X
تبلیغات
علمی اطلاعات عمومی
مطالب علمی

 

 



 

انرژی باد به دوران تازه خود رسیده است. ولی برای بهره‌برداری بیشتر، شبکه‌های برق‌رسانی باید بهبود یابد.

در کرانه های ساحل اسپانیا در شهر کاستلین ردیف‌های زیبایی از آسیاب‌های بادی سفید رنگ خودنمایی می‌کنند. اگر قهرمان داستان سروانتز- دون کیشوت- آنها را برای اولین بار می‌دید حتما به آنها حمله‌ور می‌شد. اما این آسیاب‌های بادی سفید رنگ دیگر آرد تولید نمی‌کنند بلکه با نصب توربین‌های الکتریکی قوی، انرژی تولید می‌کنند و تحولی عظیم در صنعت تولید برق به وجود می‌آورند.

آیا باید این را مدیون آسیاب‌های بادی دانست؟ شکی وجود ندارد که باید مدیون دولت اسپانیا بود که این توربین‌های الکتریکی سفید و بلند را برای اعتبار خود در مجامع طرفدار محیط زیست به وجود آورده است. اما باید متذکر شد نیروی باد یک نیروی تخیلی و غیرواقعی نیست. نیروی باد ظرفیت تولید برق در جهان را 30درصد در سال افزایش می‌دهد و امسال نیز به 100گیگاوات خواهد رسید. معاون بخش تازه‌‌های تکنولوژی شرکت جنرال الکتریک، آقای ویکتور رابیت به این نوع تولید انرژی معتقد است. وی می‌گوید: تا سال 2012 نیمی از ظرفیت تولید برق از نیروی باد تامین خواهد شد از این رو این شرکت برنامه تجاری خود را بر روی آن متمرکز نموده است.

هم اکنون انرژی باد 1% سهم تولید الکتریسته در آمریکا را داراست.  اما تا سال 2020 این رقم تا 15% افزایش خواهد یافت. بخشی از ایالات متحده که دارای بازار آزاد در زمینه الکتریسته است در استفاده از توربین‌های بادی اشتیاق بیشتری از خود نشان می‌دهد. آقای بون پیکنز که یکی از سرمایه‌گذاران مشهور آمریکایی است در ماه می اعلام نمود که برای ساخت بزرگترین میدان تولید انژری بادی در جهان با شرکت جنرال الکتریک قراردادی به مبلغ 2میلیارد دلار به امضا رسانده است.

آسیب های بادی که پیش از این به عنوان اسباب‌بازی کودکان محسوب می‌شد امروزه تبدیل به یک واقعیت تجاری مهم شده است (شرکت جنرال الکتریک 6 میلیارد دلار فروش را در این زمینه برای خود پیش‌بینی نموده است). بطور مثال آقای ستربروان رئیس موسسه تحقیقاتیEarth policy  اشاره به مزرعه‌داری در آیوا می‌کند که بیش از 10 هکتار زمین های خود را به توربین‌های بادی اختصاص داده و سالیانه 10.000 دلار درآمد از آن بدست ‌آورده و البته در کنار آن نیز به کشت ذرت ادامه می دهد که درآمد حاصل معادل 300 دلار در سال سوخت بیوشیمی اتانول است.

دیگر مزیت میدان‌های انژری بادی (مزارع) این است که برخلاف نیروگاه ها دیگر، در مدت زمان کوتاهی ساخته می‌شوند درحالی که معادن زغال سنگ و نیروگاه‌های هسته‌ای بسیار هزینه‌بر می‌باشند اما میدان‌های انرژی بادی همیشه نصف مساحت در نظر گرفته شده فضا اشغال می‌کنند و با نصب اولین توربین بازدهی آن آغاز می‌شود.

یکی از نتایج این بازار در حال رشد پیشرفت‌های فنی و حرفه‌ای است که مولدهای تولید برق بادی را به کمترین قیمت خود می‌رساند. اولین توربین‌ مولد برق بادی بر روی کشتی‌ها نصب شد و سپس مهندسین با استفاده از مواد پلاستیکی جدید و پیچیده توانستند پرهای توربین بلندتر (در توربین‌های مولد برق بادی هرچه پرها بلندتر باشد کارایی توربین‌ بیشتر است) و هوشمندانه‌تر بسازند، (پرهایی که در برابر بادهای قوی بسیار انعطاف‌پذیر هستند و در مقابل کمترین شدت وزش باد نیز پرها گردش پیدا می‌کند).

تئوری حداکثر استفاده بهینه از توربین‌ها در اوایل قرن 20 توسط آلبرت بتز ارائه شد. این تئوری حداکثر استفاده بهینه از توربین‌ها را3/59 درصد نشان می‌دهد. توربین‌های مدرن بطور شگفت‌انگیزی به این رقم نزدیک شده‌اند و نسبت به نوع‌های قدیمی‌تر خود قابل اطمینان‌تر می‌باشند.

به گفته آقای بتز از سال2002 که شرکت جنرال الکتریک وارد این نوع بازار کار شد مقدار اتلاف زمان توربین‌های بادی 15%  بود. هم‌اکنون این رقم به 3% رسیده است و در نتیجه قیمت هر کیلووات برق به ساعتی 8 سنت کاهش یافت و این کاهش همچنان ادامه دارد.

این موضوع مولدهای برقی بادی را وارد بازار رقابتی با مولدهای گازی خواهد کرد. هنوز ارزان‌ترین نوع تولید الکتریسته زغال سنگ است که 5 سنت برای هر کیلووات می‌باشد.

این موضوع قیمت برق تولید شده توسط نیروی باد را با برق تولید شده حاصل از سوخت گاز را رقابتی خواهد کرد. برق تولید شده از زغال‌سنگ هنوز ارزان‌تر است. چیزی تقریبا در حدود هرکیلووات 5سنت. اما با توجه به تحقیقات موسسه فنی ماساچوست (MIT) در صورتی که بخواهیم برای جلوگیری از آلودگی محیط‌زیست دی‌اکسیدکربن منتشر شده از سوخت زغال‌سنگ را گرفته و آن را زیرزمین ذخیره کنیم قیمت برق تولیدی آن به کیلوواتی 8سنت خواهد رسید.

حتی اگر این نوع ذخیره‌سازی کربن محقق نشود، مالیاتی که از تولید گاز دی‌اکسیدکربن (هرتن 30دلار) قیمت برق را به همان کیلوواتی 8 سنت خواهد رساند.

شرکت‌های انرژی نیز در هنگام خرید این توربین‌ها هوشمندانه‌ عمل می‌کنند. آنها تیم‌هایی از متخصصین هواشناسی را استخدام کرده تا بهترین مناطق جغرافیایی برای نصب این توربین‌ها را بیابند. موضوع تنها این نیست که آیا باد می‌وزد یا نه؟ بلکه دانستن این موضوع که با چه قدرتی می‌وزد از اهمیت بیشتری برخوردار است. وزش بادی با سرعت یک تا دو کیلومتر در ساعت کمک می کند تا خروجی قابل قبولی از توربین‌های مولد برق حاصل شود. بنابراین هواشناسان، هوای یک تا دو روز آینده را پیش‌بینی می‌کنند تا شرکت بتواند قدرت فشار برق را مدیریت کند.

یکی از مشکلات موجود توربین های بادی این است که اگر وزیدن باد متوقف شود توربین‌های مولد نیز متوقف خواهند شد و این موضوع بعد از مشکل کاهش هزینه‌ها دومین مشکل مطرح در استفاده از انرژی باد است.

مشکل سوم این است که هر جا که باد می‌وزد لزوما جمعیتی در آنجا زندگی نمی‌کند. این مشکل مهندسین مکانیک که توربین‌ها را طراحی می‌کنند نیست بلکه مشکل مهندسین برق است که باید برق را به جای منتقل کنند که افراد برای زندگی انتخاب کرده‌اند. این بدان معناست که وقت آن رسیده است که شبکه برق‌رسانی وسیع تر‌ و هوشمندانه تری ساخته شود.

مفهوم وسیع تر در اینجا از نظر آقای ونودخسلا وجود شبکه برق‌رسانی منسجم در سراسر یک قاره است. مثالی که او می‌آورد سیستم برق بزرگراه های آمریکا می‌باشد که ایالت های مختلف این کشور را به یکدیگر متصل می‌کنند. در طراحی شبکه‌های برق‌رسانی جدید از برق مستقیم به جای برق غیرمستقیم استفاده خواهند کرد.

برق غیرمستقیم (AC) در حدود یک قرن پیش به کار گرفته شد و تا به امروز استاندارد مورد استفاده در صنعت برق بوده است. اما برق مستقیم (DC) برای انتقال برق به مسافت‌های دور بسیار مناسب تر است. برق DC انرژی کمتری تلف می‌کند و حتی می‌توان کابل‌های برق DC را در اعماق دریاها نصب نمود (وجود آب با حجم زیاد انرژی برق غیرمستقیم را خیلی سریع تلف می‌کند) هم اکنون طرحی در حال اجراست که می‌توان برق حاصله از توربین‌های بادی را از زمین به بوستن انتقال داد.

سیم‌کشی‌های جدید در سیاره زمین

شبکه برق‌رسانی در اروپا، شبکه برق مستقیم (DC) است. این شبکه سواحل اسکاندیناوی، شمال آلمان و هلند را به یکدیگر متصل کرده و هم اکنون گفت‌وگوهایی در جریان است که این شبکه از دریای شمال نیز گذشته و به انگلستان که یکی از مناطق بادخیز اروپا است، متصل کند.

اتصال نقاط دوردست این شبکه نه تنها به تولید انرژی بلکه به شبکه برق‌رسانی اجازه مانورهای بسیاری می‌دهد. دیگر مهم نیست که باد درمنطقه بوزد یا نه زیرا در نقاط دیگر باد در حال وزیدن است. اگر مازاد انرژی برق نیز وجود داشته باشد، می‌توان آن را به نیروگاه‌های برق آبی در نروژ منتقل کرد و از نیروی برق تولیدی در زمان افزایش فشار مصرف برق استفاده کرد.

البته شبکه‌های برق‌رسانی هوشمند براحتی قادرند با افزودن توربین‌های بادی مولد برق از افزایش فشار بار جلوگیری کنند و این موضوع یکی از دلایل بسیار مهم برای استفاده از توربین‌های مولد برق می‌باشد.

یک شبکه هوشمند با کنترل فشار بار عده ای از مصرف‌کنندگان را از شبکه خارج می‌کند. مصرف‌کنندگان با توافق قبلی در قبال دریافت برق با قیمت نازل‌تری در هنگام اوج مصرف از شبکه‌ برق خارج می‌شوند. نرم‌افزار شبکه‌، مدارهای الکتریکی بسیاری را شناسایی می‌کنند و یا حتی می‌توانند انواع وسایل برقی را در خانه، دفترکار و یا کارخانجات را تشخیص دهند. مالکین می‌دانند که در چه زمانی باید خاموش کنند و یا بیشترین مصرف را داشته باشند و طبق تقاضای مشترکین نرم‌افزار شبکه هوشمند عمل می‌کند. بدین ترتیب آب گرمکن‌های الکتریکی و کولرهای برقی می توانند انرژی الکتریکی لازم در هنگام خروج از شبکه برق را ذخیره می‌کنند. یخچال‌ها طوری طراحی خواهند شد که انرژی لازم برای منجمد نگاه داشتن ذخیره کنند تا به هنگام خروج از شبکه برق‌رسانی آسیبی به مواد غذایی وارد نشود.

کاهش هوشمندانه مصرف‌کنندگان برق موجب می‌شود که شبکه انتقال برق نیازی به افزایش دهنده نداشته باشند. افزایش دهنده، یک نیروگاه برق و قدرت کوچک است که به مانند تانکرهای آب در هنگام اوج مصرف از آنها استفاده می‌شود. این نیروگاه های کوچک در هنگام افزایش فشار بار، برق مورد نیاز مصرف کنندگان را درتامین می کنند.

بخشی از شبکه انتقال برق آمریکا در وضع اسفباری بسر می‌برد به حدی که مالکان در این منطقه می‌گویند که تحمل حتی 2% قطع برق ناشی از ورود انرژی بادی را به سیستم خود ندارند. به نظر می‌رسد مشکل اوج مصرف هیچگاه حل نخواهد شد.

برای اثبات توانایی انرژی باد، شرکت جنرال‌الکتریک با فرماندار ایالت هاوایی همکاری‌هایی را آغاز کرده است. ایالت هاوایی دارای شبکه‌های کوچک و مستقل انتقال برق است که با قطع برق بسیار مواجه اند. مهندسین شرکت جنرال‌الکتریک گمان می‌کنند با استفاده از شبکه انتقال برق هوشمند می توانند کیفیت برق‌رسانی را بدون قطع برق تا 30% افزایش دهند. اگر تمامی شبکه‌های برق‌رسانی آمریکا از این پیشرفت بهره‌مند شوند در آینده نزدیک استفاده از نیروی باد تضمین شده خواهد بود.

