وبلاگ

در دهه های اخیر استفاده از سیال فوق بحرانی و تکنولوژی آن در بسیاری از زمینه ها خصوصا در صنایع دارویی، مورد توجه قرار گرفته است. دلیل این امر، در چند موضوع نهفته است:
1- قدرت بالای سیالات فوق بحرانی به عنوان حلال، که استخراج از ترکیبات چگال را بسیار بهبود می بخشد.
2- امکان افزایش میزان حلالیت با تغییر در محدوده وسیعی از دما و فشار.
3- خواص فیزیکی گاز گونه سیالات فوق بحرانی با توجه به اینکه که رفتار دانسیته در این سیالات مشابه مایعات است.
4- امکان استفاده از حلال های غیررسمی که پساب سمی تولید نمی کنندو
5- قیمت پایین حلال در فرایندهایی که از سیالات فوق بحرانی به عنوان حلال استفاده می کنند.
6- امکان انجام عملیات در دماهای نسبتا پایین برای موادی که در دماهای بالا ناپایدارند.

تمامی موارد ذکر شده در بالا، شرایط ایده آل و مناسبی را برای استفاده از این مواد در فرایندهایی نظیر استخراج، خالص سازی و کریستالیزاسیون مواد داروئی حساس، فراهم می آورند.
میزان حلالیت ماده حل شونده در سیال فوق بحرانی، مهمترین خاصیت ترموفیزیکی است که به عنوان اولین پله در مدلسازی هر نوع عملیات در فاز سوپر کریتیکال، باید تعیین شود.
مهمترین فاکتور موثر و نکته کلیدی در کیفیت فرایندهای استخراج سوپر کریتیکال از لحاظ فنی و اقتصادی، دقت داده های تعادلی برای حلالیت است. با این حال داده های تجربی برای حلالیت بیشتر مواد دارویی در سیالات فوق بحرانی (بخصوص دی اکسید کربن) به ندرت موجود است. دلیل این کمبود را می توان در دو موضوع مهم خلاصه کرد: پیچیدگی و گران بودن تجهیزات و تکنیک های موجود که زمان زیاد و دقت بسیار بالایی را برای به دست آوردن نتایج درست می طلبد. این موضوع مشکل دیگری را در بحث بررسی این فرایندها به وجود می آورد و آن عدم اطمینان به دقت نتایج و داده های آزمایشگاهی گزارش شده در مقالات است که باعث مشکل شدن بررسی این نتایج می شود.
پیش بینی فرایند حلالیت در سیالات فوق بحرانی بسیار مشکل است زیرا دقت مدل های موجود برای شبیه سازی و تخمین تعادلات حلالیت در تمامی شرایط عملیاتی کافی نبوده و همچنین دسترسی به اطلاعات مربوط به خواص فیزیکی بیشتر مواد دارویی محدود می باشد و در صورت موجود بودن این اطلاعات، عدم اطمینان در متد بکار رفته در تخمین این مقادیر، مشکل را دوچندان می کند.
برای تخمین رفتار حلالیت در سیال فوق بحرانی و تخمین خواص ترمودینامیکی با استفاده از داده های آزمایشگاهی، می توان از معادلات حالت به عنوان یک روشی که اساس محکمی از لحاظ تئوری دارند، استفاده نمود. در این صورت مجبور به استفاده از قوانین اختلاط مناسب برای مواد خالص و قوانین ترکیب برای مخلوط سیال فوق بحرانی و ماده جامد مورد نظر خواهیم بود. در قوانین ترکیب برای پیش بینی انحراف های به وجود آمده از حالت ایده آل، خصوصا در موادی با ساختار پیچیده و مواد قطبی، از پارامترهای انطباق استفاده می شود.
در این پروژه، فرایند حلالیت ایبوپروفن در دی اکسید کربن فوق بحرانی با استفاده از داده های آزمایشگاهی توسط تعدادی از معادلات حالت درجه سه معمول و قوانین اختلاط واندروالس یک و دو پارامتری مورد بررسی قرار گرفته و با یک مدل ریاضی که توسط نرم افزار مطلب نوشته شده، مقدار بهینه پارامترهای انطباق برای قوانین اختلاط واندروالس در شرایط عملیاتی موجود به دست آورده است. در انتها مقایسه ای نیز میان نتایج به دست آمده در این پروژه و اطلاعات گزارش شده توسط سایر محققان برای ایبوپروفن، انجام شده است.

