دراین کار، ترکیبی از یک راکتور بستر ثابت با غشای نفوذ پذیر هیدروژن با یک راکتور دوغابی با غشاهای نفوذ پذیر هیدروژن و آب برای سنتز فیشر-تروپش پیشنهاد داده شده است. در راکتور اول که یک راکتور بستر ثابت با غشای نفوذپذیر هیدروژن می باشد, گاز سنتز بطور جزئی به هیدروکربنها تبدیل می شود. در راکتور دوم که یک راکتور دوغابی با دو غشای مختلف می باشد, از گرمای واکنش برای پیش گرم کردن خوراک در راکتور اول استفاده می شود. یک مدل تک بعدی ناهمگن برای راکتور اول و یک مدل با پراکندگی محوری برای هر دو فاز مایع و گاز برای راکتور دوم استفاده می شود. علاوه بر این ،بهینه یابی راکتور دوغابی-غشایی بوسیله الگوریتم ژنتیک بررسی شده است. مقایسه پروفایلهای تولید محصولات هیدروکربنی مطلوب در راکتورهای بستر-ثابت پژوهشگاه صنعت نفت، دوغابی- غشایی و دوغابی- غشایی بهینه شده بیانگر این است که عملکرد راکتور دوغابی غشایی, در شرایط بهینه شده بهتر عمل می کند و شدت تولید گازولین به مقدار قابل ملاحظه ای 24% نسبت به راکتور پژوهشگاه و 3% نسبت به راکتور دوغابی- غشایی بهینه نشده افزایش می یابد.

امروزه بسیاری میادین نفتی بصورت میادین ماهواره¬ای تولید می¬کنند¬؛ به این معنی که تولید از چندین چاه از طریق ادغام¬کننده¬های جریانی در خطوط لوله بلند زیر دریا که منتهی به تجهیزات دریافت¬کننده می¬شود انتقال داده می¬شوند¬. لختگی رایزر رژیم جریانی است که می-تواند در سیستم¬های خط لوله-رایزر چندفازی اتفاق افتد و با نوسانات فشار و جریانهای شدید مشخص می¬شود¬¬. کاهش اثرات نامطلوب لختگی می¬تواند مزایای اقتصادی بسیاری داشته باشد¬. اخیرا" روشهای کنترلی برای غلبه بر مشکلات جریان لخته در خط لوله-رایزرها پیشنهاد شده است¬. مزایای استفاده از یک سیستم کنترلی این است که می¬تواند روی تجهیزات تولید نفت و گاز موجود بدون نیاز به تجهیزات گران و بدون افت فشار اضافی تحمیلی به سیستم نصب شود¬. در این کار یک سیستم کنترلی پیش¬بینی¬کننده براساس مدل شبکه عصبی فرآیند برای مهار و فرونشانی لختگی رایزر بسط داده شده است¬. مقایسه نتایج این تحقیق با دیگران نشان می¬دهد که کنترلر پیش¬بینی¬کننده مدل عصبی پیشنهادشده بهبود زیادی در پیروی از نقطه مرجع بخصوص برای تغییر پله بالاتر در مقدار مرجع و رد اغتشاش دارد. برای شبیه¬سازی یک مورد صنعتی، خط لوله میدان نفتی دونبار به سکوی آلوین در نظر گرفته شده است¬. الگا برای شبیه¬سازی خط لوله دونبار در شدت جریانهای بالا و شدت جریانهای کم که لختگی شدید اتفاق می¬افتد بکار رفته است¬. سپس از نتایج الگا برای مدل-کردن فرآیند با استفاده از شبکه¬های عصبی استفاده شده است. شناسایی سیستم با شبکه-های عصبی نتایج خوبی را ارائه می¬دهد¬.

