وبلاگ

:
امروزه استفاده مجدد از آب های آلوده شده در فرایندهای گوناگون اهمیت زیادی پیدا كرده است. به همین دلیل انواع مختلف فرایندهای تصفیه پساب مطرح شده است و به كار برده می شود.
در بین این فرایندها تصفیه بیولوژیكی لجن فعال می توان گفت كه مناسب ترین فرایند تصفیه فاضلاب در تصفیه خانه های شهری می باشد زیرا هم عملكرد خوبی دارد و هم دارای كمترین آلودگی زیست محیطی می باشد و در میان انواع راكتورهایی كه برای این فرایند به كار می روند راكتور اختلاط كامل لجن فعال (Complete Mix Activated Sludge) با نام اختصاری CMAS به دلیل مزایای فراوان آن و توانایی آن در گذر خوب برابر شوك های ورودی محبوب ترین نوع راكتور می باشد.
برای مدل سازی فرایند لجن فعال مدلی توسط IWA ارایه شده است كه مدل ASM1 می باشد و دارای دقتی كافی است این مدل اساسا پایه ای برای مدل سازی راكتور های گوناگون می باشد. در این پایان نامه از مدل ASM1 استفاده شده است كه معادلات موازنه جرم بدست آمده از نوع ODE غیر خطی می باشد واز روش رانگ – كاتای درجه پنجم حل شده است.
فصل نخست: کلیات
(1-1) تعریف و اهمیت تصفیه فاضلاب
به طور كلی هر اجتماعی دور ریزهایی به صورت مایع، جامد و یا گازهای قابل انتشار در جو در پس فعالیت های صنعتی، خانگی و یا

 كشاورزی خود تولید می كند.

به طور ویژه در بخش مایعات دور ریز – فاضلاب و یا پساب – آب تامین كننده آن بخش بوده كه بعد از استفاده در بخش های گوناگون و آمیخته شدن با مواد اضافی به صورت دور ریز در آمده است.
از دیدگاه منابع تولید، فاضلاب به عنوان آمیخته ای از آب كه حمل كننده دور ریز های دفع شده از مناطق مسكونی، موسسات و بنگاه های تجاری و صنعتی كه می تواند همراه با آب های زیر زمینی، سطحی یا بارش های جوی باشد.
هنگامی كه پساب تصفیه نشده در نقطه ای جمع شود به سبب در هم ریختگی تركیبات آلی در آن منجر به آزاد شدن گاز های بسیار بد بو خواهد شد و محیط مناسبی برای رشد بسیاری از میكرو ارگانیسم های پاتوژنیك می شود كه از روده انسان و یا حیوانات و نواحی مختلف به درون آن راه یافته می شود.
پساب ها همچنین شامل نیترات ها هستند كه باعث تحریك رشد گیاهان آبزی می شوند و ممكن است شامل تركیبات سمی و یا تركیباتی كه به طور بالقوه ممكن است بیماری زا و یا سرطان زا باشد هستند.
به دلایل ذكر شده حذف سریع و آسان فاضلاب از منابع تولید توسط تصفیه آن و استفاده مجدد و یا رها سازی آن در طبیعت ضروری می باشد.
– مهندسی فاضلاب
مهندسی فاضلاب شاخه ای از مهندسی محیط زیست است كه مفاهیم علوم پایه و مهندسی را برای راه گشایی موارد درگیر با فاضلاب و استفاده مجدد از آن را به كار می گیرد.
هدف نهایی مهندسی فاضلاب محافظت از سلامت عمومی با شیوه ای متناسب با دیدگاه زیست محیطی، اقتصادی، اجتماعی و نگرانی های سیاسی است.
برای این کار لازم است دانش:
1- اجزا موجود در پساب.
2- اثرات این اجزا هنگامی كه پساب در طبیعت رها می شود.
3- دگرگونی و سرنوشت طولانی مدت این اجزا در فرایندهای تصفیه.
4- روش های تصفیه ای كه برای حذف یا اصلاح اجزاء موجود در فاضلاب استفاده می شود.
5- روش هایی برای استفاده مفید یا مصرف جامدات تولید شده اضافی توسط سیستم های تصفیه
را داشته باشیم.
(2-1) تقسیم بندی فاضلاب
از دیدگاهی می توان فاضلاب های خام را به دو گروه بزرگ: 1- فاضلاب های شهری 2- فاضلاب های صنعتی دسته بندی کرد.
– فاضلاب های شهری
فاضلاب های شهری كه هدف این پژوهش هم می باشد حاصل از مصرف آب در منازل، ادارات، مراكز تجاری، آب های سطحی حاصل از بارش های جوی و شستشوی معابر و كلیه خدمات شهری می باشد، در این نوع فاضلاب كمتر از مواد سمی خطرناك، فلزات سنگین و یا رادیواكتیو یافت می شود و عمدتا دارای مواد آلی و نیتروژن دار و فسفر دار حاصل از مواد دفعی انسانی و پاك كننده ها است.
– فاضلاب های صنعتی
در فاضلاب های صنعتی كه حاصل كارهای فرآیندی كارخانه جات و مراكز تولیدی می باشد می توان گونه های زیادی از مواد شیمیایی، نفتی و غیره كه برای انسان و محیط پیرامونی او خطر آفرین است را مشاهده كرد، كه حذف آنها گاهی بسیار مشكل و دردسر ساز می باشد و رهاسازی آنها هم در طبیعت حتی می تواند گاهی باعث نابودی كامل آن منطقه شود كه پاك سازی آن بسیار هزینه بر و شاید غیر ممكن باشد از این قبیل مواد می توان به فلزات سنگین، تركیبات نفتی و یا مواد رادیو اكتیو اشاره كرد. بهترین راه حذف این نوع مواد تصفیه آنها در خود كارخانه با روش های تخصصی تر برای آن ماده خاص می باشد تا جمع آوری در یك مركز تصفیه و عملیات حذف روی آنها.

