با پیشرفت روش های عددی و وجود ابزاری همچون دینامیک محاسباتی سیالاتی، امکان شبیه سازی جذب سطحی اجزا شیمیایی درون ستون های پرشده از ذرات جامد بوجود آمده است. در این پژوهش با استفاده از این ابزار روش جدیدی برای شبیه سازی حالت سه بعدی پدیده های انتقال (مومنتوم و جرم) و جذب فیزیکی در داخل یک ذره کاتالیست ارائه می شود. معادلات حاکم بر روی ذره ونیز معادلات انتقال جرم درون ذره همزمان با شرایط مرزی مناسب بر روی ذره کاتالیست در نرم افزار تجاری6.3.26 fluentشبیه سازی شده اند. از یک (udf) برای تعیین شرایط مرزی بر روی دیواره ذره کاتالیست استفاده شده است. به این ترتیب در سطح مشترک سیال – جامد سرعت عمودی جزء جذب شونده از فلاکس ورودی به جامد محاسبه شده و مشکلات ناشی از شار جابجایی سطح مشترک ذره- سیال و همچنین ضرایب نفوذ مرتفع شده اند. برای صحت سنجی نتایج ، اعداد بدون بعد sh حول ذره کروی مقایسه می شوند.همچنین تغییرات عدد شروود بر حسب زاویه از نقطه سکون بررسی شده و منحنی های رخنه به صورت کیفی نمایش داده شده و تاثیر سرعت و اندازه شبکه بر این نمودارها ارائه شده است. نتایج نشان دهنده آن است که از این مدل می توان برای شبیه سازی جذب سطحی بسترهای متخلخل استفاده کرد. مسیرهای سرعت و پروفیل های غلظت پیرامون ذره و نیز درون کاتالیست نشان دهنده آن است که استفاده از مدل های معمول محیط متخلخل نمی تواند حل دقیقی از مسئله را ارائه دهد. در مرحله بعد به تحلیل هیدرودینامیکی وشبیه سازی برج های پرشده ، برای چیدمان های 8 ، 14 و سه نوع چیدمان 20 تایی(روشdem) از ذرات کروی شکل پرداخته و کانتورهای مربوط به فشار و سرعت مورد بررسی قرار گرفته و نتایج مربوط به افت فشار با روابط تجربی مقایسه می شود.از طرفی تاثیر عدد رینولدز بر نمودارهای افت فشار برای ستون های پرشده 14 و 20 تایی نشان داده شده است. بردارهای سرعت وکانتورهای فشار در مقطع های مختلف دیوار ستون و در رینولدزهای مختلف نمایش داده شده است . نتایج حاکی از آن بود که مقدار سرعت در نزدیکی دیوارها و در بعضی از فضاهای بین کره ها بیشتر شده و با افزایش عدد رینولدز امکان تشکیل چرخانه ها بیشتر شده که باعث بوجود آمدن جریان های برگشتی در خروجی از بستر می شوند. همچنین با افزایش عدد رینولدز مقدار سرعت شعاعی در نزدیکی دیواره بستر نسبت به مرکز آن بیشتر شده و به شدت بر روی ضرایب انتقال حرارت و جرم دیواره(nu_w,sh_w)اثر گذاشته و باعث افزایش آن ها می شود.در انتها معادلات مربوط به انتقال مومنتوم ، انتقال جرم فاز سیال و جامد ، و همچنین جذب فیزیکی در داخل ذرات کروی برای یک برج پرشده با چیدمان 8 تایی حل شده و به دلیل کمبود نتایج آزمایشگاهی برای این نوع هندسه و همچنین عدم امکان انجام آزمایش به صورت تجربی ، فقط به صورت کیفی به تجزیه و تحلیل نتایج و منحنی های رخنه پرداخته می شود.

با پیشرفت روش های عددی و وجود ابزاری همچون دینامیک محاسباتی سیالاتی، امکان شبیه سازی جذب سطحی اجزا شیمیایی درون ستون های پرشده از ذرات جامد بوجود آمده است. در این پژوهش با استفاده از این ابزار روش جدیدی برای شبیه سازی حالت سه بعدی پدیده های انتقال (مومنتوم و جرم) و جذب فیزیکی در داخل یک ذره کاتالیست ارائه می شود. معادلات حاکم بر روی ذره ونیز معادلات انتقال جرم درون ذره همزمان با شرایط مرزی مناسب بر روی ذره کاتالیست در نرم افزار تجاری6.3.26 fluentشبیه سازی شده اند. از یک (udf) برای تعیین شرایط مرزی بر روی دیواره ذره کاتالیست استفاده شده است. به این ترتیب در سطح مشترک سیال – جامد سرعت عمودی جزء جذب شونده از فلاکس ورودی به جامد محاسبه شده و مشکلات ناشی از شار جابجایی سطح مشترک ذره- سیال و همچنین ضرایب نفوذ مرتفع شده اند. برای صحت سنجی نتایج ، اعداد بدون بعد sh حول ذره کروی مقایسه می شوند.همچنین تغییرات عدد شروود بر حسب زاویه از نقطه سکون بررسی شده و منحنی های رخنه به صورت کیفی نمایش داده شده و تاثیر سرعت و اندازه شبکه بر این نمودارها ارائه شده است. نتایج نشان دهنده آن است که از این مدل می توان برای شبیه سازی جذب سطحی بسترهای متخلخل استفاده کرد. مسیرهای سرعت و پروفیل های غلظت پیرامون ذره و نیز درون کاتالیست نشان دهنده آن است که استفاده از مدل های معمول محیط متخلخل نمی تواند حل دقیقی از مسئله را ارائه دهد. در مرحله بعد به تحلیل هیدرودینامیکی وشبیه سازی برج های پرشده ، برای چیدمان های 8 ، 14 و سه نوع چیدمان 20 تایی(روشdem) از ذرات کروی شکل پرداخته و کانتورهای مربوط به فشار و سرعت مورد بررسی قرار گرفته و نتایج مربوط به افت فشار با روابط تجربی مقایسه می شود.