برای محاسبه افت فشار ناشی از اصطکاک جریان های تک فاز و دو فاز در لوله ها و همچنین تعیین قطر لوله ، دبی و یا سرعت جریان، روشهای متفاوتی اعم از فرمولها, جداول و نمودارها وجود دارد که عمدتاً پارامترهای ورودی آنها مشترک است و با داشتن مشخصات خاصی از لوله و سیال جاری در آن می توان از هر کدام از این روشها برای محاسبه افت فشار استفاده کرد. جوابهای به دست آمده از هر روش بسته به پارامترهای ورودی گاه بسیار نزدیک به هم بوده و گاه تفاوت فاحش دارند. در این پژوهش یک روش جدید بر مبنای شبکه عصبی مصنوعی برای پیش بینی ضریب اصطکاک ارائه شده که با داشتن دقت بسیار بالا، بهتر و آسان تر از فرمول های موجود که در حال حاضر استفاده می شوند، می تواند در محاسبه افت فشار بکار آید. همچنین با استفاده از این روش مدلی را نیز برای محاسبه افت فشار ناشی از اصطکاک جریان های دو فاز در لوله ها پیشنهاد شده است. با استفاده از داده های تجربی و الگوهای مختلف آموزشی فرآیند یادگیری شبکه انجام گرفته سپس دقت و قابلیت شبکه آموزش دیده شده با قرارگیری در معرض داده های مشاهده نشده توسط شبکه ارزیابی شده است. در پایان نتایج حاصل از شبکه عصبی با نتایج بدست آمده از دو نرم افزار طراحی خطوط لوله و hysys با هم مقایسه شدند. مشاهده می گردد که شبکه های عصبی به علت توانایی ذاتی خود در برخورد با مسائل غیر خطی و بی نظم جایگزین مناسبی برای مدل های تجربی و ریاضی معمول مورد استفاده درحل این گونه مسائل، می باشند.

تکنولوژی التراسونیک می تواند به عنوان یک روش نوین به تنهایی و یا بصورت ترکیبی در کنار سایر روش های متداول در فرآیندهایی مانند تهیه امولسیون، تبلور، استخراج، فرآیندهای جداسازی و تصفیه پساب و فرآیندهایی شامل واکنش های شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد. تأثیری که التراسونیک در فرآیندهای مختلف می تواند داشته باشد بدلیل قابلیت آن در ایجاد پدیده ای تحت عنوان کاویتاسیون می باشد که به موجب آن اثرات شیمیایی و مکانیکی در سیال بوجود می آورد. یکی از مهمترین پدیده های حاصل از انتشار التراسونیک بوجود آمدن میکرو جریان ها و میکرو جت های صوتی در سیال است که اثر مستقیم پدیده کاویتاسیون صوتی می باشد. از آنجا که التراسونیک با فرکانس بالا در حد مگاهرتز قابلیت ایجاد جریان های صوتی جابجایی را در کنار میکروجریان ها دارند می توانند در فرآیندهایی که اختلاط و پدیده های انتقال مانند انتقال جرم از اهمیت برخوردار است، استفاده گردند. در این تحقیق تأثیر جریان های صوتی و میکرو جریان های حاصل از انتشار امواج التراسونیک فرکانس بالا مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور ابتدا برای روشن ساختن