هیدرات های گازی ساختارهای کریستالی جامدی هستند که در نتیجه محبوس شدن گازهای هیدروکربنی سبک مانند متان و اتان یا گازهای غیرهیدروکربنی مانند نیتروژن و دی اکسید کربن در فضای ایجاد شده به وسیله مولکول های آب به وجود می آیند. در تحقیق حاضر ، برای یک سیستم سه جزئی متان- اتان – آب در دمای 6/277 کلوین و فشارهای مختلف ، پایداری فازی هیدرات را بررسی کرده ایم . با توجه به ترکیب فازی انتخاب شده و شرایط دمایی وفشاری ، امکان وجود فازهای هیدرات نوع i و ii وفاز مایع غنی از آب و فاز بخار وجود دارد، که در نهایت نمودار فازی برای این مخلوط سه جزئی رسم شده است و مناطق فازی پایدار روی نمودار مشخص شده است. برای آنالیز پایداری مخلوط، از کمینه سازی تابع فاصله صفحه بوسان بر انرژی آزاد گیبس با کمک الگوریتم ژنتیک استفاده شده است . برای تعیین فوگاسیته اجزاء در فاز بخار و مایع از معادله حالت پتل – تجا – والدراما و برای فاز هیدرات از مدل vdw-p استفاده شده است. در نهایت داده های محاسباتی در قالب نمودار فازی رسم شده با نتایج گزارش شده از داده های تجربی در قالب نمودار تجربی مقایسه شده است. خطای محاسباتی کمتر از 5 درصد می باشد که این میزان خطای قابل قبولی می باشد و نشان می دهد که محاسبات از دقت قابل قبولی برخورداربوده مناطق پایدار فازی را به درستی مشخص کرده است. .

از آنجا که ساختمان ها در بخش خانگی و تجاری، حدود 40% انرژی کل کشور را مصرف می کنند، امروزه تحقیقات فراوانی پیرامون روش های بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان انجام می گیرد. یکی از این روش ها که در واقع سبب ذخیره سازی انرژی گرمایی می گردد، استفاده از موادی است که با نام pcm معرفی می شوند. این مواد به هنگام تغییر فاز جامد - مایع، در دمای ثابت، مقدار زیادی انرژی گرمایی را به صورت گرمای نهان در خود ذخیره می کنند. در این پژوهش، نحوه ی عملکرد pcm در دو کاربرد مختلف با استفاده از روش cfd مورد بررسی قرار می گیرد. یکی از این کاربردها بررسی عملکرد سه pcm مختلف در سقف یک ساختمان در شهر سمنان در فصل تابستان است. نتایج نشان می دهند pcm با دمای ذوب و گرمای نهان مناسب، در کاهش دمای ساختمان موثرتر است. همچنین استفاده از pcm برای کنترل دمای فتوولتائیک مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از سلول های فتوولتائیک برای بهینه سازی انرژی در ساختمان در سال های اخیر گسترش یافته است، اما با افزایش دمای فتوولتائیک ها، بازده آنها کاهش می یابد، بنابراین استفاده از pcm ها مفید بوده و باعث جلوگیری از افزایش دمای آنها می شود. یکی از فواید این کاربرد، بهبود عملکرد ضعیف pcm در انتقال گرما است که از طریق قرار دادن پره های فلزی درون pcm انجام می گیرد. برای این منظور دو سیستم فتوولتائیک – pcm مدل سازی شده اند، در یک سیستم دو پره ی فلزی مستطیل شکل درون pcm قرار گرفته است و در سیستم دیگر سلول های فلزی به شکل مثلث، حاوی دو pcm با دمای ذوب مختلف هستند. نتایج نشان می دهند با استفاده از pcm با دمای ذوب مناسب، دمای فتوولتائیک نزدیک به دمای مشخصه اش که °c 25 است، باقی مانده و در نتیجه بازده عملکرد آن بهبود می یابد.

با رشد سریع صنعت نفت و گاز در جهان، مشکلات موجود بر سر استحصال، انتقال و ذخیره سازی آن نیز رو به فزونی نهاده است. در صنایع توجه به هیدرات گازی از زمانی شروع شد که تشکیل هیدرات در خطوط لوله باعث بند آمدن مسیر جریان و در نهایت قطع سرویس و توقف تولید شده بود. ولی با گذشت زمان و تحقیقات گسترده نشان داده شد که تشکیل هیدرات همیشه به عنوان پدیده ای مزاحم نیست. بر طبق آخرین تحقیقات به علت دمای کم و فشار زیاد در لایه های زیرین زمین منابع هیدروکربنی فراوانی به صورت هیدرات موجود است. در این تحقیق در بخش اول محاسبات تبخیر ناگهانی دو فازی (بخار - مایع) و با استفاده از مدل ? - ? در محدوده ی وسیعی از دما و فشار برای تعیین حلالیت اجزای تشکیل دهنده هیدرات در آب استفاده شده است. در بخش دوم برای پیش بینی شرایط تشکیل هیدرات گازی آلکان ها (شامل متان، اتان، پروپان و ایزو بوتان) و نیز گازهایی مانند دی اکسید کربن، نیتروژن و سولفید هیدروژن، در شرایط تعادل سه فازی (بخار - مایع - هیدرات) از مدل ? - ? برای تعادل بخار - مایع و از مدل واندروالس - پلاتیو برای فاز جامد هیدرات استفاده شده است. در تعادل فازی بخار - مایع از معادله حالت cpa و قاعده اختلاط واندروالس کلاسیک استفاده شده است و نتایج به دست آمده برای تعیین حلالیت اجزای تشکیل دهنده هیدرات در آب و پیش بینی فشار تعادلی تشکیل هیدرات با مقادیر تجربی مقایسه شده است. با بررسی نتایج به دست آمده از حلالیت معلوم شد که با افزایش تعداد کربن (هیدروکربن های سنگین تر) میزان خطا در محاسبات به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد به طوری که بیشترین خطا در هیدروکربن ها مربوط به نرمال بوتان با 9/4% و کمترین خطا مربوط به متان با 9/2% است. در مورد گازهای دی اکسید کربن، نیتروژن و سولفید هیدروژن بیشترین خطا در محاسبات حلالیت مربوط به دی اکسید کربن با 4/4% و کمترین خطا مربوط به سولفید هیدروژن با 7/2% است. با توجه به نتایج به دست آمده، معادله حالت cpa با قاعده اختلاط واندروالس برای تعیین حلالیت اجزای تشکیل دهنده هیدرات گازی در آب مناسب است. در نتایج به دست آمده برای پیش بینی فشار تعادلی تشکیل هیدرات در بین هیدروکربن ها بیشترین خطا مربوط به هیدرات اتان با 33/12% و کمترین خطا مربوط به هیدرات ایزو بوتان با 67/1% است و در مورد سه گاز دیگر بیشترین خطا مربوط به هیدرات دی اکسید کربن با 37/10% و کمترین خطا مربوط به هیدرات نیتروژن با 55/3% است. با توجه به مقایسات انجام شده در متن تحقیق نتیجه می شود که معادله حالت cpa با قاعده اختلاط واندروالس برای انجام محاسبات تعادلی تشکیل هیدرات دی اکسید کربن مناسب نیست.

