دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – فرایند

عنوان :

بررسی مبدل های کاتالیستی خودرو

چکیده

گستردگی استفاده از موتور های احتراق داخلی به شکل موتور های جرقه ای بنزینی

در خودرو ها دگرگونی شگرفی را در دهه های اخیر در جوامع ایجاد کرده است در واقع

منافع ویژه آن بسیار است به طوریکه در بسیاری از کشورها می توان گفت که ماشین یک

جز کلیدی از جامعه مدرن است با توجه به مطالعات انجام گرفته ، خودرو ها به عنوان یکی

از مهمترین تولید کننده های آلاینده شناخته شده اند که با توجه به نوع سوخت موتور و

نحوه رانندگی میزان الاینده های ایجاد شده متفاوتند . در عمل نسبت هوا به سوخت وارد

شده به موتور از لحاظ تئوری در بهترین حالت نمی باشد بنابراین احتراق عموما کامل نبوده

و در نتیجه آن مخلوطی پیچیده از محصولات مختلف شامل گاز کربنیک بخار آب ازت هیدرو

کربن ها ی سوخته و نیم سوخته اکسید های ازت و … از آن خارج می شود .

سه آلوده کننده عمده در موتور های بنزینی HC/CO/NO هستند که از عوامل اصلی آلودگی محیط

می باشند کاتالیست ها به ویژه به شکل ساختمان های مونولیتی نقش اساسی در از بین بردن این

آلودگی ها به شکل بی ضرر به وسیله تبدیل آنها به آب دی اکسید کربن نیتروژن ایفا می کنند .

این سمینار ساختار مبدل های کاتالیستی و واکنش هایی که در داخل مبدل انجام می شود و هم

چنین اثرات استفاده این مبدل ها در کاهش الودگی هوا و محیط زیست را بررسی می کند .

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی

عنوان :

بررسی سینتیک انحلال پلی وینیل الکل

چکیده

در تعیین سینتیک انحلال یک حل شونده عوامل تاثیر دارند . از جمله این عوامل می توان

به اندازه ذرات حل شونده غلظت محلول ، دمای انحلال و سرعت همزن را اشاره نمود به

طور کلی در مکانیسم انحلال یک ماده دو مکانیسم ارائه می گردد1- مرحله نفوذ از فیلم

تشکیل شده حول ذرات حل شونده 2- واکنش در سطح ذرات

اگر مرحله نفوذ بسیار آهسته باشد این مرحله کنترل کننده انحلال است ولی اگر ضریب نفوذ

بزرگ و این مرحله سریع روی دهد و سرعت واکنش کوچک باشد آنگاه مرحله واکنش در سطح

غالب بوده و فرایند انحلال توسط این مکانیسم کنترل و نفسیر می گردد بررسی تاثیر پارامتر

های مذکور در ادامه می تواند تاییدی بر صحیح بودن مکانیسم انتخاب شده باشد . تعیین انرژی

اکتیواسیون انحلال هم یکی دیگر از پارامترهای مهم در فرایند انحلال است  در بررسی سینتیک

انحلال پلی وینیل الکل مطلب کمی پیچیده تر است زیرا این ماده یک پلیمر است و در مکانیسم

انحلال آن عوامل دیگری نیز نقش دارند از جمله مولکولی پلیمر و یا مدت زمان لازم برای تورم

آن در حلال .

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – مهندسی محیط زیست

عنوان :

نیترات زدایی از آب آشامیدنی به روش تبادل یونی

چکیده

یکی از کاربردی ترین روش های حذف نیترات از آب آشامیدنی روش تبادل یونی است .

برای دیتریفیکاسیون پساب حاصل از شستشوی رزین از روش تصفیه بیولوژیکی استفاده

می شود . عملکرد دو نوع رزین آنیونی معمولی و رزین انتخابگر نیترات در راکتور بیولوژیکی

ناپیوسته متوالی و راکتور با بستر پر شده باهم متفاوت بوده و این اثر در مورد یون سولفات

به مراتب بیشتر است .

نتایج حاصل از عملکرد راکتور با بستر پر شده در دنیتریفیکاسیون پساب با استفاده از باکتری

سودومناس بیانگر کارایی خوب آن در حذف نیترات از پساب های با غلظت زیاد نمک و نیترات

است در حالیکه کارایی راکتور ناپیوسته متوالی در دنیتریفیکاسیون پساب مورد نظر متوسط

است .

مقدمه :

با افزایش موارد بیماری های ناشی از غلظت بالای نیترات در آب آشامیدنی و افت کیفیت منابع

آبی دانشمندان تدابیر جدیدی برای کاهش غلظت این آلاینده اندیشیده اند . امروزه فرایند های

مختلف فیزیکی شیمیایی و بیولوژیکی برای حذف نیترات از آب آشامیدنی به کار می رود .در

بیشتر فرایند های فیزیکی – شیمیایی در واقع تنها عمل جداسازی نیترات ازآن انجام می شود .

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – فرایند

عنوان :

رطوبت زدایی از گاز با استفاده از جاذب های جامد

چکیده

امروه به دلیل مصارف عمده گاز طبیعی در صنایع پتروشیمی و وجود مزایای سوخت گاز طبیعی

نسبت به مواد نفتی استراتژی استفاده از گاز طبیعی در تولید انرژی و محصولات مورد توجه قرار

گرفته است . از طرفی گاز طبیعی که عمدتا متان است ، حاوی بخارات آب گاز های اسیدی CO2,H2S

و هیدروکربن های سنگین C6 به بالا هستند . این  اجزا همراه مشکلاتی را از قبیل خوردگی دوفازی

شدن و تشکیل هیدرات را به وجود میاورند رطوبت موجود در گاز علاوه بر خوردگی ، بر راکتور اثر

منفی می گذارد و باعث در اکتیو شدن کاتالیست می شود به همین جهت فرایند جذب رطوبت از گاز

بسیار مهم تلقی شده است .

روشهای مختلفی برای جذب وجود  دارد اما زمانی میزان رطوبت کم باشد از جذب سطحی استفاده

خواهد شد دسیکنتها عمدتا توسط سطح و فشار بخار اشباع ارزیابی و انتخاب می وشد یک جاذب

ممکن است آبدوست یا آبگریز باشند که هر کدام مزیت خص را دارد . برای افزایش راندمان کلی جذب

می توان از جاذب های ترکیبی استفاده کرد برای ساخت جاذب های ترکیبی از دسیکنت هایی به عنوان

جاذب پایه استفاده می شود . و جاذب هایی به عنوان افزودنی به جاذب خالص اضافه می شود . که

براساس نوع مواد ترکیب شده و درصد آنها راندمان جذب تغییر خواهد کرد در این پروژه با توجه با

توجه به قابلیت جذب دسیکنتها و قیمت آنها یک جاذب پایه و ماده افزودنی مناسب برای جذب رطوبت

هوا انتخاب شده سپس جاذب ترکیبی ساخته خواهد شد و با انجام آزمایش برروی جاذب ترکیبی ساخته

شده با درصد های مختلف ، پارامتر های موثر روی راندمان جذب مورد مطالعه قرار میگیرد پس از دریافت

نتایج و داده ها ، شرایط عملیاتی بهینه بررسی خواهد شد .

