بخشی از مقاله
چشم‌اندازي بر بيوراديوراكتورهاي غشايي جهت تصفيه آب و پساب، رسوب‌گيري غشايي و راهكاري پيشگيري از آن
چيكده:
بيوراكتورهاي غشايي (MBRs) طي سال‌هاي اخير به عنوان سيستم‌هاي پيشرفته تصفيه پساب كاربرد گسترده‌اي داشته‌اند. البته مشكل رسوب‌گيري در اين سيستم‌ها باعث كاهش توان رقابتي آنها گرديده است. به طور كلي، رسوب‌گيري در غشاهاي آبگريز بيشتر از غشاهاي آبدوست رخ مي‌دهد كه اين امر به دليل تعاملات آبگريز بين مواد محلول، سلول‌هاي ميكروبي و مواد غشايي است. همچنين رسوب‌گيري غشايي مي‌تواند به دليل جذب گونه‌هاي آلي رسوب كردن گونه‌هاي معدني كم‌محلول و چسبيدن سلول‌هاي ميكروبي بر روي سطح غشايي مي‌تواند به دليل جذب گونه‌هاي آلي، رسوب كردن گونه‌هاي معدني كم‌محلول و چسبيدن سلول‌هاي ميكروبي بر روي
سطح غشا باشد. يكي از روش‌هاي اصلاح سطح غشاء، آماده‌سازي با پلاسماي CO2 است. به نظر مي‌رسد كه سايز منفذ و تخلخل غشاء بعد از آماده‌سازي با پلاسما افزايش و در صورتي كه زمان آماده‌سازي طولاني شود، كاهش مي‌يابد. روش ديگر تثبيت نانوذرات TiO2 بر روي اتوي غشاء است. TiO2 نشسته بر روي غشاء تاثير بيشتري بر كاهش رسوب‌گيري در مقايسه با TiO2 محبوس در غشا دارد كه اين امر به دليل ازدياد نانوذرات جاي گرفته بر روي غشاء است. صرف‌نظر از نوع ماده پليمري رسوب‌گيري غشايي با تثبيت نانوذرات TiO2 كاهش مي‌يابد. در نتيجه غشاهايي كه در آنها تثبيت TiO2 صورت گرفته است، انتخابي ساده و موثر براي كاهش رسوب‌گيري در بيوراكتورهاي غشايي هستند.
با استفاده از بيوراكتورهاي غشايي، براي تصفيه پساب مي‌توان بر مشكلات جاري فرآيندهاي لجن فعال كه اكثراً مربوط به جداسازي توده ميكروبي از آب تصفيه شده است، فائق آمد. در اين نوع بيوراكتورها ميكرو يا اولترافيلتراسيون جايگزين فرآيند ته‌نشين‌سازي (معمولاً براي جداسازي توده ميكروبي از آب تصفيه است) شده است. در اين روش به دليل حبس كامل باكتري‌ها و ويروس‌ها
كيفيت آب تصفيه شده افزايش مي‌يابد. همچنين امكان افزايش غلظت توده ميكروبي به ميزان قابل توجهي وجود دارد كه موجب كاهش حجم راكتور و همچنين كاهش نرخ توليد لجن مي‌شود. افزون بر آن، فضاي مورد نياز براي واحد تصفيه پساب به دليل حذف تانك‌هاي ته‌نشيني و كاهش سايز بيوراكتور، به دليل افزايش غلظت توده ميكروبي، كاهش مي‌يابد.
مزاياي بيوراكتورهاي غشايي
امروزه از بيوراكتورهاي غشايي براي تصفيه انواع مختلف پساب نظير پساب شهري، پساب با
بار آلي بالا و پساب‌هاي سنگين صنعتي استفاده مي‌شود. از مزاياي بيوراكتورهاي غشايي در مقايسه با روش‌هاي مرسوم لجن فعال به موارد زير مي‌توان اشاره نمود:
حذف كامل جامدات؛
ضدعفوني كردن پساب تصفيه شده؛
جداسازي زمان ماند هيدروليكي (HRT) و زمان ماند لجن (SRT)؛
قابليت بارگيري بيشتر و زمان ماند لجن طولاني‌تر؛
توليد لجن به مقدار كمتر و يا حتي صفر؛
فعال شدن سريع؛
ساير كوچكتر؛
مصرف انرژي كمتر.
مشكل بيوراكتورهاي غشايي
عمده مشكل سيستم‌هاي غشايي در تصفيه پساب رسوب‌گيري غشاء است كه منجر به كاهش فلاكس نفوذي مي‌شود. در نتيجه بايد غشاء مرتباً تعويض و يا تميز گردد كه اين امر افزايش هزينه را دربر دارد. رسوب‌گيري غشايي در نتيجه تعامل بين غشاء و عصاره لجن فعال است.