معادلات حالت در علوم مهندسی برای پیش بینی خصوصیات ترمودینامیکی سیالات استفاده می شود. معادلات حالت درجه سه در محاسبات تعادل های فازی و تخمین خصوصیات فیزیکی سیالات بویژ ه در صنعت نفت کاربرد فراوان دارند ]1[. آزمایش و تجربه نشان می دهد که دو معادله حالت معروف srk ]2[ و pr ]3[ که در دهه 70 میلادی برای کاربردهای ساده به خصوص در مخلوط های هیدروکربنی ارائه شد، قادر به بیان خواص ترموفیزیکی و تعادلات فازی سیالات تجمعی نبود. سیالاتی که قادر به ایجاد پیوند هیدروژ نی می باشند را سیالات تجمعی گویند. معادلات حالت درجه سه در ابتدا برای ذرات خالص و مجزا از هم (بدون پیوند) استفاده می شد. در این معادلات تنها دو نیروی جاذبه و دافعه بین مولکولی در نظر گرفته می شود. کنار هم قرار گرفتن برخی از مولکول ها و ایجاد یک ترکیب جدید با نیروی پیوندی قوی غیرقابل اغماض باعث شد که استفاده از این معادلات بدون در نظر گرفتن نیروی جدید پیوندی دچار مشکل شود. پس ایجاد معادلات جدیدی که بتواند این پیوند شیمیایی قوی را در محاسبات در نظر بگیرد ضروری می نمود. آب همراه در مخازن نفتی با ایجاد پیوند هیدروژ نی با هیدروکربن های موجود در مخزن شرایط غیرایده آلی در سیستم آب و نفت حاکم می کند. در چنین سیستمی استفاده از معادلات حالت درجه 3 خطای زیادی در محاسبات ایجاد می??کند. در واقع وجود پیوند هیدروژنی باعث ایجاد رفتارهای غیر عادی در خصوصیات ترمودینامیکی سیالات جدید می گردد. آب در دما و فشار پایین به صورت یک فاز بی اثر عمل می کند ولی در دما و فشار بالا می تواند با انحلال سیالات مخزن خواص متفاوتی ایجاد کند. ترکیبات دیگری مانند متانول و گلایکول که جهت جلوگیری از تشکیل هیدرات های گازی به سیالات مخزن اضافه می شوند نیز می توانند همین مشکل را ایجاد کنند. افزودن این مواد به عنوان بازدارنده های تشکیل هیدرات باعث ایجاد یک سیستم پیچیده از هیدروکربن، آب و متانول یا گلایکول می شود که توضیح این حالت به وسیله معادلات حالت درجه 3 بسیار مشکل می باشد ]1[. هیدرات-های گازی ترکیباتی یخ مانند از آب و گاز هستند که معمولاً در فشارهای بالا و دماهای پائین تشکیل می شوند به گونه ای که در هر واحد سازنده آنها یک مولکول گاز در قفسی از مولکول های آب محصور شده است ]4[. هیدرات گازی در سال 1934 توسط همراشمیت به عنوان یکی از معضلات صنعت گاز در خطوط لوله انتقال معرفی شد. هیدرات با کاهش سطح مقطع داخلی لوله باعث افزایش افت فشار شده و در بعضی موارد ممکن است به انسداد کامل لوله منتهی شود]5[. تشکیل هیدرات هم چنین می تواند به تخریب ابزارهای موجود در فرآیند از جمله شیرها و حس گرها بیانجامد ]6[. برای بیان مشکل سیستم پیچیده بالا و سیستم هایی از این قبیل که شامل ترکیبات تجمعی بودند نیاز به انجام تصحیحات تجربی یا نیمه تجربی بر روی معادلات حالت درجه سه جهت در نظر گرفتن حالت اتحادساز ضروری می نمود. برای سیالات تجمعی معادلات حالت بسیاری پیشنهاد شد بررسی ها نشان داد یکی از این معادلات که نتایج رضایت بخشی حاصل کرد معادله حالت cpa است. در این معادله نیروی جاذبه قوی وابسته به مولکول های تجمعی درنظر گرفته می شود. این نیروهای جاذبه روی خصوصیات سیال و رفتارهای فازی تعادلات مایع-مایع و گاز-مایع تأثیر می گذارد ]7[. معادله مزبور شامل معادله حالت srk جهت بیان بخش فیزیکی اثر متقابل در مولکول های سیال و ترم تجمعی wertheim جهت بیان خصوصیات شیمیایی ناشی از پیوند هیدروژ نی می باشد. این معادله شامل پنج پارامتر قابل تنظیم بوده که از میان آنها 3 پارامتر از متغییرهای ذاتی معادله حالت srk می باشد و دو پارامتر دیگر مربوط به اثرات تجمعی است. پارامترهای ذکر شده با برازش هم زمان فشار بخار و دانسیته های مایع اشباع سیالات تجمعی در حالت خالص به دست می آیند]8[. توانایی مدل مزبور برای پیش بینی انواع مختلفی از تعادلات تسط محققین موزد بررسی قرار گرفته است. به طور کلی معادله حالت cpa برای محاسبات تعادلات جامد مایع (sle)، مایع-مایع (lle) و گاز-مایع (gle) در سیستم های دوتایی به کمک پادامتر اثر متقابل استفاده می شود. از سال 1996 این معادله برای مدل کردن سیستم های الکل-آب، آب-هیدروکربن، الکل-هیدروکربن و هم چنین سیستم های چند جزئی آب-الکل-هیدروکربن به کار برده می شود ]9[. تخمین های قابل قبولی که از فشار بخار و حجم مایع اشباع برای 73 سیال خالص تجمعی از قبیل الکل ها، اسیدهای کربوکسیلیک، آمین ها و آب به دست آمده نشان می دهد که میانگین انحراف مطلق بین مقادیر محاسبه شده و داده های آزمایشگاهی %09/0 در فشار بخار و %48/0 در حجم مایع اشباع می باشد.

هیدرات های گازی شبکه جامدی از مولکول های آب هستند که با پیوند هیدروژنی به یکدیگر متصل شده و مولکول های گازی را در خود جای داده اند. در طول دو دهه اخیر هیدرات های گازی به واسطه دلایل متعددی از قبیل توانمندی هیدرات برای تامین انرژی آینده جهان، استفاده از فناوری هیدرات برای انتقال گاز با ظرفیت بالا، گرفتگی خطوط لوله انتقال گاز در اثر تشکیل هیدرات و ... به موضوع مورد توجه محققین بدل شده است. از این رو دانستن شرایط تعادلی تشکیل هیدرات ها و انجام محاسبات پایداری و تبخیر ناگهانی امری مهم و ضروری به نظر می رسد. در این تحقیق محاسبات تبخیر ناگهانی در سیستم های سه فازی حاوی هیدرات گازی (بخار- مایع- هیدرات) و محاسبات تبخیر ناگهانی منفی برای سه سیستم هیدروکربنی دیگر مورد بررسی قرار گرفته است. در این محاسبات معادلات حالت vpt، pr و srk به عنوان ابزار پایه برای تعیین ترکیب درصدها و خواص فازهای گاز و مایع حاضر در تعادل ترمودینامیکی به کار برده شده و در همین راستا قوانین اختلاط واندروالس و دانش مورد استفاده قرار گرفته است، در مورد فاز هیدرات نیز مدل ارائه شده توسط میکلسن که بر مبنای مدل کول و گودوین بنا شده برای انجام محاسبات انتخاب شده است. محاسبه توزیع فازی، با فرض مستقل بودن فوگاسیته از ترکیب درصدهای فازی، در قالب یک مسئله کمینه سازی انجام گرفته است. الگوریتم مورد استفاده یک روش جایگزینی متوالی می باشد؛ این روش به طور متناوب بین تخمین خواص ترمودینامیکی (فوگاسیته) با استفاده از حدس های توزیع فازی و محاسبات دوباره مقادیر فازی و ترکیب درصدها عمل می کند. برای محاسبه مقادیر کسرهای فازی، تابع هدفی بر مبنای معادله رچفورد-رایس تعریف شده است که با مشخص بودن کسرهای مولی خوراک و شرایط دما و فشار، برای رسیدن به کسر فازی بهینه و به دست آوردن ترکیب درصد اجزا در هر فاز، کمینه این تابع محاسبه می شود. محاسبات تبخیر ناگهانی منفی نیز بر مبنای روش گفته شده و با تغییر تابع هدف انجام شده است. تابع هدف مورد استفاده در تبخیر ناگهانی منفی با توجه به معادله رچفورد- رایس و متناسب با قیود مورد استفاده به دست آمده است. محاسبات انجام شده برای سیستم های متان-آب، اتان-آب، پروپان-آب، متان-پروپان-آب و سیکلوپروپان-آب و نیز محاسبات تبخیر ناگهانی منفی برای سیستم هفت جزئی مخلوط آلکان ها و نیتروژن، سیستم چهار جزئی مخلوط آلکان ها و آب و سیستم بیست و یک جزئی مخلوط آلکان ها و آب با استفاده از روش کمینه سازی نتایج مناسبی را به دست داده است. در سیستم های حاوی هیدرات گازی نیز محاسبات تبخیر ناگهانی منفی مورد بررسی قرار گرفته است اما نتیجه به دست آمده قابل قبول نیست.

چکیده فرآیند آب گیری اسمزی عبارت است از خارج سازی آب از مواد غذایی به وسیله قرار دادن آن ها در محلول هیپرتونیک. در این پژوهش هشت روش مختلف آب گیری اسمزی سیب و دو روش برای زردآلو مورد مطالعه قرار گرفته است. سیب ها به شکل مکعب با ابعاد 11 میلی-متر برش خورده می شود و محلول اسمزی با غلظت شکر 60 درصد (وزنی/وزنی) و قند مایع خرما 60 درصد (وزنی/وزنی) تهیه می شود. در زمان های 45، 105، 165، 225 دقیقه بعد از شروع فرآیند نمونه برداری می شود. نسبت میوه به محلول 1 به 300 و دمای محلول در 40-35 درجه سلسیوس ثابت نگه داشته می شود. آزمایش ها توسط دستگاه ساخته شده با روش-های: pdvs ,pdas ,dvsc ,dvdc ,vdc ,sc ,dvc ,dac انجام می شود. فرآیند تحت فشار خلاء، تحت فشار اتمسفر، پاشش محلول بر روی نمونه و غوطه وری نمونه در محلول به طور پیوسته و پالس انجام می شود. مقدار رطوبت و ماده خشک، بریکس میوه اولیه و محصول نهایی، درصد کاهش آب، درصد جذب مواد، میزان کاهش وزن نمونه ها پس از پایان هر فرآیند برای سیب و زردآلو تعیین می شود. از بین روش های مختلف با توجه به هدف مورد نظر بهترین روش انتخاب می شود. ایجاد خلاء باعث افزایش درصد جذب مواد جامد و کاهش وزن نمونه به مقدار کم تر می شود، در صورتی که هدف افزایش درصد جذب مواد باشد و وزن نمونه بعد از فرآیند به دلیل مسائل اقتصادی مهم باشد روش اول pdvs و روش هفتم dvc روش مناسبی است. روش دوم pdas و روش ششم sc هنگامی که هدف افزایش درصد کاهش آب و کاهش درصد جذب مواد جامد است روش مناسبی است. نتایج نشان دهنده این بود که محلول قند مایع خرما دارای درصد کاهش آب بیشتر و درصد جذب مواد کمتری نسبت به محلول شکر دارد و پس از خشک شدن درون بافت میوه کریستاله شده و چروکیدگی کمتری ایجاد می کند.

