دانشگاه علم و صنعت ایران

دانشکده مهندسی شیمی

بررسی آزمایشگاهی اکسایش الکتروشیمیایی فنل برای تصفیه پساب

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی شیمی گرایش ترموسینتیک

استاد راهنما:

دکتر سوسن روشن­ضمیر

اسفند ماه  1389

چکیده

زدایش آلاینده­های آلی پرخطر از آب­های زیرزمینی و پساب، یکی از مهم­ترین موضوعات ضروری در تحقیقات زیست­محیطی است. فنل­ها و ترکیبات فنلی به عنوان آلاینده­های پرخطر شناسایی شده­اند. تکنولوژی­ها و فرآیندهای متعددی برای تصفیه پساب­های صنعتی توسعه یافته است. به دلیل هزینه سرمایه­گذاری نسبتاً بالا و هزینه گران الکتریسیته، تکنولوژی­های تصفیه الکتروشیمیایی پساب در سطح جهان به طور گسترده توسعه نیافته­اند اما در مقایسه با سایر
روش­های موجود، روش الکتروشیمیایی تجهیزات ساده‌ای نیاز دارد و می­تواند به راندمان انرژی بالا نیز دست یابد. لذا روش اکسایش الکتروشیمیایی برای زدایش ترکیبات فنلی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. هدف از انجام این مطالعه، بررسی و تعیین شرایط بهینه جهت افزایش کارایی روش اکسایش الکتروشیمیایی[1] در تصفیه یک پساب سنتزی­ حاوی فنل به کمک روش طراحی آزمایش تاگوچی است. تاکنون الکترودهای فراوانی برای زدایش فنل به­کار برده شده­اند. در این تحقیق، از پلاتین به عنوان الکترود آند و استیل 304 به عنوان الکترود کاتد استفاده گردید. به منظور طراحی آزمایشات از آرایه متعامد L₉ بهره گرفته شد. در این راستا تأثیر پارامترهای مختلف شامل pH، غلظت الکترولیت پشتیبان[2]، دانسیته جریان و فاصله بین الکترودها مورد بررسی قرار گرفت. مدت زمان انجام هر آزمایش 75 دقیقه بود و هر آزمایش 2 بار تکرار گردید. میزان انحراف معیار برای آزمایشات در محدوده 6/1-02/0 متغیر بود. بیشینه زدایش فنل در شرایط بهینه شامل pH برابر 12، غلظتM 6/0 الکترولیت پشتیبان، دانسیته جریان برابر  A/cm²178/0و فاصله mm10 بین الکترودها، برابر 9/99% حاصل شد. همچنین آزمایش­هایی در شرایط بهینه با غلظت­های مختلف فنل انجام گرفت تا میزان تأثیر غلظت اولیه فنل روی بازده فرآیند بررسی شود. دیده شد تحت شرایط یکسان با افزایش غلظت فنل، بازده فرآیند به شکل محسوسی کاهش می­یابد. در نهایت 3 آزمایش در همان شرایط بهینه اما با الکترولیت­های پشتیبان متفاوت انجام گرفت تا مقایسه­ای بین عملکرد این چند الکترولیت انجام پذیرد. این نتیجه حاصل شد که با سیستم آزمایشی این مطالعه، نمک سولفات سدیم می­تواند به عنوان موثرترین الکترولیت پشتیبان در فرآیند زدایش فنل عمل کند.

 

 

 

واژه‌های کلیدی: فنل، رادیکال­های هیدروکسیل، روش تاگوچی، اکسایش الکتروشیمیایی

فهرست مطالب

فصل 1: مقدمه                                                                                      2

1-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………. 2

 

فصل 2: مروری بر منابع                                                                            2

2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………. 2

2-2- روش تصفیه الکتروشیمیایی……………………………………………………………………………………….. 2

2-3- مزایا و معایب سیستم‌های الکتروشیمیایی………………………………………………………………… 2

2-4- انواع روش­های تصفیه الکتروشیمیایی……………………………………………………………………….. 2

2-4-1- تصفیه کاتدی آب و پساب صنعتی…………………………………………………………………… 2

2-4-2- لخته شدن الکتروشیمیایی………………………………………………………………………………… 2

2-4-3- شناورسازی الکتروشیمیایی……………………………………………………………………………….. 2

2-4-4- روش­های پیشرفته اکسایش الکتروشیمیایی……………………………………………………. 2

2-5- اکسایش الکتروشیمیایی……………………………………………………………………………………………… 2

2-6- اکسایش آندی……………………………………………………………………………………………………………… 2

2-6-1- اکسایش مستقیم در آند……………………………………………………………………………………. 2

2-6-2- مدل پیشنهادی برای اکسایش آندی مواد آلی به کمک رادیکال‌های
هیدروکسیل………………………………………………………………………………………………………………………… 2

2-7- آلاینده‌ی فنل………………………………………………………………………………………………………………. 2

2-7-1- منابع و سنتز صنعتی فنل………………………………………………………………………………… 2

2-7-2- کاربردهای صنعتی فنل……………………………………………………………………………………… 2

2-7-3- صنایع تولید کننده فنل…………………………………………………………………………………….. 2

2-8- انتخاب الکترود مناسب برای انجام فرآیند تصفیه…………………………………………………….. 2

2-9- مکانیسم کلی اکسایش الکتروشیمیایی فنل توسط الکترودهای مختلف………………… 2

2-10- انتخاب الکترولیت  پشتیبان مناسب برای انجام فرآیند زدایش……………………………. 2

2-11- مروری بر یافته‌های دیگر محققان بر روی روش‌های الکتروشیمیایی زدایش فنل. 2

2-12- عوامل مؤثر روی میزان زدایش فنل ………………………………………………………………………. 2

2-13- پتانسیل رهایش اکسیژن………………………………………………………………………………………….. 2

2-14- نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………. 2

 

فصل 3: روش تحقیق                                                                               2

3-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………. 2

3-2- علت انتخاب روش اکسایش الکتروشیمیایی……………………………………………………………… 2

3-3- انتخاب و تهیه تجهیزات آزمایشگاهی………………………………………………………………………… 2

3-3-1- وسایل و مواد شیمیایی مورد نیاز……………………………………………………………………… 2

3-4- انجام آزمایش‌ها……………………………………………………………………………………………………………. 2

3-4-1- پساب مورد استفاده در فرآیند………………………………………………………………………….. 2

3-4-2- روش انجام آزمایش‌ها………………………………………………………………………………………… 2

3-5- طراحی آزمایش با روش تاگوچی……………………………………………………………………………….. 2

 

فصل 4: نتایج و تفسیر آن‌ها                                                                       2

4-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………. 2

4-2- تاثیر پارامترهای موردنظر بر سیستم…………………………………………………………………………. 2

4-2-1- تاثیر پارامترpH   بر بازده فرآیند………………………………………………………………………. 2

4-2-2- تاثیر غلظت الکترولیت پشتیبان……………………………………………………………………….. 2

4-2-3- تاثیر دانسیته جریان…………………………………………………………………………………………… 2

4-2-4- تاثیر فاصله بین الکترودها…………………………………………………………………………………. 2

4-3- شرایط بهینه………………………………………………………………………………………………………………… 2

4-4- تحلیل واریانس نتایج…………………………………………………………………………………………………… 2

4-5- محاسبه انحراف معیار………………………………………………………………………………………………….. 2

4-6- بررسی تاثیر میزان غلظت اولیه فنل بر بازده فرآیند………………………………………………… 2

4-7- بررسی تاثیر نوع الکترولیت پشتیبان بر بازده فرآیند……………………………………………….. 2

4-8- انرژی مصرفی……………………………………………………………………………………………………………….. 2

فصل 5: جمع‌بندی و پیشنهادها                                                                 60

5-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………… 61

5-2- دستاوردها………………………………………………………………………………………………………………….. 61

5-3- نوآوری……………………………………………………………………………………………………………………….. 62

5-4- پیشنهادها………………………………………………………………………………………………………………….. 62

فصل 6: مراجع                                                                                      2

فصل 7: پیوست‌ها                                                                                  2

فهرست اشکال

شکل (2-1) ساختار فنل……………………………………………………………………………………………………………. 2

شکل (2-2) شمایی از مکانیسم اکسایش الکتروشیمیایی فنل………………………………………………. 2

شکل (3-1) دستگاه آزمایشگاهی مورد استفاده………………………………………………………………………. 2

شکل (3-2) دستگاه اسپکتروفتومتر…………………………………………………………………………………………. 2

شکل (4-1) تاثیر pH بر روی زدایش فنل………………………………………………………………………………. 2

شکل (4-2) تأثیر غلظت الکترولیت پشتیبان بر‌روی زدایش فنل………………………………………….. 2

شکل (4-3) تأثیر دانسیته جریان بر ‌روی زدایش فنل……………………………………………………………. 2

شکل (4-4) تأثیر فاصله بین الکترودها بر‌روی زدایش فنل……………………………………………………. 2

شکل (4-5) درصد زدایش در  pHو غلظت‌های مختلف الکترولیت پشتیبان……………………….. 2

شکل (4-6) درصد زدایش در  pHو فاصله‌های مختلف بین الکترودها…………………………………. 2

شکل (4-7) درصد زدایش در دانسیته جریان و غلظت‌های مختلف الکترولیت پشتیبان……. 2

شکل (4-8) درصد زدایش در دانسیته جریان و فاصله‌های مختلف بین الکترودها………………. 2

شکل (4-9) درصد زدایش در غلظت و فاصله‌های مختلف بین الکترودها…………………………….. 2

شکل (4-10) درصد زدایش در pH و  دانسیته جریان‌های مختلف……………………………………… 2

شکل (4-11) روند تغییرات غلظت فنل با زمان در شرایط بهینه…………………………………………. 2

شکل (4-12) روند تغییرات دما با زمان در شرایط بهینه………………………………………………………. 2

شکل (4-13) روند تغییرات ولتاژ سیستم با زمان در شرایط بهینه………………………………………. 2

شکل(4-14) محلول الکترولیتی پس از انجام آزمایش در شرایط بهینه با دانسیته جریان 178/0 آمپر بر سانتی­متر مربع       2

شکل (4-15) محلول الکترولیتی پس از انجام آزمایش در شرایط بهینه با دانسیته جریان 125/0 آمپر بر سانتی­متر مربع      2

شکل (4-16) تاثیر میزان غلظت اولیه فنل بر بازده فرآیند…………………………………………………… 2

شکل (4-17) نمودار تاثیر نوع الکترولیت روی بازده فرآیند………………………………………………….. 2

 

 

فهرست جداول

 

جدول (2-1) خواص فیزیکی و شیمیایی فنل………………………………………………………………………….. 2

جدول (3-1) سطوح مختلف عوامل مورد بررسی در آزمایش­ها………………………………………………. 2

جدول (3-2) آرایه استاندارد L₉ برای طراحی آزمایش­ها……………………………………………………….. 2

جدول (4-1) نتایج مربوط به زدایش فنل از پساب…………………………………………………………………. 2

جدول (4-2) نرخ‌های S/N اصلی برای هر سطح از پارامترها………………………………………………… 2

جدول (4-3) سطوح بهینه مربوط به هر پارامتر………………………………………………………………………. 2

جدول (4-4) ANOVA تهیه شده توسط نرم افزار Winrobust………………………………………….. 50

جدول (4-5) سهم هر پارامتر……………………………………………………………………………………………………. 2

جدول (4-6) میزان انحراف معیار……………………………………………………………………………………………… 2

جدول (4-7) میزان انرژی واحد برای زدایش COD……………………………………………………………..  2

 برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

:: بازدید از این مطلب : 48

|

امتیاز مطلب : 0

|

تعداد امتیازدهندگان : 0

|

مجموع امتیاز : 0

دانشگاه شیراز

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

 

پایان نامه­ کارشناسی ارشد در رشته­ مهندسی شیمی (گرایش گاز)

بررسی آزمایشگاهی رطوبت زدایی از گاز با استفاده از محلول تری اتیلن گلایکول در تماس دهنده­های غشای الیاف تو­خالی

اساتید راهنما

دکتر پیمان کشاورز

دکتر سید شهاب الدین آیت اللهی

 

 

آذر ماه 1393

در این مطالعه، در جهت رطوبت زدایی از گاز توسط حلال جاذب تری اتیلن گلایکول (TEG) ، از دو تماس دهنده غشائی الیاف تو­خالی با جنس­های مختلف الیاف پلی وینلیدن فلوراید (PVDF) و پلی پروپیلن (PP) استفاده گردیده است. هوای محیط به عنوان نمونه گاز، پس از عبور از مرطوب ساز از قسمت پوسته وارد تماس دهنده غشائی می شود و در تماس با محلول تری اتیلن گلایکول که درون الیاف­ها جریان دارد، قرار می­گیرد. اثر درصد رطوبت نسبی هوای ورودی، غلظت محلول تری اتیلن گلایکول ورودی، دبی­های متفاوت گاز و مایع و جهت جریان بر بازده رطوبت زدایی و شار انتقال جرم بخارات آب، مورد بررسی قرار گرفت. جهت شبیه سازی تماس دهنده­های غشائی از نرم افزار شبیه ساز کامسول (Comsol) با در نظر گرفتن فرض هپل (Happel) برای فاز گاز استفاده گردید. همچنین از یک مدل ریاضی با در نظر گرفتن فرض پلاگ (Plug) برای فاز گاز، جهت شبیه سازی تماس دهنده غشائی استفاده شد. معادلات دیفرانسیل مربوط به مدل ریاضی توسط یک تکنیک عددی توسط کد نویسی با نرم افزار متلب (Matlab) حل شدند. نتایج حاصل از شبیه سازی با داده­های آزمایشگاهی از تطابق خوبی برخوردار بودند. نتایج نشان دادند که تماس دهنده­های غشای الیاف توخالی در جداسازی بخارات آب از جریان گاز می­توانند بسیار موثر باشند. دبی جریان گاز اثر قابل ملاحظه­ای بر میزان بازده و دمای نقطه شبنم جریان هوای خروجی دارد. همچنین مشاهده شد تغییرات دبی مایع اثر چندانی بر بازده و شار انتقال جرم ندارد که بیان گر این موضوع است که، مقاومت انتقال جرم در فاز مایع نیست. برای تماس دهنده­های غشائی مشاهده شد میزان جداسازی بخارات آب برای حالت جریان نا­همسو نسبت به  جریان همسو افزایش می­یابد.

واژگان کلیدی:

رطوبت زدایی، تری اتیلن گلایکول، غشاء الیاف توخالی، پلی وینلیدن فلوراید، پلی پروپیلن، کامسول

فهرست مطالب

 

 

عنوان                                                                                                             صفحه

فصل اول: مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………….. 2

1-1- گاز طبیعی و رطوبت زدایی از آن………………………………………………………………………………….. 2

1-2- مشکلات ناشی از حضور بخارات آب در گاز طبیعی…………………………………………………….. 3

1-3- انواع روشهای نم زدایی از گاز طبیعی……………………………………………………………………………. 3

1-3-1- جذب در مایع بوسیله مایعات جاذب رطوبت………………………………………………………. 4

1-3-2- جذب آب توسط مواد جامد جاذب رطوبت…………………………………………………………. 7

1-3-2-1- سیلیکاژل……………………………………………………………………………………………………. 10

1-3-2-2- موبیل سوربید……………………………………………………………………………………………. 10

1-3-2-3- آلومینای فعال……………………………………………………………………………………………. 11

1-3-2-4- بوکسیت فعال……………………………………………………………………………………………. 11

1-3-2-5- غربال مولکولی…………………………………………………………………………………………… 12

1-2- فرآیندهای غشائی…………………………………………………………………………………………………………. 16

1-2-1- معرفی تکنولوژی غشاء……………………………………………………………………………………….. 16

1-2-2- مکانیسم جداسازی غشائی…………………………………………………………………………………. 17

1-2-3- تقسیم بندی غشاءها…………………………………………………………………………………………… 18

1-2-3-1- تقسیم بندی بر اساس جنس غشاء………………………………………………………….. 18

1-2-3-2- تقسیم بندی بر اساس ساختار غشاء……………………………………………………….. 22

1-2-3-3- تقسیم بندی براساس شکل هندسی غشاء…………………………………………….. 23

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته ………………………………………………………………………………… 28

2-1- تاریخچه استفاده از روشهای متداول برای رطوبت زدایی از گاز با استفاده از مایعات جاذب 28

2-2- تاریخچه استفاده از غشای الیاف تو خالی برای رطوبت زدایی از گاز…………………………….. 30

فصل سوم: روش انجام کار………………………………………………………………………………………………………. 33

3-1- روش انجام آزمایشات…………………………………………………………………………………………………………. 33

3-1-1- مایع جاذب رطوبت…………………………………………………………………………………………………… 33

3-1-2- آزمایشات…………………………………………………………………………………………………………………… 35

3-1-2-1- شرح واحد آزمایشگاهی رطوبت­زدایی از هوا………………………………………………… 35

3-1-2-2- شرح انجام آزمایش…………………………………………………………………………………………. 42

3-1-3- استخراج نتایج…………………………………………………………………………………………………………… 44

3-2- روش شبیه سازی با استفاده از نرم افزار COMSOL……………………………………………………. 45

3-2-1- معادلات حاکم…………………………………………………………………………………………………………… 47

3-2-1-1- معادلات غلظت در درون الیاف غشائی (فاز مایع)………………………………………… 48

3-2-1-2- معادلات غلظت در غشاء………………………………………………………………………………… 50

3-2-1-3- معادلات غلظت در پوسته (فاز گاز)……………………………………………………………….. 50

3-2-2- حلالیت بخار آب در محلول تری اتیلن گلایکول…………………………………………………… 52

3-2-3- ضرایب نفوذ آب………………………………………………………………………………………………………… 55

3-2-3-1- ضریب نفوذ آب در هوا…………………………………………………………………………………… 55

3-2-3-2- ضریب نفوذ آب در محلول تری اتیلن گلایکول……………………………………………. 55

3-2-3-3- ضریب نفوذ آب در غشاء در حالت کاملاً خشک………………………………………….. 56

3-2-3-4- ضریب نفوذ آب در غشاء در حالت تر شوندگی کامل………………………………….. 57

3-2-4- حل عددی معادلات شبیه سازی…………………………………………………………………………….. 58

3-3- روش مدل سازی با استفاده فرض پلاگ………………………………………………………………………….. 59

3-3-1- معادلات حاکم…………………………………………………………………………………………………………… 59

3-3-1-1-  معادله غلظت در درون الیاف غشائی (فاز مایع)………………………………………….. 59

3-3-1-2-  معادلات غلظت در غشاء……………………………………………………………………………….. 61

3-3-1-3-  معادلات غلظت در پوسته (فاز گاز)……………………………………………………………… 61

3-3-2- حل عددی معادلات………………………………………………………………………………………………….. 62

فصل چهارم: بحث و نتایج……………………………………………………………………………………………………….. 65

4-1- معرفی پارامترهای مورد بررسی در فرآیند جذب بخارات آب و بررسی تأثیر آنها………… 66

4-1-1- تأثیر درصد رطوبت نسبی هوای ورودی…………………………………………………………………. 66

4-1-1-1- اثر درصد رطوبت نسبی هوای ورودی بر بازده حذف بخارات آب و دمای نقطه شبنم هوای خروجی     66

4-1-1-2- اثر درصد رطوبت نسبی هوای ورودی بر میزان شار انتقال جرم بخار آب…. 69

4-1-2- تأثیر دبی جریان هوا………………………………………………………………………………………………… 71

4-1-2-1- اثر دبی جریان هوا بر بازده حذف بخارات آب و دمای نقطه شبنم هوای خروجی       71

