در این پروژه ابتدا شبیه سازی و بهینه سازی دو فرایند صنعتی تولید پلی استایرن به روش توده ای به منظور بررسی رفتار حالت پایای این فرایند ها و همچنین مقایسه عملکرد آنها انجام شد. در فرایند اول که به فرایند برج معروف است پلیمریزاسیون در دو راکتور پیوسته همزن دار موازی انجام می شود و در یک راکتور لوله ای با شش ناحیه دمایی مشخص ادامه می یابد. فرایند دوم نیز شامل یک راکتور پیوسته همزن دار خود سرد کننده و یک راکتور لوله ای می باشد که در این فرایند نیز راکتور لوله ای توسط ژاکت های کنترل کننده دما به سه بخش تقسیم می شود. سینتیک و فرضیات بکار برده شده در مدلسازی این فرایند ها یکسان است. مدلهای مربوط به هر فرایند قادر به پیش بینی متوسط های عددی و وزنی وزن مولکولی ، شاخص پراکندگی توزیع وزن مولکولی ، درجه تبدیل مونومر و دما برای محصول خروجی هستند. برای حداکثر کردن درجه تبدیل ، حداقل کردن شاخص پراکندگی وزن مولکولی و رساندن متوسط عددی وزن مولکولی به یک مقدار تجاری ، بهینه سازی به کمک روش الگوریتم ژنتیک بر روی دما های راکتور ها در هر فرایند انجام شد. نتایج شبیه سازی و بهینه سازی برای هر فرایند نشان داد که فرایند اول تنها قادر به تولید پلیمری با وزن مولکولی بالا و توزیع وزن مولکولی پهن است در حالیکه فرایند دوم قادر به تولید گرید های متفاوتی از پلی استایرن است. به دلیل ناتوانی فرایند اول در تولید محصولات مختلف از شبیه سازی حالت ناپایا و کنترل فرایند آن صرف نظر شد و تنها شبیه سازی حالت ناپایا و کنترل فرایند برای فرایند دوم انجام شد. به دلیل اینکه مدلسازی راکتور همزن دار خود سرد کننده با شرط دما ثابت انجام شده بود برای بررسی رفتار دینامیکی فرایند نیاز بود که مدلسازی راکتور خود سرد کننده در شرایط غیر همدما انجام شود. به این ترتیب کلیه معادلات حالت ناپایا برای رکتور خود سرد کننده در شرایط غیر همدما بدست آمد. به دلیل اینکه مدار باز این سیستم ناپایدار است برای کنترل آن از دو کنترلر استفاده شد که هر کدام بصورت جداگانه عمل می کنند. پاسخ مدار بسته راکتور خود سردکننده و عملکرد کنترلرهای بکار گرفته شده مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که کنترلرهای استفاده شده بخوبی قادر به حذف اغتشاشات و همچنین دنبال کردن تغییرات در مقدار مقرر بود. همچنین سیستم کنترلی بکار گرفته شده به خوبی در مقابل خطاهای احتمالی مدلسازی مقاوم بود و سیستم در کلیه حالت های بررسی پایداری خود را حفظ می کرد. برای کنترل راکتور لوله ای دو روش کنترل پیشنهاد گردید. در روش اول هدف کنترل دمای ژاکت های راکتور و در روش دوم هدف کنترل دمای داخل راکتور در انتهای هر بخش از راکتور بود. با اضافه کردن سه کنترلر برای بخش های راکتور لوله ای ، عملکرد این سه کنترلر و سیستم کنترلی اعمال شده بر روی راکتور خود سرد کننده بطور همزمان بررسی شد. عملکرد کنترلرها برای حذف اغتشاشات ، مقاوم بودن به خطای مدلسازی و تغییر شرایط فرایندی برای تولید محصول جدیدی از پلی استایرن بررسی گردید. بنابراین ضمن اعمال تغییرات یاد شده بر کل فرایند و مطالعه پاسخ مدار بسته فرایند ، عملکرد کنترلر ها نیز مورد بررسی قرار گرفت. هر دو روش بکار برده شده برای کنترل فرایند تا حد زیادی موفق بودند ولی روش دوم تقریباً همیشه عملکرد بهتری نشان می داد. زیرا در روش دوم دمای داخل راکتور کنترل می شود که تعیین کننده خواص محصول می باشد.