 

 

 

+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و یکم اردیبهشت 1389ساعت 19:6  توسط صادق  | 

 

 

تقاضاي برق نياز يا تقاضاي برق را به دو طريق مختلف مي‌توان تأمين كرد. روش اول براي شركت‌هاي خدماتي دولتي و يا خصوصي. در اين روش شركت‌هاي خدماتي به منظور توليد و انتقال برق لازم پروژه‌هاي متمركز با مقياس بزرگ اجرا مي‌كنند. تعداد بسياري از اين پروژه‌ها اثرات ناخوش‌آيند زيست محيطي مانند آلودگي هوا و يا آلودگي تشعشعات مضر داشته و يا منطقه وسيعي از زمين را دچار سيلاب كرده‌اند. سيستم توليد برق و توزيع آن در مكان‌هاي مسير شبكه با مقياس كوچك‌تر. اين مكان‌ها غالباً از برق توليدي به عنوان محصول فرعي براي ساير فرآيندهاي صنعتي استفاده مي‌كنند مانند استفاده از گاز حاصل از دفن ذباله براي به حركت درآوردن توربين‌ها. روش‌هاي توليد برق سدهاي بزرگ مانند سد هور Hoover Dam مي‌توانند مقادير قابل توجهي نيروي برق آبي توليد كنند. توربين‌هاي در حال چرخش كه به ژنراتورهاي الكتريكي متصل هستند حجم زيادي برق توليد مي‌كنند كه از نظر تجاري بسيار قابل توجه است. در اين روش توربين‌ها به وسيله مايعي (آب) به حركت درمي‌آيند كه اين مايع مانند حامل و واسطه انرژي عمل مي‌كند. مايعاتي كه نوعاً مورد استفاده قرار مي‌گيرند عبارتند از: - بخار آب مايع- آب با حرارت حاصل از گداخت هسته‌اي (شكافت اتمي) يا احتراق سوخت‌هاي فسيلي از جمله ذغال‌سنگ، گاز طبيعي يا نفت مي‌جوشد. بعضي از نيروگاههاي جديدتر از نور خورشيد به عنوان منبع حرارت استفاده مي‌كنند. تجهيزات نيروگاههاي خورشيدي نور خورشيد را براي گرم كردن مايع ناقل حرارت كه سپس براي توليد بخار استفاده مي‌شود متمركز مي‌كنند. - آب- تيغه‌هاي توربين بوسيله آب در حال جريان كه توسط سدهاي برق آبي يا نيروهاي مدي توليد مي‌شود حركت مي‌كنند و برق توليد مي‌كنند. - باد- اغلب توربين‌هاي بادي از بادي كه به طور طبيعي مي‌وزد برق توليد مي‌كنند. برج‌هاي خورشيدي براي توليد برق از انرژي باد مصنوعي استفاده مي‌كنند. با گرم كردن دودكش بوسيله نور خورشيد باد مصنوعي در داخل دودكش توليد مي‌شود. - گازهاي گرم- توربين‌ نيروگاهها مستقيماً به وسيله گازهاي توليد شده از طريق احتراق گاز طبيعي يا نفت مي‌چرخند. توربين‌هاي گازي نيروگاههاي سيكل تركيبي به وسيله بخار آب و همچنين توسط گاز حركت مي‌كنند. اين گونه توربين‌ها با احتراق گاز طبيعي در توربين گازي نيروي برق توليد مي‌كنند و از حرارت مازاد (باقيمانده) براي توليد برق بيشتر از بخار آب استفاده مي‌كنند. موتورهاي پيستوني (رفت و برگشتي) ژنراتورهاي كوچك توليد برق غالباً به وسيله موتورهاي پيستوني كه از سوخت‌هاي گازوئيل، بيوگاز (زيست توده) يا گاز طبيعي استفاده مي‌كنند برق توليد مي‌كنند. موتورهاي ديزلي غالباً براي پشتيباني توليد برق معمولاً با ولتاژ پائين استفاده مي‌شوند. بيوگاز در محل توليد آن يعني محل دفن ذباله يا تصفيه خانه‌هاي فاضلاب به وسيله موتورهاي پيستوني يا ميكروتوربين‌ها (توربين‌هاي گازي كوچك) مي‌سوزد و برق توليد مي‌كند. پانل‌هاي فتوولتائيك برخلاف سيستم‌هاي متمركزكننده حرارت خورشيدي فوق‌الذكر، پانل‌هاي فتوولتائيك نور خورشيد را مستقيماً به برق تبديل مي‌كنند. اگرچه نور خورشيد مجاني است و به اندازه وفور در طبيعت وجود دارد ولي توليد برق از طريق انرژي خورشيدي به دليل هزينه زياد پانل‌ها هنوز معمولاً تا اندازه‌اي گران‌تر از نيروگاههاي بزرگ كه به طريق مكانيكي برق توليد مي‌كنند است. اگرچه هزينه سلول‌هاي خورشيدي سيليكون با راندمان پائين در حال كاهش است. سلول‌هاي خورشيدي كه داراي چند انشعاب هستند و راندمان تبديل آنها نزديك به 30 درصد است اكنون به صورت تجاري در دسترس مي‌باشد. از اين نوع سلول‌هاي خورشيدي در سيستم‌هاي تجربي بيش از 40 درصد راندمان نشان داده شده است. تا چند سال اخير از انرژي خورشيدي در قالب فتوولتائيك اغلب در نقاط دورافتاده استفاده مي‌شد جائيكه به شبكه برق تجاري دسترسي وجود نداشت و يا از اين سيستم‌ها به عنوان منبع برق مكمل براي خانه‌هاي تكي يا محل كار جدا از سايرين استفاده مي‌شد. پيشرفت‌هاي اخير در راندمان ساخت و فناوري نيروگاههاي فتوولتائيك همراه با يارانه‌هاي تخصيص يافته مربوط به نگراني‌هاي زيست محيطي باعث آماده‌سازي پانل‌هاي خورشيدي با سرعت هرچه بيشتر شده است. ظرفيت خورشيدي نصب شده با سرعت 30 درصد در سال در چندين منطقه از جمله آلمان، ژاپن، كاليفرنيا و نيوجرسي در حال افزايش است. ساير روش‌هاي توليد برق براي توليد برق فناوري هاي مختلف ديگري مطالعه شده و توسعه يافته است. توليد برق به صورت يكپارچه و بدون سنجش‌هاي متحرك در كاربردهاي قابل حمل بسيار جالب توجه است. در اين زمينه دستگاههاي ترموالكتريك (TE) تا حد زيادي شايع شده است، اگرچه سيستم‌هاي ترمويونيك (TI) و ترموفتوولتائيك (TPV) نيز ساخته شده و گست

·          

تقاضاي برق نياز يا تقاضاي برق را به دو طريق مختلف مي‌توان تأمين كرد. روش اول براي شركت‌هاي خدماتي دولتي و يا خصوصي. در اين روش شركت‌هاي خدماتي به منظور توليد و انتقال برق لازم پروژه‌هاي متمركز با مقياس بزرگ اجرا مي‌كنند. تعداد بسياري از اين پروژه‌ها اثرات ناخوش‌آيند زيست محيطي مانند آلودگي هوا و يا آلودگي تشعشعات مضر داشته و يا منطقه وسيعي از زمين را دچار سيلاب كرده‌اند. سيستم توليد برق و توزيع آن در مكان‌هاي مسير شبكه با مقياس كوچك‌تر. اين مكان‌ها غالباً از برق توليدي به عنوان محصول فرعي براي ساير فرآيندهاي صنعتي استفاده مي‌كنند مانند استفاده از گاز حاصل از دفن ذباله براي به حركت درآوردن توربين‌ها. روش‌هاي توليد برق سدهاي بزرگ مانند سد هور Hoover Dam مي‌توانند مقادير قابل توجهي نيروي برق آبي توليد كنند. توربين‌هاي در حال چرخش كه به ژنراتورهاي الكتريكي متصل هستند حجم زيادي برق توليد مي‌كنند كه از نظر تجاري بسيار قابل توجه است. در اين روش توربين‌ها به وسيله مايعي (آب) به حركت درمي‌آيند كه اين مايع مانند حامل و واسطه انرژي عمل مي‌كند. مايعاتي كه نوعاً مورد استفاده قرار مي‌گيرند عبارتند از: - بخار آب مايع- آب با حرارت حاصل از گداخت هسته‌اي (شكافت اتمي) يا احتراق سوخت‌هاي فسيلي از جمله ذغال‌سنگ، گاز طبيعي يا نفت مي‌جوشد. بعضي از نيروگاههاي جديدتر از نور خورشيد به عنوان منبع حرارت استفاده مي‌كنند. تجهيزات نيروگاههاي خورشيدي نور خورشيد را براي گرم كردن مايع ناقل حرارت كه سپس براي توليد بخار استفاده مي‌شود متمركز مي‌كنند. - آب- تيغه‌هاي توربين بوسيله آب در حال جريان كه توسط سدهاي برق آبي يا نيروهاي مدي توليد مي‌شود حركت مي‌كنند و برق توليد مي‌كنند. - باد- اغلب توربين‌هاي بادي از بادي كه به طور طبيعي مي‌وزد برق توليد مي‌كنند. برج‌هاي خورشيدي براي توليد برق از انرژي باد مصنوعي استفاده مي‌كنند. با گرم كردن دودكش بوسيله نور خورشيد باد مصنوعي در داخل دودكش توليد مي‌شود. - گازهاي گرم- توربين‌ نيروگاهها مستقيماً به وسيله گازهاي توليد شده از طريق احتراق گاز طبيعي يا نفت مي‌چرخند. توربين‌هاي گازي نيروگاههاي سيكل تركيبي به وسيله بخار آب و همچنين توسط گاز حركت مي‌كنند. اين گونه توربين‌ها با احتراق گاز طبيعي در توربين گازي نيروي برق توليد مي‌كنند و از حرارت مازاد (باقيمانده) براي توليد برق بيشتر از بخار آب استفاده مي‌كنند. موتورهاي پيستوني (رفت و برگشتي) ژنراتورهاي كوچك توليد برق غالباً به وسيله موتورهاي پيستوني كه از سوخت‌هاي گازوئيل، بيوگاز (زيست توده) يا گاز طبيعي استفاده مي‌كنند برق توليد مي‌كنند. موتورهاي ديزلي غالباً براي پشتيباني توليد برق معمولاً با ولتاژ پائين استفاده مي‌شوند. بيوگاز در محل توليد آن يعني محل دفن ذباله يا تصفيه خانه‌هاي فاضلاب به وسيله موتورهاي پيستوني يا ميكروتوربين‌ها (توربين‌هاي گازي كوچك) مي‌سوزد و برق توليد مي‌كند. پانل‌هاي فتوولتائيك برخلاف سيستم‌هاي متمركزكننده حرارت خورشيدي فوق‌الذكر، پانل‌هاي فتوولتائيك نور خورشيد را مستقيماً به برق تبديل مي‌كنند. اگرچه نور خورشيد مجاني است و به اندازه وفور در طبيعت وجود دارد ولي توليد برق از طريق انرژي خورشيدي به دليل هزينه زياد پانل‌ها هنوز معمولاً تا اندازه‌اي گران‌تر از نيروگاههاي بزرگ كه به طريق مكانيكي برق توليد مي‌كنند است. اگرچه هزينه سلول‌هاي خورشيدي سيليكون با راندمان پائين در حال كاهش است. سلول‌هاي خورشيدي كه داراي چند انشعاب هستند و راندمان تبديل آنها نزديك به 30 درصد است اكنون به صورت تجاري در دسترس مي‌باشد. از اين نوع سلول‌هاي خورشيدي در سيستم‌هاي تجربي بيش از 40 درصد راندمان نشان داده شده است. تا چند سال اخير از انرژي خورشيدي در قالب فتوولتائيك اغلب در نقاط دورافتاده استفاده مي‌شد جائيكه به شبكه برق تجاري دسترسي وجود نداشت و يا از اين سيستم‌ها به عنوان منبع برق مكمل براي خانه‌هاي تكي يا محل كار جدا از سايرين استفاده مي‌شد. پيشرفت‌هاي اخير در راندمان ساخت و فناوري نيروگاههاي فتوولتائيك همراه با يارانه‌هاي تخصيص يافته مربوط به نگراني‌هاي زيست محيطي باعث آماده‌سازي پانل‌هاي خورشيدي با سرعت هرچه بيشتر شده است. ظرفيت خورشيدي نصب شده با سرعت 30 درصد در سال در چندين منطقه از جمله آلمان، ژاپن، كاليفرنيا و نيوجرسي در حال افزايش است. ساير روش‌هاي توليد برق براي توليد برق فناوري هاي مختلف ديگري مطالعه شده و توسعه يافته است. توليد برق به صورت يكپارچه و بدون سنجش‌هاي متحرك در كاربردهاي قابل حمل بسيار جالب توجه است. در اين زمينه دستگاههاي ترموالكتريك (TE) تا حد زيادي شايع شده است، اگرچه سيستم‌هاي ترمويونيك (TI) و ترموفتوولتائيك (TPV) نيز ساخته شده و گسترش يافته است. در مقايسه با سيستم‌هاي TI و TPV تجهيزات TE نوعاً در درجات حرارت پائين‌تري مورد استفاده قرار مي‌گيرند. تجهيزات پنروالكتريك روش ديگري براي توليد برق با سيستم مكانيكي مخصوصاً براي جمع كردن نيروي برق است. بتاولتائيك‌ها Betavoltaics نوع ديگري از ژنراتورهاي يكپارچه هستند كه از متلاشي كردن اتم‌هاي راديواكتيو، برق توليد مي‌كنند. توليد برق مگنتوهيدروديناميك Magnetohydrodynamic (MHD) به عنوان روشي براي دريافت نيروي برق از رآكتورهاي هسته‌اي و همچنين از سيستم‌هاي احتراق سوخت سنتي مورد مطالعه قرار گرفته است. توليد برق به روش الكتروكميكال Electrochemical نيز در كاربردهاي قابل حمل و متحرك حائز اهميت است. هم اكنون در اغلب روش‌هاي توليد برق الكتروكميكال از فناوري سلول‌هاي الكتروكميكال مسدود (باطري) استفاده مي‌شود كه بيشتر به عنوان سيستم‌هاي ذخيره انرژي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. درمورد سيستم‌هاي الكتروكميكال باز كه به عنوان پيل سوختي (Fuel cells) مشهور هستند مطالعات گسترده‌اي به عمل آمده و در سال‌هاي اخير توسعه يافته است. پيل‌هاي سوختي را مي‌توان براي دريافت و مصرف برق از سوخت‌هاي طبيعي يا از سوخت‌هاي مصنوعي (عمدتاً هيدروژن الكتروليتيك) مورد استفاده قرار داد و بنابراين مي‌توان آنها را از ديدگاه سيستم‌هاي توليد برق يا سيستم‌هاي ذخيره برق مورد توجه قرار داد كه به مورد استفاده آنها نيز بستگي دارد.

 

 

 

 

+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و یکم اردیبهشت 1389ساعت 19:5  توسط صادق  | 

 

 

 

صنعت نفت مانند صنعت هاي ديگر امروزه قابل اهميت است. چرا كه عرضه كننده ي سود محصولات مطلوب است. در اين عمل ، اين نكته حائز اهميت كه هر كدام از جنبه هاي

فعاليت شركت نفت در ارتباط با اين هدف در ذهن مي گنجد. جزئيات و هدف ويژه ي عملكرد يك شركت خصوصي ممكن است به طور دقيق و قابل ملاحظه اي از شركت هاي در درجه ي اول وابسته به اقتصاد و ساختار قاعده ي خريد و فروش تفاوت داشته باشد. ولي هر تمايل نسبت به حد كمال رسيده ي پر جزئياتش به خوبي عمليات هاي همه جانبه اش است. البته جنبه هاي زياد قابل ملاحظه اي براي بهينه سازي اين برنامه وجود دارد و اين ها ممكن است براي يك شركت نسبت به شركت ديگر، يك مكان نسبت به مكان ديگر حتي با زمان متفاوت باشد.