4-1-2-2- اثر دبی جریان هوا بر میزان شار انتقال جرم بخار آب………………………………… 73

4-1-3- تأثیر دبی جریان مایع………………………………………………………………………………………………. 75

4-1-3-1- اثر دبی جریان مایع بر بازده حذف بخارات آب و دمای نقطه شبنم هوای خروجی      75

4-1-3-2- اثر دبی جریان هوا بر میزان شار انتقال جرم بخار آب………………………………… 76

4-1-4- تأثیر غلظت تری اتیلن گلایکول……………………………………………………………………………… 78

4-1-4-1- اثر غلظت تری اتیلن گلایکول بر بازده حذف بخارات آب و دمای نقطه شبنم هوای خروجی    78

4-1-4-2- اثر غلظت تری اتیلن گلایکول بر میزان شار انتقال جرم بخار آب……………… 80

4-1-5- تأثیر جهت جریان…………………………………………………………………………………………………….. 81

4-1-5-1- اثر جهت جریان بر بازده حذف بخارات آب………………………………………………….. 82

4-1-5-2- اثر جهت جریان بر دمای نقطه شبنم هوای خروجی………………………………….. 83

فصل پنجم: نتیجه­گیری و پیشنهادات…………………………………………………………………………………. 85

5-1- نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………… 85

5-2- پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………………………………… 86

فهرست جدول ها

 

 

عنوان                                                                                                             صفحه

 

جدول 1- 1: مشخصات انواع گلایکول ها………………………………………………………………………………… 6

جدول 1- 2: مقایسه ظرفیت جذب انواع مواد خشک کننده در برابر هوای مرطوب……….. 11

جدول 1- 3: خواص انواع غربال های مولکولی…………………………………………………………………….. 14

جدول 1- 4: خواص فیزیکی انواع مواد خشک کننده تجاری…………………………………………….. 15

جدول 1- 5: مقایسه انواع مختلفی از غشاءها………………………………………………………………………. 23

جدول 3- 1: ویژگی­های تری اتیلن گلایکول شرکت فرسا شیمی…………………………………….. 34

جدول 3- 2: چگالی و لزجت تری اتیلن گلایکول در دمای اتاق………………………………………… 34

جدول 3- 3: مشخصات تماس دهنده­های غشائی……………………………………………………………….. 39

جدول 3- 4: ضرایب رابطه ناکانیشی برای محاسبه ضریب نفوذ در مایعات………………………. 56

فهرست شکل ها

 برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

:: بازدید از این مطلب : 78

|

امتیاز مطلب : 0

|

تعداد امتیازدهندگان : 0

|

مجموع امتیاز : 0

دانشگاه شیراز

 

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

 

پایان‌نامه‌ی کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی شیمی

بررسی پارامترهای موثر بر تولید ژل آلومینا به روش سل- ژل

استاد راهنما

دکتر عبد­المحمد علمداری

شهریور ماه 1393

چکیده

بررسی پارامترهای موثر بر تولید ژل آلومینا به روش سل- ژل

روش سل- ژل یکی از روش­های متداول است که به طور گسترده برای تولید نانوذرات مختلف استفاده می­شود. در این روش محلولی از آغازگرها در حضور کاتالیست با آب مخلوط می­شوند و واکنش­های هیدرولیز و پلیمریزاسیون اتفاق می­افتد. در ادامه فرآیند پلیمریزاسیون ذرات سل یک شبکه سه بعدی به نام ژل تشکیل می­دهند. از جمله پارامترهای موثر بر زمان تشکیل ژل آلومینا نسبت مولی آب به الکوکسید، سرعت هیدرولیز، نوع و حجم کاتالیست مورد استفاده، غلظت اولیه پیش ماده و دمای هیدرولیز و خشک کردن است. بعد از تهیه ژل، فاز مایع (حلال) به دو روش خشک کردن تبخیری و فوق بحرانی جدا می­شود. ماده حاصله به ترتیب زیروژل و ایروژل نام می­گیرد. با توجه به کشش سطحی مایع، اختلاف فشاری در دیواره حفره های ژل به وجود می­آید که می تواند قسمت زیادی از حجم حفره­های ژل را از بین ببرد. خشک کردن فوق بحرانی مانع این اتفاق می­شود. استحکام، پایداری بالا، ساختار متخلل و مورفولوژی ایروژل­ها باعث شده­است که کاربرد گسترده­ای در سال­های اخیر پیدا کنند. از جمله کاربرد ایروژل­ها در ساخت عایق حرارتی، انواع جاذب و پایه کاتالیست است. در بین صدها پایه کاتالیست، پایه­های از جنس آلومینا به علت مقاومت گرمایی، پایداری شیمیایی و تخلخل بالا بسیار مورد توجه هستند. در پژوهش حاضر سنتز ژل آلومینا به عنوان پایه نانوکاتالیست به کمک هیدرولیز آلومینیوم تری سک بوت اکساید در دو دمای 60 و 32 درجه سانتی­گراد، با غلظت­های مختلف پیش ماده و آب و دو نوع متفاوت اسید به عنوان کاتالیست، در مقادیر مختلف بررسی شد. سرعت تشکیل ژل، سرعت هیدرولیز و پلیمری­شدن و مقدار ژل سنتز شده اندازه­گیری و تحلیل شد. نتایج نشان داد که اضافه کردن مقدار2/0 میلی­لیتر اسید نیتریک به ازای 1 میلی­لیتر آلومینیوم تری سک بوت اکساید در محلول 16 درصد وزنی آلومینیوم تری سک بوی اکساید و نسبت مولی آب به پیش­ماده برابر با 2، در دمای 60 درجه سانتی­گراد مقدار ژل و زمان تشکیل ژل آلومینا بهینه می­باشد و بیشترین مقدار ژل در کمترین زمان ممکن حاصل می­شود.  سپس ژل سنتز شده در شرایط بهینه در دما و فشار محیط و شرایط فوق بحرانی کربن دی اکسید خشک شد و نتایج حاصل از آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی با هم مقایسه شد.

کلمات کلیدی: ژل آلومینا، پارامترهای موثر، نقطه ی ژلی شدن، فوق بحرانی، کربن دی اکسید، ایروژل

 

 

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                                 شماره صفحه

1. فصل اول: مقدمه                                1

1-1- سل- ژل. 2

1-1-1- تاریخچه فرآیند سل- ژل. 3

1-1-2- مراحل فرآیند سل ژل. 4

1-1-3- تشکیل سل.. 4

1-1-4- تشکیل ژل. 6

1-1-5- مزایای روش سل- ژل. 8

1-2- پیرسازی.. 9

1-3- خشک کردن. 9

1-3-1- خشک کردن محیطی.. 9

1-3-2- خشک کردن فوق بحرانی.. 10

1-3-3- سایر روش ها 12

1-4- ایروژل. 12

1-4-1- تاریخچه ایروژل. 13

1-4-2- خواص ایروژلها 13

1-4-3- انواع ایروژل. 14

1-4-4- کاربرد ایروژلها 16

1-5- ایروژل آلومینا 17

1-6- معرفی سیال فوق بحرانی.. 18

1-6-1- تاریخچه سیال فوق بحرانی.. 19

1-6-2- کاربرد سیال فوق بحرانی.. 20

2. فصل دوم: پیشینه تحقیق                                                                                24

2-1- اهداف پایان نامه. 32

3. فصل سوم: مطالعات آزمایشگاهی 33

3-1- تجهیزات لازم. 34

3-1-1- همزن مغناطیسی هیتر دار 34

3-1-2- دستگاه خشک کن فوق بحرانی.. 35

3-1-3- سایر وسایل آزمایشگاهی.. 38

3-2- مواد. 39

3-2-1- آلومینیوم تری سک بوت اکساید. 39

3-2-2- حلال. 39

3-2-3- اسید. 40

3-2-4- آب دوبار تقطیر. 40

3-3- روش انجام آزمایش… 40

3-3-1- تهیه ژل. 40

3-3-2- خشک کردن ژل. 48

4. فصل چهارم: نتایج و بحث 49

4-1- بررسی زمان تشکیل ژل آلومینا 50

4-1-1- مقایسه بین هیدرولیز یک مرحله­ا­­ی و دو مرحله­ای.. 50

4-1-2- بررسی تاثیر مقدار اسید. 50

4-1-3- بررسی تاثیر نسبت مولی آب به پیش­ماده 53

4-1-4- بررسی تاثیر دما 55

4-1-5- بررسی تاثیر غلظت اولیه محلول. 56

4-1-6- مقایسه بین اسید نیتریک و استیک اسید در واکنش هیدرولیز. 57

4-2- بررسی خشک کردن ژل آلومینا 58

5. فصل پنجم: نتیجه­گیری 62

5-1- نتیجه­گیری.. 63

5-2- پیشنهادات.. 63

6. مراجع                                     64
7. پیوست 1    68

 

 

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                        شماره صفحه                                                                         

جدول ‎2‑1: مقایسه خواص ژل خشک شده به سه روش مختلف   26

جدول ‎2‑2: مورفولوژی و اندازه ذره زیروژل در pH های مختلف   31

جدول ‎3‑1: سایر وسایل بکار رفته  39

جدول ‎3‑2: هیدرولیز یک مرحلهای و دو مرحلهای سنتز ژل آلومینا با غلظت 16 درصد وزنی پیش ماده به حلال  44

جدول ‎3‑3: مقادیر مختلف اسید در سنتز ژل با غلظت 16 درصد وزنی پیشماده به حلال در محلول اولیه و هیدرولیز یک مرحلهای   45

جدول ‎3‑4: مقادیر مختلف نسبت مولی آب به پیشماده با غلظت 16 درصد وزنی پیش ماده به حلال در محلول اولیه به روش هیدرولیز یک مرحلهای   46

جدول ‎3‑5: هیدرولیز یک مرحلهای با غلظت 16 درصد وزنی پیش­ماده به حلال در محلول اولیه در دو دمای 32 و 60 درجه سانتیگراد  47

جدول ‎3‑6: هیدرولیز یک مرحله ای پیش ماده در غلظت های مختلف پیشماده به حلال در محلول اولیه  47

جدول ‎3‑7: بکار بردن استیک و نیتریک اسید در هیدرولیز دو مرحله ای با غلظت 16 در صد وزنی پیش­ماده به حلال در محلول اولیه  48

جدول ‏4‑1: نتایج حاصل از هیدرولیز یک و دو مرحله ای پیش­ماده 50

جدول ‏4‑2: نتایج حاصل از آزمایش سنتز ژل در مقادیر مختلف اسید  51

جدول ‏4‑3: نتایج حاصل از آزمایش سنتز ژل در نسبت­های مختلف مولی آب به پیش­ماده 53

جدول ‏4‑4: نتایح حاصل از هیدرولیز در دو دمای 32 و 60 درجه سانتیگراد  55

جدول ‏4‑5: نتایج حاصل از هیدرولیز با غلظت­های مختلف پیش­ماده 56

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                                        شماره صفحه                                                                         

شکل ‏1‑1: نمای کلی روش سل- ژل  2

شکل ‏1‑2 : نمای کلی از واکنش هیدرولیز  5

شکل ‏1‑3 : تصویر مدل سه بعدی مربوط به واکنش تراکم  7

شکل ‏1‑4 : نمای کلی مراحل مختلف واکنش سل- ژل  8

شکل ‏1‑5 : نمودار فازی فشار- دما برای رسیدن به شرایط بحرانی   11

شکل ‏1‑6 : ایروژل تهیه شده از ملامین با فرمالدهید  15

شکل ‎2‑1: نمایش رفتار ژل آلومینا تحت تاثیرpH   31

شکل ‎3‑1: همزن مغناطیسی هیتر دار 34

شکل ‎3‑2: نمای شماتیک دستگاه آزمایشگاهی خشک کن فوق بحرانی   35

شکل ‎3‑3: نمائی از دستگاه آزمایشگاهی خشک کن فوق بحرانی   36

شکل ‎3‑4: رآکتور 36

شکل ‎3‑5: حمام پارافین   37

شکل ‎3‑6: پمپ خلا  38

شکل ‎3‑7: محلول بعد از اضافه کردن اسید  41

شکل ‎3‑8:  تشکیل میسل   41

شکل ‎3‑9: سل تشکیل شده از میسل ها 42

شکل ‎3‑10: تشکیل ژل و رسوب ژله­ای یا لخته از سل   42

شکل ‎3‑11: لایه کاتیونی-آنیونی تشکیل شده اطراف میسل   43

شکل ‏4‑1: سل آلومینا قبل از اضافه کردن اسید  57

شکل ‏4‑2: سل آلومینا بعد از افزودن اسید a: نیتریک اسید b: استیک اسید  57

شکل ‏4‑3: آنالیز SEM ژل آلومینا خشک شده در a) شرایط محیط b) شرایط فوق بحرانی   60

شکل ‏4‑4: آنالیز SEM ژل آلومینا خشک شده در a) شرایط محیط b) شرایط فوق بحرانی   61

شکل ‏پ1‑1: سل حاصل از حلال متانول  68

شکل ‏پ1‑2: سل حاصل از حلال استن   69

شکل ‏پ1‑3: سل حاصل از حلال اتانول  69

فهرست نمودار ها 

عنوان                                                                                                                        شماره صفحه                                                                      

نمودار ‎2‑1: حجم نسبی ژل بر حسب نسبت مولی اسید به هیدروکسید 24

نمودار ‎2‑2: تاثیر دمای کلسیناسیون روی مساحت ویژه ایروژل در سه چگالی مختلف  27

نمودار ‏4‑1: زمان تشکیل ژل بر حسب حجم اسید در نسبت مولی آب به پیش­ماده برابر با 2 و دمای 32 درجه سانتیگراد  51

نمودار ‏4‑2: جرم رسوب تشکیل شده بر حسب حجم اسید در نسبت مولی آب به پیش­ماده برابر با 2 و دمای 32 درجه سانتیگراد  52

نمودار ‏4‑3: زمان تشکیل ژل بر حسب نسبت مولی آب به پیش­ماده در دمای 32 درجه سانتی گراد و 5/0میلیلیتر اسید نیتریک    54

 نمودار ‏4‑4: جرم رسوب تشکیل یافته بر حسب نسبت مولی آب به پیش­ماده در دمای 32 درجه سانتی گراد و 5/0میلی­لیتر اسید­نیتریک    54

نمودار ‏4‑5: تغییرات دما و فشار راکتور بر حسب زمان خشک کردن ژل آلومینا 58

 

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

:: بازدید از این مطلب : 49

|

امتیاز مطلب : 5

|

تعداد امتیازدهندگان : 1

|

مجموع امتیاز : 1

دانشگاه علوم و تحقیقات

واحد کرمانشاه

پایان ‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد «M.Sc»

رشته: مهندسی شیمی

گرایش:بیوتکنولوژی

عنوان:

ساخت حسگر الکتروشیمیایی  نانو ساختار جهت اندازه گیری  میزان سم  آلوده کننده           آترازین   موجود  در آب و پساب ها

استاد راهنما:

دکتر آرش باباخانیان

 

استاد مشاور:

دکتر حمید رضا قاسمپور

 

1393

روش تحقیق:

ابتدا سطح الکترود طلا توسط نمک نیکل و کبالت در شرایط مناسب پوشش داده شد، در ادامه محلول استاندارد سم آترازین در تماس با الکترود اصلاح شده قرار گرفت وبعداز بهینه کردن یک سری پارامترهای دستگاهی و شیمیایی نمودار ولتاموگرام آن با دستگاه اتولب رسم شد. داده­های بدست آمده با استفاده از نرم­افزار اکسل 2007مورد بررسی قرار­گرفت و در نهایت با استفاده از یک سری اطلاعات آماری حدتشخیص،ضریب هم­بستگی، وچند پارامتر دیگر بدست­آمد

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                    صفحه

فصل اول کلیات تحقیق

1-1مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………. 3

1-2نانو لوله های کربن و فولرن ها 3

1-2-1فولرن ها 7

1-2-2منشأ فعالیت الکترود کا تا لیستیکی فولرن ها 8

1-2-3نانو ذرات فلزی.. 8

1-2-4نانو فیبر ها 9

1-2-5ترکیب نانو ذرات فلزی و نانو تیوب ها 10

1-2-6مایع یونی / سر یش کربن.. 10

1-3 -نکات کلی.. 11

1-4 آترازین– تاریخچه و استفاده ها 12

1-5خلاصه ی تاریخچه های فرآیند ثبت آترازین.. 14

فصل دوم روش اجرای تحقیق

2-1مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………. 22

2-2معرفی سم آترازین.. 22

2-3تجزیه زیستی آترازین.. 23

2-3-1بررسی رابطه بین آترازین وآب آشامیدنی.. 24

2-3-2اثرات زیست‌ محیطی علفکشها 24

2-3-3خطرات آفتکش‌ها از نظر اهمیت اقتصادی.. 25

2-3-4اثرات زیست‌محیطی آفتکش‌ها 26

2-4برهم خوردن تنوع بیولوژیکی.. 29

2-5تاریخچه بررسی تاثیرات منفی سم آترازین.. 29

2-6مواد و واکنشگرها 32

2-7اثر غلظت نمک الکترولیت… 35

2-8اثر …… 35

2-9اصلاح سازی سطح الکترود. 35

فصل سوم تجزیه و تحلیل داده ها(یافته ها)

3-1اصلاح سازی سطح الکترود. 38

3-2مطالعه میکروسکوب الکترونی روبشی  از سطح الکترود اصلاح شده. 40

3-3بهینهکردن پارامترهای دستگاهی و شیمیایی.. 43

3-4اثر  pH: 44

3-5اثر پارامتر های دستگاهی : 45

3-5-1اثر سرعت روبش پتانسیل.. 45

3-5-2اثر فرکانس…. 46

3-6رسم منحنی کالیبراسیون. 47

3-7بررسی اثر مزاحمت ها : 53

3-8کاربرد حسگر در نمونه های حقیقی.. 54

فصل چهارم نتیجه گیری و پیشنهاد

4-1نتیجه گیری : 58

4-2ارائه پیشنهادات جهت کارهای بعدی : 60

مراجع.. …. 61

 

 برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

:: بازدید از این مطلب : 69

|

امتیاز مطلب : 1

|

تعداد امتیازدهندگان : 1

|

مجموع امتیاز : 1

دانشگاه صنعتی سهند

دانشکده مهندسی شیمی

پایان‌نامه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی بدون گرایش

 

 

عنوان

شبیه‌سازی دینامیکی خطوط لوله انتقال گاز در شرایط حاد برودتی

 

 

اساتید راهنما

دکتر رضا علیزاده

دکتر سیروس شفیعی

 

 

دی 1391

پیشگفتار

امروزه شبیه‌سازی در فرآیندها، می‌تواند ابزاری مهم برای حل مشکلات در صنایع مختلف باشد. ایده‌ای جدید که بایستی در عالم واقعیت به روش آزمایش و خطا با صرف هزینه‌ها و خطرات بسیار انجام گیرد می‌تواند در محیط یک نرم‌افزار قوی، شبیه‌سازی شده و نتایج حاصل مورد استفاده قرار گیرد. شبیه‌سازی همچنین می‌تواند برای بررسی و پشتیبانی عملیاتی یک سیستم، مورد استفاده واقع شود. این پایان نامه، تشریحی از اجرای یک شبیه‌سازی یکپارچه در خطوط لوله انتقال گاز است و هدف اصلی از این شبیه‌سازی بررسی و پایش رفتار متغیرهای جریان گاز درون سیستم خطوط لوله مانند فشار، دبی، سرعت و دما است. تغییر دمای هوای محیط باعث تغییر در مصرف گاز می‌شود و تغییر در مصرف گاز معادل با تغییر در دبی‌های خروجی از یک سیستم خطوط لوله است. اکنون رفتار متغیرهای جریان در طول خطوط لوله، چگونه خواهد شد؟ آیا امکان دارد در نقاط منشعب‌شده از یک سیستم خطوط لوله، فشار گاز آنقدر افت پیدا کند که در نهایت منجر به قطع گاز در آن نقطه گردد؟ در این پایان‌نامه سعی بر آنست که بررسی کنیم افزایش مصرف گاز طبیعی منتج از افت شدید دمای هوا، چه تأثیری روی رفتار سیال گاز طبیعی درون یک سیستم خط لوله دارد و نقاطی که در این شرایط، احتمال قطعی گاز در آنها وجود دارد را شناسایی نماییم.

