هیدرات های گازی کریستال هایی شبیه یخ می باشند. در این نوع کریستال ها هیچ نوع پیوند شیمیایی بین مولکول های آب(میزبان) و مولکول های گاز(مهمان) محبوس شده به وجود نمی آید. هیدرات های گازی عموماً در خطوط انتقال گاز و در صنایع مربوط به گاز طبیعی دیده می شوند. زیرا هیدرات ها در مسیر خطوط انتقال و تجهیزات فرآیندی تجمع نموده و آن را مسدود می کنند که باعث آسیب دیدگی یا تخریب تجهیزات می شوند. یکی از روش های پیشگیری و کنترل تشکیل هیدرات استفاده از بازدارنده های سینتیکی می باشد. بازدارنده های سینتیکی هیدرات، بازدارنده هایی هستند که در غلظت های پایین قادرند زمان تشکیل هیدرات را در سیستم آب-هیدروکربن مستعد تشکیل، به تاخیر بیندازند. مدت زمانی را که تشکیل هیدرات به تعویق می افتد، زمان تاخیر می گویند. موضوع این پایان نامه مطالعه تجربی زمان تاخیر تشکیل هیدرات متان در حضور بازدارنده سینتیکی پلی وینیل پیرولیدن(pvp) می باشد. همچنین اثر اضافه کردن 1-بوتیل 3- متیل ایمیدازولیوم تترافلورابورات (bmim-bf4) به pvp بر روی زمان تاخیر بررسی گردید. علاوه بر اندازه گیری زمان تاخیر تشکیل هیدرات متان سایر پارامتر های سینتیکی از قبیل سرعت اولیه تشکیل، پایداری و ظرفیت ذخیره سازی هیدرات نیز اندازه گیری شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که بازدارنده سینتیکی pvp زمان تاخیر و سرعت اولیه تشکیل هیدرات را به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش می دهد در حالیکه استفاده از ترکیب pvp و bmim-bf4 زمان تاخیر و سرعت اولیه تشکیل هیدرات را نسبت به زمانی که فقط از بازدارنده سینتکی pvp استفاده شد، کمتر می کند. همچنین حضور pvp و bmim-bf4 باعث کاهش پایداری هیدرات در فشار 1 اتمسفر و دمای 6- درجه سانتیگراد می شود. یکی دیگر از نتایج این تحقیق افزایش ظرفیت ذخیره سازی گاز متان در حضور بازدارنده سینتیکیpvp می باشد.

در این پایان نامه یک روش جدید برای کوپل کردن سه راکتور ارائه شده است. در این کار همزمان سه محصول متانول، هیدروژن و دی متیل اتر را می توان بدست آورد. لازم به ذکر است که هر سه این محصولات به عنوان سوخت جدید امروزه مورد توجه قرار گرفته اند. از طرف دیگر دو واکنش گرمازا تولید متانول و دی متیل اتر از گاز سنتز را با واکنش گرماگیر هیدروزن زدایی از سیکلوهگزان کوپل شده است. در این کوپل جدید هیچ انررژی صرف پیش برد این سه واکنش نشده است. مزیتهای این کوپل جدید نسبت به کوپلهای معمولی عبارتند :1- افزایش میزان هیدروژن تولیدی در راکتور گرماگیر 2- تولید همزمان متانول و دی متیل اتر از گاز سنتز 3- افزایش تولید متانول 4- ذخیره سازی مناسب انرژی 5- یکی کردن سه فرآیند و در نتیجه بهبود عملکرد راکتورها 6- حذف دو سیستم سرمایشی(برای واکنشهای گرما زا) و یک سیستم گرمایشی(برای واکنش گرماگیر) 7- کاهش حجم دستگاه 8- کاهش هزینه ها. در ادامه این پایان نامه بررسی 1- جریان ناهمسو 2- اثر غشا جدا کننده آب برای پیش برد واکنش تولید متانول 3- اثر اضافه کردن گاز هیدروژن باقی مانده در خروجی راکتورهای گرمازا به وسیله غشا.