دراین مطالعه برج جذب مرکاپتان پالایشگاه فجرمورد بررسی قرار گرفته و فرآیند جذب در برج با کمک نرم افزار مطلب، مدل سازی ریاضی شده است. سپس با استفاده از ابزار ژنتیک الگوریتم موجود در نرم افزار مطلب پارامترهای عملیاتی فرآیند بهینه سازی گردیده و مقایسه ای بین مقادیر بهینه و مقادیر عملیاتی واحد انجام شده است. در این بررسی از روابط تجربی موجود برای سینی های غربالی جهت محاسبه قطر حباب گاز و نهایتا" محاسبه ضرائب انتقال جرم در فاز گاز استفاده گردیده و با نوشتن موازنه جرم بر روی هرسینی و استفاده از روش حدس وخطا، غلظت های خروجی هرسینی محاسبه می گردد. همچنین برای هر سینی موازنه انرژی جهت محاسبه دمای خروجی نوشته شده و در هر قسمت از برج که دارای 15عدد سینی میباشد، یک دستگاه معادلات دما با 15 مجهول به صورت همزمان توسط نرم افزار مطلب حل می شود. در برج سه واکنش شیمیایی سود با مرکاپتان، دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن رخ میدهد . طبق اثر پدیده salting out effect و نتایج آزمایشگاه جذب مرکاپتان در قسمت پیش شستشو صورت نگرفته و فقط در قسمت میانی جذب صورت می گیرد. همچنین در مدل محاسبه سرعت طغیان برج لحاظ گردیده و بهینه سازی پارامترهای عملیاتی صورت می گیرد. خروجی های برنامه به وسیله نمودارهای غلظت و دما در دوقسمت برج نشان داده شده است. نتایج نشان می دهد که سرعت گاز در برج از سرعت طغیان بالاتر بوده و افزایش دی اکسیدکربن و سولفید هیدروژن در ورودی قسمت تحتانی باعث ورود آن به میانی وافزایش spent می گردد. مقدار بهینه جریان گاز حدود یازده میلیون متر مکعب استاندارد در روز برآورد شده است.

هدف از پروژه حاضر ارائه یک مدل سینتیکی کامل است که شامل کلیه واکنش هائی محتمل در راکتورهای واحدهای هیدروکراکینگ باشد. برای این منظور از روش لامپ ناپیوسته برای پیش بینی بازده محصولات واکنش کراگینگ استفاده می شود. معادلات سینتیکی مربوط به کلیه واکنش ها به صورت واکنش های شبه درجه اول می باشند. تابع هدف مجموع مربعات انحراف میان نتایج موازنه جرم و انرژی حاصل از مدل و داده های صنعتی می باشد. به منظور مشخص نمودن پارامترهای سینتیکی و تخمین بازده، تابع هدف با استفاده از یکی از بهینه گرهای نرم افزار matlab کمینه شده است. این پارامترها تابع نوع کاتالیست، نوع خوراک، شرایط فرآیندی واحد و هندسه راکتور می باشند. مدل تهیه شده حاوی بسته نرم افزاری محاسبه خواص برش های نفتی می باشد که دقت بسیار بالائی در پیش بینی این خواص دارد. با استفاده از این مدل کامپیوتری تغییرات عدد اکتان برش نفتا تولیدی با دمای ورودی به راکتورها بررسی شده است.

در مخازن گاز میعانی به وسیله ی تخلیه ی مخزن، فشار به زیر فشار نقطه ی شبنم کاهش می یابد و میعانات گازی در مخزن تشکیل می شود. این قسمت سنگین گاز (میعانات) کاربرد های زیادی در صنعت و زندگی روزمره دارد. وقتی که میعانات گازی در مخزن تشکیل می شود، نه تنها این مایع ارزشمند از بین می رود بلکه تجمع آن منجر به تشکیل بانک میعانات در ناحیه ی اطراف چاه می شود. بنابراین پیدا کردن یک راه اقتصادی برای بازیافت میعانات از مخزن گاز میعانی امری ضروری است. در این مطالعه نرم افزار شبیه سازeclipse 300 جهت شبیه سازی ترکیبی مخزن گاز میعانی استفاده شده است و پدیده ی تزریق گاز و حلال برای از بین بردن تجمع میعانات بررسی شده است. معادله ی حالت پنگ رابینسون با استفاده از داده های آزمایشگاهی موجود توسط نرم افزار pvti تنظیم شده است. مخزن به صورت شعاعی شبیه سازی شده است و تزریق گازهای مختلف مانند co2، ch4 و n2 در دبی ها و زمان های تزریق مختلف مطالعه شد. همچنین تزریق حلالch3oh - co2 با co2 خالص مقایسه شد. بر اساس نتایج بدست آمده از مدل سازی تزریق گاز و حلال، از بین سه سیال تزریقی (co2، ch4، n2) بهترین نتیجه برای حذف میعانات تجمع یافته در اطراف چاه مربوط بهco2 می باشد و با اضافه کردن ch3oh به co2تأثیرش نسبت به co2 خالص افزایش می یابد.