فصل اول این پایان‌نامه در خصوص اهمیت موضوع و مفاهیم اساسی مرتبط با موضوع گاز طبیعی و سیستم و تجهیزات خطوط لوله گاز و شبیه‌سازی می‌باشد. فصل دوم مروری بر تحقیقات گذشته است. در فصل سوم تئوری شبیه‌سازی و معادلات حاکم بر جریان گاز تک فاز در حالت دینامیک نمایش داده شده است. روابط طراحی خطوط لوله و افت فشار در حالت پایا آورده شده و اثر اصطکاک در تجهیزات مختلف تشریح شده است. در فصل چهارم، سیستم خطوط لوله انتقال گاز اردبیل و نرم‌افزار شبیه ساز OLGA معرفی و روش کار، توضیح داده شده است. پیکربندی سیستم خطوط لوله، ایستگاه‌های تقلیل فشار، تقویت فشار، مشخصات خطوط لوله، توپوگرافی و مسیر خطوط لوله به نمایش در آمده و مدل شبیه‌سازی تشریح شده است.

در فصل پنجم، برای به دست آوردن شرایط حاد برودتی، اطلاعات مصارف گاز و دمای هوای شهرهای مختلف، مورد ارزیابی قرار گرفته است. تلاش برای تفهیم موضوع در برابر اطلاعات مذکور انجام گرفته و الگو‌های مصارف گاز به‌صورت تابعی از دمای هوا بدست آمده و برای شبیه‌سازی در شرایط حاد برودتی، آماده شده است. نتایج شبیه‌سازی سیستم خط لوله در محیط نرم‌افزار OLGA در دو حالت عملیاتی و حاد برودتی تحلیل شده و تغییرات فشار نقاط برداشت از سیستم خطوط لوله در برابر تغییرات زمان به عنوان عکس‌العملی از شرایط اعمال‌شده در شبیه‌سازی، مورد ارزیابی واقع شده است. همچنین برای تحلیل وضعیت سیستم خطوط لوله، رفتار متغیرهای جریان گاز در طول خطوط لوله، در هر دو حالت عملیاتی و حاد برودتی، مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته است. فصل ششم با جمع بندی و نتیجه گیری به اتمام رسیده است.

چکیده

در این تحقیق سیستم خطوط لوله انتقال گاز استان اردبیل به صورت دینامیکی شبیه‌سازی شده است. هدف از انجام این پروژه تعیین نقاطی از خطوط لوله است که در آنها با کاهش دمای هوا در زمستان‌ها و متعاقباً افزایش مصرف گاز، احتمال کاهش فشار در خطوط لوله و در نهایت؛ احتمال قطع گاز وجود دارد. شناسایی این مناطق کمک شایانی به دست اندرکاران حوزه گازرسانی جهت انجام عملیات پیشگیرانه خواهد نمود. نرم‌افزار مورد استفاده برای این شبیه‌سازی، OLGA می‌باشد. این نرم‌افزار برای شبیه‌سازی شبکه خطوط لوله انتقال نفت و گاز و تجهیزات فرآیندی استفاده می‌شود. قابلیت‌های دینامیکی OLGA گستره کاربردی آن را در مقایسه با شبیه‌سازهای پایا، افزایش می‌دهد. در این تحقیق، توپوگرافی و مشخصات خطوط لوله انتقال گاز استان اردبیل، شامل اتصالات، شیرها، کمپرسورها و تجهیزات مربوطه، در نرم‌افزار تعریف شده است. بسته خواص سیال گاز طبیعی توسط نرم افزار PVTsim ایجاد شده است. از اطلاعات فشار، دما و دبی مربوط به زمستان 1390 در شبیه‌سازی استفاده شده است. ابتدا، شبیه‌سازی بصورت دینامیکی در شرایط عملیاتی برای پیش‌بینی مدت زمان 12 ساعت، اجرا شده است. سپس، الگوی مصرف گاز در شهرهای مختلف استان اردبیل به روش کسری درجه روز، به‌دست آمده است. با فرض دمای هوای 20- درجه سانتیگراد به عنوان شرایط حاد برودتی، مصرف گاز شهرها در این دما محاسبه شده و با این مصارف جدید، شبیه سازی اجرا گردیده است. اعتبارسنجی نتایج بدست‌آمده در شرایط عملیاتی در مقایسه با مقادیر واقعی سال 1390 همخوانی خوبی را نشان می‌دهد. شبیه سازی در شرایط حاد برودتی نشان می‌دهد در لحظه 2/6 ساعت، در برخی نقاط منشعب از خط لوله 16 اینچ پارس‌آباد، فشار تا حد قطع گاز، افت پیدا می‌کند. نتایج شبیه‌سازی‌ها، برای بررسی و مطالعه رفتار جریان گاز در خطوط لوله استفاده شده و پروفایل‌های فشار، دما، دبی و سرعت گاز ترسیم شده است. نتایج نشان می‌دهد روند تغییرات فشار گاز در خطوط لوله منطبق با توپوگرافی مسیرها می‌باشد؛ گاز خط لوله 8 اینچ خلخال در اثر جریان گاز با فشار بالاتر خط لوله 20 اینچ تقویتی دارای حرکت معکوس است؛ در اثر کاهش دبی عبوری از کمپرسور در شرایط حاد برودتی نسبت تراکم و دمای گاز خروجی از کمپرسور افزایش می‌یابد و فشار در خط لوله 16 اینچ در شرایط حاد برودتی افت زیادی پیدا می‌کند. سپس بعنوان یک راهکار، شیرهای خط لوله کمکی برای انتقال گاز از خط لوله 30 اینچ نیروگاه به کیلومتر 25 خط لوله 16 اینچ پارس‌آباد، در وضعیت باز قرار داده شده و شبیه‌سازی اجرا شده است. نتایج بدست آمده در این حالت، نشان‌دهنده بهبود وضعیت و افزایش فشار در خط‌ لوله 16 اینچ و تداوم گازرسانی به مدت 6/5 ساعت بیشتر نسبت به وضعیت قبلی، می‌باشد. نتایج این تحقیق می‌تواند در بهینه‌سازی، طراحی‌ و توسعه‌ آتی سیستم خطوط لوله، مورد استفاده قرار گیرد.

 

 

واژه‌های کلیدی: شبیه سازی، دینامیک، خطوط لوله، مصرف گاز، افت فشار

 

فهرست مطالب

فهرست اشکال. ح‌

فهرست جداول. ذ‌

علایم اختصاری. ر‌

 

فصل اول: اهمیت گاز طبیعی؛ خطوط لوله انتقال گاز و شبیه سازی. 1

1-1    مقدمه 1

1-2    جایگاه ایران در منابع گازی جهان. 2

1-3    گاز طبیعی اولیه و ترکیبات آن. 3

1-4    رفتار فازی گاز طبیعی. 5

1-5    سیستم خطوط لوله انتقال گاز طبیعی. 6

1-5-1         نقاط دریافت گاز 6

1-5-2         لوله‌ها 6

1-5-3         ایستگاه‌های ارسال و دریافت پیگ.. 8

1-5-4         شیرهای  LBV. 9

1-5-5         ایستگاه‌های تقویت فشار 9

1-5-5-1          انواع کمپرسورهای ایستگاه تقویت فشار 10

1-5-5-2          منحنی مشخصه کمپرسور 11

1-5-6         نقاط برداشت گاز (ایستگاه‌های تقلیل فشار) 13

1-5-7         ایستگاه‌های اندازه‌گیری. 13

1-6    مطالعه جریان سیال خط لوله و ابزار شبیه‌سازی. 14

1-7    شبیه‌سازی پایا و دینامیک.. 15

1-8    هیدرات‌های گازی و شبیه‌سازی. 16

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته. 17

2-1    مقدمه 17

2-2    سیستم خط لوله کمکی برای افزایش ظرفیت انتقال گاز طبیعی. 17

2-3    شبیه‌سازی پایا و دینامیکی خطوط لوله و تجهیزات ایستگاه تقویت فشار 19

2-4    شبیه‌سازی و بهینه سازی خطوط لوله انتقال گاز 20

2-5    شبیه‌سازی حالت پایای خطوط لوله انتقال گاز 21

2-6    شبیه‌سازی دینامیکی خطوط لوله انتقال گاز 21

2-7    رفتار دینامیکی جریان گاز طبیعی فشار بالا در خطوط لوله 22

2-8    شبیه‌سازی و تخمین حالت جریان گذرا در شبکه‌های خط لوله با استفاده از مدل تابع انتقال. 23

2-9    پیش‌بینی مصرف گاز طبیعی. 25

فصل سوم: معادلات جریان و افت فشار 27

3-1    مقدمه 27

3-2    معادلات ماکروسکوپیک حاکم بر جریان گذرای گاز در لوله 27

3-2-1         موازنه جرم 28

3-2-2         موازنه مومنتوم 28

3-2-3         موازنه انرژی. 29

3-3    معادلات طراحی خطوط لوله 30

3-3-1         معادله عمومی‌جریان گاز 31

3-3-2         فشار متوسط گاز در لوله 32

3-3-3         سرعت سایشی. 32

3-3-4         ضخامت لوله و حداکثر فشار مجاز بهره برداری. 33

3-4    افت فشار اصطکاکی در تجهیزات. 35

فصل چهارم : شبیه‌سازی دینامیکی خطوط لوله انتقال گاز 36

4-1    مقدمه: هدف از شبیه‌سازی. 36

4-2    معرفی سیستم خطوط لوله انتقال گاز استان اردبیل. 37

4-2-1         ایستگاه تقویت فشار اردبیل. 39

4-2-2         اطلاعات خطوط لوله انتقال اردبیل. 39

4-3    ابزار شبیه‌سازی چندفازی OLGA. 40

4-3-1         اساس مدل OLGA. 40

4-3-2         کاربردها 41

4-3-3         بخش‌های مختلف نرم‌افزار شبیه‌ساز جریان. 42

4-4    محیط شبیه‌سازی OLGA و ابزارهای آن. 43

4-4-1         کتابخانه 43

4-4-2         تعریف مورد 44

4-4-3         آپشن‌های شبیه‌سازی. 45

4-4-4         اجزاء شبکه 46

4-4-5         شرایط مرزی. 51

4-4-6         شرایط اولیه 53

4-5    محاسبات حرارتی: 53

4-6    نرم‌افزار تولید کننده ویژگیهای ترموفیزیکی سیال. 55

4-6-1         آنالیز گاز طبیعی خطوط لوله گاز اردبیل. 57

4-7    کمپرسور در نرم‌افزار 58

فصل پنجم: بحث بر روی نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی دینامیکی. 62

5-1    مقدمه 62

5-2    شرایط عملیاتی – مقایسه و اعتبارسنجی نتایج. 63

5-3    شرایط حاد برودتی و مصرف گاز طبیعی. 68

5-3-1         مقدمه 68

5-3-2         اصل کسری درجه روز 69

5-3-3         بررسی ارتباط کسری درجه روز با مصرف گاز طبیعی. 70

5-3-4         پیش‌بینی مصرف گاز 76

5-4    شرایط حاد برودتی و شبیه‌سازی دینامیکی. 78

5-5    آنالیز رفتاری خطوط لوله انتقال گاز در شرایط عملیاتی و شرایط برودتی. 81

5-5-1         بررسی متغیرها حول کمپرسور 82

5-5-2         بررسی خط لوله 30 اینچ اردبیل. 83

5-5-3         بررسی خط لوله 16 اینچ پارس‌آباد 86

5-5-4         بررسی خط لوله 8 اینچ خلخال. 88

5-5-5         بررسی خط لوله 8 اینچ مشکین‌شهر 91

5-5-6         بررسی خط لوله 30 اینچ نیروگاه- 16 اینچ مشکین‌شهر 93

5-5-7         بررسی خط لوله 20 اینچ خلخال. 95

5-6    شناسایی نقطه ضعف سیستم خطوط لوله مورد مطالعه 98

5-6-1         راهکاری برای نقطه ضعف سیستم خط لوله 98

فصل ششم: جمع بندی و نتیجه گیری. 103

6-1    نقاط قوت تحقیق. 103

6-2    نتیجه گیری. 104

6-3    پیشنهادات. 107

مراجع: 108

فهرست اشکال

شکل 1-1 دیاگرام فشار-دمای گاز طبیعی. 5

شکل 1-2 شماتیک تولید، فرآوری، انتقال و تحویل گاز طبیعی. 7

شکل 1-3 نمونه احداث خط لوله انتقال گاز و دفن لوله‌ها 8

شکل 1-4 یک نمونه منحنی مشخصه کمپرسور گریز از مرکز 11

شکل 1-5 کاربردهای شبیه‌سازی جریان. 15

شکل 2-1 خط لوله کمکی. 17

شکل 2-2 خط لوله کمکی شبیه‌سازی شده در محیط HYSYS. 19

شکل 2-3 شبیه‌سازی ایستگاه تقویت فشار منطقه چهار انتقال گاز در محیط نرم‌افزار ASPEN PLUS. 20

شکل 2-4 توزیع فشار پایین دست شیر رگولاتور فشار  و بالادست شیر انسداد توربینی  به عنوان تابعی از زمان 23

شکل 3-1 سیال تک‌فاز تراکم پذیر در حال عبور از یک لوله 27

شکل 3-2 جریان پایا در خط لوله 31

شکل4-1 نقشه کلی خطوط لوله گاز استان اردبیل. 38

شکل 4-2 طرح کلی نرم‌افزار OLGA. 42

شکل 4-3 تغییرات طول-ارتفاع-ضخامت خط لوله اصلی 30 اینچ اردبیل با ضخامتهای 469/0 و 375/0 اینچ. 47

شکل 4-4 تغییرات طول-ارتفاع-ضخامت خط لوله10 اینچ خلخال-کلور با ضخامت‌های 279/0 و 219/0 اینچ. 47

شکل 4-5 تغییرات طول- ارتفاع و ضخامت خط لوله اردبیل-نیروگاه گازی سبلان. 47

شکل 4-6 مدل شبیه‌سازی سیستم خطوط لوله استان اردبیل در محیط نرم‌افزار OLGA. 50

شکل 4-7 انتقال حرارت هدایتی از لایه‌های دیواره لوله 54

شکل 4-8 تعریف عمق خاک برای لوله‌های مدفون در خاک.. 55

شکل 4-9 نرم‌افزار PVTsim و ترکیب گاز طبیعی وارد شده در نرم‌افزار با انتخاب معادله حالت PR. 56

شکل 4-10 دیاگرام فازی گاز طبیعی خط لوله اردبیل (نرم‌افزار PVTsim) 58

شکل 4-11 منحنی عملکرد کمپرسور ایستگاه تقویت فشار اردبیل. 61

شکل 5-1 منحنی‌های شبیه‌سازی فشار بر حسب زمان در ترمینال‌های انتهایی انشعابات در شرایط عملیاتی. 67

شکل5-2 منحنی مقایسه ای جمع ماهانه کسری درجه روز و مصارف ماهانه شهر اردبیل. 71

شکل 5-3 مصرف روزانه گاز طبیعی شهر اردبیل در برابر مقادیر « کسری درجه روز» 71

شکل5-4 منحنی مقایسه ای جمع ماهانه کسری درجه روزانه و مصارف ماهانه شهر پارس‌آباد 72

شکل 5-5 دبی مصرف روزانه گاز طبیعی شهر پارس‌آباد در برابر مقادیر کسری درجه روز 72

شکل5-6 منحنی مقایسه ای جمع ماهانه کسری درجه روزانه و مصارف ماهانه شهر گرمی. 72

شکل 5-7 دبی مصرف روزانه گاز طبیعی شهر گرمی‌در برابر مقادیر کسری درجه روز 73

شکل5-8 منحنی مقایسه ای جمع ماهانه کسری درجه روز و مصارف ماهانه شهر بیله‌سوار 73

شکل 5-9 دبی مصرف روزانه گاز طبیعی شهر بیله‌سوار در برابر مقادیر کسری درجه روز 73

شکل5-10 منحنی مقایسه ای جمع ماهانه کسری درجه روز و مصارف ماهانه شهر مشگین. 74

شکل 5-11 دبی مصرف گاز طبیعی شهر مشگین در برابر کسری درجه روز 74

شکل5-12 منحنی مقایسه ای جمع ماهانه کسری درجه روز و مصارف ماهانه شهر سرعین. 74

شکل 5-13 دبی مصرف روزانه گاز طبیعی شهر سرعین در برابر مقادیر کسری درجه روز 75

شکل5-14 منحنی مقایسه ای جمع ماهانه کسری درجه روز و مصارف ماهانه شهر خلخال. 75

شکل 5-15 دبی مصرف ماهانه گاز طبیعی شهر خلخال در برابر مقادیر کسری درجه روز 75

شکل 5-16 منحنی‌های شبیه‌سازی فشار بر حسب زمان در ترمینال‌های انتهایی انشعابات در شرایط حاد برودتی. 80

شکل 5-17 شماتیک کلی سیستم خطوط لوله اردبیل برای بررسی نتایج. 81

شکل5-18 پروفایل فشار خط لوله 30 اینچ اصلی. 83

شکل 5-19 پروفایل دبی حجمی گاز در خط لوله 30 اینچ اصلی. 84

شکل 5-20 پروفایل سرعت گاز در خط لوله 30 اینچ اصلی. 85

شکل 5-21 پروفایل دمای گاز در خط لوله 30 اینچ اصلی. 85

شکل 5-22 پروفایل فشار خط لوله 16 اینچ. 86

شکل 5-23 پروفایل دبی حجمی گاز در خط لوله 16 اینچ. 87

شکل 5-24 پروفایل سرعت گاز در خط لوله 16 اینچ. 87

شکل 5-25 پروفایل دمای گاز در خط لوله 16 اینچ. 88

شکل 5-26 پروفایل فشار خط لوله 8 اینچ خلخال. 88

شکل 5-27 پروفایل دبی حجمی گاز در خط لوله 8 اینچ خلخال. 89

شکل 5-28 پروفایل سرعت گاز در خط لوله 8 اینچ خلخال. 90

شکل 5-29 پروفایل دمای گاز در خط لوله 8 اینچ خلخال. 90

شکل 5-30 پروفایل فشار گاز در خط لوله 8 اینچ مشکین‌شهر 91

شکل 5-31 پروفایل دبی حجمی گاز در خط لوله 8 اینچ مشکین‌شهر 91

شکل 5-32 پروفایل سرعت گاز در خط لوله 8 اینچ مشکین‌شهر 92

شکل5-33 پروفایل دمای گاز در خط لوله 8 اینچ مشکین‌شهر 92

شکل 5-34 پروفایل فشار گاز در خط لوله 30 اینچ نیروگاه-16 اینچ مشکین‌شهر 93

شکل 5-35 پروفایل دبی حجمی گاز در خط لوله 30 اینچ نیروگاه- 16 اینچ مشکین‌شهر 94

شکل 5-36 پروفایل سرعت گاز در خط لوله 30 اینچ نیروگاه – 16 اینچ مشکین‌شهر 94

شکل 5-37 پروفایل دمای گاز در خط لوله 30 اینچ نیروگاه – 16 اینچ مشکین‌شهر 95

شکل 5-38 پروفایل فشار گاز در خط لوله 20 اینچ خلخال. 96

شکل 5-39 پروفایل دبی حجمی گاز در خط لوله 20 اینچ خلخال. 96

شکل 5-40 پروفایل سرعت گاز در خط لوله 20 اینچ خلخال. 97

شکل 5-41 پروفایل دمای گاز در خط لوله 20 اینچ خلخال. 97

شکل 5-42 محل اتصال خط 16 اینچ پارس‌آباد به نیروگاه گازی سبلان (خط لوپ 10 اینچ10008) 99

