ل اول: کلیات
1-1) هدف
همانطور که گفته شد سیستم های پراکنده نقش مهمی در فرایندهای عملیات مهندسی شیمی و واکنش های شیمیایی دارند. در آن واکنش های شیمیایی که سطح مشترک عامل تعیین کننده سرعت است و عملیات های انتقال جرم و حرارت، هرچه قطرات ریزتری داشته باشیم، نرخ انجام فرایند افزایش می یابد. اما این امر مشکلاتی را نیز به همراه دارد و زمان جداسازی فازها ممکن است روزها به طور بانجامد که هرگز مطلوب نمی باشد. همچنین ریزتر کردن قطرات هزینه های عملیاتی را بالا می برد. بنابراین در طراحی های سیستم های پراکنده همواره یک توزیع اندازه قطره بهینه مورد نظر است. این توزیع ممکن است باریک و یا گسترده باشد که مسلما توزیعی مناسب است که دارای کمترین انحراف استاندارد باشد. این توزیع علاوه بر مشخصات فازها (ویسکوزیته، دانسیته، کشش بین سطحی) به ساختار هندسی و دور همزن نیز بستگی دارد که همگی آنها را می توان در نرخ های شکسته شدن و کوالسنس قطرات خلاصه کرد.
در طراحی بهینه سیستم های پراکنده در تانک های اختلاط شونده از نوع همزنی بایستی استفاده کرد که با مصرف کمترین میزان انرژی، پراکندگی مورد نظر را در سریع ترین زمان ممکن به وجود آورد. همزن توربینی شش تیغه ای (معروف به توربین راشتون) با توجه به مشخصات پراکنده سازی خوبی که دارد برای این منظور در محدوده های ویسکوزیته کم و در مطالعات سیستم پراکنده مایع – مایع عموما به کار می رود. اگر مکانیسم تعیین کننده اندازه قطرات مجهول باشد، امکان طراحی مناسب عملیات سخت می گردد و ممکن است مسائل مختلفی به وجود آید، مثلا اصلا به اندازه مطلوب قطره دست نمی یابیم یا اینکه بعد از مدت طولانی این امر حاصل شود و یا حتی اندازه قطر متوسط مطلوب به دست آمده باشد ولی توزیع خیلی گسترده باشد.
انتقال جرم و واکنش های شیمیایی بر نرخ های شکسته شدن و کوالسنس و در نتیجه توزیع اندازه قطرات تاثیر دارد. این امر می تواند به دلیل تغییر مشخصات فیزیکی فازها باشد و یا اینکه جزء سوم دیگر بر رفتار کوالسنس تاثیرات مختلفی داشته باشد. در مطالعات سیستم های پراکنده سعی می کنند تا آنجا که امکان دارد فازها خالص و عاری از هرگونه ناخالصی باشد تا اثرات پارامترهای سیستماتیک و مکانیک سیالاتی بهتر مشخص گردد.
اگر سیستم ذاتا کوالسنس کننده باشد، یا اینکه درصد حجمی فاز پراکنده بالا باشد و یا انرژی توربلانسی فاز پیوسته برای شکستن قطرات کافی نباشد، دورهای پایین همزن به قطرات بزرگی خواهد شد. اگر شرایط به گونه ای باشد که نرخ های شکسته شدن و کوالسنس قابل مقایسه باهم باشند، احتمالا

 خیلی دیر به توزیع مورد نظر دست خواهیم یافت و اگر طراحی تانک و همزن و شرایط عملیاتی به خوبی صورت نگرفته باشد، توزیع خیلی گسترده ای ممکن است حاصل آید.