در این پایان نامه اثر ماده فعال سطحی آنیونی sds بر روی سینتیک تشکیل مبردهای اتان (700 r) و22 rمورد بررسی قرار گرفت. گاز اتان در حالت خالص و محلول آبی sds (ppm 500) در چهار دمای 15/273، 15/274، 15/275 و 15/276 کلوین با سرعت همزن rpm 910 مورد بررسی قرار گرفت و هم چنین در دمای 15/273 کلوین در سه غلظت 300 ، 500 و ppm 1000 با همین سرعت و به طور خاص در دمای 15/273 کلوین در حالت خالص و در سرعت های مختلف همزن 400 و 650 و rpm 910 آزمایش هایی انجام شد. در ادامه مدل سازی تمایل شیمیایی در همه دماها و غلظت ها و سرعت های مختلف همزن انجام شد. نتایج نشان می دهد که sds به عنوان یک ماده فعال سطحی سینتیکی در غلظت ppm500 از sds بهترین تاثیر را داشته و سرعت تشکیل گاز اتان را افزایش می دهد و در سرعت های پایین همزن سرعت تشکیل بسیار پایین می باشد. نتایج آزمایشگاهی با مدل تمایل شیمیایی در سرعت های بالای همزن تطبیق خوبی داشته و میزان ضریب همبستگی به عدد یک نزدیک می باشد اما در سرعت های پایین همزن به خوبی از این مدل پیروی نکرده و میزان ضریب همبستگی از عدد یک فاصله داشته (9734/0) و دارای خطای بالایی (37/62%) می باشد. گاز 22 rدر حالت خالص و محلول آبی sds (ppm 300) در شش دمای 3، 5/5 ، 7 ، 5/8 ، 10 و12 درجه سلسیوس با سرعت همزن rpm910 مورد بررسی قرار گرفت و هم چنین در دو دمای 5/5 و 12 درجه سلسیوس در غلظت های مختلف از محلول sds که 300، 500 و ppm 1000 بود با همین سرعت آزمایش هایی انجام شد. هم چنین در دمای 12 درجه سلسیوس اثر سرعت های مختلف همزن 400 650 و rpm910 در حالت خالص انجام شد و در سرعت همزن rpm 400 و دمای 12 درجه سلسیوی با غلظت ppm 300 نیز آزمایش انجام شد. در ادامه مدل سازی تمایل شیمیایی در همه دماها و غلظت ها و سرعت های همزن ذکر شده بررسی شد. نتایج نشان می دهد که در سرعت های بالای همزن سورفکتانت آنیونی اثر خود را به خوبی نشان نمی دهد اما در دور های پایین sds می تواند تا حدی این اثر را جبران کند اما افزایش سرعت تشکیل در حالت محلول آبی sds به اندازه اثر سرعت بالای همزن در حالت خالص نمی باشد. نتایج آزمایشگاهی با مدل تمایل شیمیایی در سرعت های بالای همزن تطبیق خوبی داشته و میزان ضریب همبستگی به عدد یک نزدیک بوده و دارای خطای بسیار کمی (07/0%) می باشد اما در سرعت های پایین همزن میزان این ضریب از عدد یک فاصله داشته (9662/0) و دارای خطای نسبتا بالایی(15/0%) می باشد.

در این پژوهش هدف، افزایش سرعت تشکیل هیدرات دی‏اکسیدکربن و متان است به همین خاطر سینتیک تشکیل هیدرات دی‏اکسیدکربن و متان در ساختارهای i و ii و در حضور افزودنی‏ها بررسی می شود. با افزایش سرعت هم‏زن و فشار اولیه تشکیل هیدرات، سرعت تشکیل هیدرات دی‏اکسیدکربن و متان به مقدار قابل توجهی افزایش یافت. اثر افزودنی های مختلف بر روی سرعت تشکیل هیدرات دی‏اکسیدکربن و متان بررسی شد. نتایج نشان دادند sds و dtab در غلظت های 300 و 500 (بر حسب(ppm تأثیری بر افزایش سرعت تشکیل هیدرات دی‏اکسیدکربن ندارند درحالی‏که در غلظت 1000(بر حسب(ppm sds به مقدار ناچیز سرعت تشکیل هیدرات دی‏اکسیدکربن را افزایش داد و dtab به مقدار ناچیز سرعت تشکیل هیدرات دی‏اکسیدکربن را کاهش داد. tx-100 نیز در غلظت های 300 و 500 (بر حسب(ppm سرعت تشکیل هیدرات دی‏اکسیدکربن را کاهش داد اما کاهش آن قابل توجه نبود ولی در غلظت 1000 (بر حسب(ppm کاهش سرعت تشکیل هیدرات دی‏اکسیدکربن بیشتر بود. این در حالی بود که اثر این مواد فعال سطحی در غلظت های آزمون شده بر افزایش سرعت تشکیل هیدرات متان بسیار قابل توجه است و به خصوص اثر sds بر افزایش سرعت تشکیل هیدرات متان فوق العاده بود. علاوه بر مواد فعال سطحی، اثر دو ماده‏ی افزودنی ترمودینامیکی، thf و tbab بر سرعت تشکیل هیدرات دی‏اکسیدکربن و متان بررسی شد. نتایج آزمایش‏ها نشان دادند thf و tbab در غلظت های پایین، سرعت تشکیل هیدرات دی‏اکسیدکربن و متان را افزایش می دهند و این افزودنی‏های ترمودینامیکی در غلظت‏های پایین، شبیه پیش‏برنده‏های سینتیکی رفتار می‏کنند. هم‏چنین نتایج نشان دادند در غلظت های بالا از thf نمودارهای سینتیک تشکیل هیدرات دی‏اکسیدکربن به صورت دو مرحله ای می‏شوند.

مسدود شدن خط لوله به واسطه ی تشکیل هیدرات، از جمله مشکلات موجود در صنعت انتقال گاز است. در این تحقیق روشی جدید مبتنی بر استفاده از ردیاب برای پیش بینی تشکیل هیدرات ارائه شده است. گاز 22r به عنوان ماده ی ردیاب انتخاب شده که این انتخاب بر اساس عواملی چون قابلیت تشکیل هیدرات به صورت سامانه ی سه تایی متان+گاز ردیاب+آب، میزان حلالیت ردیاب ، تشکیل سریع تر هیدرات ردیاب در مقایسه با هیدرات متان، ملاحظات زیست محیطی و اقتصادی و ... صورت گرفته است. آزمایش ها در یک رآکتور آزمایشگاهی انجام شده و از گاز موجود در رآکتور، قبل و بعد از تشکیل هیدرات، نمونه گیری شده است. با توجه به ساختار ملکولی ردیاب که یک ترکیب هالوژنه است، نمونه ها به کمک دستگاه کروماتوگرافی مجهز به شناساگر ربایش الکترونی آنالیز شده است. کم شدن مساحت زیر پیک حاصل از آنالیز ماده ی ردیاب در نمونه ی بعد از تشکیل در مقایسه با نمونه ی قبل از آن، تغییر در مقدار ردیاب را نشان می دهد. نتایج حاصل از نمودارهای تشکیل هیدرات ثابت می کنند که کم شدن این مساحت تنها به دلیل حلالیت نیست و گاز 22r در ساختار هیدرات نیز شرکت کرده است. هم چنین به منظور یافتن مقدار بهینه برای تزریق ردیاب، آزمایش ها با پنج غلظت مختلف انجام شده که از میان آن-ها غلظت ppm6000 به عنوان غلظت بهینه، به دست آمده است. برای اطمینان از مایع نشدن گاز 22r در محدوده ی کاری آزمایش ها، منحنی پوش فازی (نمودار حباب-شبنم) ترکیب گازهای 22r + متان در شش غلظت مختلف از 22r به کمک نرم افزار اسپن پلاس به دست آمده است. به کمک طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه، خلوص گاز شاهد 22r آزمایش شده است. نتایج نشان می دهد چنان چه ترکیب دیگری مثل گاز 4cf (یا مخلوطی از pfc ها) با در نظر داشتن ملاحظات اقتصادی به عنوان ردیاب انتخاب شود، به علت حلالیت کمتر، نتایج قابل قبول تری حاصل خواهد شد.