شکل 5-43 پروفایل فشار گاز در خط لوله 16 اینچ پارس‌آباد در شرایط حاد برودتی و باز کردن مسیر گاز از خط 10 اینچ نیروگاه به کیلومتر 25 خط لوله پارس‌آباد 99

شکل 5-44 منحنی‌های شبیه‌سازی فشار بر حسب زمان در ترمینال‌های انتهایی انشعابات (CGS‌ها) در شرایط حاد برودتی همراه با خط لوپ نیروگاه به خط پارس‌آباد 101

فهرست جداول

جدول1-1 ذخایر تثبیت شده گاز طبیعی در جهان. 2

جدول 1-2 تولید گاز طبیعی در جهان. 2

جدول 1-3 مصرف گاز طبیعی در جهان. 3

جدول 1-4 نمونه ای از ترکیب گاز طبیعی خام 4

جدول1-5 خطوط لوله انتقال گاز طبیعی بهره‌برداری شده 14

جدول 3-1 جنس لوله و تنش تسلیم. 34

جدول 3-2  فاکتور طراحی لوله های فولادی. 34

جدول 3-3  شرح انواع Class Location. 34

جدول 4-1 مشخصات حرارتی دیواره‌ها و پوشش‌ها 43

جدول 4-2 نمونه ضخامت دیواره‌ها 44

جدول 4-3 تعریف مورد در نرم‌افزار OLGA. 44

جدول 4-4 آپشن‌های شبیه‌سازی OLGA. 46

جدول 4-5 نمونه مشخصات خطوط لوله 48

جدول 4-6 نمونه ای از شیرهای تعبیه شده در شبیه‌سازی. 48

جدول 4-7 مشخصات ورودی سیستم. 51

جدول 4-8 مشخصات خروجی سیستم. 51

جدول 4-9 شرایط مرزی خروجی انشعابات سیستم خط لوله (ورودی ایستگاه‌های تقلیل فشار) 52

جدول 4-10 مشخصات گاز موجود در خطوط لوله 57

جدول 4-11 درصد ترکیبات گاز طبیعی (در نرم‌افزار PVTsim) 57

جدول 5-1 مقایسه مقادیر فشارهای واقعی با مقادیر حاصل از شبیه‌سازی. 64

جدول 5-2 مقایسه دماهای واقعی با مقادیر حاصل از شبیه‌سازی. 65

جدول 5-3 مقایسه مقادیر واقعی با مقادیر حاصل از شبیه‌سازی حول ایستگاه تقویت فشار 66

جدول 5-4 مجموع ماهانه متوسط کسری درجه روز مربوط به سال 1389 و 1390. 70

جدول 5-5 مصارف ماهانه متوسط سالهای 1389 و 1390 شهرهای اردبیل 70

جدول 5-6 رابطه دمای هوا و دبی روزانه گاز مصرفی. 76

جدول 5-7 پیش‌بینی حجم گاز مصرفی در دمای 20- درجه سلسیوس.. 77

جدول 5-8 پیش‌بینی حجم گاز مصرفی در 20- درجه سلسیوس در شهرهای دارای دو ایستگاه 77

جدول 5-9 دبی عبوری از ایستگاه‌ها در شرایط دمای 20- درجه سانتیگراد 78

جدول 5-10 مقایسه متغیرها حول کمپرسور در دو وضعیت شبیه‌سازی. 82

جدول 5-11 مقایسه نتایج به دست آمده برای دو شبیه‌سازی حاد برودتی. 102

 برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

:: بازدید از این مطلب : 67

|

امتیاز مطلب : 5

|

تعداد امتیازدهندگان : 1

|

مجموع امتیاز : 1

دانشگاه شیراز

دانشکده‌ی مهندسی شیمی، نفت وگاز

 

پایان نامه‌ی کارشناسی ارشد در رشته‌ی مهندسی شیمی

 

 

طراحی پایه‌ی حلقه‌ی دریزو و استفاده ‌از حلال هیدروکربنی در فرایند نم‌زدایی در پالایشگاه فراشبند

 

استادان راهنما

دکتر محمدرضا رحیم پور

دکتر علیرضا شریعتی

 

بهمن ماه 1390

چکیده

بخار آب یکی از مهمترین ناخالصی­های جریان گاز طبیعی است. معمولاً خود بخار آب مساله ساز نیست ولی در عوض فاز مایع یا جامدی که هنگام فشرده شدن گاز یا سرد شدن آن تشکیل می­شود مشکل ساز می­باشد. در برخی موارد بخار آب باعث مسمومیت شدید کاتالیست­های گران قیمت شده و یا اینکه واکنش­های جانبی نامطلوبی را باعث می­گردد. آب به صورت مایع معمولاً خوردگی را سرعت می­بخشد و یخ یا هیدرات­های جامد می­توانند شیرها، اتصالات و حتی لوله­های گاز را مسدود کنند. برای جلوگیری از بروز چنین مشکلاتی جریان گاز قبل از وارد شدن به خطوط انتقال با استفاده روشهای مختلفی آبگیری می‌شود. متداولترین روش در دنیا استفاده ‌از TEG می­باشد. جهت افزایش راندمان روش مذکور موارد مختلفی پیشنهاد شده ‌است که ‌یکی از آنها اضافه نمودن حلال هیدروکربنی به TEG می­باشد که به فراریت آب در این محلول در برج دفع کمک نموده و موجب بدست آمدن TEG خالص‌تر می‌گردد و می‌توان نقطه شبنم گاز را به مراتب پایین‌تر از روش حال حاضر مورد استفاده رساند. که ‌اکنون تکنولوژی آن در انحصار شرکت Drizo می‌باشد و به عنوان فرآیند Drizo شناخته می­شود و با استفاده ‌از روش مذکور می‌توان خلوص TEG خروجی از برج دفع را بالاتر از 99.8% رسانده و در نتیجه گاز خشک را با نقطه شبنم  73- تا 5/95- به نقاط مصرف منتقل نمود.

هدف از این تحقیق طراحی پایه‌ی تجهیزات مورد استفاده در فرآیند دریزو به منظور جلوگیری از هدر رفت تری‌اتیلن‌گلایکول و جلوگیری از انتشار ترکیبات BTEX می‌باشد.

 

کلمات کلیدی: Drizo، TEG، نم زدایی، حلال هیدروکربنی، ترکیبات BTEX

فهرست مطالب

 

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

فصل اول: مقدمه

1-1- نم‌زدایی از گاز طبیعی…………………………………………………………………………………………………. 2

1-1-1- روشهای نم‌زدایی از گاز طبیعی ……………………………………………………………………… 2

1-1-1-1- نم‌زدایی توسط مایعات جاذب رطوبت…………………………………………….. 4

1-1-1-2- نم‌زدایی با استفاده ‌از جاذب‌های  جامد………………………………………….. 6

1-1-1-3- نم‌زدایی توسط سرمایش گاز……………………………………………………………. 6

1-1-1-4- نم‌زدایی با استفاده‌ از نفوذ گاز در غشاء………………………………………….. 6

1-1-1-5- نم‌زدایی توسط واکنش گرهای جامد………………………………………………. 7

1-1-2- روش های افزایش بازدهی فرایند احیاء………………………………………………………… 10

1-1-2-1- استفاده ‌از گاز دفع کننده…………………………………………………………………….. 10

1-1-2-2- احیاء در خلاء………………………………………………………………………………………… 10

1-1-2-3- افزایش عمل احیاء با افزودن حلال…………………………………………………….. 11

 

فصل دوم: مروری بر پژوهش های پیشین

مروری بر پژوهش های پیشین…………………………………………………………………………………………….. 13

 

فصل سوم: افزایش عمل احیای گلایکول با افزودن حلال هیدروکربنی

3-1- مشخصات فرآیند………………………………………………………………………………………………………… 17

3-2- مزایای دریزو……………………………………………………………………………………………………………….. 20

3-2- 1- از نقطه نظر اقتصادی……………………………………………………………………………………… 21

3-3- اصلاح فرایند نم‌زدایی گاز  Drizo ………………………………………………………………………….. 21

3-3-1-  تشریح اصلاح فرایند دریزو……………………………………………………………………………. 22

3-4- پارامترهای طراحی……………………………………………………………………………………………………… 22

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

3-4-1- برج Contactor……………………………………………………………………………………………….. 23

3-4-2- دبی گاز ورودی………………………………………………………………………………………………… 23

3-4-3- دما و فشار ورودی……………………………………………………………………………………………. 23

3-4-4- دماو غلظت  TEG ورودی……………………………………………………………………………….. 23

3-4-5-  سرعت چرخش گلایکول……………………………………………………………………………….. 24

3-4-6- دمای نم‌زدایی…………………………………………………………………………………………………… 24

3-4-7- دمای ریبویلر…………………………………………………………………………………………………….. 24

3-4-8- دمای ستون دفع …………………………………………………………………………………………….. 24

 

فصل چهارم: طراحی پایه و ارائه خدمات مهندسی مقدماتی جهت اجرای طرح Drizo در پالایشگاه گاز فراشبند، واحد دالان

4-1- بر اساس شرایط تابستان و در حالت مجزا بودن واحدها………………………………………… 27

4-1-1- جدا کننده‌ی سه فازی(V-100)…………………………………………………………………….. 27

4-1-2- مبدل حرارتی E-100……………………………………………………………………………………… 30

4-1-3- مبدل حرارتی E-101……………………………………………………………………………………… 41

4-1-4- چیلر تأمین کننده‌ی آب سرد………………………………………………………………………… 57

4-1-5- پمپ P-100……………………………………………………………………………………………………… 60

4-1-6- خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان در فرایند دریزو…………………………………. 65

4-2- بر اساس شرایط زمستان و در حالت مجزا بودن واحدها………………………………………… 68

4-2-1- جدا کننده‌ی سه فازی(V-100)…………………………………………………………………….. 68

4-2-2- مبدل حرارتی E-100……………………………………………………………………………………… 68

4-2-3- مبدل حرارتی E-101……………………………………………………………………………………… 73

4-2-4- چیلر تأمین کننده‌ی آب سرد………………………………………………………………………… 78

4-2-5- پمپ P-100……………………………………………………………………………………………………… 80

4-2-6- خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان در فرایند دریزو…………………………………. 81

4-3- بر اساس شرایط تابستان و در صورت تجمیع واحدها…………………………………………….. 82

4-3-1- جدا کننده سه فازی(V-100)………………………………………………………………………… 82

4-3-2- مبدل حرارتی E-100……………………………………………………………………………………… 82

4-3-3- مبدل حرارتی E-101……………………………………………………………………………………… 87

4-3-4- چیلر تأمین کننده‌ی آب سرد………………………………………………………………………… 92

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

4-3-5- پمپ P-100……………………………………………………………………………………………………… 94

4-3-6- خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان در فرایند دریزو…………………………………. 95

4-4- بر اساس شرایط زمستان و در صورت تجمیع واحدها……………………………………………. 96

4-4-1- جدا کننده سه فازی(V-100)………………………………………………………………………… 96

4-4-2- مبدل حرارتی E-100……………………………………………………………………………………… 96

4-4-3- مبدل حرارتی E-101…………………………………………………………………………………….. 101

4-4-4- چیلر تأمین کننده‌ی آب سرد………………………………………………………………………. 106

4-4-5- پمپ P-100……………………………………………………………………………………………………. 108

4-4-6- خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان در فرایند دریزو………………………………… 109

4-5- جدا کننده‌ی آب از حلال((coalesce……………………………………………………………………….. 110

                                                                                                                                    

فصل پنجم: نتیجه‌گیری

5-1- مقایسه‌ی میزان هرز رفت TEG……………………………………………………………………………… 112

5-2- مقایسه‌ی میزان انتشار ترکیبات BTEX………………………………………………………………… 113

5-3- مقایسه‌ی درصد خلوص TEG احیا شده در برج دفع…………………………………………… 114

5-4- مقایسه‌ی نقطه‌ی شبنم آبی گاز خشک خروجی از برج جذب…………………………….. 115

5-5- مقایسه هزینه‌ی کل سرمایه‌گذاری (TCI) و درآمد سالیانه ناشی از

پیاده سازی فرایند دریزو در دو حالت مجزا بودن و تجمیع واحدها…………………………………….. 116

 

 

فهرست منابع و مآخذ……………………………………………………………………………………………………………. 119

فهرست جدول‌ها

 

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

جدول1-1- ناخالصی‌های موجود در گاز طبیعی………………………………………………………………………. 3

جدول1-2- خصوصیات گلایکول‌های مورد استفاده در فرآیند نم‌زدایی گاز…………………………… 7

جدول1-3- تأثیر سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن بر محتوای آب

گاز طبیعی اشباع………………………………………………………………………………………………………………………… 9

جدول 3-1- مهمترین دماهای عملیاتی گلایکول در قسمت‌های مختلف …………………………….. 9

جدول 4-1- اندازه های بدست آمده از نرم‌افزار HYSYS برای جداکننده‌ی

سه فازی استفاده شده در فرایند Drizo………………………………………………………………………………….. 23

جدول 4-2- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-100…………………………. 38

جدول 4-3- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-101…………………………. 43

جدول 4-4- مدل و مشخصات چیلر جذبی شعله ‌مستقیم انتخاب شده………………………………. 59

جدول 4-5- مشخصات خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان و حالت

فیزیکی جریان‌ها………………………………………………………………………………………………………………………… 67

جدول 4-6- اندازه‌های بدست آمده از نرم‌افزار HYSYS برای جداکننده‌ی

سه فازی استفاده شده در فرایند Drizo…………………………………………………………………………………… 68

جدول 4-7- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-100…………………………. 70

جدول 4-8- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-101…………………………. 75

جدول 4-9- مدل و مشخصات چیلر جذبی شعله ‌مستقیم انتخاب شده………………………………. 79

جدول 4-10- مشخصات خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان و

حالت فیزیکی جریان‌ها……………………………………………………………………………………………………………… 81

جدول 4-11- اندازه های بدست آمده از نرم‌افزار HYSYS برای جداکننده‌ی

سه فازی استفاده شده در فرایند Drizo…………………………………………………………………………………… 82

جدول 4-12- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-100………………………. 84

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

جدول 4-13- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-101………………………. 89

جدول 4-14- مدل و مشخصات چیلر جذبی شعله ‌مستقیم انتخاب شده…………………………… 93

جدول4-15- مشخصات خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان و

حالت فیزیکی جریان‌ها……………………………………………………………………………………………………………….. 95

جدول4-16- اندازه های بدست آمده از نرم‌افزار HYSYS برای جداکننده‌ی

سه فازی استفاده شده در فرایند Drizo…………………………………………………………………………………… 96

جدول4-17- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-100………………………… 98

جدول4-18- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-101………………………. 103

جدول4-19- مدل و مشخصات چیلر جذبی شعله ‌مستقیم انتخاب شده…………………………… 107

جدول4-20 مشخصات خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان و

حالت فیزیکی جریان‌ها…………………………………………………………………………………………………………….. 109

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

 

:: بازدید از این مطلب : 49

|

امتیاز مطلب : 0

|

تعداد امتیازدهندگان : 0

|

مجموع امتیاز : 0

دانشگاه سیستان و بلوچستان

تحصیلات تکمیلی

 

پایان نامه کارشناسی ارشد در مهندسی شیمی گرایش ترمودینامیک و سینتیک

 

 

عنوان:

مدلسازی ریاضی سینتیک هسته گذاری و رشد نانو ذرات پلیمری در فرایند پلیمریزاسیون امولسیونی با استفاده از نتایج هدایت سنجی

 

استاد (اساتید) راهنما:

دکتر  فرشاد فرشچی تبریزی

دکتر  حسین آتشی کاشی

 

 

استاد مشاور:

دکتر  حسین عابدینی

 

این پایان نامه از حمایت مالی معاونت پژوهشی دانشگاه سیستان و بلوچستان و ستاد ویژه توسعه فناوری نانو بهره مند شده است

 

تیر 1389

چکیده

بخش عمده ای از خواص نهایی محصول در پلیمریزاسیون امولسیونی توسط توزیع اندازه ذرّات تعیین می‌­گردد. در این پروژه، یک مدل دقیق بر مبنای معادلات موازنه جمعیتی ( مدل صفر- یک) که دربرگیرندۀ پدیده­های هسته زایی و رشد ذرّه می‌­باشد برای پیش­بینی توزیع اندازه ذرّات انتخاب گردیده است. برای حل معادلات موازنه جمعیتی از روش حجم محدود استفاده شده است. در این مطالعه، اثر پارامتر غلظت اولیه ماده فعال سطحی روی درصد تبدیل و توزیع اندازه ذرّات بصورت تجربی و به کمک شبیه­سازی بررسی گردیده است. بر اساس نتایج حاصله، با کاهش مقدار ماده فعال سطحی، اندازه ذرّات افزایش می­‌یابد. در کلیّه موارد فوق، نتایج شبیه­سازی و تجربی تطابق مطلوبی دارند. در این پروژه، روابط مناسبی برای محاسبۀ تجربی CMC با استفاده از داده­های آزمایشگاهی به­صورت y=A Ln(x) + B در دو دمای 25 و 60 درجه سانتیگراد ارائه شد، و نیز در دمای 60 درجه سانتیگراد فرمول تجربی برای تلفیق دو الکترولیت Na₂CO₃ و KPS که در پلیمریزاسیون امولسیونی نانو ذرات پلی­بوتادین به­ترتیب به­عنوان بافر و شروع­کننده استفاده می­شود با روش حداقل مربعات به صورت z=A(x)^m(y)ⁿ به­دست آمد که در تمام موارد فوق ضرایب به­گونه­ای به­دست آورده شد که با داده­های آزمایشگاهی بهترین تطابق را داشته باشد.

 همچنین، هدایت اولیه الکتریکی سیستم بر حسب غلظت یونها، در حضور الکترولیت­های موجود در پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین در دو دمای 25 و 60 درجۀ سانتیگراد با چهار روش به­دست آمده است. ابتدا با روش تجربی و با استفاده از داده­های آزمایشگاهی فرمولی به­صورت y=A(x) برای هدایت الکترولیت­های فوق در دو دمای 25 و 60 درجه سانتیگراد به­دست آمده است. سپس دو روش ارائه شده در مقالات بررسی شده است، و در نهایت روشی ابداعی برای محاسبه هدایت الکتریکی محلول­های فوق ذکر گردیده و درصد خطای هرکدام از روش­ها به صورت جداولی آورده شده است. در نهایت هدایت الکتریکی سیستم پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین بدون خضور مونومر و نیز به صورت Online در حضور واکنش بدست آمده است. صحّت این روابط از طریق داده­های آزمایشگاهی مورد تایید قرار گرفت.

