وبلاگ

:
پدیده های انتقال و جریان در سطوح بسیار متنوع علوم و مهندسی مشاهده می شوند. فرایندهای بسیاری در صنایع مواد شیمیایی نظیر: جذب سطحی، تبادل یون، واکنشگرهای (راکتورهای) کاتالیزوری و شیمیایی، شامل یک بستر فشرده یا براساس آن هستند و معمولا در بردارنده جریان سیالات از درون یک محیط متخلخل می باشند. برای طراحی و عملکرد عملیاتی بهتر این واحدها، به درک عمیقی از مکانیزم های کنترل کننده پدیده های انتقال درون محیط های متخلخل نیاز است. در میان جنبه های مختلفی که باید در نظر گرفته شوند، تاثیر ساختار فضای خالی، از مهمترین موارد است.
تحولات اخیر در قدرت کامپیوترها و تکنیک های جدید تعیین مشخصه، استفاده از ساختار واقعی محیط متخلخل جهت مدلسازی پدیده انتقال را ممکن ساخته است. زمانی که مدل های شبکه ای به کار گرفته می شود استراتژی متفاوتی در نظر گرفته می شود. هدف اصلی این است که ساختار موضعی محیط متخلخل به کمک مجموعه ای از مولفه ها به شکل هندسی (نظیر کره، استوانه یا لوله انشعابی) نمایش داده شود تا به سادگی رفتار هیدرودینامیکی آنها توصیف شود. نوع مولفه های به کار رفته ممکن است به هندسه ذره، مشخصه های محیط متخلخل، نحوه ساخت بستر فشرده و دیگر اطلاعات تجربی و نظری مربوطه بستگی داشته باشد. هدف مدلسازی و امکان حل معادلات مدل

 به صورت تحلیلی یا به کمک کامپیوتر نیز در انتخاب نوع مولفه ها اهمیت دارند. این مدلها کوشش دارند میان توصیف دقیق فضای خالی درون محیط های متخلخل و تلاش لازم برای حل معادلات موازنه، توازن برقرار کنند.

فصل اول
کلیات
پیش بینی متغیرهای فرآیند، از جمله افت نهایی فشار و نرخ (سرعت) نهایی جریان، اغلب مبتنی بر انطباق های نیمه تجربی با ثابتهایی است که می بایست با داده های آزمایشگاهی مطابقت داده شوند. بالاخص معادله ارگان (Ergun) به انطباقی استاندارد تبدیل شده است؛ ولی مثال های دیگر شامل معادله کوزنی (Kozeny) برای جریان آرام صحیح است و معادله فورشیمر (Forcheimer) که در مدل بستر فشرده، فشار نسبت به جریان به صورت خطی تغییر نمی کند، برای جریان غیرخطی صحیح است. در مجموع تعمیم این انطباق ها به موقعیت های مختلف امکان پذیر نیست؛ چرا که براساس داده های تجربی هستند که برای سیستم های خاصی به دست آمده اند. همچنین مطالعه پدیده های انتقال از جمله جریان چند فازی امکان پذیر نیست چرا که در مورد ساختار موضعی اطلاعاتی در نظر گرفته نمی شود. در نظر گرفتن ساختار موضعی در عین اینکه باعث پیچیدگی ریاضیاتی این مدل می شود، باعث بالا رفتن کیفیت و کارائی مدل هم می شود. به خاطر ساختار اتفاقی و بسیار پیچیده بسیاری از بسترهای فشرده، مدل تقریبی ساده ای از ساختار حفره ها باید مورد بررسی قرار گیرد که این مدل باید بتواند مشخصه های اصلی انباشتگی را در قالبی که از لحاظ ریاضی قابل استفاده باشد، حفظ کند.
رویکردهای مختلفی جهت مدلسازی ساختار فضای متخلخل یک بستر فشرده یا یک محیط متخلخل، با سطح پیچیدگی مختلف با استفاده از انواع اطلاعات تجربی، پیشنهاد شده اند. یک نوع از این مدل ها با تعریف نمودن سلول های اولیه – جهت بیان ساختار موضعی بستر فشرده – جریان اطراف ذرات محیط متخلخل را تشریح می کند. در ابتدا این مدل ها فرض کردند که هر ذره منفرد یک سلول را تشکیل می دهد به این صورت که حضور و تاثیر ذرات کناری از طریق عبارات تصحیحی و شرایط خاص مرزی، به حساب آورده می شود. بعدها جریان نیز با فرض ساختارهایی ساده برای بستر فشرده، مدلسازی شد. بخصوص برای فشرده سازی های منظم متشکل از کره و استوانه، به دست آوردن عبارت تحلیلی برای تشریح جریان داخل بستر فشرده، امکان پذیر است. برای بسترهای فشرده نامنظم و دیگر محیط های متخلخل، می توان برای تشریح میدان جریان از تکنیک های میانگین سازی حجم، استفاده کرد. معمولا این رویکردها در مورد جریان خطی (با مقادیر پایین عدد رینولدز)، مقادیر تخلخل بالا و زمانی که یک مدل ساده شده در محیط های متخلخل در نظر گرفته شده، قابل اعمال هستند.