تنها فرایند پلیمری که نانوذرات پلیمری تولید می کند، پلیمریزاسیون امولسیونی است. نانوذرات پلیمری آن قدر در زندگی بشر و پیشرفت فناوری اهمیت پیدا کرده اند که می توان گفت بدون آنها، و به طور کلی مواد پلیمری، پیشرفت امکان پذیر نیست. شبیه سازی فرآیند ها در علوم مهندسی بسیار مهم است، که در صورت شبیه سازی مناسب، هزینه های مصرفی قبل از ایجاد واحد در جهت انجام آزمایشات لازم، کاهش می یابد. یکی از نرم افزارهای جامع و کاربردی که در زمینه ی شبیه سازی فرآیندهای شیمیایی ارائه شده است نرم افزار aspen plus می باشد. polymers plus، بخش مهم نرم افزار مذکور محسوب شده که در زمینه ی شبیه سازی فرآیندهای تولید نانو ذرات پلیمری در صنایع پتروشیمی ارائه شده است، که پس از شبیه سازی فرآیندهای پلیمری می توان به سهولت پارامترهای تأثیرگذار بر کیفیت پلیمر خروجی را مورد ارزیابی قرار داد و شرایط بهینه را در جهت افزایش کیفیت پلیمر خروجی و کارایی فرآیند به درستی انتخاب نمود. در این رساله سعی شده است، ابتدا نمایی کلی از فرایند پلیمریزاسیون و انواع آن مطرح شود. سپس بطور اختصاصی به پلیمریزاسیون امولسیونی و مزیتهای آن نسبت به دیگر انواع پلیمریزاسیون و دلیل انتخاب آن اشاره شده است. به دنبال آن، خلاصه ای از خواص و شرح کاربرد نرم افزار aspen polymers plus ارائه شده است. همچنین، شبیه سازی توزیع قطر ذرات، توزیع جرم مولکولی و درجه تبدیل استایرن، متیل متاکریلات و کوپلیمر استایرن/ متیل متاکریلات بر حسب زمان توسط aspen polymers plus پرداختیم و نتایج حاصله را با نتایج تجربی موجود در مقالات مقایسه کردیم، علاوه بر آن، در این پایان نامه، به تأثیر غلظت آغازگر و امولسیفایر و دما بر سرعت واکنش پرداخته شد. نتایج حاصله نشان داد که با افزایش غلظت آغازگر، تعداد رادیکالهای آزاد افزایش یافته، با افزایش غلظت امولسیفایر، تعداد مایسلها بیشتر شده و با افزایش دما مقدار ثابت سرعت انتشار و ثابت تجزیه آغازگر بیشتر می شود و همه این عوامل به افزایش سرعت پلیمریزاسیون منجر می شوند.

چکیده در تهیه کاتالیست های ziegler-natta عواملی همچون میزان اتانول موجود در اداکت (محصول افزایشی منیزیم کلراید و اتانول)، میزان تیتانیوم تتراکلراید مصرف شده، شرایط تزریق اجزاء مختلف از جمله اداکت و تیتانیوم تتراکلراید و همچنین برنامه دمایی مورد استفاده در فرایند تهیه کاتالیست نه تنها بر فعالیت و مورفولوژی و محتوای تیتانیوم موجود درکاتالیست بلکه بر میزان رشد ذره پلیمری و مورفولوژی آن نیز موثر است. نرم افزار طراحی آزمایشات design – expert 8.0 با بررسی های آماری موثرترین عوامل بر فعالیت کاتالیست را مقدار تیتانیوم تتراکلراید استفاده شده در تزریق مرحله اول و دمای افزودن تیتانیوم تتراکلراید در مرحله دوم نشان داد . متغیر مقدار ticl4 دوم نسبت به دو عامل دیگر با اهمیت تشخیص داده نشد. با مقایسه بین کاتالیست های ساخته شده در جدول 4-1 می توان نشان داد که با ثابت گرفتن بقیه متغیرها، اگر مقدار ticl4 اول و یا دمای تزریق مرحله دوم این ماده را افزایش دهیم محتوای تیتانیوم باقی مانده در کاتالیست افزایش می یابد. در نهایت با توجه به تاثیر محتوای تیتانیوم در کاتالیست روی فعالیت کاتالیست می توان گفت هنگامی که درصد ti در کاتالیست افزایش می یابد و از حدود 4 تجاوز می کند در برخی موارد مانند کاتالیست( 4 و 11) فعالیت کاتالیست کاهش پیدا کرده و نیز هنگامی که درصد تیتانیوم باقی مانده در کاتالیست کم باشد مانند کاتالیست (1) فعالیت کاتالیست افزایش می یابد. این روند را می توان با تصاویر sem گرفته شده ازکاتالیست ها نشان داد. ارتباط خاصی بین مقدار ticl4 دوم و محتوای تیتانیوم باقی مانده کاتالیست نهایی و فعالیت آن مشاهده نشد. دانسیته توده، ایزوتاکتسیته و وزن مولکولی متوسط پلیمرها نیزمورد بررسی قرار گرفت.

در این پروژه به طراحی راکتور برای واکنش دی هیدروژناسیون اتیل بنزن به استایرن پرداخته شده است. ابتدا مدل پلاگ انجام شده و تغییرات درصد تبدیل با تغییر وزن کاتالیست محاسبه شده است. سپس برای مدل هتروژن این کارها انجام گرفته است. سپس این نتایج با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است.

تغییرات توزیع اندازه ذرات یکی از موضوعات مهم در طراحی فرآیندهای پلیمریزاسیون تعلیقی است.در یک راکتور پلیمریزاسیون تعلیقی پیش بینی توزیع اندازه ذرات نتیجه برهمکنش شرایط اختلاط و شرایط سینتیک واکنش های پلیمریزاسیون می باشد. مدل سازی ریاضی توزیع اندازه ذرات فرآیندهای پلیمریزاسیون تعلیقی باید در برگیرنده پارامترهای اختلاط، سینتیک و رفتار رئولوژیکی سیستم باشد. مدل توسعه یافته در این تحقیق شامل دو قسمت اصلی است: مدل سینتیکی و مدل موازنه جمعیت. مدل سینتیکی تغییرات درصد تبدیل و متوسط های وزن مولکولی را با استفاده از روش ممان ها پیش بینی می کند. مدل موازنه جمعیت برای توصیف تغییرات توزیع اندازه ذرات استفاده شده که منجر به یک معادله انتگرالی- دیفرانسیلی می شود. جهت حل این معادله از روش حل محور ثابت استفاده شد. قابلیت های مدل توسط مقایسه پیش بینی های مدل با اندازه گیری های تجربی برای پراکندگی مایع- مایع قطرات استایرن در آب و پلیمریزاسیون سوسپانسیونی استایرن نشان داده می شود.اثر برخی عوامل تاثیر گذار روی توزیع اندازه ذرات بر اساس پیش بینی های مدل بررسی می شوند.