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – محیط زیست

عنوان :

تصفیه شیرآبه در پیل های سوختی میکروبی و تولید همزمان الکتریسیته

چکیده:

تقاضای جامعه جهانی به تولید انرژی های تجدیدپذیر و جایگزین سوخت های فسیلی روز ب روز در حال افزایش است. با وجود اینکه تکنولوژی پیل های سوختی میکروبی، موضوع جدیدی نیست، پیشرفت های اخیر در توسعه آن، استفاده عملی از این تکنولوژی هم در تصفیه پساب و هم تولید الکتریسیته، آن را به سطح نسبتاً قابل قبولی رسانده است. پیل های سوختی میکروبی تجهیزاتی هستند که درست مشابه باطری عمل می کنند با این تفاوت که در آن ها از باکتری های بی هوازی به عنوان کاتالیست برای اکسیداسیون مواد آلی و گاهاً معدنی برای تولید الکتریسیته استفاده می شود. بررسی گزارش های اخیر در مورد کاربرد این تکنولوژی در تصفیه شیرابه، که به دلیل غلظت زیاد و تنوع ترکیبات پیچیده آن یکی از آلاینده ترین پساب ها می باشد، نشان می دهد که مواد متشکله آلی آن شامل ترکیبات آلی آمونیاکی،BOD و COD به میزان چشمگیری کاهش می یابد. در این تحقیق سعی بر آن است که مدل ریاضی پیل سوختی بر مبنای مکانیسم میکروبی ارائه شود. سپس با استفاده از مدل بدست آمده و نرم افزار MATLAB منحنی های توان خروجی بر حسب غلظت سوبستراCOD، شدت جریان خروجی برحسب غلظت سوبسترا و ولتاژ خروجی برحسب غلظت سوبسترا رسم خواهد شد.

مقدمه:

نگرانی در مورد انتشار گازهای آلاینده به اتمسفر و افزایش دمای زمین چند سالی استکه از مهمترین نگرانی های نوع بشر شده است. افزایش استفاده از سوخته ای فسیلی با افزایش روز افزون تقاضا برای انرژی، داشنمندان را به یافتن منابع انرژی جایگزین و تجدید پذیر واداشته است. از طرف دیگر، دفع پسماندهای شهری در لندفیلدها، خود از مشکلاتی است که نگرانی های زیست محیطی چون آلوده شدن منابع آب های زیرزمینی در نتیجه نفوذ شیرابه حاصل از پسماندهای دفن شده در زیر خاک، شیوع بیماری ها، بوی مشمئز کننده حاصل از تعفن و بسیاری از موارد دیگر، دانشمندان را به مطالعه و تحقیق برای یافتن راه حلی برای تصفیه شیرابه و روش های دفع آن واداشته است. شیرابه حاصل از لندفیلد یکی از آلوده ترین پساب ها می باشد که BOD و COD بسیاز زیاد آن وجه تمایز شیرابه و فاضلاب  شهری است. روش های مختلف در تصفیه شیرابه کاربرد دارد اما با هیچ یک از روش های موجود چه از بعد مصرف انرژی و هزینه های گزاف تحمیلی و چه از بعد راندمان مناسب و کاهش BOD و COD آن به نحوی که قابل دفع در محیط باشد نتایج مطلوب به دست نیامده است. تکنولوژی پیل های سوختی میکروبی چند دهه ای است که از اهمیت ویژه ای برخوردار شده است. پیل های سوختی میکروبی به لحاظ سبز بودن مناسب ترین تکنولوژی برای تصفیه شیرابه و تولید همزمان انرژی می باشد. اما مشکل اساسی آن، توان خروجی و بازدهی کم انرژی آن است که عمدتا ناشی از متابولیسم کُند میکروب ها می باشد. به هر حال، با پیشرفت های زیادی که در توسعه آن حاصل می شود، می تون به آینده پر کاربرد این تکنولوژی چه در زمینه تصفیه پساب و چه در زمینه تولید انرژی تجدیدپذیر بسیار امیدوار بود. در این تحقیق، ابتدا به معرفی پیل سوختی، تاریخچه مبانی و انواع آن پرداخته شده است که پیل سوختی میکروبی نیز از نسل های بعدی آن محسوب می شود. سپس پیل های سوختی میکروبی و انواع آن مطرح شده است. تشریح اجز، مکانیسم عملکرد، کاربردها و مسائل و مشکلات مربوط به آن به تفصیل مطرح شده است در پایان نیز به مرور کاربرد پیل های سوختی میکروبی در تصفیه شیرابه و پیشرفت های اخیر آن پرداخته شده است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – فرآیند

عنوان :

کاربرد MTBE بعنوان جایگزین تترااتیل سرب در بنزین: ملاحظات اقتصادی و زیست محیطی

چکیده:

استفاده از بنزین حاوی سرب بعلت آثار خطرناک آن بر روی سلامتی انسان و آلودگی هوا لزوم استفاده هرچه بیشتر از مواد اکسیژن زا در بنزین را توجیه می کند MTBE ماده جایگزین به جای ترکیبات سرب دار (تترا اتیل سرب) است که برای بهسوزی وافزایش عدد اکتان بنزین به آن اضافه می شود که ضمن خوش سوزی بنزین خواص مطلوب با بنزین داشته و از نظر اقتصادی نیز توجیه پذیراست. بنابراین یافت راه حل هایی نظیر افزایش بازدهی بنزین ها در موتور ماشین و بالا بردن تکنولوژی مبنی بر مصرف کمتر بنزین و یا جلوگیری از هدر رفتن بنزین به صورت تبخیر و … موضوع این تحقیق می باشد. عموماً در این تحقیق سعی شده به راه حل هایی که بتواند مشکلات فوق را حتی الامکان یکجا حل نماید دست یافته می شود.