اتیلن یکی از مهمترین محصولات پتروشیمی می باشد که در واحد الفین تولید می گردد و به عنوان خوراک در واحدهای پلیمری مصرف می شود. چالش برانگیزترین مرحله در خالص سازی اتیلن در واحدهای الفین، حذف استیلن می باشد که حضور کمترین مقدار آن باعث مسمومیت کاتالیست های پلیمریزاسیون اتیلن و در نتیجه کاهش کیفیت پلی اتیلن تولیدی می شود. در این تحقیق روش جداسازی غشایی با استفاده از معادله حالت phsc برای جداسازی استیلن از جریانهای اتیلنی مورد بررسی قرار گرفت و داده های جذب استیلن، اتیلن و دی اکسید کربن به حالت خالص توسط تعدادی از مایعات یونی شامل [bmim][bf4]، [bmim][tf2n] و [bmpyrr][tf2n] و همچنین پلیمرهای پایه فلزی maf-2، mof-2 و mof-3 و پلیمر ساختار پیوند هیدروژنی hof-1 با دقت قابل قبولی پیش بینی گردید. مدل مورد استفاده که داده های تجربی را برای حالت خالص با دقت قابل قبولی پیش بینی کرده بود، برای پیش بینی جذب ترکیب های مشخصی از مخلوط اتیلن - استیلن توسط ساختارهای mof-2، mof-3 و hof-1 از نظر همبستگی های ترمودینامیکی در دماهای مختلف مورد استفاده قرار گرفت.

در این پایان نامه شرایط تشکیل هیدرات در حضور بازدارنده های ترمودینامیکی با استفاده از روش ترمودینامیکی واندروالس- پلاتیو و مدل اکتیویته uniquac توسعه یافته و معادله حالت پنگ-رابینسون پیش بینی شده و نتایج بدست آمده با داده های آزمایشگاهی موجود در منابع مقایسه شده است. مدل اکتیویته uniquac توسعه یافته ترکیبی از مدل اکتیویته uniquac اصلی و یک عبارت الکترواستاتیکی دیبای- هوکل می باشد. سیستم هایی که در این تحقیق بررسی شده اند عبارتند از: هیدرات گاز متان، اتان، پروپان، ایزوبوتان، کربن دی اکسید، هیدروژن سولفید، نیتروژن و یا مخلوط های دو یا چند جزئی از ترکیب آنها. همچنین نمک های سدیم کلراید، پتاسیم کلراید، کلسیم کلراید و یا مخلوطی از آنها و الکل هایی مانند متانول و اتیلن گلایکول و یا مخلوطی از نمک ها و الکل ها مواد بازدارنده های ترمودینامیکی هستند که دراین تحقیق بررسی شدند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که مدل اکتیویته پیشنهادی برای پیش بینی شرایط تشکیل هیدرات در حضور بازدارنده های ترمودینامیکی نتایج قابل قبولی ارائه می دهد.

در این پایان نامه مدلهای ترمودینامیکی شامل مدل های اکتیویته برای مدل سازی تعادل بین آب، تتراهیدروفوران با چهار نوع غشای پلی وینیل الکل با اتصالات عرضی گلوتارالدهید و غشاهای شبکه در هم تنیده ی پلیمری، به کار برده شده اند. مدل های اکتیویتهی استفاده شده در این پژوهش شامل مدل های اکتیویته ی uniquac ، fv-uniquac ، uniquac-hb و fv-uniquac-hb می باشند. نتایج بدست آمده با داده های آزمایشگاهی مقایسه گردیدکه بیانگر مناسب بودن هر چهار مدل برای پیش بینی داده های جذب بود. بسته به شرایط پلیمر، امکان تشکیل پیوند هیدروژنی و مقدار فضای خالی میزان خطای معادلات متفاوت بود. در مواردی که امکان تشکیل پیوند هیدروژنی بین پلیمر و خوراک وجود دارد مدل اکتیویته uniquac-hb نسبت به دیگر مدل ها دارای خطای کمتری می باشد. در مواردی که فضای خالی بیشتری داریم مثلا در جذب تتراهیدروفوران که یک اتر حلقوی است مدل اکتیویته ی fv-uniquac و در مواردی که هر دو اثر یعنی پیوند هیدروژنی و فضای خالی قابل توجه اند مدل fv-uniquac-hb نتیجه بهتری می دهد. همچنین با استفاده از تئوری ماکسول استفان به بررسی اثر کوپلینگ ترمودینامیکی و - سینتیکی بین اجزای مخلوط خوراک و هر یک از غشاها پرداخته شد و نتایج به دست آمده حاکی از تاثیر تتراهیدروفوران بر روی جذب آب و همین طور تاثیر آب بر روی جذب تتراهیدروفوران بود.