در این پروژه هدف دانستن مکانیسم تعیین کننده اندازه قطرات و توزیع اندازه قطرات که نقش تعیین کننده در طراحی بهینه تانک های اختلاط شونده دارد، می باشد.
2-1) پیشینه تحقیق
بسیاری از نتایج آزمایشگاهی با تشکیل قطره در یک نازل و سپس رها شدن آن بر روی فصل مشترک مایع – مایع به دست آمد، به طوری که زمان پیوند قطره را بتوان اندازه گیری کرد.
اولین مطالعه دانشگاهی توسط رانولدز (1881) با شاهد پیوند قطرات باران در یک استخر انجام شد و این مسئله توسط ورسینگتون (1895) و اسملوچوسکی (1971) با عکس برداری که آنها را قادر ساخت تا پدیده های پیچیده ای را مشاهده کنند، پیگیری شد و آنها را به سوی مکانیسم تشکیل قطره کوچک هدایت کرد. یک تعریف اجمالی از زمان پیوند یک قطره در فصل مشترک را از زمان تولید یک قطره در نازل تا رسیدن به نقطه ای که محتویات قطره به داخل فاز همگون منتقل شود در نظر می گیرند. یک لایه نازک از سیال فاز پیوسته بین قطره و فصل مشترک حائل می شود، این لایه باید قبل از اینکه عمل گسیخته شدن و سپس انتقال به داخل فاز همگون اتفاق بیافتد، تخلیه شود و تخلیه این لایه نازک فرایند پیوند قطره را کنترل می کند.
قیمت : 14700 تومان

—-

پشتیبانی سایت :        *       parsavahedi.t@gmail.com

 استفاده بهینه و مناسب از دستگاه ها
تئوری Pinch انتگراسیون فرایندها را امکان پذیر می سازد، این روش برای حل بسیاری از مسائل فرایندی از جمله موارد زیر کاربرد دارد:
1- طراحی شبکه مبدل های حرارتی
2- تعیین صحیح محل قرار گرفتن تجهیزات فرایندی (کمپرسورها، پمپ ها، توربین ها، برج های تقطیر و…)
3- انتخاب بهینه منابع حرارتی گرم و سرد خارجی
4- تعیین تقریبی سطح تبادل حرارت شبکه مبدل های حرارتی، قبل از طراحی شبکه مورد نظر (Targeting)
5- تعیین هزینه دستگاه ها (Capital Cost) و هزینه انرژی (Energy Cost)
نظر به اینکه انتگراسیون فرایند یک سیستم روش شناسی سازگار یافته است، از بزرگترین مزایای آن پیش بینی فرایندهای یا واحدهای پیچیده از قبیل پالایش نفت، کارخانجات شیمیایی، پتروشیمی و غیره می باشد. در واحدهای ساده و کوچک مانند صنایع غذایی و نوشیدنی نیز انتگراسیون فرایند کاربردی و پردازشی است. از صنایع دیگری که انتگراسیون فرایند به طور موفقیت آمیزی در مورد آنها عمل کرده است صنایع خمیر، کاغذسازی، داروسازی و صنایع فلزی می باشد.
یکی از مفصل ترین مباحث انتگراسیون فرایند، طراحی و توصیف راکتورها، جداکننده ها (مخصوصا سیستم هایی با مصرف انرژی همانند برج های تقطیر، خشک کن ها و تبخیر کننده ها)، شبکه مبدل های حرارتی و واحدهای پشتیبانی (بخار در فشارهای مختلف، کوره ها، سردسازها و غیره) است، از طرفی Aspen pinch یک ابزار فراگیر برای طراحی یا طراحی مجدد سیستم شبکه مبدل های حرارتی جهت بازیافت انرژی می باشد. به کارگیری این تکنیک در طراحی مبدل های حرارتی و خصوصا انجام اصلاحاتی بر روی آنها به منظور افزایش تبادل حرارت و در نتیجه کاهش نیاز به مصرف انرژی از تأسیسات حرارتی سرد و گرم، مقرون به صرف می باشد.
در این پروژه اطلاعات مربوط به فرایند تولید کمپلکس PVC در واحد پتروشیمی اروند جمع آوری شده است و مطالعه تکنولوژی Pinch و تجزیه و

 تحلیل نتایج در این واحد انجام گردیده است. این تجزیه و تحلیل با بهره گرفتن از نرم افزار Aspen pinch صورت پذیرفته است.