:
به طور کلی اندازه گیری متغیرهای یک فرآیند شیمیایی به منظور کنترل فرآیند به کار می رود. از آنجا که داده های اندازه گیری شده ممکن است دارای خطا باشد این داده ها در محدودیت های فرایند (معادلات جرم و انرژی) صدق نمی کنند و بایستی تصحیح شوند. تصحیح داده ها خطاهای رندوم موجود در فرآیند را برطرف می کند ولی وجود خطاهای gross در سیستم باعث انحراف داده ها از مقادیر واقعی خود می گردد. به طور کلی عملیات تصحیح داده ها با استفاده از اندازه گیری چند متغیر (به دفعات) از پلنت شیمیایی، تعیین محدودیت سیستم و همچنین تابع هدف که به وسیله آن خطاهای موجود در سیستم مینیمم می شود، صورت می گیرد. در این تحقیق از دو تابع Least-square و Fair-Function به عنوان توابع هدف استفاده شده است. عملیات تصحیح داده ها و تخمین پارامترها (DRPE) بر روی دو سری از داده ها، داده های تئوری (داده هایی که با استفاده از نرم افزار پتروشیمی آبادان برای تست برنامه تولید شده است) و داده های صنعتی

 (داده های اندازه گیری شده از پلنت الفین واحد پتروشیمی آبادان) انجام شده است. در هردو عملیات تابع Fair-Function نتایج واقعی تری را نسبت به تابع Least-square نشان می دهد و داده های حاصل از آن به مقادیر واقعی نزدیک تر است. در انتها با استفاده از مقادیر تصحیح شده درصد وزنی اجزای خروجی از راکتور شکست حرارتی با استفاده از محدودیت های فرآیند محاسبه می گردد.