در مدت زمان كوتاهي شركت ها اقتصادهاي قابل ملاحظه اي (ملاحظات اقتصادي)را فقط از نظر پيشرفت و مصرف ، پسرفت منحصر به فردشان با ابزارهاي اساسي تحليل مي كنند .

خواستار جهاني و در دسترس بودن محصولات هيدروكربني ؛ اقتصاد هاي اكتشاف ، توسعه ، توليد و حمل و نقل ؛ وظايف حفاري و تنظيم حاصل عمليات به وسيله ي اختيارات صلاحيت هاي مختلف حاكم تحميل   مي شود . ماليات ، مقابله در رقابت ديگر ماده هاي خام در عرضه انرژي تماما داراي يك تاثير تركيبي خواستار انبوه هماهنگي و كنترل فعاليت ها روي عمليات صنعت نفت در يك شركت معين است . اهميت بسياري از ملاحظات جزئي و رنج بالاي طراحي شده كه بايد براي پروژه هاي متقبل مهم به كار روند به يك اندازه است . اين فصل بر اساس همين تفكرات عام در ذهن نوشته شده است . توسعه ي ناحيه ي نفت و عمليات حاصل قسمت اصلي بساري از فعاليت هاي شركت نفت را مقرر مي كنند . بيشترين احتمال ممكن براي بهبودي تمام اقتصاد هاي يك شركت و در واقع شكل آينده ي آن به وسيله ي تحليل د قيق و وخيم اين فاز از عمليات نسبت به فعاليت هاي ديگر قابل انجام وجود دارد .  هر شركت به خوبي از قيمت بالاي اكتشاف نفت ، توسعه ي منحصر به فرد ، بدست آوردن آن آگاه است . تجربه نشان داده كه از بيشتر ناحيه هاي بازيابي اوليه بازده روندي  وجود ندارد و اينكه معمولا حجم بزرگي از نفت در زير زمين به عنوان ماده ي غير بازيافت در زمان هدر رفته قرار دارد (باقي مي ماند). تكنولوژي عمليات ناحيه ي نفت به عنوان نتيجه ي يك تحقيق يا گزارش ، استعمال زمين (نفت) و برنامه ريزي و اجرا و تحليل مربوط به زمين شناسي سريع توسعه پيدا مي كند . امروزه در اثر عمليات زمين ، يك تكنولوژي جديد به تصويب رسيده است به طوري كه علم اقتصاد توجيحش مي كند . مهندسي مخازن نفت بي درنگ يك علم دقيق است . احتمالا اين نمي تواند باشد(نخواهد بود)تا زماني كه بسياري از پارامتر هايي كه به طور دقيق نمي توان اندازه گيري كرد يا مشخص در گير شده اند ؛ به هر حال تحقيق و تجربه مشخص كرده است كه يك دانش قابل توجه به طوري كه كاملا كافي است به منظور سرويس دادن به عنوان يك اصل براي ثابت كردن مديريت با توسعه ناحيه در ارتباط با توصيه هاي پر سر و صدا و عمليات ها كه بر اساس تكنولوژي جاري بايد در بازيابي بهينه اقتصادي از يك مخزن نتيجه مي شود . سال هاست كه توانستن تزريق آب و يا در مخزن نفت خام براي بازيابي بهتر شناخته شده است . جالب توجه است كه تاريخ عمومي در خواست ناحيه ي اين جريان ها مرور شود . طرح هاي زياد تزريق در ناحيه ها شروع شدند قبل از اينكه انرژي مخزن طبيعي سازو كارها رانده شوند(پيش برده شوند) ، حتي قبل از اينكه يك آگاهي عمومي موجود باشد از آنچه كه داده ها نيازمند بودند براي ارزيابي كردن به طور صحيح امكانات و نتايج چنين جريان هايي . بنابراين خيلي تعجب آور نيست براي تشخيص دادن اينكه بساري از پروژه ها به طور كلي براي افزايش دادن بازيابي موفق باشند و بعضي ديگرخير. به عنوان يك علم پيشرفته مهندسي مخزن ، بسياري از پروژه هاي تزريق با دقت بيشتري مورد توجه قرار گرفتند قبل از اينكه آنها (پروژه هاي تزريق) به طور جدي شروع شوند ، و به عنوان يك نتيجه در فن تكنولوژي و اساسي اقتصاد از آغاز بودند . در نتيجه ، اكثر عمليات تزريق به خوبي مهندسي شده اند. در حقيقت ، طرح هاي توسعه يافته ي اكثر كشفهاي جديد مشمول انتخاب شروع عمليات تزريق درست از شروع تا زمان عملي شدن مي شود. هميشه حل مشكلات (مسئله ها) در عمليات تخصصي بسته به شناخت حقيقت هاي مربوطه اند. صنعت نفت از اين قانون مستثني نيست و واقعيات حساس زيادي كه مهندسين يا زمين شناسان كه بايد در تحليلشان از يك مخزن داشته باشند به خوبي مي تواند سريع در بقاي مخزن دستاورد شود. بسياري از واقعيات ضروري در آينده ولي تنها در يك هزينه ي خيلي اضافي دستاورد مي شوند. بنابراين در نگهداري(حفظ) دربرخورد با اصول اين پر سر و صدا(پر دقدقه)براي يك گرداننده براي پيش بيني زمان حفر چاه ها و براي شروع طرح ريزي قبلي همان روز يك مخزن جديد پي برده مي شود. با اين فلسفه ، مهندسين مي توانند مطمئن باشند كه اطلاعات لازم و كافي در دسترس خواهد بود براي تحليل تخصصي مناسب زماني كه مورد نياز است ،كه بهترين برنامه براي كاهش نهاي ذخيره ها مشخص شده است براي بقاي مخزن ، و اينكه برنامه ي توسعه مخزن مرتبط با بهترين استفاده در برنامه بهره برداري بهترين تناسب براي بازيابي بهينه اقتصادي راهنمايي شده است. جريان تفكر در اين فلسفه خواستار توسعه ي يك عمليات پر سر و صداي مشمول تزريق در اين فصل بحث مي شود.(شده است)

عوامل مهم  در طرح عمليات تزريق:

 

هدف:

هر كدام از مخزن نفت و گاز مانند انسانها متفاوتند و مخزن ها يك تنوع وسيع از دارايي ها براي مهندس ارائه مي كنند كه مورد توجهشان باشد. اهميت عمده در ساختن يك تحليل اين دارايي ها (موارد موجود) براي طرح يك برنامه تزريق هدف عمليات را بوجود مي آورد. بوجود آوردن يك هدف براي يك گرداننده بستگي به وضعيت هاي خاص دارد. يك اپراتور با فرصت هاي سرمايه گذاري محدود ممكنه بهبودي خوبي ببخشد. يكي با ذخاير فراوان براي ميزان توليد جاري مي توانست يك بهبود يا حفظ ميزان توليد را ببخشد. ديگري داشتن ميزان و ذخاير ناكافي مي توانست در هر كدام بهبود ببخشد.

هدف عمليات تزريق عبارتند از :

1)حفظ اندازه توسط حفظ فشار

2)افزايش دادن بازيافت نهايي توسط يك جريان جانشيني كارآمد تر يا

3)تركيب كردن اندازه ي بازيابي و بهبود يافته به دليل منجر شدن به جمع آوري بيشترين حد ارزش.

در موارد زيادي ، عمليات تزريق در مخزن ها به سادگي به عهده گرفته شده اند براي اينكه موارد نزديك به طور مطلوب پاسخ به تزريق داده اند. اين خط استدلال نا تمامي است كه بعد عموما مي تواند يك گام بيش بر دارد. و نتيجه مي شود كه شرايط مخزن نا مشخص است كه اين به دليل مقادير يا موارد فيزيكي متغير است و عمل هاي حاصل گذشته است و بنابراين هيچ تحليل مهندسي مناسبي نمي تواند ساخته شود و نه تزريق بايد سعي شود تا ببينيم چه اتفاقي مي افتد. در طرح هاي شروع شده با اين استدلال تقريبا هميشه عمليات تزريق بدون هدف است. اين (كار پيش بيني قبل از انجام) فلسفه براي اين است كه ببينيم چه اتفاقي مي افتد و سپس تصميم بگيريم كه چه چيزي تمايل دارد. تحليل مهندسي بدون هدف در نتيجه هاي سحابي براي نفوذهاي هدفمند زمان و انتخاب جريان نتيجه خواهد شد.

 

 

زمان بندي:

براي تضمين اينكه طرح برنامه زمان بهينه به منظور شروع تزريق فيزيكي به تاخير نيفتد بايد بسيار دقت شود. در تمام موارد ، نياز به تزريق در يك مخزن براي بدست آوردن اهداف خاص ممكن در هنگام بقاي مخزن قابل تشخيص است. برنامه ريزي سريع ، حتي اگر خيلي هم جزيي نباشد ، اين احتمال براي بدست آوردن ديتاي اصلي كافي به منظور تحليل مهندسي مناسب تنها در زماني كه ديتا در دسترس است وجود دارد. در موارد زيادي چنين برنامه ريزي ممكن است گوياي يك اصلاح از برنامه توسعه باشد به طوري كه چاه ها تكميل و واقع خواهد شد به منظور فراهم كردن بيشترين حد كارآيي به منظور برنامه تزريق با كمترين مقدار حفاري و بررسي سنگين(گران). زمان بهينه براي شروع يك پروژه ي تزريق اغلب مربوط به بهترين جريان مناسب براي ناحيه ي معين است. براي مثال يك جابجايي immiscible با گاز ممكنه به بهترين نحو پذيرفته شود در مقداري شن زار با نفوذ پذيزي بالا بعد از اينكه مخزن به يك فشار كم برسد ، تا اينكه در فشارهاي پايين قيمت (زمان طول كشيدن) فشرده كردن گاز براي جابجايي (جايگزيني) حجم يك شبكه ي مخزن پايين آيد. جريان آب فشار پايين ممكن است احتمالا زماني كه مقدار بهينه گاز آزاد موجود است شروع شود(شده باشد). مخزنهاي با نفوذپذيري پايين يا آنهايي كه با نفت خام انقباض بالاست ممكن است كه براي استفاده ي سريع پروژه ي حفظ فشار در حفظ كردن قدرت توليد خوب و در جلوگيري از خسارات انقباض بالا خواسته شود. بعضي از عمليات تزريق براي جا دادن جريان ممكن است احتياج به مخزن هاي فشار بالا داشته باشد. براي بزرگترين ناحيه ها ، كه زمان بهينه به منظور شروع يك پروژه ممكن است مدت زيادي طول بكشد ، سوال در مورد يك زمان بهينه طرح نمي شود ولي از بهترين جريان ها به منظور به كار برد سوال  مي شود. بعضي وقت ها ، سوال اين است كه آيا يك تغيير مي تواند باعث برقراري مجدد يك عمليات بهتر شود.

سيالات تزريق:

در هر طرح تزريق ، عامل هاي مطمئن ثبت و تحت كنترل مهندسين قرار مي گيرد.

 دارايي هاي سيال شامل نفت مخزن ، دارايي هاي سنگ ، لايه بندي هاي زمين(زمين شناختي) ، گسل و عمق است. از طرفي مهندسين مي توانند سيال تزريق ، فشار تزريق ،نمونه و ميزان تزريق را تغيير دهند. احتمالا انتخاب سيال تزريق مناسب براي يك مخزن معين مشكلترين قسمت از طرح عمليات تزريق است. عموما هوا و آب تنها مواد به حد كافي ارزان  ، به منظور استفاده در كميتهاي زياد به منظور جايگزيني نفت خام در نظر گرفته مي شوند. قيمت هاي جاري يك گاز طبيعي آن را به يك سيال تزريقي گران تبديل      مي كند. به هر حال زماني هم وجود دارد كه درنواحي كه عرضه كننده اي موجود نباشد ،بيشترين سود اقتصادب اش ممكن است كه يك سيال باشد. به هر حال در اين ناحيه است كه دانش،قدرت تحليل،ابتكار مهندس مخزن مي تواند به منظور توسعه ي برنامه هاي تزريق كه به خوبي بازيابي و سود از اكثر مخزنها را بهبود مي بخشد مورد استفاده قرار گيرد. پروژه اي كه به منظور اجازه براي استفاده ي احتمالي از مقدار اندك مواد گران مانند:پروپان،بوتان،گاز نفتي مايع و دي اكسيد كربن،عوامل رطوبتي و پليمر ها در نظر گرفته شده است(مي شود).

بازيابي برنامه ريزي شده:

اطلاعات مورد نياز است. برنامه ريزي كردن بازيابي نفت خام از يك مخزن كه عمليات تزريق براي هدايت احتياجات از نظر:

1)در ابتدا مقدار كل نفت مخزن

2)بازيابي توسط كاهش اوليه رخ دلده شده قبل از شروع تزريق

3)نفت خام اشباع در شروع تزريق و نفت خام باقي مانده بعد از جريان جانشيني و اينكه چه طور توسط مخزن توزيع مي شود.

4)بخش مخزن از بين رفته

5)تزريق و دبي ها(تزريق و ميزان محصولات)

اطلاعات كافي براي تعيين اين كميت ها مورد احتياج است.  

پيش بيني بازده يك عمليات تزريق مشتق توسط  تحليل مهندسي.

1)آماده كردن يك برآورد از نفت خام كه به عنوان يك حجم تزريق شده عمل

 مي كند

2)معرفي كردن تزريق و دبي ها(محصولات) و حجم مربوط به زمان تزريق.

جزئيات روش هاي محاسبات در شش فصل ارائه شده است كه در اين كتاب مباني دنبال مي شود. عموما مقداري از نفت بازيافت شده از محاسبه هاي مواد متعادل تعيين مي شود كه به منظور تميز كردن(تخليه) بخش مخزن توسط سيال تزريق است. تزريق بالقوه و ميزان محصولات(دبي ها) از معادلات يا اندازه گيري هاي روي مدل ها محاسبه مي شود. شايد اندازه توسط قسمت يا توسط محدوديت در تجهيزات اندازه گيري كاهش يابد.

با بهينه كردن يك عمليات تزريق:

 

تصميم چنانچه به برنامه ي تزريق بهينه براي يك مخزن معين شامل انتخاب بهترين جريان و بهترين راه براي هدايت آن جريان شود،انتخاب بهترين جريان احتياج به مطالعه ي:

1)زمان شروع تزريق

2)منبع سيال تزريق

3)زمان(قيمت) سيالات مختلف تزريقي

4)كارآيي جانشيني واحد سيال هاي گوناگون

دارد.