مقدمه:

با توجه به اثر تترااتیل سرب (TEL) در آلودگی محیط زیست و در جهت حذف تدریجی آن، ضرورت افزودن ماده ای که از یک طرف خوش سوزی را در بنزین بهبود بخشد  و از طرف دیگر خواص مطلوب با بنزین داشته باشد و از نظر اقتصادی نیز توجیه پذیر باشند. هدف این تحقیق نحوه تولید MTBE بعنوان جایگزین برای TEL از نظر اقتصادی و آلودگی زیست محیطی می باشد.در این تحقیق ابتدا به شناخت و تاریخچه اجزا تشکیل دهنده بنزین و نیز تاریخچه تولید MTBE در جهان و ایران و نحوه تولید  آن می پردازد. و سپس به مقایسه و اصلاح بنزین با فرآیندهای مختلف عرضه شده در جهان پرداخته و در نهایت به چگونگی رفع مشکل آلودگی ناشی از سوخت بنزین با استفاده از مواد اکسیژن زا مورد بررسی قرار می دهد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – فرآیند

عنوان :

کاربرد و عملکرد پیل سوختی

چکیده:

پیل سوختی یک پیل گالوانیک است که از سه قسمت آند و کاتد و الکترولیت تشکیل شده است و انرژی شیمیایی را توسط یک فرایند الکتروشیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می کند مانند یک باطری اما پیل های سوختی برخلاف باطری های غیر قابل شارژ دور انداخته نمی شوند بنابراین جز آلاینده های محیط زیست نیستند. سوخت عمده این پیل ها هیدروژن و یا سایر گازهای هم خانواده هیدروژن یعنی گاز طبیعی یا متانول می باشد که در اثر سوختن این گازها تنها مقداری آب و حرارت تولید می شود که موجب کاهش آلاینده های کربن ناشی از احتراق سوخت های فسیلی می گردد. دارای راندمان بالا و نسبت به سوخت مصرفی انعطاف پذیر هستند. نیاز به حداقل تعمیر و نگهداری را دارند. بی صدا و پاکیزه و بدون لغزش هستند جز انرژی های پاک و از نظر هزیه قابل رقابت با سایر انرژی های نو می باشند. به طور کلی در مقایسه با انرژی های هسته ای، خورشیدی و هیدروژنی برای آینده مناسب می باشند. در این تحقیق به تعریف پیل سوختی و بررسی انواع پیل سوختی و کاربردهای آن ها پرداخته شده است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده فنی و مهندسی

سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”

مهندسی شیمی-فرآیند

عنوان:

پیشرانه های موشکی مایع ، ژل و هیبرید

چکیده

منظوراز پیشرانه ها[1] ،یک مخلوط شیمیایی است که شامل سوخت (احیا شونده) و اکسنده میباشد، پیشرا نه ها از جمله (مایع،ژل،هیبرید) به عنوان پیشرانه های دوجزیی[2] یاد می شوند و عموماً پیشرا نه ها را به همین نام می شناسند و از این رو کمتر به نام پیشرا نه های تک جزیی[3] تلقی می شوند.

از این رو در دهه های اخیر ،محققان سعی نمودند که معروفترین و پیشرفته ترین پیشرانه های مایع و ژل و هیبرید را در زمینه پیشرانش های موشکی ارائه دهند که شامل: خانواده آزیدها و آمینها و هیدازین ها بصورت مایع ،ژل و هیبرید می باشند.

مقدمه

منظوراز پیشرانه ها[4] ،یک مخلوط شیمیایی است که شامل سوخت (احیا شونده) و اکسنده میباشد، پیشرا نه ها از جمله (مایع،ژل،هیبرید) به عنوان پیشرانه های دوجزیی[5] یاد می شوند و عموماً پیشرا نه ها را به همین نام می شناسند و از این رو کمتر به نام پیشرا نه های تک جزیی[6] تلقی می شوند.

قابل ذکر است که لغت (PROPELLANT)، ازریشه ای (PROPEL) گرفته شده و به معنای حرکت دادن شی ءمی باشد.

پیشرا نه های موشکی (مایع،ژل،هیبرید) به دلیل طبیعی بودن شان ،ماده های پر انرژی هستندکه این عامل آنها را مخاطره آمیز می سازد. در بین پیشرا نه ها ، پیشرا نهای مایع دسته مهمی از پیشرانه های موشکی است که این امر بد لیل ویژگیهایی ، نظیر :ایمپا لس ویژه بالا ،قابلیت خاموش کردن و روشن کردن های مکرر موتور وامکان تغییر تراست ، امکان سرد کردن محفظه احتراق توسط پیشرا نه و….، می باشد که   هنوز موشکهای مایع سوز در پروژه های موشکی و حمل ماهواره ،در بین سیستم های موشکی حرف اول می زند.

شایان ذکر است که محرکۀ راکت پیشرانه های مایع در حدود1 میلیون پوند نیرو تولید می کنند وبه همین خاطر موتورپیشرانه های مایع نسبت به موتور پیشرانه های جامد به مراتب دارای قدرت بیشتری است.ولی موتور سیستم های مایع سوز نسبت به موتور موشکهای سوخت جامد پیچید گی های بیشتری دارد ولذا هزینه تمام شده برای ساخت سیستم مایع سوز معمولاً بیشتر از سیستم های با سوخت جامد است.

پیشرا نهای مایع ،سیالهای عاملی[7]برای موتور های راکت می باشند.زمانی که این پیشرا نهادر محفظه احتراق راکت میسوزند ،تولید نیروی پیشران( تراست[8] )می کنند و بعد ازآن گازهای داغی البته باسرعت بسیار زیاد از دماغۀ انتهایی (نازل) موشک خارج می شود.

قریب به 80 سال گذشته،محققان برای استفاده از پیشرا نه ها الگو ومعیار خاصی را نداشتند،واز این رو ازآنها به طور گسترده در دامنه وسیعی از زمینه های نظامی و فضایی استفاده می کردند.بطور مثال بعد از دهه ها تجربه عملی در سالهای بسیارپیشین ،یک ترکیب پیشرانه دوجین[9] (دو گانه)برای پیشرا نش موتورراکت بوجو دآمد که در آن سالها مورد توجه محققان علوم فضایی بوده است .مانند: (اسید نیتریک [10]واسید نیتریک قرمز دود کننده[11]) که جزء اکسنده ها می باشند بعد ها جای خودشان را به اکسنده های جدید نظیر(تترا اکسید نیتروژن[12]، پر اکسید هیدروژن[13]) دادند وهم چنین ،می توان گفت که بعضی از سوخت ها امروزه از آنها در عرصه کارهای نظامی ودفاعی استفاده نمی شود به مانند:اتر/ گازوییل، تولوئن ،که آنها از این رو جای خودشان را به سوخت های جدید نظیر(RP-1 )،دی متیل هیدرازین نا متقارن[14] دادند.

علی رغم اینکه در همه پیشرا نه ها، یک رابطه و یا هما هنگی خاصی بین کیفیت خوب و کیفیت بد آنها وجود دارد ، این امر باعث می شود که این موادشیمیایی ازهمدیگر متمایز شوند. به این دلیل امروزه دانشمندان برای استفاده از هر پیشرانه محدویت ها و معیارهای را در نظر گرفته و مورد تست های آزمایشگاهی قرار داده اند تا مناسب ترین پیشرانه را کشف کنند تا بیشترین ایمپالس ویژه[15] (ISP) که مهمترین پارامتر در ارزیابی های پیشرانه های برتر است را داشته باشند.