با توجه به مزیت هایی که برای کاربرد پلی الفین ها و گریدهای متنوع پلی اتیلن، در صنایع مختلف دارد، استفاده از آنها در جهان روند افزایشی داشته است. به همین دلیل تلاش برای ابداع تکنولوژی های جدیدی که بتواند هزینه تولید را کاهش داده و از طرفی راندمان آن را افزایش دهد، همچنان ادامه دارد. در این پروژه سعی شده است تا با استفاده از برنامه نویسی در محیط matlab، شبیه سازی فرایند spherilene شرکت بازل، که یکی از جدیدترین تکنولوژی های روز دنیا برای تولید پلی اتیلن های سبک خطی و پلی اتیلن سنگین محسوب می شود، انجام پذیرد. در نهایت نیز نتایج بدست آمده از شبیه ساز، با داده های صنعتی پتروشمی جم مقایسه گردید که حاکی از اعتبار و دقت شبیه ساز در پیش بینی خواص دارد. جهت شبیه سازی راکتورهای سری تولید پلی اتیلن، از مدل اختلاط کامل و سینتیک پلیمریزاسیون مک اولی، استفاده شده و بر اساس وزن مولکولی و ترکیب کوپلیمر زنجیرها، خواص اصلی محصولات که شامل چگالی و شاخص جریان مذاب می شوند پیش بینی شده است. شبیه ساز، امکان پیش بینی پلی پاشیدگی را می دهد، اما دانستن این پارامتر برای دانستن خواص پلیمر کافی نیست. بدین دلیل که توزیع وزن مولکولی زنجیرها در گرید پلی اتیلن سبک خطی به صورت دوقله ای می باشد، لذا بدست آوردن نحوه توزیع وزن مولکولی نیز از اهمیت خاصی برخوردار است. طریقه اضافه شدن افزودنی ها و فرایند نمودن محصول نهایی در اکسترودر، به توزیع اندازه ذرات پلی اتیلن خروجی از راکتورها بستگی دارد . شبیه سازی انجام شده، امکان پیش بینی توزیع وزن مولکولی زنجیرها و نیز توزیع اندازه ذرات پلیمرها را فراهم می سازد. با استفاده از این شبیه ساز، امکان بررسی تاثیر پارامترهای موثر بر روی شرایط عملیاتی و خواص نهایی محصولات، محقق گردیده و نتایج نشان می دهد که : 1- با افزایش دبی پیش پلیمر ورودی به راکتور، نرخ پلیمریزاسیون افزایش یافته است و میزان تولید محصول نهایی نیز بیشتر می شود. متوسط وزن مولکولی زنجیرها و چگالی پلیمر کاهش می یابد اما شاخص جریان مذاب افزایش یافته است. توزیع اندازه ذرات نیز به سمت قطرهای کمتر متمایل می شود. 2- افزایش شدت جرمی ورودی مونومر اتیلن، باعث افزایش نرخ پلیمریزاسیون و میزان تولید محصول نهایی می شود. چگالی پلیمر و متوسط وزن مولکولی زنجیرها افزایش یافته و شاخص جریان مذاب کاهش می یابد. 3- زیاد نمودن شدت جرمی کومونومر بوتن، باعث کاهش متوسط وزن مولکولی و چگالی پلیمر و افزایش شاخص جریان مذاب شده است. میزان محصول نهایی با تغییر این پارامتر تغییر چندانی نمی کند. 4- با افزایش شدت جرمی پروپان به داخل راکتورها، میزان تولیدمحصول نهایی کاهش می یابد. 5- افزایش دمای راکتورها، می تواند نرخ پلیمریزاسیون و تولید محصول نهایی را افزایش دهد. افزایش دما سبب کاهش متوسط وزن مولکولی زنجیرها و چگالی پلیمر می شود و شاخص جریان مذاب را افزایش می دهد. به دلیل افزایش نرخ پلیمریزاسیون، توزیع اندازه ذرات نیز به سمت قطرهای بالاتر متمایل شده است.