گرفتگی خطوط لوله توسط هیدرات گازی از زمان کشف هیدرات در خطوط لوله توسط همراشمیت در سال 1934، به عنوان یک مشکل جدی شناخته شد. تا کنون، در ارتباط با تعیین بهترین روش برای حذف گرفتگی، کار زیادی انجام نشده است و بیشتر مطالعات روی موضوع جلوگیری از تشکیل هیدرات، تمرکز داشته است. در هر حال همیشه نمی توان از تشکیل هیدرات جلوگیری کرد و نیاز است تا به روشی تجزیه گردد. در این پروژه، تجزیه حرارتی هیدرات متان با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مدل سازی شده است. در ابتدا فاز هیدرات به صورت جامد متخلخل با تخلخل اولیه 10 درصد در نظر گرفته شد و فرض تخلخل هیدرات در برابر جریان با استفاده از روش اولر- اولر مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به اینکه نتایج به دست آمده با فرض تخلخل هیدرات، نسبت به نتایج تجربی انحراف داشتند، شبیه سازی برای هیدرات به صورت جامد صلب تکرار شد که تجزیه از سطح آن و به کمک واکنش سطحی صورت می پذیرد. تأثیر دمای سیال ورودی بر سرعت تجزیه هیدرات متان برای هر دو حالت، مدل سازی شد و نتایج بدست آمده با داده های آزمایشگاهی، مورد مقایسه قرار گرفت. هم چنین، تأثیر شکل هندسی هیدرات و دمای سیال ورودی بر زمان تجزیه هیدرات متان، بررسی شد. نتایج بدست آمده برای این دو حالت، مورد مقایسه قرار گرفته و ارائه شده اند. این نتایج نشان می دهد، با افزایش دمای سیال عبوری از روی هیدرات، زمان تجزیه هیدرات، کاهش می یابد. هم چنین هیدرات به شکل گلوله با سرعت کمتری نسبت به هیدرات تشکیل شده روی دیواره لوله، تجزیه می شود.

با توجه به کم بودن سرعت تشکیل هیدرات اتان، در این پژوهش هدف، افزایش سرعت تشکیل هیدرات اتان می باشد. بنابراین به پارامتر های متغیر سرعت هم زن، فشار اولیه تشکیل هیدرات و حضور افزودنی های سینتیکی بر سرعت تشکیل هیدرات اتان پرداخته شد. با افزایش سرعت هم زن و فشار اولیه تشکیل هیدرات، سرعت تشکیل هیدرات اتان افزایش یافت. اثر افزودنی های سینتیکی مختلف بر روی سرعت تشکیل هیدرات اتان در دماهای مختلف، غلظت های مختلف و سرعت هم زن متفاوت بررسی شد. نتایج نشان دادند که در سه دمای 2، 4و 6 درجه سلسیوس و غلظت های 300 ، 500 و 1000 ( بر حسب ppm ) و سرعت هم زن 450 و rpm 800، مواد فعال سطحی آنیونی sds و sdbs نسبت به مواد فعال سطحی کاتیونی و غیر یونی بیشترین تاثیر را بر سرعت تشکیل هیدرات اتان دارند، هم چنین مواد فعال سطحی غیر یونی tx-100 و tw-40 نبست به ماده فعال سطحی کاتیونی dtab تاثیر بیشتری بر سرعت تشکیل هیدرات اتان دارند. نتایج نیز نشان دادند که tx-100 و tw-40 در هر سه دما و سرعت هم زن rpm 450 با افزایش غلظت سرعت تشکیل هیدرات اتان را زیاد می کنند. در حالی که با افزایش غلظت dtab در دمای 2 درجه سلسیوس و سرعت rpm 450، سرعت تشکیل هیدرات کاهش و در دمای 4 و 6 درجه سلسیوس سرعت تشکیل هیدرات افزایش می یابد. در نهایت با مقایسه ای که بین مواد فعال سطحی در کلیه آزمایش ها صورت گرفت می توان گفت که sdbs بیشترین تاثیر و dtab کمترین تاثیر را بر سرعت تشکیل هیدرات اتان دارد.

در این تحقیق، سینتیک تشکیل هیدرات مخلوط های گازی دو جزئی متان-اتان، متان-پروپان و متان-دی اکسید کربن مورد بررسی قرار گرفته شده است. آزمایشات در یک ظرف حجم ثابت و با دمای ثابت عملیاتی 277/15 کلوین و دور همزن راکتور ثابت 800 دور در دقیقه، یک بار با آب خالص و بار دیگر با محلول سدیم دودسیل سولفات با غلظت ppm 500 انجام شده اند. مخلوط گازهای متان و اتان در نسبت های مولی متفاوت متان ممکن است ساختار i، ii یا هر دو ساختار هیدرات را تشکیل دهند. اما دو مخلوط دیگر یعنی مخلوط متان-پروپان و متان-دی اکسید کربن تقریباً در تمامی نسبت ها تنها یک ساختار به ترتیب ii و i تشکیل می دهند. در حین تشکیل هیدرات، ترکیب مخلوط گازی و نحوه پر شدن حفرات تغییر می کند. بنابراین با پیشنهاد الگویتمی بر اساس قانون جذب سطحی لانگمویر، ترکیب مخلوط های گازی و کسر اشغال حفرات در هر لحظه محاسبه شدند. ترکیب در هر لحظه در این مخلوط ها بسته به میزان متان متغیر است. در بعضی از مخلوطها فرایند تشکیل هیدرات دو مرحله ای شده است، مانند نسبتهای 0/1، 0/2و 0/3 متان در مخلوط متان-اتان. علت آن می تواند به این صورت بیان شود که در غلظت های کم متان در مخلوط، با مصرف متان فاز گاز از اتان غنی شده و فشار مخلوط پس از اتمام متان در فاز گاز هنوز بیش تر از فشار تعادلی تشکیل هیدرات اتان است و بنابراین در مرحله دوم هیدرات از اتان خالص تشکیل می شود. ولی در غلظت های بالای متان در مخلوط، با مصرف متان و اتان و تشکیل هیدرات، اتان در فاز گاز مصرف شده و فشار مخلوط پس از اتمام اتان کم تر از فشار تعادلی تشکیل هیدرات متان است و بنابراین تشکیل هیدرات متوقف می شود. در حضور sds می توان گفت که گاز متان بیشتری وارد فاز آب می شود و بنابراین حضور sds سرعت تشکیل هیدرات را در مخلوط متان-اتان در اغلب نسبت ها و در مخلوط متان-دی اکسید کربن در نسبت های بالای متان افزایش می دهد، اما در مخلوط متان-پروپان تقریباً بی اثر است. در نهایت، سینتیک تشکیل هیدرات مخلوط های گازی با استفاده از روش ترمودینامیک طبیعی و معرفی یک نیروی محرکه ماکروسکوپیک، پیش بینی و با نتایج آزمایشگاهی به دست آمده مقایسه می شود. نتایج نشان می دهد که این مدل به خوبی قادر به پیش بینی سرعت تشکیل هیدرات مخلوط های گازی است.

در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی، سینتیک و سرعت تشکیل هیدرات پروپان پرداخته می شود و اثر دو ماده فعال سطحی آنیونی (sds) و (sdbs) و دو ماده فعال سطحی غیر یونی triton x100 و tween 40 را بر روی سرعت تشکیل هیدرات پروپان مورد بررسی قرار گرفته می شود. نتایج آزمایش ها در غلظت مختلف و در دمای 274 k انجام شده است. sds در غلظت های مورد آزمایش تاثری بر سرعت تشکیل هیدرات نداشته بلکه حتی در غلظت های بالاتر باعث کاهش تشکیل هیدرات گردیده است. sdbs تاثیر زیادی بر کاهش زمان تشکیل هیدرات پروپان دارد به طوریکه در غلظت 100ppm و دور همزن 500rpm تا 74% زمان تشکیل هیدرات پروپان را کاهش داد. triton x100 همانند sds در غلظت های مورد آزمایش تاثری بر سرعت تشکیل هیدرات نداشت.tween نیز تاثیر زیادی بر کاهش زمان تشکیل هیدرات پروپان دارد و باتوجه به اینکه در ابتدا باعث کاهش سرعت اولیه تشکیل هیدرات پروپان می شود ولی در نهایت زمان تشکیل هیدرات پروپان را کاهش می دهد. علاوه بر این اثر شدت اختلاط بر سرعت تشکیل هیدرات گازی مورد آزمایش و بررسی قرار گرفت که با افزایش دور همزن از 500 دور بر دقیقه به 750 دور بر دقیقه سرعت تشکیل هیدرات در حالت خالص به مقدار 2/5، در غلظت 300ppm، 1/5 و در غلظت 500ppm، 2 برابر افزایش می یابد.