کلمات کلیدی: پلیمریزاسیون امولسیونی، بوتادین، توزیع اندازه ذرّات، موازنه جمعیتی، مدلسازی

 

فهرست مطالب

فصل اول.. 1

مروری بر فرایندهای پلیمریزاسیون.. 1

1-1- مقدمه. 2

1-2- تقسیم بندی پلیمرها بر اساس مکانیسم پلیمریزاسیون. 3

پلیمریزاسیونهای زنجیرهای.. 5

پلیمریزاسیونهای مرحلهای.. 5

فقط مونومرهایی وارد واکنش میشوند که دارای مراکز فعّال (مانند رادیکال آزاد و یا یون) باشند. 5

هردو مونومری که دارای دو عامل فعّال مختلف در دو سرخود باشند قابلیت وارد شدن در واکنش را دارند. 5

غلظت مونومر به طور یکنواخت در طول واکنش کاهش مییابد. 5

مونومرها بسرعت در مراحل اولیّۀ واکنش از بین میروند. 5

پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا به سرعت به وجود میآیند. 5

وزن مولکولی زنجیرههای پلیمری همگی با هم به آهستگی در طول زمان افزایش مییابد. 5

سرعت واکنش بسیار زیاد میباشد. 5

سرعت واکنش آهسته و کند است. 5

از ابتدای واکنش، زنجیرههایی با درجه تبدیل بالا بدست میآیند. 5

برای بهدست آوردن زنجیرههایی با درجه تبدیل بالا میبایستی واکنش را تا بیش از90% ادامه داد. 5

واکنش در چند مرحله، شروع، انتشار و اختتام انجام میپذیرد. 5

واکنش فقط در یک مرحله صورت میپذیرد. 5

فقط پلیمرهای خطی یا مولکولهایی با انشعابات کم را تولید میکند. 5

مولکولهایی با ساختار متفاوت، از مولکولهای خطی سادۀ بدون شاخه تا شبکههای حجیم با اتصالات عرضی زیاد به دست میدهد. 5

1-2-1- واکنشهای پلیمریزاسیون رادیکال آزاد. 5

1-2-1-1- آغاز. 6

1-2-1-2- رشد (انتشار) 6

1-2-1-3- پایان. 6

1-2-1-4- انتقال زنجیر. 7

1-2-2- طبقه بندی روشها و یا سیستمهای پلیمریزاسیون بر اساس محیط واکنش… 7

1-2-2-1- پلیمریزاسیون همگن.. 8

1-2-2-1-1- روش پلیمریزاسیون تودهای (جرمی) (Bulk Polymerization) 8

1-2-2-1-2- روش پلیمریزاسیون محلولی (Solution Polymerization) 9

1-2-2-2- پلیمریزاسیون ناهمگن.. 10

1-2-2-2-1- روش پلیمریزاسیون تعلیقی (Suspension Polymerization) 10

1-2-2-2-2- روش پلیمریزاسیون امولسیونی (Emulsion Polymerization) 10

روش پلیمریزاسیون.. 14

مزایا 14

معایب.. 14

پلیمریزاسیون. 14

تودهای.. 14

فرآیند ناپیوسته. 14

سادگی فرآیند، انعطاف پذیری، هزینۀ پایین جداسازی.. 14

حرارت زایی واکنش، توزیع وزن مولکولی پهن، افزایش شدید ویسکوزیته و در نتیجه مشکل اختلاط و انتقال حرارت در حین واکنش    14

فرآیند پیوسته. 14

قابل کنترل بودن واکنش توسط درجه حرارت، قابل کنترل بودن وزن مولکولی، خواص محصولات و در نتیجه هزینه جداسازی پایین   14

درجه تبدیل پایین، جدایی مونومر از پلیمر، نیاز به درجه حرارت بالا و در برخی مواقع نیاز به فشار بالا، چسبندگی پلیمربه دیواره راکتور 14

پلیمریزاسیون محلولی.. 14

نسبت به سیستم تودهای ویسکوزیتۀ کمتر و در نتیجه اختلاط و انتقال حرارت بهتر، قابل کنترل بودن واکنش توسط کنترل دما، قابل مصرف بودن مستقیم محلول واکنش، چسبندگی کم پلیمر به بدنه راکتور 14

هزینۀ استفاده از حلّال، آلودگی محیط به علت وجود حلّال، هزینۀ خشکسازی و جدا سازی، مشکل وجود پدیده انتقال رادیکال  14

پلیمریزاسیون تعلیقی.. 14

قابل کنترل بودن کیفیت محصول و واکنش توسط کنترل دما، قابل مصرف بودن مستقیم دانههای خشک جامد و در نتیجه هزینه پایین جداسازی، ویسکوزیته کم و درنتیجه انتقال حرارت مناسب.. 14

عدم امکان استفاده از فرآیندهای پیوسته، نیاز به وجود همزن و افزودنیهای خاص، چسبندگی ذرات پلیمری به بدنه راکتور 14

پلیمریزاسیون امولسیونی.. 14

قابل کنترل بودن واکنش توسط دما، سرعت بالای واکنش، ویسکوزیته کمتر (نسبت به سیستم های محلولی و تودهای)، انتقال حرارت مناسب، قابل مصرف بودن لانکس تولیدی.. 14

نیاز به غلظت بالای امولسیفایر، نیاز به پایدارسازی ذرات، چسبندگی ذرات به بدنه راکتور 14

1-2-3- اهمیت پلیمریزاسیون امولسیونی.. 14

1-2-4- مکانیسم پلیمریزاسیون امولسیونی.. 15

1-2-5- مراحل پلیمریزاسیون امولسیونی.. 18

1-2-6- مکانیسم ایجاد ذرّه 22

1-2-6-1- هسته‌زایی مایسلی.. 22

1-2-6-2- هسته‌زایی همگن.. 23

1-2-6-3- هسته‌زایی قطرهای.. 23

1-2-7- پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 24

1-2-8- معرفی مونومر بوتادین.. 24

1-2-9- مواد مورد استفاده در پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 27

1-2-9-1- امولسیفایر. 27

1-2-9-2- شروع کننده. 28

1-2-9-3- بافر. 29

1-2-10- مروری بر کارهای انجام شده در زمینۀ شبیه سازی وکنترل توزیع اندازه ذرّات.. 29

فصل دوم. 35

سینتیک پلیمریزاسیون امولسیونی.. 35

2-1- مقدمه. 36

2-2- رخدادهای فاز پیوسته. 36

2-3- رخدادهای فاز قطرات مونومری.. 36

2-4- رخدادهای فاز ذرات پلیمری.. 37

2-5- مایسلهای متورّم شده با مونومر. 38

2-6- مدلسازی.. 42

2- 6-1- واکنشهای آغازین.. 42

2-6-2- الیگومرهای فاز آبی.. 43

2-6-3- هسته‌زایی.. 44

2-6-4- موازنۀ منومرها 45

2-6-5- موازنه ماده فعال سطحی.. 47

2-6-5-1- مدل صفر – یک… 48

2-6-5-2- مدل شبه توده. 49

2- 6-6- معادلات مدل شبه توده برای موازنه جمعیتی ذرات پلیمری.. 49

2-6-6-1- تعداد متوسط رادیکالها در ذّرات.. 50

2-6-6-2- رشد ذرات پلیمری.. 51

2-6-6-3- ورود الیگومرها به ذرّات.. 51

2-6-6-4- دفع الیگومرها از ذرّات.. 52

2-6-6-5- اختتام در داخل ذرّات.. 52

2-6-7- معادلات مدل صفر-یک برای موازنۀ جمعیتی ذرّات پلیمری.. 52

2-6-8- حل عددی معادلات موازنه جمعیتی.. 55

2-6-8-1- المان محدود (Finite Elements) 56

2-6-8-2- حجم/تفاضل محدود. 57

فصل سوم. 59

محاسبۀ CMC با استفاده از نتایج هدایت سنجی.. 59

3-1- مقدمه. 60

3-2- آزمایش… 61

3-3- تأثیرات الکترولیتها بر روی CMC در دمای 25ºC.. 62

3-4-1- تأثیر تک تک الکترولیتها بر روی CMC در دمای 60ºC.. 65

3-4-2- تأثیر تلفیق الکترولیتها بر روی CMC.. 68

فصل چهارم. 70

شبیهسازی امولسیونی پلیبوتادین و مقایسه با دادههای تجربی.. 70

4-1- مقدمه. 71

4-2- مدلسازی.. 73

4-2-1- مقیاس مدلسازی.. 73

4-2-2- مراحل مدلسازی در واکنشها و فرآیندهای پلیمریزاسیون. 74

4-2-3- روشهای انتخاب مدل در واکنشها و فرآیندهای پلیمریزاسیون. 75

4-3- مدلسازی سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 75

4-4- فرضیّات در نظر گرفته شده در طرح سینتیکی ارائه شده برای پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 76

4-5- حل معادلات حاصل شده در مدلسازی سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 77

4-5-1- گسسته سازی معادلات دیفرانسیلی جزیی موازنه جمعیتی.. 78

4-6- پارامترهای استفاده شده در مدلسازی سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 79

4-7- مقایسۀ نتایج حاصل از مدلسازی سینتیکی با دادههای آزمایشگاهی.. 81

4-7-1- شرح دستگاه و تجهیزات.. 81

4-7-2- روش آزمایش… 82

4-7-3- خوراک هر آزمایش… 84

4-7-4- پلیمریزاسیون با سدیم دودسیل سولفات.. 84

فصل پنجم. 103

پیشبینی هدایت در طول فرایند پلیمریزاسیون.. 103

5-1- مقدمه. 104

5-2- آزمایش… 105

5-3- پیشبینی هدایت الکتریکی محلولها بدون واکنش شیمیایی.. 106

5-3-1 پیشبینی هدایت الکتریکی محلولهای SDS در غلظتهای مختلفی از الکترولیتهای Na₂CO₃ و KPS در دمای 25ºC و 60ºC   106

5-3-2 پیشبینی هدایت الکتریکی محلولهای SDS در غلظتهای مختلفی از تلفیق الکترولیتهای Na₂CO₃ و KPS در دمای 60ºC   135

5-4- پیشبینی هدایت الکتریکی واکنش پلیمریزاسیون امولسیونی نانو ذرّات پلیبوتادین (به صورت Online) 146

فصل ششم. 148

نتیجه گیری و پیشنهادات.. 148

6-1 نتیجهگیری.. 149

6-2- پیشنهادات.. 150

مراجع.. 152

پیوستها 158

محاسبه CMC در حضور 5/0 گرم Na₂CO₃ در محیط با تیتراسیون SDS در دمای 25°C.. 159

محاسبه CMC در حضور 75/0 گرم KPS در محیط با تیتراسیون SDS در دمای 25°C.. 160

محاسبه CMC در حضور 5/0 گرم Na₂CO₃ در محیط با تیتراسیون SDS در دمای 60°C.. 162

محاسبه CMC در حضور 1 گرمKPS در محیط با تیتراسیون SDS در دمای 60°C.. 164

فهرست جدول­ها

جدول 1- 1. اختلافات موجود بین پلیمریزاسیونهای زنجیره ای و مرحله ای.. 5

جدول 1- 2. مقایسه روشهای پلیمریزاسیون 14

جدول 1- 3. خواص فیزیکی و ترمودینامیکی بوتادین. 26

جدول 1- 4. خوراکهای استفاده شده در پلیمریزاسیون امولسیون بوتادین.. 27

جدول 1- 5. لیست مقالات انجام گرفته در دهه گذشته براساس مدلهای موازنه جمعیتی . 32

جدول 2- 1. رویدادهای سینتیکی داخل فاز پیوسته (آب) 40

جدول 2- 2. رویداد های سینتیکی داخل فاز ذره پلیمر. 41

جدول 2- 3. معادلات سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی 42

جدول 3- 1. ضرایب به دست آمده برای فرمول (3- 1). 63

جدول 3- 2. مقادیر CMC سدیم دو دسیل سولفات (SDS) برای غلظتهای مختلف الکترویتهای اضافه شده در 25ºC   64

جدول 3- 3. ضرایب به دست آمده برای فرمول (3- 2). 66

جدول 3- 4. مقادیر CMC سدیم دو دسیل سولفات (SDS) برای غلظتهای مختلف الکترویت اضافه شده در دمای60°C   67

جدول 3- 5. اطلاعات کاملی از غلظتهای مختلف تلفیق دو الکترولیت Na₂CO₃ و KPS، CMC تجربی، CMC به دست آمده از فرمول ارائه شده، و میزان خطای حاصله از این فرمول برای هر کدام از غلظتهای فوق. 69

جدول 4- 1. طرح سینتیکی در نظر گرفته شده برای پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 76

جدول 4- 2. پارامتر­های استفاده شده درمدلسازی سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 79

جدول 4- 3. پارامترهای بدست آمده با استفاده از مدلسازی سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 80

جدول 4- 4. داده­ها برای سورفکتانت سدیم دو دسیل سولفات.. 80

جدول 4- 5. مقادیر مواد استفاده شده در آزمایشات پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین.. 84

جدول 5- 1. مقادیر هدایت اولیه الکترولیتهایKPS  و  Na₂CO₃ در دمای الف) 25ºC ب) 60ºCکه دستگاه هدایت­سنج نشان می­دهد. 110

جدول 5- 2. ضرایب معادله (5- 7) در دمای الف) 25ºC ب) 60ºC.. 112

جدول 5- 3. ضرایب هدایت برآورد شده در روش دوّم در الف)ºC 25 ب) 60ºC.. 114

جدول 5- 4 .ضرایب هدایت G_i و مقادیر هدایت معادل هر یک از گونه­های یونی (^ºλ_i) برآورد شده در الف) ºC25 ب)60ºC   115

جدول 5- 5. خطای نسبی هدایت اولیه (σ_o) غلظتهای مختلف الکترولیتهای Na₂CO₃ و KPS در هر روش الف) 25ºC ب) 60ºC   116

جدول 5- 6. خطای نسبی (σ_calc) غلظتهای مختلف الکترولیتهای Na₂CO₃ و KPS درمحلولهای SDS در هر روش در الف) 25ºC ب) 60ºC   120

جدول 5- 7. خطای نسبی σ_calc غلظتهای مختلف الکترولیت با استفاده از مقدارهای دقیق هدایت اولیه نشان داده شده توسط سیستم هدایت­سنج در الف) 25ºC ب) 60ºC.. 131

جدول 5- 8. مقادیر هدایت اولیه، σ_o، غلظتهای مختلفی از تلفیق الکترولیتهای  Na₂CO₃و KPS در دمای 60ºC   135

جدول 5- 9. مقایسهای بین اعداد پیش­بینی شده در روش ارائه شده در این تز، با روش دوّم و سوّم برای هدایت اولیه تلفیق دو الکترولیت در دمای 60ºC.. 137

جدول 5- 10. اعداد پیش-بینی شده با روش ارائه شده در این تز برای هدایت اولیّۀ تلفیق دو الکترولیت در دمای 60ºC   139

جدول 5- 11. خطای نسبی (σ_calc) محلولهای SDS با غلظتهای مختلفی از تلفیق دو الکترولیت در هر روش. 140

جدول 5- 12. خطای نسبی σcalc غلظتهای مختلف تلفیق دو الکترولیت، با استفاده از مقدارهای دقیق هدایت اولیّۀ نشان داده شده توسط سیستم هدایت­سنج در دمای 60ºC.. 144

 

 

 

 

 

فهرست شکل­ها

شکل 1- 1. نمایش ساده شده یک سیستم پلیمریزاسیون امولسیونی.. 18

شکل 1- 2. پلیمریزاسیون امولسیونی در حین مرحله I 19

شکل 1- 3. پلیمریزاسیون امولسیونی در حین مرحله II 20

شکل 1- 4. پلیمریزاسیون امولسیونی در حین مرحله III 21

شکل 1- 5. رفتارهای مختلف سرعت مشاهده شده در پلیمریزاسیون امولسیونی. 21

شکل 1- 6. مراحل پلیمریزاسیون امولسیونی در مکانیسم هسته‌زایی هموژن. 23

شکل 2- 1. حوادث مربوط به هسته گذاری ذرات در فاز پیوسته 39

شکل 2- 2. حوادث مرتبط با فاز پیوسته و فاز ذرّه پلیمری 39

شکل 2- 3. نحوه تبدیل انواع ذرّات به یکدیگر در مدل صفر – یک… 53

شکل 3- 1. اندازه گیری­های هدایت-سنجی برای محلولهای SDS در حضور الف) KPS ب)  Na₂CO₃در دمای 25ºC   62

شکل 3- 2. تأثیر الکترولیتهای اضافه شده بر روی غلظت بحرانی مایسل (CMC) SDS در دمای 25ºC.. 63

شکل 3- 3. اندازه گیریهای هدایت-سنجی برای محلولهای SDS در حضور الف) KPS ب)  Na₂CO₃در دمای 60ºC   65

شکل 3- 4. تأثیر الکترولیت اضافه شده بر روی غلظت بحرانی مایسل (CMC) SDS در دمای 60°C.. 66

شکل 4- 1. تغییرات کارایی شروع کننده با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 85

شکل 4- 2. تغییرات سرعت هسته­زایی همگنی با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 86

شکل 4- 3. تغییرات غلظت سورفکتانت آزاد در فاز پیوسته با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 86

شکل 4- 4. تغییرات غلظت مایسل در فاز پیوسته با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 87

شکل 4- 5. تغییرات هسته زایی مایسلی با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 87

شکل 4- 6. تغییرات هسته­زایی کلی با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 88

شکل 4- 7. تغییرات تعداد ذرات پلیمری دارای رادیکال پلیمریک به ازای واحد حجم فاز محلول ( ) با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 89

شکل 4- 8. تغییرات تعداد ذرات پلیمری بدون رادیکال به ازای واحد حجم فاز محلول ( ) با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 89

شکل 4- 9. تغییرات تعداد ذرات پلیمری دارای رادیکال مونومریک به ازای واحد حجم فاز محلول ( ) با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 90

شکل 4- 10. تغییرات تعداد متوسط رادیکالها به ازای ذرات ( ) با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 90

شکل 4- 11. تغییرات تعداد کل ذرات به ازای واحد حجم فاز پیوسته  با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 91

شکل 4- 12. تغییرات سطح کل ذرات پلیمری با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 91

شکل 4- 13. تغییرات حجم کل ذرات پلیمری به ازای حجم فاز پیوسته با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 92

شکل 4- 14. تغییرات ضریب نفوذ مونومر داخل ذرات پلیمری با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 93

شکل 4- 15. تغییرات ضریب سرعت انتشار نفوذی داخل ذرات پلیمری با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 93

شکل 4- 16. تغییرات غلظت مونومر داخل ذرات پلیمری با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 94

شکل 4- 17. تغییرات کسر حجمی پلیمر داخل ذرات پلیمری با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 95

شکل 4- 18. تغییرات غلظت مونومر داخل فاز پیوسته با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 95

شکل 4- 19. تغییرات حجم قطرات مونومری به ازای حجم فاز پیوسته با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 96