ای بر روانكاری و روانكارها
1- روانکاوی
روانكاری علم تسهیل حركت نسبی سطوح در تماس با یكدیگر است. این علم به عنوان یكی از رشته های بسیار مهم در علم مهندسی شناخته می شود، به طور ی كه موفقیت بسیاری از طرح های صنعتی در گرو آگاهی از این دانش فنی خواهد بود. امروزه توسعه صنعت روانكار یك بخش مهم از توسعه صنایع ماشینی و صنایع مربوط به آن شده است. علاوه بر این، با مطرح شدن بحث های جدیدی چون بهینه سازی مصرف و حفظ منابع تجدیدناپذیر و همچنین رعایت الزامات زیست محیطی، مطالعه بر روی روانكارها جایگاه خاصی را پیدا كرده است. برای جلوگیری از فرسایش و از كارافتادگی زودرس ماشین آلات صنعتی و همچنین دسترسی به بیشترین بازده مكانیكی در حداقل زمان برنامه روانكاری مناسب جزء مهمترین شرایط مورد نیاز خواهد بود. در قرن حاضر برنامه روانكاری مناسب، یك برنامه روانكاری پایدار است كه شاید با كمی تعاریف روانكاری قدیمی متفاوت باشد.

نوع روانكار، مقدار زمان و مكان مناسب، چهار عامل مهم در عمل روانكاری هستند كه امروزه برای یك روانكاری موفق علاوه بر آن ها باید هزینه های نگهداری، تعمیرات، عملیات (هزینه سوخت، استهلاك، و رعایت قوانین و الزامات زیست محیطی را نیز در نظر گرفت. آمار نشان می دهد تنها با یك افزایش 1 یا 2 درصدی در هزینه برای یك روانكاری بهتر می توان حدود 15% از هزینه های اضافی یك خودرو را كاهش داد. ضمن اینكه استفاده از یك روانكار مناسب فاصله زمانی تعویض روغن برای یك خودرو را زیاد می كند كه این مسئله به حفظ محیط زیست و در نهایت حفظ منابع تجدید ناپذیر نیز كمك می كند و لذا این مسئله خود بیانگر اهمیت دانش فنی روانكارهاست.
به طور كلی به لایه های گاز، مایع و یا جامد كه میان دو سطح قرار می گیرد و یك نواختی حركات یك سطح بر روی دی گری را بهبود می بخشند و از ایجاد آسیب بر روی سطوح جلوگیری می كنند، روانكار گویند.
روانكارها كاربردهای بسیار مهمی در موتورهای احتراق داخلی، وسایل نقلیه، چرخدنده های صنعتی، كمیرسورها، توربین ها سیستم های هیدرولیك و… دارند. 90% از روانكارهای مصرفی را روغن های روانكار تشكیل می دهند كه در بین آن ها روغن های خودرو بیشترین مصرف را دارند. در حال حاضر بیش از 1700 تولید كننده روانكار در سراسر جهان وجود دارند كه حدود 200 شركت به صورت جانبی و در كنار تولیدات دیگر، تولید می كنند و حدود 1500 شركت به طور اختصاصی به تولید روانكار پرداخته اند. بیش از 60% از روانكارهای مصرفی در سراسر دنیا توسط این شركت تولید می شود. در جدول 1-1 نام 16 شركت از بزرگترین روانكارها در دنیا و در جدول 2-1 نیز نام بزرگترین تولید كنندگان روانكارهای صنعتی آمده است.