از طرفی تاثیر عدد رینولدز بر نمودارهای افت فشار برای ستون های پرشده 14 و 20 تایی نشان داده شده است. بردارهای سرعت وکانتورهای فشار در مقطع های مختلف دیوار ستون و در رینولدزهای مختلف نمایش داده شده است . نتایج حاکی از آن بود که مقدار سرعت در نزدیکی دیوارها و در بعضی از فضاهای بین کره ها بیشتر شده و با افزایش عدد رینولدز امکان تشکیل چرخانه ها بیشتر شده که باعث بوجود آمدن جریان های برگشتی در خروجی از بستر می شوند. همچنین با افزایش عدد رینولدز مقدار سرعت شعاعی در نزدیکی دیواره بستر نسبت به مرکز آن بیشتر شده و به شدت بر روی ضرایب انتقال حرارت و جرم دیواره(nu_w,sh_w)اثر گذاشته و باعث افزایش آن ها می شود.در انتها معادلات مربوط به انتقال مومنتوم ، انتقال جرم فاز سیال و جامد ، و همچنین جذب فیزیکی در داخل ذرات کروی برای یک برج پرشده با چیدمان 8 تایی حل شده و به دلیل کمبود نتایج آزمایشگاهی برای این نوع هندسه و همچنین عدم امکان انجام آزمایش به صورت تجربی ، فقط به صورت کیفی به تجزیه و تحلیل نتایج و منحنی های رخنه پرداخته می شود.

با افزایش نقش ماشین در زندگی روزمره انسان به ویژه ماشین های بنزینی فکر رسیدن به سوختی مناسب که بیشترین بازده را داشته باشد قوت گرفت، چنین سوختی باید دارای بالاترین کیفیت باشد. استفاده از افزودنی های مختلف مانند تترا اتیل سرب در ابتدا و در ادامه الکل هایی مانند متانول، اتانول، اتر هایی چون متیل ترشیو بوتیل اتر و اتیل ترشیو بوتیل اتررونق یافت. امروزه با توجه به بحران انرژی در مقاطع مختلف زمانی و توجه جدی به مباحث زیست محیطی و آلودگی های ناشی از بنزین به عنوان سوخت خودروها توجه به سوخت-های جایگزین از جمله سوخت های تجدید پذیر از اولویت های اصلی در کشورهای مختلف دنیا می باشد. در همین راستا سوخت های مختلفی بعنوان جایگزین ویا مکمل بنزین پیشنهاد شده وتحقیقات بسیاری نیز در این رابطه انجام می شود. از جمله این جایگزین ها می-توان به اتانول، متانول، بیودیزل، انرژی خورشید، گاز مایع و گاز طبیعی و غیره اشاره کرد. با این همه تاکنون هیچ یک از این سوخت-های پیشنهادی نتوانسته اند کاملاً بجای بنزین قرار گرفته و بصورت تجاری در سطح جهانی استفاده شوند که از مهمترین دلایل آن قیمت رقابتی بنزین در شرایط موجود می باشد .دربخشی از این تحقیق به دنبال موادی بوده، که توسط آنها بتوان فشار بخار الکل ها را کنترل کرد. بدین منظور در درجه اول از الکل های سنگین تر استفاده شد. چندین ترکیب دیگر نیز به این منظور استفاده شد، که نتایج آن قابل توجه است. در ادامه اثرات افزودنی های بدون فلز از نوع ترکیبات اکسیژنه ( متیل استات و اتیل استات ) به منظور بالابردن عدد اکتان بنزین بررسی شدند. افزودنی های پیشنهادی ( متیل استات و اتیل استات ) برای مخلوط سازی با مخازن بنزین تولیدی پالایشگاه های نفت در محدوده غلظتی (حجمی) 5/2 تا 10 درصد مناسب می باشد. از جمله مزایای این افزودنی ها ( متیل استات و اتیل استات ) علاوه بر خواص خوبی چون افزایش عدد اکتان این است که مانند دیگر ترکیبات اکسیژنه باعث افزایش بیش از حد فشار بخار مخلوط بنزین و استر مورد نظر نمی شوند،به طوری که مخلوط ده درصد هر کدام در بنزین تنها یک کیلو پاسکال تغییر در فشار ایجاد می کند. علاوه بر این استفاده از این افزودنی ها باعث ازدیاد قابل توجهی در حجم بنزین می شود. افزودنی متیل استات به ازاء هر 1 درصد افزایش به سوخت بر حسب نوع بنزین حدود 20/0 تا 35/0 درجه عدد اکتان را بالا می برد، به طوری که 10 درصد آن عدد اکتان را حدود2/3 درجه بالا می برد. اتیل استات نیز به ازاء هر 1 درصد افزایش به سوخت بر حسب نوع بنزین حدود 30/0 تا 40/0 درجه عدد اکتان را بالا می برد، به طوری که 10 درصد آن عدد اکتان را حدود5/3 درجه بالا می برد. بخش دیگری ازتحقیق به آمین های آروماتیک که با عدد اکتانی در حدود 300 درجه از جمله موثرترین بالابرنده های اکتان بدون فلز به حساب می آیند، پرداخته شد. این ترکیبات به نسبت 2/0 تا حداکثر 1درصد به بنزین اضافه می شوند. آمین آروماتیک مورد نظر n- متیل آنیلین می باشد و درصد ترکیب آن در مخلوط 1 درصد است، که به همراه دو ترکیب اکسیژنه (متانول و اتانول ) با غلظت مجاز به کار رفته است. میزان افزایش عدد اکتان nmaدر کنار 10 درصد و 15 درصد اتانول به ترتیب 7/0 و 8/0 درجه و برای 5/3 متانول حدود 9/0 درجه بهبودیافت. فروسن از دیگر افزودنی های فلز دار است، که در حال حاضر در اروپا تحت نام تجاری پلوتوسن (plutocen) توسط شرکت اکتل (octel) تولید و به بازار عرضه می شود. این افزودنی در غلظت حداکثر ppm30 به بنزین اضافه می شود. به منظور ارتقاء عملکرد فروسن در بالابردن اکتان آزمایش های مختلفی انجام شد، به این صورت که پیش از افزایش آن به بنزین در حلال های مختلفی حل شده و محصول به بنزین اضافه گردید. نتایج بدست آمده نشان می دهد که عدد اکتان فروسن در کنار 10 درصد و 15 درصد اتانول به ترتیب 9/0 و 3/1 درجه و برای 5/3 درصد متانول حدود 8/0 درجه افزایش یافت. در بخش دیگری از کار به بررسی تاثیر فشار بخار استون، چهار الکل متانول، اتانول، ایزوپروپانول و ایزوبوتانول بر فشار بخار بنزین در نبود آب و در حضور آب پرداخته شد و مشاهده شد که آب در حضور متانول واستون رفتاری متفاوت بر فشار بخار بنزین دارد، که علت آن حلالیت بالای آب در استون است.

گرم شدن کره زمین در اثر انتشار گازهای گلخانه ای در اتمسفر به یکی از مهمترین موضوعات مرتبط با زندگی انسان تبدیل شده است. از میان این گازها، دی اکسید کربن یکی از مهمترین گازهای گلخانه ای مورد توجه است. این مساله از دو دلیل ناشی شده است، یکی حجم بالای انتشار آن و دیگری ماندگاری بالای دی اکسید کربن در اتمسفر. ادامه انتشار کنترل نشده این گازها می تواند باعث تغییرات آب و هوایی گسترده ای در زمین شده و حیات موجودات زنده را به خطر اندازد. تحقیقات در زمینه کاهش انتشار گازهای گلخانهای که شامل، توسعه منابع انرژی غیر کربنی، افزایش بازده انرژی و حذف دی اکسید کربن است، در سال های اخیر به شدت افزایش یافته است. موثرترین راه برای کاهش دی اکسید کربن در کوتاه مدت توسعه منابع انرژی غیر کربنی و افزایش بازده انرژی است. البته این روش ها معمولاً کاربردی نیستند. بنابراین حذف دی اکسید کربن و محبوس کردن آن امری ضروری جهت جلوگیری از انتشار آن است. با توجه به آنکه جداسازی دی اکسید کربن پرهزینه ترین بخش از فرآیند حذف آن از گازهای حاصل از احتراق سوخت های فسیلی است، یافتن گزینه مناسب برای این منظور ضرورتی اجتناب ناپذیر است. روش های گوناگونی برای این منظور ارائه شده است که مهمترین آن، جداسازی بر پایه آمین های تجاری است. با توجه به مشکلات متعدد روش آمین، استفاده از جاذب های شیمیایی جامد به عنوان یک روش جایگزین مطرح است. این روش از جنبه های گوناگون همچون جداسازی در شرایط عملیاتی گاز دودکش، ظرفیت تعادلی بالای جاذب و غیره دارای مزیت است. هدف از این مطالعه، بررسی آزمایشگاهی فرآیند حذف دی اکسید کربن از گاز دودکش با استفاده از جاذب فلزی کربنات پتاسیم بر پایه نانو اکسید تیتانیوم است. بدین منظور در بخش اول طرح ساخت نمونه های مختلف جاذب با استفاده از تکنیک سل- ژل انجام می شود. پس از آن با استفاده از آزمون های مناسب مشخصات مختلف جاذب از قبیل تخلخل، سطح ویژه، توزیع اندازه حفره ها و ترکیب شیمیایی اندازه گیری می شود. به منظور بررسی جاذب در شرایط واقعی عملکرد و تعیین ظرفیت جذب آن و همچنین شرایط عملیاتی بهینه، آزمایش هایی با استفاده از یک راکتور بستر ساکن انجام خواهد شد. لازم به ذکر است که ساخت و اندازه گیری میزان جذب توسط این جاذب برای اولین بار در این پروژه مورد بررسی قرار می گیرد. در این طرح اقدام به بهینه سازی شرایط تولید جاذب شده است. بر این اساس دمای کلسیناسیون 550 درجه سانتی گراد، زمان ماندگاری ژل 75/12 ساعت و دور هم زن برابر با 30 دور بر دقیقه، مقادیر بهینه پارامترها جهت رسیدن به حداکثر میزان جذب جامد تولیدی که برابر با 36/86 میلی گرم بر لیتر محاسبه شده است، می باشند. قابل ذکر است که میزان جذب اندازه گیری شده توسط جاذب هاب مختلف در محدوده 70 تا 100 میلی گرم بر لیتر است. نتایج حاصل از آزمون جاذب با شرایط بهینه نشان می دهد که اندازه ذرات جاذب ساخته شده برابر با 13/6 نانومتر می باشد. همچنین سطح جاذب برابر با 66 مترمربع به ازای هر گرم می باشد، که در مقایسه با سطح جاذب با پایه اکسید تیتانیوم که برابر با 36 مترمربع به ازای هر گرم است، دارای سطح بیشتری است و این نشاندهنده ساختار نانو پایه ساخته شده می باشد.

