ابراهیم روهانی مجید عمیدپور
ماده حیاتی آب در گذشته منبع نامحدود و کم هزینه تصور می شد ، اما درحال حاضر( به دلیل توجه به محدودیت منابع آب ، شرایط زیست محیطی و تولید بالای فاضلاب صنعتی) نیاز به بررسی روش های کاهش مصرف آب مخصوصا درفرآیندهای صنعتی و شیمیایی که حجم بالای مصرف آب را به خود اختصاص می دهند احساس می شود . در این پروژه این مقصود با روش های انتگراسیون جرمی بررسی شده است . بر خلاف پروژه های انجام شده در این زمینه ، در این پروژه علاوه بر کمینه سازی آب ، هزینه های کلی فرآیند نیز بررسی شده است.روشهای مقدماتی کاهش تولید پساب و نحوه تولید پساب های مختلف پالایشی و شیمیایی بیان شده است . پس از آن تاریخچه و سابقه علمی موضوع مطرح ، روش های برنامه ریزی ریاضی برای کاهش مصرف آب و روش ونگ- اسمیت بررسی شده است. در ادامه روشهای گرافیکی– جبری انتگراسیون جرمی الحالواکی برای باز چرخانی مستقیم و شبکه تبادل جرم ، طراحی مبدل جرمی ، بهینه سازی اقتصادی مبدل جرمی و تحلیل شبکه های تبادل جرم همراه با مثال های کاربردی برای کاهش مصرف آب توضیح داده شده است . برنامه ریزی ریاضی به منظور کاهش مصرف آب و تولید پساب که شامل روش های برنامه ریزی ریاضی برای باز چرخانی مستقیم و برنامه ریزی ریاضی تحلیل mens و روش های کلی برنامه ریزی ریاضی انتگراسیون جرمی است ، در فصل سوم بررسی شده است . نهایتا سه واحد فرآیندی با استفاده از روش های فوق برای بهینه سازی مصرف آب کد نویسی شده ، نتایج نرم افزار و بحث و نتیجه گیری در مورد هدف پروژه بیان شده است .
حمید بخشی زرین آبادی حسن پهلوانزاده
یکی از روش های جدید و مهم در تولید پودرهای ریز در ابعاد میکرو و نانو، استفاده از سیالات فوق بحرانی (بویژه co2) می باشد. سیستم های فوق بحرانی که جهت تولید ذرات ریز مورد استفاده قرار می گیرند، به طور معمول دوجزئی (شامل جزء سنگین جامد و حلال فوق بحرانی در فرایند ress) و یا سه جزئی (شامل حلال آلی، جزء جامد و ضدحلالِ فوق بحرانی در فرایند gas) هستند که در آنها سیال فوق بحرانی در تماس با جزء حل شونده و یا حلال آلی حاوی جزء حل شونده قرار می گیرد. داده-های تعادل فازی مربوط به سامانه های سه جزئی که در فرایند gas مورد استفاده قرار می گیرند، کمیاب هستند. بنابراین مطالعه تعادلات فازی سامانه های مذکور ضروری است. تعیین تجربی داده های سامانه سه جزئی در حضور سه فاز و تخمین آنها با استفاده از مدلسازی مناسب ترمودینامیکی به گونه ای که قادر باشد رفتار تعادلی سامانه مذکور را پیش بینی نماید، جهت طراحی فرایند gas و انتخاب شرایط بهینه عملیاتی آن، مفید خواهد بود. علاوه بر این در بسیاری از موارد که جداسازی اجزای یک ترکیب با روش های معمول استخراج با حلال و تقطیر امکان پذیر نیست، استخراج به کمک سیال فوق بحرانی به عنوان یکی از روش های جایگزین مورد توجه قرار می گیرد. همچنین مدلسازی ترمودینامیکی میزان حلالیت یک جزء جامد در سیال فوق بحرانی در طراحی سیستم استخراج فوق بحرانی مورد نیاز خواهد بود. از این رو در مطالعه حاضر تعادل فازی سامانه سه جزئی و سه فازی با تکیه بر فرایند gas و همچنین مدل سازی ترمودینامیکی سامانه دوجزئی و دوفازی جهت استفاده در فرایندهای استخراج فوق بحرانی و تولید ذرات ریز به روش ress مورد مطالعه قرار می گیرد. در این تحقیق دستگاه تعادلی فشار بالا برای تعیین داده های تعادلی سامانه های دوفازی و سه فازی طراحی