اسیدفسفریک صنعتی تولید شده با روش تر (Wet – Process) که محصول واکنش سنگ معدن فسفات و اسیدسولفوریک است، به منظور خالص سازی و به دست آوردن اسیدفسفریک در درجه های خوراکی و دارویی و… به وسیله سرمایش مستقیم کریستاله شد.
بررسی های انجام شده به وسیله آزمایش نشان داد که کریستالیزاسیون مستقیم به دلیل افزایش شدید ویسکوزیته در دماهای پایین تر از (-20 درجه سانتی گراد) امکان پذیر نیست. همچنین آزمایشات نشان داد که ناخالصی های موجود در اسیدفسفریک صنعتی مانند کلسیم، منیزیم، آهن و آلومینیوم که از طریق سنگ معدن فسفات و اسیدفسفریک وارد محصول می شوند، مقاومت اسید را برای رسیدن به ناحیه فوق اشباع و کریستالیزاسیون به شدت افزایش می دهند و اسید در دماهای پایین به توده ای سخت و منجمد تبدیل می شود.

برای جلوگیری از این امر قبل از اینکه پدیده توده ای شدن اتفاق بیفتد در دمای 15- درجه سانتی گراد از دانه های اسیدفسفریک (Seeds) استفاده می کنیم. در این صورت فوق اشباعی صرفاً در جهت رشد دانه ها مصرف می شود و از هسته زائی اولیه (Primery nucleation) که عاملی مهم در افزایش ویسکوزیته است جلوگیری می شود. برای کاهش ویسکوزیته در حین سرمایش از محلول های بی 

اثر مانند آب مقطر و اسیدسولفوریک استفاده شد.

در انتها نیز کریستالیزوری برای تولید یک تن اسیدسولفوریک در روز به همراه سیستم سرمایش آن با استفاده از داده های به دست آمده طراحی شده است.
فصل اول
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اسیدفسفریک
1-1- اسیدفسفریک
1-1-1- خصوصیات
خصوصیات فیزیکی: اسیدفسفریک به صورت بدون آب و خالص H3PO4 با mp = 42/35  ‘C و Mw =98 و p =1/88 g/cm3 به فرم کریستالهای بی رنگ و قابل حل در آب می باشد. اسیدفسفریک آبدار با فرمول H3PO4.1/2H2O نیز شناخته شده است. شکل 1-1 دیاگرام فازی H3PO+H2O را نشان می دهد.
اسیدفسفریک به طور نامحدود در آب قابل حل می باشد. این ماده در سه غلظت استاندارد در دسترس می باشد:
75% H3PO4 With 54.3% P2O5 , mp=-20 0C
80% H3PO4 With 58.0% P2O5 , mp=0 0C
85% H3PO4 With 61.6% P2O5 , mp=21 0C
اسید 85% (p=1.687g/cm3) شربتی مانند است، دارای ویسکوزیته بالایی می باشد و در شرایط سرمای زیاد (super cool) نگهداری می شود. اسید بی آب را می توان از اسید 85% با تبخیر در دمای 80 درجه سانتیگراد به دست آورد.
جدول (1-2) و (3-1) نیز تغییرات دانسیته اسیدفسفریک را در غلظت های مختلف و در محدوده دمایی 40 – 10 درجه سانتیگراد نشان می دهند.
جدول (4-1) و (5-1) ظرفیت گرمایی اسیدفسفریک را در دماها و غلظت های مختلف نشان می دهند.
سایر خصوصیات فیزیکی اسیدفسفریک نظیر گرمای تشکیل و ذوب اسیدفسفریک، فشار بخار محلول های اسیدفسفریک، نقطه جوش و انجماد و گرمای رقیق سازی در شکل ها و جداول زیر نشان داده شده است.