بیشتر ین ارزیابی ها توسط محققان در بین سالهای (1965تا 1933) انجام شده اند به طوری که، درکلیه کشور ها (1800تا2000) نوع پیشرا نه های مختلف تحت بررسی های آزمایشگاهی قرار گرفته اندوبیش از 300نوع ترکیب پیشرا نها دو گانه در محفظه های تراست کوچک تست شده اند.به طوری که درکشور هایی مانند: شوروی ،که تعداد نامعلومی از آنها بین سالهای(1945تا1970) بدست آمدند ودرآمریکا تقریباً 1300نوع پیشرانه بین سال های (1936 تا1970) شنا خته شده بودند.

برای سا بقۀ پیشرانه های خود مشتعل این طور می توان گفت،که درسال 1936کلمۀ Hypergolic برای سوخت خود مشتعل،توسط یک محقق آلمانی Dr.Noeggerath ارائه شد واینکه تاکنون تعدادی زیادی پیشرانه های خود مشتعل در کشور های مختلف از سالهای ( 1933تا1970 ) مورد بررسی و استفاده قرار گرفته اند.

در این سمینار سعی شده است که انواع پیشرا نه ها و دسته بندی آنها شرح داده شود واینکه انواع اکسنده هاو سوخت های مایع را معرفی کرده و هم چنین خاصیت های شیمیایی و فیزیکی آنها ونکته آخر پارامتر های اسا سی و کلیدی در تحلیل مناسبترین پیشرا نها وروند توسعه این گونه موادشیمیایی را مورد تحلیل و بررسی قرار دهیم.

فصل اول : پیشرا نه های مایع

1-1- تاریخچه پیشرا نه های مایع

سابقه ی پیشرانه های مایع وتکنولوژی راکت این نوع پیشرانه ها ، به سومین دهۀ قرن 20 برمی گردد به طوری که در سال 1898 یک معلم روسی به نام) Tsiolkovsky.Konstantin.E) ایده اکتشاف فضایی بوسیله موشک راپیشنهاد داد.او درسال 1926 موفق به ساخت و به پرواز درآوردن اولین موشک پیشرانه مایع گردید که این موشک که از اکسیژن مایع[16] وبنزین بعنوان پیشرانه استفاده میکرد واز این رو ،او اولین کسی بود که معادله بنیادی پرواز موشک وهم چنین پوروپزال[17] آن رانوشت. بعد از آن (Hermannoberth ) آلمانی با یک نظریه ریاضی آن معادله را بسط داد و همگام با این عمل،

(Robert H.Goddard ) اولین موتور پیشران مایع در سال 1926 به پرواز درامد.

تحقیقات برای ساخت موشکهای با پیشرا نه ها مایع ادامه یافت تا اینکه منجر به ساخت اولین موشک نظامی (V-2) درآلمان گردید . این موشک از پیشرانه ای متشکل از اکسیژن مایع و اتیل الکل[18] استفاده می کرد.این موشک در سال 1942 عملاً توسط آلما نها وارد جنگ شد.لذا اولین پیشرانه مایعی که بطورجدی در راکت های مایع سوز استفاده شد اتیل الکل به همراه اکسیژن مایع بود. ضربه ویژه این پیشرانه با الکل 75درصد در موشک(V-2) برابر 198 ثانیه بود اما در موشک( B2A) که از الکل 95 درصد استفاده شد،ایمپالس ویژه 241ثانیه بدست آمد.نکته قابل ذکر در مورد خانواده الکل ها این است که با تمام تغییرات در میزان غلظت الکل ها ،ضربه ویژه حاصله بسیار پایین بود ،لذا این سوخت کنار گذاشته بود.

حال در این قسمت گریزی به تاریخچۀ پیشرا نه های مایع کشور های مختلف می زنیم وسابقه آنها را مورد بررسی قرار می دهیم:

تاریخچه پیشرا نه مایع در آمریکا: در سال 1923 ، شخصی به نام Robert.H.Goddard اولین   موتور پیشرا نه مایع با استفاده از اتر واکسیژن مایع ساخت اما بعد از مدتی جای این پیشرا نه را گازوییل/ اکسیژن مایع گرفت . Goddard اولین کسی بود که راکتی با پیشرانه مایع به فضا پر تا پ کرد.

در سال 1930 آزمایشگاه هوانوردی و درجه داری موسسه تکنولوژی آمریکاییGALCIT)) [19] ازاسید نیتریک به عنوان (اکسنده) وسوخت هیدرو کربنی یا الکل (سوخت) و به دنبال آن از آنیلین[20] به عنوان سوخت هم استفاده می کردند. و همچنین در (GALCIT)،پژوهشگران ترکیب (آنیلین ، اسید نیتریک) را در سال 1940 بصورت پیشرانه خود مشتعل یافتند.البته قابل ذکر است که دانشمندان فضایی و نظامی آمریکا در ناسا اولین پیشرانه خود مشتعل ،خود رادر سال1940 یافتند.                                          تاریخچه پیشرا نه مایع در آلمان:یکی از پیشگامان قدیمی در عرصه پیشرا نه های مایع در آلمان ،(Hermann Oberth )است که او کارهای تحقیقاتی خویش را از سال 1930 آغاز کرد.

(Otto Lutz ) یکی دیگر از پیشگامان فضایی است که در سالهای (1945 تا 1935) یعنی در طی سال های جنگ جهانی دوم وحتی قبل از آن، ترکیبات مختلفی از پیشرانه های خود مشتعل که به بیش از 1100 نوع میرسد، از قبیل آلدهید،سیکلو پنتادین[21]،الکل فور فورال[22] ،و…،   رامورد تحقیق و بررسی قرار دادند.بطوری که اولین پیشرانه خود مشتعل خود را درسال (1936) کشف کرده اند. همچنین این دانشمند تحقیقاتی در مورد منو پیشرانه ها انجام داده است وبعد از مدت اندکی به سمت پیشرانه های دوجزیی متمایل شد. وترکیب بسیاری از سوخت ها با پر اکسید هیدروژن (80 درصد)واسید نیتریک،را مورد بررسی قرار داد.

در آلمان شرکت ، هایی از جمله: شرکت (Helmuth water) وجود دارد که قدم نویی را در رابطه با پیشرا نه ها برداشته است و از این رو پیشرانه جدیدی به نام (C-Stoff )که مخلوطی از ترکیب:{ هیدرازین هید رات[23](30 در صد) ومتیل الکل[24](57 درصد) وآب (13 درصد)} به عنوان سوخت وهم چنین اکسنده این ترکیب به نام ((T-Stoff که شامل ( پر اکسید هیدروژن غلیظ شده ) می باشد را ساخته است.در سال های پیشین، در آلمان از تترا اکسید نیتروژن وگازوییل(نفت گاز)، برای موتور های با پیشرا نه مایع استفاده می کردند.