هدف اصلی از انجام این پروژه مدلسازی دای کواکستروژن واکنشی بوده است. به این منظور یک دای کواکستروژن به شکل دم ماهی انتخاب گردید و مدلسازی براساس آن صورت گرفت. مواد درنظر گرفته شده برای این مدلسازی پلی اتیلن عامل دارشده با انیدرید مالئیک و کوپلیمر اتیلن-وینیل الکل می باشد. یک سری عوامل فرایندی از قبیل دمای دای، نسبت کشش و دبی جریان ورودی به دای، تاثیر قابل توجهی روی میزان پیشرفت واکنش بین سطحی انجام شده درون دای دارند. علاوه بر این شرایط، هندسه و ابعاد دای نیز روی راندمان این واکنش تاثیر می گذارد. به منظور مدلسازی دای و بررسی تاثیر این عوامل روی پیشرفت واکنش بین سطحی لازم است که سینتیک این واکنش مشخص باشد. بدین منظور پیش از انجام مدلسازی، سینتیک واکنش بین سطحی با استفاده از روش رئومتری مورد بررسی قرار گرفت. در این روش هر کدام از مواد مورد مطالعه به صورت فیلم در آمده و سپس لایه های فیلمی شکل درون دستگاه رئومتر روی یکدیگر قرار می گیرند. این آزمایش در دما و سرعت برش ثابت انجام می شود. منتهی از آنجائیکه مواد با گذشت زمان با یکدیگر واکنش می دهند و زنجیرهایی با طول بزرگتر تشکیل می دهند، گرانروی کل سیستم با گذشت زمان افزایش می یابد. این افزایش در گرانروی تا جایی ادامه می یابد که فصل مشترک سیستم از زنجیرهای کوپلیمری که بین لایه ها تشکیل شده اشباع شود و پس از آن گرانروی ثابت می ماند. با طبیعی کردن منحنی گرانروی برحسب زمان بین صفر تا صد، منحنی گرانروی به منحنی درصد تبدیل برحسب زمان واکنش تبدیل می شود. با استفاده از این منحنی و با توجه به اینکه واکنش بین سطحی از نوع درجه اول می باشد، ثوابت سینتیکی واکنش به راحتی قابل محاسبه است. طبق نتایج بدست آمده انرژی فعالسازی و ضریب فرکانس این واکنش به ترتیب معادل 91.41 (kj/mol) و 107×28.84 (min-1) می باشد. بعدا این ثوابت در مدلسازی دای کواکستروژن مورد استفاده قرار می گیرد. در این قسمت ابتدا تاثیر دمای دای، به عنوان یکی از مهمترین پارامترهای فرایندی، روی میزان پیشرفت واکنش بررسی شد و نتایج نشان دادند که مشابه رابطه ثابت سرعت واکنش با دما، در اینجا نیز میزان پیشرفت واکنش به صورت نمایی با دمای دای تغییر می کند. سپس تاثیر نسبت کشش به عنوان دیگر پارامتر فرایندی موثر روی پیشرفت واکنش بین سطحی مورد بررسی قرار گرفت. طبق نتایج بدست آمده با افزایش نسبت کشش درصد تبدیل نهایی کاهش می یابد. علاوه بر پیشرفت واکنش بین سطحی، نسبت کشش روی ضخامت نهایی فیلم نیز موثر بوده و آنرا کنترل می کند. آخرین پارامتر فرایندی که در این پژوهش تاثیر آن روی پیشرفت واکنش بین سطحی مورد بررسی قرار گرفته، دبی خروجی بوده است. طبق نتایج بدست آمده با کاهش دبی خروجی درصد تبدیل نهایی واکنش به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. در ادامه مباحث مربوط به مدلسازی تاثیر ابعاد دای روی میزان پیشرفت واکنش بین سطحی مورد بررسی قرار گرفته است.

پلی اتیلن سبک خطی، نوعی از کوپلیمرهای اتیلن با کومونومرهایی از قبیل 1-بوتن، 1-هگزن و 1-اکتن است که در صنعت، مصارف قابل توجهی دارند. در سنتز این کوپلیمرها در صنعت، از کاتالیست های متالوسن و زیگلر-ناتا استفاده می شود. استفاده از پیش برنده ها، که ترکیباتی با وزن مولکولی کوچک هستند، مقدار مصرف کاتالیست در سنتز پلی اولفین ها را کاهش می دهد. در این پروژه، با استفاده از پیش برنده ی از جنس هالوکربن ، تأثیر آن در سنتز کوپلیمرهای اتیلن/1-بوتن و اتیلن/1-هگزن بررسی شد. کوپلیمرهای اتیلن/1-بوتن و اتیلن/1-هگزن در درصدهای وزنی صفر ، 3 ، 5 ، 7 و 10 از کومونومر در خوراک، در حضور و غیاب پیش برنده (غلظت ثابت) سنتز شدند. در کوپلیمریزاسیون اتیلن/1-بوتن در غیاب هالوکربن، با افزایش کومونومر در خوراک، فعالیت کاتالیست از 18.3 تا 8.2 (kg copolymer/gr cat. h)، ویسکوزیته ذاتی از 12.0 تا 7.5 (dl/gr) و دمای ذوب کوپلیمر از 135.0 تا 125.7 (c?) کاهش یافت. زمانی که در کوپلیمریزاسیون اتیلن/1-بوتن از هالوکربن استفاده شد، فعالیت کاتالیست حدود 2 برابر برای هموپلیمریزاسیون اتیلن و در حدود 0.7 تا 1.5 برابر برای نسبت های 3 تا 10 درصد وزنی از 1-بوتن در خوراک افزایش یافت. همچنین با افزایش 1-بوتن در خوراک، فعالیت کاتالیست از 34.6 تا 13.0 (kg copolymer/gr cat. h)، ویسکوزیته ذاتی از 9.0 تا 6.0 (dl/gr) و دمای ذوب کوپلیمر از 135.3 تا 125.7 (°c) کاهش یافت. در کوپلیمریزاسیون اتیلن/1-هگزن، تا 3 درصد وزنی از کومونومر در خوراک، در غیاب هالوکربن، فعالیت کاتالیست از 17.8 تا 21.4 kg copolymer/gr cat. h افزایش یافت که با افزایش بیشتر کومونومر تزریقی در خوراک، فعالیت کاتالیست کاهش یافته و از 21.4 به 16.3 (kg copolymer/gr cat. h) رسید. همچنین با افزایش کومونومر در خوراک، ویسکوزیته ذاتی از 11.0 تا 7.7 (dl/gr) و دمای ذوب کوپلیمر از 135.2 تا 128.8 (c°) کاهش یافت. در کوپلیمریزاسیون اتیلن/1-هگزن با حضور هالوکربن، فعالیت کاتالیست حدود 2 برابر برای هموپلیمریزاسیون اتیلن و در حدود 1.1 تا 1.3 برابر برای نسبت های 3 تا 10 درصد وزنی 1-هگزن در خوراک افزایش یافت. با افزایش 1-هگزن در خوراک، فعالیت کاتالیست از 35.5 به 20.0 (kg copolymer/gr cat. h)، ویسکوزیته ذاتی از 9.8 تا 8.0 (dl/gr) و دمای ذوب کوپلیمر از 135.4 تا 130.5 (c°) کاهش یافت. با مقایسه نتایج بدست آمده دیده شد که، در کوپلیمرهایی که از هالوکربن استفاده شده، مقدار ویسکوزیته ذاتی کمتر از کوپلیمرهای بدون هالوکربن می باشد. همچنین شیب کاهش ویسکوزیته در کوپلیمرهای با هالوکربن با افزایش کومونومر در خوراک کمتر از کوپلیمرهای در غیاب هالوکربن می باشد. با افزایش کومونومر در خوراک برای کوپلیمرهای در حضور و غیاب هالوکربن دمای ذوب روند کاهش نشان می دهد. همچنین مشخص شد که هالو کربن تأثیر بسیار کمی روی نقطه ذوب کوپلیمر دارد و منجر به افزایش بسیار کم دمای ذوب کوپلیمر می شود.