برای تعیین تعادل های فازی میان هیدروکربن های سبک و سنگین دو راه وجود دارد، یکی انجام آزمایش های تجربی و دیگری استفاده از معادلات حالت است. اما اندازه گیری های تجربی مستلزم وقت و هزینه زیادی است و داشتن معادله ای که بتواند رفتار فازی سیستم ها را در دامنه وسیعی از شرایط عملیاتی پیشگویی کند نیازمند پایه تئوری قوی است .در تمامی معادلات حالت مکعبی ارائه شده نظیر پنگ- رابینسون، وندروالس و ... به خواص بحرانی نیازمندیم که این خواص برای تمامی مواد سنگین در دسترس نیست. همچنین اندازه گیری های تجربی آن نیز به علت شرایط عملیاتی، دشوار است و در غالب موارد مستلزم استفاده از روابط تخمینی است، که خود باعث بالا رفتن درصد خطای محاسبات می گردد. با گسترش مکانیک آماری و پیشرفت رایانه ها تمایل به استفاده از معادلات حالت آماری بیشتر از گذشته نمایان شده است. از مزایای این نوع معادلات، دقت بالای آن ها در تعیین دقیق تعادلات فازی حتی در محدوده نزدیک بحرانی است. در این تحقیق یک معادله حالت اصلاح شده بر اساس نظریه آماری سیال تجمع یافته ساده شده (ssaft)، به منظور پیش بینی رفتار تعادل فازی ترکیبات تجمعی و غیر تجمعی، و همچنین مخلوط های دوتایی آن ها ارائه شده است که ماهیت معادله ارائه شده به صورت همان معادله ای است که توسط فو و سندلر ارائه شد، با این تفاوت که ترم کره سخت به منظور افزایش دقت و کاهش خطای پیش بینی رفتار فازی با رابطه جدیدی جایگزین شده است. معادله حالت جدید، با همان تعداد پارامترهای قابل تنظیم که در معادله حالت saft اصلی به کار رفته است مطابقت دارد، با این تفاوت که ساده تر است. به منظور مطالعه سیستم های چند جزیی، ابتدا معادله برای سیالات خالص به کار می رود، تا هر یک از اجزا خالص به صورت جداگانه بررسی شوند و سپس مخلوط آن ها مورد بررسی قرار خواهد گرفت. به منظور بررسی و اندازه گیری خواص ترمودینامیکی سیال خالص، سه پارامتر مولکولی با نام های تعداد سگمنت (m)، حجم مولی سگمنت ها در آرایش بسیار فشرده که مستقل از دما است (v^?) و عمق پتانسیل چاه مربعی (u) مورد نیاز است. دو پارامتر دیگر نیز برای شرح مولکول های تجمعی با نام های انرژی و حجم تجمع (?^ab/k,?^ab) به کار رفته است. مقادیر تجربی دانسیته مایع و فشار بخار برای سیالات خالص مطالعه شده در این کار، به منظور اندازه گیری بهترین مقادیر برای پارامترهای نسخه جدید معادله ssaft با استفاده از مراجع به کار رفته است. نتایج به دست آمده از معادله جدید ارائه شده، برای فشار بخار و دانسیته مایع سیالات خالص تجمعی و غیر تجمعی، با نتایج معادله اصلی ssaft مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند که دقت معادله حالت جدید از معادله حالت ssaft بالاتر بوده، طوری که درصد خطای نسبی حاصل از معادله حالت جدید نسبت به مقادیر تجربی در محاسبات فشار بخار و دانسیته مایع مواد خالص مورد بررسی به ترتیب با 30 و 25 درصد بهبود نسبت به معادله حالت ssaft، به ترتیب 782/1 و 583/1 گزارش شده است.