فصل اول
– ی بر مقالات:
اندازه گیری داده های یک فرآیند شیمیایی به منظور کنترل فرآیند در پلنت های شیمیایی به کار می رود. البته به دلیل مشکلات تکنیکی و هزینه های وارده همه متغیرهای موجود در فرآیند اندازه گیری نمی شوند. داده های اندازه گیری شده اغلب به واسط کالیبره نبودن سیستم اندازه گیری و یا خرابی دستگاه های اندازه گیری دارای خطای gross و یا خطای نرمال می باشند، بنابراین این داده ها به صورت خام در محدودیت های فرآیند (معادلات جرم و انرژی) صدق نمی کنند و قبل از استفاده در مدل فرآیند بایستی تصحیح شوند.
عملیات DRPE از ابتدا در سال (13) 1987 توسط با استفاده از تابع Least square به عنوان تابع هدف آغاز شد. در سال (2) 1996، Beigler , Albuqurqe این کار را با استفاده از توابع هدف Contaminated , Least square , method,Fair Function بر روی شبکه مبدل های حرارتی و همچنین مخازن بهم پیوسته انجام دادند. از آنجایی که تابع Least square فقط خطاهای رندوم را تصحیح می کند، در صورت وجود خطای gross این تابع مقادیر دقیقی را ارائه نمی دهد. لیکن تابع Fair Function جزء دسته توابع Maximum likelihood بوده و مقادیر دقیق تری را ارائه می کند. جدول زیر نتایج حاصل از عملیات تصحیح داده ها را برای شبکه مبدل های حرارتی نشان می دهد.
در سال (1) 2002، بار دیگر Biegler این عملیات را بر روی مخازن متصل بهم انجام داده و تابع هدف دیگری را با نام تابع Redescending معرفی کرد. خاصیت این تابع این است که پارامترهای سازگار کننده بیشتری در آن دخلی است و نسبت به تابع Fair Function نیز قوی تر عمل می کند. نتایج به دست آمده و نمودارهای حاصله به شرح زیر است.
در سال 1996، Sentoni , Samchez عملیات DRPE را بر روی راکتور صنعتی اتیلن انجام دادند. در اینجا هدف به دست آوردن پارامترهایی بود که در آنها خطای gross وجود داشته باشد.
در این تحقیق با توجه به مشکلات اخیری که در اندازه گیری داده های پلنت شیمیایی پتروشیمی آبادان وجود دارد، داده های پلنت اندازه گیری شده است و با استفاده از توابع هدف Least square, Fair Function نتایج حاصله مورد بحث قرار می گیرد.

روغن ها و چربی ها از دیرباز به عنوان غذا استفاده می شوند. با این حال آنها برای مصارف غیر خوراکی نیز به کار رفته که استفاده به عنوان روغن چراغ و روان کننده از جمله قدیمی ترین موارد کاربرد آنهاست. در سال های اخیر بیشترین استفاده را در تهیه رنگ، لاک و صابون داشته اند. چربی ها و اسیدهای چرب و مشتقات آنها همچنین در مواد شوینده و آرایش به کار می روند. قابلیت استفاده گسترده از ترکیبات روغنی به عنوان منابع تجدید شونده و جایگزینی برای سوخت فسیلی و مشتقات آن که هم اکنون با قیمت ارزان تری به بازار عرضه می شوند در دست بررسی است.
روغن های گیاهی دارای مزایای ویژه اند از جمله آنها می توان به قابلیت تجدید و تجزیه بیولوژیکی آنها اشاره نمود. روغن های گیاهی همچنین دارای خواص فنی عالی بوده بیماری زایی و آلرژی زایی کمتری دارند. مهمترین عیب روغن های گیاهی بالا بودن قیمت، محدودیت پایداری در برابر اکسیداسیون، ویسکوزیته بالای آنهاست.
از آنجا که روغن های گیاهی و اسیدهای چرب عمدتا مصرف خوراکی دارند لذا مصرف غیر خوراکی آنها کمتر مورد توجه بوده است. آنها حتی تا حدی جایگزین سوخت فسیلی در صنعت شده اند. ارزش صنعتی یک روغن گیاهی معمولا بستگی به میزان اسید چرب خاص آن روغن و سهولت تغییر دادن این اسید چرب دارد. طول معمول زنجیره اسیدهای چرب از C:12 – C:12 با اسیدهای اشباع و غیر اشباع منو، دی و تری متغیر است.