نتيجه‌گيري
به طور كلي عوامل هيدروديناميكي (تنش‌هاي برشي، فشار و ...) يا بيولوژيكي (دما، Ph، غلظت مواد مغذي و ...) و شرايطي كه باعث تغيير رفتار بيولوژيكي سوسپانسيون و به تبع آن تركيبات محلول (پلي‌ساكاريد، فسفوليپيد، پروتئين و ...) شوند، مي‌توانند نقش مهمي در رسوب‌گيري غشاء ايفا كنند. از آنجايي كه رسوب‌گيري غشايي در غشاهاي آبگريز خيلي جدي‌تر از غشاهاي آبدوست است، توجه زيادي براي كاهش رسوب‌گيري غشايي با تبديل مواد آبگريز به مواد نسبتاً آبدوست معطوف شده است. يكي از روش‌هايي كه براي بهبود سطح بكار مي‌رود، آماده‌سازي با پلاسماي CO2 است. با اين روش سايز منافذ و ميزان تخلخل غشاء افزايش مي‌يابد.
تبلور
مقدمه
تبلور، تشكيل ذرات جامد در فاز همگن است. تبلور به صورت ذرات جامد در فاز بخار، مثل برف يا انجماد مذاب يا مايع، مثل تك بلورهاي درشت يا تبلور در محلول مايع ظاهر مي‌شود.
تبلور محلول در صنعت چون مواد مختلفي به صورت بلور در بازار عرضه مي‌شود، از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. كاربرد گسترده آن اصولي دوگانه دارد: بلوري كه در محلولي ناخالص تشكيل مي‌شود، خود خالص است (مگر اينكه بلورها به صورت مخلوط ظاهر شوند) و تبلور روشي عملي براي بدست آوردن مواد شيميايي خالص در شرايط مطلوب براي بسته‌بندي و نگهداري است.
ماگما در تبلور صنعتي محلول، مخلوط دوفازي محلول مادر و بلورهاي با اندازه‌هاي مختلف كه متبلور كننده را اشغال مي‌كند و به صورت محصول از آن خارج مي‌شوند را ماگما گويند.
هندسه بلور
بلور، سازمان يافته‌ترين نوع ماده بي‌جان است. خصوصيت بلور، اين است كه ذرات تشكيل دهنده آن، اتم، مولكول يا يون است و در آرايش‌هاي منظم سه‌بعدي به نام شبكه‌هاي فضايي كنار هم چيده شده‌اند. در نتيجه اين طرز قرار گرفتن ذرات كنار يكديگر، اگر بلور بدون هيچ مانعي ناشي از بلورهاي ديگر يا اجسام بيروني تشكيل شود، آنها به صورت چندوجهي‌هايي با گوشه‌هاي تيز و پهلو يا وجوه تخت ظاهر مي‌شوند.
دستگاه تبلور
ظروف تبلور تجارتي ممكن است به صورت پيوسته يا ناپيوسته كار كنند. به جز در كاربردهاي خاص، عمليات پيوسته ترجيح داده مي‌شود. اولين شرط در هر ظرف تبلور ايجاد محلول فوق اشباع است،
چون تبلور بدون فوق اشباع صورت نمي‌گيرد. سه روش در توليد فوق اشباع بكار مي‌رود كه در درجه اول بستگي به نوع منحني حلاليت ماده حل شده دارد. مواد حل شده‌اي چون نيترات پتاسيم و سولفيت سديم در دماهاي خيلي زياد انحلال‌پذيرند تا در دماهاي كم، لذا فوق اشباع را مي‌توان صرف با سردسازي بوجود آورد. اگر انحلال‌پذيري تقريباً مستقل از دما باشد، مثل نمك طعام يا با افزايش دما كاهش يابد، فوق اشباع با تبخير حاصل مي‌شود. در موارد بينابين، تلفيقي از تبخير و سرمايش موثر است. مثلاً نيترات سديم را مي‌توان با سرمايش بدون تبخير، تبخير بدون سرمايش يا تلفيقي از سرمايش و تبخير به صورت رضايت‌بخشي متبلور ساخت.
تنوع ظرف تبلور
ظروف تبلور تجارتي از چند جنبه ديگر نيز ممكن است متفاوت باشند. تفاوت عمده آنها در اين است كه بلورها چگونه با مايع فوق اشباع تماس داده مي‌شوند. در روش اول كه روش مايع در حال گردش نام دارد، جرياني از محلول فوق اشباع از بستر سيال شده بلورهاي در حال رشد عبور مي‌كند كه فوق اشباع با هسته‌زايي و رشد آزاد مي‌شود. آن وقت مايع اشباع شده را از طريق ناحيه سرد كننده يا تبخير پمپ مي‌كنند كه در آن فوق اشباع توليد مي‌شود و بالاخره محلول فوق اشباع از طريق ناحيه متبلور كننده بازگردانده مي‌شود.