:
تولید از مخازن نفتی با روش تخلیه طبیعی تنها به برداشت كسر كوچكی از كل نفت (حدود 10 تا 15 درصد) در جای اولیه منجر می شود. این مقدار بستگی به عوامل متعددی از جمله چگونگی مكانیسم رانش، خواص سنگ و سیال مخزن و…. دارد.
از این رو مقوله مهمی به نام ازدیاد برداشت از مخازن نفتی مطرح شده است كه اگر چه با هدف تثبیت فشار، كاهش ویسكوزیته، برداشت از مخزن را تا حد معینی بالا می برد؛ اما با این وجود هنوز قسمت اعظم نفت در زیرزمین باقی می ماند. به طور كلی بر اساس زمان برداشت از مخازن، بازیابی به سه دسته برداشت نوع اول، دوم و سوم دسته بندی می شوند.
در برداشت نوع اول نیروی محركه اختلاف فشار مخزن و فشار انتهای چاه تولید می باشد. در این روش تنها 10 تا 20% از كل نفت قابل بازیابی است در برداشت نوع دوم، مخازن گازی تحت تأثیر تزریق گاز یا رانش طبیعی آب برای تخلیه قرار می گیرند. در بازیابی نوع سوم، روش های حرارتی تزریق گاز و مواد شیمیایی انجام می گیرد كه می تواند بازیابی هیدروكربنها را به طور اساسی افزایش دهد. در این میان تزریق گاز در ازدیاد برداشت یكی از مؤثرترین و اقتصادی ترین روش ها است.
در سال های اخیر مسأله میزان انتقال جرم، بخصوص در مخازن شكاف دار به هنگامیكه یك گاز به مخزن نفت، جهت بازیافت تزریق می گردد مورد توجه و اهمیت فراوان قرار گرفته است. بر اثر استخراج از این مخازن حالت تعادلی كه در میلیون ها سال در این مخازن شكل گرفته به هم خورده و مواد از جایی با غلظت زیاد به محلی باغلظت كم وارد می شوند. میزان سرعتی كه مواد تحت آن حركت می كنند در هر نقطه و در هر جهتی به گرادیان غلظت در آن نقطه و جهت بستگی دارد. در مخازن نفتی بدست آوردن نرخ انتقال جرم به وسیله نفوذ مولكولی در محاسبه مقدار گاز نفوذی درون نفت در پروژه های تزریق گاز ضروری می باشد.

در مخازن عادی (conventional reservoir) در فرآیند بازیابی ثانویه اختلاف گرادیان غلظت بین نفت و گاز تزریقی باعث نفوذ ملكولی و انتقال جرم بین دو فاز شده و در نتیجه نفوذ ملكولی می تواند یك جبهه امتزاجی یا مایع رقیق شده در جلوی فاز گاز تزریقی بوجود بیاورد كه باعث بهتر جاروب شدن نفت در مخزن، بخصوص نفت چسبیده به دیواره خلل و فرج ها می شود.
اواخر دهه 80 و همزمان با گسترش كاربرد چاه های افقی روش جدیدی ابداع شد. در این روش از یك چاه تزریقی عمودی در بالای چاه تولیدی افقی استفاده می شود. در این روش از گازهای سبك هیدروكربنی مانند پروپان، بوتان و یا تركیب آنها با گازهای غیر میعانی استفاده می شود. هنگامی كه این تركیب در فشاری نزدیك به فشار نقطه شبنم تزریق شود محفظه ای از گازهای هیدروكربنی در مخزن تشكیل می شود. در سطح تماس، این محفظه با نفت سنگین داخل مخزن تركیب و در واقع انحلال گاز انجام می شود كه در نتیجه آن گرانروی كاهش می یابد. كه در واقع همان بهتر جاروب شدن نفت در مخزن می باشد.
روش دیگر تزریق كه متداول است، تزریق یك توده پروپان و به دنبال آن تزریق متان می باشد البته در این جا این نكته لازم به یاد آوری است كه پارامترهای دیگری بجز نفوذ ملكولی در تزریق امتزاجی (Miscible Fluid) وجود دارد توزیع تخلخل ها، توزیع اشباع سیالات، سرعت تزریق، تحریك پذیری (mobility) حلال و نفت در ناحیه ترزریق و مقدار سطح تماس نفت و گاز تزریقی از جمله عوامل دیگری می باشند كه بجز ضریب نفوذ ملكولی روی بازیافت نفت در این فرآیند تاثیر گذار می باشند.