یکی از مهم ترین روشها برای تخمین انرژی فعال سازی، روش انتگرالی است که زیرشاخه های متتنوعی دارد. روش کسینجر به عنوان یکی از کاربردی ترین این روشها در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفته است. این روش عمدتاً برای محاسبه انرژی فعال سازی به کار می رود. یکی از مهم-ترین فرض های انجام شده در این روش، تغییرات خطی دما برحسب زمان است. این فرض عملاً برای سیستم های واقعی دقیق نبوده و دما بنا به شرایط گرمادهی یا گرماگیری واکنش ممکن است پیش بینی های خطی اولیه را نقض کند. در این پژوهش بر مبنای روش انتگرالی، فرمولاسیون جدیدی ارائه شده است که می تواند تغییرات غیر خطی این پارامتر را بنابه شرایط عملیاتی در نظر بگیرد. در این پژوهش، نتایج حاصل از این روش با روشهای کسینجر و ویازوکین مقایسه شده است. به این منظور نمونه های نفتی مختلفی از مراجع استخراج شد. سوختن این نمونه ها در دستگاه وزن سنجی حرارتی (tga) و نیز لوله سینتیکی به همراه نمونه هایی از سنگ مخزن مورد مطالعه قرار گرفت. بر خلاف روش ویازوکین که روشی زمانبر و مبتنی بر حدس و خطا بوده و نیازمند حدس های اولیه مناسب است، روش حاضر صریح بوده و بدون نیاز به حدس اولیه می تواند مانند روش کسینجر مورد استفاده قرار بگیرد. علاوه بر آن استفاده از روش جدید نسبت به روش کسینجر تطابق مناسب تری با مدل ویازوکین دارد

در سالهای اخیر کاهش غلظت دی اکسید گوگرد در جو به عنوان یک آلاینده مورد توجه قرار گرفته است . واکنش جذب دی اکسید گوگرد با جاذب جامد با قابلیت احیا یکی از روشهای خذف است .از جمله مواد مورد استفاده اکسید فلزات است. فرایند جذب روی اکسید فلزات دارای مزیتهای عدم وجود پسماند مایع یا جامد، قابلیت فروش محصول گوگرد تولیدی، عدم نیاز به مرحله پیش گرم کن دی اکسید گوگرد و مصرف آب حداقل است.اکسید فلزات بطور گسترده برای حذف دی اکسید گوگرداز مخلوط گازها مورد استفاده قرار می گیرند. cuo/al2o3 و cuo/sba-15 قابلیت حذف دی اکسید گوگرد در ناحیه دمایی ?c 600-350 دارا می باشد.در این تحقیق اکسید مس روی آلومینا و sba-15 توسط روش سل -‍ ژل ساخته شد. میزان اکسید مس در جاذب آمورف %17-11 و برای جاذب ساختار یافته %25-20 است.در طی حذف دی اکسید گوگرد اکسید مس با گاز آلاینده و در حضور اکسیژن به سولفات مس تبدیل می شود. و آلومینا با دی اکسید گوگرد تولید al2(so4)3 می کند.بعد از احیا شدن در مرحله احیا سولفات مس به اکسید مس تبدیل می شود. احیا بوسیله متان یا هیدروژن انجام می شود. دی اکسید گوگرد تولیدی در واحدهای اسید سولفوریک یا گوگرد سازی مورد استفاده قرارمی گیرد. در فرآیند نیاز به اضافه کردن راکتور و کاتالیست است. دمای احیا در آزمایشات ?c 450 است. جاذب اکسید مس روی آلومینا ساخته شده به روش سل-ژل دارای سطح m2/g 274-252 ، حجم حفره cm 3/g 57/-41/ و قطر حفره nm2/6-6 است. جاذب ساختار یافته دارای سطح m2/g 682-624 است . بیشترین ظرفیت جذب برای 15% اکسید مس روی آلومینا و 22% برای ساختار یافته می باشد. آزمایشات در رآکتور بستر ثابت انجام شد. غلظت دی اکسید گوگرد در گاز ورودی ppm5000 استفاده شد. گاز متان به عنوان احیا کننده استفاده شد.

با توجه به خصوصیات مخازن خاورمیانه که اکثر آن ها مخازن عمیق کربناته و شکافدار هستند، نیاز به ارائه مدلی است که بتواند نرخ تولید را در چنین مخازنی با شرایط تراوایی و تخلخل کم، و همچنین هدایت گرمایی پایین به خوبی تخمین بزند. به همین دلیل تکنیک های برداشت سرد از روش های گرمایی در برخی موارد موفق تر هستند. یکی از روش های بازیافت سرد، روش استخراج بخار هیدروکربنی (vapex) است. مهمترین مکانیزم روش vapex نفوذ حلال به داخل نفت و در پی آن کاهش گرانروی و ریزش ثقلی می باشد. هدف این تحقیق مدلسازی نیمه تحلیلی و عددی روش فوق و بررسی پارامترهای موثر در بازدهی فرآیند vapex است. روش نیمه تحلیلی بر اساس رشد محفظه ی حلال در شرایط ناپایدار و در فشار و دمای ثابت می باشد. در اجرای این روش، فصل مشترک نفت-حلال به قسمت های مساوی تقسیم شد و نرخ تولید در هر بازه ی زمانی محاسبه گشت. روش عددی بر اساس شبیه سازی جزئی در فرآیند vapex است که بر این اساس نرخ تولید بر حسب ضرایب نفوذ و پراکندگی متفاوت قابل محاسبه هستند. نتایج دو مدل با نتایج کارهای آزمایشگاهی و مدل های دیگر مقایسه شد. پس از آن، مدل توصیف شده برای تخمین نفت تولیدی در یکی از شرایط مخازن نفت سنگین ایران به کار رفت و به منظور بررسی تاثیر پارامترهای متفاوت چندین آنالیز در نوع حلال، تراوایی مخزن، گرانروی اولیه ی نفت سنگین، ارتفاع مخزن و ضریب نفوذ بر تولید انجام گرفت. در نهایت مشخص شد که میزان نرخ پایدار تولیدی نفت تابعی از ارتفاع بستر با توان 6847/0 است و همچنین طرح مناسبی برای تزریق حلال پیشنهاد شد به طوری که در ابتدا حلال با نرخ زیاد تزریق گردد و در ادامه نرخ تزریق کاهش یابد تا از مقدار حلال مصرفی کاسته شود وجنبه ی اقتصادی فرآیند حفظ گردد.

