سال:1388 | دوره:28 | شماره:2 |تعداد مقالات:9

آب و انرژی دو منبع مهم مورد نیاز صنایع فرایندی هستند. در زمینه تحلیل همزمان مصرف آب و انرژی دو کار مهم یکی با بهره گیری از روش های مفهومی و ابزار ترسیمی و دیگری با استفاده از برنامه ریزی ریاضی صورت گرفته است. در مقاله قبلی نشان داده شد رویه به کارگرفته شده در دو روش مذکور همیشه به هدفگذاری بهینه منجر نمی شود و یک روند درست برای دستیابی به این هدف ارایه شد. در این مقاله ابتدا به موضوع بسیار مهم اختلاط و نقش آن در بهینه سازی انرژی شبکه های آب پرداخته شده و نشان داده می شود که با استفاده از اختلاط مناسب جریان ها، می توان شبکه ای با حداقل ظرفیت و تعداد مبدل مورد نیاز طراحی کرد. سپس با استفاده از ترکیبی از مدل های ریاضی و روش های مفهومی اصلاح شده مراحل هدف گذاری، طراحی شبکه آب و طراحی شبکه انتقال حرارت غیر مستقیم و مستقیم برای سامانه های معمول با هدف کمینه کردن تعداد مبدل های حرارتی انجام می پذیرد. نتیجه های شبیه سازی، بهبودهای نسبی را در مقایسه با نتیجه های روش های قبلی نشان می دهد.

هدف در این پژوهش، طراحی یک سامانه خبره ای است که با توجه به اطلاعات موجود آزمایشگاهی که به نسبت به سادگی قابل اندازه گیری هستند، بتواند پارامترهای مورد نیاز در ساخت یک مدل از محیط متخلخل سنگی به کمک شبکه روزنه ای را به کاربر پیشنهاد کند. اندازه گیری آزمایشگاهی این پارامترها بسیار هزینه بر و وقت گیر و حتی در پاره ای از موردها غیر ممکن است. ولی افراد متخصص به صورت تجربی می توانند با توجه به شرایط موجود یک مقدار اولیه مناسب را برای این پارامترها ارایه دهند. در این پژوهش سعی شده است که این تخصص در قالب یک سامانه خبره/کارشناس جهت استفاده افراد غیر متخصص ارایه شود. سامانه های خبره نرم افزارهایی هستند که با جمع آوری، پردازش و تحلیل داده ها و جستجو در یک بستر دانش، قادر به نتیجه گیری و حل مساله در موردهایی هستند که به طور معمول بر اساس دانش و تخصص یک فرد خبره آن رشته تخصصی خاص قابل حل هستند.

هدف این مطالعه بررسی تجزیه متان و مدل سازی آن است. برای این منظور ابتدا دستگاهی جهت تولید و تجزیه هیدرات آماده شده است. در آزمایش های انجام گرفته، ابتدا با وارد کردن گاز متان در فشار 76.6 bar و آب در دمای275.2 K ، هیدرات تولید شده، سپس با کاهش فشار تا فشار اتمسفریک، تجزیه هیدرات آغاز می شود. آزمایش ها جهت تجزیه هیدرات در 7 مرحله انجام شد به این ترتیب که هر بار که فشار ظرف به حدود 2.5 bar رسید، با تخلیه گاز، به فشار اتمسفریک می رسید. مرحله نخست در دمای 270.4 K و 6 مرحله دیگر در دمای 271.4 K انجام شده است. مول گاز متان از معادله حالت پنگ رابینسون محاسبه شده است. برای بررسی داده های تجزیه هیدرات از دو مدل واکنش تجزیه و نفوذ استفاده شده است. در 3 مرحله نخست که ابتدای تجزیه است، مدل واکنش تطبیق بیشتری با داده ها دارد. با ادامه یافتن فرایند تجزیه هیدرات و تبدیل فاز هیدرات به یخ در مرحله های 4، 5 و 7 مدل نفوذ، نتیجـه بهتری نسبت بـه مدل واکنش دارد ولی در مرحله 6، مـدل واکنش تطبیق بیشتری دارد کـه به نظر می رسد دلیل این اختلاف، تخریب قفس های نوع L پس از قفس های نوع S باشد.