در این کار پژوهشی با شناخت عوامل موثر بر کارایی قطعه و علل بروز تنش های باقی مانده، روند طراحی، شبیه سازی و بهینه سازی چرخه دمایی پخت یک نوع پیش آغشته تجاری اپوکسی/ شیشه به گونه ای سامان داده شد که پخت در مسیری درست پیش رفت و نتیجه نهایی رضایت بخش گردید. چگالی، ظرفیت گرمای ویژه و ضریب هدایت گرمایی پیش آغشته به ترتیب توسط آزمون های تعیین چگالی به روش ارشمیدس، dsc و modulated dsc و روش استاندارد nasa اندازه گیری شدند. یکی از عوامل موثر بر کارایی، سینتیک پخت رزین است که تعیین آن مستلزم ارائه روشی مناسب و فراگیر به منظور تعیین پارامتر های سینتیکی و نهایتاً پیش بینی دقیق گرمای واکنش آزاد شده در هر لحظه از واکنش پخت است. به این منظور آزمون های dsc در سرعت های گرمادهی 5/2، 5/3، 5/4 و oc/min5 انجام گرفت و پارامترهای سینتیکی به کمک سه روش هم درجه تبدیل انتگرالی پیشرفته، روش sbirrazzuoli و روش متداول بر پایه مدل نظیر مدل sourour & kamal محاسبه گردید. نتایج حاصل از پیش بینی توسط هر یک از روش ها معلوم داشت که روش هم درجه تبدیل انتگرالی پیشرفته از توان پیش بینی دقیق تری در هر دو شرایط هم دما و غیر هم دما برخوردار است. دیگر عوامل موثر بر کارایی قطعه پخت شده عبارتند از درجه تبدیل نهایی پخت، حداکثر دما در قطعه در طول واکنش، گرادیان دما، گرادیان درجه تبدیل و بالاخره جبهه پخت در داخل قطعه. کلیه این عوامل به شکل کمی تعریف و محاسبه شدند و برای تعیین چرخه پخت بهینه پیش آغشته اپوکسی/ شیشه مورد استفاده قرار گرفتند. این در حالی بود که، زمان پخت نیز کمینه گردید و به این ترتیب کارایی و هزینه هر دو در تعیین چرخه پخت بهینه لحاظ شدند. شبیه سازی و بهینه سازی به ترتیب به کمک نرم افزارهای abaqus و matlab انجام گردید. جهت اتصال این دو نرم افزار برنامه های واسطه به زبان fortran نوشته شدند. چرخه پخت بهینه برای قطعه بی نهایت نازک ، نازک مسطح (تا ضخامت mm6)، ضخیم مسطح (به ضخامت cm2)، خیلی ضخیم مسطح (به ضخامت cm8)، خیلی ضخیم انحنادار به ضخامت cm8 و بالاخره نازل موشک که از شکل هندسی پیچیده و ضخامت متغیر برخوردار است تعیین گردید. نتایج نشان داد که روش سینتیکی برگزیده بر چرخه پخت دمایی بهینه محاسبه شده تأثیرگذار است. همچنین معلوم شد که تا ضخامت mm6 گرادیان دما و درجه تبدیل در داخل قطعه وجود ندارد. اثر تراوش رزین و تغییر ضخامت ناشی از فشار فرایند بر چرخه پخت بررسی گردید و دیده شد که تحت این شرایط دست یافتن به چرخه پخت بهینه مقدور نیست. همگن بودن خواص فیزیکی- گرمایی در صفحه پیش آغشته موجب شد که چرخه پخت بهینه حاصل از تحلیل دو بعدی و سه بعدی یکسان گردند. چرخه های پخت بهینه به دست آمده تنها شامل مراحل غیر هم دما بودند و نسبت به شرایط پخت دما ثابت، گرادیان های دمایی و درجه پخت کمتری را در قطعه بر جای گذاشتند.