درجه اشباع چربی های حیوانی به جز روغن های ماهی بیشتر از روغن های گیاهی اشباع شده است، به همین علت آنها از نظر ارزش غذایی مطلوب نمی باشند. ضمنا چربی های مورد نیاز بدن انسان صرفا با مصرف کره یا روغن حیوانی تامین نمی شود.
1) دانه های روغنی
دانه های روغنی منابع سرشار از انرژی و تغذیه اند. روغن ها و چربی های موجود در آنها به عنوان روغن های خوراکی و مواد خام صنعتی به کار می روند. پروتئین های موجود در بعضی از دانه های روغنی برای تغذیه انسان و پروتئین موجود در برخی دانه های روغنی دیگر به عنوان خوراک دام مصرف می شوند. دانه های روغنی همچنین دارای هیدرات های کربن، ویتامین ها و مواد معدنی می باشند. کنجاله آنها نقش بسیار مهمی در رفع سوء تغذیه و تامین کالری مورد نیاز توده های انسانی و دام ها دارد. به علاوه روغن های گیاهی برای روان ساختن سطوح تماس، پوشش سطوح، تهیه مواد آرایشی و به عنوان مواد خام برای فرآورده های مختلف صنعتی کاربرد دارد.
1-1- مصارف عمومی روغن های گیاهی
در ذیل به مهم ترین مشتقات روغن ها و چربی ها و موارد مصرف آنها در زندگی انسان ها اشاره می شود.
الف) مصرف در صابون ها
اسیدهای چرب صابونی شده از دوران باستان تاکنون جز ابتدایی ترین عوامل فعال سطوح بوده اند. نسبت های مختلف C12 – C14 – C16 – C18 اسیدهای چرب برای تهیه صابون هایی که در آب خوب کف می کند و از خاصیت شویندگی مطلوب برخوردارند به کار می روند.
ب) مصرف در مواد آرایشی و دارویی:
روغن هایی مانند روغن نارگیل، بادام زمینی، کنجد و روغن کرچک مصارف دارویی دارند آنها همچنین در ساخت صابون های مخصوص مانند کرم های ریش تراش، کرم صورت و لوسیون مو به کار می روند. روغن های گیاهی به عنوان امولسیون کننده در کرم ها و محلول های شوینده عمل می کنند و ناقل ویتامین ها می باشند.
ج) مصرف در پلاستیک و پلیمرها:
استریفیکاسیون اسیدهای دو بنیانه با الکل های پلی هیدروکسی تولید زرین های آلکیل می کنند که در حلال های معمولی حل می شوند و از آنها به عنوان پلیمرهای محکم و انعطاف پذیر و برای پوشش های محافظ استفاده می گردد. رزین های اورتان با استریفیکاسیون دی ایزوسیانات ها با اسیدهای دو بنیانه ساخته می شوند. رزین هاین اپوکسی از ترکیبات پلی اپوکسید و دی فنلی به دست می آید.

در بازارهای عمده فروشی میوه و تره بار حجم عظیمی از مواد ارگانیکی باقی می ماند که قسمت اعظم و مشکل ساز آن اضافات سبزیجات می باشد چرا که به خاطر رطوبت زیاد دارای حجم ویژه بالایی می باشند. خشک کردن و تبدیل این اضافات به مواد مفیدی همچون خوراک دام، تقویت کننده خاک و یا به عنوان منابع پروتئینی در عوض سوزاندن و یا جمع آوری آنها در زباله دان های بسیار بزرگ راهکاری مناسب به شمار می آید. خشک کنهای دوار عموما در صنایع شیمیایی و دارویی مورد استفاده قرار می گیرند اما در صنایع کشاورزی نیز برای خشک کردن موادی همچون یونجه و خمیر چغندر از آنها استفاده می گردد. با توجه به خصوصیات این نوع خشک کن که قابل استفاده برای مواد ناهمگن، چسبناک و موادی که حرکت آنها به سختی انجام می گیرد می باشد، خشک کن دوار خشک کنی مناسب برای اضافات سبزیجات محسوب می شود.
این نوع خشک کن به واسطه نوع ساختارش فرآیند پیچیده ای دارد که ناشی از انتقال گرما و حرکت ذرات درون آن می باشد. مطالعات زیادی برای مدل کردن خشک کن دوار در حالت پایا انجام گرفته است که از جمله پیشگامان این راه می توان میکلستاد را نام برد، وی اولین کسی بود که در سال 1963 برای محاسبه میزان رطوبت در طول خشک کن دوار برحسب دمای هوای خشک کردن، میزان رطوبت اولیه و