در مخازن عادی بازیابی ثالثیه، بعد از تزریق آب در بازیابی ثانویه، نفت باقیمانده در خلل و فرج ها توسط تزریق Co2 از طریق مكانیسم نفوذ ملكولی و انتقال جرم قابل بازیافت است.
در بازیابی ثانویه گاز دی اكسید كربن تزریقی به طور مستقیم با نفت تماس می یابد و چون CO2 به شدت با نفت امتزاج پذیر است، بازیابی بالا می باشد. بعد از برداشت نفت توسط نیروی خود مخزن مقداری نفت هم توسط تزریق آب در بازیابی ثانویه بازیافت می شود، در تزریق آب به درون مخزن مقدار قابل توجهی نفت توسط آب به دام می افتد كه به این نفت، نفت باقیمانده می گویند. دی اكسید كربن به شدت با نفت امتزاج پذیر و با آب امتزاج ناپذیر است.دی اكسید كربن بعد از نفوذ از میان آبی كه نفت را محاصره كرده با نفت تماس می یابد و باعث تورم نفت می شود، نفت آن قدر متورم می شود تا سد یا مانع آبی را از بین ببرد و با خود جریان دی اكسید كربن تماس یابد و بازیافت شود.
بازیابی نفت باقیمانده نسبتاً پایین است و بستگی به سرعت تزریق (Flood Rate) دارد. یك مدل ایده آل یك بعدی كه دی اكسید كربن از میان یك لایه آب به درون یك لایه نفت به دام افتاده نفوذ كرده و به دنبال آن نفت متورم می شود. این مدل كه در زیر نشان داده شده است، به طور دقیق نقش نفوذ ملكولی در پروسس  بازیافت را تشریح می كند.
نفوذ دی اكسید كربن باعث تورم آب به اندازه 3% و تورم نفت به اندازه 40 % می شود. به عنوان یك نتیجه از تورم دو فاز سطح مشترك دو فاز به سمت راست حركت می كند. برای حل مدل فرض شده، سطح آب و دی اكسید كربن ثابت است و حركت نمی كند و تنها سطح مشترك آب و نفت به سمت راست حركت می كند كه این فرض با توجه به درصدهای تورم ذكر شده چندان غیر منطقی به نظر نمی رسد. این فرض اجازه می دهد كه موقعیت فیزیكی واقعی جایی كه ازدیاد نفت و جابجایی كامل فاز آب باعث تماس مستقیم دی اكسید كربن و نفت می شود معلوم شود.

<p><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">الكیلاسیون یعنی افزایش یك گروه الكیل به یك ماده آلی، ولی در اصطلاح پالایش نفت عبارتست از واكنش یك الفین با یك ایزو پارافین در دما و فشار بالا، الكیلاسیون می تواند بدون كاتالیزور صورت گیرد ولی فرآیند های صنعتی الكیلاسیون با حضور كاتالیزور در دمای پایین انجام می شود. فرآورده الكیلاسیون بنزین با عدد اكتان بالااست كه الكیلات نام دارد. الكیلات كه عمدتا پارافین های پر شاخه در محدوده اكتان است، همه خواص مطلوب برای اختلاط با بنزین از جمله عدد اكتان بالا، فشار بخار پایین و نداشتن آروماتیكها، الفینها و گوگرد را دارا می باشد. با توجه به حجم زیاد مصرفی كاتالیستهای اسید مایع و مشكلات مربوط به ایمنی، ضرورت توجه به كاتالیستهای اسیدی جامد دو چندان شده است. با وجود تلاش زیاد در دهه های اخیر و آزمایش اسیدهای جامد قوی، هنوز كاتالیست مناسبی برای این منظور یافت نشده است. مشكل اصلی آن، طول

:
هیدروکراکینگ یک فرایند ثانویه مهمی در صنعت نفت می باشد و یکی از فرایندهای مهم در ارتقای کیفیت برش های نفتی به شمار می رود. خوراک این فرایند معمولا در محدوده گازوئیل خلا تا پسماندهای نفتی می باشد. فرایند شامل کراکینگ اجزاء سنگین نفتی در حضور هیدروژن است. فرایند از نظر زیست محیطی مشکلی ندارد. این فرایند برای ماکزیمم کردن محصولات میان تقطیر، گازوئیل به کار می رود.
هدف از انجام این پروژه پیش بینی رفتار سینتیکی واکنش هیدروکراکنیگ در فشار بالا است که در نتیجه می توان توزیع محصولات را پیش بینی کرد.
