در دهه های اخیر، پلیمرهای زیست تخریب پذیر به صورت وسیعی برای ساخت سیستم های مختلف و جدید دارورسانی مانند نانوذرات، میکروذرات، میکروکره ها و غیره مورد مطالعه قرار گرفته اند. تحقیقات قابل توجهی در زمینه توسه نانوذرات زیست تخریب پذیر پلیمری برای دارورسانی و مهندسی بافت، با توجه به قابلیت های این زمینه در فراهم کردن رهایش کنترل شده داروها، محافظت کردن از مولکول های ناپایدار دارو مانند پروتئین ها، پپتیدها یا dna از تخریب و دارورسانی به محل های خاص معطوف شده است. پیشتر در 1960 و پس از آن در 1970 فواید نانوذرات پلیمری بر پایه پلیمریزاسیون مایسلی آکریل آمید مشاهده شد[1]. پس از آن، از میان روش های مختلف پلیمریزاسیون استفاده از پلیمرهای شکل گرفته نیز مطالعه و توسعه یافت[2, 3]. مشکل عمده در این زمینه، توسعه ی نانوذراتی با قابلیت حمل داروهای درشت مولکول و یا رسانش داروهای غیر قطبی و قطبی از طریق یک سیستم ثابت، با پروفایل رهایش مناسب می باشد. سیستمی که بتواند قابلیت حمل و رسانش درشت مولکول ها (مانند پروتئین ها) به خوبی ریزمولکول ها باشد و همچنین رسانش داروهای قطبی را به خوبی داروهای غیر قطبی انجام دهد، انقلابی در زمینه دارورسانی و صنغت سلامت به شمار می-رود. یکی از زمینه هایی که به رشد و توسعه ی این گونه سیستم ها کمک محسوسی می نماید، مدل سازی ریاضی رفتار رهایش این گونه حامل ها می باشد و همواره مطالعات زیادی در این زمینه انجام گرفته است. مدل سازی ریاضی از طریق دو راه اصلی به علم دارورسانی کمک می نماید: i. با انجام مدل سازی ریاضی رفتار رهایش دارو از حامل با زمان و/یا مکان پیش بینی می شود. ii. از طریق مدل سازی ریاضی، با تغییر پارامتر ها و شرایط تهیه ی حامل می توان به پروفایل مطلوب رسید. در نتیجه، مطالعات و تحقیقاتی که بتوانند همزمان ساخت و توسعه ی یک سیستم حامل با مزیت های یک سیستم نانو، و مدل سازی رفتار رهایش آن ها را داشته باشند، مطالعاتی باارزش به حساب می آیند که در روند توسعه علم دارورسانی تاثیرگذار خواهند بود. در این پروژه سعی شده است یک سیستم دارورسانی بر پایه یک پلیمر زیست تخریب پذیر طبیعی (کیتوسان) در اندازه های نانو ساخت و توسعه یابد که بتوان از طریق آن انواع مختلف دارو (قطبی، غیر قطبی،ریز مولکول، درشت مولکول و غیره) را حمل نموده و بصورت مناسبی آزاد نمود. سپس یک مدل ریاضی بر پایه روش های ساده و در عین حال کارآمد برای بررسی رفتار رهایش دارو از این حامل نانو ارائه داد. از این رو، در فصل دوم این پروژه با ارائه ی مروری بر مطالعات انجام شده، ابتدا علم نانوفن آوری در دارورسانی و انواع مختلف سیستم های نانوذره ای مورد بررسی قرار می گیرد و سپس مروری بر مطالعات انجام یافته در مورد مدل سازی ریاضی و شبیه سازی رهایش دارو ارائه می گردد. در ادامه در فصل سوم، مواد و دستگاه های مورد استفاده آزمون های مختلف انجام شده در این مطالعه معرفی می گردد و روش های مطالعات و طراحی آزمایشات در این پروژه به اختصار توضیح داده می شود. فصل چهارم پایان نامه ی حاضر، به بحث و نتیجه گیری های انجام شده در این تحقیق اختصاص دارد. در این فصل نتایج مهم به دست آمده در فرایند تحقیق به اشتراک گذاشته می شود و در مورد نتایج بحث می گردد. در این فصل مطالعات آماری انجام شده در ساخت نانوذرات به تفصیل با نتایج مربوطه ارائه می شود و سپس به نتایج بارگذاری داروها در نانوذرات و رفتار رهایش سیستم حامل پرداخته می شود و در نهایت مدل سازی ریاضی رهایش دارو انجام می پذیرد. در فصل پنجم، جمع بندی کلی نتایج به دست آمده در طول فرآیند تحقیق و پیشنهاداتی برای ادامه ی کار در جهت بهبود سیستم ارائه می گردد.