انتخاب بهترين راه براي انجام عمليات نياز به مطالعه ي:

 

1)زمان شروع تزريق

2)حفظ فشار

3)حفظ فشار جزئي

4)تحريك(محرك)چاه

5)حفاري اضافي و

6)انتخاب نمونه

دارد. بعد از بهترين راه براي هدايت جريان توسعه يافته شده، يك مقايسه اقتصادي از طرح بهينه براي هر جريان، مطلوب ترين برنامه را نشان مي دهد.

 

تحليل از يك مخزن به منظورعمليات تزريق:

شروع تحليل:

جمع آوري اطلاعات و آزمايش.

بسياري از مخزن ها در بعضي حالات ممكن است به هم شبيه ، بلكه در بسياري موارد كاملا متفاوت باشند. بدين خاطر، بدست آوردن اطلاعات مهم و ضروري است كه زمين شناسان و مهندسين مجرب مي توانند يك مشخصه براي هر مخزن مخصوص تعريف كنند. بسياري از اطلاعات در طي قسمت توسعه يك تاريخچه مخزن كسب شده. بعضي از انواع اطلاعات متناوبا در تمام طول مدت بقاي مخزن جمع آوري مي شوند. انواع مطمئن اطلاعات به منظور ارزيابي احتمالات اقتصادي و بدست آوردن مشخصات يك مخزن مورد نياز هستند. توسعه تخليه طبيعي،و اطلاعات اضافي به منظور تحليل مناسب بازيابي بالقوه و اقتصادهاي زير نظر برنامه هاي گوناگون تزريق ضروري هستند.

اين يك مسئوليت مهندس و زمين شناس هست به عنوان يك تيم به منظور خطوط اصلي رنج بالاي برنامه الزامات اطلاعات سريع در بقاي مخزن و يك جدول زماني كه چه طورو كي اين اطلاعات جمع آوري       مي شود. جزئيات اين برنامه به طور پيوسته به عنوان دانش زيادي از مخزن هاي بزرگ بدست آمده تعديل مي شود. اگر به طور صحيح هدايت شود مي تواند برنامه نخستين توسعه را اساسا به منظور بازشناسي سريع هر دو انتخابات مقدماتي و بالقوه عمليات تزريق مخزن را بدهد.

اين برنامه بايد براي بدست آوردن:

1)مشخصه هاي وسيع مخزن مانند:

حد هاي ناحيه ي عمومي،هندسه عمومي مخزن،

2)دارايي هاي عمومي سنگ از اطلاعات بدست آمده

3)نزديكي محل تماس مخزن گاز/نفت و آب/نفت در صورت موجوديت

4)مشخصات جايگيري مخزن سيال

5)فشار نخستين مخزن و شرايط دما و

6)اطلاعات عمومي مربوطه به منظور بدست آوردن ميانگيني از قدرت توليدات خوب

طراحي شود. به طور وضوح ،اگر اين برنامه براي انجام دادن اقتصادي اهداف آموزنده ي آن باشد هيچ گونه ملاحظه اي شايد براي فاصله بندي چاه نهايي در نظر گرفته نمي شود. در مورد ساختارهاي زياد اين برنامه نخستين بايد شامل دقت برنامه ريزي شده،گام جسورانه و در همه موارد،بدست آوردن اطلاعات زياد مورد نياز به منظور هدايت صحيح توسعه ي بيشتر ناحيه و فنون اجتماع اطلاعات. غالبا اطلاعات كافي مي تواند از برنامه اجتماع اطلاعات چاه برنامه ريزي شده(هدايت شده)در طول قسمت فوري توسعه ي يك مخزن به منظور اجازه براي آزمايش اقدام مقدماتي آگاه كه احتمال نياز براي تزريق و امكان عمومي انواع مختلف تزريق وجود دارد بدست آيد. تلاش كسب سريع داده ها بايد از نتيجه جمع آوري اطلاعات كافي به منظور اجازه دادن به انتخاب فنون به طوري كه احتياجات بدست ايد و اطلاعات قابل قبول مربوط به چاه هاي ديگر كه حفر شده اند. چنين اطلاعاتي مي تواند به منظور پالايش كردن نتايج اقدام مقدماتي مربوط به مخزن احتمالي بالقوه زير نظر روشهاي عملياتي گوناگون كه سريع روي پايه اي از اطلاعات اوليه شروع شده استفاده مي شود. توسيه هاي مربوط به انتخاب بهترين برنامه عملياتي براي يك مخزن خاص به طور عادي بايد براي(روي)پيش بيني هاي رفتاري كه شامل تحليل هاي جزئي بازده ي انتخابات مقدماتي بدست آمده استفاده شود.

اطلاعات مورد نياز مربوط به برآورد بازيابي از عمليات تزريق:

 

در آغاز كل نفت مخزن:

شماره كافي چاه ها به منظور معرفي كنده هاي چاه وسيع سطحي(كنده هاي وسيع سطحي چاه)براي معرفي مقطع بهره دهنده و بعضي اوقات محتوا. اندازه گيري هاي اصلي براي جاي پذيري،آب(اين استيشال آب)،نفت اشباع،و بعضي اوقات دارايي هاي مويين،اين اطلاعات همچنين به عنوان اساس براي درجه ي چاه كنده سرويس مي شود. محاسبه ي تعادلي مواد مبني بر فشارهاي مخزن و تاريخ(مراحل) توليد به منظور تاييد برآورد هاي واحد حجمي كل نفت مخزن

بازده اوليه:

محصول نفت،گاز و آب توسط فشارهاي چاه ها از فشار ادواري توليد شده آزمايش دارايي هاي سيال. اندازه گيري نفوذ پذيريهاي نسبي روي هسته ها به منظور جابجا شدن و حالات جابجايي. اطلاعات زميني از چاه هاي نا بار آور دور از محدوديت هاي حاصل به منظور كمك به تعيين مكانيزم پيش برده شده ي اوليه.

بخشي از يك مخزن براي تخليه(پاك كردن):

اندازه گيري هاي اصلي براي تغيير در نفوذ پذيري و محتوا. مقطع ها و آزمايشات دخالت فشار به منظور تعيين تداوم مخزن بين چاه هاي لايه بندي از اندازه گيري هاي اصلي و كنده ها جهت نفوذ پذيري انتخاب شده تزريق نمونه ويسكوزيته هاي سيال و بازده ي سطحي تخليه نفوذپذيري نسبي مدل هاي نمونه تزريق.

 

ميزان تزريق و توليد:

نفوذپذيري موثر مخزن از هسته ها(مبنا ها)،آزمايشات فشار موجود و آزمايشات شاخص بهره برداري. نفوذپذيري نسبي روي جابجايي و حالات جابجايي احاطه مي شود. شرايط ديواره ي چاه از تحليل فشار موجود،فشار تزريق،دارايي هاي سيال،ميزان ظرفيت پذيري از بازده مدل و محاسبات.

عمليات تزريقي بالقوه اقتصادي از لحاظ محتوا را مي توان در حالات زيادي تحمل كرد اگر چنين عملياتي سريع در توليد بقاي مخزن شروع نشود. نابراين فوريتي به منظور تعيين سريع اقتصاد بالقوه برنامه هاي عملياتي گوناگون وجود دارد. يكي اينكه اغلب نمي توان براي بازده ي اوليه اطلاعات پوشش اكثريت بقاي اوليه ي مخزن و اينكه هنوز سودهايي كه ممكن است توسط بعضي از شروع كننده ها از تزريق وجود داشته باشد كسب مي شود منتظر بود. بنابراين مهندسين يك مسئوليت مهم در برابر كسب اطلاعات كافي و به منظور تشخيص زماني كه به حد كافي براي توصيه هاي ساختار صوتي درمورد عمليات بعدي در مخزن معين در دسترس باشد. زمان بتدي نسبي براي زماني كه مي تواند در بقاي يك مخزن انجام گيرد ممكن است با قابليت توجه مختلف به منظورمخزن هاي مختلف باشد،ويا در درجه ي اول وابستگي مربوط به توانايي به منظور تشخيص و معرفي نيرو هاي مؤثر طبيعي حاصل از هر حالات باشد. از يك ديدگاه تكنيكي ،تمام توسعه ي ناحيه به منظور فاصله بندي اختياري بدون توجه به مشخصات مخزن تصميم گيري مي شود و بالقوه نبايد به عهده گرفته شود تا زماني كه بتواند توسط احتياجات يك برنامه ي خوب در يك مخزن متناسب شود. بخش نخستين توسعه ي هر مرحله(تاريخچه ي)مخزن نتيجه ي يك زمان بحراني است.

اطلاعاتي كه بايد در طي اين مدت كسب شود شامل ذيل مي باشد:

1)جزئيات تحليل اصلي روزمره در حجم كافي و يا كنده هاي چاه كافي از انواع مختلف اجازه ي انتخاب فنون اجتماع داده ها كه زماني روي چاه هاي بعدي الزامات كسب شده را تضمين مي كند و تفسير هاي دقيق و اندازه گيري هاي مناسب ستگ مانند:

جاي پذيري و نفوذپذيري

 اطلاعات در مورد چاه هاي نخستين بايد براي معرفي عمومي بعضي چيزها از جمله:

1)ساختار،ضخامت كل سازه،حاصل ضخامت خالص سازه،محدوديت هاي ناحيه اي،جاي پذيزي،نفوذپذيري،و تجانس و تداوم سازه ي حاصل

2)آزمايشات اصلي حفاري معرف توليد عمومي مشخصات بخش هاي مختلف و كمكي براي بوجود آوردن محل تماس گاز/نفت و آب/نفت در صورت وجود

3)فشار زير زميني استاتيكي دوره اي نقشه برداري هاي فشار مخزن اصلي به خوبي مراحل فشار بعدي موجودند

4)نقشي برداري هاي دما موجود دماي مخزن

5)نمونه هاي سيال مخزن دارايي هاي فيزيكي هيدروكربن هاي موجود در مخزن به عنوان عمليات( تابع هاي) فشار و دما و تغيير اين دارايي ها به همراه عمق و مكان همراه دارد.همچنين سازه ي نمونه هاي آب تركيب شيميايي را همراه دارد.

6)آزمايشات حاصل دوره اي تحت كنترل چاه ها اين اطلاعات را فراهم مي كند:

مشخصه هاي محصول عمومي،GOR،و بريد آب.

7)آزمايشات مخصوص چاه مانند:

اندازه گيري هاي شاخص بهره برداري،آزمايشات سازنده فشار،و آزمايشات دخالتي فراهم كننده ي اطلاعات كارآيي مرتبط با فنون تكميل چاه،متوسط قدرت توليد سازنده،و تداوم سازنده.

8)آزمايشات مخصوص تحليل پايه روي انتخابات و در بعضي موارد مخصوص حفظ شده،نمونه هاي اصلي كمكي است براي تعيين چيزهايي مانند:

آب اشباع(اينتراستايتال)،گاز/نفت و آب/نفت مشخصه هاي نفوذپذيري نسبي،نفت اشباع باقي مانده توسط جريان آب قوي،و كاهش نفوذپذيري توسط جريان قوي آب شوري هاي مختلف منجر مي شود.

9)ماهانه مراحل توليد نفت،آب و گاز توسط چاه مفيد هستند.

مهندس بايد قضاوتي همراه با رعايت به منظور اينكه دقيقا چه مقدار از هرنوع اطلاعات اصلي در موارد خاص مورد نياز است داشته باشد. عموما،حجم اطلاعات با بيشترين احتياجات با پيچيدگي سيستم مخزن نسبت به اندازه همراه است. پيچيدگي مخزن اغلب ناديده گرفته مي شود. معمولا بيشتر اختلاف انواع ديتا ها بايد در مدت زمان كوتاه توسعه بدست آيد؛ به طوري كه اقتصاد و قابليت اطمينان بتواند در فنون تكميل چاه بعدي و برنامه هاي اجتماع داده بوجود آيد.

 

انواع تزريق:

 

بيشتر عوامل شامل تعيين دستاورهاي مورد نياز به منظور تحليل به طور صحيح بالقوه ي برنامه هاي گوناگون تزريق براي يك مخزن خاص مي شود. مهندسين مجرب با داشتن ديتاي صحيح در دست بايد بتوانند سريع انواع برنامه هاي تزريق كه امكان اثبات جزئيات با ارزش قابل توجه را تشخيص دهند. اغلب مخزن هاي جديد در بسياري از سازنده ها و در پايان نزديكي به منظور وجود سيالات براي هر اطلاعات جزئيات بازده كه تا كنون موجودند يافت مي شوند. مگر اينكه عامل ها اشاره به اختلاف بين اين دو در انديشه هاي مقدماتيش كند،مهندس معمولا مي تواند در نظر داشته باشد كه براي ناحيه ي جديد احتمالا از يك طريق مشابه با ديگري رفتار كند. اگر پروژه هاي تزريقي موجود موفق شوند يا اگر با شكست روبرو شوند،تفكر مقدماتي روي مخزن جديد ،مگر اينكه آشكار متفاوت موجود، باشد كه پروژه هاي مشابه در مخزن جديد به طور احتمالي در مورد همان راه رفتار كند. حاصل اين طرز تفكر يك چيز طبيعي است ولي مي تواند خطرناك باشد در آن مورد نتايج يك پروژه ي تزريق مخصوص در مدت زمان طولاني به طور دقيق يك عامل اصلي تفكر،ارزيابي،نقشه ي پروژه به خوبي كنترل مهندسي درتمام بقاي آن به كار مي رود. كنترل مهندسي مناسب پروژه هاي تزريق در تمرين تغييرات قابل توجه،و به اين دليل تفكر بر اساس شباهت براي نمايش مقدماتي خوب است ولي نبايد توجه عمده در ارزيابي مورد احتياج براي يا برنامه هاي تزريق گوناگون بالقوه باشد. توجه عمده بايد به سوي مشخصه هاي فيزيكي مخزن مخصوص كه ارزيابي مي شود باشد.

 

سيال مخزن و مشخصه هاي سنگ:

 

يكي از اولين سؤالاتي كه بايد توسط مهندسين جواب داده شود ارتباط فرم هاي گوناگون تكنيكي ممكن تزريق است. اين شامل تحليل مقدماتي سنگ مخزن و مشخصه هاي سيال و تفسيرهاي سريع ژئومتري مخزن مي شود. مهندسين بايد به طور پيوسته به منظور مشخصات مانند:

محتواي آب(اينتراستيشال)بالا،دارايي هاي نفوذپذيري نسبي نامطلوب،نسبت هاي محرك نامطلوب،نشان هاي شكاف سازه ي طبيعي،و سيستم هاي گسل،سطح غير عادي و تغييرهاي قائم جاي پذيري و نفوذپذيري و فقدان عمود و تداوم سازه يسطحي.هيچ كدام از اين اوضاع خارج از امكانات تخصصي پروژه مخزن را حكم نمي كند،ولي آنها علائم اخطار براي مهندسين هستند و ممكن است مسائلشان را پيچيده كند.

