لوله های انتقال نفت و گاز ممکن است در اثر رسوب واکس مسدود شوند و دستگاههای عملیاتی اغلب با کاهش بازده و یا از کارافتادگی در اثر تشکیل و رسوب واکس مواجه شوند. دمای تشکیل واکس، دمایی است که اولین ذرات هیدروکربنهای جامد تشکیل می شود که عموما در آزمایشگاه اندازه گیری می شود. روش های متفاوتی برای پیش بینی این دما تحت قالب دو نوع مدل ترمودینامیکی متفاوت ارائه شده است. در یکی از این مدل ها فرض می شود که فاز واکس رسوب شونده، یک محلول جامد می باشد و در دیگر مدل فرض می شود که فاز واکس از چند جامد مجزا و خالص تشکیل شده است. در مدل محلول جامد معمولا از یک معادله حالت برای تعادل بخار- مایع استفاده می شود و یک مدل ضریب فعالیت برای بررسی تعادل جامد- مایع به کار برده می شود. در مدل چند جامدی چون فاز جامد بصورت خالص در نظر گرفته می شود احتیاجی به مدل ضریب فعالیت برای توصیف فاز جامد نمی باشد. تنها از یک معادله حالت برای بررسی تعادل بخار-مایع استفاده می شود و فوگاسیته جامد از طریق معادله حالت محاسبه می شود. در این پژوهش مدل چند جامدی با استفاده از مدل نیکیتا و همکارانش برای پیش بینی دما و مقدار واکس رسوب داده، استفاده شده است. برای به دست آوردن ترم تصحیح پوینتینگ در فشارهای بالا نیز از مطالعه غنایی و همکارانش استفاده شد. برای تفکیک جز سنگین اضافی نیز از یک روش ابداعی بر پایه روش کتز استفاده شد. برای به دست آوردن خواص بحرانی، ضرایب بی مرکزیت و خواص نقطه ذوب از روابط ریاضی- السحاف، ون و غنایی استفاده شد همچنین جهت محاسبه فوگاسیته اجزای خالص و مخلوط نیز از معادله حالت پنگ- رابینسون بهبود یافته فیضی و همکارانش استفاده شد.نتایج حاصل از شبیه سازی ابتدا برای اعتبار سنجی مدل حاضر با سیستم هایی که قبلا مورد مطالعه قرار گرفته بودند مقایسه شد. سپس میزان تشکیل واکس در دماهای مختلف برای مخلوط گاز طبیعی واحد متان زدای ردیف اول پالایشگاه سوم شرکت مجتمع گاز پارس جنوبی توسط مدل حاضر پیش بینی شد.

نیاز روز افزون بشر به انرژی و کاهش سوخت های فسیلی سبب شده است که بیودیزل به عنوان جایگزینی برای سوخت های فسیلی، جایگاه ویژه ای پیدا کند. در این تحقیق با بیان روشها و فرایندهای تولید، انواع کاتالیزور، اطلاعات سینتیکی و تعادلی واکنش که در این زمینه به کار می روند و نیز گزینش بهترین ها به شبیه سازی تولید بیودیزل در برج تقطیر واکنشی به وسیله aspen plus v7.1 پرداخته شده است. از تری گلیسیریدها تری اولئین به عنوان خوراک ورودی در نظر گرفته شده است. از داده های موجود در مقالات برای بررسی صحت شبیه سازی استفاده شد. پس از تایید صحت شبیه سازی به بررسی تاثیر پارامترهای زمان ماند، تعداد سینی واکنشی و محل ورود تری گلیسیرید برای 2 نسبت مولی 4 و 5/4 متانول به تری اولئین پرداخته شده است. در ادامه یک حالت مبنا برای نسبت مولی 5 متانول به تری اولئین در نظر گرفته شده و با تغییر پارامترهای فشار، محل ورود متانول، محل ورود تری اولئین، نسبت جریان برگشتی، تعداد سینی واکنشی و زمان ماند درصد بیودیزل خروجی از پایین برج با حالت مبنا مقایسه شده است.