قیمت : 14700 تومان

—-

پشتیبانی سایت :        *       parsavahedi.t@gmail.com

نمونه هایی از این مدل ها در ذیل ارائه شده است:
Singh و همکارانش مدل سینتیکی 5 تکه ای را به منظور بررسی شکست حرارتی پسماندهای سنگین نفتی در شرایط آرام ارائه کردند. تکه های شبکه سینتیکی براساس محدوده جوش انتخاب شده و شامل گاز، بنزن (IBP – 150^C) و (LGO (150 – 350^C و VGO (350 – 500^C و خوراک (500< درجه سانتیگراد) می باشد. مقادیر محاسبه شده توسط مدل ارائه شده با فرض سینتیک درجه یک از دقت مناسبی (حدود 70% نقاط پیش بینی شده در محدوده خطای 20% می باشند) در مقایسه با مقادیر تجربی برخوردار است.
Benito و همکارانش مدل سینتیکی 3 تکه ای را به منظور بررسی شکست حرارتی خوراک سنگین حاوی مقادیر قابل توجه آسفالتین در شرایط عملیاتی مشابه با کار تحقیقاتی Singh ارائه کردند. اجزای شبکه سینتیکی شامل تکه سنگین (بخشی از ترکیبات سنگین باقیمانده با دمای جوش بیش از 350 درجه سانتیگراد و محلول در تولوئن)، تکه سبک (شامل محصولات گاز و مایع) و تکه کک (ترکیب نامحلول در تولوئن) با توجه به محدوده جوش انتخاب شده اند. مدل سینتیکی ارائه شده این توانایی را دارد که به بررسی تأثیر شرایط عملیاتی نظیر دما، زمان اقامت و فشار بر فرایند شکست حرارتی آسفالتین بپردازد.
آقایان Filho و همکارانش مدل سینتیکی 16 تکه ای را برای بررسی شکست حرارتی پسماندهای سنگین خلاء در شرایط آرام در یک راکتور جریانی در نظر گرفتند. اجزای شبکه سینتیکی براساس محدوده جوش انتخاب شده و شامل تکه خوراک (با دمای جوش بیش از 550 درجه سانتیگراد)، تکه گاز، تکه نفتا (با محدوده جوش 70 – 204 درجه سانتیگراد)، تکه گازوئیل سبک (با محدوده جوش 350 – 204 درجه سانتیگراد)، و 12 تکه گازوئیل (با محدوده جوش 550 – 350 درجه سانتیگراد) می باشد. واکنش های شکست اجزای مدل از سینتیک مرتبه یک پیروی کرده و تابع دما و فشار می باشند. مقایسه داده های تجربی یک واحد صنعتی تشکیل کک تأخیری و مقادیر محاسبه شده توسط مدل نشان می دهد که شبکه سینتیکی ارائه شده از دقت مناسبی برخوردار است. مدل سینتیکی ارائه شده در شرایط عملیاتی آرام مستقل از نوع خوراک بوده و این قابلیت را دارد که برای طراحی واحدهای صنعتی شکست سایر خوراک های سنگین نفتی در شرایط عملیاتی مشابه به کار گرفته شود.
در این پایان نامه به منظور پیش بینی دقیق تر توزیع محصولات شکست حرارتی آسفالتین جدا شده از نفت خام کالیفرنیا در یک راکتور ناپیوسته آزمایشگاهی Savage و همکارانش در محدوده دمایی 450 – 350 درجه سانتیگراد و محدوده زمان اقامت 120 دقیقه و فشار اتمسفری، مدل سینتیکی

 4 تکه ای Yasar به صورت یک شبکه 14 تکه ای توسعه یافته است.

بخش های مختلفی که در این پایان نامه به تفصیل مورد بحث و بررسی قرار می گیرند، عبارتند از:
در فصل اول ساختار آسفالتین به عنوان جزء سنگین نامطلوب در نفت خام و پسماندهای سنگین نفتی مورد بررسی قرار می گیرد. شکست حرارتی فرایندی برای ارتقا خوراک های سنگین نفتی نظیر آسفالتین بوده و عواملی نظیر دما و فشار بر شکست این خوراک ها موثر می باشند. تحقیقات گسترده ای در رابطه با شکست حرارتی و کلیه عوامل موثر در شکست هیدروکربن های سنگین صورت گرفته که در این فصل گردآوری شده است. مدلسازی تکه ای و انواع آن در این فصل به تفصیل شرح داده می شوند.
در فصل دوم مطالعات آزمایشگاهی گسترده ای که در رابطه با شکست حرارتی آسفالتین و تأثیر شرایط عملیاتی دما، زمان اقامت و فشار بر توزیع محصولات این فرایند صورت گرفته، به تفصیل شرح داده می شوند. مدلسازی سینتیکی تکه ای به  عنوان یکی از روش های آنالیز فرایند شکست حرارتی آسفالتین در دو دهه اخیر توجه خاصی را به خود جلب کرده است. نمونه های متعددی در رابطه با مدلسازی تکه ای شکست حرارتی آسفالتین براساس فرضیات گوناگون در این فصل گردآوری شده است.
در فصل سوم مدلسازی سینتیکی و شبیه سازی راکتور شکست حرارتی نمونه آسفالتین جدا شده از نفت خام کالیفرنیا شرح داده می شوند. شرح اجزای مدل، فرضیات مدل، توزیع محصولات شکست حرارتی آسفالتین در شرایط عملیاتی مورد مطالعه، معادلات سینتیکی مدل و روش حل معادلات با بهره گرفتن از نرم افزار Matlab از عناوین مهمی است که در این فصل گردآوری شده است.
در فصل چهارم نتایج شبیه سازی با بهره گرفتن از نرم افزار Matlab، پارامترهای سینتیکی مدل، ثوابت سرعت و انرژی های فعالسازی واکنش های شکست حرارتی ارائه شده است. تأثیر شرایط عملیاتی دما و زمان اقامت بر توزیع محصولات فرایند شکست حرارتی آسفالتین نیز به تفصیل در این فصل شرح داده می شوند. ارزیابی کلی مدلسازی سینتیکی فرایند شکست حرارتی آسفالتین و پیشنهادهای کارآمد مرتبط با آن از مباحث مهمی است که در فصل پنجم مورد بررسی قرار می گیرد.
قیمت : 14700 تومان