 

 مهندسين مي دانند كه براي مثال اگر:

1)مخزن به منظور داشتن تداوم يا شكل اشتباه ظاهر شود(مخزن طوري ظاهر شود كه تداوم و يا شكل اشتباه داشته باشد.)

2)نفوذ پذيري عاقلانه توزيع شود. و

3)ارتباطات نفوذپذيري نسبي و دارايي هاي نفت مطلوب هستند،سپس آب،گاز و نيز همين طور و يا

 پروژه هاي تزريق بازيابي افزوده شده اين امكان را دارند كه از يك ديدگاه فني عملي شوند. اگر مخزن نفت ويسكوز باشد سپس مشخصات نسبت تحرك به طور عادي آب مطلوب روي(در طول)تزريق گاز،و جريان هاي حرارتي ممكن است بازيابي را افزايش دهد. اگر يك آب اشباع اينتراستيشا ل موجود باشد،سپس تحت شرايط مطمئن مي تواند بيشتر از يك عيب براي آب باشد تا تزريق گاز.منابع اغلب توسط عمليات بازيابي افزوده شده در محتواي مخزن هاي با روغن غير اشباع بالا پيش برد مي شود. توسط  تجربه مهندسين

 مي فهمند كه نفوذپذيري سازه ي پايين خودش يك عامل محدود كننده ي امكانات تزريق نيست ولي اغلب اينكه بعضي وقت ها مهمترين عامل بحراني مي تواند يك تغيير نهايي از نفوذپذيري باشد. تمام اين عوامل به همراه بقيه مي تواند به منظور بررسي سريع مهندسين در دوره توسعه در دسترس باشد،و اگر به طور صحيح استفاده شود،مي تواند يك تفكر سريع در مورد تمام نقشه هاي مرتبط با مخزن را به همراه داشته باشد.

 

 

قابليت دسترسي سيالهاي تزريق:

 

درمشاهده ي امكانات عمليات تزريق،مهندسين مي بايست همچنين متوجه قابليت دسترس سيال ها به منظور تزريق باشند.

اين عامل به تنهايي مي تواند بعضي اوقات بيشتر ارزيابي بعضي از فرم تزريق مخصوص را محدود مي كند يا،در موارد ديگر ،از لحاظ محتوا روي اقتصاد يك پروژه تا ثير مي گذارد. يك عمليات تزريق آب ممكن است فرم بسيار جالب از ديدگاه تخصصي را بوجود آورد؛هنوز هم اگر آب نتواند قابليت دردسترس بودن كميت هاي لازم و هزينه ي قابل قبول و بيشترين توجه نسبت به جريان نداشته باشد،يك چيز آكادميك است.

مهندسين بايد مطمئنا به امكانات تزريق گاز و پروژه هاي پيش برد امتزاج پذير وقتي كه گاز يا محصولات گياه مايع موجود در منطقه توجه داشته باشند. البته اعلام يك ليست عوامل كنترل(كنترل عوامل)غير ممكن است به طوري كه سريع در بقاي هر مخزن به منظور تعيين احتياجات مطلق يا امكان پروژه هاي تزريق    مي تواند استفاده شود. در اينجا عامل بحث شده مهم است و تغييرات يكي يا همه ي پارامترهاي مناسب   مي تواند يك نتيجه ي مؤثر براي درجه هاي مختلف باشد.

بازده مخزن پيش بيني شده در طي عمليات انتخابات مقدماتي:

يكي ديگر از موارد مورد توجه مهم كه بايد يك جزلاينفك ارزيابي مهندسين از امكان پروژه هاي تزريق باشد نياز براي طرح است . اين مي تواند يكي از قسمت هاي خيلي پيچيده ي روي هم رفته تحليل باشد و نبايد فقط شامل جنبه هاي تخصصي خود پروژه باشد بلكه همچنين تاثيري كه نتيجه ي پروژه ممكن است از روي هم رفته ديدگاه شركت داشته باشد. در آخر در بسياري از جزئيات به همراه يك بحث اقتصادي در اين فصل برخورد مي شود. نياز تخصصي براي پروژه هاي تزريق شامل تحليل از بازده قديم مخزن ،بازشناسي و معرفي انرژي طبيعي مؤثر به منظور اجبار بهره برداري اوليه،و ارزيابي كارآيي و پيش بيني بازده عمليات بهره برداري اوليه. فصل هاي ديگر در اين كتاب مباني مرتبط است با انواع مكانيزم هاي پيشرفته كه به طور جداگانه    مي توانند وجود داشته باشند يا در تركيب در هر مخزن معين باشند. مهندسين بايد يك فهم جزئي از اين جريانات قبل از اينكه بتوانند نياز براي درخواست تكميل بازيابي جريانات نسبت به يك مخزن . عموما صحبت در مورد كاهش يا محلول جريان گاز پيشرفته يك كم بازده است،ولي مزدوج با تفكيك خوب و گازو نفت جريان پيشخوان،جريان بسيار كافي و مطلوب است. عموما،بهترين بازيابي مطلوب و كافي معمولا توسط يك آب پيشرفته ي طبيعي نسبت به جريان ديگر پيش بيني مي شود و گسترش گنبد گاز جريان هاي پيشرفته معمولا ميانجي مؤثر هستند. مهندسين به هر حال مي دانند كه اين تعميم ها ووجود وتاثير هر كدام بايد براي هر مخزن ارزيابي شود. آنها مي توانند حدس هاي معمولي از امكان بازده ي اوليه ي بعدي بر اساس رفتار سيالات مشابه و بر روي ارزيابي مقدماتي اطلاعات اكتسابي به طور سريع در بقاي مخزن،ولي اين حدس ها مي توانند فقط در نتيجه هاي پر سر و صداي مهندسي به همراه جزئيات مطلب بازده مخزن مخصوص بيان شود. وقتي كه آنها توانايي اينكه توسط استفاده ي درست و بموقع از اطلاعات اصلي در دسترس در مورد دارايي هاي سيستم مخزن به منظور محاسبه ي دقيق و سازگاري واقعي بازده ي مخزن قبلي داشتند،سپس در مورد هر پيش بيني هايي اعتماد لازم را كسب مي كنند امكان وجود بازده ي اوليه هست. يك عامل تجربه شامل مي شود هر چند مشرف باشد. مهندسين بايد قادر به تشخيص باشند حتي اگر يك سازش محاسبه شده و بازدهي دقيق و واقعي يك سازش واقعي باشد به طوري كه محلول به طور معمول منحصر به فرد باشد و دركشان از محصول اوليه ي عمل خوب باشد يل حتي اگر آنجا واقعا بتواند چندين محلول كاملا متفاوت باشد به طوري كه در بازده سازش هاي خوب يكسان نتيجه بشود. در حالت بعد هر دوي فقدان درك پارامترهاي مخزن اصلي و نياز براي ديتاي اساسي زياد،و يا دردسترس قرار داشتن بازدهي محصول كافي و مناسب براي تحليل در آن زمان وجود دارد. اغلب اين امكان وجود دارد براي زمان بهره برداري سريع از مخزن در يك چنين راهي به منظور كمك به ارزيابي مخزن. تغييرات نهايي در ميزان بهره برداري (رو به افزايش،كاهش و يا هر دو)و حفظ اين اندازه ها در مراحل ثابت معقول براي يك مدت زمان مي تواند اغلب در تغييرات فشار مخزن جذب شده نتيجه شود يا در بازه ي چاه كه فوق العاده مفيدند در تشخيص(بازشناسي)نيروهاي انرژي طبيعي رايج. زماني كه رفتار روشهاي گوناگون تحليل در فصل هاي بعد ديده مي شود ،احتياجي به بحث در مورد آنها در اين زمينه نيست. به هر حال دوباره تا كيد مي شود روي فوريت تشخيص سريع و معرفي كارآيي جريان بهره برداري اوليه چرا كه در مشخص كردن نياز براي تزريق از اهميت عمده برخوردار است.

 

پيش بيني بازده مخزن در طول عمليات تزريق:

 

گام بعدي در جريان تعيين بهترين روش عملياتي براي يك مخزن معين،پيش بيني بازده به منظور برنامه هاي تزريق گوناگون است كه به طور تكنيكي مورد توجه هستند و خصوصا عملي بر روي آزمايشات مقدماتي اطلاعات موجود. روش هاي عادي با انجام(براي انجام)اين هدف در فصل بعد مورد بحث قرار خواهد گرفت،به هر حال فلسفه ي ذيل بايد يك قسمت عادي جريانات تفكري مهندسين باشد. يك برنامه ي تزريق براي يك مخزن در دست طراحي نمي شود چرا كه يك پروژه ي مشابه به طور موفقيت آميز در بعضي از مخزن ها ظاهر مي شود،به سادگي توسعه پيدا نمي كند چرا كه اين به علت آن است كه به طور وسيعي در گذشته استفاده مي شده است،ادامه پيدا نمي كند فقط به اين دليل كه يك نمونه ي مطمئن از تزريق و بهره برداري يك مخزن خوب باشد،و همچنين بايد بهترين يا حتي خوب باشد در مخزن ديگر. هر مخزن بايد در پرتو احتياجات و مشخصاتش آزمايش شود.

 

 

 

Economice

Altoghtechnical analyses of possible future opration in a reservoir must be thorough and sound an equally important consideration during overall evalution is economics.

Any project might be an outstanding success from a technical stand point, but its real value is measured in terms of income and expense.

In designing the general specifications of an injection program, engineers should first recognize or ascertain some of the overall objectives of their company.

Usually engineers find that there is considerable latitude with regard to some important considerations in a study that are well within the limits of sound technology but that with verying assumptions could represent quite a spreat in the economic results of a given project.

This is particulary true of factors that influence production rate.

As stated earlier, it might be more desiable from an economic and marketing standpoint in one company to recover as much oil as possible and as fast as possible wheteasin another company the interest may be for long-term maintenance of stabilized hight production rates.

Knowledge of this is important in designing aninjection project.

Engineers should be cautious to be drawn that on the basis of the ptoject alone might be reasonable but that whit broader consideration cold be invalid.

An example of such a case might be the prediction of a watwr-injection project that would recover large volumes of additional oil.

The economics of such a project might appear to be very favorable ;hoever, if the company cannat market the additional oil at the forecasted rates and volume , such a project could not possibly result in the indicated benefits from an overall company standpoint.

 

 

+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و یکم اردیبهشت 1389ساعت 18:54  توسط صادق  | 

 

کمک گرمکن ها بطور کلی برای تهیه نقطه جوشش در مبنای ستون تقطیر مورد استفاده قرار می گیرد. نوع گسترده ای از مبدل های پوسته و لوله وجود دارد. هر کدام از مبدل های حرارتی برای تبخیر مایع، استفاده از جراین فرایند جوشش و قرار گرفتن در رده کمک گرمکن ها مورد استفاده قرار می گیرد. 4 نمونه گسترده از کمک گرمکن ها در فرایندهای صنعتی استفاده می شود.

 

1) دیگ کمک گرمکن ها: جوشیدن در پوسته انجام گرفته و حرارت متوسط در قسمت لوله صورت می گیرد. اندازه پوسته ها در مقایسه با اندازه مجموعه لوله ها بزرگ بوده پس هزینه مواد مربوط به یک کتری کمک گرمکن بالااست. کتری گرمکن برای مایعاتی که دارای مواد فوم و یا حساس در برابر حرات بوده مناسب نخواهند بود چون زمان باقیمانده طولانی و برای مایعاتی با رفتاری رسوب مانند به دلیل اینکه سرعت چرخش پایین با چرخش اجباری مقایسه می شود.

 

2) ترموسیفون عمودی گرمکن ها: ترموسفون های گرمکن ها پرخش طبیعی سیال بوسیله تولید بخار در مبدل ارتقا می یابد. در برموسفونهای عمودی گرمکن ها، چرخش در لوله بوجود می آید. پوسته های عبوری منفرد (TEMAE TYPE) به طور عادی استفاده خواهد شد. سرعت چرخشی کل به مرابت بالاتر از سرعت تبخیر است. مزایای سرعت چرخش بالا دارای زمان باقیمانده کمتری و دارای رسوب کمتری در لوله ها خواهد بود.

 

3) ترموسفون افقی گرمکن ها: در ترموسفون های گرمکن، جوشش در پوسته ها رخ می دهد. پوسته معمولا دارای جراین نیمه کاره (TEMAG) و یا جفت جریان نیمه کاره (TEMAH) خواهد بود.

 

4) چرخش اجباری گرمکن ها:چرخش اجباری گرمکن ها شبیه به نوع ترموسفون بوده به استثنای اینکه مایع به درون مبدل پمپ گردد چرخش اجباری در این موارد از شرایط رسوبگیری زیاد مواد گدار و سرعت تبخیر پایین ترجیح داده می شود.


5.4.1) ضرایب انتقال حرارت جوش:

فرایند جوشیدن هم می توان به شکل هسته دار و یا به صورت ها جابجا شده باشد. در بیشتر شرایط جوشیدن جابجایی، جوشش از نوع هسته دار می تواند بطور همزمان انجام پذیرد. حتی زمانیکه مایع متراکم برسد، اگر مایع کنار دیواره اشباعش قبل از حجم کلی مایع افزایش یابد، جوشش هسته دار زیر نقطه سرد می تواند رخ دهد. ضریب انتقال حرارت جوش مجموع 2 مولفه می باشد: مولفه جوشش هسته دار و مولفه جابجایی. Chen معادله زیر را برای ضریب جوش ارائه داده است که hNB ضریب جوشش هسته دار با جریان صفر بوده، sB عامل کوشش برای جوشش هسته دار تحت شرایط جابجایی و hc ضریب انتقال حرارت جابجایی اجباری تک فازی است اگر محتوای مایع محلوط تنها جریان کند و FB ضریب افزایش برای جریان های دوفازی می باشد. ضریب جوشش هسته دار hNB می تواند بوسیله یکی از روابط زیر بدست آید. روابط Forster و Tuber به صورت زیر است:

که زیروند L و v به ترتیب به فاز بخار و مایع بر می گردد و ΔHv گرمای تبخیر و σ کشش سطحی مربوط به فاز مایع می باشد. فشار Pw و Ps به ترتیب مربوط به فشارهای اشباع متناظر با Tw و Ts می باشد. روابط پیوسته Mostinski برای جوشش هسته دار بوسیله Ulip & Fair پیشنهاد گردیده است: ضریب کوبش SB توسط Chen در حالت گرافیکی ارائه شده است. میتواند بصورت تحلیل بیان گردد. و ضرایب a1 و a2 در جدول 5.10 داده شده است. Gughmark مقداری برابر 0.25 را برای SB پیشنهاد داده است: ضریب انتقال جرارت جابجایی اجباری (hc) برای جریان تک فازی با استفاده از روابط متناسب با طرف لوله و یا طرف پوسته در بخش 5.2 بدست خواهد آمد. ضریب افزایش به صورت زیر می باشد: که Xtt پارامتر های Martinelli بوده که در معادله (5.101) نشان داده شده است. شکل ساده شده برای FB به صورت زیر است:

روابط موجود برای جوشش هسته دار زیر نقطه سردکننده بوسیله Stephen و Abdelselom ارائه و برای حالت نخستین از جوشش توسط Damis & Anderson ارائه گردیده است.