تغییرات توزیع اندازه ذرات یکی از موضوعات مهم در طراحی فرآیندهای پلیمریزاسیون تعلیقی است.در یک راکتور پلیمریزاسیون تعلیقی پیش بینی توزیع اندازه ذرات نتیجه برهمکنش شرایط اختلاط و شرایط سینتیک واکنش های پلیمریزاسیون می باشد. مدل سازی ریاضی توزیع اندازه ذرات فرآیندهای پلیمریزاسیون تعلیقی باید در برگیرنده پارامترهای اختلاط، سینتیک و رفتار رئولوژیکی سیستم باشد. مدل توسعه یافته در این تحقیق شامل دو قسمت اصلی است: مدل سینتیکی و مدل موازنه جمعیت. مدل سینتیکی تغییرات درصد تبدیل و متوسط های وزن مولکولی را با استفاده از روش ممان ها پیش بینی می کند. مدل موازنه جمعیت برای توصیف تغییرات توزیع اندازه ذرات استفاده شده که منجر به یک معادله انتگرالی- دیفرانسیلی می شود. جهت حل این معادله از روش حل محور ثابت استفاده شد. قابلیت های مدل توسط مقایسه پیش بینی های مدل با اندازه گیری های تجربی برای پراکندگی مایع- مایع قطرات استایرن در آب و پلیمریزاسیون سوسپانسیونی استایرن نشان داده می شود.اثر برخی عوامل تاثیر گذار روی توزیع اندازه ذرات بر اساس پیش بینی های مدل بررسی می شوند.

هدف اصلی از انجام این پروژه مدلسازی دای کواکستروژن واکنشی بوده است. به این منظور یک دای کواکستروژن به شکل دم ماهی انتخاب گردید و مدلسازی براساس آن صورت گرفت. مواد درنظر گرفته شده برای این مدلسازی پلی اتیلن عامل دارشده با انیدرید مالئیک و کوپلیمر اتیلن-وینیل الکل می باشد. یک سری عوامل فرایندی از قبیل دمای دای، نسبت کشش و دبی جریان ورودی به دای، تاثیر قابل توجهی روی میزان پیشرفت واکنش بین سطحی انجام شده درون دای دارند. علاوه بر این شرایط، هندسه و ابعاد دای نیز روی راندمان این واکنش تاثیر می گذارد. به منظور مدلسازی دای و بررسی تاثیر این عوامل روی پیشرفت واکنش بین سطحی لازم است که سینتیک این واکنش مشخص باشد. بدین منظور پیش از انجام مدلسازی، سینتیک واکنش بین سطحی با استفاده از روش رئومتری مورد بررسی قرار گرفت. در این روش هر کدام از مواد مورد مطالعه به صورت فیلم در آمده و سپس لایه های فیلمی شکل درون دستگاه رئومتر روی یکدیگر قرار می گیرند. این آزمایش در دما و سرعت برش ثابت انجام می شود. منتهی از آنجائیکه مواد با گذشت زمان با یکدیگر واکنش می دهند و زنجیرهایی با طول بزرگتر تشکیل می دهند، گرانروی کل سیستم با گذشت زمان افزایش می یابد. این افزایش در گرانروی تا جایی ادامه می یابد که فصل مشترک سیستم از زنجیرهای کوپلیمری که بین لایه ها تشکیل شده اشباع شود و پس از آن گرانروی ثابت می ماند. با طبیعی کردن منحنی گرانروی برحسب زمان بین صفر تا صد، منحنی گرانروی به منحنی درصد تبدیل برحسب زمان واکنش تبدیل می شود. با استفاده از این منحنی و با توجه به اینکه واکنش بین سطحی از نوع درجه اول می باشد، ثوابت سینتیکی واکنش به راحتی قابل محاسبه است. طبق نتایج بدست آمده انرژی فعالسازی و ضریب فرکانس این واکنش به ترتیب معادل 91.41 (kj/mol) و 107×28.84 (min-1) می باشد. بعدا این ثوابت در مدلسازی دای کواکستروژن مورد استفاده قرار می گیرد. در این قسمت ابتدا تاثیر دمای دای، به عنوان یکی از مهمترین پارامترهای فرایندی، روی میزان پیشرفت واکنش بررسی شد و نتایج نشان دادند که مشابه رابطه ثابت سرعت واکنش با دما، در اینجا نیز میزان پیشرفت واکنش به صورت نمایی با دمای دای تغییر می کند. سپس تاثیر نسبت کشش به عنوان دیگر پارامتر فرایندی موثر روی پیشرفت واکنش بین سطحی مورد بررسی قرار گرفت. طبق نتایج بدست آمده با افزایش نسبت کشش درصد تبدیل نهایی کاهش می یابد. علاوه بر پیشرفت واکنش بین سطحی، نسبت کشش روی ضخامت نهایی فیلم نیز موثر بوده و آنرا کنترل می کند. آخرین پارامتر فرایندی که در این پژوهش تاثیر آن روی پیشرفت واکنش بین سطحی مورد بررسی قرار گرفته، دبی خروجی بوده است. طبق نتایج بدست آمده با کاهش دبی خروجی درصد تبدیل نهایی واکنش به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. در ادامه مباحث مربوط به مدلسازی تاثیر ابعاد دای روی میزان پیشرفت واکنش بین سطحی مورد بررسی قرار گرفته است.

تبدیل مستقیم گاز طبیعی به محصولات هیدروکربنی به ویژه اتیلن از طریق واکنش جفت شدن اکسایشی متان (ocm) یکی از فناوری های نوین و رو به رشد در صنایع نفت و گاز می باشد. در این رساله سینتیک واکنش جفت شدن اکسایشی متان با استفاده از کاتالیست mn/na2wo4/tio2 مدلسازی و شبیه سازی شده است. فرایند جفت شدن اکسایشی متان، برهمکنش پیچیده ای از پدیده های انتقال و سینتیک شیمیایی است. شبیه سازی و مدل سازی با احتساب جزئیات واکنش و فرایند جفت شدن اکسایشی متان از دیدگاه سینتیکی مقیاس آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشات سینتیکی در یک سیستم کاتاتست مجهز به راکتور بستر ثابت، درحضورکاتالیست mn/na2wo4/tio2 ، طراحی و انجام شد. در این مرحله بالغ بر 30 آزمایش در شرایط مختلف عملیاتی (دمای k1223-923)، فشار اتمسفریک، نسبت متان به اکسیژن (5/1،2،3،4) وghsv h-1) 8000 ، 10000 ، 14000 ، 18000) برای مقیاس آزمایشگاهی در شرایط عدم وجود مقاومت های نفوذ داخل و خارج دانه ای انجام گرفت. نتایج هر آزمایش در ترم های میزان گزینش پذیری محصولات هیدروکربنی (اتیلن و اتان) و محصولات اکسیدهای کربن (دی اکسید کربن و منوکسید کربن)، میزان تبدیل متان و راندمان محصولات مطلوب هیدروکربنی ارزیابی گردید. اعتبار سنجی مدل، با مقایسه بین نتایج تجربی و داده های مدل سینتیکی پیشنهادی، انجام شد. انطباق قابل قبول آن ها با یکدیگر، حاکی از اعتبار مدل سینتیکی در محدوده عملیاتی مورد نظر می باشد. برای مدل سازی سینتتیکی واکنش نیز نرم افزار matlab به کار گرفته شد و معادلات بقاء جرم برای تمام اجزاء در مدل مذکور حل شد. برای یافتن ثوابت مناسب مدل شبیه سازی شده، آنالیز حساسیت پارامتر ها برای مدل انجام شد. سپس نتایج مدل با نتایج حاصل از آزمایشات مقایسه شد و ثوابت سینتیکی و انرژی اکتیواسیون برای برای واکنش ها محاسبه شد.