در این کار، دو مدل جدید برای پیش بینی شرایط تعادلی تشکیل هیدرات های نیمه کلاتریت ارائه شده است. مدل اول بر اساس مدل آنتالپی تشکیل هیدرات پیرون ارائه شده است. برای این هدف، رابطه جدیدی برای پیش بینی آنتالپی تشکیل هیدرات نیمه کلاتریت ارائه شده است. از قدرت یونی و فشار به عنوان پارامترهای ورودی استفاده شده است.با استفاده از این مدل شرایط تعادلی تشکیل هیدرات نیمه کلاتریت متان، دی اکسید کربن و نیتروژن در حضور تترابوتیل آمونیوم برماید، متان و دی اکسید کربن در حضور تترابوتیل آمونیوم کلراید و دی اکسید کربن در حضور تترابوتیل آمونیوم فلوراید پیش بینی شده است. مدل دوم بر اساس مدل وندروالس-پلاتیو ارائه شده است. این مدل برای پیش بینی شرایط تعادلی تشکیل هیدرات نیمه کلاتریت گاز های خالص متان، دی اکسید کربن، نیتروژن و هیدروژن سولفید در حضور تترابوتیل آمونیوم برماید و مخلوط گازی دی اکسید کربن ونیتروژن در حضور تترابوتیل آمونیوم برماید به کار گرفته شده است. در هر دو مدل جدید از معادله حالت pr و مدل اکتیویته پیتزر و مایورگا به ترتیب برای محاسبه فوگاسیته و ضریب اکتویته نمک های تترابوتیل آمونیوم استفاده شده است. نتایج حاصل از این مدلها با داده های آزمایشگاهی تطابق قابل قبولی با یکدیگر دارند.

به منظور ارتقای پارامترهای کلیدی واحد تبدیل کاتالیستی پالایشگاه شیراز ( افزایش عدد اکتان محصول این واحد، بالا بردن بازده فرایند، افزایش هیدروژن تولیدی و بالا بردن خلوص هیدروژن تولیدی )، در این پایان نامه یک طرح جدید برای راکتورهای واحد تبدیل پالایشگاه شیراز ارائه شد. با بررسی های انجام شده بر روی فرایند احیای متناوب مشخص گردید که این فرایند،دارای نقاط ضعف های بزرگی است. به دلیل فشار بالای سیستم، که این فشار به منظور جلوگیری از تشکیل زیاد کک اعمال می شود، عدد اکتان در طی فرایند مقدار مطلوبی را نخواهد داشت و حتی در کمتر از 250 روز به زیر 95 کاهش پیدا می کند و از حداقل عدد اکتان بنزین سوپر در استانداردهای بین المللی نیز کمتر است. از طرفی به دلیل اینکه سیستم احیای متناوب مستلزم فرایند در فشار بالا می باشد، در جهت جبران فعالیت کاتالیست مجبور به بالا بردن متوسط وزنی دمای ورودی راکتورها در سیستم می باشد که این امر موجب کاهش زیاد بازده، در طی دوره می گردید. در روش احیای متناوب تا زمانیکه کاتالیست از نظر اقتصادی بازدهی و کارائی لازم را دارد مورد استفاده قرار می گیرد و در صورت عدم بازدهی، واحد به مدت 1 ماه بسته شده و بوسیله احیا و جوان سازی، فعالیت و شرایط کاتالیست را بحالت اول بر می گردانند و مجدداً واحد مورد استفاده قرار می گیرد. اما در طی مدتی که واحد از سرویس خارج می باشد و کاتالیست در حال احیا است از لحاظ اقتصادی به پالایشگاه به سبب از سرویس خارج بودن فرایند، لطمه وارد می شود.بدلیل همین مشکلات که بطور کلی ناشی از عملیات در فشار بالا و دمای بالا بود، در فرایند تبدیل کاتالیستی با احیای متناوب، علاوه بر کاهش عدد اکتان و بازده فرایند، با کاهش مقدار هیدروژن تولیدی و پایین بودن در صد خلوص آن نیز روبرو می شوند. با اضافه نمودن راکتور چهارم به فرایند تبدیل کاتالیستی پالایشگاه شیراز، اثر تغییر روش احیای فرایند از احیای متناوب به احیای نوبتی راکتور ها بررسی گردید. نتایج بدست آمده نشان دهنده افزایش ترکیبات آروماتیک و هیدروژن تولیدی در محصول خروجی از راکتور ها می باشد و به سبب تسهیلاتی که در فرایند احیای نوبتی وجود دارد خلوص هیدروژن تولیدی و بازده فرایند نیز افزایش پیدا خواهد کرد.