آقای Warmke اولین کسی بود که در جهان، در کشور آلمان در شهر Penem nda سعی کرد،که یک مخلوطی از تولید کند ولی زمانی که این ترکیب پیشرانه منفجر شد به مرگ او منجر شد.ولی بعداز این واقعه تلخ، در حدود 50 نوع از تک پیشرانه ها   را دانشمندان آلمانی در یک محفظه تراست کوچک (TC)آتش زا مورد تحقیق و پژوهش قرار گرفته اندکه ما در این قسمت تعداد محدودی از آنها را نام می بریم .از قبیل:نیترو متان،اکسید اتیلن،مخلوطی از نیترو گلیسرین الکل هاو…. می باشد. قابل توجه است که در آلمان همۀ پیشرانه ها فوق الذکردراین سال های اخیر کنار گذاشته شده اند.چون این پیشرانه های تک جزیی فوق تولید انفجار شدیدی {چه با وجودعامل خارجی از جمله (ضربه ،گرما،اصطحکاک)و چه با نا خالصی درآنها} می کردند.                                              

تاریخچه پیشرا نه مایع درژاپن: از سال 1935 اولین پیشرانه مایع در این کشور مورد بررسی قرار گرفته است که این پیشرا نه شامل (اکسیژن مایع/ الکل) بوده است. ولی به دلیل خاصی ،استفاده از این پیشرانه در سال 1939 متوقف شد.

در سال 1944 ،صنایع سنگین میستویشی[25] اولین موتور پیشرا نه مایع به نام (Tokuro-1)را ساخت و برای پیشرا نه آن، از پیشرانه تک جزیی به نام پراکسید هیدروژن با محلول کا تالیست (پر منگنات سدیم -آب)، استفاده کرد.

این شر کت بزرگ ژاپنی در سال 1960،از یک پیشرانه قابل نگه داری در موشک های هواشناسی[26] استفاده می کردند.هم چنین در این شر کت کروسین[27](سوخت)/اسید نیتریک یااکسیژن مایع به عنوان یک ترکیب پیشرانه مورد بررسی قرار داده اند.  

در ژاپن از کروسین (سوخت)/ اکسیژن مایع در شاتل فضایی (Space Vehicle Launch) استفاده می شده است.

تاریخچه پیشرا نه مایع در بریتانیا:برنا مه این کشور درباره پیشرا نه های مایع در بین سال های (1947تا1971) می باشد. به طوری که انگیزه والگوی این کشورازبرنامه هاو تست های انجام شده درشرکت آلمانی به نام شرکت (Helmuth walter ) روی موتور(V-2) با استفاده از پیشرانه پراکسید هیدروژن، در پایان جنگ جهانی دوم گرفته شده است. .بریتانیا درسال های قبل از 1945 یعنی در طی جنگ جهانی دوم، روی پیشرانه {گازوییل(نفت گاز)/اکسیژن مایع رقیق شده باآب }،وبا یک فندک یا (شعله مستقیم) در موتور(Lizzy ) بررسی هایی انجام داده است.

در سال 1946، محققان بریتانیایی روی پیشرا نه پراکسید هیدروژن با غلظت بالای(90 درصد) و به دنبال آن الکل/اکسیژن مایع , هم چنین روی هیدرازین وآب آزمایشاتی وتحقیقاتی را در سیستم پیشرانش موشکی انجام داده ا ند.

در سال 1960 روی پیشرا نها ی(اکسیژن مایع/ هیدروژن مایع)کارهای تحقیقاتی انجام داده اندوالبته این روند روی منوپیشرانه های قابل نگه داری وپیشرانه های دو گانه خود مشتعل از جمله: / مخلوط سوخت های آمین،تترا اکسید نیتروژن/ هیدرازین[28] یا منو متیل هیدرازین[29]، ادامه پیدا کرده است.

تاریخچه پیشرا نه مایع در هند:روند پیشرا نه مایع درهند از سال 1980 شروع شد در آغاز این امر،از پیشرانه های قابل نگه داری  منو متیل هیدرازین/ تترا اکسید نیتروژن ا ستفاده کرده است. هم چنین از سال 1989 کار برروی پیشرانه(اکسیژن مایع/ هیدروژن مایع) آغاز شده وتاکنون ادامه دارد.

تاریخچه پیشرا نه مایع درفرا نسه:کشور فرانسه تاریخ برجسته ای در رابطه با پیشرانه های مایع دارند. Robert Esnault .Pelterie اولین شخصی است که بین سالهای (1881-1957) در عرصه پیشرانه های مایع پیشگام می باشد.او برای اولین بار درسال 1931،با پیشرانه تک جزیی از نوع تترا نیترو متان کار کرد ولی بخاطر مخاطرات این نوع پیشرانه، آن را کنار گذاشت و دربین سالهای (1940- 1945) به سمت پیشرانه های دو گانه (اتر/ اکسیژن مایع) رفت.در سالهای پیشین، فرانسه هیدرازین باآب رقیق شده یا هیدرات هیدرازین،رابه جای هیدرازین خالص در بسیاری ازموتورها ی با پیشرانه مایع استفاده می کرده است که امروزه ،موتورهای(Viking) با پیشرانه دیگری به نام دی متیل هید رازین نا متقارن درعرصه پیشرانش موشکی استفاده می شود.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

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

مهندسی شیمی –   فرایند

عنوان :

مطالعه تجربی جداسازی اتیلن گلیکول از پسابهای آبی بوسیله فرایند تقطیر غشایی

چکیده:

در این پایان نامه امکان استفاده از تقطیر غشایی خلاء برای تغلیظ اتیلن گلیکول به عنوان یک مایع خنک کننده با ارزش بررسی شده است. آزمایشهای تقطیر غشایی با یک مخلوط آب – اتیلن گلیکول و با استفاده از یک سلول جریان مماسی و غشاهای مختلف و در شرایط عملیاتی متفاوت انجام شد. این فرایند با 2 غشای صفحه تخت آبگریز میکرو متخلخل PP و PTFE و با استفاده از پمپ خلاء و کندانسور برای بازیابی و جمع آوری بخار آب ، صورت پذیرفت. اثر پارامترهای عملیاتی گوناگون روی بازده تغلیظ اتیلن گلیکول مورد مطالعه قرار گرفت. 4 پارامتر در 3 سطح انتخاب شدند که عبارتند از : دما(40 ،50 و 60 )، فشار پایین دست(خلاء)(30 ،70 و 100 mbar)، دبی جریان(60 ،90 و 120 lit/h)، غلظت(30، 40 و50 wt%). روش تاگوچی به منظور حداقل کردن تعداد آزمایشها استفاده شد. نتایج نشان می دهد که افزایش دما و کاهش فشار خلاء شار پرمیت را بهبود می بخشد. شار پرمیت به شدت از دمای خوراک ورودی اثر می پذیرد. در شرایط دما 60 و فشار خلاء 30 mbar و غلظت 30 wt% و دبی خوراک 60 l/h، شار تولیدی پرمیت به حداکثر مقدار خود می رسد.