اين ظرف تبلور در حالت ايده‌آل، محصولي دسته‌بندي شده با اندازه‌هعي يكنواخت توليد مي‌كند. ظروف تبلور ديگري براي نگهداري سوسپانسيوني كه در ناحيه تبلور به خوبي مخلوط مي‌شود، طراحي شده است كه بلورهاي به اندازه‌هاي مختلف از هسته‌ها تا بلورها بلورهاي درشت، به صورت يكنواخت در سراسر ماگما توزيع مي‌شوند. در حالت ايده‌آل، توزيع اندازه‌هاي يك واحد سوسپانسيون مخلوط در محصول، با توزيع در خود ماگماهاي متبلور كننده يكي است.
ظروف تبخير در خلأ
اكثر ظروف تبلور جديد در رده واحدهاي خلأ جاي مي‌گيرند كه در آنها از سرمايش تبخيري آدياباتيك براي ايجاد فوق اشباع استفاده مي‌شود. شكل اوليه و ساده اين ظروف تبلور به صورت ظرف در بسته‌اي است كه خلأ با مبردي به كمك پمپ خلأ با افشانه بخار آب يا تقويت كننده‌اي كه بين ظرف تبلور و مبرد واقع شده، ايجاد مي‌شود. حجم ماگما با كنترل سطح مايع و جامد متبلور شده در سطح، ثابت نگه داشته مي‌شود و در فضاي بالا ماگما براي آزاد كردن بخار و حذف ماندگي
استفاده مي‌شود.
شكل ظرف تبلور خلأ پيوسته با واحدهاي كمكي رايج براي تغذيه اين واحد و فرآوري ماگماي حاصل را نشان مي‌دهد. كار اساسي بدنه خيلي شبيه به كار تبخير كننده تك ايستگاهي است و در عمل از اين واحدها به صورت چندايستگاهي بهره‌برداري مي‌شود.
ظروف تبلور پيوسته
ظرف تبلور با لوله مكنده و صفحه تنظيم كننده جريان
ظرف تبلور با لوله‌هاي مكنده و صفحه تنظيم كننده (DTB) دستگاهي با تنوع و كارايي بيشتر است.
ظرف تبلور با لوله مكنده، صفحه تنظيم كننده جريان
ظرف تبلور با لوله مكنده
صفحه تنظيم كننده را مي‌توان به شاخه شوينده‌اي در زير بدنه نيز مجهز كرد تا بلورها را بر حسب اندازه‌اي كه دارند، رده‌بندي كند. همچنين مي‌توان آنها را به يك ناحيه ته‌نشيني با صفحات منحرف كننده تجهيز كرد تا دانه‌هاي ريز را جدا كند.
ظرف تبلور با لوله مكنده، صفحه تنظيم كننده، همراه با سيستم داخلي براي جداسازي و تخليه بلورهاي ريز
كاربرد اصول در طراحي
وقتي ميزان محصول نظري در ظرف تبلور از موازنه جرم و انرژي محاسبه شد، در ادامه بايد CSD محصول را از سرعت هسته‌زايي و رشد تخمين زد. مدل ظرف تبلور ايده‌آلي كه مدل جداسازي سوسپانسيون مخلوط ـ محصول مخلوط (MSMPR) نام دارد: براي شناسايي پارامترهاي جنبشي و كاربرد اين شناخت در محاسبه عملكرد چنين ظرف تبلوري مبناي خوبي بوده است.
ظرف تبلور
ظرف تبلور پيوسته‌اي را درنظر بگيريد كه مطابق با شرايط محدود كننده زير وارد مي‌كند.
1. عمليات در حال پايا باشد.
2. ظرف تبلور همواره داراي يك ماگماي سوسپانسيون مخلوط باشد و رده‌بندي محصول در آن صورت نگيرد.
3. فوق اشباع يكنواخت همواره در سرتاسر ماگما وجود داشته باشد
4. قانون ∆L رشد بلور برقرار باشد.
5. از هيچ سيستمي براي خروج اندازه‌هاي رده‌بندي شده استفاده نشود.
6. در خوراك هيچ بلوري وجود نداشته باشد.
7. ماگماي محصول از ظرف تبلور در حالت تعادل خارج شود، لذا محلول مادر در محصول ماگما، اشباع شده باشد.
8. هيچگونه شكستن بلور و تبديل آن به ذرات با اندازه محدود اتفاق نيفتد.
