در این پژوهش پس از بررسی اهمیت اقتصادی فرآیند تولید مستقیم الفین های سبک از متانول، مدل سازی غیر فعال شدن بستر کاتالیست تبدیل متانول به الفین های سبک روی کاتالیست ساپو-34 راکتور بستر ثابت با رویکرد پرکولاسیون برای یک سینتیک تفصیلی، شامل واکنش های اولیه و ثانویه ارایه شده است.شبیه سازی در دو سطح دانه کاتالیستی و طول بستر کاتالیستی انجام پذیرفت. بر خلاف دیگر پژوهش ها که افت فعالیت بستر کاتالیستی و در حقیقت ثابت های سرعت واکنش ها در سینتیک را به عنوان تابعی از حجم کک ته نشست شده درون حفره های کاتالیست ها در نظر می گیرند، در این پژوهش اثر حفره های در دسترس و رسانایی نسبی در ساختار متخلخل کاتالیست با در نظر گرفتن ارتباط حفره ها به صورت شبکه بث با عدد همسایگی 3 و با استفاده از نظریه پرکولاسیون، به صورت مستقیم وارد موازنه های جرم و انرژی شده است. پیش بینی افت فعالیت بستر کاتالیستی با زمان در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی درمورد واکنش دهنده ها و محصولات هم خوانی بسیار خوبی نشان داد. ثابت های سرعت واکنش های مدل سینتیکی به دست آمدند. نمودارهای کک گرفتگی بیانگر تشکیل جبهه واکنش با پهنای کمتر از طول راکتور در سرعت فضاییh-11خوراک، فشار bar 25/1 و دمای k723 است. اثر پارامترهای فشار، همسایگی شبکه، اندازه دانه کاتالیست، ضریب نفوذ موثر، سرعت فضایی و مقدار گاز خنثی همراه با خوراک ورودی بر نتایج شبیه سازی شیب افت فعالیت بررسی شدند.

در این پایان نامه سینتیک جذب سطحی اکسیژن بر روی زئولیت 5a با استفاده از خوراک دهی پله ای مورد استفاده قرار گرفته است و پارامترهای سینتیکی جذب سطحی مورد مطالعه قرار گرفته اند. بدین منظور یک سیستم تک بستره برای انجام آزمایش های جذب سطحی و واجذب اکسیژن بر روی زئولیت 5a مهیا شد. غلظت گاز اکسیژن برای تعیین منحنی رخنه از طریق مکش گاز خروجی از ستون جذب توسط دستگاه اندازه گیر غلظت اکسیژن اندازه گیری شده است. هر آزمایش شامل دو مرحله است: ابتدا آزمایش جذب سطحی اکسیژن روی زئولیت احیا شده با گاز هلیوم و سپس انجام آزمایش واجذب (احیای بستر) به وسیله ی هلیوم خالص. مدل سازی و شبیه سازی سینتیکی فرآیند جذب سطحی در یک ستون بستر ثابت انجام شد. سایر فرضیات عبارت از جریان قالبی بدون پراکندگی محوری، مدل جذب لانگمویر و مدل نیرومحرکه ی خطی می باشد. شبیه سازی انجام شده برای جذب سطحی تک جزئی و دوجزئی با استفاده از نرم افزار matlab® به روش های تفاضل محدود ضمنی و dq حل شد. نتایج تئوری و آزمایشگاهی در این پایان نامه آورده شده و همچنین با نرم افزار comsol® مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی و نتایج به دست آمده از نرم افزار comsol® توافق خوبی را با داده های به دست آمده در آزمایشگاه نشان داد. علاوه بر این داده های سینتیکی واجذب اکسیژن در آزمایشگاه به دست آمد و سپس با نتایج حاصل از شبیه سازی چک شد.