تقاضای روزافزون جهانی برای نفت و کاهش منابع نفت سبک، توجه زیادی را به منابع نفت سنگین جلب کرده است. رانش گاز محلول یکی از کم هزینه ترین روش های تولید نفت سنگین است. هدف این تحقیق مدل سازی رشد حباب طی فرآیند رانش گاز محلول و سپس ارائه یک مدل دینامیکی برای شبیه سازی فرآیند رانش گاز محلول است. رشد حباب، یکی از مهمترین مراحل در فرآیند رانش گاز محلول است. در این مطالعه، یک مدل عددی بر پایه یک رابطه خطی از کاهش فشار با زمان در یک دامنه محدود برای رشد نفوذی حباب ارائه شده است که هم نیرو های هیدرودینامیکی و هم نیرو های نفوذی را در بر می گیرد. در مدل رشد حباب، هر دو نیروی هیدرودینامیکی و نفوذی در نظر گرفته شده است. برای این منظور از معادله ناویر – استوکس ومعادله بقای جرم در مختصات کروی به ترتیب برای رشد هیدرودینامیکی و رشد نفوذی استفاده شده است. از فرضیات به کار رفته در مدل می توان به تعادل مایع – گاز در سطح مشترک، هسته زایی آنی، استفاده از رابطه تعادلی هنری، کروی بودن حباب ها و شرط افت فشار ثابت و وابسته به زمان فشار فاز مایع اشاره کرد. برای خطی سازی معادلات از روش خطی سازی نیوتون استفاده شده است. عمده ترین تفاوت این مدل با سایر مدل ها این است که در این مدل، رفتار گاز بر اساس رفتار حقیقی گاز ها در نظر گرفته شده است. به منظور بررسی اعتبار مدل، نتایج مدل با اطلاعات آزمایشگاهی پولادی – درویش و فیروز آبادی و همچنین مدل اسکرایون مقایسه شده است. مقایسه نشان می دهد که مدل پیشنهادی سازگاری خوبی با اطلاعات آزمایشگاهی دارد. در گام بعدی، اثر پارامتر های مختلف مثل ویسکوزیته، ضریب نفوذ، تنش سطحی، اندازه اولیه ریز حباب ها و نرخ تخلیه بر پدیده رشد حباب مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که در زمان های اولیه، اثر نیرو های هیدرودینامیکی مهمتر از نیرو های نفوذی است. همچنین نتایج حاصل از رشد حباب نشان دادکه هسته زایی می تواند قبل از رسیدن فشار به فشار نقطه مینیمم روی منحنی p-v ، اتفاق بیفتد و حتی پس از هسته زایی، کاهش فشار مخزن ادامه می یابد. برای مدل سازی دینامیکی فرآیند رانش گاز محلول، یک مدل دینامیکی پیشنهاد شده است. در مدل های به کار رفته برای توزیع ریز حباب ها سه پارامتر تنظیم پذیر وجود دارد که بر اساس نتایج آزمایش های تخلیه تنظیم می شوند. همه پارامتر های تنظیمی مدل دارای معنای فیزیکی هستند و تنها به ویژگی های سنگ – سیال سیستم وابسته اند و مستقل از شرایط آزمایشگاهی مثل نرخ تخلیه هستند. برای انتقال جرم از فاز گاز پراکنده به فاز گاز پیوسته، یک معادله مرتبه اول که به اشباع گاز وابسته است، استفاده شده است. برای در نظر گرفتن اثرات نیرو های ویسکوز روی حرکت گاز، توابع تراوایی نسبی استفاده شده اند که فقط به اشباع گاز وابسته نیستند، بلکه به ویسکوزیته و سرعت نقطه ای فاز نفت نیز وابسته اند. مدل دینامیکی پیشنهادی برای سه مجموعه مختلف از آزمایش ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که میزان خطای متوسط مدل پیشنهادی برای مدل های نمایی و توانی از توزیع ریز حباب های اولیه موجود با نتایج آزمایشگاهی به ترتیب 6 % و 5/4 % است. همچنین نتایج نشان می دهد که توافق خوبی بین نتایج حاصل از مدل و نتایج آزمایشگاهی وجود دارد.