مقدمه :

امروزه قوانین محیط زیستی محدودیت های زیادی را برای صنایع به وجود آورده است تا آنجا که عمده ی هزینه ها در طراحی های جدید کارخانجات، در نظر گرفتن اینگونه قوانین و ایجاد صنعت پاک و بدون آلاینده می باشد. لذا در دهه های اخیر به شدت به روی تصفیه پسابها و ضایعات حاصل از صنایع تاکید شده است. به جهت تنوع محصولات حاصل از نفت و صنایع مرتبط، محدوده وسیعی از پسابها و ضایعات با درصد آلایندگی گوناگون تولید می شوند و از طرفی از آنجا که نفت و گاز جزء منابع تجدید ناپذیر به حساب می آیند لذا کوشش در مصرف بهینه و صحیح این منابع در اکثر کشورها به شدت مورد توجه قرار گرفته است. یکی از راههای ذخیره کردن و استفاده صحیح ، بازیابی و تصفیه پسابهای صنایع می باشد. امروزه تکنولوژی بازیافت و تصفیه پسابها هم بعلت کمک به کاهش آلودگی محیط زیستی و هم حفظ منابع ملی به سرعت رو به رشد می باشد و روش های جدید و پربازده ی در این زمینه ابداع شده است. متاسفانه در کشورهایی که دارای منابع نفت و گاز هستند به این موضوع توجه خاصی نمی گردد و فقط این مسائل مورد توجه مجامع علمی و دانشگاهی قرار گرفته است.

اتیلن گلیکول یکی از محصولات با ارزش می باشد، کاربرد وسیع این ماده به خصوص در تهیه ضدیخ و سیستمهای خنک کننده آنرا جزء مهمترین محصولات صنایع پتروشیمی قرار داده است. به تبع کاربرد فراوان آن در صنعت ، ضایعات حاوی اتیلن گلیکول که همراه با مقدار زیادی آب می باشند نیز به وفور وجود دارد. میزان قابل توجهی از این پسابها سالانه تولید می شود، لذا بازیابی این ماده و جدا کردن آب از آن می تواند بسیار سودمند و مفید باشد.

از طرفی در واکنش تولید اتیلن گلیکول مقدار زیادی آب به منظور افزایش تولید محصول اصلی اتیلن گلیکول و کاهش تولید محصولات جانبی به واکنش اضافه می شود. هنگامیکه نسبت مولی آب به اکسید اتیلن 1:22 باشد، بیشترین مقدار اتیلن گلیکول و مقدار زیادی آب تولید می شود. بنابراین محصول حاوی مقدار زیادی آب می باشد که بایستی از طریق جداسازی ، خالص سازی و تغلیظ شود.

در این خصوص سعی شده در ابتدا توضیحاتی در مورد خواص و کاربردهای این ماده و سپس به روش هایی که تاکنون برای بازیابی و تغلیظ آن به کار رفته است پرداخته شود.سرانجام،هدف این پروژه مطالعه آزمایشگاهی جداسازی و تغلیظ کامل(تقریبا 99%) اتیلن گلیکول از محلول آبی آن توسط تکنولوژی و فرایند تقطیر غشایی می باشد.

1-1)مقدمه :

اتیلن گلیکول (مونو اتیلن گلیکول¹) با نام آیوپاک اتان 1و2 – دیول یک الکل با دو گروه عاملی می باشد.اتیلن گلیکول ماده ی شیمیایی است که به سبب پایین بودن نقطه انجماد و بالا بودن نقطه جوش به طور گسترده در خنک کننده ها و به عنوان ضدیخ و ضد جوش در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می گیرد.در حالت خالص، مایعی بی رنگ، لزج ،با مزه ی شیرین می باشد.جرم ملکولی 62.068 ،چگالی 1.1132 g/cm³ ،نقطه جوش 197.5 و دارای فراریت کمی می باشد.فشار بخار آن در 25 در حدود 12.25 Pa می باشد.اتیلن گلیکول سالهاست به دلیل صدماتی که به سیستم عصبی و کلیه ها می رساند در زمره مواد سمی شناخته شده است.

این ماده برای اولین بار در سال 1859 به وسیله شیمیدان فرانسوی چارلز ورتز² تهیه شد و در میزان کم در زمان جنگ جهانی اول به عنوان سیال خنک کننده و بخشی از آن در تولید مواد منفجره مورد استفاده قرار گرفت.تولید انبوه صنعتی این ماده در سال 1927 وقتی که ماده ی اولیه آن یعنی اکسید اتیلن به راحتی و ارزان در دسترس سازندگان قرار گرفت،آغاز شد.این ماده وقتی برای اولین بار معرفی شد انقلابی هرچند کوچک در صنعت هواپیمایی خلق کرد هنگامیکه به جای آب به عنوان خنک کننده در رادیاتور ها استفاده شد،این ماده به دلیل بالا بودن نقطه جوش خود این امکان را فراهم کرد که رادیاتورهای کوچکتر در حرارتهای بالاتر هم کار کنند.قبل از تولید این ماده اکثر سازندگان هواپیماها از سیستمهای خنک کننده تبخیری که از آب با فشار بالا استفاده می کردند ،بهره می جستند بطوریکه این سیستمها غیر قابل اعتماد و در عملیات جنگی به آسانی آسیب پذیر بودند چرا که این سیستم فضای زیادی را در اتاق هواپیما اشغال می کرد و به راحتی می توانست مورد اصابت گلوله قرار گیرد.[1]

کاربردهای اتیلن گلیکول:

1-3-1)ضدیخ و خنک کننده

بیشترین کاربرد اتیلن گلیکول در تولید مایع ضدیخ¹ و خنک کننده² است. محصولات بر پایه گلیکول به مدت چندین سال برای کاهش دمای یخ زدن و افزایش نقطه جوش خنک کننده موتور مورد استفاده قرار می گیرند. مواد افزودنی به گلیکول ، مانع خوردگی در سیستم خنک کننده می شوند. امروزه عمده ی ضد یخها بر مبنای اتیلن گلیکول می باشند اما محصولات پروپیلن گلیکول³(PG) نیز در حال رشد می باشند. محصولات EG ارزانتر از PG بوده و در مقابل سمیت محصولات EG بیشتر از PG می باشد. اما هنوز EG جزء اصلی همه ی ضدیخها می باشد.