درحالت كلی هیچكس انتظار یك رویداد غیر منتظره و یا حادثه بد را ندارد، اما آنچه مسلم است آن است كه حوادث غیره منتظره در بعضی از مواقع رخ می دهد ، و این واقعیتی است انكار ناپذیر كه اینگونه حوادث می توانند به افراد در هر وقت و هر كجا آسیب برسانند و یا حتی به گونه ایی عمیق باشند كه كارفرمایان را ملزم به تخلیه محل كار نمایند و این امر باید در كوتاهترین زمان ممكن صورت پذیرد. تعریف كلی یك حادثه یا فاجعه زیاد سخت نیست ولی آنچه مهم به نظر می رسد آن است كه حوادث یا فجایا می توانند خیلی سریع توسعه پیدا كنند و با تمام توان آسیب برسانند بدون آنكه در ابتداء دارای علامت مشخصه خاصی بوده و یا دارای علامتهای كوچكی باشند. از سوی دیگر در بعضی از موارد برای اینكه یك حادثه رخ دهد نیازبه هفته ها زمان می باشد تا مسئله به اندازه كافی بزرگ شود و بتواند یك حادثه را در پی داشته باشد.

با توجه به صنعتی كه شما درآن فعالیت دارید ،بحران می تواند معنای متفاوتی را به خود بگیرد و دارای توضیحات متفاوتی باشد. به عنوان 

مثال یك تند باد می تواند دكل های برق را كنده و واژگون نماید و باعث بروز یك حادثه شود و یا فشار بیش از حد یك مخزن ذخیره L.P.G و عدم عملكرد سیستم های ایمنی آن می تواند منجر به یك فاجعه شود.

نكته مهم آن است كه در هنگام بروز یك فاجعه یا حادثه بتوانیم بهترین واكنش را در برابر آن داشته باشیم. طرح یك واكنش اضطراری باید به گونه ای باشد كه بتواند به طور قابل ملاحظه ای از شدت حادثه جلوگیری كرده و عواقب آن را به حداقل برساند.
یك واكنش اضطراری باید به گونه ای شفاف باشد كه مسئولیت تمام اعضاء به طور كامل و واضح مشخص شده، همچنین یك واكنش اضطراری مناسب باید تمام جوانب یك فاجعه را ببیند و برای تمام سئوالاتی كه در ذهن افراد و پرسنل به وجود می آید جواب داشته باشد پس بهترین روش جهت واكنش در برابر یك وضعیت اضطراری یا فاجعه ، آمادگی قبل از وقوع آن می باشد.
به طور كلی تعداد كمی از افراد در شرایط بحرانی می توانند واضح و منطقی فكر كنند، بنابر این بسیار مهم است كه در زمانی كه حادثه رخ نداده است به آن فكر كنید و سئوالاتی را از خود بپرسید. مثلاً اگر حریقی در یكی ازمخازن شما رخ داده است چه تدابیری را باید اندیشید؟ چگونه باید عملیات اطفاء را انجام داد؟ آیا لوازم اطفاء حریق لازم را در اختیار دارید؟مسئولیت انجام عملیات چه كسانی هستند و شرح وظائف آنها چگونه است؟آیا افراد و لوازم اطفاء حریق در چنین شرایطی آمادگی عملیات را دارند یا خیر؟ آیا دانش شما به عنوان یك فرمانده در اینگونه موارد پاسخگو است یا خیر ؟ و غیره. به هر صورت پاسخ به اینگونه سئوالات به شما كمك می كند كه در هنگام حوادث واقعی بتوانید بهترین عملكرد را داشته باشید.