هدف از این پژوهش، طراحی یک سامانه ی دارورسانی تک لایه، حاوی دو داروی هورمونی پروژسترون و استرادیول بنزوآت بر پایه ی لاستیک سیلیکون به صورت یک ابزار قابل کاشت در بدن دام، بررسی رهایش بلندمدت و هم-زمان دو دارو، ارزیابی الگوی رهایش دارو با مدل های ریاضی با هدف بررسی سازوکار دخیل در رهایش داروها و توسعه ی یک مدل ریاضی بر پایه ی فیزیک نفوذ برای پیش بینی رهایش دارو است. به این منظور سه فرمول بندی متفاوت از لاستیک سیلیکون دو جزیی (به نسبت 1:1) حاوی (1 و 1/0)، (3 و 3/0) و (5 و 5/0) درصد (وزنی/وزنی) پروژسترون و استرادیول بنزوآت و 9 درصد (وزنی/وزنی) روغن سیلیکون انتخاب شد. دمای بهینه ی ?110 برای پخت لاستیک سیلیکون (حاوی درصدهای مختلف دارو و روغن) با استفاده از آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی (dsc) تعیین شد. با استفاده از آزمون های (dsc) به صورت هم دما و دینامیک، سینتیک پخت لاستیک سیلیکون حاوی درصد های مختلف داروها و روغن سیلیکون بررسی و مشخص شد که با افزایش غلظت دارو در سامانه، سرعت پخت لاستیک سیلیکون کاهش یافته و زمان پخت افزایش می یابد. برای انجام آزمون های رهایش 15 نمونه ی متفاوت از نظر مساحت سطح ابزار، ضخامت پوشش حاوی دارو و درصدهای متفاوت از بارگذاری داروها تهیه شد. ترکیب آب و اتانول با نسبت 60:40 به عنوان محیط رهایش بهینه انتخاب شد. نتایج آزمون های رهایش حاکی از آن است که با افزایش مساحت سطح ابزار قرارگرفته در محیط رهایش، ضخامت پوشش حاوی دارو و درصد بارگذاری داروها، مقدار داروی رهایش یافته افزایش پیدا می کند. برای کنترل رهایش دارو، میزان رهایش دارو در بلندمدت اندازه گیری و با مدل های سینتیکی مختلف (مرتبه ی صفر، مرتبه ی اول، کورسمیر-پپاس، پپاس-ساهلین، ویبول، گومپرتز، هیگوچی(پراکنش مونولیتیک)، محلول مونولیتیک، مدل دو جزئی نعمتی) برازش شد. مدلی ریاضی جدید بر پایه ی فیزیک نفوذ نیز برای پیش بینی میزان رهایش دارو توسعه داده شد. به منظور مقایسه ی داده-های تجربی با مدل های ریاضی بر پایه ی فیزیک نفوذ، ضریب نفوذ ?(?cm?^2/s)7-10 ×38/5 برای پروژسترون و ?(?cm?^2/s)7-10×55/1 برای استرادیول بنزوآت در لاستیک سیلیکون به روش تحلیل زمان تأخیری تعیین شد. در نتیجه صحت پیش بینی مدل ها مورد ارزیابی قرار گرفت. از بررسی تطابق داده های پیش بینی شده توسط مدل با داده های تجربی با استفاده از پارامتر رگرسیون غیرخطی (r^2) مشاهده شد که مدل دو جزئی نعمتی که بر اساس فرض رهایش انتشاری در دو فاز رهایش انفجاری و حالت پایدار به دست آمده است، دقت پیش بینی بالاتری نسبت به بقیه ی مدل ها دارد. دقت مدل توسعه یافته در این تحقیق بر اساس فیزیک نفوذ، با افزایش میزان بارگذاری دارو در بستر پلیمری (?(m_0/c_s )) و افزایش مساحت سطح ابزار قرارگرفته در محیط رهایش افزایش پیدا می کند. کلیدواژه ها: مدل سازی ریاضی، سامانه ی دارورسانی مونولیتیک، پروژسترون، استرادیول بنزوآت، لاستیک سیلیکون.

در این پژوهش هدف کلی مدلسازی و طراحی راکتور برای تولید دی وینیل بنزن می باشد. در تمامی مدلسازی و طراحی فرآیندهای شیمیایی بدست آوردن ثوابت سنتیکی، از مهم ترین و کلیدی ترین مراحل است. برای این منظور ابتدا معادلات سرعت بدست آورده شد. سپس با استفاده از برنامه متلب این دسته معادلات حل گردید. به کمک الگوریتم های بهینه سازی و داده های تجربی ثوابت سرعت، ثوابت تعادلی و ثوابت جذب دی هیدروژناسیون محاسبه شد. داده های تجربی با استفاده از راکتور بستر ثابت ایزوترمال دی هیدروژناسیون دی اتیل بنزن به دی وینیل بنزن بدست آمده است. توسط گاز کروماتوگرافی جرمی که یکی از دقیق ترین آزمون ها برای بدست آوردن درصد ترکیب مواد است، به تجزیه تحلیل نتایج بدست آمده از این آزمایشات پرداخته شد. با انطباق داده های تجربی و مدل ارائه شده از صحت مدل، اطمینان حاصل شد. در انتها، نگاهی صنعتی و کلی برای تولید دی وینیل بنزن ارائه شد و به طراحی راکتور پرداخته شد. با استفاده از داده های مدل بهترین فاکتور زمانی برای تولید دی وینیل بنزن انتخاب گردید و حجم، قطر و طول راکتور برای تولید میزان خاصی از دی وینیل بنزن ارائه گردید.