هسته‌زايي تماسي در ظروف تبلور
هسته‌زايي تماسي بر اساس آزمايش‌هاي كلانتز (Clontez) و مك‌كيب روي يك ذره استوار است كه تعداد بلورهاي توليدي با تماس در فوق اشباع، انرژي و سطح تماس مشخصي را تعيين كرده‌اند. از اين نتايج براي تعيين مدل هسته‌زايي مناسبي در طراحي ماگماي ظروف تبلور استفاده مي‌شود. تصحيحي كه بنت فيدلمن و راندولف انجام داده‌اند، بر اساس ايده‌هاي زير است:
1. تعداد كل هسته‌هاي توليدي با مجموع هسته‌زايي از كل بلورها در هم اندازه‌ها در هر زماني كه از محرك (پره) عبور مي‌كنند، متناسب است.
2. پتانسيل محرك ايجاد فوق اشباع با سرعت رشد G متناسب است.
3. انرژي انتقالي به بلوري به اندازه L و جرم cL3 به اندازه‌اي كه براي شتاب دادن ذره از سرعت‌هاي ماگماي در حال حركت تا سرعت نوك محرك (پره) نياز است.
4. مساحت تماس متناسب با L2 است.
اين فرض‌ها به معادله زير منتهي مي‌شود:
كه:
Bo: سرعت هسته‌زايي بر واحد حجم مايع؛
KN: ثابت بدون بعد؛
uT: سرعت نوك پره؛
tTo: زمان برگشت.
در استفاده از اين معادله در عمل به داده‌هاي تجربي يك واحد صنعتي يا عمليات واقعي تبلور با طراحي مشابه نياز است. در تبلور KCL مثلا راندولف، وايت و لو، معادله Bo∞G2/wmc0.91 را پيدا كرده كرده‌اند كه mc غلظت جامد در ظرف تبلور بر حسب جرم بلور بر واحد حجم است.
تبلور مواد شيميايي آلي
اصول تبلور در مخلوط به روش مشابه براي مواد آلي نيز بكار مي‌رود. والانس تعداد مواد آلي را مرتب كرد كه تركيب‌هاي آلي اغلب با تبلور مذاب، خالص مي‌شوند.
تبلور مواد مذاب
آخرين مرحله توليد يك تركيب آلي، جامد كردن محصول مذاب خالص آن است. اين كار با انجماد در استوانه پولك‌ساز يا نوار نقاله سرد در حال ارتعاش و يا در ظرف همزن‌دار دو جداره‌اي صورت مي‌گيرد. گاهي اوقات مايع حدود 20 يا حتي 50 درجه سانتيگراد بدون اينكه منجمد شود، سرد مي‌شود و براي ايجاد تبلور، به هم زدن مكانيكي يا دانه‌اي مايعات نياز است.
مخلوط‌هاي آلي دو جزء و سه جزيي، خصوصاً ايزومرهاي آروماتيك، با سرمايش ساده خالص مي‌شوند و بجز در حالتي كه محلول جامد تشكيل مي‌شود، بلورهاي فقط يك ايزومري خيلي كم تشكيل مي‌شوند. مثلاً مخلوط ايزومري‌هاي زايلن در مقياس تجارتي در دماهاي حدود 60- درجه سانتيگراد در سيستم تبلور دو مرحله‌اي انجام مي‌شود. بلورهاي –pزايلن در هر مرحله در يك سانتريفوژ صاف كننده جدا مي‌شود. اولين محصول كه چندان هم خالص نيست، مجدداً ذوب و تبلور مجدد مي‌شود و محصول دوم با تولوئن يا حلال ديگر شسته مي‌شود تا محلول‌هاي مادر چسبيده را جدا كند.
معرفي نرم‌افزار Protpipe
Protpipe محصول جديدي است كه شبكه‌هاي لوله‌كشي مايع و بخار را با روش‌هاي محاسباتي اثبات شده FNA حل مي‌كند.
خلاصه‌اي از اطلاعات لازم در زير آمده است.
اطلاعات عمومي خواص مايع خواص بخار اطلاعات گروه اطلاعات اوليه
1. نوع جريان (مايع يا بخار)؛
2. معادله ضريب اصطكاك 1. دانسيته؛
2. ويسكوزيته 1. دما؛
2. وزن مولكولي؛
3. دماي بحراني؛
4. فشار بحراني؛
5. ويسكوزيته؛ 1. فشار؛
2. موقعيت؛
3. نرخ جريان. 1. طول؛
2. قطر؛
3. فاكتور زبري؛
4. ثابت اتصالات؛
5. ثابت پمپ؛
6. ابعاد اريفيس؛
7. مشخصات Check valve
8. فشار Control valve
تصاوير مدنظر كاربران؛
شبكه‌هاي Protpipe شامل اطلاعات كامل متني، عددي و گرافيكي مي‌شود.
اين نرم‌افزار نياز براي جداكردن تصاوير يا يادداشت‌ها براي فايل اطلاعات شبكه را از بين مي‌برد.