گاز طبیعی یکی از مهمترین منابع انرژی در قرن حاضر محسوب می شود. یکی از روش-های ذخیره سازی گاز، هیدرات گازی است. سه ساختار کریستالی i، ii و h برای هیدرات شناخته شده است. هیدرات با ساختار h ظرفیت ذخیره سازی بیشتری دارد (6 مولکول گاز به ازای 34 مولکول آب) و برای ذخیره سازی بهتر از ساختارهای دیگر است. علاوه بر این ساختار h پایدارتر و فشار تشکیل آن پایین تر از دو ساختار دیگر می باشد. در این تحقیق به بررسی تأثیر فشار اولیه و نوع ماده تشکیل دهنده کریستال h هیدرات بر سینتیک تشکیل ساختار h خواهیم پرداخت. آزمایش های سینتیکی تشکیل ساختار h با ترشیوبوتیل متیل اتر (tbme)، متیل سیکلوهگزان (mch)، متیل سیکلوپنتان (mcp) و گاز کمکی متان، برای نقاطی در دماهای 15/274، 15/275، 65/275، 15/276 و 15/277 کلوین و محدوده فشار 9/54 تا 65 بار در یک ظرف حجم ثابت با نیروی محرکه 25 بار نسبت به فشار تشکیل متان برای هر یک از آزمایش ها به دست آمده است و در تمام آزمایش ها فرآیند هم دما می باشد. میزان ترشیوبوتیل متیل اتر، متیل سیکلوهگزان، متیل-سیکلوپنتان مورد استفاده در هر آزمایش10 سی سی می باشد. منحنی های ترشیوبوتیل متیل اتر یک مرحله ای می باشند و حلالیت این ماده در آب بسیار زیاد است. منحنی های متیل سیکلوهگزان و متیل سیکلوپنتان دو مرحله ای می باشند. به علت حلالیت بسیار ضعیفی که این مواد در آب دارند، ابتدا متان وارد حفرات ساختار i شده و ساختار i هیدرات با سرعت زیاد تشکیل می شود و بعد از گذشت مدت زمان طولانی غلظت این مواد به غلظت اشباع رسیده و از این لحظه می توانند وارد ساختار هیدرات شده و شروع به پر کردن حفرات ساختار h کنند. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که زمان رسیدن به تعادل برای ترشیوبوتیل متیل اتر بسیار سریع (حدود 9 برابر) و زمان رسیدن به تعادل برای متیل-سیکلوپنتان تقریباً برابر با (حدود 2/1 برابر) زمان رسیدن به تعادل متیل سیکلوهگزان است. مقدار یکسان از مواد به کار برده شده در این تحقیق از لحاظ اقتصادی هم قیمت هستند و فشار تعادلی ساختار h ترشیوبوتیل متیل اتر و متیل سیکلوپنتان برابر و کمی بالاتر از فشار تعادلی ساختار h متیل سیکلوهگزان است. بنابراین ترشیوبوتیل متیل اتر به دلیل حلالیت بیشتر و زمان رسیدن به تعادل کوتاه تر مناسب تر از دو ماده دیگر است و می توان از آن برای ذخیره سازی گاز استفاده کرد. در انتها سینتیک تشکیل هیدرات با استفاده از یک مدل سینتیکی مناسب (مسیر ترمودینامیک طبیعی) پیش بینی می شود. نتایج نشان می دهد که میان داده های آزمایشگاهی و نتایج حاصل از مدل تطابق خوبی برقرار است.

در این تحقیق، فعالیت سطحی مواد مختلف در حالت خالص و مخلوط بررسی شده است. فعالیت سطحی با مشاهده روند تغییرات کشش سطحی تعیین می شود. کشش سطحی برای دو بازدارنده سینتیکی تشکیل هیدرات گازی(pvp10 و pvp25) در 5 دمای 15، 25، 32، 40 و 50 درجه سلسیوس، اندازه گیری شد. با مشاهدات روند تغییرات، pvp10 فعالیت سطحی بالاتری نسبت به pvp25 نشان داد. با استفاده از کاهش روند تغییرات کشش سطحی با افزایش غلظت حل شونده، غلظت بحرانی تشکیل مایسل(cmc) تعیین می شود. توده های مایسلی pvp25 در غلظت پایین تری تشکیل می شوند. در مرحله بعد، آزمایشات کشش سطحی بر روی گونه های ضدکف(صنعتی، غیرصنعتی) انجام شد. آزمایشات گونه های صنعتی(adi, lae-2eo, lae-7eo) در دمای32درجه سلسیوس(شرایط کاری) و گونه های غیرصنعتی(brij58p, brij78p, brij52, tween40, c14pc, c16pc) در دمای 25 درجه سلسیوس انجام شد. از بین گونه های غیر صنعتی، c14pc بیش ترین فعالیت سطحی و brij58p کم ترین cmc را نشان داد. پس از انجام آزمایشات در حالت خالص، سیستم1 (مخلوط ضدکف (brij58p) - آنتی-هیدرات(pvp10))، سیستم2 (مواد فعال سطحی یونی(c14pc)- غیریونی(tween40)) و سیستم3 (مواد فعال سطحی یونی(c16pc)- غیریونی(tween40)) در حالت اختلاط بررسی شدند. برای هر سه سیستم متغیرهای مختلف ترمودینامیکی(ترکیب درصد اجزاء در مایسل، غلظت مونومرهای آزاد، ضریب برهم کنش، غلظت اضافی سطح، ضرایب فعالیت، انرژی آزاد فزونی، تغییرات انرژی آزاد گیبس مایسلی شدن) با در نظرگرفتن محلول حقیقی و با استفاده از نظریه محلول منظم محاسبه شد. آزمایشات در تمام کسرمولی ها (1/0 تا9/0) اندازه گیری شد. در سیستم 1 تا کسرمولی 6/0، هم افزایی مثبت و در سه کسرمولی دیگر جواب مناسبی حاصل نشد. در سیستم2 تا کسرمولی4/0 و در سیستم3 تا کسرمولی5/0 هم افزایی مثبت مشاهده شد. درنهایت با آزمایش یر روی گونه های صنعتی، مخلوط هایی از مواد فعال سطحی غیریونی (lae-7eo, lae-2eo) با ترکیب درصدهای مختلف مورد آزمایش قرار گرفتند، میزان مصرف کاهش یافت و غنای ایزوتوپ هیدروژن به هیدروژن (d/h) مقدار مطلوبی را نشان داد.

در این تحقیق آزمایش‏های مختلفی برای بررسی سینتیک تشکیل هیدرات بر روی چهار گاز متان، اتان، دی اکسیدکربن و r22 انجام شد. آزمایش هایی در شرایط فشار ثابت و فشار متغیر در محدوده فشار 6/9 الی 72/8 بار و دما های 2 و 4 درجه سلسیوس به منظور بررسی سینتیک فرآیند تشکیل هیدرات طراحی و اجرا شد. اثر اندازه مولکول گاز مهمان بر روی سرعت تشکیل هیدرات در فراتبرید های برابر، بررسی و نتیجه به این صورت گزارش شد که سرعت تشکیل هیدرات r22 بیش از 2 برابر بیشتر از 3 گاز دیگر است که این سرعت بالا به اندازه بزرگ مولکول r22 نسبت داده شد. همچنین مشخص شد در مورد دیگر گازها، گازی که هر دو قفس بزرگ و کوچک را اشغال می کند در فراتبرید برابر سرعت تشکیل هیدرات بیشتری از گازی که تنها یک توع قفس را اشغال می کند دارد. در موردی که نوع اشغال قفس ها مشابه باشد، گازی که حلالیت بیشتری در آب داشته باشد، سرعت تشکیل هیدرات بیشتری دارد. یک مدل تجربی با حداقل پارامترهای ورودی فوگاسیته تعادلی و فراتبرید و خطای کمتر از 12% در پیش بینی سرعت تشکیل هیدرات ارائه شده است. یک روش ترسیمی نیز بر اساس مدل تجربی ارائه شده برای پیش بینی سرعت تشکیل هیدرات ارائه شد که در این روش تنها نمودارهای تعادلی برای پیش بینی سرعت تشکیل هیدرات مورد نیاز است.