در این پژوهش، سامانه های میکروسفری تشکیل شونده در موضع بر پایه پلی لاکتیک-گلیکولیک اسید به عنوان حامل داروی ضدسرطان پاکلی تاکسل ساخته شد. میکروسفرهای از طریق تشکیل امولسیون فاز پلیمری (دارو، پلیمر، حلال و افزودنی) در فاز روغنی (روغن وامولسیون کننده) به روش دو سرنگی تهیه شدند. سهولت اجرا، سرعت عمل بالا و سادگی ابزار مورد نیاز از ویژگی های روش دو سرنگی است. ماهیت تشکیل شونده در موضع این روش منجر به عدم هدررفت داروی پاکلی تاکسل و در دسترس قرار گرفتن کل آن برای بیمار می شود. این موضوع با توجه به قیمت بالای داروی پاکلی تاکسل بسیار مطلوب است. قرار گرفتن فاز روغنی در اطراف میکروسفرها از پراکندگی آنها در بدن بیمار و بروز عوارض جانبی ناشی از آن جلوگیری می کند. برای تهیه سامانه های میکروسفری، از پلی لاکتیک-گلیکولیک اسید با جرم های مولکولی متفاوت (502h، 503h و 504h) و میکروذرات آلبومین و میکروذرات آلبومین پیوند زنی شده با پلی لاکتیک-گلیکولیک اسید به عنوان افزودنی استفاده شد و تاثیر این عوامل بر روی خواص فیزیکی، حرارتی و ریخت شناسی سامانه های میکروسفری تهیه شده و نیز روند رهایش پاکلی تاکسل از آنها بررسی شد. سازوکار رهایش دارو با استفاده از مدل های نیمه تجربی و ریاضی بررسی شد. حلالیت پایین و تخریب (اِپی مر و هیدرولیز شدن) پاکلی تاکسل در محیط آبی دو مشکل اساسی در حین مطالعه رهایش آن بود. برای این منظور، پایداری دارو در محیط های تک فازی آبی و دو فازی آبی-آلی بررسی شد. اگرچه محیط های دو فازی آبی-آلی پایداری بیشتری را برای پاکلی تاکسل فراهم کردند، اما به علت تغییر شکل و چسبیدن میکروسفرها به یکدیگر، استفاده از آنها مناسب نیست. در نهایت، محیط تک فازی آبی بافر فسفات حاوی 10% از 2-هیدروکسی بتا سیکلودکسترین به عنوان پایدارکننده و 1% از تویین 80 به عنوان افزایش دهنده حلالیت به عنوان محیط رهایش انتخاب شد. متوسط اندازه ذرات آلبومینی پیوند زنی شده و نشده به ترتیب nm 980 وnm 957 بود. واکنش پیوند زنی از طریق طیف سنجی فروسرخ انعکاسی تضعیف شده عبوری تایید شد. میکروسفرهای ms502، ms503 و ms504 دارای دمای گذار شیشه ای به ترتیب °c28/7، °c31/7 و °c40/8 بودند. داروی پاکلی تاکسل به صورت غیر بلوری در سامانه های میکروسفری پخش شده بود. میکروسفرهای تهیه شده، ساختار کروی مطلوب، سطح هموار و قطر متوسط mµ 30/2-20/1 و توزیع اندازه ذرات نسبتاً باریک در حد 1/24-1/41 را نشان داد. افزایش جرم مولکولی پلی لاکتیک-گلیکولیک اسید موجب افزایش اندازه ذرات و توزیع اندازه ذرات میکروسفرها شد. بارگذاری میکروذرات آلبومین در میکروسفرهای ms503 هیچ اثری بر دمای گذار شیشه ای آنها نداشت. در حالیکه میکروسفرهای حاوی میکروذرات اصلاح سطحی شده مقادیر دمای گذار شیشه ا ی بالاتری نسبت به میکروسفر های ms503 داشتند. افزودن 3% از میکروذرات اصلاح نشده به فرمول بندی میکروسفرهای ms503، اندازه ذره و توزیع اندازه ذرات آنها را به ترتیب به mµ 38/9 و 2/32 افزایش داد. وجود 1/5% و 3% میکروذرات اصلاح شده در فرمول بندی این میکروسفرها، قطر متوسط آنها را به mµ 20/5 وmµ 20 کاهش داد، درحالیکه مقادیر شاخص توزیع اندازه ذرات افزایش اندکی داشت. با افزایش جرم مولکولی پلی لاکتیک-گلیکولیک اسید میزان رهایش انفجاری اولیه کاهش یافت. افزایش 1/5% و 3% از میکروذرات آلبومین اصلاح سطحی نشده در فرمول بندی میکروسفرهای ms503 رهایش انفجاری اولیه را به طور قابل توجهی (از 7/40% به ترتیب به 21/1% و 10/2%) کاهش داد. رهایش انفجاری اولیه در میکروسفرهای ms503 حاوی 1/5%و 3% از میکروذرات آلبومین اصلاح سطحی شده به ترتیب 29/9% و 33/1% بود. علت این کاهش رهایش انفجاری اولیه با استفاده از نرم افزار محاسبات داکینگ بررسی گردید. بر اساس محاسبات انجام شده، برهم کنش های مولکول های پاکلی تاکسل با میکروذرات آلبومین در مقایسه با زنجیره های پلی لاکتیک-گلیکولیک اسید بیشتر بود. با توجه به حلالیت بسیار پایین مولکول های پاکلی تاکسل در محیط رهایش و حضور فاز روغنی در اطراف میکروسفرها، از مدل های سینتیکی بر مبنای سازوکار نفوذ مشتمل بر مدل ریتجر-پپاس، مدل ویبال، مدل پپاس-ساهلین و مدل ریاضی نفوذ استفاده شد. نتایج نشان داد که بین داده های تجربی و نظری همبستگی مطلوبی وجود دارد.