 نرخ خوراک رابطه ای ارائه کرد. در سال 1964 شارپلز، گلیکین و وارن یک مدل پایا ارائه کردند که در آن از 4 معادله دیفرانسیل حاصل از انتقال حرارت، انتقال جرم، بیلان جرم و بیلان انرژی استفاده گردیده بود و موازنه را بر روی کل سیستم نوشتند اما مدل آنها جواب دقیقی به دست نمی داد. در سال 1972 تروپ آنالیزی مشابه شارپلز و همکارانش ارائه داد و تنها تفاوت آن استفاده از معادله میشل و سامن برای محاسبه زمان ماند بود. او خشک کن را به صورت المانی تقسیم نمود و موازنه جرم و انرژی را برای هرکدام نوشت و پس از در نظر گرفتن تعداد المان های زیاد دوباره به جواب شارپلز و همکارانش رسید.

در سال 1977 کلی و ادانل معادله جدیدی برای محاسبه زمان ماند ارائه داد و با تلفیق آن با معادلات انتقال حرارت نتایج نسبتا خوبی به دست آورد اما وی خاطرنشان کرد که مدل وی بسیار پیچیده است و در حالت های خاص و محدود مورد قبول می باشد. در سال 1986 کامکه و ویلسون فرآیند خشک کردن قطعات چوب در خشک کن دوار را مورد مطالعه قرار داد و با استفاده از معادله زمان ماند کلی و ادانل و معادله انتقال حرارت فردمن و مارشال جواب قابل قبول و مطابق با نتایج تجربی به دست آوردند، همچنین آنها دریافتند که مقدار رطوبت اولیه ماده و دمای هوای مورد استفاده جهت خشک کردن بیشترین تاثیر را بر روی میزان رطوبت خروجی دارند. اما مطالعات انجام گرفته در زمینه مدلسازی دینامیکی خشک کن های دوار اندک می باشد. در مدل دینامیکی متغیرهای سیستم وابسته به پارامترهای زمان و مکان می باشند.
در سال 1993 داگلاس، کواد، لی و مالیک فرآیند خشک کردن شکر در خشک کن دوار را مدلسازی دینامیکی کردند. آنها خشک کن را به 10 قسمت تقسیم نمودند و موازنه دینامیکی جرم و انرژی را برای هر قسمت نوشتند. برای محاسبه زمان ماند و انتقال حرارت از روابط فردمن و مارشال استفاده شده بود، همچنین آنها فرض کرده بودند که در هر قسمت به حالت تعادل می رسند. مدل آنها با داده های صنعتی تطابق نسبتا خوبی داشت. در همان سال وانگ، کمرون، لیستر و داگلاس یک مدل غیر تعادلی ارائه کردند که شامل یک سری معادلات دیفرانسیل پارشیال بود اما اساس کار همان مدل تعادلی داگلاس و همکارانش بود. آنها برای محاسبه انتقال حرارت متدهای گوناگونی را به کار گرفتند.
چاو و لانگریش (2000) یک مدل برای کل سیستم خشک کن دوار با جریان متقابل ارائه دادند. در این مدل از تلفیق موازنه جرم و انرژی بر روی کل سیستم با دو معادله کمکی که یکی از آنها بیان کننده انتقال ذرات و انتقال حرارت و دیگری معرف سینتیک خشک کردن ماده بود استفاده گردید. در نهایت 6 معادله دیفرانسیل پارشیال به دست آمد که با حل آنها 6 متغیر: رطوبت و دمای جامد، رطوبت و دمای هوا، میزان ماند جامد و هوا برحسب زمان و طول خشک کن به دست آمد. این مدل براساس آزمایش بر روی ذرت جواب قابل قبول و معتبری به دست می داد.
اگرچه مدل های گوناگونی برای خشک کن های دوار ارائه شده است اما با توجه به پیچیده بودن مکانیزم این فرآیند ارائه مدل های خاص برای مواد و تجهیزات مشخص مفیدتر از مدل های کلی به نظر می رسد. از آنجایی که خشک کردن فرآیندی انرژی بر به شمار می رود و معمولا خشک کن ها با راندمان پایینی از انرژی کار می کنند مدلسازی مناسب و بحث و بررسی بر روی آن ضروری می باشد. در این پایان نامه، هدف مدلسازی دینامیکی خشک کن دوار در فرآیند خشک کردن ضایعات سبزیجات و بررسی اثر پارامترهای عملیاتی مختلف بر روی میزان رطوبت نهایی ماده می باشد.