شما مي‌توانيد شرح‌هاي كوتاه متني يا حتي پاراگراف‌هاي كاملي در هر جاي شكل شبكه وارد كنيد.
طرح‌هاي با كيفيت بالا مي‌تواند به راحتي در ديگر مدارك نشان داده، چاپ شده و يا فرستاده شود.
براي افزايش راحتي، Protpipe به شما توانايي دادن پارامترهاي گره‌ها و لوله‌ها را (مانند فشارها و يا نرخ جريان) مستقيماً بر روي شكل شبكه را مي‌دهد.
Protpipe خطاهاي ورودي را چك كرده و مي‌تواند به صورت اتوماتيك برآورد فشارها و يا جريان‌هاي اوليه را توليد نمايد.
Protpipe شامل 12 واحد مهندسي، طرح‌هاي ساخته شده لوله و ثابت‌هاي 35 اتصال و شير معمولي مي‌شود.
اطلاعات خواص فيزيكي مايع و بخار براي بيش از 65 ماده شيميايي صنعتي را شامل مي‌شود، اگر بخواهيد مي‌توانيد اطلاعات بيشتر مواد شيميايي نيز وارد نماييد.
Protpipe شامل يك سيستم كمك در حين كار براي تمام خواست‌هاي كاربر مي‌شود.
سيماي محاسبات:
افت فشار اصطكاكي مايع از معادله دارسي ـ ويزباخ محاسبه شده است.
ضرايب اصطكاك از معادله چرچيل مشخص شده‌اند. اين معادله به تنهايي و با دقت رژيم‌هاي آرام، گذرا و توربولنت را پوشش مي‌دهند و براي تمام سيال‌ها بجز مواد پلاستيكي و ته‌مانده‌ها بكار مي‌شود. شما مي‌توانيد همچنين از معادله هيزن ـ وليليام استفاده كنيد.
شما مي‌توانيد از روش اخير توسعه يافته هوپر براي محاسبه تاثير اصطكاك، شيرها و بزرگ شدن ناگهاني قطر لوله‌ها و كاهش آن استفاده نماييد. اين روش تاثيرات عدد رينولد و قطر اتصالات را كه در اعداد رينولد كوچك و اتصالات بزرگ مهم هستند را درنظر مي‌گيرند. اگر بخواهيد استفاده از Single-K يا روش‌هاي طول معادله نيز آسان هستند.
شما به راحتي مي‌توانيد افت فشارها را بسته به ضخامت كم يا زياد اريفيس محاسبه نماييد.
Protpipe مي‌تواند ثابت پمپ‌ها را از روي منحني‌هاي ارتفاع محاسبه نمايد. ثابت پمپ‌ها مي‌تواند همچنين در مدل كردن انواع ديگر تجهيزات از جمله مبدل‌هاي حرارتي مورد استفاده قرار گيرد.
تغييرات دما و خواص فيزيكي سيال در طول يك شبكه مجاز مي‌باشد.
ضرايب تراكم‌پذيري بخار مي‌تواند از معادله حالت ردليش ـ ونگ مشخص شود.
دو روش همگرا براي سرعت و انعطاف‌پذيري بيشتر پيشنهاد داده شده است. روش مشابه نيوتن ـ رافسون به خصوص مي‌تواند شبكه‌ها را در مدت زمان‌هاي به مراتب كمتر از روش هاردي ـ كراس حل نمايد. الگوريتم‌هاي اختصاصي اضافي توسعه يافته كه توسط كليلكس فراهم شده است، راندمان، كارايي و ثبات را افزايش مي‌دهد.
مراحل حل يك شبكه با استفاده از Protpipe:
اگرچه وسايل و پنجره‌هاي منوي اختصاصي Protpipe در هر جا آمده است، اما در زير خلاصه كوتاهي از مراحل حل يك مساله شبكه‌اي آمده است:
1. مشخص كردن نوع جريان و معادله ضريب اصطكاك با استفاده از پنجره اطلاعات شبكه؛
2. انتخاب واحدهاي دلخواه از پنجره آحاد؛
3. رسم لوله‌ها در شبكه با استفاده از ابزار Pipe؛
4. اضافه كردن هر مورد اضافي از قبيل جريان‌هاي گره‌ها يا تجهيزات لوله‌كشي در شكل شبكه؛
5. وارد كردن مشخصات گره، لوله يا تجهيزات با استفاده از ابزار Edit؛
6. حل شبكه با استفاده از پنجره محاسبات؛
7. نمايش نتايج با استفاده از ابزار Tool، منوي Show يا پنجره Chart؛
نكات:
در شكل شبكه، شماره لوله‌ها در مستطيل آمده، در حالي كه گره‌ها با دايره‌هايي مشخص مي‌شوند، براي انتخاب يك گره شما روي هر گره كليك مي‌كنيد. براي انتخاب يا اضافه كردن موردي به يك لوله شما هر جاي دلخواه روي لوله كليك مي‌كنيد.