5.4.2) ترموسیفون عمودی گرمکن ها:

نقشه مربوط به ترموسیفون عمودی گرمکن ها در شکل 5.6 نشان داده شده است. واحدهای گرمکن به بخش holdup مایع که بتواند به عنوان تشنکی برای ستون تقطیر باشد متصل شده است.  سطح مایع در بخش holdup تقریبا در سطح بالاترین صفحه لوله ای از گرمکن حفظ خواهد شد. مایع از محزن به درون یک مسیر خوراک در مبنای یک گرمکن جریان یافته و در لوله ها توزیع خواهد شد/ گرمای متوسط که معمولا بخار است برای طرف پوسته از گرمکن استفاده می شود. گرمای محسوس شده تا زمانیکه دمای دیواره لوله به نقطه حباب مایع برسد منتقل خواهد شد/ در این نقطه جوشش هسته دار مایع متراکم حتی اگر  حجم مایع کمتر از نقطخ حباب باشد شروع خواهد شد. ترکیبی از بخار و مایع از نقطه بالایی لوله منتشر شده و وارد بخش holdup جائیکه گه فاز مایع و بخار جدا می شود خواهد شد. سرعت چرخش از طریق موازنه فشار بین مسیر خوراک AB (از قسمت holdup مایع به سمت پایین گرمکن) و مسیر تبخیر BD (بازگشت از گرمکن به مخزن) بدست خواهد آمد. سرعت انتقال حرارت و سرعت چرخش نیز بوسیله سرعت تبخیر به هم مرتبط می شوند. کاملترین طرح برای ترموسفون های عمودی گرم کن ها اولین بار بوسیله Fair ارائه شد. نظریه مشابه بوسیله Hughmark پیشنهاد گردید. Mekee مطالب موجود مربوط به ترموسفون های گرمکن را بررسی کرد.


سرعت چرخش:

سرعت چرخش در گرمکن بوسیله موازنه افت فشار در مسیر ΔPABورودی در مقابل افت فشار برگشتی از مسیر ΔPBA تعیین خواهد شد. افت فشار در مسیر ورودی AB به صورت زیر است:

که LAB طول معادل از مسیر ورودی است، ΔZ مقدار افت هیدروستاتیکی است و f ضریب اصطکاک Fanning است. افت فشار در مسیر بازگشتی BA تریتیبی از 3 ترم می باشد (اتلاف اصطکاک + اتلاف شتاب + اتلاف افت استاتیکی = ΔPAB)

که Ptp چگالی خالت دو فازی است که به صورت زیر می باشد:

Rg، holdup گاز در هر نقطه در طول لوله گرمکن بوده و می تواند بوسیله رابطه Chisholm ارزیابی گردد.

که Rg تابعی از جر مولی تبخیر شده است و در امتداد طول گرمکن تغییر می کند پس معادله 5.113 می بایست در امتداد طول لوله به طرف تعدادی از فواصل محدود و با استفاده از ptp متناسب در هر فاصله انتگرال گیری شود. ترم اتلاف شتاب برای محاسبه و اندازه گیری تغییر انرژی فشاری استاتیکی برای مومنتوم مخلوط فشار با توجه به شرایط جریان غیر هم دما بدست می آید.

که Rg در شرایط خارجی از این فاصله ارزیابی می گردد. اتلاف اصطکاک ترکیبی از سه ترم است:

ΔPfric,BC می تواند از رابطه شریب اصطکاک قار دادی ارزیابی شود:

ضریب اصطکاک f از معادلات 4.3، 4.5 و 4.8 محاسبه می شود. افت فشار های دو فازی در قسمت های CD و DA با استفاده از روابط Lockhart – Martinelli معادله 5.99 به همراه ضریب C که بوسیله Chisholm ارائه شد بدست خواهد آمد که در معادلات 5.102 و 5.99 نشان داده شده است. Sarma و همکارانش پیشنهاد دادند که افت فشار دو فازی می تواند با استفاده از روابط Orkiszewski (بخش 4.6.1 برای رژیم های جریانی مختلف محاسبه شود. در یک بررسی گسترده از تمام روابط برای جریان های دوفازی Atherton & Degance دریافتند که روابط بوجود آمده توسط  Orkiszewski دارای وقت کمتری برای لوله هایی با قطر کمتر از m0.089 طراحی شده و استفاده از روابط  Orkiszewski دقت به مقدار بیشتری نسبت به استفاده از معادله Lockart – Martnilli برای اشکال محتلف از جریان در گرمکن ها گسترش نیافته است.


انتقال حرارت:

پیش تر یادآوری شده بود که انتقال حرارت در لوله گرمکن ها از 3 رژیم مشخص عبور خواهد کرد. روابط مختلف بایستی برای هر کدام از رژیم ها استفاده شود. برای رژیم های حرارتی حساس، روابط 5.15 و 5.10 استفاده می شود. در ناحیه تبخیر معادلات 5.110 و 5.104 قابل استفاده است.


5.4.3) الگوریتمی برای محاسبات مربوط به گرمکن های عمودی:

الگوریتم زیر برای محاسبات کاربردی از ترموسفون ها عمودی گرمکن ها وارد شده است. برنامه رایانه ای برای سرعت گرمکن در برنامه P-5-3 داده شده است. این طرز عمل اساسا محاسبات قدم به قدم را در امتداد طول لوله با استفاده از طوب های نموی پذیرفته شود.


1- داده های هندسی ورودی: قطر بیرونی لوله (do)، قطر درونی لوله (di)، طول لوله L ضخامت صفحه لوله Ls تعداد کل لوله هاNT قطر ورودی و مسیرهای برگشتی (Din , Dout) طول های معدال از مسیرهای برگشتی و خروجی (LAB , LDA) و ارتفاع فلاش تانک در بالای قسمت پایین لوله


2- اطلاعات مربوط به سیال ورودی طرف پوسته: دبی جریانی از سیال پوسته – لوله میانگین دمای سیال پوسته – لوله و یا سیال پوسته که با تصعید و یا دارای جابجایی حرارت است. اگر حرارت محسوس جابجا شده و سپس داده های هندسی افزوده شده ورودی (بخش 5.2) باری ارزیابی ضریب انتقال حرارت طرف پوسته؛ خواص فیزیکی سیال پوسته در دو مرجع دمایی اگر بهار تصعیدی بر روی پوسته و سپس ضریب انتقال حرارت ورودی برای بخار تصعیدی انجام می گیرد. هیچ داده ای برای اشکال مختلف پوسته ای، خواص فیزیکی و دبی جریان نیاز نیست. همچنین دمای سیال پوسته نیز مورد نیاز است.


3-داده های دو دمای ورودی مرجع (Tref1) و (Tref2) و خواص فیزیکی از سیال جوششی را در دو دمای مرجع قرار دهید.

4- ضرایب ورودی از معادله انتوان برای روابط دما – فشار بخار از سیال جوششی را انجام دهید. تنها سیستم های تک جزئی اینجا مورد عمل قرار می گیرد.

5- یک سرعت چرخش را از میان گرمکن فرض کنید.

6- افت فشار در مسیر ورودی ΔPAB را محاسبه کنید.

7- طول ناحیه حرارتی حساس را به صورت زیر محاسبه کنید: (a) طول LBC را در نظر یگیرید. (b) فشار را در نقطه c محاسبه کنید. (c) دمای فرایند Ts,c را در پایان ناحیه خرارتی محسوس به عنوان نقطه حباب Pc محاسبه کنید. (d) ضریب انتقال حرارت محسوس لوله hi را از معادلات 5.18 و 5.12 محاسبه کنید. خواص فیزیکی توسط دمای میانگین فرایند (TB+Tc)/2 ارزیابی می شود. (e) ضریب انتفال حرارت محسوس پوسته ho  را از داده های فرآیند محاسبه کنید. برای بخار تصعیدی مقدار ho هنوز به صورت خوراک ورودی است و این مرحله می توان حذف شود. (f) ضریب انتقال حرارت کلی را برای ناحیه حراتی محسوس USH محاسبه کنید. (g) کار حرارتی را برای فواصل مختلف محاسبه کنید. (h) با استفاده از کار حراتی و موازنه انرژی در ناحیه حراتی محسوس مقدار تخمینی TC را بدست آورید. (i) اگر TC بدست آمده در مرحله h با مقدار بدست آمده TS,C از مرحله (c) با اندکی نوسان برابر باشد، سپس محاسبات حرات محسوس کامل خواهد بود. پس به مرحله (8) بروید. در غیر اینصورت مقدار جدیدی از LBC را فرض کرده و مرحله (b) – (i) را انجام دهید.

8- ناحیه جوششی هسته دار CD را به فواصل متعدد تقسیم کنید. از اولین فاصله شروع کنید، ضرایب انتقال حرارت پوسته و لوله را محاسبه و از این رو مقدار ضریب انتقال حرارت کلی (UNB) را بدست آورید.

9- از UNB و اختلاف دمای بین سیالات پوسته ولوله شار حراتی موضعی و به همراه آن جز مولی تبخیری را از موازنه انرژی موضعی محاسبه کنید.

10- افت فشار را در فواصل مختلف با استفاده از معادلات 5.102 و 5.99 بدست آورید.

11- مراحل 8-10 را برای هر فاصله تکرار کرده و افت فشار کلی ΔPCD را بدست آورید.

12- با استفاده از شرایط موجود در نقطه D افت فشار دو فازی را در مسیر برگشتی AD بدست آورید.

13- افت فشار کلی را در مسیر برگشتی ( ΔPBA) را بدست آورید.

14- اگر افت فشار های در مسیر برگشتی و ورودی همراه با نوسان از قبل تعیین شده باشد. سپس محاسبات کامل بوده و به مرحله 15 می رویم. در غیر اینصورت تخمین جدیدی از سرعت چرخش را بدست آورده و به مرحله (6) برگشته تا به مقدار تزدیک شده برسیم.

15- تمام نتایج مورد نیاز را چاپ می کنیم.


برنامه P-5.3)

برنامه ای برای سرعت یک ترموسفون عمودی مربوط به گرمکن در اینجا لیست شده است. برای آنکه برنامه را ساده حفظ کنیم، بایستی فرض کنیم که دمای پوسته ثابت است. این شرایط بوسیله بخار و یا بخار تصعیدی خالص در پوسته انجام می گیرد. ضریب انتقال حرارت پوسته خوراک ورودی بوسیله مصرف کننده است. معادله آنتوان 3 ترمی برای نشان دادن فشار بخار مایع جوششی استفاده می شود. برخی از این تقریب ها تنها برای سیستم های فشاری پایین قابل استفاده است ولی دارای محاسبه ساده ای از دمای اشباع برای فشار بخار بدون هیچ تکراری می باشد. آیا می بایست روابط پیچیده ای استفاده شود و سپس روند ارزیابی دما از فشار بخار نیز بایستی در نظر گرفته شود.

داده های هندسی شامل NT، do، di، Din، Dout، L، LAB و LDA ارتفاع فلاش تانک بر روی لوله پایین و درجه زبری مسیر چخشی و لوله های مبدل های حرارتی است. داده های خواص فیزیکی در دو مرجع دمایی برای جوشش مایع تعیین می شود. اینها شامل ρv , ρL, kL, μV, CPL و σ است . به علاوه حرارت تبخیر از دمای مرجع منفرد به صورت وردی بوده و در امتداد دمای بحرانی و ضرایب انتوان بدست می آید. حرارت جابجایی از ضرایب انتقال حرارت لوله و پوسته و مقاومت در برابر رسوبگیری بر روی پوسته و لوله نیز به صورت خوراک ورودی است. نهایتا دمای فلاش تانک به همراه مقادیر آزمایش از طول ناحیه حرارتی محسوس LSH و سرعت چرخش نیز بدست می آید. محاسبه LSH در حلقه درونی از طریق جابجایی متوالی عمل خواهد کردو بنابراین برای حلقه بیرونی که سرعت چرخش ارزیابی می شود، روش Newton – Raphson برای تخمین همگرایی استفاده می شود. حداکثر تعداد تکرار و ضریب آسایش در ورودی بدست خواهد آمد. تعدادی زی روال برای محاسبال بالا مورد نیاز است.

HBoil: ضریب انتقال حرارت جوششی در لوله های عمودی در زیر برنامه های تابعی و با استفاده از معادلات 5.108 و 5.104 ارزیابی می شوند. مباحث راجع به di, L, ρv , ρL, kL, μV, CPL, σ, ΔHv, WL, WV, Tw, Ts ضریب تصحیح گدازوی و ضرایب آنتوان است. برای تخمین قسمت جابجایی از ضریب انتقال حرارت، زیر برنامه HTUBE در برنامه P.5.1 استفاده می شود.

SURFT: کشش سطحی در دمای T در زیر برنامه از مقادی و دمای مرجع ارزیابی شده و با استفاده از رابطه زیر بدست می آید: که Tr دمای کاهیده شده است. مباحث مرجع شامل کشش سطحی دماهای مرجع و T و Tc است.

DHVAP:این زیر برنامه که مقدار حرارت تبخیر را در دمای T برای مقدار تعیین شده از دمای مرجع را ارزیابی کرده و بخشی از روند زیر برنامه SURFT و دسترس به حالت ENTRY را بدست می اورد. روابط Watson در معادله 2.116 استفاده می شود. مباحث مورد نظر در این زیر برنامه شامل ΔHV مرجع، دمای مرجع، Tc و T می باشد.