فصل اول: کلیات
1-1) هدف:
هیدروکراکینگ از لحاظ اهمیت دومین فرایند در صنعت نفت می باشد و یکی از فرایندهای مهم در ارتقای کیفیت برش های نفتی به شمار می رود. با اینکه فرایند هیدروژن دار کردن یکی از قدیمی ترین فرایندهای کاتالیستی در صنعت پالایش نفت است، ولی در بین فرایندها تنها فرایند هیدروکراکینگ توسعه زیادی یافته است. این توجه به هیدروکراکینگ چندین علت داشته که برخی از آنها عبارتند از:
– نوع تقاضا برای فراورده های نفتی تغییر کرده است و درخواست برای بنزین، در مقایسه با سایر مواد میان تقطیر بالا رفته است.
– در سال های اخیر هیدروژن با قیمت ارزان و به مقدار زیاد به عنوان فراورده جانبی عملیات رفرمینگ کاتالیستی به دست می آید.
– مسائل زیست محیطی موجب محدودیت غلظت های گوگرد و ترکیب آروماتیکی در سوخت های موتوری شده است.
2-1) پیشینه تحقیق:

تکنولوژی هیدروکراکینگ از تبدیل ذغال سنگ در آلمان در سال 1925 توسعه یافت و هدف از آن تولید سوخت مایع مصرفی از رسوبات درونی ذغال سنگ بود. تبدیل ذغال سنگ به سوخت مایع تحت عملیات کاتالیستی در فشار و دمای بالا انجام شد، که بعدها تکنولوژی هیدروکراکینگ تبدیل گازوئیل سنگین به سوخت های سبک تر توسعه یافت و اولین واحد هیدروکراکینگ نفتی را شورون در سال 1958 به صورت تجاری راه اندازی کرد.
خوراک این واحد معمولا در محدوده نفت گاز خلاء تا پسماندهای نفتی می باشد. فرایند شامل شکست برش های سنگین نفتی در حضور هیدروژن می باشد. این واحد بیشتر برای تولید محصولات میان تقطیر و بنزین به کار می رود.
برخی از مزایای هیدروکراکینگ عبارتند از:
– موازنه بهتر بنزین و تولید فرآورده های تقطیر شده
– بهره بیشتر تولید بنزین
– بهبود کیفیت عدد اکتان و اصلاح حساسیت گروه بنزین
– تولید مقادیر نسبتا زیاد ایزوبوتان در بخش بوتان
– مراحل تکمیل کراکینگ کاتالیستی به منظور پالایش مواد خام سنگین حاصل از کراکینگ آروماتیک ها، نفت های حلقوی، نفت های واحد کک سازی و تولید بنزین، سوخت جت و نفت کوره سبک
الزامات زیست محیطی برای برش های سنگین از این لحاط حائز اهمیت است که اولا به دلیل وجود ترکیبات ناخالص همانند ترکیبات گوگردی و نیتروژنی و نیز وجود فلزات سنگین در این برش ها به مقدار زیاد، در صورت مصرف مستقیم باعث تولید دو عامل اصلی آلوده کنند محیط زیست یعنی SOx و NOx می شوند، ثانیا به واسطه پایین بودن نسبت هیدروژن به کربن در برش های سنگین نفتی، از کیفیت سوختن خوبی برخوردار نیستند و سبب تولید CO و دوده و ذرات معلق می شوند که در این ارتباط فرایند هیدروکراکینگ در کنار هدف اصلی خود یعنی کراکینگ مولکول های سنگین در حضور هیدروژن و تولید مولکول های سبک تر و مرغوب تر از لحاظ سوختی سبب حذف آلوده کننده های مذکور نیز خواهند شد.
فرایند هیدروکراکینگ به صورت کاتالیستی یا به صورت حرارتی انجام می گیرد. در فرایندهای کاتالیستی معمولا از کاتالیست های اکسید نیکل و اکسید مولبیدن بر پایه آلومینا در دمای متوسط عملیاتی (360 – 440 درجه سانتیگراد) و فشارهای بالا (P>140bar) استفاده می شود. نقش عمده کاتالیست در فرایند هیدروکراکینگ، هیدروژناسیون آروماتیک ها و تجزیه ترکیباتی با اتم های ناهمگن است. شکست ترکیبات سنگین به فراورده های سبک تر عمدتا به دلیل واکنش های حرارتی می باشد. در فرایندهای کاتالیستی لزوم استفاده از فشارهای بالا به دلیل بهبود شرایط  واکنش و مهمتر از آن حفاظت از کاتالیست ها به واسطه جلوگیری از تشکیل کک روی سطوح کاتالیست می باشد. به همین منظور در هیدروکراکینگ حرارتی معمولا از مواد افزودنی جهت جلوگیری از تشکیل کک استفاده می شود.