گره‌ها و لوله‌ها به صورت خودكار در ترسيم شبكه، شماره‌گذاري مي‌شوند. اگر بخواهيد با استفاده از ابزار Tool مي‌توانيد شماره‌ها را تغيير دهيد. گره‌هايي كه فشار مشخص دارند، در شكل شبكه با خطي كه در زير آنها كشيده شده، مشخص هستند.
شما هميشه بايد حداقل فشار يك گره را در شكل يك شبكه مشخص نماييد. براي بعضي از مسايل شبكه‌هاي مايع، شما تنها بايد افت فشار را براي يك گره مشخص نماييد و Protpipe افت فشار و ميزان جريان را به طور صحيح محاسبه خواهد نمود. اگرچه فشار گره‌ها در فشار مشخص محاسبه مي‌شود.
فشار گره‌ها نمي‌توانند در هر دو انتهاي لوله محاسبه شوند، اين معادل مشخص كردن ميزان جريان كه Protpipe براي محاسبه آن طراحي شده است، مي‌باشد.
شيرهاي كنترل فشار به دليل ذكر شده نمي‌توانند براي لوله‌هايي كه فشار آنها در يك سر مشخص است، استفاده شوند.
براي جلوگيري از همگرايي، برآورد فشار بين گره‌هاي اتصالي نبايد هم‌اندازه باشند.
فشار يا ميزان جريان براي هر گره كه نقطه پايان يك لوله تنها مي‌باشد، بايد مشخص باشد. به عنوان مثال فشار و ميزان جريان يك گره كه يك لوله را به مخزني متصل مي‌كند، بايد مشخص شوند.
اگر شما هزينه Check for error را در پنجره Calculate انتخاب نماييد، Protpipe مطمئن خواهد كرد كه موارد بالا به درستي مشخص شده‌اند.
جهت جريان لوله براي لوله‌هاي با پمپ، شيرهاي يك طرفه و افزاينده بايد به درستي مشخص شوند.
توليد اتيلن و پروپيلن از گاز طبيعي به روش سنتز فيشر تروپش توسط كاتاليست‌هاي Co/CeO2, Co/MnO
چكيده:
در تحقيق حاضر، كاتاليست‌هاي كبالت، منگنز و كبالت سديم به عنوان كاتاليست‌هاي موثر در تبديل گاز سنتز به اتيلن و پروپيلن، تهيه و مورد آزمايش قرار گرفته‌اند. در تهيه اين كاتاليست‌ها، از روش رسوب‌دهي همزمان استفاده شد و نمونه‌هايي با زمان‌هاي عمردهي مختلف تهيه شدند. براي انجام آزمايشات يك واحد آزمايشگاهي شامل يك راكتور از جنس فولاد ضدزنگ جهت تست كاتاليست در آزمايشگاه ساخته شد.
كاتاليست‌هاي ساخته شده در شرايط مختلفي مورد آزمايش قرار گرفت و محصولات توسط دستگاه گاز كروماتوگراف تجزيه و شناسايي شدند. آزمايشات نشان دادند كاتاليست Co/CeO2 با زمان عمردهي 165 دقيقه، حداكثر گزينش‌پذيري 44% نسبت به اتيلن و 6/1% نسبت به پروپيلن و كاتاليست Co/MnO حداكثر گزينش‌پذيري 3/8% نسبت به اتيلن و 7/5% نسبت به پروپيلن دارا مي‌باشند.
مقدمه
گاز طبيعي يكي از منابع بسيار عظيم است كه در تمام جهان و به ويژه در ايران وجود دارد و از نظر پتانسيلي، يك ماده خام بسيار مهم براي صنايع شيميايي و صنايع وابسته به آن مي‌باشد. تبديل گاز طبيعي به گاز سنتز و سپس تبديل گاز سنتز به هيدروكربن‌هاي باارزش (سنتز فيشر تروپش)، يك تكنولوژي شناخته شده است. كاربرد اين تكنولوژي در توليد الفين‌هاي سبك مثل اتيلن از گاز طبيعي از نظر موقعيت محلي و از نظر اقتصادي و وضعيت سياسي بسيار مهم و قابل توجه است. اولين كارخانه مربوط به توليد سوخت‌هاي هيدروكربني از گاز سنتز در سال 1936، در جنگ جهاني دوم توسط آلمان‌ها ساخته شد كه بعداً دسترسي به نفت ارزان در بازارهاي بين‌المللي از پيشرفت اين صنعت كاست. واكنش‌هاي اصلي كه در اي
ن فرآيند منجر به توليد هيدروكربن‌هاي الفيني و پارافيني مي‌شوند، عبارتند از:
(2n+1)H2 + nCO ↔ CnH2n+2 + nH2O
2nH2 + nCO ↔ CnH2n + nH2O
يكي از كاتاليست‌هاي مهم كه در سنتز فيشر تروپش كاربرد زيادي دارد، كاتاليست كبالت است كه روي پايه‌هاي مختلفي مثل اكسيد منگنز و سريم مورد استفاده قرار مي‌گيرد. كاتاليست مزبور گزينش‌پذيري بالايي نسبت به توليد الفين‌ها دارد، اما نسبت به واكنش‌ها
ي جانبي نيز فعال بوده و اغلب سبب توليد و ترسيب كربن روي سطح كاتاليست مي‌شود.