بدون توجه به نوع گلیکول مصرفی ، خنک کننده موتور چهار کار مهم را انجام می دهد. این موارد انتقال حرارت ، کاهش دمای یخ زدن ، افزایش دمای جوش و بالاخره جلوگیری از خوردگی می باشد. آب گرما را به خوبی هدایت می کند اما گلیکولها هدایت خوبی ندارند در نتیجه وقتی که غلظت گلیکول افزایش می یابد ضریب انتقال حرارت مخلوط کاهش می یابد. به منظور بهینه کردن انتقال حرارت ، موتورهای پیشرفته امروزی طوری طراحی می شوند که با مخلوطی در محدوده 40 به 60 تا 60 به 40 حجمی از آب و اتیلن گلیکول کار کنند. کیفیت آب مورد استفاده در ساخت خنک کننده به منظور اطمینان از کارکرد طولانی سیستم خنک کننده و موتور آب مقطر و یا آب دی یونیزه شده پیشنهاد می گردد.

1-3-2)سیال یخ زدای هواپیما

اتیلن گلیکول به عنوان سیال یخ زدای هواپیما در فصول سرد به داخل موتور و بالها و بدنه هواپیما پاشیده می شود. این سیال به طور متداول حاوی 10 الی 50 درصد EG (مونو اتیلن گلیکول)، مواد فعال کننده سطحی و دیگر افزودنیها شیمیایی می باشد. البته حجم زیادی از پسابهای این ماده مشکل زیادی را برای فرودگاهها ایجاد می کند.

1-3-3)پرداخت فلزات

عملیات پرداخت فلزات در مقیاس بزرگ مانند ساختن هواپیما به عمل خنک کاری بخشهای گرم فلز به وسیله این سیال انجام می شود. سیالات خنک کننده اکثرا حاوی تقریبا 50% پلی اتیلن گلیکول،پلی آلکیل گلیکول یا اکسی پلی گلیکولها به همراه مقادیری از مواد مانع خوردگی در حدود چند ppm می باشند.

1-3-4)سایر کاربردهای اتیلن گلیکول

اتیلن گلیکول در صنعت پلاستیک برای تولید الیاف پلی استر،رزین ها و همچنین پلی اتیلن ترفتالات ، که برای ساخت بطری های پلاستیکی نوشیدنی های غیر الکلی استفاده می شود.

بالا بودن نقطه جوش اتیلن گلیکول و تمایل ترکیب با آب ، آن را یک خشک کن ایده آل برای بهره برداری از گاز طبیعی می سازد. در این مورد معمولا بخار آب اضافی با جذب توسط گلیکول² برداشته می شود. اتیلن گلیکول از بالا به پایین برج جاری شده و با مخلوط بخار آب و گاز هیدروکربن که از کف چاه بالا می آیند برخورد می کند گلیکول به طور شیمیایی بخار آب را جذب کرده و اجازه می دهد که گاز خشک شده از بالای برج خارج شود سپس گلیکول و آب از یکدیگر جدا شده و گلیکول مجددا به برج برگشت داده می شود. بعلاوه مقدار تزریق مونو اتیلن گلیکول برای جلوگیری از تشکیل هیدرات ها بسیار پایین تر از مصرف دی اتیلن گلیکول در سیکل جذب آب از گاز است[2].

1-4)خطرات صنعتی

اتیلن گلیکول در دمای 230 تا 250 (110-121 ) می تواند شروع به شکستن کند. بایستی توجه کرد که شکستن می تواند وقتی که دمای کل سیستم زیر این حد است هم اتفاق بیافتد ، زیرا درجه حرارت سطحی در مبدل های حرارتی و دیگ بخار می تواند در برخی بخشها حتی بالای دمای فوق باشد.

مسموم کنندگی به عنوان خطر محیط زیستی اصلی اتیلن گلیکول در نتیجه استفاده بیش حد آن می باشد . به دلیل مزه شیرین آن گاهی اوقات بچه ها و حیوانات مقدار زیادی از آن را مصرف می کنند در کشورهای پیشرفته معمولا یک ماده تلخ کننده بنام دناتونیم-بنزوات³ برای تغییر مزه اتیلن گلیکول به آن اضافه می شود[3].

منطق بازیابی اتیلن گلیکول

چند دلیل برای بازیابی خنک کننده های مصرف شده وجود دارد. اول اینکه طبق قوانین محیط زیستی اگرچه اتیلن گلیکول به صورت بیولوژیکی قابل تجزیه می باشد اما از آنجا که پساب ضد یخ حاوی فلزات سنگین مانند سرب ، کادمیم و کروم بوده و این پساب را جزء ضایعات سمی و مضر قرار داده است ، لذا دفع آن به محیط و سیستم فاضلاب قبل از تصفیه غیر قانونی می باشد و همچنین به دلیل مقادیر زیاد آب در سیال خنک کننده سوزاندن روشی مناسب نمی باشد. بنابراین در عمل ، فرایند بازیافت گلیکول ، اگر هزینه کمتری نسبت به روشهای دیگر داشته باشد ترجیح داده می شود. در آلمان با وجود قوانین زیست محیطی سفت و سخت نسبت به مصرف مایع خنک کننده استفاده شده ، فقط در حدود 40% مایع خنک کننده استفاده شده برای تصفیه به مراکز بازیافت فرستاده می شود[8]. دومین مساله این است که بازیابی ضدیخ مانند بازیابی روغن موتور مصرف شده می تواند در حفظ منابع تجدید ناپذیر اولیه مثل گاز طبیعی مفید باشد و هزینه فرایند خنک کننده بازیابی شده ارزانتر از خنک کننده اولیه و اصلی می باشد ، البته کارایی این دو تا حد زیادی شبیه به هم می باشد. تجربه چنین بازیافتی در تصفیه و بازیابی روغن موتور مصرف شده نتایج خوب و مقرون به صرفه ای را برای صنعت به ارمغان آورده است. البته موضوع بازیابی ضدیخ و خنک کننده ها و محصولات این چنینی هنوز به طور عمده در کشورهای صنعتی مورد توجه قرار نگرفته است و در سالهای اخیر تلاشهای زیادی برای بازیابی اینگونه پسابها انجام نگرفته است[5].

بازیابی گلیکول مصرف شده نیازمند دو فرایند اصلی جداسازی می باشد که تنها مرحله دوم در تغلیظ محصول حاصل از واکنش آب و اکسید اتیلن مشترک می باشد.

1-جداسازی آلاینده ها به منظور تولید یک محصول پایه ی به اندازه کافی خالص از گلیکول و آب برای فرموله کردن دوباره ضدیخ

2-جداسازی آب و گلیکول تا غلظت اتیلن گلیکول در آب خالص برای تخلیه مستقیم به سیستم پساب مناسب گردد.