از زمانی که هیدروکراکینگ به عنوان یک فرایند جهت ارتقای کیفیت برش های نفتی مورد استفاده قرار گرفته است، نیاز به توسعه مدل های سینتیکی احساس گردید. پیش بینی میزان محصولات مطلوب و نامطلوب در شرایط عملیاتی متفاوت برای بهینه سازی و کنترل فرایند، طراحی تجهیزات فرایندی و انتخاب نوع کاتالیست از مسائلی می باشد که مدلسازی سینتیکی را ضروری می نماید.

عمر بسیار كوتاه كاتالیست و مشكلات مربوط به احیاء آن است.</span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">در این پروژه غیر فعال شدن كاتالیست زیركونیای سولفاته اصلاح شده با پلاتین به صورت ریاضی مدلسازی شده است.</span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">در فصل اول نقش وحالت پلاتین و تاثیر آن در غیرفعال شدن كاتالیست بحث و بررسی شده است سپس در مورد راكتور های كاتالیستی برای فرآیند الكیلاسیون روی كاتالیست جامد توضیحاتی بیان شده و همچنین فرآیند الكیلاسیون با كاتالیست های اسید مایع HF و H2SO4&nbsp;به طور كامل بیان شده است.</span></p><p><p><a href="http://1zz.ir/%d8%b3%d9%85%db%8c%d9%86%d8%a7%d8%b1-%d8%a7%d8%b1%d8%b4%d8%af-%d9%85%d9%87%d9%86%d8%af%d8%b3%db%8c-%d8%b4%db%8c%d9%85%db%8c-%d9%85%d8%af%d9%84%d8%b3%d8%a7%d8%b2%d9%8a-%d8%b1%d9%8a%d8%a7%d8%b6%d9%8a/"><img class="alignnone size-full wp-image-587282″ src="http://ziso.ir/wp-content/uploads/2020/10/thesis-paper-66.png” alt="دانلود مقاله و پایان نامه ” width="400″ height="220″ /></a></p><p><br /></p><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">در فصل دوم به معرفی اجمالی كاتالیست های جامد پرداخته شده است. در فصل سوم مكانیزم و سینتیك واكنش الكیلاسیون بیان شده است. در فصل چهارم در ابتدا مدلسازی غیر فعال شدن كاتالیست، در سه سطح سایتهای فعال، ذره و راكتور به طور كامل بحث و بررسی شده است و سپس غیر فعال شدن كاتالیست زیركونیای سولفاته اصلاح شده با پلاتین در سطح دانه های كاتالیست مدل شده است و همچنین در مورد حل معادلات ریاضی به روش تفاضل محدود و همچنین نوشتن برنامه كامپیوتری به زبان برنامه نویسی Matlab توضیحاتی بیان شده است. در فصل پنجم به بحث و نتیجه گیری پرداخته شده و همچنین پیشنهاداتی برای تحقیقات آتی بیان شده است.</span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);"><span style="box-sizing: border-box; font-weight: 700;">فصل اول: کلیات</span></span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);"><span style="box-sizing: border-box; font-weight: 700;">1-1- هدف</span></span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">هدف اصلی این پروژه مدلسازی غیر فعال شدن كاتالیست اسید جامد زیركونیای سولفاته اصلاح شده با پلاتین، با فرض مكانیسم پوشیده شدن سایتهای فعال توسط كك و كاهش سطح واكنش، به صورت ریاضی می باشد. بر این اساس مدلسازی مذكور در سطح دانه های كاتالیست تدوین گردیده و حل معادلات ریاضی بدست آمده توسط نرم افزار Matlab نشان می دهد كه كاتالیست در مدت كوتاهی فعالیت خود را از دست داده و درصد تبدیل افت قابل ملاحظه ای می كند. سپس مقایسه ای بین نتایج تحقیق حاضر با نتایج تجربی و تئوری انجام شده است.