گزينش‌پذيري اين كاتاليست‌ها با تغيير در شرايط آزمايش تغيير مي‌كند، ولي بطور كلي در دماي بالا و فشار اتمسفري گزينش‌پذيري بيشتري نسبت به الفين‌هاي سبك مثل اتيلن دارد، زيرا در اين شرايط مولكول‌هاي بزرگ‌تر در صورت تبديل شدن به مولكول‌هاي كوچكتر مثل اتيلن شكسته مي‌شوند.
آزمايشات
براي انجام آزمايشات از روش هم‌رسوبي جهت توليد كاتاليست‌ها استفاده شد. كاتاليست‌هاي رسوبي از اختلاط سريع محلول‌هاي غليظ نمك‌هاي فلزي تهيه مي‌شوند و كاتاليستي با ذرات ريز و سطح بالا بدست مي‌آيد. دستگاه مورد استفاده در شكل نشان داده شده است. موا فعال موجود در كاتاليست‌ها (كبالت سريم يا كبالت منگنز) به فرم نيترات وارد يك ظرف در دماي ثابت 700 درجه سانتيگراد شده و توسط كربنات سديم رسوب داده مي‌شوند.
سپس به عمل رسوب‌دهي زمان مي‌دهيم تا فازهاي مختلفي كه هر كدام در يك محدوده زماني خاص ايجاد مي‌شوند، تشكيل شوند. كاتاليست Co/CeO2 را در 2 نمونه با زمان‌هاي عمردهي صفر و 165 دقيقه كاتاليستCo/MnO را در 3 نمونه با زمان‌هاي عمردهي 45.12.300 دقيقه تهيه شد. پس از جداسازي رسوب با قيف بوخنر، رسوب با آب مقطر شسته شد تا يون‌هاي مزاحم مثل سديم حذف شوند. سپس جهت خشك شدن، رسوب را در يك گرمكن در دماي 1000 درجه سانتيگراد، به مدت 3 ساعت قرار داده شد و در نهايت جهت كسينه شدن، نمونه در يك كوره آزمايشگاهي در دماي 5000 درجه سانتيگراد به مدت 4 ساعت حرارت داده شد. نمونه بدست آمده از اين قسمت پس از احيا با هيدروژن آماده تست كردن مي‌باشد.
در تست كاتاليست براي داشتن بهترين بازده بايد شرايط خاصي را اعمال كرد. از جمله اين شرايط، دما، فشار، نسبت گاز سنتز ورودي، زمان اقامت و سرعت فضايي گاز هستند. معمولاً بهترين بهره توليد الفين‌هاي سبك در دماي بالا، فشار پايين، نسبت H2,CO پايين و زمان اقامت كم، يعني
سرعت فضايي بالا حاصل مي‌شود. سرعت فضايي گاز برابر است با شدت جريان گازي كه از روي واحد جرم يا حجم كاتاليست عبور مي‌كند و واحد آن عكس زمان است. سرعت فضايي بالا، باعث مي‌شود كه زمان اقامت كم شده و زنجيره‌هاي هيدروكربني فرصت رشد كردن نداشته باشند. در صورتي كه نسبت H2/CO پايين باشد، هيدروناسيون الفين‌ها به پارافين‌ها كاهش مي‌يابد و توليد الفين‌ها زياد مي‌شود.