—-

پشتیبانی سایت :        *       parsavahedi.t@gmail.com

 مخازن عادی (conventional reservoir) در فرایند بازیابی ثانویه اختلاف گرادیان غلظت بین نفت و گاز تزریقی باعث نفوذ ملكولی و انتقال جرم بین دو فاز شده و در نتیجه نفوذ ملكولی می تواند یک جبهه امتزاجی یا مایع رقیق شده در جلوی فاز گاز تزریقی بوجود بیاورد كه باعث بهتر جاروب شدن نفت در مخزن، بخصوص نفت چسبیده به دیواره خلل و فرج ها می شود.
اواخر دهه 80 و همزمان با گسترش كاربرد چاه های افقی روش جدیدی ابداع شد. در این روش از یک چاه تزریقی عمودی در بالای چاه تولیدی افقی استفاده می شود. در این روش از گازهای سبك هیدروكربنی مانند پروپان، بوتان و یا تركیب آنها با گازهای غیر میعانی استفاده می شود. هنگامی كه این تركیب در فشاری نزدیک به فشار نقطه شبنم تزریق شود محفظه ای از گازهای هیدروكربنی در مخزن تشكیل می شود. در سطح تماس، این محفظه با نفت سنگین داخل مخزن تركیب و در واقع انحلال گاز انجام می شود كه در نتیجه آن گرانروی كاهش می یابد. كه در واقع همان بهتر جاروب شدن نفت در مخزن می باشد.
روش دیگر تزریق كه متداول است، تزریق یک توده پروپان و به دنبال آن تزریق متان می باشد البته در این جا این نكته لازم به یاد آوری است كه پارامترهای دیگری بجز نفوذ ملكولی در تزریق امتزاجی (Miscible Fluid) وجود دارد توزیع تخلخل ها، توزیع اشباع سیالات، سرعت تزریق، تحریک پذیری (mobility) حلال و نفت در ناحیه ترزریق و مقدار سطح تماس نفت و گاز تزریقی از جمله عوامل دیگری می باشند كه بجز ضریب نفوذ ملكولی روی بازیافت نفت در این فرایند تاثیر گذار می باشند.
در مخازن عادی بازیابی ثالثیه، بعد از تزریق آب در بازیابی ثانویه، نفت باقیمانده در خلل و فرج ها توسط تزریق Co2 از طریق مكانیسم نفوذ ملكولی و انتقال جرم قابل بازیافت است.
در بازیابی ثانویه گاز دی اكسید كربن تزریقی به طور مستقیم با نفت تماس می یابد و چون CO2 به شدت با نفت امتزاج پذیر است، بازیابی بالا می باشد. بعد از برداشت نفت توسط نیروی خود مخزن مقداری نفت هم توسط تزریق آب در بازیابی ثانویه بازیافت می شود، در تزریق آب به درون مخزن مقدار قابل توجهی نفت توسط آب به دام می افتد كه به این نفت، نفت باقیمانده می گویند. دی اكسید كربن به شدت با نفت امتزاج پذیر و با آب امتزاج ناپذیر است.دی اكسید كربن بعد از نفوذ از میان آبی كه نفت را محاصره كرده با نفت تماس می یابد و باعث تورم نفت می شود، نفت آن قدر متورم می شود تا سد یا مانع آبی را از بین ببرد و با خود جریان دی اكسید كربن تماس یابد و بازیافت شود.