رامنولیپیدها که توسط باکتریها ی بیماریزای انسانی فرصت طلب (سودوموناس ارژینوزا) تولید می شوند، به علت قابلیت استفاده در صنایع مختلف از جمله داروسازی، کشاورزی، صنایع غذایی، زیست پالایی و نفت، به عنوان نسل بعدی سورفکتانت های تجاری مطرح می باشند. تجاری سازی و تولید صنعتی این محصولات با ارزش، نیازمند توسعه و بهینه سازی در زمینه های مختلف از قبیل مهندسی متابولیک، طراحی محیط کشت، استراتژی های عملیاتی متعدد، و خالص سازی محصولات می باشد. تحقیق حاضر در دو بخش اصلی آزمایشگاهی (بیوتکنولوژی مولکولی و دست ورزی ژنتیکی) و شبیه سازی رایانه ای (زیست شناسی سامانه ای و طراحی سویه ی in silico) صورت گرفت. در بخش نخست این تحقیق، ژن های rhlab (ژنهای مربوط به تولید رامنولیپید) از سویه ای از سودوموناس ارژینوزا (atcc 9027) که تولید کننده ی مونو رامنولیپیدها می باشد جدا شد و در سویه ای از سودوموناس پوتیدا (kt2440) به عنوان میزبانی غیر بیماریزا و مناسب وارد گردید. سپس قابلیت سویه نوترکیب مذکور در محیط های کشت مختلف بررسی شد. به عنوان پیش نیاز طراحی محیط کشت بهینه، مجموعه ای از 32 آزمایش در دو مرحله صورت پذیرفت تا تعدادی از مواد مغذی جهت تولید رامنولیپیدها توسط سویه نوترکیب حاصل مورد ارزیابی قرار گیرند. در مرحله ی ابتدایی آزمایشهای غربالگری، از روش فاکتوریل جزئی دو سطحی جهت ارزیابی اثر 8 ماده مغذی (شامل منابع مختلف کربن، نیتروژن و فسفر) بهره گرفته شد و در مرحله دوم، روش فاکتوریل کلی جهت مطالعه 4 ماده مغذی انتخاب شده از مرحله نخست مورد استفاده قرار گرفت. بر اساس روش دو مرحله ای اعمال شده، گلیسیرول، عصاره مخمر و پپتون تأثیرات مثبت معنی دار و قابل توجهی بر تولید رامنولیپید نوترکیب داشته در حالی که فاکتورهای متقابل عصاره مخمر/پپتون و گلیسیرول/عصاره مخمر/پپتون اثر منفی معنی داری بر پاسخ مورد نظر داشته اند. دامنه وسیع اختلافات مشاهده شده در میزان تولید رامنولیپید نوترکیب از صفر تا mg/l 570 در محیط های کشت مربوطه در طول آزمایشهای غربالگری، بیانگر اهمیت بهینه سازی ترکیب محیط کشت می باشد. به عنوان مرحله تکمیلی، سری آزمایشهای جدیدی بر اساس طراحی نسبت مواد مغذی در محیط کشت و همچنین بررسی اثر فاکتور عملیاتی زمان تزریق ماده محرک (iptg) به محیط کشت صورت پذیرفت. بر اساس نتایج بدست آمده مشخص شد که گلیسیرول در حضور مقدار کمی از مواد مغذی دیگر (عصاره مخمر و پپتون)، تأثیر قابل توجهی بر تولید رامنولیپید نوترکیب داشته است. بالاترین مقدار تولیدی در سری آزمایشهای تکمیلی، معادل mg/l 925 بود که حدوداً 62% بیشتر از بهترین نتیجه حاصل در آزمایشهای غربالگری است. با اینحال، با توجه به این نکته که دو پیش ماده اصلی تولید رامنولیپیدها (d-glucose-6-phasphate و haa) مستقیماً از متابولیسم مرکزی نشأت می گیرند، جهت افزایش میزان بهره دهی، نیازمند مهندسی متابولیک و دست ورزی ژنتیکی خواهیم بود. از اینرو، به عنوان بخش دوم تحقیق، امکان افزایش بهره تولید رامنولیپید نوترکیب بر اساس زیست شناسی سامانه ای (systems biology) و با استفاده از مدلهای بازسازی شده ژنوم-مقیاس مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل به خوبی نشان داد که بر خلاف سویه ی اصلی (سودوموناس ارژینوزا)، از نقطه نظر تئوری تولید رامنولیپید بصورت وابسته به رشد و با بازدهی نسبتاً بالا در سویه نوترکیب سودوموناس پوتیدا امکان پذیر می باشد. این واقعیت امکان تولید این دسته از سورفکتانت های ارزشمند را از طریق فرآیندهایی توسعه یافته تر و موثرتر فراهم خواهد آورد.