</span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);"><span style="box-sizing: border-box; font-weight: 700;">2-1- پیشینه تحقیق</span></span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">جهت پیش بینی غیر فعال شدن كاتالیستهای اسید جامد، تحقیقات زیادی بر روی مكانیسم غیر فعال شدن صورت گرفته و مدلهای ریاضی متنوعی ارائه گردیده است كه هر كدام با فرضیاتی خاص، نتایج تئوری متفاوتی را بدست آورده اند. و سایت های مسموم و دهانه منافذ مسموم مكانیسم های پیشنهاد شده برای غیر فعال شدن كاتالیست های اسید جامد هستند اما نتایج تجربی بسیار محدود است و آنالیز های تئوری در مقالات در دسترس هستند و برخی از مقالات در ذیل اشاره می گردد:</span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">Zeolite /BF3 : Corma and Martinez ,1993</span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">Zeolite – Y , Zeolite – β : de Jong et al ., 1996 and Nivarty et al ., 1998</span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">H-Y Zeolites : Simpson et al ., 1996</span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">(Sulfated Zirconia Superacides (Gue et al ., 1994</span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);"><span style="box-sizing: border-box; font-weight: 700;">3-1- روش كار وتحقیق:</span></span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">روش كار به صورت تئوری بوده و شامل موارد ذیل می باشد:</span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">1- انجام مطالعات كتابخانه ای و بررسی مدلهای ارائه شده احتمالی مانند مدل پوسته ای.</span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">2- انتخاب یك مدل ریاضی جهت غیر فعال شدن كاتالیست و تدوین برنامه كامپیوتری با استفاده از نرم افزار متلب.</span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">3- مقایسه نتایج حاصل از مدل ریاضی انتخابی و نتایج تجربی موجود.</span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">4- اصلاح مدل ریاضی جهت تطبیق با نتایج تجربی موجودو</span><br style="box-sizing: border-box; color: rgb(51, 51, 51); font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);” /><span style="box-sizing: border-box; font-family: Yekan, Tahoma, Verdana, Helvetica, Arial, sans-serif; font-size: medium; text-align: start; background-color: rgb(255, 255, 255);">5- تدوین پایان نامه.</span></p>

امروزه پیشرفت های حاصله در علوم و فناوری های مختلف و استفاده از آنها در صنعت، موجب پیدایش و افزایش مواد و مولکول های آلاینده و خطرناک جدیدی شده که می توانند در برابر تجزیه زیستی مقاومت نمایند. در این میان، ترکیبات آلی و نیتروژن دار، از جمله مواد مضر و خطرناک برای محیط زیست و موجودات زنده محسوب می شوند که عمدتا از واحدهای صنایع غذایی، صنایع نساجی، صنایع کاغذ سازی، صنایع داروسازی، صنایع تولید روغن و کک سازی، پالایشگاه های نفت، مجتمع های پتروشیمی، و بسیاری از واحدهای شیمیایی و صنعتی دیگر خارج شده و رها شدن آنها در محیط، بدون انجام عملیات تصفیه مناسب، از خطرات مهم زیست محیطی محسوب می شود. از طرف دیگر، با توجه به افزایش محدودیت های ناشی از قوانین جدید و سخت گیرانه زیست محیطی به منظور حفظ تعادل اکوسیستم طبیعی، نیاز به روش های تصفیه ای جدیدی می باشد که بتوانند این مواد را حذف و یا حداقل به موادی با مولکول های کوچک تر و قابل تصفیه تر تبدیل نمایند. روش های متعارف و متداول تصفیه مانند روش های زیستی، برای تصفیه پساب های حاوی چنین موادی پاسخگو نبوده و روش های فیزیکی (مانند جذب سطحی بر روی جاذب) نیز تنها این مواد را از یک محیط (با غلظت کمتر و حجم بیشتر) به محیط دیگر (با غلظت بیشتر و حجم کمتر) و یا از یک شکل (پرخطر) به شکل دیگر (کم خطر) تبدیل می کنند [Fernandes, 2005; Gorgate, 2002].
البته از سالیان دور سوزاندن فاضلاب های حاوی مواد خطرناک مرسوم بوده است در حالی که این روش تنها برای فاضلاب هایی با غلظت بالا (بدون در نظر گرفتن آلودگی اتمسفریک هوا) قابل توجیه است.