بازیابی نفت باقیمانده نسبتاً پایین است و بستگی به سرعت تزریق (Flood Rate) دارد. یک مدل ایده آل یک بعدی كه دی اكسید كربن از میان یک لایه آب به درون یک لایه نفت به دام افتاده نفوذ كرده و به دنبال آن نفت متورم می شود. این مدل كه در زیر نشان داده شده است، به طور دقیق نقش نفوذ ملكولی در پروسس  بازیافت را تشریح می كند.
نفوذ دی اكسید كربن باعث تورم آب به اندازه 3% و تورم نفت به اندازه 40 % می شود. به عنوان یک نتیجه از تورم دو فاز سطح مشترك دو فاز به سمت راست حركت می كند. برای حل مدل فرض شده، سطح آب و دی اكسید كربن ثابت است و حركت نمی كند و تنها سطح مشترك آب و نفت به سمت راست حركت می كند كه این فرض با توجه به درصدهای تورم ذكر شده چندان غیر منطقی به نظر نمی رسد. این فرض اجازه می دهد كه موقعیت فیزیكی واقعی جایی كه ازدیاد نفت و جابجایی كامل فاز آب باعث تماس مستقیم دی اكسید كربن و نفت می شود معلوم شود.
قیمت : 14700 تومان

—-

پشتیبانی سایت :        *       parsavahedi.t@gmail.com

خلاف سایر تکنولوژی ها، پیل سوختی تاریخچه نسبتا طولانی دارد. ویلیام روبرت گرو (William Robert Grove)، که یک وکیل بود و بعدها دانشمند شد، در سال 1839 اولین پیل سوختی را ابداع کرد. همانظور که در شکل 1-1 مشاهده می شود، او اکسیژن و هیدروژن را در یک سری لوله آزمایش به طور مجزا قرار داد و فاصله میان آنها را با اسید سولفوریک رقیق پر کرد (سمت چپ شکل 1-1). سپس درون هریک از لوله های آزمایش یک الکترود پلاتینی قرار داد و آنها را به یک ولت متر متصل کرد (سمت راست شکل 1-1).
او مشاهده کرد که یک جریان ثابت بین الکترودها برقرار شد و سطح آب نیز همزمان شروع به افزایش کرد. آنچه که رخ داد در واقع واکنش عکس الکترولیز آب بود. واکنشی که رخ داد همان واکنش سوختن هیدروژن بود که در معادله 1-1 نشان داده شده است. با این تفاوت که در پیل سوختی، انرژی الکتریکی تولید می شود اما در واکنش سوختن مستقیم هیدروژن، احتراق، فقط گرما تولید می شود.
H2+1/2O2->H2O

پس از این ابداع، دانشمندان زیادی سعی در بالا بردن بازدهی پیل سوختی داشتند. در سال 1886، لودویگ موند، شیمیدان، و دستیارش کارل لنگر یک پیل سوختی هیدروژن / اکسیژن ساختند که شدت جریان 6 آمپر بر فوت مربع و ولتاژ 0/73 ولت تولید می کرد. الکترود مورد استفاده آنها پلاتین نازک و متخلخل و الکترولیت آن به شکل شبه جامد بود. در سال 1896 یک مهندس برق و شیمیدان، ویلیام جکس، سعی کرد بر مبنای پیل سوختی، مستقیما از ذغال الکتریسیته تولید کند. او از یک باز برای الکترولیت و کربن برای الکترودها استفاده کرد اما نتوانست در باطری کربن خود واکنش الکتروشیمیایی ایجاد کند. امیل بور از سوئیس، یک تحقیق در مورد یک نوع پیل سوختی انجام داد که در دماهای زیاد عمل می کرد و الکترولیت آن نقره مذاب و بخشی از آن شامل الکترولیت اکسید فلز و خاک رس بود. فردریک ویلهلم استوالد در سال 1893 توانست به تئوری شیمی بنیادی نحوه عملکرد پیل سوختی دست یابد.
قیمت : 14700 تومان

—-

پشتیبانی سایت :        *       parsavahedi.t@gmail.com