در این پروژه، با استفاده از شبیه سازی مولکولی به روش دینامیک مولکولی، کشش سطحی گاز (متان)- مایع (آب) در دمای k293 و فشارهای بین atm 53-10 محاسبه شده است. تعداد 715 مولکول آب و 100 مولکول متان در نظر گرفته شده است. در تمام شبیه سازی های مولکولی مهمترین قسمت شبیه سازی محاسبه ی انواع بر هم کنش ها است که در این میان محاسبه ی بر هم کنش های الکترواستاتیک از همه دشوارتر است. متداول ترین روشی که برای محاسبه ی بر هم کنش های الکترواستاتیک در شبیه سازی مولکولی تا کنون مورد استفاده قرار گرفته، روش جمع اوالد می باشد که در این کار نیز از این روش استفاده شده است. پتانسیل استفاده شده برای آب spc و برای متان امبر می باشد. علاوه بر بررسی تاثیر فشار بر روی کشش سطحی، تاثیر چگالی فاز گاز بر روی کشش سطحی نیز بررسی شده است.

کشش سطحی، خاصیت فیزیکی مهمی است که بر روی بسیاری از فرآیند های صنعتی تاثیر می گذارد. جداسازی، تقطیر، استخراج، جذب و جذب سطحی مثال هایی هستند که رفتار سطحی نقش مهمی دارد. به ویژه کشش سطحی مخلوط های گاز – آب تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی هسته زایی هیدرات و در نتیجه سرعت تشکیل هیدرات دارد. هر چند اندازه گیری کشش سطحی بسیار مورد توجه است، داده های مربوطه، به خصوص برای مخلوط گاز + آب نسبتا کمیاب هستند. به منظور جلوگیری از اندازه گیری های تجربی زمان گیر و پر هزینه، به تخمین های قابل اعتماد نیاز است. روش های زیادی برای پیش بینی کشش سطحی سیالات خالص و مخلوط ها وجود دارد به عنوان مثال: روش پاراکر و مشتقات آن، نظریه حالات متناظر، نظریه اغتشاش و نظریه گرادیان. نظریه گرادیان روشی مناسب برای تخمین کشش سطحی است. در این کار نظریه گرادیان خطی ( lgt ) به همراه معادله حالت mprcpa برای پیش بینی کشش سطحی مخلوط های گاز – آب به کار رفته است. پارامتر های تاثیر برای سیالات خالص سولفید هیدروژن، دی اکسید کربن، متان و آب به صورت رابطه ای بر حسب دما به دست آمده اند. همچنین روابطی بر حسب دما برای ضرایب بر هم کنش دو تایی (?_ij ) ارائه شده اند. سپس با استفاده از این مدل کشش سطحی مخلوط های دو تایی سولفید هیدروزن + آب، دی اکسید کربن + آب و متان + آب تخمین زده شدند. برای سیستم سولفید هیدروزن + آب در محدوده دمایی 313- 393 کلوین و محدوده فشار 5/4 – 50 بار، این مدل کشش سطحی را با aad% برابر با 1/5 تخمین می زند. برای سیستم دی اکسید کربن + آب در محدوده دمایی 9/297 – 3/374 کلوین و محدوده فشار 10 – 7/105 بار با aad% برابر با 3/7تخمین می زند. برای سیستم متان + آب در محدوده دمایی 15/298– 15/353کلوین و محدوده فشاری 10 – 150 بار با aad% برابر با 5/5 تخمین می زند. به نظر می رسد که این روش برای سیستم های سولفید هیدروژن + آب و متان + آب نسبت به دی اکسید کربن + متان نتایج بهتری دارد. کلید واژه ها: دی اکسید کربن، سولفید هیدروژن، کشش سطحی، متان، معادله حالت mpr – cpa، نظریه گرادیان خطی.

امروزه با افزایش جمعیت جهان و گسترش فعالیت های صنعتی، مشکل کم آبی در جهان افزایش یافته و از این رو استفاده از آب دریا به عنوان منبعی برای تولید آب شیرین مورد توجه قرار گرفته است. در سال های اخیر هیدرات در زمینه های مختلفی از جمله فرایندهای جداسازی کاربرد زیادی پیدا کرده که یکی از مصادیق آن، استفاده از آن در فرایند نمک زدایی از آب های شور است. از آن جایی که در فرایند تشکیل هیدرات، نمک ها و ناخالصی ها در ساختارهای هیدرات قرار نمی گیرند، استفاده از این فرایند می تواند برای شیرین سازی آب به کار گرفته شود. هدف از این تحقیق بررسی فرایند شیرین کردن آب با استفاده از فرایندهای کریستالیزاسیون شامل روش های انجمادی و تشکیل هیدرات گازی است. به طور ویژه در فرایند تشکیل هیدرات از ترکیبات تتراهیدروفوران و دی کلرو فلوئورو اتان استفاده شده است که علاوه بر قابلیت تشکیل ساختار دو، توانایی تشکیل هیدرات را درفشارهای پایین تر و دماهای بالاتر داشته باشند. هم چنین شرایط تعادلی تشکیل هیدرات تعدادی از مبردها (به عنوان سازنده های مناسب تشکیل هیدرات در فرایند نمک زدایی) با استفاده از مدل های ترمودینامیکی کلاسیک و جدید پیش بینی شده است. به دلیل ناپایداری کریستال ها، یکی از مشکلات تولید هیدرات در فرایند شیرین سازی آب، در جداسازی کریستال های تشکیل شده از مایع باقی مانده است. در این تحقیق، دستگاهی طراحی و ساخته شده است که در آن علاوه بر فرایند تشکیل، کریستال های هیدرات از محلول دوغاب باقی مانده جدا می شوند. برای تهیه نمونه های شور اولیه، از نمک های کلرید سدیم، کلرید پتاسیم، کلرید کلسیم و کلرید منیزیم و نیز از آب دریای مازندران استفاده شده است. بعد از تشکیل و جداسازی هیدرات از آب شور باقی مانده، با ذوب کریستال ها و تجزیه هیدرات، آب شیرین حاصل شده که راندمان حذف نمک ها در آن در حدود 40 تا 70% به دست آمده است. آزمایش های انجام شده بر روی محصول نهایی (شامل تیتراسیون و نشر شعله) به منظور تعیین غلظت یون های باقیمانده، تاثیر غلظت، نوع یون، نیروی محرکه و نوع فرایند را بر راندمان شیرین سازی نشان می دهد. بر اساس نتایج به دست آمده در درجه حرارت های فوق سرمایش کمتر و نیز در غلظت های شوری پایین تر، بازدهی فرایند شیرین سازی بیشتر است. هم چنین نتایج نشان می دهند که راندمان جداسازی نمک ها از آب شور برای کاتیون هایی با تعداد بار الکتریکی کمتر و شعاع یونی بزرگ تر، بیشتر است. از این رو کارایی فرایندهای نمک زدایی انجمادی و تشکیل هیدرات، برای حذف کاتیون های سدیم و پتاسیم در مقایسه با یون های سختی ساز منیزیم و کلسیم بالاتر است. بر اساس نتایج آزمایشگاهی به دست آمده، فرایند شیرین سازی با تشکیل هیدرات تتراهیدروفوران در مقایسه با روش انجمادی، علاوه بر داشتن راندمان بیشتر به انرژی سرمایشی کمتری برای تامین نیروی محرکه لازم، نیاز دارد. در دستگاه ساخته شده از الگوی فرایند انجمادی استفاده شده است که در آن راکتور شامل لوله مبرد به عنوان یک لوله انتقال حرارت عمل کرده و کریستال ها بر روی یک دیواره سرد تشکیل می شوند. پیش بینی سینتیک رشد کریستال های یخ و هیدرات تتراهیدروفوران بر روی سطح سرد با استفاده از معادلات انتقال حرارت استفان انجام شده است. به منظور حل معادلات در شرایط مرزی متحرک از روش های نیمه تحلیلی شبه پایدار اصلاح شده و اختلال استفاده شده است. در روش شبه پایدار اصلاح شده، نمودارهای سینتیکی رشد کریستال های یخ و هیدرات تتراهیدروفوران در حضور آب خالص به ترتیب با دقت متوسطی در حدود %7 و %4 پیش بینی شده اند. هم چنین روش حل نیمه تحلیلی اختلال با خطایی کمتر از 10%، نمودارهای سینتیکی رشد هیدرات را در شرایط عملیاتی که فاز مایع نزدیک به حالت تعادلی است پیش بینی کرده است.