امروزه، کوره های فرآیند متداول تبدیل متان با بخار آب جهت تولید هیدروژن و گاز سنتز، حجم عظیمی گاز دی اکسیدکربن به جو وارد می کنند. حلقه ی شیمیایی احتراق (clc) یک تکنولوژی جدید احتراق سوخت های فسیلی است که در آن دی اکسید کربن ذخیره سازی می شود. در این رساله، امکان استفاده از حلقه ی شیمیایی احتراق برای تامین گرمای مورد نیاز فرآیندهای تبدیل متان با بخار آب و دی اکسیدکربن جهت حذف کوره بررسی گردیده است. برای این منظور، فرآیندهای کوپلینگ حرارتی متفاوتی طراحی و پیشنهاد شده است. مدل سازی این فرآیندها بر اساس موازنه های جرم و انرژی انجام شده و شبیه سازی این فرآیندهای مختلف با برنامه نویسی در محیط نرم افزار matlab انجام گرفته است. از اطلاعات یک تبدیل کننده متان با بخار آب در مقیاس صنعتی در پتروشیمی زاگرس منطقه ویژه اقتصادی پارس جنوبی استفاده گردیده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که فرآیند کوپلینگ حلقه ی شیمیایی احتراق و تبدیل متان با بخار آب و دی اکسید کربن می تواند مانع انتشار دی اکسید کربن به جو شده و آن را جهت تولید هیدروژن و گاز سنتز مصرف کند.

از آنجا که تولید آمونیاک از مهمترین فرآیندهای پتروشیمی می باشد، نگاه خود را به قلب این فرآیند شیمیایی، یعنی راکتور تولید آمونیاک معطوف نمودیم. در ابتدا یک راکتور بستر ثابت صنعتی تولید آمونیاک که توسط شرکت کِلاگ طراحی شده است را مدل و شبیه سازی نمودیم و سپس برای غلبه بر محدودیت های تعادلی واکنش گرمازا تولید آمونیاک یک راکتور دو مرحله ای پیشنهاد دادیم و از قوانین طراحی متداول در راکتورهای صنعتی مشابه همراه با روش بهینه سازی pso_de برای کسب بهترین شرایط عملیاتی راکتور استفاده نمودیم. برای بهینه کردن طراحی راکتور دومرحله ای متغیرهای تصمیم گیری: طول راکتورها، تعداد لوله ها در هر راکتور، قطر راکتور خنک شونده با گاز و دمای آب خنک کننده، را جهت بیشینه نمودن جزء مولی آمونیاک در جریان خروجی از راکتور برگزیدیم، همچنین اثر انواع الگوهای جریان بر روی کارایی راکتور دومرحله ای بررسی شد. یک مدل شبه -ناهمگن یک بُعدی را برای شبیه سازی پایای راکتور انتخاب کردیم و با استفاده از روش شوتینگ معادله مرزی را به یک معادله دیفرانسیل مقدار اولیه تبدیل کرده و معادلات حاکم بر سیستم را به صورت همزمان و توسط نرم افزار متلب حل نمودیم. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان دادند که راکتور طراحی شده تمامی محدودیت های طراحی را ارضاء می نماید، مضاف بر اینکه این نوع راکتور ظرفیت تولید آمونیاک را به میزان 574 تُن در روز نسبت به راکتور صنعتی ذکر شده در بالا، افزایش می داد.