در این مجموعه به عنوان گزارش رساله دکتری به اهداف و دستاوردهای حاصل از پژوهش های انجام شده در زمینه شبیه سازی شبکه حفره در محیطهای متخلخل پرداخته میشود. شبیه سازی شبکه حفره به منظور پیش بینی رفتار محیط متخلخل (غشا و جاذب) در برابر نفوذ تک جزئی (در غشای کربنی) و نفوذ چند جزئی همراه با یک واکنش غیر کاتالیستی با تولید محصول جامد (واکنش so2 با جاذب cuo/al2o3) انجام شده است. در بخش تجربی واکنش so2 با اکسید مس بر پایه آلومینا به عنوان واکنش غیر کاتالیستی گاز- جامد مد نظر قرار گرفت. به این منظور جاذب های اکسید مس بر پایه آلومینا به روش سل- ژل با استفاده از الگوی یولداس اصلاح شده تولید شد. جاذب ها در 5 غلظت مختلف از اکسید مس (8 تا 17 درصد وزنی) تهیه شدند. جاذب های تهیه شده، سپس توسط آزمونهای مختلف جذب- دفع نیتروژن، icp و تست های راکتوری مورد بررسی قرار گرفتند. آزمونهای جذب- دفع نیتروژن نشان می دهد که جاذب ها از سطح بیشتری نسبت به پژوهشهای دیگر برخوردارند. همچنین نتایج آزمون icp نشان داد که غلظت جاذب ها تقریباً با مقدار پیش بینی شده اولیه برابر است. به منظور انجام تست های راکتوری، یک راکتور بستر ثابت آزمایشگاهی با قابلیت اندازه گیری سرعت جریان گازهای ورودی و غلظت گازهای خروجی طراحی و ساخته شد. منحنی های رخنه حاصل از آزمون راکتوری در دماهای مختلف نشان دهنده ظرفیت مناسب جاذب ها برای جذب شیمایی so2 در دمای دودکش های صنعتی بود. هرچند که جاذب cu-14 با 14 درصد وزنی cuo دارای بیشترین مقدار جذب در دمای °c 450 می باشد. سپس شبیه سازی شبکه حفره سه بعدی برای تراوش و یا واکنش غیر کاتالیستی ارائه شد. شبکه ایجاد شده شامل حفره های منظم و غیر متداخل (غیر همپوشان) در سه بعد با حداکثر تعداد همسایگی برابر 6 می باشد. قطر حفره ها توسط تابع توزیع احتمال از توزیع اندازه حفره های رایلی استخراج می شود. همچنین به منظور بررسی اثر تعداد همسایگی کمتر از 6، امکان انسداد حفره ها وجود دارد. از آنجا که شبکه به صورت تصادفی ایجاد شده است، محاسبات توسط روش مونت کارلو میانگین گیری شد. شبیه سازی شبکه حفره برای نفوذ تک جزئی در غشاها توسط مدل های نودسن (بدون در نظر گرفتن پتانسیل سطح) و نوسانگر (با در نظر گرفتن پتانسل لنارد-جونز برای تراکنش گاز- جامد) به طور مجزا انجام شده است. مقایسه نتایج انتخاب پذیری شبیه سازی شده گازهای he ،h2 ، n2، ch4، co2 و cf4 با نتایج تجربی نشان دهنده آنست که مدل نوسانگر برای غشاهای با حفرهای ریزتر (ra = 2.74 nm)، تطابق بهتری با داده های تجربی ایجاد می کند در حالی که برای غشای با حفر های بزرگتر (ra = 6.95 nm)، هر دو مدل خطاهای تقریباً یکسانی را بوجود می آورند. سپس مدل شبکه حفره به سیستمهای دارای واکنش غیر کاتالیستی گاز- جامد با محصول جامد تعمیم داده شد. به این منظور ابتدا مدلی برای واکنش و انسداد در یک حفره تهیه شد. سپس این مدل در شبکه ای با اندازه حفره های متفاوت و غلظت اولیه صفر مورد استفاده قرار گرفت. به این ترتیب، در زمان صفر، واکنش دهنده گازی از سطح شبکه شروع به نفوذ به درون شبکه کرده و همزمان واکنش نیز در حفره ها انجام می شود. حفره ها با توجه به تقدم و تأخر مکانی نسبت به سطح شبکه در واکنش شرکت کرده و چنانچه محصول تولید شده حجم خالی حفره را پر کند، حفره مسدود شده و انتقال ماده از آن میسر نیست. به این ترتیب در این پژوهش، امکان کاهش عدد همسایگی حفره نیز بررسی شده است. از آنجا که اطلاعات سینتیکی را نمی توان از منحنی های رخنه در بستر ثابت استخراج نمود، لذا از داده های وزن سنجی حرارتی موجود در مراجع به این منظور استفاده شد. به این ترتیب اطلاعات وزن سنجی جذب so2 در جاذب های اکسید مس بر پایه آلومینا با مقادیر مختلف از اکسید مس در دماهای مختلف، از یک روش ساده و جدید، مورد ارزیابی قرار گرفت. از مدل پیوسته حفره های تصادفی به این منظور استفاده شد. اطلاعات بدست آمده شامل ثابت واکنش و نفوذ پذیری در لایه محصولات می باشد. از ویژگی های روش استفاده شده یک مرحله ای بودن و بدون نیاز به حدس و خطا در یافتن پاسخ مسئله دو پارامتری است. همچنین به منظور بررسی های بعدی، ضریب نفوذ موثر درون جاذب ها نیز به منظور کاهش خطای مدل با داده های تجربی تنظیم شد. پس از آن، با استفاده از داده های سینتیکی و ضریب نفوذ لایه محصولات، مدل شبکه حفره شبیه سازی شده و نتایج آن با ماژول تیله استخراج شده از داده های تجربی وزن سنجی (مدل حفره های تصادفی) مقایسه شد. نتایج نشان دهنده آن است که با گذشت زمان و انسداد بیشتر حفره ها انحراف مدل از داده های تجربی بیشتر می شود. سپس با درونیابی و برونیابی اطلاعات سینتیکی بدست آمده از روش فوق الذکر برای جاذب های ساخته شده در این پژوهش، منحنی های رخنه توسط روش تلفیقی شبیه سازی شدند. نتایج نشان دهنده دقت استفاده از روش شبکه حفره در شبیه سازی نفوذ و واکنش در بسترهای ثابت هستند.