دیگر زیر برنامه های مورد نیاز DPCOND در برنامه P-5.2 برای تخمی ن افت فشار های دو فازیس فهرست شده و PRDROP در برنامه P-4.1 برای محاسبات افت فشاری تک فازی و فهرست بندی شده و VICOS, THCOND, SPHEAT و D.ENSITY  در برنامه p-5.1 برای دیگر خواص فیزیکی تخمین از طریق درون یابی بدست می آید.


مثال)

ساختار یک ترموسفون عمودی گرمکن به صورت زیر است: NT=218, do=25.4 mm, di=170 mm, L=2.44 mm, LAB=30.5 m, LDA=15.2 m. ارتفاع فلاش تانک بر روی لوله برابر 1.43  و درجه زبری مربوط به مسیر چرخشی و لوله های گرمکن به ترتیب برابر 0.02 وmm 0.0025 است. از گرمکن برای جوشاندن سیلکوهگزان همراه با بخار تصعید در پوسته استفاده می شود. ضریب انتقال حرارت بخار 6300 بوده است. رسوب مربوط به پوسته قابل صرف نظر بوده و مقاومت لوله برابر با 0.00035 m2k/w است. هدایت حرارتی از لوله برابر 45 w/mk است. دمای بخار و دمای فلاش تانک به ترتیب برابر 381.7 k و 356.7 k است. خواص فیزیکی سیلکوهگزان در جدول 5.11 داده شده است:

گرمای تبخیر در دمای 353.9 برابر 360.2 kj/kg است. ثابت های آنتوان در معادله 2.107 برابر A=15.753 B=2766.6 و C=-50.5 است. زمانیکه فشار بخار به واحد mmHg بیان شود.

سرعت چرخش بار حرارتی گرمکن و جز مولی تبخیر شده را در گرمکن محاسبه کنید. با استفاده از برنامه P-5.3 با مقادیر آزمایشی LSH=1 m و سرعت چرخش برابر 11.2 kg/s، همگرایی با 4 بار تکرار بدست می آید. نتایج در برنامه P-5.3 چاپ خواهد شد.


5.5) کاربرد برای کوره ها:

2 نمونه کوره در عمل استفاده می شود: الکتریکی و سوختی. تمرکز ما در اینجا تنها بر روی کوره های سوختی می باشد. در بیشتر کاربردها، کوره ها برای انجام عملیات احتراق و انتقال حرارت هم زمان طراحی می شود. روش های زیادی برای محاسبه انتقال حرارت تشعشعی در برج های احتراق ایجاد شده است. روش مورد استفاده برای کاربردهای داده شده به طور تقریبی مربوط به عملکرد کوره خواهد بود. روش های ساده نسبی اخیرا استفاده شده و ابتدا برای کاربردهای گرمکن ها در صنعت نقت مورد استفاده قرار می گرفته است. کل حرارت جذب شده تشعشعی توسط یک سینک در محفظه احتراق بدون در نظر گرفتن توزیع شار حرارتی در کوره تعیین می شود. زمانیکه کوزه نیازمند تهیه گرمای حرارتی مربوط به واکنش راکتورهای لوله ای قرار گرفته در کنار محفظه احتراق باشد سپس نه تنها نیازمند به ارزیابی کل حرارت تشعشعی جابجا شده برای سیال در فرایند قرار گرفته می باشیم بلکه توزیع شار حرارتی در کوره وابسته به استخراج و ذوب فلزات اثر می گذاردو بوسیله یک طراحی مناسب از مسیر آتش توزیع شار برای عمق بهینه از تغییرات صورت گرفته یا انتخاب تولید هشدار خواهد داد. مثال های نمونه از فرایند کوره ها می تواند در بهسازی بخار هیدروکربن ها، کراکینگ  هیدروکربن ها برای تولید اولفین و در تولید مونوموکلرایدونیل می باشد. برای دستیابی به تصویری کامل که توضیح دهنده عمل متقابل بین منبع انرژی احتراق و سینک ترکیبی واکنش دهنده باشد، فرمول لندی مدل های مستقل برای محفظه احتراق و راکتور لوله ای الزامی می باشد و سپس به طور مکرر همگرایی پروفایل شار حرارتی و پروفایل دمای فرآیند نیاز خواهد بود. نمایش برخی از نظریات بوسیله Loflus  و همکارانش توضیح داده می شود. مدل راکتور لوله ای برای تجزیه حرارتی اتان در فصل 6 بررسی می شود. در قسمت های بعدی روش هایی برای مدل سازی انتقال حرارت تشعشعی در محفظه احتراق توضیح داده می شود و یک جریان محاسبه ای برای تعیین میزان توزیع شار حرارتی به طور خلاصه ارائه می گردد.


5.5.1) قابلیت انتشار و جذب گاز:

پخش یک گاز، نسبتی از تشعشع احتمالی از یک گاز تنبل درون میدان ویژه ای از لحاظ احتمال ساطع کردن در دمای مشابه از گاز خواهد بود. در محاسبات مربوط به کوره پخش گاز وابسته عوامل زیر است:

(a) فشار جزیی یا اجزای ترکیبی از گازهای تشعشعی. در سوختن کوره ها سوخت های هیدروکربنی مایع یا گاز و گاز های تشعشعی Co2 و H2o هستند.

(b) دمای گاز

(c)  مشخصات طولی که آن را میانگین طول پرتو (Lm) گویند. میانگین طول پرتو شعاع فرضی نیمکره مثل شار چگالی در مبنای نیمکره برای تطبیق شار چگالی بر ناخیه ای دلخواه می باشد. برای کوره های که بصورت   چهارگوش و متوازی السطوح می باشد داریم:

که Vg حجم گاز و A  ناحیه مرزی است. نمودارها بوسیله Hottel که در آن پخش دی اکسید کربن و بخار آب در مقابل دما رسم می شود، به همراه PL به عنوان پارامتری (تولید فشار جزئی و طول پرتو) بوجود امده است. در فشار های بالای فشار اتمسفری ضریب تصحیح بایستی استفاده شود. زمانیکه دی اکسید کربن و بخار آب به طور همزمان حضور می یابند، کل پخشش بوسیله رابطه زیر بدست می آید:

که Δε ضریب تصحیح برای اشتراک طیفی از دو تشعشع گازی می باشد. نمودار ضریب تصحیح بوسیله Hottel وSarofim بدست می آید. مقدار جذب یک گاز در Tg برای تشعشع اجسام کدر برای سطحی دمای Ts از معادله پخش به قدم زیر بدست می آید در معادله 5.125  ضریب پخش گاز در دمای Ts و پارامتر ρL(Ts/Tg) ارزیابی می شود. توان a به ترتیب برای دی اکسید کربن و بخار آب برابر 0.65 و 0.45 است. کل مقدار جذب برای محلوط گاز مجموع دو گاز C02 و H2o است. ضریب تصحیح Δε با توجه به اشتراک طیفی می تواند برای جذب به خوبی استفاده شود.

در فرمول ساده شده از انتقال حرارت تشعشعی گاز، گاز می تواند به عنوان یک گاز بیرنگ باشد. گاز بیرنگ، گازی است که در آن پخش و جذب برابر باشد. بنابراین پخش و جذب با طول مسیر تغییر خواهد کرد. برای گاز حقیقی ضریب پخش و جذب برابر نیست. گاز برای تشکیل یک جز معلوم و تعداد از اجزای بی رنگ عمل خواهد کرد. زابطه طول مسیر پخش برای یک گاز حقیقی می تواند از طریق معادله ای به فرم زیر بیان شود.

که agii ضریب وزن و ki به عنوان ثابت های میرایی می باشند. با انتخاب اعداد مناسبی از مواردی که در یک روی در معادله 5.126 و دقت مطلوب می تواند بدست آید. اجزای تشکیل دهنده کاز شفاف با k=0 و ag,o به عنوان ضریب وزن برای حالت شفاف نشان داده می شود. برای اکثر کاربردهای مهندسی، گاز حقیقی می تواند از طریق شناسایی به عنوان یک مدل سازی از گاز شفاف به علاوه گاز بی رنگ همراه با تنها یک ترم از معادله 5.126 تقریب زده شود.

زیروند 1 در معادله 5.126 می تواند در مباحث بعد چکیده شود. ارزیابی εg در میانگین طول پرتو Lm و دو برابر میانگین طول پرتو 2Lm معادله 5.127 می تواند برای حل مقدار ag و k بدست آید. معادله شبیه به 5.127 می تواند برای ضریب جذب αgs بدست آید:

که εg و αgs دماهای وابسته هستند و از ag و as و k نیز وابسته به دما خواهند بود. برای تابش مخلوط Co2-H2o اثر دما به طور کلی بر روی ag و as و k غیر مستقل از دما خواهد بود. به علاوه as و ag می تواند بوسیله تابع دمایی مشابه بیان گردد. خطای ایجاد شده بوسیله تقریب بسیار کم خواهد بود درحالیکه بزرگی as به طور عددی دارای اهمیت کمتری نسبت به ag است. پس دما متناسب با ag در مقابل T بدست آمده و معادله مشابه برای as مورد استفاده قرار می گیرد.


5.5.2) قابلیت انتشار سطوح:

برای سطوح نسوز ضریب پخش با توجه به نوع مواد ماهیت سطح و بازه دمای عملیاتی انتخاب خواهد شد. برای مثال مقدار نمونه برای درجه پخش برای خاک نسوز برابر 0.75 است. اگر سطوح توسط یک یا تعداد بیشتری از ردیف های لوله که هم در مرکز موره ها و یا نزدیک به دیواره نسوز قرار گرفته اند. شود. سپس آرایش هندسی می بایست به منظور دستیابی به صفحه پخش معادل εP حساب گردد. در کل داریم:

که c فضای مرکز تا مرکز از لوله ها و D قطر خارجی لوله و ρt و εt به ترتیب انعکاس و ضریب پخش سطوح لوله می باشد.  توسط Hottel برای 4 شمل هندسی ارائه گردیده است:

(a) پرتوافکنی از ردیفی منفرد از هر دو جانب

(b) یک طرف از ردیف های نسوز منفرد دارای پرتوافکنی باشد که FPT بوسیله معادله 5.132 بدست می آید.

(c)  دو ردیف از لوله ها از هر دو طرف پرتوافکنی دارند. لوله ها به طور معمول بر روی مراکز مثلثی قرار می گیردند

که FPT مشابه با FPT در معادله 5.132 است. FPT2 بصورت زیر تعیین می شود:

که s فاصله مرکز تا مرکز بین دو ردیف موازی از لوله هاست. برای لوله هایی که بر روی پلکان های مثلثی هم عوض نصب می شوند: s=  است: برای1 s/c  و n=0 داریم:

برای s/c 1 و n=0 داریم:

که AL از معادله کلی با قرار دادن j=1 بدست می آید:

برای بیشتر شرایط n از معادله 5.138 می باشد.

(d) دو طرف لوله های بر روی دیواره نسوز نصب شده است که Fpt1 بوسیله معادله 5.132 و FPT2 از معادلات 5.139 و 5.135 بدست خواهد آمد.

 

5.5.3) محاسبه نواحی متغیر:

محاسبه نواحی متغیر برای کوره ها ک در شکل 5.7 نشان داده شده نمایش داده شده است کوره از سطح مقطع مثلثی همراه با کابل نوری که در مرکز قرار گرفته خواهد بود. فضای گاز به حجم ها یا مکعب های دارای مسیر مستقیم تقسیم بندی می شود. تنها نصفی از پیکربندی کوره در شکل 5.7 نشان داده شده و نصف دیگر تصویر اینه ای از بخش نشان داده شده است. سطح و نواحی گاز به طور ردیف شمرده خواهد شد. کابل های نوری به عنوان معادل با یک سینک خواهد بود.

اولین مرحله محاسبه مستقیم نواحی متغیر برای ساطع کننده های تیره است. جزئی از تشعشع کلی خروجی از یک ناحیه که توسط ناحیه دیگر جذب می شود. مفهوم ناحیه متغیر مستقیم اولین با بوسیله Hottel & Chen ارائه شد. تبدیل تابشی می تواند از یک سطح به سطح دیگر، گاز به سطح و گاز به گاز تغییر یابد. ناحیه متغیر مستقیم بین یک سطح ساطع کننده i و یک سطح گیرنده j بوسیه SiSj نشان داده خواهد شد. به طور مشابه، ناحیه بین سطح ساطع کننده گاز  i و یک سطح گیرنده j بوسیله gisj نشان داده شده و بین سطح ساطع کننده گاز i و سطح گیرنده گاز نیز بصورت gigi نشان داده می شود. Hottel & Cihen و Hottel & Sarofim نمودارهای گسترده ای که نواحی متغیر مستقیم می توانند برای موازی السطوح های مثلثی محاسبه شوند را فراهم کردند. نواحی به عنوان تابعی از پارامتر بدون بعد KB که k ضریب میرایی و B مسیر مکعبی که حاوی ناحیه گازی است می باشد. برای سیستم های دو بعدی نواحی متغیر مستقیم برای نواحی معین ممکن است از طریق جمع کردن عوامل Hottel & Cihen برای مکعبات گازی و سطوح مربعی بر روی نواحی نا محدود بدست خواهد آمد. مثال عددی در زیر برای نمایش ارزیابی از نواحی متغیر مستقیم داده شده است.


نمایش:

فرایند کوره دارای 2 ردیف موازی از لوله های هم مرکز وصل شده و از هر دو طرف با گاز طبیعی آتش زده شده اند. بخش طولی مربوط به نصف کوره در شکل 5.7 نشان داده شده است. کوره دارای 10 طول و 3 متر ارتفاع با تصف عرض برابر 1 متر است. کوره به 3 ناحیه گازی که در شکل 5.7 نشان داده شده تقسیم می شود که هر ناحیه دارای ارتفاع 1 متر می باشد. نواحی نسوز و نواحی مرطوب در جدول 5.12 شمرده شده و نشان داده شده اند. پوشش بالایی معمولا شامل یک قوس نشوز همراه با لوله های انتقال گرمایی است ولی آخرین مورد را شامل نمی شود زیرا در اینجا  تا زمانیکه اطمینان برای انتقال حرارت تابشی نباشد شامل نخواهد شد. قیل از اقدام به محاسبه نواحی متغیر مستقیم ، محاسبه مقدار میانگین طول پرتو و ثابت های میرایی الزامی است: حجم کوره = 60 مترمکعب، ناحیه مرزی شامل کف و سقف = 112 متر مربع. از معادله 5.123 و مقدار میانگین طول پرتو= 1.886 است.