در این پروژه به توسعه یک مدل 2 بعدی جهت مدلسازی رشد تک ذره به توسعه مدل جریان پلیمری در پلیمریزاسیون زیگلر ناتای پلی الفینها پرداخته شده تا بتوان به کمک آن تاثیر پارامتر های مرتبط با مورفولوژی که عموما در مدل های رایج یک بعدی قابل بررسی نیستند را مطالعه کرد. در این راستا معادلات دو بعدی ارائه گردیده و با توجه به چالش های محاسباتی پیش رو برای حل این معادلات از روش ها و الگوریتم های مناسب استفاده گردیده است. همچنین با مقایسه نتایج مدل با مدل های یک بعدی، حل تحلیلی و نتایج موجود در مقالات مرجع به راستی آزمایی مدل پرداخته شده است. سپس با استفاده از مدل توسعه یافته، تاثیر پارامتر هایی همچون شکل اولیه ذره، شکست یک ذره و یا به یکدیگر چسبیدن دو ذره در حین رشد و وجود ترک در داخل ذره را مورد بررسی قرار داده ایم. نتایج مدلسازی های صورت گرفته نشان میدهد که پارامترهای فوق الذکر همگی بر سرعت واکنش، نرخ انتقال حرارت و خواص مولکولی تاثیر گذار است و در این بین ترک های شعاعی تاثیر قابل توجهی نه فقط بر سرعت پلیمریزاسیون بلکه بر سرعت انتقال حرارت و کاهش دمای ذره دارد.

در مطالعه حاضر یک مطالعه پارامتریک با استفاده از یک مدل جریان پلیمری انجام شده است تا اثرات پارامترهای مختلف بر روی نرخ واکنش و خواص مولکولی پلیمر را نشان دهیم.این پارامترها شامل : غلظت منومر ? ثابت سرعت انتشار ? اندازه ذره اولیه ?ضریب نفوذ ? نیمه عمر کاتالیست و اثر وجود اندازه های متفاوت از شکست ذره کاتالیست اولیه می باشد.در این کار از یک مدل فیزیکی استفاده شده است و رشد ذره به صورت تک بعدی مدل شده است. ابتدا با بررسی دامنه تغییرات پارامترهای ذکر شده در مقالات مختلف محدوده ای از پارامترها بدست آمده است.در مرحله بعد اثر تغییر هرکدام از پارامترها بر روی نرخ واکنش و توزیع وزن مولکولی پلی الفین بررسی شده است (در واقع یک مطالعه پارامتریک انجام شده است).در نهایت اثر خرد شدگی ذره با یک ساختار ساده یک بعدی بررسی شده است. هر کدام از قطعات داخل ذره به ناچار کره فرض شده و با تغییر ضریب نفوذ و اندازه اولیه هر قطعه خرد شده داخل ذره تغییرات نرخ بهره و توزیع وزن مولکولی بررسی شده است. نشان داده ایم که با استفاده از این مدل یک بعدی و تنها با تغییر پارامترهای یاد شده و در نظر گرفتن محدودیت های نفوذی و توزیع اندازه قطعات به جای تنوع مراکز فعال می توانیم به توزیع وزن مولکولی و همچنین نرخ واکنش پلیمریزاسیون در محدوده داده های تجربی موجود نزدیک شویم.