بخش عمده ای از خواص نهایی محصول در پلیمریزاسیون امولسیونی توسط توزیع اندازه ذرّات تعیین می -گردد. در این پروژه، یک مدل دقیق بر مبنای معادلات موازنه جمعیتی ( مدل صفر- یک) که دربرگیرند? پدیده های هسته زایی و رشد ذرّه می باشد برای پیش بینی توزیع اندازه ذرّات انتخاب گردیده است. برای حل معادلات موازنه جمعیتی از روش حجم محدود استفاده شده است. در این مطالعه، اثر پارامتر غلظت اولیه ماده فعال سطحی روی درصد تبدیل و توزیع اندازه ذرّات بصورت تجربی و به کمک شبیه سازی بررسی گردیده است. بر اساس نتایج حاصله، با کاهش مقدار ماده فعال سطحی، اندازه ذرّات افزایش می یابد. در کلیّه موارد فوق، نتایج شبیه سازی و تجربی تطابق مطلوبی دارند. در این پروژه، روابط مناسبی برای محاسب? تجربی cmc با استفاده از داده های آزمایشگاهی به صورت y=a ln(x) + b در دو دمای 25 و 60 درجه سانتیگراد ارائه شد، و نیز در دمای 60 درجه سانتیگراد فرمول تجربی برای تلفیق دو الکترولیت na2co3 و kps که در پلیمریزاسیون امولسیونی نانو ذرات پلی بوتادین به ترتیب به عنوان بافر و شروع کننده استفاده می شود با روش حداقل مربعات به صورت z=a(x)m(y)n به دست آمد که در تمام موارد فوق ضرایب به گونه ای به دست آورده شد که با داده های آزمایشگاهی بهترین تطابق را داشته باشد. همچنین، هدایت اولیه الکتریکی سیستم بر حسب غلظت یونها، در حضور الکترولیت های موجود در پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین در دو دمای 25 و 60 درج? سانتیگراد با چهار روش به دست آمده است. ابتدا با روش تجربی و با استفاده از داده های آزمایشگاهی فرمولی به صورت y=a(x) برای هدایت الکترولیت-های فوق در دو دمای 25 و 60 درجه سانتیگراد به دست آمده است. سپس دو روش ارائه شده در مقالات بررسی شده است، و در نهایت روشی ابداعی برای محاسبه هدایت الکتریکی محلول های فوق ذکر گردیده و درصد خطای هرکدام از روش ها به صورت جداولی آورده شده است. در نهایت هدایت الکتریکی سیستم پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین بدون خضور مونومر و نیز به صورت online در حضور واکنش بدست آمده است. صحّت این روابط از طریق داده های آزمایشگاهی مورد تایید قرار گرفت.

اصلی¬ترین هدف در شناسایی سیستم¬ها ایجاد مدلی است که رفتاری همانند سیستم اصلی داشته باشد. شناسایی، در سیستم¬های غیرخطی دارای ملاحظات بیشتری نسبت به سیستم¬های خطی است. چرا که فرآیند¬های غیرخطی عموما به¬ صورت منحصر به فرد عمل می¬نمایند و خصوصیات مشترک کمی دارند. در برخی مواقع سیستم غیرخطی مورد نظر یک جعبه سیاه است که هیچ اطلاعی از درون سیستم در دست نمی باشد و تنها اطلاع ما از سیستم، دسته ای از داده ورودی- خروجی و مرتبه سیستم است. کاربرد شبکه¬های عصبی در زمینه شبیه-سازی و کنترل روز به روز در حال گسترش می¬باشد. به دلیل این‏که شبکه عصبی نیاز به داشتن اطلاعاتی درباره سیستم یا فرآیند ندارد، این روش همانند روش‏های جعبه سیاه عمل می¬کند. توانایی تخمین پاسخ سیستم‏های فیزیکی که از معادلات پیچیده¬ای برخوردار می¬باشند، با استفاده از شبکه عصبی بازگشتی بسیار آسان شده است. در این پایان¬نامه یک معماری برای شبکه¬های عصبی بازگشتی جهت شناسایی سیستم‏های دینامیکی ارائه شده است. معماری ارائه شده بر اساس اطلاعات محدودی از ورودی – خروجی بدست آمده از سیستم اصلی، برای شناسایی هر دو نوع سیستم‏های دینامیکی خطی و غیرخطی بکار می¬رود. یک لایه ورودی، یک لایه میانی، یک لایه خروجی به اضافه یک لایه زمینه ساختار شبکه را تشکیل می¬دهند. حافظه دینامیکی در شبکه از طریق فیدبک¬هایی بیش از یک واحد از عصب¬های لایه مخفی و اعمال این فیدبک¬ها به عنوان ورودی لایه زمینه و وجود خود بازگشتی‏ها با وزن¬های قابل تنظیم در عصب¬ لایه خروجی، فراهم شده است. ورودی سیستم در همان لحظه و لحظات قبلی، بخش اول لایه ورودی شبکه را تشکیل می¬دهند. با توجه به برتری روش شناسایی سری- موازی به شناسایی موازی، به جای این‏که فیدبک¬ها از خروجی شبکه عصبی گرفته شوند، از خروجی سیستم فیدبک گرفته می¬شود. بدین ترتیب خروجی لحظات قبلی سیستم نیز بخش دوم لایه ورودی شبکه را تشکیل می¬دهند. وجود این فیدبک¬ها در ساختار، باعث می¬شود حافظه دینامیکی در شبکه افزایش یافته و معماری ارائه شده برای تخمین توابع غیرخطی مناسب باشد. الگوریتم پس انتشار با توجه به سرعت بالای همگرایی برای آموزش شبکه در نظر گرفته شده است. با توجه به این‏که روش بهینه¬سازی گرادیان کاهشی برای اصلاح وزن¬ها از نرخ یادگیری ثابت استفاده می¬کند و امکان گیر افتادن در مینیمم محلی زیاد است، برای اصلاح وزن¬ها از قوانین تطبیقی روش حداقل مربعات بازگشتی استفاده می¬شود.