نم زدایی از جریان های گازی مانند نم زدایی گازی طبیعی، نم زدایی از گاز دودکش و خشک کردن هوای فشرده از فرآیند های مهم و کاربردی در صنعت می باشند. حذف بخار آب موجود در گاز طبیعی، برای کنترل خوردگی، جلوگیری از تشکیل هیدرات و یخ زدگی و همچنین برای تنظیم نقطه شبنم گاز محصول به حد مطلوب و مجاز، صورت می گیرد. با توجه به اینکه احتمال خوردگی و اختلال در تجهیزات کنترلی در صورت وجود آب در جریان هوای فشرده به شدت افزایش می یابد لذا نم زدایی آن نیز امری ضروری است. رایج ترین روش برای نم زدایی و به حد مطلوب رساندن مقدار رطوبت در جریان های گازی روش جذب است. در دهه های اخیر استفاده از غشاها به دلیل مصرف انرژی کم، هزینه های نگه داری پایین و کاهش در اندازه و وزن تأسیسات و عدم قطعات متحرک که نیاز به توجه ثابت را به شدت کاهش میدهد مورد توجه زیادی قرار گرفته است و می تواند یک جایگزین مناسب برای فرآیند جذب باشد. تماس جریان گازی با غشا منجر به سیستمی برای جذب بخار آب میشود که در آن تعادل فازی به وقوع می پیوند. در این پایان نامه با استفاده از مدل ترمودینامیکی (معادله حالت) تعادل بخار آب با غشا های پلیمری pebax-1074، speek، nafion-117 ، peo-pbt و ntda مدل سازی گردید و نتایج بدست آمده با داده های آزمایشگاهی مقایسه شد. در این تحقیق از معادلات حالت phsc و پینگ-رابینسون و قانون اختلاط وانگ-سندلر به همراه مدل اکتیویته uniquac استفاده گردید. نتایج به دست آمده نشان داد پیش بینی جذب بخار آب توسط غشای پلیمری توسط مدل phsc دقیق تر از مدل pr(w-s) است.

گاز طبیعی و هیدروکربنهای به دست آمده از واحدهای مختلف پالایشگاهی منابع خوبی برای تولید هیدروژن هستند. هیدروژن یک جز کلیدی برای فرآیندهای شیمیایی مختلف همچون هیدروژناسیون، هیدروکراکینگ و .... و یا حتی برای مصرف به عنوان سوخت است. بیشترین هیدروژن تولیدی در جهان از گاز طبیعی به دست می آید. هدف اصلی از این مطالعه، مدلسازی و شبیه سازی یک واحد تولید هیدروژن پالایشگاهی است که شامل ریفرمر بخارآب – متان، مبدلهای تغییر در دمای بالا و دمای پایین و متان ساز می باشد. مدل پایدار یک بعدی شبه همگن ارائه شده که شامل معادلات موازنه جرم، انرژی و ممنتم است،توسط نرم افزار matlab 7.11 حل شد و پروفایلهای دما، فشار و دبی اجزا در طول تجهیزات به دست آمد.در این مطالعه از یک مدل یک بعدی شبه همگن در حالت پایدار جهت مدلسازی استفاده شد که در آن معادلات موازنه جرم، انرژی و ممنتم گاز فرآیندی به طور همزمان حل می شوند. از فاکتور تاثیر(effectiveness factor) نیز برای در نظر گرفتن محدودیتهای نفوذ به درون حفره های کاتالیست، استفاده شد. این مدل تغییرات دما، فشار و همچنین دبی مولی اجزای گاز فرآیندی را در طول تجهیزات محاسبه می کند. نتایج به دست آمده از مدلسازی ریاضی و نیز شبیه سازی با نرم افزار hysys با داده های پالایشگاهی مقایسه گردید و مشاهدات نشان داد که مطابقت خوبی میان نتایج و داده های واقعی وجود دارد. سپس دمای خوراک ورودی به هر فرآیند، به منظور افزایش میزان هیدروژن خروجی، بهینه سازی گردید.

بیودیزل، تری گلیسیرید، ترانس استریفیکاسیون، متانول، هیدروکسید سدیم، روغن کانولا، ثابت سرعت، غشا