استفاده از فرآیندهای اکسیداسیون شیمیایی، فتوشیمیایی، الکتروشیمیایی و فتوکاتالیستی جهت تصفیه فاضلاب های حاوی آلاینده های

 خطرناک، از جمله جدیدترین و آخرین راه حل ها برای حذف کامل این آلاینده ها مطرح می باشند. با این وجود، این روش ها نیز فعلا از نظر اقتصادی (چه از نظر هزینه ثابت و چه از نظر هزینه عملیاتی) قابل رقابت با فرآیندهای تصفیه زیستی رایج نیستند. چرا که در تصفیه زیستی، میکروارگانیسم ها بدون افزایش مقدار قابل ملاحظه ای ماده شیمیایی و فقط با کمک اکسیژن (تا هنگامی که سوبسترات آلی وجود دارد) واکنش اکسیداسیون را ادامه می دهند، در حالی که انجام این عمل توسط واکنش های اکسیداسیون شیمیایی، فتوشیمیایی، الکتروشیمیایی و فتوکاتالیستی مستلزم صرف هزینه فراوان، جهت تجزیه کامل آلاینده ها می باشد.

استفاده از روش های فتوشیمیایی و فتوکاتالیستی با نگاه به الگوی طبیعت به عنوان یک راکتور فتوشیمیایی (فتوراکتور) عظیم بوده که در مجموعه آن خورشید به عنوان منبع انرژی و تشعشع الکترومغناطیسی نور، هوا به عنوان ترکیب گازی و آب به عنوان محیط مایع، شرایط واکنش های فتوشیمیایی در آب و هوا را امکان پذیر ساخته است و این مسئله سبب توجه دانشمندان به بررسی بیشتر فرایند القاء نور و همچنین واکنش ها که با نور شروع می شوند شده است. امروزه حجم عظیم مقالات منتشر شده در زمینه توسعه تکنولوژی های فتوشیمیایی (در فرایندها زیست محیطی و به ویژه در مورد تصفیه آب و هوا) و گسترش آن در مقیاس صنعتی مؤید این واقعیت است [Oppenlander, 2003].
در این بین، فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته فتوکاتالیستی به دلیل مزیت های نسبی (از جمله سهولت و هزینه عملیاتی کمتر)، در تحقیقات مرتبط با فرآیندهای پالایش و تصفیه آب و پساب های آلوده به مواد آلاینده خطرناک (که روش های کلاسیک و متداول تصفیه قادر به حذف و یا کاهش غلظت آنها نمی باشند) بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند. در بین فتوکاتالیست های مطرح نیز، دی اکسید تیتانیوم (TiO2) به دلیل فعالیت فتوکاتالیستی زیاد، توجه بیشتری را به خود جلب کرده است.
با توجه به مطالب فوق، هدف از این تحقیق بررسی کارایی فرآیند اکسیداسیون پیشرفته فتوکاتالیستی در تجزیه و حذف آمونیاک از یک پساب ساختگی، با استفاده از فتوکاتالیست شناخته شده دی اکسید تیتانیوم (TiO2) نانو ذره به صورت تثبیت شده بر روی یک پایه مناسب و در یک فتوراکتور جدید با کارایی بالا می باشد. آنالیزهای تعیین مشخصات فتوکاتالیست تثبیت شده، شامل آنالیز XRD، جهت مشخص کردن خصوصیات کریستالوگرافی و فازی کاتالیست، آنالیز SEM، جهت مشخص کردن خصوصیات مورفولوژی و سطحی کاتالیست، انجام گرفته و کارایی فتوراکتور طراحی شده به وسیله انجام آزمایش های تصفیه، مورد بررسی و ارزیابی قرار می گیرد. همچنین تأثیر برخی از شرایط عملیاتی بر روی واکنش تجزیه فتوکاتالیستی آمونیاک بررسی می گردد.