شکل 4- 20. تغییرات غلظت مونومربا زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 97

شکل 4- 21. تغییرات درجه تبدیل با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر، . 97

شکل 4- 22. تغییرات درجه تبدیل با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر، . 98

شکل 4- 23. تغییرات درجه تبدیل با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر، . 98

شکل 4- 24. تغییرات درجه تبدیل با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 99

شکل 4- 25. تغییرات سرعت پلیمریزاسیون با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 99

شکل 4- 26. تغییرات توزیع اندازه ذرات با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر . 100

شکل 4- 27. تغییرات توزیع اندازه ذرات با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر . 101

شکل 4- 28. تغییرات توزیع اندازه ذرات با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر . 101

شکل 4- 29. تغییرات توزیع اندازه ذرات با زمان در پلیمریزاسیون با سدیم دو دسیل سولفات برای بررسی اثر غلظت امولسیفایر. 102

شکل 5- 1. پیشبینی مدل و دادههای تجربی هدایت برای تیتراسیون آب مقطر با SDS در دمای الف)25ºC  ب) 60ºC   108

شکل 5- 2. جذب سورفکتانت روی ذرّات پلیمر و تجمع سورفکتانت برای تشکیل مایسل.. 109

شکل 5- 3. تغییرات هدایت اولیه الکترولیت با غلظت نمک در الف) 25ºC ب) 60°C.. 113

شکل 5- 4. یکی از بهترین شکلها با حداقل خطای برآورد شده با کلیۀ روشها برای الکترولیتهای KPS و Na₂CO₃ در دو دمای الف) 25ºC ب) 60ºC.. 129

شکل 5- 5. یکی از بهترین شکلها با حداقل خطای برآورد شده برای محلولهای SDS با غلظتهای مختلفی از الکترولیتهای KPS و Na₂CO₃ با استفاده از مقدارهای دقیق هدایت اولیه نشان داده شده توسط سیستم هدایتسنج در الف) 25ºC ب) 60ºC.. 134

شکل 5- 6. یکی از بهترین شکلها با حداقل خطای برآورد شده در هر روش برای محلولهای SDS با غلظتهای مختلفی از تلفیق الکترولیتهای KPS و Na₂CO₃ 142

شکل 5- 7. یکی از بهترین شکلها با حداقل خطای برآورد شده با هدایت دقیق اولیه برای محلولهای SDS با غلظتهای مختلفی از الکترولیتهای KPS و Na₂CO₃ 145

شکل 5- 8. پیش­بینی هدایت الکتریکی واکنش پلیمریزاسیون امولسیونی نانو ذرّات پلیبوتادین به صورت Online  146

 برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

:: بازدید از این مطلب : 57

|

امتیاز مطلب : 2

|

تعداد امتیازدهندگان : 1

|

مجموع امتیاز : 1

دانشگاه شیراز

دانشکده ی مهندسی شیمی، نفت و گاز

 

پایان نامه ی کارشناسی ارشد در رشته ی مهندسی گاز

بررسی اثر گلیکول ها و گلیکول اتر ها بر پدیده ی انسداد میعانی مدل سازی

 

 

استاد راهنما:

دکتر محمد رضا رحیم پور

دکتر علیرضا شریعتی

 

بهمن 1390

چکیده

هدف از این تحقیق بررسی اثر حلال های گلیکول و گلیکول اتری  بر پدیده ی انسداد میعانی می باشد. که در این کار از معادله ی حالت مکعبی همراه با همبستگی (CPA) استفاده شده است که قابلیت خوبی برای در نظر گرفتن اثر پیوند هیدروژنی این مولکول دارد. عمده ی کار مربوط به مدل سازی جریان سیال تک فازی و دو فازی در هندسه ی مغزه و مدل سازی اثر تزریق حلال های مورد استفاده و مقایسه آن با تست های سیلاب زنی می باشد. برای حل معادلات حاکم نیز از یک روش عددی پیشرفته به نام روش کولوکیشن متعامد استفاده شده است. در تزریق حلال های گلیکول اتری در مقیاس مغزه در مدل سازی به عنوان مثال برای دو متوکسی اتانول در حدود 50 درصد و در تست آزمایشگاهی در حدود 54  درصد افزایش در تراوایی نسبی گاز داریم که تطابق نسبتاً خوبی با هم دارند.

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست مطالب

 

 

عنوان                                                                                            صفحه

فصل اول.. .. 1

مقدمه. . 2

فصل دوم. . 5

مروری برکارهای گذشته. 6

2-1- کاهش تولید در مخازن گاز میعانی… 6

2-2- روش های برطرف کردن انسداد میعانی… 6

2-3- بررسی رفتار فازی سیالات گاز میعانی… 9

فصل سوم. . 14

مدل سازی.. .. 15

3-1- مقدمه.. 15

3-2- معادلات حاکم بر جریان گازی تک فازی… 15

3-3- معادلات حاکم بر جریان دو فازی… 16

3-4- معادلات حالت و مشتق های آن.. 17

3-4-1- مقدمه: 17

3-4-2- معادله ی حالت مکعبی معمولی SRK.. 17

3-4-3- معادله ی حالت مکعبی همراه با همبستگی (Cubic Plus Association) 20

3-5- حل معادلات با روش عددی کولوکیشن [31]. 29

3-6-تست کاهش شار در حجم ثابت… 32

3-7- فرآیند حل معادلات مخزن با کمک روش ریاضی کولوکیشن… 34

3-7-1- تحلیل روش عددی کولوکیشن برای سیستم های تک فازی در مختصات استوانه ای در جهت محوری   34

3-7-2- تحلیل روش عددی کولوکیشن برای سیستم های دو فازی امتزاج ناپذیر پایا در مختصات     استوانه ای در جهت محوری   38

3-7-3- تحلیل روش عددی کولوکیشن برای سیستم های دو فازی گاز میعانی در مختصات استوانه ای در جهت محوری   41

فصل چهارم. 51

نتایج و بحث مدل سازی.. 52

4-1- مقدمه.. 52

4-2- بررسی رفتار فازی با استفاده از معادله ی حالت CPA.. 52

4-2-1- تست مدل CPA برای حالت خالص…. 53

4-2-2- تست مدل CPA برای حالت چند جزئی.. 57

4-3-تست های رفتار فازی… 72

4-3-1-مقدمه. 72

4-3-2-تست تخلیه در حجم ثابت… 72

4-3-3- تست Flash. 74

4-4- مدل سازی جریان در محیط متخلخل… 79

4-4-1- مقدمه. 79

4-4-2- مدل سازی جریان سیال در هندسه ی مغزه 80

4-4-2-1- جریان تک فازی در مختصات استوانه ای و جریان محوری.. 80

4-4-2-2- جریان دو فازی امتزاج ناپذیر پایا در مختصات استوانه ای و جریان محوری.. 82

4-4-2-3- جریان دو فازی گاز میعانی پایا در مختصات استوانه ای و جریان محوری.. 84

4-4-2-4- جریان دو فازی گاز میعانی پایا به همراه حلال در مختصات استوانه ای و جریان محوری.. 86

4-4-2-5- جریان دو فازی گاز میعانی ناپایا در مختصات استوانه ای و جریان محوری.. 89

4-4-2-6- جریان دو فازی در مختصات استوانه ای و جریان محوری بدون تزریق حلال                         و با تزریق آن  94

فصل پنجم.. .. 106

تست آزمایشگاهی و نتایج و بحث آن.. 107

5-1- مقدمه.. 107

5-2- دستگاه سیلاب زنی مغزه و اجزای آن.. 107

5-2-1 مخزن نگه دارنده ی سیال.. 108

5-2-2- مغزه نگه دار 109

5-2-3- پمپ… 109

5-2-4- محفظه ی گرم کننده 109

5-2-5-  ریگلاتور 110

5-2-6- سیستم نمایشگر اختلاف دما و فشار 110

5-3- انجام آزمایش…. 110

5-3-1- آماده سازی دستگاه 110

5-3-2- مراحل انجام آزمایش…. 112

5-4- نتایج حاصل از انجام آزمایش و بحث روی آن.. 113

فصل ششم.. .. 116

نتیجه گیری  و پیشنهاد ها 117

6-1- نتیجه گیری… 117

6-2- پیشنهاد ها. 117

فهرست منابع.. 118

فهرست جدول ها

 

 

عنوان                                                                                            صفحه

جدول3-1- ثابت های معادله ی SRK.. 18

جدول3-2- معادلات جهت بدست آوردن X_Aها (هوانگ و رادوز 1990) [28] برای سیستم های خود- همبسته و خالص    24

جدول4-1- پارامترهای مربوط به معادله ی CPA.. 53

جدول4-2- ضریب برهم کنش دوجزئی مخلوط متانول و هیدروکربن [29] 58

جدول4-3- ضریب برهم کنش دوجزئی مخلوط مونو اتیلن گلیکول و هیدروکربن [14] 58

جدول4-4- ضریب برهم کنش دوجزئی مخلوط دی اتیلن گلیکول و هیدروکربن [14] 58

جدول4-5- ضریب برهم کنش دوجزئی مخلوط تری اتیلن گلیکول و هیدروکربن [14] 59

جدول4-6- ضریب برهم کنش دوجزئی مخلوط دو متوکسی اتانول و هیدروکربن              [20 و 21] 60

جدول4-7- ضریب برهم کنش دوجزئی مخلوط دو اتوکسی اتانول و هیدروکربن  [20] 61

جدول4-8- ضریب برهم کنش دوجزئی مخلوط دو بوتوکسی اتانول و هیدروکربن              [20 و23] 61

جدول4-9- جزء مولی سیال گاز میعانی ساختگی دو و همکارانش(2000)[3] 70

جدول4-10- غلظت مخلوط گاز میعانی ساختگی شماره ی 1 مورد نظر این پروژه 79

جدول4-11- غلظت مخلوط گاز میعانی ساختگی شماره ی 2 مورد نظر این پروژه 80

جدول4-12- داده های لازم برای خواص سنگ مخزنی.. 80

جدول4-13- نتایج محاسبه ی خطای APD برای نقاط محاسبه ای مختلف… 81

جدول4-14- داده های مربوط به سنگ و  سیالهای امتزاج ناپذیر. 82

جدول4-15- داده های مربوط به سنگ و  سیالهای امتزاج پذیر. 84

جدول4-16- داده های مربوط به سنگ و  سیالهای امتزاج پذیر در جریان پایای دو فازی.. 87

جدول4-17- داده های مربوط به سنگ و  سیالهای امتزاج پذیر در جریان ناپایای دو فازی.. 89

جدول4-18- داده های لازم برای خواص سنگ مخزنی.. 94

جدول4-19- داده های لازم برای خواص سنگ مخزنی.. 101

جدول4-20- نتایج حاصل از تزریق حلال های گلیکول اتری.. 105

جدول5-1- جرم لازم از هپتان نرمال برای رسیدن به غلظت معلوم                               دما و فشار تعیین شده 111

جدول5-2- نتایج حاصل از تزریق حلال های گلیکول اتری.. 115

 

 

 

 

 

فهرست شکل ها

 

 

عنوان                                                                                            صفحه

شکل3-1- فلوچارت محاسبه ی ضریب فوگاسیته با کمک معادله ی حالت CPA.. 22

شکل3-2- ساختار مولکولی آب و دو متوکسی اتانول.. 25

شکل3-3- فلوچارت مربوط به محاسبه ی X ها 28

شکل3-4- شماتیکی از تست CVD [24] 33

شکل3-5- نمونه ی ساده ای از الگوریتم فرآیند CVD.. 33

شکل3-6- شکل مربوط به جریان محوری و جزء دیفرانسیلی آن.. 34

شکل4-1- منحنی ضریب دوم ویریال ناشی از مدل برای مونو اتیلن گلیکول.. 54

شکل4-2- منحنی ضریب دوم ویریال ناشی از مدل برای پروپیلن گلیکول.. 54

شکل4-3- منحنی فشار بخار برای مونو اتیلن گلیکول، داده های تجربی                            گرفته شده از[37] 55

شکل4-4- منحنی فشار بخار برای پروپیلن گلیکول، داده های تجربی گرفته شده از        [37] 55

شکل4-5- منحنی فشار بخار برای اتیلن گلیکول مونو متیل اتر ،داده های تجربی گرفته شده از [38] 56

شکل4-6- منحنی فشار بخار برای اتیلن گلیکول بوتیل اتر ،داده های تجربی گرفته شده از [38] 56

شکل4-7- محاسبه ی چگالی اتیلن گلیکول مونو متیل اتر برای دو فاز مایع و گاز با CPA و مقایسه ی آن با داده های تجربی[38] 57

شکل4-8- محاسبه ی چگالی اتیلن گلیکول مونو بوتیل اتر برای دو فاز مایع و گاز با CPA و مقایسه ی آن با داده های تجربی[38] 57

شکل4-9- منحنی دما بر حسب غلظت نرمال هپتان برای مخلوط مونو اتیلن گلیکول و نرمال هپتان در فشار 1 اتمسفر 62

شکل4-10- منحنی فشار بر حسب غلظت نرمال هپتان  برای مخلوط مونو اتیلن گلیکول و نرمال هپتان در دمای 351 درجه ی کلوین.. 62

شکل4-11- منحنی فشار بر حسب غلظت نرمال هپتان  برای مخلوط دی اتیلن گلیکول و نرمال هپتان در دمای 351 درجه ی کلوین.. 63

شکل4-12- منحنی فشار بر حسب غلظت نرمال هپتان  برای مخلوط تری اتیلن گلیکول و نرمال هپتان در دمای 351 درجه ی کلوین.. 63

شکل4-13- منحنی فشار بر حسب غلظت نرمال هپتان  برای مخلوط پروپیلن گلیکول و نرمال هپتان در دمای 351 درجه ی کلوین.. 64

شکل4-14- منحنی مایع- مایع دما بر حسب غلظت نرمال هپتان برای مخلوط مونو اتیلن گلیکول و نرمال هپتان در فشار 1 اتمسفر، داده های تجربی از [39] 64

شکل4-15- منحنی مایع- مایع دما بر حسب غلظت نرمال هپتان برای مخلوط دی اتیلن گلیکول و نرمال هپتان در فشار 1 اتمسفر، داده های تجربی از [39] 65

شکل4-16- منحنی مایع- مایع دما بر حسب غلظت نرمال هپتان برای مخلوط تری اتیلن گلیکول و نرمال هپتان در فشار 1 اتمسفر، داده های تجربی از[39] 65

شکل4-17- منحنی مایع- مایع دما بر حسب غلظت نرمال هپتان برای مخلوط پروپیلن گلیکول و نرمال هپتان در فشار 1 اتمسفر[داده های تجربی از مرجع 39] 66

شکل4-18- مقایسه ی حلالیت های گلیکول ها در نرمال هپتان در دمای 351 درجه ی کلوین  66

شکل4-19- منحنی دما بر حسب غلظت نرمال هپتان برای مخلوط دو متوکسی اتانول و نرمال هپتان در فشار 1 اتمسفر، داده های تجربی از[21] 67

شکل4-20- منحنی دما بر حسب غلظت نرمال هپتان برای مخلوط دو متوکسی اتانول و نرمال اکتان در فشار 1 اتمسفر ، داده های تجربی از[21] 67

شکل4-21- منحنی دما بر حسب غلظت نرمال هپتان برای مخلوط دو متوکسی اتانول و نرمال هگزا دکان در فشار 1 اتمسفر ، داده های تجربی از [21] 68

شکل4-22- منحنی  لگاریتمی غلظت نرمال هپتان بر حسب  دما برای مخلوط دو متوکسی اتانول و نرمال اکتان دکان در فشار 1 اتمسفر، داده های تجربی از[21] 68

شکل4-23- منحنی دما بر حسب غلظت نرمال هپتان برای مخلوط دو اتوکسی اتانول و نرمال اکتان در فشار 1 اتمسفر ، داده های تجربی از [21] 69

شکل4-23- منحنی دما بر حسب غلظت نرمال هپتان برای مخلوط دو بوتوکسی اتانول و نرمال اکتان در فشار 1 اتمسفر ، داده های تجربی از[23] 69

شکل4-24- منحنی فشار بر حسب غلظت دومتوکسی اتانول در دمای 135 درجه ی      فارنهایت   70

شکل4-25- منحنی فشار بر حسب غلظت دو اتوکسی اتانول در دمای 145 درجه ی     فارنهایت   71

شکل4-26- منحنی فشار بر حسب غلظت دو بوتوکسی اتانول در دمای 145 درجه ی  فارنهایت   71

شکل4-27– منحنی غلظت  اجزای هیدروکربی سیال برحسب فشار در تستCVD.. 73

شکل4-28– منحنی مقدار مایع خروجی بر حسب فشار در دمای 360 درجه ی کلوین برای غلظت های مختلف دو متوکسی اتانول.. 73

شکل4-29- منحنی مقدار مایع خروجی بر حسب فشار در دمای 360 درجه ی کلوین برای غلظت های مختلف دو اتوکسی اتانول.. 74

شکل4-30- منحنی مقدار مایع خروجی بر حسب فشار در دمای 360 درجه ی کلوین برای غلظت های مختلف دو بوتوکسی اتانول.. 74

شکل4-31- منحنی اشباع مایع بر حسب غلظت کلی دو متوکسی اتانول.. 75

شکل4-32- منحنی غلظت دو متوکسی اتانول در فاز مایع بر حسب غلظت کلی دو متوکسی اتانول  75

شکل4-33- منحنی غلظت دو متوکسی اتانول در فاز گاز بر حسب غلظت کلی دو متوکسی اتانول  76

شکل4-34- منحنی اشباع مایع بر حسب غلظت کلی دو اتوکسی اتانول.. 76

شکل4-35- منحنی غلظت دو متوکسی اتانول در فاز مایع بر حسب غلظت کلی دو اتوکسی اتانول  77

شکل4-36- منحنی غلظت دو اتوکسی اتانول در فاز گاز بر حسب غلظت کلی دو اتوکسی اتانول  77

شکل4-37- منحنی اشباع مایع بر حسب غلظت کلی دو بوتوکسی اتانول.. 78

شکل4-38- منحنی غلظت دو متوکسی اتانول در فاز مایع بر حسب غلظت کلی دو اتوکسی اتانول  78

شکل4-39- منحنی غلظت دو اتوکسی اتانول در فاز گاز بر حسب غلظت کلی دو اتوکسی اتانول  79

شکل4-40– منحنی افت فشار بر حسب طول مغزه برای حالت  ناپایای حالت تک فازی و جریان محوری  81

شکل4-41- مقایسه ی اثر تعداد نقاط محاسبه ای برای افت فشار کل با زمان در سیستم تک فازی و جریان محوری  82

شکل4-42- منحنی فشار بر حسب طول مغزه 83

شکل4-43- منحنی اشباع گاز بر حسب طول مغزه 83

شکل4-44- منحنی فشار بر حسب طول مغزه (N=6) 83

شکل4-45- منحنی اشباع گاز بر حسب طول مغزه (N=6) 83

شکل4-46- اثر تعداد نقاط محاسبه ای بر روی منحنی اشباع مایع و فشار بر حسب طول.. 85

شکل4-47- بررسی اثر تعداد نقاط محاسبه ای بر منحنی غلظت متان در مخلوط بر حسب طول در دو فاز گاز و مایع  85

شکل4-48- منحنی قابلیت های حرکت فاز ها بر حسب طول.. 86

شکل4-49- بررسی همراه بودن دو متوکسی اتانول همراه با جریان گازمیعانی برروی فشار و اشباع گاز 87