اثر میکرو جریان ها بر لایه های مرزی مطالعه ای در زمینه تأثیر فعالیت مبدل های پیزوالکتریک با فرکانس mhz 7/1 در یک فرآیند جداسازی الکترودیالیز انجام گرفت. مشاهده شد که ویژگی های اساسی این فرآیند از جمله مقاومت الکتریکی غشا، پتانسیل و انتخاب پذیری آن در حضور التراسونیک بهبود یافت. در بخش دیگری از این تحقیق به بررسی اثر جریان های ایجاد شده بر بازده اختلاط میکرو پرداخته شد. دو سونوراکتور ناپیوسته و پیوسته مجهز به مبدل های پیزوالکتریک mhz 7/1 با آرایش و ترکیب بندی جدید طراحی و ساخته شد. جهت ارزیابی اختلاط میکرو در آنها واکنش آزمون داشمن مورد استفاده قرار گرفت. همچنین بازده سونوراکتورهای ساخته شده با عملکرد پره راشتون و سونوراکتورهای موجود در مراجع مقایسه گردید. با توجه به مقادیر ضریب جدایش و زمان اختلاط میکروی بدست آمده برای موارد مختلف مشخص شد که سونوراکتورهای فرکانس بالای ساخته شده ضمن داشتن میزان توان مصرفی کمتر، اختلاط میکروی مطلوبی را فراهم می آورند. همچنین تأثیر حضور میکرو ذرات در سونوراکتور پیوسته مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج عملکرد بهتری را در حضور میکرو ذرات نشان دادند. بازده سونوراکتورها در محیط ویسکوز نیز بررسی گردید که مشخص شد کارایی التراسونیک در محیط ویسکوز کاهش یافته با این وجود التراسونیک همچنان تأثیر مثبتی بر افزایش بازده اختلاط داشته است. با ایجاد شبکه عصبی مصنوعی امکان پیش بینی ویژگی های سونوراکتور ناپیوسته از جمله بازده انرژی و زمان اقامت متوسط پیش بینی گردید. به منظور توصیف الگوی جریان های ایجاد شده توسط التراسونیک، سیستم های مورد بررسی توسط دینامیک سیالات محاسباتی مدل شدند. نحوه پراکندگی جریان ها و بردارهای سرعت در نتایج بخوبی نشان داده شد. همچنین مقادیر بدست آمده برای سرعت و توزیع محصولات واکنش تطابق خوبی با نتایج تجربی بدست آمده داشته است.

در این پایان نامه با به کار گیری یک مدل برنامه ریزی ریاضی جامع الشرایط برای تشخیص استفاده آب بهینه و شبکه تصفیه، شبکه آب و بخار پالایشگاه مدل می شود. این مسئله از نوع برنامه ریزی خطی است و برای بهینه کردن مقادیر میزان جریان حل می شود. در این مدل حداقل مقدار مصرف آب تازه و مینیمم ظرفیت تصفیه آب های آلوده مشخص می شود. به ویژه به خاطر آن که معادلات طراحی کلیه تجهیزات تصفیه آب های آلوده و کلیه واحد هایی که از آب یه عنوان فرایندی یا به عنوان یوتیلیتی استفاده می کنند، در این مدل شامل می شود، انتگراسیون کاملی در مقیاس وسیع انجام می شود. در مقایسه با تکنولوژی های در دسترس، این روش قابل اعتماد تر، صحیح تر و سریع تر در سنتز شبکه های استفاده از آب و تصفیه می باشد.