تبدیل مستقیم گاز طبیعی به محصولات هیدروکربنی به ویژه اتیلن از طریق واکنش جفت شدن اکسایشی متان (ocm) یکی از فناوری های نوین و رو به رشد در صنایع نفت و گاز می باشد. در این رساله سینتیک واکنش جفت شدن اکسایشی متان با استفاده از کاتالیست mn/na2wo4/tio2 مدلسازی و شبیه سازی شده است. فرایند جفت شدن اکسایشی متان، برهمکنش پیچیده ای از پدیده های انتقال و سینتیک شیمیایی است. شبیه سازی و مدل سازی با احتساب جزئیات واکنش و فرایند جفت شدن اکسایشی متان از دیدگاه سینتیکی مقیاس آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشات سینتیکی در یک سیستم کاتاتست مجهز به راکتور بستر ثابت، درحضورکاتالیست mn/na2wo4/tio2 ، طراحی و انجام شد. در این مرحله بالغ بر 30 آزمایش در شرایط مختلف عملیاتی (دمای k1223-923)، فشار اتمسفریک، نسبت متان به اکسیژن (5/1،2،3،4) وghsv h-1) 8000 ، 10000 ، 14000 ، 18000) برای مقیاس آزمایشگاهی در شرایط عدم وجود مقاومت های نفوذ داخل و خارج دانه ای انجام گرفت. نتایج هر آزمایش در ترم های میزان گزینش پذیری محصولات هیدروکربنی (اتیلن و اتان) و محصولات اکسیدهای کربن (دی اکسید کربن و منوکسید کربن)، میزان تبدیل متان و راندمان محصولات مطلوب هیدروکربنی ارزیابی گردید. اعتبار سنجی مدل، با مقایسه بین نتایج تجربی و داده های مدل سینتیکی پیشنهادی، انجام شد. انطباق قابل قبول آن ها با یکدیگر، حاکی از اعتبار مدل سینتیکی در محدوده عملیاتی مورد نظر می باشد. برای مدل سازی سینتتیکی واکنش نیز نرم افزار matlab به کار گرفته شد و معادلات بقاء جرم برای تمام اجزاء در مدل مذکور حل شد. برای یافتن ثوابت مناسب مدل شبیه سازی شده، آنالیز حساسیت پارامتر ها برای مدل انجام شد. سپس نتایج مدل با نتایج حاصل از آزمایشات مقایسه شد و ثوابت سینتیکی و انرژی اکتیواسیون برای برای واکنش ها محاسبه شد.

در این پروژه رشد تک ذره کاتالیست زیگلر- ناتا در پلیمریزاسیون دوغابی پروپیلن مدلسازی شده و تاثیر نحوه شکست بر سرعت پلیمریزاسیون و خواص پلیمر تولیدی مورد بررسی قرار گرفته است.در این مطالعه تاثیر وجود قطعات خرد شده بر روی سرعت و خواص مولکولی با استفاده از مدل جریان پلیمری تک بعدی و سپس دوبعدی بررسی شده است. این موضوع که در کاتالیست های زیگلر- ناتا توزیع وزن ملکولی قویا وابسته به اکتیویته متفاوت مراکز فعال است، کاملا پذیرفته شده است؛ اما مدل های رایج از توجیه سرعت پلیمریزاسیون در کاتالیست های دارای فعالیت متوسط و بالا ناتوان می باشند که نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد نحوه شکست عامل مهمی در توجیه این پدیده است ضمن اینکه بر خواص پلیمر تولیدی نیز بی تاثیر نمی باشد.