هدف از این پایان نامه، مطالعه، مدلسازی و شبیه سازی فرایند جذب سطحی با تناوب فشار در جداسازی نیتروژن از مخلوط هوا با استفاده از کربن غربال مولکولی به عنوان جاذب می باشد. در اینجا سعی بر آن بوده است که مدلسازی و شبیه سازی با در نظر گرفتن تمامی پدیده های انتقال و نیز پارامترهای درگیر در فرایند انجام شود. برای انجام شبیه سازی فرایند، آرایشی از دو بستر در نظر گرفته شده که به صورت متناوب، شش مرحله ی مختلف بر آنها گذر می کند. این مراحل به ترتیب عبارتند از: فشار زنی با خوراک، جذب سطحی در فشار بالا، معادلسازی فشار به فشار کمتر، تخلیه، زدایش و معادلسازی فشار به فشار بیشتر. معادلات حاکم بر فرایند و شرایط مرزی مربوط به آنها برای این چرخه ی شش مرحله ای نوشته شده است. بُعد مکانی معادلات دیفرانسیل جزیی به کمک روش تعامد تطبیقی و بُعد زمانی این معادلات به وسیله ی روش تفاضل محدود پیش رو، به معادلات دیفرانسیل معمولی و سپس معادلات جبری تبدیل شده اند. برای حل دستگاه معادلات به دست آمده، با کدنویسی در نرم افزار متلب از روش نیوتن کمک گرفته شده است. پس از نوشتن برنامه ی شبیه ساز، عوامل موثر بر فرایند از جمله، اثرات فشار مرحله ی جذب، مدت زمان مرحله ی جذب، شدت جریان خوراک ورودی به بستر، نسبت جریان زدایش به جریان خوراک، دمای خوراک ورودی به بستر، فشار مرحله ی پاکسازی، فشار مرحله ی تعادل فشار، میزان ترکیب گاز ورودی و غیره بر میزان خلوص محصول و بازیابی و نیز بهره وری آن و غیره بررسی شده است. برای اطمینان از صحت جواب های خروجی، آن ها با داده های موجود در منابع مقایسه شده اند.

جذب سطحی با تناوب فشار یکی از رایج ترین روش های تولید اکسیژن از هوا می باشد و در طول چند دهه ی اخیر توسط محققین بسیاری مورد مطالعه قرار گرفته است. به علت هزینه بر بودن انجام فعالیت های آزمایشگاهی و محدودیت تغییرات در پارامترهای موثر، مدلسازی این فرایند همواره مورد توجه بوده است. روش های تحلیلی و عددی متفاوتی توسط محققین استفاده شده و با نتایج تجربی مقایسه گردیده است. با رشد الگوریتم های تخمین نتایج مانند شبکه ی عصبی مصنوعی، توجه برخی از محققین به کاربرد این روش ها در فرایند جذب سطحی جلب شده و تحقیقات مختصری در زمینه ی پیش بینی رفتار فرایند جذب سطحی با شبکه ی مصنوعی صورت گرفته است. در این پایان نامه سعی شده که کامل ترین مدل ریاضی ارائه شده در منابع علمی در دسترس برای فرایند جذب سطحی با تناوب فشار به صورت عددی حل و نتایج بررسی گردند. برای این منظور سه روش عددی تربیع دیفرانسیلی، تقاضل محدود و آپویند برا ی تجزیه یا گسسته سازی در بعد مکان به کار گرفته شده و معادلات با روش تفاضل محدود در بعد زمان انتگرال گیری شده اند. سیستم معادلات حاصل شده به دو روش نیوتون و نیوتون ساده شده حل شده و نتایج با یکدیگر مقایسه شده اند و به وسیله ی داده های موجود در منابع به صورت تک بستری و دو بستری اعتبار سنجی گردیده اند. سپس رفتار متغیر های مختلف، مانند غلظت در فاز جامد و گاز، دما در بستر و دیواره ی آن، سرعت و فشار، در بستر جذب سطحی در طی مراحل جذب و واجذب و در طول یک چرخه مورد مطالعه قرار گرفته است. در گام بعد تاثیر پارامترهای مختلف مانند، طول و شعاع داخلی بستر، دمای خوراک، فشار بیشینه و کمینه و تنش بر خلوص و بازیابی محصول فرایند تولید اکسیژن از هوا مطالعه شده است. همچنین استفاده از شبکه ی عصبی مصنوعی در تخمین نتایج مدلسازی بر اساس تعدادی داده ی ورودی مستقل بررسی گردید و نتایج ارائه شده است. با توجه به مطالعات انجام شده روش تربیع دیفرانسیلی با 12 گره به عنوان روش مناسب برای گسسته سازی معادلات با مدت زمان مناسب برای انجام محاسبات انتخاب شده است. این در حالیست که روش تفاضل محدود و آپویند از پدیده ی نفوذ و جذب عددی و خطا در پیش بینی نتایج تجربی دارای نقص می باشند. معلوم گردید که وقفه ی زمانی کمتر از 1 ثانیه برای انتگرال گیری در بعد زمان مناسب است و مقادیر بیش از 1 ثانیه به علت رخ داد پدیده ی نفوذ عددی در بعد زمان مناسب نمی باشد. همچنین روش نیوتون نسبت به روش نیوتون ساده شده در تعداد نقاط پایین تر دقت بیشتری دارد ولی با افزایش تعداد نقاط و کاهش وقفه ی زمانی می توان از روش نیوتون ساده شده برای تسریع عملیات محاسبات بهره جست. همچنین شبکه ی عصبی مصنوعی در پیش بینی نتایج با تابع انتقال تانژانت-سیگموئید و تعداد حداکثر 8 نورون کارآمد شناخته شد.