معمولا واحدهای شیمیایی هیچگاه در حالت پایا نمی باشند زیرا اغتشاشات محیط و خوراک، رسوب گرفتگی مبدلهای حرارتی و از بین رفتن کاتالیست های بکار رفته در فرآیند، دائما شرایط پایای فرآیندی را تحت تأثیر قرار می دهند. از این رو، طراحی، بهینه سازی و کنترل بهتر فرآیندهای شیمیایی یا پالایشگاهی با شبیه سازی دینامیکی عملی بسیار مفید است. از سوی دیگر، تصفیه ی هیدروژنی و فرایند تبدیل کاتالیزوری نفتا، به علت نیاز روز افزون کشور به بنزین و همچنین وضع قوانین و مقررات سخت گیرانه تر در زمینه محیط زیست و کیفیت بنزین مصرفی در کشور، از نقطه نظر اقتصادی، تکنیکی و زیست محیطی یکی از مهمترین فرآیندها در صنایع پالایشگاهی محسوب میگردد. لذا هدف از پژوهش حاضر، شبیه سازی دینامیکی و کنترل واحد تصفیه ی هیدروژنی و تبدیل کاتالیزوری نفتای پالایشگاه اراک به کمک بسته ی نرم افزاری aspen hysys 7.2 می باشد. برای برآورده نمودن این هدف، در ابتدا داده های لازم برای انجام عمل شبیه سازی از پالایشگاه اراک جمع آوری گردید و مطالعات اولیه در مورد فرایند های تصفیه هیدروژنی و تبدیل کاتالیزوری نفتا و ویژگی های این فرایند ها انجام گردید. سپس، به کمک این داده ها شبیه سازی واحد در حالت پایا و سپس در حالت دینامیکی به کمک نرم افزار aspen hysys 7.2 صورت پذیرفت. در انتها، مقایسه ی نتایج حاصل از شبیه سازی و اطلاعات واحد گویای دقت قابل قبول شبیه سازی بوده است. همچنین، نتایج حاصل از شبیه سازی دینامیکی برای عملکرد کنترلرها در تعقیب مقدار مقرر و همچنین در دفع اغتشاشات اعمالی بر واحد نمایانگر شبیه سازی مناسب دینامیکی از واحد تصفیهی هیدروژنی کاتالیستی است.

از آنجایی که انتقال حرارت جابه جایی اجباری در مبدلهای حرارتی و همچنین در بسیاری از فرآیندهای شیمیایی نقش به سزایی دارد، و از این رو که بحران انرژی در دهه های اخیر به یکی از دغدغه های جدی صنایع تبدیل شده است ، سعی شده با بکارگِیری روشهای نوین، عملکرد این گونه تجهیزات را بهبود بخشید، که از رایج ترین آنها می توان به ایجاد شیار های مختلف در لوله ها و صفحات مبدل های حرارتی جهت افزایش انتقال حرارت و نهایتا افزایش راندمان و کارایی بهتر این مبدل ها اشاره کرد. یکی دیگراز این روشها افزودن مقداری نانوذره به سیال درون مبدل حرارتی جهت بهبود ضریب کلی انتقال حرارت و در نتیجه افزایش راندمان می باشد. در این پژوهش از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی و با بهره گیری از نرم افزار المان محدود کامسول 4.3a در سه مرحله به صورت مجزا ولی مرتبط با هم مورد صحت و عملکرد نتایج و کارهای تجربی را مورد بحث و بررسی قرار دادیم. در قسمت اول تاثیر سه شکل هندسی مختلف ایجاد شده بر روی لوله (دایره، مستطیل و ذوزنقه) بر طبق کار تجربی bilen و همکاران [41] با سیال پایه هوا و در قسمت دوم تاثیر سه نانوذره مختلف (آلومینیوم اکسید (al2o3)، منیزیم اکسید(mgo) و سیلیسیم دی اکسید(sio2) ) بر طبق کار تجربی meril?inen و همکاران [42] در درصد غلظت های مختلف ( 5/0 تا 4 درصد) در یک لوله صاف مورد ارزیابی قرار می گیرند، و نهایتا در قسمت سوم تاثیر همزمان شیار ذوزنقه ای و نانو ذره منیزیم اکسید که به ترتیب بالاترین انتقال حرارت را در دو قسمت قبل داشتند، براساس نسبت ابعاد و در شرایطی مشابه با قسمت دوم برای بدست آوردن بهترین گام و نسبت اضلاع، مورد مطالعه قرار گرفته است. در دو قسمت اول، همبستگی بین اعداد بدون بعد در جریان درهم برای بدست آوردن نتایج در هر عدد رینولدزی بدست آورده شده است. در مجموع می توان اظهار کرد هر کدام از روشهای نام برده به تنهایی در افزایش انتقال حرارت کمک شایانی دارند و تاثیر همزمان آنها نیز این درصد افزایش را نسبت به هر کدام از حالتهای اولیه بهتر می کند.