در هر آزمايش، ابتدا 1 گرم كاتاليست وزن شده و در داخل ميكروراكتور قرار مي‌گيرد. قبل از هر آزمايش، جهت خروج هوا از درون لوله‌ها، گاز آرگون را براي مدت چند دقيقه وارد لوله‌ها مي‌كنيم و سپس عمل احياي كاتاليست‌ها با هيدروژن در دماي 300 درجه سانتيگراد به مدت 3 ساعت انجام مي‌شود. پس از اين مرحله دماي واكنش و شدت جريان گازهاي خوراك تنظيم و واكنش شروع مي‌شود. راكتور ساخته شده از نوع بستر ثابت كاتاليستي از جنس فولاد ضدزنگ 316 با قطر داخلي 1 سانتيمتر و طول 30 سانتيمتر مي‌باشد. يك لوله فولادي با طول 30 سانتيمتر در بالاي آن نصب شده و جهت پيش گرم كردن خوراك استفاده مي‌شود. بستر كاتاليست درست در وسط راكتور درنظر گرفته شده و در پايين آن جهت نگهداشتن بستر از يك صفحه فولادي مشبك و يك لايه پشم شيشه استفاده شده است. پس از مدتي كه سيستم به حالت پايدار رسيد، به كمك شير نمونه‌برداري محصولات توليدي جهت تجزيه و شناسايي وارد دستگاه كروماتوگراف گازي مي‌شود ك
ه شامل شناساگرهاي يونيزاسيون شعله‌اي و هدايت گرمايي بوده و ستون مورد استفاده در آن از نوع propak N بود. از روي طيف‌هاي بدست آمده از دستگاه گاز كروماتوگراف گازي و ضرايب تصحيح، درصد تبديل و گزينش‌پذيري (درصدي از خوراك كه به محصول موردنظر تبديل مي‌شود)، محاسبه مي‌شود.
در نمونه با زمان عمردهي 16 دقيقه نيز واكنش‌هاي حانبي سبب ترسيب كربن روي بستر كاتاليست گرديد و به همين دليل تعداد آزمايشات انجام شده بر روي اين كاتاليست محدود شد. با افزايش دما با كاتاليست مزبور توليد اتيلن به مقدار زيادي افزايش يافت. با استفاده از نمونه دوم
در دماي 450 درجه سانتيگراد گزينش‌پذيري نسبت به اتيلن به 44% رسيد.
در همين دما با افزايش سرعت فضايي تا (hr-1) 7200، گزينش‌پذيري پروپيلن نيز بالا مي‌رود. مشاهده مي‌شود كه با افزايش اين نسبت، به دليل افزايش ميزان هيدروژناسيون، گزينش‌پذيري الفين‌ها كم شده و اغلب محصولات سنگين‌تر مثل بوتان توليد مي‌شود. اين كاتاليست‌ها در مراجع محدودي مورد بررسي قرار گرفته و حداكثر گزينش‌پذيري اولفين‌هاي C2, C6 برابر با 27% گزارش شده است. براي كاتاليستCo/MnO با زمان عمردهي 45 دقيقه در فشار اتمسفري و دماي 450 درجه سانتيگراد شرايط بهينه واكنش حاصل شد كه در اين شرايط گزينش‌پذيري اتيلن به بيشتر از 8درصد و پروپيلن به حدود 6درصد رسيد كه از تكرارپذيري خوبي هم برخوردار بود.
به عنوان يك نتيجه‌گيري كلي، از آنجايي كه هدف از اين تحقيق، صنعتي كردن اين فرآيند مي‌باشد. جهت توليد الفين‌ها از گاز سنتز شرايط زير پيشنهاد مي‌شود:
1. فشار فرآيند بايستي تا حد امكان پايين و دماي فرآيند تا حد امكان بالا باشد تا محصولات سنگين توليد شده به هيدروكربن‌هاي كوچكتر مثل اتيلن شكسته شوند.
2. سرعت فضايي گاز بالا باشد تا زمان اقامت كم شده و زنجيرهاي هيدروكربني فرصت رد كردن نداشته باشند.
3. نسبت H2/CO پايين باشد تا هيدروژناسيون الفين‌ها به پارافين‌ها كاهش يابد.
4. از واكنشگاهي استفاده شود كه طول بستر كاتاليستي كم و قطر زياد داشته باشد تا زمان اقامت كاهش يابد.
استفاده از فن‌آوري 3R در كنترل انتشار NOX از صنايع شيشه
چكيده
امروزه كنترل انتشار اكسيدهاي نيتروژن يكي از نكات پراهميت و مورد توجه قانونگذاران محيط زيستي در سراسر جهان گرديده است. در صنعت شيشه نيز هم براي قانونگذاران و هم براي توليدكنندگان راه‌حلي كاملاً اقتصادي وجود دارد كه قادر است بيشترين ميزان كاهش آلودگي را با صرف كمترين هزينه‌هاي ممكن در اختيار بگيرد.
اثرات گازهاي NOX
حتي در غلظت‌هاي نسبتاً پايين، NOX مي‌تواند چشمان ما را تحريك كرده، به سوزش و خارش وادارد و به سيستم تنفسي هم آسيب برساند. NOX يكي از اجزاء باران اسيدي است كه عامل آسيب‌رساني به خاك‌ها، درياچه‌ها، جنگل‌ها و ساختمان‌ها، پايين‌آورنده و كاهنده ميزان ازن جو زمين و تحريك كننده سيستم تنفسي هر موجود زنده و بالاخره منهدم كننده غلات و عامل اصلي مه‌هاي نور شيميايي مي‌باشد.