در این تحقیق، سینتیک تشکیل هیدرات تتراهیدروفوران (thf) و سیکلوپنتان (cp) در حضور آمینواسید گلایسین و ال-لیوسین به عنوان بازدارنده سینتیکی در تشکیل هیدرات گازی بررسی شد. سپس سینتیک تشکیل هیدرات thf، در حضور پلی¬وینیل¬پیرولیدن (pvp) و استون که ترکیبی با ویژگی هم افزا است به همراه آمینواسید گلایسین و ال-لیوسین به عنوان بازدارنده سینتیکی بررسی شد. آمینواسیدها دوست¬دار طبیعت بوده و از طرفی زیست تخریب¬پذیر هستند. آزمایشات در یک راکتور دو جداره ناپیوسته با دمای جداره ثابت صفر درجه سلسیوس، فشار اتمسفری و غلظت¬های مختلفی از گلایسین و ال-لیوسین (1/5-0/05 درصد وزنی) انجام شده¬ و نتایج نشان داده¬اند که محلول %1/5 وزنی گلایسین، با کاهش شدت آب¬گریزی سیستم، بیشترین میزان زمان تأخیر تشکیل هیدرات thf(10 دقیقه) را به نسبت ال-لیوسین¬ دارد. در¬حالی¬که در مورد محلول آمینواسید با تشکیل دهنده هیدرات سیکلوپنتان، محلول % 0/05 وزنی گلایسین، بیشترین میزان زمان تأخیر تشکیل هیدرات سیکلوپنتان (32 دقیقه) را به نسبت ال-لیوسین¬ دارد. به طور کلی آمینواسیدها با تشکیل دهنده هیدرات cp عملکرد بهتری (زمان ماند بیشتر و دمای تعادلی کمتر) نسبت به حالت آمینواسیدها با تشکیل دهنده هیدرات thf داشته اند. گلایسین¬ها در دو حالت (thf و cp) هم عملکرد بهتری به نسبت ال-لیوسین¬ها داشته اند به این معنی¬که زمان ماند گلایسین¬ها 2 دقیقه بیشتر از ال-لیوسین ها گزارش شد. در حالت 2 (محلول آمینواسیدها، آب و سیکلوپنتان)، زمان تأخیر تشکیل هیدرات 3 الی 27/5دقیقه نسبت به حالت 1 (محلول آمینواسیدها، آب و thf) افزایش یافته است. زمانی¬که استون در محلول آمینواسیدها، آب و thf حضور می¬یابد ال-لیوسین به دلیل داشتن زنجیر جانبی عملکرد بازدارندگی بهتری به نسبت گلایسین دارد(10دقیقه زمان ماند بیشتر). استون به آمینواسیدها کمک می¬کند تا زمان ماند را تا 23 دقیقه افزایش دهد. محلول 1%وزنی گلایسین به همراه pvp، بیشترین میزان زمان تأخیر تشکیل هیدرات (20 دقیقه) و دمای تعادلی کمتری را به نسبت ال-لیوسین¬ دارد. به طور کلی آمینواسیدها با هم¬افزایی ترکیب بازدارنده pvp عملکرد بهتری (زمان ماند بیشتر و دمای تعادلی کمتر) نسبت به حالت thf و آمینواسیدها داشته¬اند. زمان ماند گلایسین ها در کنار pvp تقریبأ 4 دقیقه بیشتر از ال-لیوسین ها گزارش شده است.در نهایت، مسیر طبیعی ترمودینامیکی در سینتیک واکنش شیمیایی استفاده شد. نتایج مدل هم نشان می¬دهد که تطابق خوبی بین مدل پیش¬بینی¬شده و داده¬های آزمایشگاهی با درصدخطای 0/9 وجود دارد و این مدل می¬تواند داده¬های آزمایشگاهی تشکیل هیدرات thf و cpرا در حضور آمینواسیدها تأیید کند.

سازوکار تشکیل هیدرات گازی در حضور مواد افزودنی موثر توجه زیادی به دلیل اهمیت بهینه¬سازی تشکیل هیدرات ازجمله در زمینه تأمین انرژی و محیط زیست به خود جلب کرده است. در این پروژه شرایط تشکیل هیدرات گازی اتان در حضور نمک¬های سدیم هالید مورد بررسی آزمایشگاهی قرار گرفته است. در این کار تغییرات فشار و دما در مقابل زمان در طول فرایند تشکیل هیدرات گازی در شرایط دما (4 درجه سلسیوس) و حجم (480 میلی¬لیتر) ثابت در یک راکتور هم¬زن¬دار (با دورrpm840) اندازه¬گیری شد. اثر نوع آنیون و غلظت بر زمان القا و سرعت تشکیل هیدرات مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می¬دهد که سدیم هالیدها در حدود غلظت 6/0 درصد وزنی می توانند سرعت تشکیل هیدرات اتان را افزایش دهند. یدید سدیم و برمید سدیم در طیفی از غلظت¬ها بین 3/0 تا 5/1 درصد وزنی می توانند به طور قابل توجه سرعت تشکیل هیدرات را افزایش دهند. نتایج نشان می¬دهد که اگرچه نمک¬ها به عنوان بازدارنده¬های ترمودینامیکی شناخته شده هستند، آن ها می-توانند در محدوده¬ای از غلظت¬های کم، میزان بازدارندگی کمتری دارند. دلیل این که یون های هالید می توانند به طور قابل توجهی تشکیل هیدرات اتان را تحت تأثیر قرار دهند این است که آن ها در غلظت¬های کم تا 3/0درصد وزنی و غلظت¬های بیشتر از 5/1 درصد وزنی در بالک آب نفوذ می¬کنند و بر پیوند هیدروژنی داخل بالک آب تأثیر می¬گذارند و در محدوده غلظت 3/0-5/1 درصد وزنی، اثر قوی روی ساختار سطح آب دارند و نفوذ گاز درون آب را افزایش می¬دهند.

هدف این تحقیق افزایش سرعت تشکیل هیدرات دی اکسید کربن، متان و اتان است. برای رسیدن به این هدف، آزمایش های تشکیل هیدرات دی اکسید کربن، متان و اتان در سرعت های مختلف همزن، فشارهای اولیه گوناگون و در حضور مواد فعال سطحی گوناگون شامل سدیم دو دسیل سولفات، دودسیل تری متیل آمونیوم بروماید و تریتون ایکس 100 (در سرعت پایین هم زن) انجام شدند. هم چنین برای بررسی اثر تغییر ساختار بر سرعت تشکیل هیدرات (تبدیل ساختار i به ii)، هیدرات گازهای دی اکسید کربن و متان در حضور تتراهیدروفوران در غلظت های بسیار پایین تتراهیدروفوران تشکیل شدند. برای تحلیل های مربوط به سرعت تشکیل هیدرات از مدل تمایل شیمیایی و اندازه گیری-کشش سطحی با روش قطره معلق استفاده شد و با به کار بردن نظریه گرادیان و نظریه پاراکر پیشنهادی توزیع دانسیته و کسر مولی اجزا در فاز سطحی تعیین شد. با افزایش سرعت هم‏ زن و فشار اولیه تشکیل هیدرات، سرعت تشکیل هیدرات گازهای دی اکسید کربن، متان و اتان افزایش یافت. این افزایش سرعت تشکیل هیدرات برای متان محسوس تر از اتان و دی اکسید کربن بود. این سه ماده فعال سطحی بر سرعت تشکیل هیدرات دی اکسید کربن اثری نداشتند اما سرعت تشکیل هیدرات متان و اتان در حضور این سه ماده فعال سطحی افزایش یافت. بیشترین و کمترین افزایش سرعت به ترتیب مربوط به سدیم دو دسیل سولفات و دودسیل تری متیل آمونیوم بروماید بودند. در حضور سدیم دو دسیل سولفات ثابت سرعت حدود 56/1 برابر و زمان تعادل به حدود 09/0 مقدار خود نسبت به حالت بدون مواد فعال سطحی رسید و در حضور دودسیل تری متیل آمونیوم بروماید ثابت سرعت حدود 14/1 برابر و زمان تعادل به حدود 5/0 مقدار خود نسبت به حالت بدون مواد فعال سطحی رسید حضور تتراهیدروفوران باعث افزایش سرعت هیدرات دی اکسید کربن و متان شد. در حضور تتراهیدروفوران ثابت سرعت حدود 93/1 برابر و زمان تعادل به حدود 074/0 مقدار خود نسبت به حالت بدون تتراهیدروفوران رسید.