وساخته شد. با استفاده از این دستگاه، نخست حلالیت دی اکسیدکربن در حلال های تولوئن و اتانول و انبساط حجمی نسبی حلال ها در اثر حل شدن دی اکسیدکربن در محدوده دمای k 15/298 تا k 15/318 و در محدوده فشار bar 78-4 اندازه گیری شده است. سپس داده های تعادلی سامانه های سه جزئی و سه فازی دی اکسیدکربن- تولوئن- نفتالین و سامانه دی اکسیدکربن- اتانول- آکریدین در محدوده دمای k 15/318 -15/298 بدست آمده و گزارش گردید. بررسی های انجام شده نشان داد، که در سامانه های دوجزئی حلال آلی- گاز ضد حلال، منحنی انبساط حجمی نسبی بدست آمده برای فاز مایع در فشاری مشخص دارای یک کمینه است. علاوه بر این مشخص شد در همین فشار در سامانه های سه جزئی که از همان حلال و ضدحلال استفاده می نمایند، جزءمولی جامد مورد نظر به کمترین مقدار خود می رسد. در واقع این فشار، فشار عملیاتی مناسب در فرایند gas است. براین اساس و با توجه به اینکه بهتر است که دمای عملیاتی تولید ذرات ریز جامد به منظور جلوگیری از تخریب آنها پایین تر باشد، مناسب تر است که عملیات gas برای تولید ذرات ریز نفتالین و آکریدین در دمای k 15/298 و فشار bar 57 انجام شود. همچنین فشار عملیاتی مناسب برای تولید ذرات ریز نفتالین در دمای k15/308 در محدوده فشار bar 73-68 می باشد. چنانچه ذرات ریز آکریدین در دمای k 15/308 تولید شوند، فشار عملیاتی مناسب، bar 67 بوده و چنانچه دمای عملیاتی برابر با k 15/318 باشد، بهتر است که فرایند gas در محدوده فشار bar 80-77 انجام شود. با توجه به اینکه بکارگیری سامانه های فوق بحرانی برای تولید ذرات ریز رشد چشمگیری داشته، ولی مطالعات ترمودینامیکی چنین سامانه هایی توسعه کمی یافته است. از این رو در این تحقیق برای مدل سازی سامانه های مورد مطالعه، از معادله حالت های pr، srk و معادله حالت جدید ارائه شده توسط قطبی و همکاران وی استفاده شده است. قوانین اختلاط vdw1، vdw2 و hv در هر مورد بکار رفته اند. در این تحقیق یک مدل ترمودینامیکی جدید با استفاده از ترکیب معادله حالت ارائه شده توسط قطبی و همکاران وی و قانون اختلاط hv ارائه گردید و با انشقاق ثوابت و معادلات مربوط به آن در مدل سازی ها استفاده گردید. همچنین پارامترهای تنظیم شونده قوانین اختلاط ذکر شده با استفاده از داده های حلالیت آزمایشگاهی و با کمینه کردن متوسط نسبی انحرافات مطلق، (aard%) بدست آمده و همراه با میزان خطای هر مدل گزارش شده اند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که قانون hv خطای متوسط کمتری از دو قانون اختلاط دیگر داراست. در میان سه معادله حالت بکار رفته، معادله حالت ارائه شده توسط قطبی و همکارانش، به دلیل در نظر گرفتن اثر دما در محاسبه پارامتر حجمی معادله حالت، حجم مولی و انبساط حجمی نسبی حلال ها را بهتر از دو معادله حالت دیگر نشان می دهد. با توجه به میانگین خطاها، مدل جدید ارائه شده از ترکیب قانون اختلاط hv و معادله حالت ارائه شده توسط قطبی و همکاران وی با خطای متوسط % 11/9 در سامانه دی-اکسیدکربن (1)- تولوئن (2)- نفتالین (3) و همچنین خطای متوسط % 82/7 در سامانه دی-اکسیدکربن- اتانول- آکریدین، در سه دمای مورد مطالعه بهترین مدل برای پیش بینی تعادل فازی می-باشد. داده های حلالیت پیش بینی شده (محاسباتی) می تواند به عنوان نقطه شروعی برای طراحی موثر و مناسب فرایند رسوب ذراتِ ریز نفتالین و آکریدین به روش gas مورد استفاده قرار گیرد.