:
نگرانی در مورد انتشار گازهای آلاینده به اتمسفر و افزایش دمای زمین چند سالی است که از مهمترین نگرانی های نوع بشر شده است. افزایش استفاده از سوخت های فسیلی با افزایش روزافزون تقاضا برای انرژی، دانشمندان را به یافتن منابع انرژی جایگزین و تجدیدپذیر واداشته است. از طرف دیگر، دفع پسماندهای شهری در لندفیلدها، خود از مشکلاتی است که نگرانی های زیست محیطی چون آلوده شدن منابع آب های زیرزمینی در نتیجه نفوذ شیرابه حاصل از پسماندهای دفن شده در زیر خاک، شیوع بیماری ها، بوی مشمئز کننده حاصل از تعفن و بسیاری از موارد دیگر، دانشمندان را به مطالعه و تحقیق برای یافتن راه حلی برای تصفیه شیرابه و روش های دفع آن واداشته است. شیرابه حاصل از لندفیلد یکی از آلوده ترین پساب ها می باشد که BOD و COD بسیار زیاد آن وجه تمایز شیرابه و فاضلاب شهری است. روش های مختلف در تصفیه شیرابه کاربرد دارد اما با هیچ یک از روش های موجود چه از بعد مصرف انرژی و هزینه های گزاف تحمیلی و چه از بعد راندمان مناسب و کاهش BOD و COD آن به نحوی که قابل دفع در محیط باشد نتایج مطلوب به دست نیامده است. تکنولوژی پیل های سوختی میکروبی چند دهه ای است که از اهمیت ویژه ای برخوردار شده است. پیل سوختی میکروبی به لحاظ “سبز” بودن مناسب ترین تکنولوژی برای تصفیه شیرابه و تولید همزمان انرژی می باشد. اما مشکل اساسی آن، توان خروجی و بازدهی کم انرژی آن است که عمدتا ناشی از متابولیسم کند میکروب ها می باشد. به هرحال، با پیشرفت های زیادی که در توسعه آن حاصل می شود، می توان به آینده پرکاربرد این تکنولوژی چه در زمینه تصفیه پساب و چه در زمینه تولید انرژی تجدیدپذیر بسیار امیدوار بود.

در این تحقیق، ابتدا به معرفی پیل سوختی، تاریخچه، مبانی و انواع آن پرداخته شده است که پیل سوختی میکروبی نیز از نسل های بعدی آن محسوب می شود. سپس، پیل های سوختی میکروبی و انواع آن مطرح شده است. تشریح اجزا، مکانیسم عملکرد، کاربردها و مسائل و مشکلات مربوط به آن به تفصیل مطرح شده است. در پایان نیز به کاربرد پیل های سوختی میکروبی در تصفیه شیرابه و پیشرفت های اخیر آن پرداخته شده است.
فصل اول: پیل های سوختی
1-1) پیشینه پیل سوختی
برخلاف سایر تکنولوژی ها، پیل سوختی تاریخچه نسبتا طولانی دارد. ویلیام روبرت گرو (William Robert Grove)، که یک وکیل بود و بعدها دانشمند شد، در سال 1839 اولین پیل سوختی را ابداع کرد. همانظور که در شکل 1-1 مشاهده می شود، او اکسیژن و هیدروژن را در یک سری لوله آزمایش به طور مجزا قرار داد و فاصله میان آنها را با اسید سولفوریک رقیق پر کرد (سمت چپ شکل 1-1). سپس درون هریک از لوله های آزمایش یک الکترود پلاتینی قرار داد و آنها را به یک ولت متر متصل کرد (سمت راست شکل 1-1).
او مشاهده کرد که یک جریان ثابت بین الکترودها برقرار شد و سطح آب نیز همزمان شروع به افزایش کرد. آنچه که رخ داد در واقع واکنش عکس الکترولیز آب بود. واکنشی که رخ داد همان واکنش سوختن هیدروژن بود که در معادله 1-1 نشان داده شده است. با این تفاوت که در پیل سوختی، انرژی الکتریکی تولید می شود اما در واکنش سوختن مستقیم هیدروژن، احتراق، فقط گرما تولید می شود.
H2+1/2O2->H2O
پس از این ابداع، دانشمندان زیادی سعی در بالا بردن بازدهی پیل سوختی داشتند. در سال 1886، لودویگ موند، شیمیدان، و دستیارش کارل لنگر یک پیل سوختی هیدروژن / اکسیژن ساختند که شدت جریان 6 آمپر بر فوت مربع و ولتاژ 0/73 ولت تولید می کرد. الکترود مورد استفاده آنها پلاتین نازک و متخلخل و الکترولیت آن به شکل شبه جامد بود. در سال 1896 یک مهندس برق و شیمیدان، ویلیام جکس، سعی کرد بر مبنای پیل سوختی، مستقیما از ذغال الکتریسیته تولید کند. او از یک باز برای الکترولیت و کربن برای الکترودها استفاده کرد اما نتوانست در باطری کربن خود واکنش الکتروشیمیایی ایجاد کند. امیل بور از سوئیس، یک تحقیق در مورد یک نوع پیل سوختی انجام داد که در دماهای زیاد عمل می کرد و الکترولیت آن نقره مذاب و بخشی از آن شامل الکترولیت اکسید فلز و خاک رس بود. فردریک ویلهلم استوالد در سال 1893 توانست به تئوری شیمی بنیادی نحوه عملکرد پیل سوختی دست یابد.