آمونیاک محصول سنتز بین هیدروژن و نیتروژن بوده که توسط راکتورهایی با ساختارهای مختلف تولید می شود. یکی از ساختارهایی که دارای بیشترین حجم تولید سالیانه می باشد، ساختار افقی راکتور سنتز آمونیاک، معروف به کلاگ است. در ساختارهای صنعتی در هر گذر از راکتور میزان تولید آمونیاک %10 الی %20 بوده که برای افزایش این مقدار، تاکنون پتنت های مختلفی ارائه شده است. یکی از روش های افزایش تولید، تغییر در ساختار و چیدمان بسترها و مبدل های حرارتی است. در این تحقیق با انتخاب دو پتنت که شباهت بیشتری به راکتور کلاگ داشته و بیشترین بازده را در بین پتنت های پیشنهادی دارا می باشند، به بررسی تغییر در ساختار راکتور کلاگ به منظور افزایش تولید پرداخته شده است. با بررسی حالت پایای ساختار صنعتی راکتور کلاگ، مدلی یک-بعدی و شبه-ناهمگن برای شبیه¬سازی بسترهای کاتالیستی ارائه گردیده است. معادلات دیفرانسیل مدل برای بستر با استفاده از روش رانگ-کوتا مرتبه 4 حل شده؛ و پس از انجام محاسبات، از مقایسه¬ی نتایج حاصل از داده¬های تجربی (مربوط به راکتور صنعتی) با نتایج شبیه سازی مشاهده می شود که مدل مذکور غلظت آمونیاک را با خطای %63/2 و دما را نیز با خطای %14/3 پیش¬بینی می¬کند، که نشان دهنده ی تطابقی بسیار خوب با داده های تجربی است. با استفاده از داده های صنعتی مربوط به خوراک، ساختار دو پتنت مدل شده و پس از بررسی و مقایسه ی نتایج حاصله، مشاهده می شود که ساختارهای جدید بازده تولید آمونیاک را به میزان %34/2 و %73/4 افزایش می دهند. این بازده بالاتر به علت استفاده از جریان کوئِنچ در ورودی بسترها است، که در دمایی پایین تر حاصل می شود و باعث افزایش عمر مفید کاتالیست ها خواهد شد.

رامنولیپیدها که توسط باکتریها ی بیماریزای انسانی فرصت طلب (سودوموناس ارژینوزا) تولید می شوند، به علت قابلیت استفاده در صنایع مختلف از جمله داروسازی، کشاورزی، صنایع غذایی، زیست پالایی و نفت، به عنوان نسل بعدی سورفکتانت های تجاری مطرح می باشند. تجاری سازی و تولید صنعتی این محصولات با ارزش، نیازمند توسعه و بهینه سازی در زمینه های مختلف از قبیل مهندسی متابولیک، طراحی محیط کشت، استراتژی های عملیاتی متعدد، و خالص سازی محصولات می باشد. تحقیق حاضر در دو بخش اصلی آزمایشگاهی (بیوتکنولوژی مولکولی و دست ورزی ژنتیکی) و شبیه سازی رایانه ای (زیست شناسی سامانه ای و طراحی سویه ی in silico) صورت گرفت. در بخش نخست این تحقیق، ژن های rhlab (ژنهای مربوط به تولید رامنولیپید) از سویه ای از سودوموناس ارژینوزا (atcc 9027) که تولید کننده ی مونو رامنولیپیدها می باشد جدا شد و در سویه ای از سودوموناس پوتیدا (kt2440) به عنوان میزبانی غیر بیماریزا و مناسب وارد گردید. سپس قابلیت سویه نوترکیب مذکور در محیط های کشت مختلف بررسی شد. به عنوان پیش نیاز طراحی محیط کشت بهینه، مجموعه ای از 32 آزمایش در دو مرحله صورت پذیرفت تا تعدادی از مواد مغذی جهت تولید رامنولیپیدها توسط سویه نوترکیب حاصل مورد ارزیابی قرار گیرند. در مرحله ی ابتدایی آزمایشهای غربالگری، از روش فاکتوریل جزئی دو سطحی جهت ارزیابی اثر 8 ماده مغذی (شامل منابع مختلف کربن، نیتروژن و فسفر) بهره گرفته شد و در مرحله دوم، روش فاکتوریل کلی جهت مطالعه 4 ماده مغذی انتخاب شده از مرحله نخست مورد استفاده قرار گرفت. بر اساس روش دو مرحله ای اعمال شده، گلیسیرول، عصاره مخمر و پپتون تأثیرات مثبت معنی دار و قابل توجهی بر تولید رامنولیپید نوترکیب داشته در حالی که فاکتورهای متقابل عصاره مخمر/پپتون و گلیسیرول/عصاره مخمر/پپتون اثر منفی معنی داری بر پاسخ مورد نظر داشته اند. دامنه وسیع اختلافات مشاهده شده در میزان تولید رامنولیپید نوترکیب از صفر تا mg/l 570 در محیط های کشت مربوطه در طول آزمایشهای غربالگری، بیانگر اهمیت بهینه سازی ترکیب محیط کشت می باشد. به عنوان مرحله تکمیلی، سری آزمایشهای جدیدی بر اساس طراحی نسبت مواد مغذی در محیط کشت و همچنین بررسی اثر فاکتور عملیاتی زمان تزریق ماده محرک (iptg) به محیط کشت صورت پذیرفت. بر اساس نتایج بدست آمده مشخص شد که گلیسیرول در حضور مقدار کمی از مواد مغذی دیگر (عصاره مخمر و پپتون)، تأثیر قابل توجهی بر تولید رامنولیپید نوترکیب داشته است. بالاترین مقدار تولیدی در سری آزمایشهای تکمیلی، معادل mg/l 925 بود که حدوداً 62% بیشتر از بهترین نتیجه حاصل در آزمایشهای غربالگری است. با اینحال، با توجه به این نکته که دو پیش ماده اصلی تولید رامنولیپیدها (d-glucose-6-phasphate و haa) مستقیماً از متابولیسم مرکزی نشأت می گیرند، جهت افزایش میزان بهره دهی، نیازمند مهندسی متابولیک و دست ورزی ژنتیکی خواهیم بود. از اینرو، به عنوان بخش دوم تحقیق، امکان افزایش بهره تولید رامنولیپید نوترکیب بر اساس زیست شناسی سامانه ای (systems biology) و با استفاده از مدلهای بازسازی شده ژنوم-مقیاس مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل به خوبی نشان داد که بر خلاف سویه ی اصلی (سودوموناس ارژینوزا)، از نقطه نظر تئوری تولید رامنولیپید بصورت وابسته به رشد و با بازدهی نسبتاً بالا در سویه نوترکیب سودوموناس پوتیدا امکان پذیر می باشد. این واقعیت امکان تولید این دسته از سورفکتانت های ارزشمند را از طریق فرآیندهایی توسعه یافته تر و موثرتر فراهم خواهد آورد.

با تکیه بر دو روش کمی و کیفی موجود در ارزیابی ریسک فرآیندی، روش مطالعه ی خطر و قابلیت عملکرد (hazop) را می توان بهترین روش در ارزیابی کیفی ریسک فرآیندهای شیمیایی دانست. این روش سیستماتیک بر پایه ی استفاده از متخصصان با تجربه به منظور شناسایی خطرات و انحراف از پارامترهای عملیاتی از شرایط نرمال/ استاندارد صورت می پذیرد. بر این مبنا این پژوهش به آنالیز فرآیند تولید بیواتانول پرداخته و الزامات ایمنی در سه واحد تقطیر، dehydration و ذخیره سازی در این کارخانه پرداخته است. با در نظر گرفتن ساختار operability سیستم، آنالیز حوادث فرآیندی محتمل ناشی از تخلیه مواد و حریق با نرم افزار phast در واحد پر خطر(ذخیره سازی) شبیه سازی گشته و در نهایت انجام اصلاحات لازم فرآیندی اعم از الزام نصب سیستم اعلام و اطفا حریق، تهیه نقشه ی cause & effect به منظور قطع ارتباط واحدها و مدلسازی واحدهای دیگر به عنوان نتایج پیشنهاد می گردد.