سل های احیاء آلومینیوم به منظور تولید آلومینیوم از سنگ معدن آلومینا استفاده می شوند. این سل ها از آندهای کربنی، حمام کریولیت و محفظه نگه دارنده کربنی که همچنین به عنوان کاتد نیز عمل می کند تشکیل شده اند. در این کار اصول فرایند هال-هرولت ارائه و یک مدل ریاضی برای پیش بینی رفتار دینامیک یک سل احیا توسعه یافته است. این مدل بر پایه طراحی سل های موجود در کارخانه آلومینیوم سازی ایران (ایرالکو) بنا شده و از سه بخش مدل موازنه مواد، مدل ولتاژ سل و مدل تعادل حرارتی تشکیل شده است. به منظور بررسی دقت و اعتبار مدل، خروجی های حاصل از مدل با نتایج ارائه شده در مقالات و همچنین داده های جمع آوری شده از سل های احیاء در حال کار مقایسه شده است. این مدل می تواند به منظور بررسی واکنش سیستم به تغییرات مختلف در متغیرهای فرایند مانند ولتاژ سل، غلظت آلومینا و شدت جریان مورد استفاده قرار گیرد. این مدل در مقایسه با سایر مدل های موجود از لحاظ کارایی محاسباتی کارامدتر بوده و دارای دقت بسیار خوبی می باشد به طوری که توزیع دمای حاصل در نقاط مختلف سل دارای خطایی کمتر از 3 درصد می باشد. در نتیجه، مدل state-space ارائه شده یک ابزار مفید برای مطالعه تعاملات بین فرایندهای مختلف درگیر در یک سل احیا فراهم می کند.

نگرانی های زیادی درمورد به حداقل رساندن پساب های صنعتی در جریان های مایع وجود دارد، و این مسائل باعث شده توجه محققین زیادی به جداسازی فلزات سنگین جلب شود. سیستم غشاء مایع امولسیونی (elm) یک روش مهم برای پاکسازی پساب می باشد. برای این منظور، قطرات امولسیون ها در پساب پراکنده می شود، فلزات سنگین در فاضلاب توسط مکانیسم های انتقال جرم به قطرات داخلی منتقل می شود. در این پایان نامه پا به بررسی کلی این سیستم، عوامل موثر در بهینه شدن شرایط سیستم از قبیل اثر غلظت سورفکتانت ، زمان بهینه تماس و سرعت تکان دهنده برای فلز مس در غلظت خوراک 100ppm پرداخته ایم. شرایط بهینه بدست آمده عبارتند از 0.6 mmغلظت سورفکتانت، 5دقیقه زمان بهینه استخراج، و300rpm دور همزن می باشد. بعد از بدست آوردن شرایط بهینه غلظت خوراک را تا 5000ppm بالا برده و شرایط را برای افزایش میزان جداسازی فلز مس وسرب در همین غلظت مورد بررسی قرار داده ایم . در راستای افزایش میزان جداسازی از نانوذره zno برای بالا بردن میزان جداسازی استفاده کرده ایم و تاثیر افزایش این نانوذره را مورد بررسی قرار داده، میزان بهینه نانوذره را برای هر کدام از فلزات مس و سرب به ترتیب 0.6و0.4 نسبت وزنی با سورفکتانت می باشد. روش دیگر مورد استفاده برای افزایش میزان جداسازی فلزات مورد نظر استفاده از التراسونیک همزمان با استفاده از نانوذره می باشد. که در این روش میزان جداسازی برای مس را تا 88.2% و براس سرب تا 92% افزایش داده است. پس از آن میزان گزینش پذیری غشاء را نسبت به فلزات مس و سرب مورد آزمایش قرار داده ایم. در نهایت به نتایج قابل اتکایی برای جایگزینی غشاء مایع امولسیونی به جای روشهای قدیمی بازیابی فلزات سنگین دست پیدا کرده ایم.