در این تحقیق، بررسی آزمایشگاهی شرایط تشکیل ساختار h هیدرات ترکیبات ایزوآمیل الکل و 3،2-دیمتیل-2-بوتن به همراه گاز کمکی متان به ترتیب در محدوده های فشاری 4/2 تا 3/8 و 8/2 تا 4/7 مگا پاسکال مورد اندازه گیری قرار گرفت. نتایج بدست آمده از این آزمایش ها، با داده های تعادلی سایر محققین مقایسه شد که تطابق خوبی میان آنها مشاهده شد. بر طبق نتایج بدست آمده از این آزمایش، هیدرات تشکیل دهنده ایزوآمیل الکل در محدوده فشاری پایین، مانند یک تسریع کننده ترمودینامیکی عمل کرده است در حالی که در فشارهای بالا، این تسریع کنندگی مشاهده نمی شود. همچنین داده آزمایشگاهی مربوط به ساختار h، 3،2-دیمتیل-2-بوتن در تمام محدوده فشاری مورد آزمایش، نسبت به هیدرات متان در حضور آب خالص دارای تسریع کنندگی ترمودینامیکی بوده است. علاوه براین، در این تحقیق پیش بینی شرایط تشکیل هیدرات ساختار h در حضور گاز کمکی متان با استفاده از سه مدل ترمودینامیکی انجام شد. مدل اول که توسط مهتا و اسلون و بر اساس روش واندروالس-پلاتیو (مدل اکتیویته) در سال 1996 ارائه شده بود، در این تحقیق به وسیله قانون اختلاط وانگ سندلر مورد بررسی قرار گرفت. مدل دوم با در نظر گرفتن فرایند تشکیل هیدرات به صورت دو مرحله، توسط چن و همکاران در سال 2003 انجام شد و سومین مدل که توسط کلاودا و سندلر در سال 2000 برای ساختارهای i و ii هیدرات کلاتریت ارائه شده بود (مدل فوگاسیته)، که در این کار برای هیدرات متان ساختار h مورد استفاده قرار گرفت و هر سه مدل از نتایج قابل قبولی برخوردار بود. همچنین برای هیدرات ساختار h به همراه گاز کمکی نیتروژن و زنون، مدل چن و همکاران نتایج بهتری را نسبت به مدل مهتا و اسلون داشته است.

تلاش های فراوانی جهت توسعه سوخت¬های جایگزین برای تولید انرژی فعلی و نیازهای محیط زیست صورت گرفته است. یکی از سوخت¬¬های جایگزین تجدید پذیر که دارای پتانسیل بالایی می¬باشد، بیو دیزل نام دارد. در حال حاضر، تولید بیودیزل با استفاده از روش تبادل استری کاتالیست قلیایی روغن¬ و متانول، بطور گسترده¬ای در سراسر جهان مورد استفاده قرار می¬گیرد. در تحقیقات گذشته، مدل های سینتیکی تبادل استری ارائه شده تنها برای یک شدت اختلاط معین بکار گرفته شده¬اند. در بسیاری از این مدلها، محیط واکنش شبه همگن فرض شده است در حالیکه محیط واکنش شامل دو فاز با امتزاج نسبی می¬باشد. در این تحقیق، با در نظر گرفتن واقعیت¬های حاکم بر سیستم، یک مدل جدید ارائه می¬شود که قادر است بخوبی رفتار فرایند تولید بیودیزل را پیش بینی کند. در این مدل، دو فاز موجود )روغن و الکل) در شدت اختلاط بالا در تعادل ترمودینامیکی در¬ نظر گرفته می¬شوند. مدل پیشنهادی شامل دو ناحیه می¬باشد، ناحیه ای که در آن واکنش به تنهایی در فاز روغن انجام شده و به دنبال آن ناحیه ی شبه همگن که واکنش در هر دو فاز انجام می شود. هرچند، مدل پیشنهادی این دو ناحیه را در یک مدل به یکدیگر مرتبط می سازد. همچنین داده های آزمایشگاهی تبادل استری سه روغن متفاوت، در شرایط مختلفی از دما (60-10درجه سانتیگراد)، غلظت کاتالیست (1-1/. درصد وزنی) و نسبت مولی الکل به روغن (7-5) از منابع معتبر علمی جمع آوری شده¬اند. داده های تعادلی برای دو فاز الکل و روغن، با استفاده از معادلات unifac محاسبه می¬شوند. نتایج بدست آمده نشان دهنده تطابق زیاد بین داده های آزمایشگاهی و نتایج مدل پیشنهادی است.