شکل4-50- بررسی همراه بودن دواتوکسی اتانول همراه با جریان گازمیعانی برروی فشار و اشباع گاز 88

شکل4-51- بررسی همراه بودن دو بوتوکسی اتانول همراه با جریان گازمیعانی برروی فشار و اشباع گاز 88

شکل4-52- منحنی فشار بر حسب طول برای بازه ی 5 تا 1500 ثانیه. (برای بازه های 50 ثانیه ای) 90

شکل4-53- منحنی فشار بر حسب زمان برای چند مقطع مغزه 90

شکل4-54- اشباع گاز بر حسب طول برای زمان 5 تا 1500 ثانیه                                 (در بازه های 100 ثانیه ای) 91

شکل4-55- اشباع گاز بر حسب زمان برای مقاطع مختلف از مغزه 91

شکل4-56- غلظت متان در فاز مایع بر حسب طول از زمان 5 ثانیه تا 1500 ثانیه ( در بازه های 100 ثانیه ای) 92

شکل4-57- غلظت متان بر حسب زمان برای مقاطع مختلف… 92

شکل4-58- غلظت متان در فاز گاز بر حسب طول برای زمان های بین 5 ثانیه تا 1500 ثانیه (در بازه های زمانی 100 ثانیه) 93

شکل4-59- غلظت متان در فاز گاز بر حسب زمان برای چهار مقطع.. 93

شکل4-60- منحنی افت فشار برای جریان تک فازی بر حسب زمان.. 95

شکل4-61-  منحنی های افت فشار و اشباع ورودی سنگ برای جریان دو فازی تعریف شده 95

شکل4-62- منحنی های تراوایی نسبی دو فاز گاز و مایع برای جریان دو فازی                مورد توجه  96

شکل4-63- مقایسه ی افت فشار برای جریان تک فازی و دو فازی.. 97

شکل4-64- منحنی افت فشار و اشباع مایع ورودی بر حسب زمان برای جریان دو فازی قبل و بعد از تزریق دومتوکسی اتانول  98

شکل4-65- منحنی تغییرات تراوایی نسبی گاز و مایع متوسط مغزه با زمان برای سه مرحله ی فرآیند در تزریق دو متوکسی اتانول.. 98

شکل4-66- افت فشار و اشباع مایع ورودی بر حسب زمان برای جریان دو فازی قبل و بعد از تزریق دواتوکسی اتانول  99

شکل4-67- منحنی تغییرات تراوایی نسبی گاز و مایع متوسط مغزه با زمان برای سه مرحله ی فرآیند در تزریق دو اتوکسی اتانول  100

شکل4-68- افت فشار و اشباع مایع ورودی بر حسب زمان برای جریان دو فازی قبل و بعد از تزریق دوبوتوکسی اتانول  100

شکل4-69- منحنی تغییرات تراوایی نسبی گاز و مایع متوسط مغزه با زمان برای سه مرحله ی فرآیند در تزریق دو بوتوکسی اتانول.. 101

شکل4-70- افت فشار و اشباع مایع ورودی بر حسب زمان برای جریان دو فازی قبل و بعد از تزریق دو متوکسی اتانول  102

شکل4-71- منحنی تغییرات تراوایی نسبی گاز و مایع متوسط مغزه با زمان برای سه مرحله ی فرآیند در تزریق دو متوکسی اتانول.. 102

شکل4-72- افت فشار و اشباع مایع ورودی بر حسب زمان برای جریان دو فازی قبل و بعد از تزریق دو اتوکسی اتانول  103

شکل4-73- منحنی تغییرات تراوایی نسبی گاز و مایع متوسط مغزه با زمان برای سه مرحله ی فرآیند در تزریق دو اتوکسی اتانول  103

شکل4-74- افت فشار و اشباع مایع ورودی بر حسب زمان برای جریان دو فازی قبل و بعد از تزریق دو بوتوکسی اتانول  104

شکل4-75- منحنی تغییرات تراوایی نسبی گاز و مایع متوسط مغزه با زمان برای سه مرحله ی فرآیند در تزریق دو بوتوکسی اتانول.. 104

شکل5-1-  شمای کلی از دستگاه سیلاب زنی.. 108

شکل5-2- منحنی رفتار فازی مخلوط متان و هپتان نرمال (85 % متان) 111

شکل5-3- منحنی تراوایی مطلق بر حسب زمان.. 114

شکل5-4- منحنی تراوایی نسبی بر حسب زمان قبل و بعد از تزریق دو متوکسی اتانول.. 114

شکل5-5- منحنی تراوایی نسبی بر حسب زمان قبل و بعد از تزریق دو اتوکسی اتانول.. 115

 

 

 برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

:: بازدید از این مطلب : 51

|

امتیاز مطلب : 0

|

تعداد امتیازدهندگان : 0

|

مجموع امتیاز : 0

دانشگاه صنعتی شاهرود

پایان­ نامه کارشناسی ارشد

دانشکده شیمی

گروه شیمی فیزیک

 

بررسی اثرات استخلاف آلکیل بر خواص ساختاری و الکترونی پلی­تیوفن با استفاده از روش­های آغازین و نظریه تابع چگالی

استاد راهنما:

دکتر حسین نیکوفرد

 

استاد مشاور:

دکتر زهرا کلانتر

 

پایان نامه ارشد جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

شهریور 1389

چکیده

 

امروزه پلیمر­ها با قابلیت­های فراوان و کاربرد گسترده­ای که دارند بسیاری از جنبه­های زندگی ما را پوشش داده­اند. یک دسته از این مواد، پلیمر­های رسانا هستند. در دهه­های اخیر تحقیقات وسیعی در کشف قابلیت­های جدید این پلیمر­ها، بهینه کردن خواص و کاربرد­های نوین آن­ها صورت گرفته است. در این پایان­نامه به پلی­تیوفن که یکی از پلیمر­های رسانا­ست توجه کرده­ایم و اثرات استخلاف آلکیل بر خواص ساختاری و الکترونی این پلیمر بررسی شده است. بررسی­های خود را با استفاده از روش­های آغازین و نظریه تابعی چگالی انجام داده­ایم. ساختار کلیه مونومر­ها و الیگومر­های مورد مطالعه توسط مجموعه پایه   6 -31G** بهینه گردید. نتایج محاسبات روی مونومر­ها نشان داده است که با اتصال آلکیل به تیوفن، طول پیوند­ها تغییر می­کند اما با افزایش طول استخلاف آلکیل تغییری در هندسه مولکول ایجاد نمی­شود. همچنین در اثر استخلاف تساوی بار در موقعیت­های α و ´α و همچنین β و ´β حلقه مونومر از بین می­رود و چگالی بار در موقعیت­های نزدیک به استخلاف کاهش و در موقعیت­های دورتر افزایش می­یابد. بررسی شکاف انرژی در مونومر­ها نشان داده است که با اتصال گروه آلکیل به تیوفن، شکاف انرژی کوچک می­شود و با افزایش طول استخلاف این شکاف کوچک­تر می­شود اما برای آلکیل­های بزرگ­تر از پروپیل تغییر چندانی در شکاف انرژی به وجود نمی­آید. لذا استخلاف­های متیل، اتیل و پروپیل برای بررسی الیگومر­ها انتخاب شده­اند. ما با مطالعاتی که روی ساختار  الیگومرهای 3- آلکیل تیوفن انجام داده­ایم، پیکربندی HT – HT را برای محاسبات الیگومر­ها انتخاب کردیم. محاسبات انجام گرفته روی الیگومر­های خنثی و رادیکال کاتیون نشان داد که  الیگومر­های رادیکال کاتیون ویژگی­های بسیار بهتری دارند. سیستم مزدوج در آن­ها همگن است و پیچش ندارد که این لازمه رسانایی در یک پلیمر مزدوج است. همچنین مطالعات روی شکاف انرژی نشان داد که با افزایش طول زنجیر الیگومر شکاف کوچکتر می­شود. بررسی نتایج بدست آمده نشان می­دهد که با وجود اختلافاتی که در روند شکاف انرژی در الیگومر­های کوچک­تر دیده می­شود با بزرگ­تر شدن طول زنجیر پلیمری و سیستم مزدوج، این تفاوت­ها کمتر می­شود و به نظر می­رسد برای الیگومر های طویل­تر نوع استخلاف آلکیل اثر چندانی بر شکاف انرژی ندارد. همچنین مطالعات روی پتانسیل یونش الیگومر­های 3- آلکیل تیوفن نشان از کاهش پتانسیل یونش با افزایش طول زنجیر دارد.

کلمات کلیدی: پلیمر­های رسانا، آلکیل­تیوفن، اثرات استخلاف، روش­های آغازین، نظریه تابعی چگالی، خواص الکترونی

فهرست مطالب

فصل اول : مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………. 1

فصل دوم : پلیمرهای رسانا

2-1-تعریف ……………………………………………………………………………………………………………………………………………5

2-2-تاریخچه ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 6

2-3-تقویت پلیمرهای رسانا ……………………………………………………………………………………………………………….. 8

2 -3-1- مفهوم تقویت ……………………………………………………………………………………………………………………. 8

2-3-2- ماهیت مواد تقویت کننده …………………………………………………………………………………………………. 9

2-3-3- تقویت شیمیایی ………………………………………………………………………………………………………………… 9

2-3-4- تقویت الکتروشیمیایی ……………………………………………………………………………………………………. 11

2-3-5- برگشت پذیری ………………………………………………………………………………………………………………….11

2-4-روش­های تهیه پلیمر­های رسانا…………………………………………………………………………………………………. 12

2-4-1- پلیمر شدن شیمیایی ……………………………………………………………………………………………………… 12

2-4-2- پلیمر شدن الکتروشیمیایی ………………………………………………………………………………………………13

2-5 رسانایی پلیمر­های رسانا ……………………………………………………………………………………………………………. 14

2-5-1- نظریه نوار ………………………………………………………………………………………………………………………… 16

2-5-2- مکانیزم رسانایی پلیمر­های رسانا ……………………………………………………………………………………. 19

2-6-کاربردها ………………………………………………………………………………………………………………………………………20

2-6-1- باتری­های با قابلیت شارژ مجدد ……………………………………………………………………………………… 21

2-6-2- وسایل الکتروکرومیک …………………………………………………………………………………………………….. 21

2-6-3- کاربرد­های پزشکی ………………………………………………………………………………………………………….. 21

2-6-4-حسگر­ها ……………………………………………………………………………………………………………………………. 21

2-6-5- الکترود­های پلیمری ………………………………………………………………………………………………………… 21

2-6-6- انواع مواد هوشمند ………………………………………………………………………………………………………….. 22

2-7-معایب ومزایا ……………………………………………………………………………………………………………………………….22

فصل سوم : پلی(آلکیل­تیوفن)

3-1-تیوفن ………………………………………………………………………………………………………………………………………….24

3-2-پلی­تیوفن …………………………………………………………………………………………………………………………………….25

3-3- پیکربندی پلی­آلکیل­تیوفن­ها …………………………………………………………………………………………………… 25

3-4-مکانیزم الکتروپلیمر شدن …………………………………………………………………………………………………………..27

3-4-1- روش شیمیایی ………………………………………………………………………………………………………………….27

3-4-1-1- روش مک­کالو………………………………………………………………………………………………………………. 28

3-4-1-2- روش ریک……………………………………………………………………………………………………………………..28

3-4-1-3- روش پلیمر شدن اکسایشی ……………………………………………………………………………………….. 29

3-4-2- روش الکتروشیمیایی ………………………………………………………………………………………………………..30

3-4- 2- 1- مکانیزم الکتروپلیمر شدن …………………………………………………………………………………….. 31

3- 4- 2- 2- اثر عوامل مختلف بر الکتروپلیمرشدن تیوفن ……………………………………………………….33

فصل چهارم: روش­های محاسباتی

4-1 –شیمی محاسباتی ……………………………………………………………………………………………………………………. 36

4-2-روش­های آغازین ………………………………………………………………………………………………………………………. 37

تقریب بورن اوپنهایمر ……………………………………………………………………………………………………………………….. 37

تقریب LCAO  …………………………………………………………………………………………………………………………………..38

تقریب هارتری – فاک ……………………………………………………………………………………………………………………….. 38

روش میدان خود سازگار ………………………………………………………………………………………………………………….. 38

برهم­کنش آرایشی ……………………………………………………………………………………………………………………………. 40

افزودن توابع قطبش پذیر ………………………………………………………………………………………………………………….. 49

افزودن توابع پخشی …………………………………………………………………………………………………………………………… 50

4–3 نظریه تابعی چگالی …………………………………………………………………………………………………………………. 41

4-4-مجموعه پایه …………………………………………………………………………………………………………………………….. 45

4-5- نرم­افزار­ها …………………………………………………………………………………………………………………………………. 50

4-5-1- هایپرکم …………………………………………………………………………………………………………………………… 51

4-5-2- گوس­ویو ………………………………………………………………………………………………………………………….. 51

4-5-3- گوسین ………………………………………………………………………………………………………………………………52

فصل پنجم : محاسبات و نتایج

5-1-بهینه سازی هندسه مولکول­ها …………………………………………………………………………………………………. 54

5-2-محاسبات مونومر­ها …………………………………………………………………………………………………………………… 56

5-3- محاسبات الیگومر­ها …………………………………………………………………………………………………………………. 60

5-3-1- محاسبات ساختاری..……………….……………………………………………………………………………………..62

5-3-2- محاسبات چگالی بار الکتریکی و چگالی اسپین ………………………………………………………………69

5-3-3- محاسبات الکترونی ……………………………………………………………………………………………………………70

فصل ششم: بحث و نتیجه­گیری

6-1- بررسی مونومر­ها ………………………………………………………………………………………………………………………. 74

6-2-بررسی الیگومر­ها ………………………………………………………………………………………………………………………. 81

6-2-1- آنالیز ساختاری…………………………………………………………………………………………………………………..83

6-2-2- توزیع بار و چگالی اسپین…………………………………………………………………………………………………..90

6-2-3- خواص الکترونی………………………………………………………………………………………………………………….93

آینده­نگری ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 99

منابع …………………………………………………………………………………………………………………………………………………101

 

فهرست شکل­ها

(2-1) الف: سیس-­پلی­استیلن، ب: ترانس- پلی­استیلن ………………………………………………………………………..7

(2-2) اثر غلظت تقویت کننده بر رسانایی پلیمر ……………………………………………………………………………….11

(2-3) مقایسه رسانایی مواد مختلف …………………………………………………………………………………………………..15

(2-4)رسانایی پلیمر­های رسانای مختلف با مس مقایسه شده است ………………………………………………… 16

(2-5) نوارهای انرژی در رسانا­ها، نیمه­رسانا­ها و نارسانا­ها ……………………………………………………………….. 17

(2-6) تغییرات زنجیر پلیمر در اثر تقویت ………………………………………………………………………………………….18

(2-7) در اثر تقویت شکاف نواری باریک­تر می­شود ……………………………………………………………………………19

(2-8) ایجاد نوارهای حد واسط در شکاف نواری پلیمر­ها ………………………………………………………………… 20

(3-1) انواع دیمر­های احتمالی ………………………………………………………………………………………………………….. 26

(3-2) انواع آرایش تری­مر­ها در تشکیل تری­(آلکیل­تیوفن)………………………………………………………………. 26

(3-3) مکانیزم تولید پلی(آلکیل­تیوفن)……………………………………………………………………………………………….28

(3-4) مکانیزم تولید پلی­(آلکیل­تیوفن) ………………………………………………………………………………………………29

(3-5)مکانیزم روش پلیمر شدن اکسایشی در تولید پلی­(آلکیل­تیوفن) …………………………………………… 30

(5-1) نمایش و نامگذاری ایزومر­های 3- بوتیل­تیوفن ……………………………………………………………………….54

(5-2) نمایش نامگذاری 3-آلکیل­تیوفن ……………………………………………………………………………………………..56

(5-3) نامگذاری شده هگزا آلکیل­تیوفن ……………………………………………………………………………………………..62

(5-4) نامگذاری پیوند­های تریمر 3-آلکیل­تیوفن………………………………………………………………………………..67

(6-1) نمایش طول پیوند­های استخلاف حلقه (R₄₈) در مونومر­های3- آلکیل­تیوفن در سطحB3LYP/6-31G** ……………………………………………………………………………………………………………………75

(6-2) نمایش تغییرات بار الکتریکی در موقعیت اتم (´α) C₃  و اتم (α) C₂ رادیکال کاتیون­ مونومر­های 3- آلکیل­تیوفن در سطح B3LYP/6-31G**.  ………………………………………………………………………………..77

(6-3) نمایش شکاف نواری مونومر­های 3-آلکیل تیوفن  در سطح HF/6-31G**…………………………78

(6-4) نمایش تغییرات پتانسیل یونش مونومر­های 3-آلکیل­تیوفن در سطح  B3LYP/6-31G**…79

(6-5) ساختار تریمر 3 – متیل تیوفن (الف) رادیکال کاتیون (ب) الیگومر خنثی……………………………81

(6-6) اندازه طول پیوند­های مزدوج در دیمر­های تیوفن، 3- متیل­تیوفن، 3 – اتیل­تیوفن و 3- پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….84

(6-7) اندازه طول پیوند­های مزدوج در تریمر­های تیوفن ، 3- متیل­تیوفن، 3 – اتیل­تیوفن، و 3- پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….85

(6-8) اندازه طول پیوند­های مزدوج در تترامر­های تیوفن، 3- متیل­تیوفن،3 – اتیل­تیوفن، و 3- پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….86

(6-9) اندازه طول پیوند­های مزدوج در پنتامر­های تیوفن ،3- متیل­تیوفن، 3 – اتیل­تیوفن و 3 – پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….87

(6-10 ) اندازه طول پیوند­های مزدوج در هگزامر­های تیوفن ، 3- متیل­تیوفن،3 – اتیل­تیوفن و 3 – پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….89

(6- 11) نمایش تغییرات بار الکتریکی اتم  C₁ بر اساس افزایش طول زنجیر در الیگومر­های3 – آلکیل تیوفن ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………92

(6-12) نمایش تغییرات شکاف نواری الیگومرها برحسب افزایش طول زنجیر الیگومر در سطح B3LYP/6-31G**  ……………………………………………………………………………………………………………………………96

(6-13) نمایش تغییرات IP الیگومر­های 3- آلکیل­تیوفن در سطح   B3LYP/6-31G** ……………..98

 

 

فهرست جداول

(4-1) نام، نوع و مخفف تعدادی از روش­های نظریه تابعی چگالی……………………………………………………..45

(5-1) مقایسه خواص ایزومر­های بوتیل­تیوفن……………………………………………………………………………………..55

(5-2) مقایسه خواص ایزومر­های بوتیل­تیوفن  …………………………………………………………………………………..55

(5-3) برخی از پارامتر­های ساختاری مونومر­ها در سطحB3LYP/6-31G**  ……………………………….. 57

جدول 5-4- بار الکتربکی (چگالی اسپین) 3- آلکیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**. ……….. 58

(5-5) انرژی­های اوربیتالی  و شکاف نواری در سطح B3LYP/6-31G** ……………………………………… 59

(5-6) محاسبه انرژی الکترونی 3- آلکیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ……………………………..60

(5-7) محاسبه انرژی­های الکترونی سه ساختار متفاوت دیمر­های 3- متیل­تیوفن……………………………61

(5- 8) انرژی­های الکترونی دو ساختار متفاوت تریمر­های- آلکیل­تیوفن……………………………………………61