محمدصادق حاجی تاروردی سیروس قطبی
معادلات حالت ، کاربرد وسیعی درتعیین خواص ترمودینامیکی مواد خالص و مخلوط جهت محاسبات فرآیندهای صنایع شیمیایی و به خصوص مواد نفتی دارند. دسته ای ازاین معادلات که دارای سادگی و فرم خاصی در فرمول ریاضی و دقت خوب در پیش بینی خواص ترمودینامیکی هستند، معادلات حالت درجه سه (cubic equation of state) نامیده می شوند. دراین پروژه ابتدا سیر تحول معادلات حالت درجه سه به کمک مقالات منتشر شده بررسی و ارائه شده است و باتوجه به گستردگی استفاده از معادلات حالت spk و pr در پیش بینی خواص ترمودینامیکی و همچنین دقت قابل توجه بهمراه سادگی فرمول ریاضی از آنان درمحاسبات تعادلی فازها و تعیین فوگاسیته، ضریب فوگاسیته، درصد ترکیب فازهای بخار و مایع، ثابت تعادل، حجم مولی و ... استفاده شده است . جهت انجام محاسبات ، برنامه ای به زبان فرترن - 77 و بروی میکروسیستم سازگار با ibm نوشته شده است این برنامه قادراست کلیه محاسبات تعادل فاز بخار-مایع، تبخیر ناگهانی در t و t,p و p,fv و fv و t و v ثابت ، محاسبه نقطه جوش و شبنم، منحنی phase envelope، منحنی تعادل، ثابت تعادل، فشار بخار، انتالپی، انتروپی ضریب فوگاسیته و پایداری فازها رابرای مخلوط تاده جزئی و به کمک معادلات حالت srk و pr انجام دهد. باتوجه به اینکه این معادلات دربعضی از موارد دقت قابل قبولی در پیش بینی خواص مخلوط ها را ندارند لذا برای تصحیح نتایج آنان از ضریب اندرکنش دوجزئی (binary interaction coefficient) و kij استفاده می شود. دراین پروژه برای مخلوطهای دوجزئی که مقادیر تجربی فشاربخار و درصد ترکیب فاز بخار و مایع نان در دسترس بوده است kij و kij از طریق حداقل کردن تابع هدف مجموع انحراف مقادیر تجربی و محاسباتی و براساس اصل حداکثر احتمال محاسبه شده است .
رامین رهنمای فرنود سیروس قطبی
در بسیاری از دستگاههای صنعتی از قبیل دستگاههای استخراج مایع-مایع، رآکتورهای شیمیایی و دستگاههای انتقال حرارت با تماس مستقیم، جهت افزایش سطح تماس دوفاز، یکی ازآنها به صورت قطراتی در دیگری پخش می نماید که این عمل موجب افزایش سرعت پدیده های انتقال می گردد. از طرف دیگر توزیع اندازه قطرات دراین سیستمها، توزیع در مقادیر ضریب انتقال جرم و حرارت ، سرعت حدی و بالنتیجه زمان اقامت قطرات را به دنبال دارد . از این رو در نظر گرفتن این توزیع می تواند در بررسی رفتار چنین دستگاههایی مفید باشد . دراینجا بااستفاده از روش شبیه سازی تصادفی رفتار قطرات در مخازن همزده جریانی، مدلی ارائه گردیده که توزیع ابعاد قطرات را دریک مخزن همزده بدست می دهد. بطور خلاصه دراین مدل وقایعی مختلفی را که برای قطرات در یک نمونه انتخابی رخ می دهد (از قبیل پیوستن، گسستن، ورود و خروج) بااستفاده از روش ((فاصله زمانی آرامش)) و به صورت تصادفی مشابه سازی نموده و پس از رسیدن به شرایط پایا، حالت سیستم گزارش می گردد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که این مدل به خوبی می تواند توزیع ابعاد قطرات را به دست دهد.
مرتضی مافی سیروس قطبی
نظر به عنوان پروژه که بررسی ترمودینامیکی سیالات فوق بحرانی به کمک معادله حالت است به خاطرکاربرد سیالات با شرایط فوق بحرانی به عنوان حلال در صنایع جداسازی، برآن شدیم دراین زمینه مطالعات و تحقیقاتی را انجام دهیم . از این جهت عملیات استخراج فوق بحرانی را در شرایط تعادل گاز - مایع و گاز - جامد بطور مجزا مورد بررسی قرار دادیم. مجموعه این کار تحقیقی در چهار قسمت خلاصه می گردد. در قسمت اول مروری برشناخت عملیات فوق بحرانی و مقایسه آن با عملیات استخراج معمولی داریم. در قسمت دوم بحثی جامع در مورد تعادل بین گاز - مایع انجام شده و مناسبترین مدل برای این گونه تعادل در شرایط فوق بحرانی ارائه شده که برای تحلیل حالت تعادلی هر دو فاز از معادله حالت استفاده شده است . درقسمت سوم به یکی از موارد مهم استفاده استخراج گاز - مایع که همانا استخراج و پالایش نفت خام توسط حلال گازی است می پردازیم و جهت پیش بینی خواص ترمودینامیکی در حال تعادل دو فاز، مدل مناسبی ارائه گردیده است . این مدل برای اولین بار جهت استفاده در عملیات استخراج نفت خام توسط حلال گازی ارائه می شود. در قسمت چهارم نیز بررسی برروی تعادل بین گاز-جامد صورت گرفته است . دراین قسمت با ارائه مدل ساده ریاضی برای محاسبه فوگاسیته و پرهیز از رابطه تجربی در بررسی فاز جامد و استفاده از معادله حالت برای فاز گاز تحت فشار، تحلیل حالت تعادلی دوفاز مورد نظر حاصل شد.