معتبری به دست می داد.

اگرچه مدل های گوناگونی برای خشک کن های دوار ارائه شده است اما با توجه به پیچیده بودن مکانیزم این فرآیند ارائه مدل های خاص برای مواد و تجهیزات مشخص مفیدتر از مدل های کلی به نظر می رسد. از آنجایی که خشک کردن فرآیندی انرژی بر به شمار می رود و معمولا خشک کن ها با راندمان پایینی از انرژی کار می کنند مدلسازی مناسب و بحث و بررسی بر روی آن ضروری می باشد. در این پایان نامه، هدف مدلسازی دینامیکی خشک کن دوار در فرآیند خشک کردن ضایعات سبزیجات و بررسی اثر پارامترهای عملیاتی مختلف بر روی میزان رطوبت نهایی ماده می باشد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.