1-5-1)مرحله اول پیش تصفیه :

پیش تصفیه خنک کننده مصرف شده،نقشی حیاتی در عملکرد سیستمهای نمک زدایی جریانهای پایین دستی دارد. جداسازی ثقلی و فیلتراسیون ذرات معمولا در ابتدای فرایندهای نمک زدایی نصب می شوند. به خاطر پتانسیل بالای گرفتگی ، سیستمهای غشایی در مرحله پیش تصفیه کمتر مورد توجه قرار می گیرند و در فیلتراسیون / سانترفیوژ مواد حل شده از خنک کننده مصرف شده زدوده شده سپس به آن گرما داده می شود و بعضی از ناخالصی ها توسط عمل سانترفیوژ حذف می گردند.

1-5-2)مرحله دوم پیش تصفیه

مرحله دوم پیش تصفیه با استفاده از تکنیکهای جداسازی غشایی انجام می گیرد. تعدادی از سیستمهای بر پایه غشاء نیز ممکن است به منظور پیش تصفیه یا نمک زدایی خنک کننده مصرف شده به کار روند. این موارد را می توان به دو گروه ، نیرومحرکه فشاری و نیرومحرکه الکتریکی تقسیم بندی کرد. فرایندهای غشایی با نیرومحرکه فشار بر پایه اندازه ذرات و روشهای با نیرومحرکه الکتریکی براساس یونهای باردار عمل می کنند.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

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

مهندسی شیمی

عنوان:

بررسی تأثیر رسوب گذاری در اصلاح شبکه مبدلهای حرارتی

مقدمه

مشکل رسوب از زمان پیدایش اولین مبدلها تا به امروز وجود داشته است. از زمان انقلاب صنعتی و در تولید بخار توسط زغال سنگ این مشکل وجود داشته که در عمل به صورت ایجاد رسوب در جوش آورها نمایان می شد و علت آن وجود املاح و نمک در آب بوده است و ر نتیجه آن دمای جوش آور برای تولید بخار می بایست افزایش می یافت. تا سال 1920 فقط به ایجاد و استفاده از ابزارهایی برای کاهش رسوب با توجه به شرایط موجود ، بدون در نظر گرفتن یک طراحی مناسب توجه می شد. از سال 1920 تا 1935 اندازه گیری رسوب و تعیین میزان تأثیر آن بر روی ابزارهای انتقال حرارت انجام گرفت. از سال 1935 تا 1945 با مطالعات بیشتر فاکتور رسوب گرفتگی معرفی بسط و گسترش یافت. تحقیقات در مورد رسوب نفت خام در مبدلهای پیش گرم کن پالایشگاه ها تقریباً از دهه هفتاد میلادی به طور جدی آغاز و در یک دهه گذشته این تحقیقات شتاب بیشتری به خود گرفته است. امروزه برای اکثر محیط ها فاکتور رسوب گرفتگی تعیین شده و با تعریف این فاکتور در نرم افزارها ، ابزارهای انتقال حرارت طراحی و ساخته می شوند که این امر سبب کاهش هزینه، کاهش مصرف انرژی و نیز کاهش تولید مواد آلاینده گردیده است. برای تحقق هر چه بیشتر موارد ذکر شده این تحقیقات با شدت بیشتری ادامه دارد.

اهمیت رسوب در شبکه های پیش گرم کن نفت خام

رسوب گذاری در مبدلهای شبکه پیش گرم کن نفت خام یکی از بزرگترین مشکلاتی است که هزینه های بسیاری را برای صنایع پالایش نفت در بر دارد. دو اثر عمده رسوب بر عملیات پیش گرم کن، کاهش بازیافت حرارتی و افزایش افت فشار می باشد. برای یک شبکه پیش گرم کن که روزانه 100/000 بشکه نفت خام را تحت فرآیند قرار می دهد ، افت یک درجه ای دما در اثر رسوب به طور تقریبی منجر به 40/000 دلار هزینه اضافی سوخت و تولید 750 تن دی اکسید کربن اضافی در سال خواهد شد. همچنین افت فشارهای بزرگتر بار بیشتری را بر پمپها تحمیل می کند و زمانی که ظرفیت اضافی برای پمپ موجود نباشد ، منجر به تبخیر نفت خام در داخل مبدلهای حرارتی و کاهش بار عملیاتی می گردد. در نتیجه کاهش تولید مهمترین هزینه رسوب برای اکثر پالایشگاه ها می باشد. برای پالایشگاهی که روزانه 100/000 بشکه نفت خام را تحت فرآیند قرار می دهد کاهش 10 درصدی تولید بر اثر افزایش افت فشار با فرض هزینه 2 دلار بر هر بشکه برای کاهش تولید، 20/000 دلار در روز هزینه در بر خواهد داشت. در برخی عملیات پالایشگاهی مشکل افت فشار می تواند بسیار حادتر از کاهش بازیابی حرارتی باشد. برای روشن شدن بیشتر اهمیت رسوب به ارائه برخی آمارها در این مورد پرداخته می شود.

در سال 1981 Van Nostrand مقدار هزینه رسوب برای صنایع پالایشی را به ازاء 100/000 بشکه نفت در روز حدود 1/000/000 دلار در سال محاسبه کرد که این مقدار در سال 1993 برابر 107*3-2 تخمین زده شد. در آماری که توسط Tackery در سال 1979 منتشر شد، کل هزینه رسوب در انگلستان سالانه 108*5-3 پوند و در آمریکا 109*10-8 تخمین زده شد. طبق این آمار هزینه رسول در آمریکا در سال 1993 به 109*20-15 دلار رسید. Chaudagne در سال 1992 مقدار هزینه رسول را در صنایع فرانسه سالانه 1010*1 فرانک فرانسه برآورد نمود. در سال 1995 Panchal هزینه های رسوب در واحدهای تقطیر نفت خام در آمریکا را تا 1/3 میلیارد دلار در سال تخمین زد.

پس از بحث هزینه، به بررسی جنبه های زیست محیطی رسوب پرداخته می شود. بدین منظور مطالعه ای که توسط  Pugh در سال 2002 صورت گرفته ارائه می گردد.

ظرفیت سالانه پالایشگاه های نفت در انگلستان 91/000/000 تن در سال می باشد. کوچکترین پالایشگاه نفت که در Dundee قرار دارد دارای ظرفیت سالانه 700/000 تن و بزرگترین آن که در Fawley قرار گرفته دارای ظرفیت 15/000/000 تن در سال می باشد. با در نظر گرفتن فرضیات زیر می توان اثرات مستقیم زیست محیطی رسوب را تخمین زد:

1- ظرفیت گرمایی نفت خام 3MJ/Tonne.K می باشد.

2- انرژی سوخت 44/3 GJ/Tonne می باشد.

3- به ازاء سوختن هر تن سوخت 2/9 تن دی اکسید کربن آزاد می شود.

4- کل افت دما در اثر رسوب در مدت دو سال 20 درجه سانتی گراد (با نرخ افت خطی 10 درجه سانتی گراد / yr) فرض می گردد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.