(5-9) مقادیر طول پیوند­های سیستم مزدوج الیگوتیوفن­ها در سطحB3LYP/6-31G**………………..63

(5-10) مقادیر طول پیوند­های سیستم مزدوج الیگومتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………64

(5-12) مقادیر طول پیوند­های سیستم مزدوج الیگواتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**  …..65

(5-13) مقادیر طول پیوند­های سیستم مزدوج الیگوپروپیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ..66

(5-14) مقادیر زوایای دووجهی در الیگوتیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31** ………………………………….67

(5-15) مقادیر زوایای دووجهی در الیگومتیل­تیوفن­ها در سطح  B3LYP/6-31**…………………………68

(5-16) مقادیر زوایای دووجهی در الیگواتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31** …………………………..68

(5-16) مقادیر زوایای دووجهی در الیگوپروپیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31** ………………………68

(5-17)مقادیر بار الکتریکی (چگالی اسپین) الیگو تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ………………69

(5-18) مقادیر بار الکتریکی (چگالی اسپین) الیگو متیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** …….69

(5-19) مقادیر بار الکتریکی (چگالی اسپین) الیگو اتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ………70

(5-20) مقادیر بار الکتریکی (چگالی اسپین) الیگو پروپیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**…..70

(5-21) انرژی اوربیتال­های پیشانی الیگو تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ……………………………71

(5-22) انرژی اوربیتال­های پیشانی الیگو متیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** ……………………71

(5-23) انرژی اوربیتال­های پیشانی الیگو اتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** …………………….71

(5-24) انرژی اوربیتال­های پیشانی الیگو پروپیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**………………….72

(5-25) انرژی الکترونی الیگوتیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**…………………………………………………72

(5-26) انرژی الکترونی الیگومتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**…………………………………………72

(5-27) انرژی الکترونی الیگواتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G** …………………………………………73

(5-28) انرژی الکترونی الیگوپروپیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**……………………………………….73

(6-1) مقایسه شکاف نواری و پتانسیل یونش محاسبه شده برای مونومر­های 3- آلکیل­تیوفن در سطح B3LYP/6-31G**……………………………………………………………………………………………………………………………..77

(6-2) شکاف نواری و پتانسیل یونش محاسبه شده برای الیگوتیوفن­ها در سطحB3LYP/6-31G** ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………94

(6-3) شکاف نواری و پتانسیل یونش محاسبه شده برای الیگومتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**………………………………………………………………………………………………………………………………………………….94

(6-4) شکاف نواری و پتانسیل یونش محاسبه شده برای الیگواتیل­تیوفن­ها در سطح B3LYP/6-31G**………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

فهرست مطالب

فصل اول : مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………. 1

فصل دوم : پلیمرهای رسانا

2-1-تعریف ……………………………………………………………………………………………………………………………………………5

2-2-تاریخچه ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 6

2-3-تقویت پلیمرهای رسانا ……………………………………………………………………………………………………………….. 8

2 -3-1- مفهوم تقویت ……………………………………………………………………………………………………………………. 8

2-3-2- ماهیت مواد تقویت کننده …………………………………………………………………………………………………. 9

2-3-3- تقویت شیمیایی ………………………………………………………………………………………………………………… 9

2-3-4- تقویت الکتروشیمیایی ……………………………………………………………………………………………………. 11

2-3-5- برگشت پذیری ………………………………………………………………………………………………………………….11

2-4-روش­های تهیه پلیمر­های رسانا…………………………………………………………………………………………………. 12

2-4-1- پلیمر شدن شیمیایی ……………………………………………………………………………………………………… 12

2-4-2- پلیمر شدن الکتروشیمیایی ………………………………………………………………………………………………13

2-5 رسانایی پلیمر­های رسانا ……………………………………………………………………………………………………………. 14

2-5-1- نظریه نوار ………………………………………………………………………………………………………………………… 16

2-5-2- مکانیزم رسانایی پلیمر­های رسانا ……………………………………………………………………………………. 19

2-6-کاربردها ………………………………………………………………………………………………………………………………………20

2-6-1- باتری­های با قابلیت شارژ مجدد ……………………………………………………………………………………… 21

2-6-2- وسایل الکتروکرومیک …………………………………………………………………………………………………….. 21

2-6-3- کاربرد­های پزشکی ………………………………………………………………………………………………………….. 21

2-6-4-حسگر­ها ……………………………………………………………………………………………………………………………. 21

2-6-5- الکترود­های پلیمری ………………………………………………………………………………………………………… 21

2-6-6- انواع مواد هوشمند ………………………………………………………………………………………………………….. 22

2-7-معایب ومزایا ……………………………………………………………………………………………………………………………….22

فصل سوم : پلی(آلکیل­تیوفن)

3-1-تیوفن ………………………………………………………………………………………………………………………………………….24

3-2-پلی­تیوفن …………………………………………………………………………………………………………………………………….25

3-3- پیکربندی پلی­آلکیل­تیوفن­ها …………………………………………………………………………………………………… 25

3-4-مکانیزم الکتروپلیمر شدن …………………………………………………………………………………………………………..27

3-4-1- روش شیمیایی ………………………………………………………………………………………………………………….27

3-4-1-1- روش مک­کالو………………………………………………………………………………………………………………. 28

3-4-1-2- روش ریک……………………………………………………………………………………………………………………..28

3-4-1-3- روش پلیمر شدن اکسایشی ……………………………………………………………………………………….. 29

3-4-2- روش الکتروشیمیایی ………………………………………………………………………………………………………..30

3-4- 2- 1- مکانیزم الکتروپلیمر شدن …………………………………………………………………………………….. 31

3- 4- 2- 2- اثر عوامل مختلف بر الکتروپلیمرشدن تیوفن ……………………………………………………….33

فصل چهارم: روش­های محاسباتی

4-1 –شیمی محاسباتی ……………………………………………………………………………………………………………………. 36

4-2-روش­های آغازین ………………………………………………………………………………………………………………………. 37

تقریب بورن اوپنهایمر ……………………………………………………………………………………………………………………….. 37

تقریب LCAO  …………………………………………………………………………………………………………………………………..38

تقریب هارتری – فاک ……………………………………………………………………………………………………………………….. 38

روش میدان خود سازگار ………………………………………………………………………………………………………………….. 38

برهم­کنش آرایشی ……………………………………………………………………………………………………………………………. 40

افزودن توابع قطبش پذیر ………………………………………………………………………………………………………………….. 49

افزودن توابع پخشی …………………………………………………………………………………………………………………………… 50

4–3 نظریه تابعی چگالی …………………………………………………………………………………………………………………. 41

4-4-مجموعه پایه …………………………………………………………………………………………………………………………….. 45

4-5- نرم­افزار­ها …………………………………………………………………………………………………………………………………. 50

4-5-1- هایپرکم …………………………………………………………………………………………………………………………… 51

4-5-2- گوس­ویو ………………………………………………………………………………………………………………………….. 51

4-5-3- گوسین ………………………………………………………………………………………………………………………………52

فصل پنجم : محاسبات و نتایج

5-1-بهینه سازی هندسه مولکول­ها …………………………………………………………………………………………………. 54

5-2-محاسبات مونومر­ها …………………………………………………………………………………………………………………… 56

5-3- محاسبات الیگومر­ها …………………………………………………………………………………………………………………. 60

5-3-1- محاسبات ساختاری..……………….……………………………………………………………………………………..62

5-3-2- محاسبات چگالی بار الکتریکی و چگالی اسپین ………………………………………………………………69

5-3-3- محاسبات الکترونی ……………………………………………………………………………………………………………70

فصل ششم: بحث و نتیجه­گیری

6-1- بررسی مونومر­ها ………………………………………………………………………………………………………………………. 74

6-2-بررسی الیگومر­ها ………………………………………………………………………………………………………………………. 81

6-2-1- آنالیز ساختاری…………………………………………………………………………………………………………………..83

6-2-2- توزیع بار و چگالی اسپین…………………………………………………………………………………………………..90

6-2-3- خواص الکترونی………………………………………………………………………………………………………………….93

آینده­نگری ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 99

منابع …………………………………………………………………………………………………………………………………………………101

 

فهرست شکل­ها

(2-1) الف: سیس-­پلی­استیلن، ب: ترانس- پلی­استیلن ………………………………………………………………………..7

(2-2) اثر غلظت تقویت کننده بر رسانایی پلیمر ……………………………………………………………………………….11

(2-3) مقایسه رسانایی مواد مختلف …………………………………………………………………………………………………..15

(2-4)رسانایی پلیمر­های رسانای مختلف با مس مقایسه شده است ………………………………………………… 16

(2-5) نوارهای انرژی در رسانا­ها، نیمه­رسانا­ها و نارسانا­ها ……………………………………………………………….. 17

(2-6) تغییرات زنجیر پلیمر در اثر تقویت ………………………………………………………………………………………….18

(2-7) در اثر تقویت شکاف نواری باریک­تر می­شود ……………………………………………………………………………19

(2-8) ایجاد نوارهای حد واسط در شکاف نواری پلیمر­ها ………………………………………………………………… 20

(3-1) انواع دیمر­های احتمالی ………………………………………………………………………………………………………….. 26

(3-2) انواع آرایش تری­مر­ها در تشکیل تری­(آلکیل­تیوفن)………………………………………………………………. 26

(3-3) مکانیزم تولید پلی(آلکیل­تیوفن)……………………………………………………………………………………………….28

(3-4) مکانیزم تولید پلی­(آلکیل­تیوفن) ………………………………………………………………………………………………29

(3-5)مکانیزم روش پلیمر شدن اکسایشی در تولید پلی­(آلکیل­تیوفن) …………………………………………… 30

(5-1) نمایش و نامگذاری ایزومر­های 3- بوتیل­تیوفن ……………………………………………………………………….54

(5-2) نمایش نامگذاری 3-آلکیل­تیوفن ……………………………………………………………………………………………..56

(5-3) نامگذاری شده هگزا آلکیل­تیوفن ……………………………………………………………………………………………..62

(5-4) نامگذاری پیوند­های تریمر 3-آلکیل­تیوفن………………………………………………………………………………..67

(6-1) نمایش طول پیوند­های استخلاف حلقه (R₄₈) در مونومر­های3- آلکیل­تیوفن در سطحB3LYP/6-31G** ……………………………………………………………………………………………………………………75

(6-2) نمایش تغییرات بار الکتریکی در موقعیت اتم (´α) C₃  و اتم (α) C₂ رادیکال کاتیون­ مونومر­های 3- آلکیل­تیوفن در سطح B3LYP/6-31G**.  ………………………………………………………………………………..77

(6-3) نمایش شکاف نواری مونومر­های 3-آلکیل تیوفن  در سطح HF/6-31G**…………………………78

(6-4) نمایش تغییرات پتانسیل یونش مونومر­های 3-آلکیل­تیوفن در سطح  B3LYP/6-31G**…79

(6-5) ساختار تریمر 3 – متیل تیوفن (الف) رادیکال کاتیون (ب) الیگومر خنثی……………………………81

(6-6) اندازه طول پیوند­های مزدوج در دیمر­های تیوفن، 3- متیل­تیوفن، 3 – اتیل­تیوفن و 3- پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….84

(6-7) اندازه طول پیوند­های مزدوج در تریمر­های تیوفن ، 3- متیل­تیوفن، 3 – اتیل­تیوفن، و 3- پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….85

(6-8) اندازه طول پیوند­های مزدوج در تترامر­های تیوفن، 3- متیل­تیوفن،3 – اتیل­تیوفن، و 3- پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….86

(6-9) اندازه طول پیوند­های مزدوج در پنتامر­های تیوفن ،3- متیل­تیوفن، 3 – اتیل­تیوفن و 3 – پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….87

(6-10 ) اندازه طول پیوند­های مزدوج در هگزامر­های تیوفن ، 3- متیل­تیوفن،3 – اتیل­تیوفن و 3 – پروپیل­تیوفن………………………………………………………………………………………………………………………………………….89

(6- 11) نمایش تغییرات بار الکتریکی اتم  C₁ بر اساس افزایش طول زنجیر در الیگومر­های3 – آلکیل تیوفن ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………92

(6-12) نمایش تغییرات شکاف نواری الیگومرها برحسب افزایش طول زنجیر الیگومر در سطح B3LYP/6-31G**  ……………………………………………………………………………………………………………………………96

(6-13) نمایش تغییرات IP الیگومر­های 3- آلکیل­تیوفن در سطح   B3LYP/6-31G** ……………..98

 

 برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

:: بازدید از این مطلب : 60

|

امتیاز مطلب : 0

|

تعداد امتیازدهندگان : 0

|

مجموع امتیاز : 0

دانشگاه آزاد اسلامی

 واحد کرمانشاه

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه جهت دریافت کارشناسی ارشد مهندسی شیمی

گرایش: بیوتکنولوژی

عنوان :

بررسی اثر غلظت  سورفاکتنت پلی ونیل پیرولیدن pvp در اندازه نانو ذرات در پروسه تولید نانو دارو با استفاده از روش رسوب  حلال  ضد حلال  در میکروکانالها

اساتید راهنما :

دکتر مسعود رحیمی – دکتر هادی ادیبی

استاد مشاور :

دکتر حمیدرضا قاسم پور

بهار 1393

فهرست مطالب

چکیده : 1

مقدمه: 1

فصل اول:کلیات تحقیق

1-1 :   معرفی کورکامین. 4

1-2 : ترکیبات شیمیائی زردچوبه 5

1-3 :  خواص داروئی زردچوبه 6

1-4 : نانو کریستالهای دارویی. 7

1-5 : میکروکانالها 7

1-6 : سایز  ذرات : 12

1-6- 1: توصیف روشهای اندازه گیری و آنالیز توزیع سایز ذرات در یک محلول سوسپانسیون یا امولسیون : 12

1-6-2 : اندازه گیری توزیع سایز ذرات.. 13

1-6-3 : طرح ریزی توزیع سایز ذرات.. 14

1-6-4 : اندازه گیرنده سایز نانو ذرات.. 16

1-7 : پتانسیل زتا 17

1-8 : تست XRD.. 18

1-9 : میکروسکوپ الکترونی روبشی. 19

1-9-1 : میکروسکوپ الکترونی روبشی و تاریخچه آن. 19

1-9-2 : تاریخچه 19

1-9-3 : آشنایی با میکروسکوپ الکترونی روبشی. 20

1-9-4 : استفاده های عمومی. 20

1-9-5 : نمونه هایی از کاربرد 21

1-9-6 : نمونه  اندازه ها 22

1-9-7 : آماده سازی. 22

1-9-8 : آنالیز شیمیایی در میکروسکوپ الکترونی. 23

1-9-9 : محدودیت ها 23

1-10 : خشک کن انجمادی. 24

1-11 : اسپکتروفتومتر چیست؟ 25

1-12 :  تست FTIR.. 26

1-13 : فرایند امواج ماوراء صوت.. 27

1-14 : تست اندازه گیری  مساحت سطح. 27

1-15 : فرایند رسوب حلال / ضد حلال. 28

1-16 : ضرورت استفاده از روش رسوب حلال / ضد حلال و مزایای آن. 28

فصل دوم : مروری بر ادبیات تحقیق و پیشینه تحقیق

2-1 : مروری بر تحقیقات پیشین در زمینه ی تولید دارو. 33

2-2:  گیاهان دارویی تولید شده با استفاده از نانو تکنولوژی. 37

2-2-1: پراکسید هیدروژن. 37

2-2-2: گیاه دارویی کتیرا در نانو فناوری. 38

3-1 : محلول سازی. 43

3-2 :  سورفاکتنت.. 43

3-3 : تهیه محلول کورکامین. 47

3-4 : تهیه محلول سورفاکتنت.. 49

3-5  :  مراحل انجام آزمایش… 49

فصل چهارم : نتایج و بحث

4-1: نتایج اندازه گیری سایز ذرات.. 58

4-2 : نتایج اندازه گیری پتانسیل زتا 60

4-3 : نتایج تست XRD.. 62

4-4 : نتایج تستSEM.. 64

4-5 : نتایج تست FTIR.. 65

4-6 :  نتایج تست اندازه گیری  مساحت سطح. 69

فصل پنجم : جمع بندی و پیشنهادات

5-1 : جمع بندی. 72

2-5 : پیشنهادات.. 73

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                  صفحه

 

جدول 3-1: لیست مواد و شرکت ها

جدول4-1: توزیع سایز ذرات کورکامین رسوب شده با روش رسوب حلال/ ضد حلال در غلظت های مختلف سورفاکتنت

جدول4-2: مطالعه­ی خصوصیات کورکامین خالص و توزیع سایز نانو ذرات آن توسط دستگاه  FT-IR

 

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                           صفحه

 

شکل 1-1:  گیاه زردچوبه

شکل 1-2: طراحی های مختلف میکروکانال

شکل 1-3:اثر هندسه و شکل میکروکانال و همچنین زمان ماند در آن بر روی اندازه ی نانو ذرات کورکامین

شکل 1-4: نمودار افت فشار در میکروکانال بر حسب زاویه ی همریزگاه

شکل 1-5: نمودار اتلاف توربولنت بر اساس زاویه همریزگاه

شکل 3-1: محلولهای سورفاکتنت آماده شده در آزمایشگاه

شکل 3-2: محلول کورکامین خالص تهیه شده در آزمایشگاه:

شکل 3-3 : میکروکانال ᴧ شکل

شکل 3-4: نمونه نمودار توزیع سایز ذرات

شکل 3-5: نمونه ی نمودار توزیع سایز ذرات

شکل3-6: نمودار لگاریتمی توزیع سایز ذرات

شکل3-7: نمونه دستگاه SEM در آزمایشگاه

شکل 3-8: دستگاه فریز درایر در آزمایشگاه

شکل 3-9: دستگاه فریز درایر در آزمایشگاه

شکل 3-10: دستگاه فریز درایر در آزمایشگاه

شکل 3-11: شماتیک کلی دستگاه

شکل 3-12: اجزای مختلف اسپکتروفتومتر

شکل 3-13: جزئیات دستگاه اسپکتروفتومتر

شکل 3-14: شماتیک دستگاه اسپکتروفتومتر(UV) در آزمایشگاه

شکل 3-15: دستگاه FTIR

شکل 3-16: دستگاه پرس قرص

شکل 3-17: دستگاه سونیکاتور

شکل4-1: نمودار غلظت سورفاکتنت بر اساس سایز نانو ذرات

شکل4-2: نمودار سورفاکتنت ها بر اساس پتانسیل زتا

شکل 4-3: XRD کورکامین

شکل 4-4:  XRDمربوط به PVP با غلظت 0.3%

شکل 4-5:  XRDمربوط به SDS با غلظت 0.3%

شکل4-6:  XRD مربوط به T-Tab با غلظت  0.3%

شکل 4-7: XRD مربوط به HPMC با غلظت 0.3%

شکل 4-8:SEM   نمونه های کورکامین با سورفاکتنت ها ی مختلف

شکل 4-9: منحنی FTIR کورکامین

شکل 4-10: منحنی  FTIRمربوط به سلولز با غلظت  0.3 گرم بر میلی لیتر

شکل 4-11: منحنی FTIR مربوط به SDS با غلظت 0.3 گرم بر میلی لیتر

شکل 4-12:  BET   کورکامین

شکل 4-13:  BET  پلی وینیل پیرو لیدون PVP

 

 برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

:: بازدید از این مطلب : 62

|

امتیاز مطلب : 0

|

تعداد امتیازدهندگان : 0

|

مجموع امتیاز : 0