در سالهای اخیر، طی افزایش جهانی فرآیند تولید بیودیزل، مقدار فراوانی گلیسرول تحت عنوان محصول جانبی، تولید می شود. به عنوان یک ایده جدید و مناسب، از این گلیسرول می توان ماده شیمیایی با ارزشی نظیر متانول تولید کرد که در تولید مجدد بیودیزل استفاده می شود. در این پایان نامه یک روش جدید برای تولید متانول از گلیسرول ارائه شده است. در میان روشهای مختلف، گازی کردن گلیسرول در حضور آب فوق بحرانی جهت تولید گاز سنتز روش نوینی می باشد که می توان با بهینه سازی شرایط فرآیند، به بهترین ترکیب گاز سنتز مورد نیاز برای تولید متانول دست یافت. گاز سنتز خروجی از واحد گازی کردن گلیسرول نیز جهت آبگیری و مهیا شدن شرایط فرآیندی مورد نیاز راکتور سنتز متانول از تجهیزاتی نظیر منبسط کننده، جداکننده گاز – مایع، کمپرسور و مبدل حرارتی عبور کرده و شرایط لازم جهت ورود به راکتور سنتز متانول را دارا می گردد. در نهایت این گاز با ورود به راکتور سنتز متانول و انجام واکنش هایی به متانول تبدیل می گردد. از مزیت های این فرآیند می توان به میزان تولید مناسب متانول در مقایسه با فرآیند های متداول دیگر اشاره کرد. همچنین درصد تبدیل گلیسرول به متانول طی فرآیندهای صورت گرفته بررسی گردیده است. با توجه به میزان متانول تولیدی و گلیسرول مورد استفاده در این فرآیند، می توان بیان کرد که 38/86 % از گلیسرول مورد استفاده به متانول تبدیل می گردد.

علاوه بر آن با استفاده از یک مدل ترمودینامیکی شرایط تعادلی تشکیل هیدرات در حضور مخلوط این دو مایع یونی پیش¬بینی شد. برای این منظور تئوری واندروالس-پلاتیو برای توصیف پتانسیل شیمیایی فاز هیدرات، معادله¬ حالت پنگ-رابینسون برای محاسبه¬ی فوگاسیته¬ی گاز متان در فاز بخار و مدل اکتیویته¬ی nrtl برای محاسبه‏ی اکتیویته‏ی آب در فاز مایع مورد استفاده قرار گرفت. نتایج با داده‏های آزمایشگاهی به دست آمده مقایسه شد و مشاهده شد مطابقت خوبی بین داده‏های پیش بینی شده توسط این مدل با داده‏های آزمایشگاهی وجود دارد. همچنین نتایج به دست آمده نشان داد که در غلظت ثابت، مخلوط دو مایع یونی، اثر بازدارندگی را نسبت به هر یک از مایعات یونی افزایش ‏می‏دهد. علاوه بر آن توانایی سه مدل اکتیویته¬ برای پیش بینی شرایط تشکیل هیدرات در حضور مایعات یونی مختلف با یکدیگر مقایسه شد. مطابقت خوبی بین داده‏های آزمایشگاهی و نقاط به دست آمده توسط این سه مدل مشاهده شد که این بیانگر توانایی هر سه مدل uniquac، nrtl و unifac در پیش بینی شرایط تعادلی تشکیل هیدرات در حضور مایعات یونی است. این مقایسه نشان داد که مدل uniquac خطای کمتری نسبت به دیگر مدل‏های مورد بررسی داشته است.