:
عملیات اختلاط در اکثر فرایندهای شیمیایی از جمله اولین و مهمترین بخش های فرایند است. در طول سالیان گذشته همواره تانک های اختلاط وظیفه ایجاد مخلوط کن های مورد نظر را در فرایندهای پیوسته و ناپیوسته به عهده داشتند. اما در طی 35 سال گذشته فن آوری استفاده از همزن های ساکن در فرایندهای صنایع شیمیایی به تکامل رسیده است. این نوع همزن ها علاوه بر اختلاط، سبب افزایش انتقال جرم و حرارت گشته و در بسیاری از مبدل ها به منظور افزایش راندمان حرارتی نصب می گردند. این تجهیزات به علت هزینه پایین، نگهداری آسان و اشغال فضای کم در واحد طرفداران زیادی به دست آوردند.
همزن های ساکن به سرعت در صنایع شیمیایی، صنایع غذایی، صنایع معدنی، رنگ و رزین، پالایشگاه و پتروشیمی، صنایع دارویی پلاستیک

 و پلیمر کاغذ و صنایع سلولزی و همچنین صنایع آب و تصفیه فاضلاب جای خود را باز کردند. همزن های ساکن برای مخلوط کردن مایعات قابل امتزاج در جریان های آرام، گذرا و آشفته استفاده می شوند. همچنین در جریان های آرام و آشفته باعث همگن شدن مخلوط و نیز به عنوان راکتورهای لوله ای و نیز برای ایجاد پراکندگی یکنواخت در جریان فازهای غیرقابل امتزاج و همچنین برای افزایش انتقال جرم و انتقال حرارت به کار می روند. از جمله کاربردهای دیگر این همزن ها ایجاد اختلاط برای جامدات خالص در جامدات و مایعات و اختلاط گازها در مایعات می باشند.

می توان یک لوله خالی (لوله باز) را به عنوان یک همزن ساکن در نظر گرفت که دو جریان مختلف با عبور در طول لوله آن به اختلاط می رسند. البته اثرات این اختلاط به خصوص در جریان آرام بسیار کم می باشد. حال در نظر بگیرید اگر در طول مسیر حرکت سیالات درون لوله موانعی ایجاد شود که باعث حرکت دو جریان در جهات مختلف باشد به طوری که جریانات متفاوت اجبارا از درون یکدیگر عبور کنند حاصل یک مخلوط خواهد بود که میزان اثرات اختلاط از قبیل همگن بودن مخلوط انتقال جرم و حرارت و… به نوع و طراحی موانع موجود در مسیر بستگی خواهد داشت.
مکانیسم اختلاط در مخلوط کن های استاتیکی
مخلوط کن استاتیکی عبارت است از لوله ای قطور که درون آن موانع ثابت قرار داده شده است. پمپ کردن مواد اولیه به درون چنین سیستمی باعث می شود مواد اولیه در اثر برخورد با موانع ثابت و ایجاد تلاطم در یکدیگر مخلوط شوند به نحوی که در خروجی لوله مخلوط یکنواختی به دست آید. شبیه سازی چگونگی اختلاط مواد اولیه بسیار پیچیده هستند و با توجه به وجود متغیرهای گوناگون مدل کردن آن به راحتی امکان پذیر نمی باشد. آنچه در چنین سیستمی اهمیت دارد خروج مواد از انتهای لوله به صورت یکنواخت است. لذا با توجه به نمونه خاص مواد اولیه ورودی و شرایظ خروجی از ساختار خاصی استفاده می شود.
پارامترهای اساسی که در تعیین ساختار مناسب سیستم تختلاط استاتیکی معمولا مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: طول لوله قطر لوله، چگونگی نصب موانع و اجزای استاتیکی درون لوله، جنس موانع و اجزا، قدرت پمپ و کیفیت مطلوب و یکنواخت در خروجی مخلوط کننده استاتیکی.
با در نظر گرفتن پارامترهای فوق و استفاده از روش حدس و خطا ساختاری که با در نظر گرفتن شرایط اقتصادی و کیفیت محصول مخلوط شده خروجی بهترین حالت است انتخاب می شود.