استفاده از خشک کن های بستر سیال که به طور معمول برای خشک کردن مواد دانه ای مورد استفاده قرار می گیرند، روش عمده خشک کردن سدیم پربورات است. شناخت هیدرودینامیک سیال در داخل بستر های سیاله می تواند در تنظیم بهینه و نیز طراحی بسترهای با کارایی بالا بسیار سودمند باشد. در این پژوهش یک خشک کن بستر سیال با استفاده از روش محاسباتی حجم محدود مدل شد. در این مدلسازی یک منبع مومنتمی شامل مقاومت گرانروی و اینرسی به منظور محاسبه افت فشار گاز که به وسیله توزیع کننده و بستر ایجاد می شود، در نظر گرفته شد. آزمایش هایی برای یافتن ضریب های ثابت معادله های مقاومت گرانروی و اینرسی انجام شد. نتیجه های حاصل از مدل سازی از جملـه توزیع سرعت و چگالی گاز در داخل بستـر مورد تجزیـه و تحلیل قـرار گرفت. مقایسه افت فشار پیش بینی شده به وسیله محاسبه ها با داده های آزمایشگاهی نشان داد که افت فشار سامانه به ویژه در شرایطی که بستر سیاله است با دقت مطلوبی پیش بینی می شود. به طوری که در شرایط سیالی، حداکثر خطا 3 درصد است.

در این پژوهش از کاتالیست نگهداری شده به وسیله سیلیکا بر پایه تیتانیم برای پلیمریزه شدن اتیلن استفاده شد و مکانیسم پلیمریزه شدن برای توضیح فرایند انتخاب گردید. در مکانیسم مورد نظر تنوع مراکز فعال در کاتالیست نیز در نظر گرفته شد. هم چنین روش شبیه سازی مونت کارلو برای پیش بینی نتیجه های پلیمریزه شدن استفاده شد. اثر پارامترهایی مانند غلظت مونومر، هیدروژن و کمک کاتالیست روی پلیمریزه شدن بررسی و اثرهای آن ها بر منحنی های توزیع وزن مولکولی، سهم مراکز فعال در پلیمر نهایی و وزن مولکولی بررسی شد. هم چنین این موردها برای مرکزهای فعال متفاوت نیز بررسی و در شرایط متفاوت مقایسه شد .

یک نمونه ماده قالب گیری دندان بر پایه آلژینات که به وسیله دندان پزشکان ایرانی مورد استفاده فراوان قرار می گیرد، ابتدا مورد تفکیک مواد آلی و معدنی قرار گرفت و سپس اجزای آن با استفاده از روش های گوناگون اسپکتروسکوپی و شیمیایی مورد شناسایی دقیق کمی و کیفی قرار گرفت. در این بررسی مشخص شد که ماده قالب-گیری شامل 15 درصد مواد آلی و 81 درصد مواد معدنی و 4 درصد آب است. قسمت آلی شامل 12 درصد آلژینات، 2 درصد روغن و 1 درصد رنگ و بخش معدنی آن حاوی خاک دی اتمیت، اکسیدهای منیزیم، آلومینیم، کلسیم سولفات آبدار و سدیم فسفات است.