هدف از این پژوهش، بررسی آزمایشگاهی هم افزایی بازدارنده های مختلف بر سینتیک تشکیل کریستال های هیدرات گاز اتان می باشد. در این راستا، در حضور بازدارنده های مختلف و ترکیب آن ها، زمان تأخیر و سینتیک تشکیل کریستال هیدرات گاز اتان موردبررسی قرارگرفته است. کلیه آزمایش ها در شرایط حجم ثابت و با دمای ثابت عملیاتی 15/275 کلوین و با دور همزن 910 دور بر دقیقه و در غلظت های مختلف از افزودنی ها و ترکیب دوتایی آن ها انجام شده است. مقیاس و معیار بررسی عملکرد بازدارندگی افزودنی ها، زمان تأخیر، سرعت اولیه و سرعت متوسط 2000 ثانیه اول رشد می باشد. ترکیبات منتخب آزمایش شده، شامل تعدادی از مواد پلیمری (نشاسته، pvp و pam)، مواد فعال سطحی (روغن کرچک، peg، npe، lae، copolymer 20-103، copplymer 20-101، ctab و dtab)، آمینو اسیدها (گلایسین و لئوسین) و نمک ها (nacl، nabr، mgcl2، bacl2، kf و kbr) در غلظت ها و ترکیب درصدهای متفاوت می باشد. درنهایت با استفاده از قانون استورگس، مواد ازنظر عملکرد بازدارندگی بر سینتیک تشکیل هیدرات گاز اتان رتبه بندی شده و نتایج به دست آمده با توجه به ساختار و نحوه جذب بر روی کریستال هیدرات بررسی و تحلیل شده اند. پس از رتبه بندی ترکیب pvp با دو برابر غلظت بحرانی مایسل dtab، pvp با filter aid، pam با npe6 و pvp با npe6 به ترتیب رتبه اول تا چهارم بازدارندگی را نشان داده است. ترکیبات برتر معرفی شده در این تحقیق، به دلیل عملکرد بازدارندگی مناسب در فراتبرید بالاتر از 10 درجه سلسیوس، نسبت به بازدارنده های سینتیکی رایج ارجحیت دارند. همچنین pam در هم افزایی با npe و lae، توانایی توقف کامل تشکیل هیدرات را قبل از رسیدن به فشار تعادلی هیدرات گاز اتان دارد.

در این تحقیق، زمان تأخیر و سرعت رشد کریستال های هیدرات گاز اتان در شرایط فشار 21 بار و دمای 4 درجه سلسیوس با دور هم زن 840 دور بر دقیقه در یک راکتور دوجداره ی هم زن دار فشار بالا در حضور پلیمرهای نشاسته گندم، پلی وینیل پیرولیدون (pvp) و مواد فعال سطحی غیریونی شامل جرم مولکولی مختلف از پلی اتیلن گلایکول (peg)، نونیل فنول اتوکسیلات (npe)، لوریل الکل اتوکسیلات (lae)، کوپلیمر e.o./p.o. و ماده تجاری filter aid و آمینواسید گلایسین و ال-لئوسین به منظور بازدارنده های سینتیکی هیدرات اتان بررسی شد. هم چنین مقادیر مربوط به کشش سطحی مواد مورد استفاده در دستگاه مخصوص اندازه گیری کشش سطحی تعیین شده است. برای مقایسه ی عملکرد بازدارندگی مواد مختلف، چهار معیار زمان تأخیر، نسبت سرعت لحظه ای، نسبت سرعت ابتدایی و نسبت سرعت متوسط تعیین شده اند. در نهایت با استفاده از قانون استورگس، رتبه بندی مواد از نظر عملکرد بازدارندگی روی تشکیل هیدرات اتان انجام شد و نتایج به دست آمده با pvp به عنوان یک بازدارنده سینتیکی شناخته شده مورد مقایسه قرار گرفتند. آزمایش ها برای نشاسته گندم در غلظت های 00/7-05/0 درصد وزنی انجام شد که محلول 3% وزنی نشاسته گندم با بیش ترین میزان زمان تأخیر (289دقیقه) و کم ترین سرعت رشد هیدرات اتان، عملکرد بهتری داشته است. pvp در غلظت های 0/5- 5/0 درصد وزنی آزمایش شد که در غلظت 2% وزنی بیش ترین زمان تأخیر (6 ساعت) و کم ترین سرعت رشد کریستال های هیدرات را دارا می باشد. مواد فعال سطحی غیریونی در غلظت 10 پی پی ام مورد استفاده قرار گرفتند که از بین این مواد npe-40eo با زمان تأخیر 108 دقیقه دارای بیش ترین زمان تأخیر می باشد. آمینواسیدهای گلایسن و ال-لئوسین در غلظت های 0/3-05/0% وزنی مورد بررسی قرار گرفتند و هر دو آمینواسید در غلظت 5/0% وزنی به ترتیب با زمان تأخیر 112دقیقه و 75 دقیقه بهترین عملکرد را داشتند. دو رتبه ی اول بازدارنده ها شامل: 1- نشاسته گندم 3% وزنی 2- کوپلیمر 101-20 می باشند. مواد استفاده شده در مقایسه با غلظت 2 درصد وزنی بهینه برای pvp عملکرد بهتری نداشتند، ولی به دلیل زیست تجزیه پذیر بودن و هزینه های پایین، به عنوان بازدارنده های سینتیکی مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج حاصل از کشش سطحی نشان داد، کشش سطحی نسبت به سازوکار جذب اهمیت کم تری دارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

تشکیل کریستالهای هیدرات در بخش های مختلف صنایع نفت و گاز و فرآیندهای پایین دستی موجب توقف و یا کاهش تولید فرآورده ها می شود و به این علت اطلاعات خوبی در مورد چگونگی پیدایش و شرایط تشکیل آنها فراهم است ولی چون تولید آنها مورد توجه نبوده، مطالعه کمتری بر روی سرعت رشد کریستال هیدرات انجام شده است. اما بروز افکار جدید در مورد انتقال گاز طبیعی به صورت کریستالهای هیدرات در راستای کاهش هزینه تمام شده محصول باعث شده است که مطالعات بیشتری نیز در مورد اخیر صورت گیرد. هدف از این مطالعه، یافتن روشهایی بوده است که بتوان از نظر کیفی و کمی به توصیف رشد کریستال هیدرات پرداخت تا نتایج در صنعت حمل و نقل گاز طبیعی بکار گرفته شوند. فرایند تولید کریستال هیدرات را می توان به دو صورت پیوسته و ناپیوسته انجام داد که با توجه به تاکید این مطالعه بر روی کاربردی بودن نتایج، تمامی مساعی بر روی تولید کریستال هیدرات به صورت پیوسته متمرکز گشته است. وجود گاز محلول در آب در فرایند تولید کریستال هیدرات ضروری است و بنابراین تولید و رشد کریستال هیدرات به گذر از مراحل زیر اجتناب ناپذیر است. - جذب گاز به داخل آب - هسته سازی- رشد هسته ها و کریستال های موجوددر این مطالعه فرض شده است که در یک فرایند واقعی تولید پیوسته هیدرات، هسته ها بوجود آمده اند و کافی است رشد آنها مدنظر قرار گیرد و بنابراین صرفا به رشد کریستال های هیدرات پرداخته شده است. اولین قدم در بررسی سرعت اتفاق افتادن یک پدیده (نظیر رشد کریستال هیدرات) شناسایی نیروی محرکه موثر بر آن است. نکته برجسته این تحقیق آن است که اختلاف دمای بین سطح کریستال جامد و دمای توده مایع (فراتبرید)، عامل کنترل کننده سرعت رشد کریستال هیدرات است. برای توصیف کمی و کیفی رشد کریستال هیدرات می توان از دو دیدگاه مختلف ولی در ارتباط با هم یعنی انتقال جرم و انتقال حرارت به قضیه نگریست ولی نتایج متکی بر انتقال جرم سخت نیازمند آگاهی از میزان غلظت های گاز حل شده در توده مایع و سطح کریستال می باشند و به علت کوچک بودن میزان حلالیت گازهای هیدروکربوری در آب، تعیین توابت مدل از دقت خوبی برخوردار نیست. اگرچه در این مطالعه رابطه ای برای محاسبه غلظت متان در آب در نزدیکی نقطه تشکیل کریستال هیدرات ارائه شده است که توانایی پیش بینی حلالیت متان با خطای در حدود 2% را دارا است. استفاده از نتایج انتقال حرارت در توصیف کمی و کیفی رشد کریستال هیدرات آسانتر است. در این مطالعه دو مدل در این زمینه ارائه شده که در یکی دمای سطح کریستال، دمای تعادل سه فازی در فشار آزمایش فرض شده و در دیگری دمای سطح کریستال متناسب با اندازه ذره متغیر فرض شده است. با استفاده از موازنه فراوانی ذرات، تابع توزیع ذرات به ازای واحد رشد بدست آمده و با استفاده از روابط ریاضی، کل میزان رشد ذرات موجود در سیستم محاسبه شده است. همچنین با استفاده از نتایج بدست آمده از دستگاه ساخته شده در این مطالعه و سایر منابع ، ثوابت مدل تعیین گشته است. نتایج بدست آمده معرف کارآیی رباط بدست آمده می باشند.از سوی دیگر نشان داده شده است که می توان در شرایط یکسان و برای تولید یک نوع کریستال و با داشتن ثوابت برای یک گاز پارامترها را برای گاز دیگر حدس زد. همچنین این تحقیق نشان می دهد که استفاده از دانش کریستالیزاسیون بر سایر روشهایی نظیر شبیه سازی تولید و رشد کریستال به صورت انجام واکنشهای پی در پی ترجیح داشته و به حقیقت نزدیکتر است.