نرمال پارافین محدوده 10 تا 14 کربن در فرایندهای مختلف از جمله تولید پلاستیک ، رنگ و عمدتاً در تولید آلکیل بنزن خطی به عنوان ماده اولیه تولید شوینده های تجدیدپذیر به کار می رود. در این پایان نامه، تعادل و سینتیک جذب نرمال پارافین ها با محدوده 10 تا 14 کربن در فشار 25 بار و دمای 180 درجه سانتی گراد توسط غربال مولکولی a5 مورد مطالعه قرار گرفت. جهت این پژوهش سامانه ای آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد. نتایج آزمایشگاهی تعادل جذب تطابق مناسبی با هم دمای لانگمویر داشت بنابراین این مدل به عنوان مدل تعادلی جذب انتخاب گردید. براین اساس ظرفیت جذب نرمال پارافین ها در دمای 180 درجه سانتی گراد 158/0گرم نرمال پارافین به گرم غربال مولکولی به دست آمد. همچنین اثر پارامتر های عملیاتی بر روی منحنی رخنه مورد مطالعه قرار گرفت. با استفاده از این نتایج ثابت سینتیک جذب نرمال پارافین ها به دست آمد. در این پژوهش مدل دینامیک جامع مربوط به فرایند جذب سطحی در یک بستر متحرک شبیه سازی شده ارائه گردیده است. در این مدل با توجه به بزرگی عدد پکلت، از پراکندگی محوری صرف نظر گردید. این مدل به صورت موردی جهت شبیه سازی واحد جداسازی پارازایلن از سایر آروماتیک های 8 کربنه، با تکنولوژی پارکس و همچنین واحد مولکس به کار گرفته شد. نتایج حاصل از مدل سازی واحد پارکس با کار های مشابه موجود مقایسه گردید که تطابق خوبی را نشان می داد. به کمک این مدل تاثیر پارامتر های موثر بر خلوص و بازیابی پارازایلن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد بهترین گام زمانی شیر چرخان برای داشتن بیشترین خلوص و بازیابی به صورت هم زمان بین 1/1 تا 15/1 دقیقه می باشد. مقایسه این مدل با کارهای مشابه گزارش شده نشان می دهد زمان اجرای برنامه به شکل محسوسی کاهش یافته است.

آسفالتین یکی از اجزای سنگین موجود در نفت است که تحت شرایطی از جمله تغییر دما، فشار وترکیب درصد اجزای تشکیل دهنده نفت رسوب می کند . این رسوب می تواند در سنگ مخزن، خط لوله و سایر تجهیزات فرآیندی ایجاد و سبب بروز مشکلاتی چون کاهش نفوذپذیری و تغییر قابلیت ترشوندگی در سنگ مخزن شود و در نهایت بر روی تولید نفت و بازده اقتصادی مخزن تأثیر گذارد. همه روش های پاکسازی پیشنهاد شده گران قیمتند و کاملا موثر نیستند. بنابراین جلوگیری از تشکیل رسوب، سودمندترین روش برای مقابله با این مشکل است. مشخص شدن مکانیسم های نشست آسفالتین و تعیین پارامترهای آن، برای انتخاب یک روش جلوگیری از تشکیل رسوب مناسب، ضروری است . در پروژه انجام شده، مطالعه و مدل سازی نشست آسفالتین در محیط متخلخل انجام شد و اثرات آن مورد بررسی قرار گرفت. به منظور مدل سازی میزان نشست آسفالتین در محیط متخلخل، در ابتدا از یکی از مدل های ترمودینامیکی موجود استفاده شد و در دما و ترکیب درصد ثابت، میزان آسفالتین تعادلی در فاز رسوب، به صورت تابعی از فشار محاسبه گردید. پس از آن دستگاه معادلات موازنه جرم نفت و آسفالتین، معادله دارسی و مدل نشست آسفالتین در محیط متخلخل با استفاده از روش های عددی حل شد. سپس با استفاده از روش های بهینه سازی ، از اطلاعات تجربی موجود جهت تنظیم پارامتر های معادلات استفاده شد. نتایج نشان می دهد که از میان مکانیسم های نشست در محیط متخلخل، نشست سطحی از حساسیت بیشتری برخوردار است و مانند دو مکانیسم همراه بردگی و انسداد گلوگاهی، پیش شرط خاصی برای وقوع آن نیاز نیست. برای نمونه نفت ایرانی، بعد از تزریق حدود 3 برابر حجم حفرات اولیه تراوایی تا حدود کمتر از 7/0 مقدار اولیه کاهش پیدا کرد. همچنین مکانیسم غالب برای نشست آسفالتین در این آزمایش نشست سطحی بود. مطابق آنالیز حساسیت با تغییر ضریب نشست سطحی از 0001/0 به 001/0 نسبت تراوایی به تراوایی اولیه از حدود 9/0 به حدود 4/0 رسید. همچنین نشست آسفالتین با تغییر ترشوندگی محیط به نفت دوست باعث کاهش تراوایی شد.