به علت کاهش منابع سوخت های فسیلی و افزایش آلودگی ناشی از این منابع، نیاز بشر به سوختی تجدیدپذیر با آلودگی کمتر افزایش پیدا کرده است. بیودیزل یک سوخت جایگزین می باشد که از روغن های گیاهی و چربی های حیوانی حاصل می شود. بیودیزل با استفاده از روش تبادل استری و طی یک فرایند دوفازی تولید می گردد. فرایند تبادل استری از واکنش یک مولکول تری گلیسرید با سه مولکول الکل در حضور یک کاتالیزور حاصل می شود. دو فازی بودن فرایند، باعث سرعت پایین آن می شود.استفاده از کمک حلال، روشی مناسب برای افزایش حلالیت و سرعت تولید فرایند تولید بیودیزل می باشد. کمک حلال باعث افزایش حلالیت روغن در فاز الکل و بالعکس می شود، که در نتیجه آن فرایند با سرعت بالاتری در دو فاز پیش می رود.

بحران روزافزون گرمایش جهانی، در کنار کاهش منابع سوخت فسیلی، اتانول را به عنوان یک منبع انرژی شبه تجدید پذیر مطرح نموده است. به علاوه، اتانول کاربرد های گسترده ی در پزشکی و نیز تعداد زیادی از صنایع شیمیای دارد. این حقایق، اهمیت مطالعه ی فرآیندهای نوین تولید و استخراج اتانول که پتانسیل بالایی برای افزایش بازده ی تولید این محصول بیولوژیکی دارا می باشند را نشان می دهند. بدین منظور و در این پژوهش، سیستم های دو فازی آبی به عنوان فرآیندی نوین برای استخراجِ در حین تولید اتانول به عنوان راهکاری برای برطرف کردن مشکلات ناشی از اثر بازدارندگی محصول اتانول بر فعالیت میکروارگانیسم های تولید کننده آن، مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین ترتیب و با توجه به نیاز به داده های تعادلی مایع-مایع اجزاء تشکیل دهنده ی سیستم دو فازی آبی در کنار محصول (اتانول) و نیز خوراک قندی (گلوکز) فرآیند، در این پژوهش داده های تعادلی سیستم دو فازی آبی پنج جزئی پلی اتیلن گلایکول ???? + نمک سدیم سولفات + آب در حضور اتانول و گلوکز در دمای ?????? درجه ی کلوین با استفاده از روش های اسپکتروفوتومتری اندازه گیری شدند. سپس مدلسازی ترمودینامیکی داده های مذکور با استفاده از مدل ضریب اکتیویته ی nrtl بر حسب کسر جرمی با دقت قابل قبولی صورت پذیرفت. به دنبال آن، با مطالعه ی مدل های سینتیکی مختلف تولید اتانول، مدلی مناسب انتخاب شده و در کنار الگوریتم پیشنهاد شده در این پژوهش، به عنوان مدلسازی با دقت بالای تخمیر استخراجی اتانول ارایه گردیده است. به طور خلاصه، ترکیب مدل ترمودینامیکی تعادل اجزاء موجود در فرآیند تخمیر استخراجی اتانول با مدل سینتیکی مناسب، مدل پیشنهادی برای فرآیند تولید همراه با استخراجِ اتانول به کمک سیستم ّهای دوفازی آبی را به مدلی با دقت بالا برای پیش بینی تولید اتانول و نیز مورد استفاده در طراحی فرآیند های پیوسته تبدیل نموده است. در نهایت نیز تاثیر پارامترهای کلیدی سیستم ّهای دو فازی آبی در میزان تولید اتانول، در سیستم مورد مطالعه مورد بررسی قرار گرفتند.