سیکل بیولوژیکی نیتروژن نقش مهمی در حیات بر روی کره زمین ایفا می کند. در 100 سال گذشته مطالعات بر روی سیکل تولید نیتروژن به علت بررسی آلودگی آب ها، گرم شدن کره زمین، مشکل انتشار گازهای گلخانه ای افزایش یافته است. با افزایش جمعیت شهرها و گسترش استفاده از کودهای شیمیایی در کشاورزی و رشد فعالیت های صنعتی، بسیاری از کشورهای پرجمعیت با مشکلات زیست محیطی مرتبط با افزایش میزان آمونیاک در پساب ها مواجه شده اند. آلودگی آبهای زیرزمینی و سطحی یکی از مشکلات عمده زیست محیطی است به خصوص آلودگی ناشی از پساب های حاوی نیتروژن و فسفر آلی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. حذف آمونیاک از پسابها به دلیل ایجاد سمیت برای محیط های آبی به طور مخصوص مورد توجه است.
آمونیاک به روش های مختلفی از پساب ها حذف می شود مثل روش های فیزیکی – شیمیایی و روش بیولوژیکی. به علت ارزان بودن و تأثیر مناسب روش های بیولوژیکی در حذف نیتروژن از پسابها این روش نسبتاً به روش فیزیکی – شیمیایی ارجحیت دارد مطالعات گسترده ای در زمینه حذف بیولوژیکی نیتروژن از پسابهای شهری و صنعتی مورد مطالعه قرار گرفته است فرایند حذف نیتروژن به روشو بیولوژیکی، به دلیل حضور میکروارگانیسم ها، بسیار آهسته صورت می گیرند. روش بیولوژیکی سنتی حذف نیتروژن از پسابها شامل دو مرحله مجزا می باشد: نیترات زائی هوازی و نیترات زدایی بی هوازی، ولی کنترل شرایط هوازی و بی هوازی برای انجام این دو مرحله به صورت مجزا یکی از مشکلات اجرای این فرایند است. برای برطرف کردن این مشکل و بالا بردن کارایی حذف نیتروژن بیوراکتورهای متعددی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته به عنوان مثال فرایندهای اجرا شده شامل: فرایند ترکیبی نیترات زائی و نیترات زدائی همزمان، تثبیت

2-1- اهداف
اهداف اصلی از انجام این تحقیق شامل:
– شرح کامل فرایند آناموکس و شناخت مکانیزم ها و عواملی که در فرایند اکسیداسیون بی هوازی آمونیاک موثر می باشد.
– ارایه مدلی برای پیش بینی تغییرات غلظت سوبسترا و بیومس در فرآیند آناموکس.
– مدلسازی یک راکتور ناپیوسته متوالی و بررسی تغییرات غلظت آمونیوم و نیتریت و باکتری آناموکس در طول انجام فرایند آناموکس است.
3-1- ضرورت اجرای پروژه
امروزه روش های بیولوژیکی حذف مواد مغذی (ترکیبات فسفر و نیتروژن) از فاضلاب های خانگی و صنعتی در مقایسه با روش های فیزیکی و شیمیایی در اغلب موارد به عنوان روش برتر شناخته شده اند. هرچند در بسیاری از مواقع روش های بیولوژیکی تنها راه حل ممکن هستند، اما هزینه زیاد احداث تاسیسات مورد نیاز و بهره برداری از آنها در بسیاری از مواقع فشار زیادی را بر منابع مالی محدود جامعه وارد می سازد. از طرفی وضع قوانین و استانداردهای سختگیرانه تر جهت حفظ محیط زیست و جلوگیری از آلودگی آن موجب شده است که در اغلب موارد احداث تاسیسات اضافی یا ارتقاء تاسیسات موجود برای حذف مواد مغذی تا حد استانداردهای تعیین شده اجتناب ناپذیر شود.
روش های موجود حذف بیولوژیکی نیتروژن که مبتنی بر انجام جداگانه نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون هستند علیرغم کارآیی مناسب اغلب هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری زیادی را در بردارند. در صورتی که بتوان با کنترل شرایط عملیاتی و اصلاح فرایند تصفیه، فرایندهای نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون و حذف مواد آلی را همزمان و در یک راکتور انجام داد. هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. از طرفی می توان با اصلاح فرایند و کنترل شرایط عملیاتی، بسیاری از واحدهای موجود را که تنها برای حذف مواد آلی طراحی شده اند متناسب با معیارها و نیازهای جدید و با کمترین هزینه برای حذف نیتروژن اصلاح کرد.
بر مبنای کشف باکتری آناموکس، فرایندهای بیولوژیکی جدیدی برای حذف نیتروژن از پسابها مورد توجه قرار گرفته است. فرایندهای آناموکس، شارون، کانون و اولند از جمله این روشها می باشد. از جمله کاربردهای این فرایندها، می توان به تصفیه پساب هایی که میزان نیتروژن به کربن آنها بالا می باشد اشاره کرد. اجرای هریک از این روشها هزینه های مربوط به هوادهی، افزودن منبع کربن اضافی را به مقدار قابل توجهی نسبت به روش های بیولوژیکی پیشین کاهش می دهد.