از یک مدل یک بعدی و ناهمگن دو فازی برای شبیه سازی استاتیکی و دینامیکی فرایند تولید مالئیک انیدرید (MAN) از نرمال بوتان در یک راکتور بستر سیال گردشی (CFB) استفاده شده است. این فرایند یکی از چند مثال صنعتی برای اکسایش انتخابی پارافین هاست. با استفاده از قوانین بقا و سینتیک واکنش، رفتار استاتیکی و دینامیکی راکتور بررسی شده است و عملکرد راکتور با محاسبه درصد تبدیل نرمان بوتان، بهره کلی MAN و انتخاب پذیری واکنش ارزیابی شده است. در مدل سازی، تغییرهای دما در هر دو فاز گاز و جامد در نظر گرفته شده و سامانه کنترلی جهت کنترل دمای راکتور پیشنهاد شده است. نتیجه های شبیه سازی نشان می دهد، سامانه کنترل پیشنهادی می تواند به خوبی اغتشاشات را دفع کرده و راکتور را در دمای مطلوب کنترل کند. در ضمن، عملکرد این سامانه کنترل در دنبال کردن مقدار مقرر دمای راکتور، مناسب است.

طراحی سامانه توزیع کننده هوا یکی از مهم ترین پارامترهای عملیاتی موثر بر ویژگی های هیدرودینامیکی راکتور است. مهم ترین پارامترهای هیدرودینامیکی راکتور شامل نگه داشت گاز، انتقال جرم، زمان اختلاط و سرعت همزدگی است. در این مقاله اثر طراحی سامانه توزیع کننده هوا از نظر شکل هندسی روی رژیم جریان، نگه داشت گاز و انتقال جرم در یک بیوراکتور هواگرد داخلی با حجم 21 لیتر و با استفاده از سامانه دیزل آیزوماکس مطالعه شده است. از چهار سامانه توزیع کننده هوا با شکل های متفاوت حلزونی، نردبانی و حلقوی با تعداد منافذ 25 و 45 و قطر منفذ 1 میلی متر جهت بررسی استفاده شده است. چهار نوع رژیم جریان حبابی، انتقالی، غیر یکنواخت و ضربه ای بر اساس سرعت هوادهی و نوع توزیع کننده قابل مشاهده شد. همچنین تغییر رژیم جریان سبب تغییر نگه داشت گاز و انتقال اکسیژن در بیوراکتور هواگرد داخلی شد. در نهایت با توجه به بررسی پارامترهای مذکور توزیع کننده حلقوی جهت بررسی در سامانه دو فازی میکروامولسیون آب- دیزل به عنوان یک مدل سرد از گوگردزدایی بیولژیکی انتخاب شده و مشاهده شد نگه داشت گاز و انتقال اکسیژن در میکروامولسیون نسبت به دیزل آیزوماکس کاهش می یابد.

برای حذف نیتروژن از فرایندهای متفاوت فیزیکی - شیمیایی و بیولوژیکی استفاده می شود. در مقایسه با فرایندهای فیزیکی - شیمیایی، فرایندهای بیولوژیکی به دلیل تاثیر بیشتر و ارزان تر بودن ترجیح داده می شوند. فرایندهای بیولوژیکی مورد استفاده برای حذف نیتروژن، بر اساس دو مرحله نیتراته کردن و نیتریت زدایی انجام می گیرند. در این مقاله با استفاده از روش ترکیت نیتراته کردن و نیتریت زدایی میزان تاثیر پارامترهای نسبت COD/NH3 ورودی، غلظت سلولی (MLSS)، دوز همزن و زمان کشت بر میزان حذف نیتروژن بررسی شده است. نتیجه ها نشان داد که می توان با افزایش نسبت COD/NH3 از 2 به 20 میزان حذف زا تا حدود 90 درصد افزایش داد. استفاده از دور همزن برابر 300 دور بر دقیقه در مقایسه با دور همزن برابر با 100 دور بر دقیقه به دلیل اختلاط و یکنواختی بیشتر و با وجود افزایش غلظت اکسیژن محلول باعث بیشتر نیتروژن شد. هم چنین با افزایش MLSS از 1 به 10 و در نتیجه تشکیل توده های درشت تر سلولی، میزان حذف 20 درصد افزایش یافت.