فرض کنید که گاز طبیعی مورد مظر ما تماما متان بوده و 10 درصد دارای هوای اضافی برای احتراق کامل استفاده می شود. فشار در کوره در حدود 101 kpa و نسبت جرم هوا به سوخت برابر 18.9 است. با توجه به استوکیومتری احتراق، فشارهای جزیی Co2 و H2o به ترتیب برابر 8.8 kpa و 17.6 kpa است. با توجه به مرجع 51 ضرایب پخش گازهای تشعشعی برای تولید فشار جزیی و خواص طولی در دمای میانگین 1700k بدست خواهد آمد. از معادلات 5.128 و 5.129 با مقادیر ag=0.34 و k=0.478 را خواهیم داشت. در حالیکه مسیر حجمی گاز مکعب برابر با 1 m و KB=0.478است. نواحی متغیر مستقیم از نمودارهای Hottel & Cohen بدست خواهد آمد. ما مقدار SSi,j=0 را داریم چون سطوح یکدیگر را نمی بینند و SS1=0 چون فواصل مجزا بسیار بلند است. اگر فواصل مجزا کننده بیش از 4 طول مکعبی باشد، ناحیه متغیر مستقیم فورا کاهش یافته و به صفر می رسد برا ینواحی طولی که دارای طول 10 است ناحبه به 10 مکعب کوچکتر تقسیم می شود.

ناحیه SS1.7: ناحیه متغیر مستقیم برای هر مکعب کوچکتر با ناحیه 1 اولین مقدار بدست آمده از نمودار است. برای KB=0 داریم:

روندی مشابه برای S2.7 و S3,7 استفاده می شود.

ناحیه SS7.10: در اینجا ما دارای دو سطح موازی هستیم که هر کدام دارای 10 طول می باشد. نواحی بین زیر بخش های 7(i) و 10(j) برای تمام j ها محاسبه خواهد شد. برای KB=0 داریم:

نواحی باقیمانده درجدول 5.14 داده شده است. زمانیکه هر کدام از زیربخش های در صفحه 7 در زیر بخش های سطح 10 نیز مشاهده شود، ناحیه متغیر مستقیم کلی برابر است با:

روش مشابه برای دیگر نواحی صفحه های طولی نواحی گاز به سطح گاز به گاز استفاده می شود. ماترسی های مربوط به نواحی متغیر مستقیم برای KB=0 و KB=0.478 در ماتریس 1 و 2 داده شده است. وقتی ماتریس ما منقارن باشد، تنها ماتریس های بالا مثلثی نیاز به تعیین شدن دارند.

نواحی متغیر مستقیم را نمی توان به عنوان بازتابش چندتایی که در یک سیستم حقیقی رخ دهد فرض کرد. مرحله بعد محاسبه کل نواحی متغیر از نواحی متغیر مستقیم می باشد. کل نواحی متغیر برای نواحی سطح به سطح، گاز به سطح، گاز به گاز به ترتیب بوسیلهSiSj و GiSj و GiGj نشان داده می شود. این ترم ها بوسیله فرضی مبنی بر اینکه دمای هر ناحیه به   جز یکی صفر است ارزیابی شده و سپس یک موازنه گرمایی برای هر ناحیه را فرمول بندی خواهیم کرد. این روش برای هر ناحیه متوالی تکرار خواهد شدو نتیجه مربوط به معادلات خطی برای بدست آوردن کل نواحی متغیر حل خواهد شد. جزئیات بوسیله Hottel & Sorafim داده شده است. تنها یک طح اصلی از روش محاسبه در زیر ارائه شده است. شار چگالی باقیمانده Wi از یک سطح از رابطه ای که jρ بازتاب سطح ناحیه و j و n تعداد نواحی سطحی است بدست خواهد آمد.

برای سطوح نسوز، قابلیت انتشار مناسب در معادله 5.142 استفاده خواهد شد. برای سطوح سینکی قابلیت انتشار صفحه ای معادل از معادله 5.131 بایستی محاسبه شود. در معادله 5.141 سطح ناحیه برای سطح سینکی یک صفحه معادل خواهدبود که

که AT سطح حقیقی لوله ها در ناحیه سینکی است. معادله 5.141 برای مقادیر شار چگالی انعکسی wi بر روی تمامی سطوح i حل شده و متوالی زمانیکه هر منبع / سینک به عنوان یک ساطع کننده تنها j عمل خواهد کرد. پس در نماد سازی ماتریس داریم:

با حل متوالی معادله 5.144 برای هر حرکت برداری n بردار جواب بدست خواهد آمد. زمانیکه دمای سطوح تاثیری بر روی کل ناحیه متغیر ندارد، مقداری واحد برای توان ساطع کننده تیره نسبت داده خواهد شد. زمانیکه محور پاسخ بدست می آید، کل ناحیه متغیر برای حالت سطح به سطح به صورت زیر ارزیابی می شود:

که δij دلتای Kroenecker بوده و زمانیکه i=j برابر یک و وقتی i j برابر صفر می باشد. پیشوند S در s,jWi نشان دهنده بردار پاسخ برای سطوحی که j به عنوان ناحیه ساطع کننده است می باشد. زمانیکه ماتریس کلیه ناحیه متغیر به صورت متقارن باشد تنها ماتریس بالا مثلثی نیازمند ارزیابی است. مساحت متغیر کلی از حالت گاز به سطح در یک حالت مقایسه ای بدست خواهد آمد. در معادله 5.144 بردار حرکت سمت راست اکنون بوسیله یک سری بردارهای مختلف جایگزین شده اند که هر کدام برای m ناحیه گازی است. بردار حرکت برای نواحی گازی:

حل این معادله برای m بردار پاسخ g,jWi همراه با یک بردار حرکت سمت راست معادله 5.144 در یک زمان مساحت کل متغیر از حالت گاز به سطح به صورت زیر بدست می آید:

روش تناوبی برای ارزیابی کل مساحت متغیر از حالت گاز به سطح با استفاده از معادله زیر خواهد بود:

مساحت کلی متغیر در حالت گاز به گاز ممکن است از طریق مقادیر g,iWi مورد استفاده در معادله 5.146 محاسبه شود. کل مساحت متغیر برای حالت سطخ به سطح برای هردو اجزای روشن (k=0) و اجزای بی رنگ محاسبه می شود. مساحت کلی متغیر برای حالات گاز به سطح و گاز به گاز تنها برای اجزای تشکیل دهنده بی رنگ می گردد.


5.5.4) موازنه انرژی کلی:

شار تشعشعی بین دو ناحیه در محوطه ای (حصار) که شامل گاز حقیقی به عنوان جمع وزنی از سم گازهای بیرنگ از ثابت های میرایی مختلف به نسبتی با ضرایب as,i (یا ag,i برای نواحی گازی) وزن می گردد و در دمای سطح ساطع کننده ارزیابی می شود. کل مساحت متغیر وزن شده را نواحی شاری مستقیم گویند. برای مدل روشن یک گاز بی رنگ ناحیه شاری مستقیم برای سطوح i ساطع کننده شار شعاعی به ناحیه j به صورت زیر بدست می آید:

افزودن بر تغییر تابشی انتقال حرارت جابجایی بین ناحیه گازی و تمام نواحی مجاور رخ خواهد داد. به علاوه اتلاف گرما از سطوح نسوز به نواحی محدود انجام می گیرد. این دو ترم می بایست در معادله کلی موازنه انرژی که برای هر ناحیه نوشته می شود در نظر گرفته شود.

موازنه انرژی بر روی مساحت سطح i:

Tg,c دمای ناحیه گازی مجاور بوده است. برای دیگر سطوح مخالف با سینک Q برابر صفر است.

موازنه انرژی بر روی ناحیه گازی i:

که QR,i نسبت انرژی ازاد شده از عمل احتراق بوده و Qe,i شار آنتالپی خالص به ناحیه گازی i در میان مرزهای ان می باشد. ترم انتقال حرارت جابجایی بایستی بر روی تمام سطوح مجاور با ناحیه گازی جمع گردد. مدلی از الگوی جریان گاز در محفظه احتراق نیازمند به ارزیابی Qe,l است. در فرایند کوره تهیه مکانی برای یک راکتور تجزیه خرارتی نسبت عزض کوره به طول آن پایین بوده و بنابراین تقریبی معقول به عنوان پیستون جریان گاز عمل می کند. با توجه به شکل 5.7 برای ناحیه گازی i شار آنتالپی خالص در بین مرزها به صورت زیر است:

که mi کل دبی جرمی از گازهای احتراق خروجی از ناحیه i بوده که از روابط زیر بدست می آید:

در معادله 5.156 m0=0 و miΔ سرعت افزودن سوخت و هوا به ناحیه گازی i است.


5.5.5) توزیع شار حرارتی:

به منظور محاسبه توزیع شار حرارتی در کوره معادله موازنه انرژی 5.153 و 5.154 برای تمامی نواحی ساطع کننده(نسوز و گاز) می بایست که حل شود. زمانیکه ترم انتقال حرارت جابجا شده در دما به صورت خطی باشد در حالیکه ترم تشعشع با توان 4 دما تغییر خواهد کرد معادله موازنه انرژی سیستمی از معادلات جبری غیر خطی ایجاد خواهد کرد. یکی از ساده سازی هایی که به آسانی برای صرفنظر کردن از ترم جابجایی در فرضیه ای که ترم تشعشع بصورت غالب است می تواند به خاطر بیاید. این روش ساده سازی می تواند T4 را به عنوان متغیری مستقل و باعث کاهش موازنه های انرژی برای سیستمی با معادلات خطی که می تواند به آسانی بوسیله روش های ماتریسی حل شوند ارائه گردد. متاسفانه ترم های جابجایی مربوط به بیش از 10-30 درصد از کل انتقال حرارت و صرفنظر کردن از ترم خطی می بایست دارای نتایج نادرستی از تخمین شار حرارتی داشته باشد. اگر طرحی تکراری برای تقارن با دمای سینک بوسیله حل پیوسته معادلات مربوط به راکتور و معادلات دیگر شکل گیرد سپس حذف ترم های جابجایی برای تقارن با بیشتر شرایط اشتباه عمل می کند. به جای حل تمام معادلات غیرخطی همزمان محاسباتی برای ساده سازی از طریق حل متوالی یکی از معادلات در یک زمان از بوسیله روش Newton-Raphson صورت خواهد گرفت. بیان قدرت ساطع کردن سطوح تیره به صورت زیر است:

که σ ثابت Stefan-Boltomann است معادله 4.153 یا 5.154 می توان به فرم زیر نوشته شود:

ضرایب a و b و c به صورت زیر بیان می شوند:

برای نواحی سطحی:

برای نواحی گازی:

برای شروع محاسبات با ناحیه i=1 دمای تمام نواحی با فرض کردن i بدست می آید. معادله 5.158 بوسیله مرحله ای محدود از روش  Newton-Raphson حل می شود. این روند سپس برای ناحیه بعدی پس از تصحیح نواحی شار مستقیم با ناحیه i به عنوان یک ساطع کننده مرتبط خواهد شد.  بعد از تکمیل تمامی نواحی گازی و سطوح نسوز نتیجه بردار دما با بردار اولیه مقایسه خواهد شد. اگر 2 دمای موجود با نوسان اندکی برای هر ناحیه درست باشد، سپس همگرایی مورد نظر بدست خواهد آمد. در غیر اینصورت روند کلی بعد از روز رسانی بردار دمای اولیه بوسیله اکثر تخمینات اخیر تکرار خواهد شد. نوسان برای تکرار متوالی به صورت ±1 کلوین است. زمانیکه دماهای ناحیه محاسبه می شود، شارهای جرارتی منحنی بر روی سطوح لوله از معادله 5.153 تعیین می شود. حرارت خالص جابجا شده به سیال جداری لوله توسط Qnet,i که در آن شار حرارتی از طریق تقسیم بوسیله سطح خارجی لوله بدست می آید. الگوریتمی برای محاسبات کامپیوتری در زیر داده شده است:


الگوریتم:

1-   قرار دادن داده ها: تعداد نواحی سطحی که شامل سینک ها، تعداد نواحی گازی، تعداد سینک ها، بردار تعداد نواحی گازی مجاور برای هر ناحیه سطحی، بردار علامتدار برای نشان دادن اینکه ناحیه سطحی ساطع کننده و یا سینک است و حداکثر تعداد تکرار های مجاور خواهد بود.

برای نواحی مربوط به سینک: نواحی سطحی واقعی از لوله ها در هر ناحیه نفوذی بردار ضرایب انتقال حرارت جابجایی برای نواحی سطح، ثابت های ag و as در مقابل روابط T ضرایب انتقال حرارت کلی بین سطح و محدوده و دمای محدود، ماتریس های بالامثلثی متغیر مستقیم برای هر دو اجزا شفاف و بی رنگ، کل سوخت (خوراک) ورودی، نسبت هوا/سوخت، گرمای احتراق ، رابطه ظرفیت – دما برای گازهای احتراقی و بردار جزئی مربوط کل گرمای ورودی برای هر ناحیه، بردار دمای فرضی برای تمام نواحی ساطع کننده خواهد بود.

توجه: تمام دماهای مربوط به سینک بایستی در اولویت شناخت باشند.

2-   کل نواحی متغیر سطح به سطح برای هر دو اجزا روشن و بی رنگ با استفاده از معادله 5.145 محاسبه کنی. کل مساحت متغیر برای حالات گاز به سطح و گاز به گاز را برای اجزای بی رنگ از معادله 5.147 و 5.199 محاسبه کنید.

3-   شمارنده تکراری=1

4-   As و ag را به ترتیب برای هر ناحیه و سطح در دمای مناسبی از ساطع کننده محاسبه کنید.

5-   نواحی شار مستقیم را از معادلات 5.150 و 5.152 بدست آورید.

6-   ضرایب a,b,c را از معادله 5.158 برای هر ناحیه ساطع کننده را بطور مکرر ارزیابی و معادله را از طریق روش Newton-Raphson حل کنید.  دماهای جدیدی را برای تمام ساطع کننده ها بدست آورید.

7-   تغییرات میانگین ریشه چهارم مربوط به دماهای اولیه و نهایی را برای تمام ساطع کننده ها محاسبه کنید.

8-   اگر خطای rms کمتر از 1 باشد سپس به مرحله 10 بروید در غیر اینصورت بردار دما را در نقطه شروع از تکرار بوسیله اکثر بردارهای دمای اخیر و افزایش شمارنده تکرار را جایگزین کنید.

9-   اگر تعداد تکرارها کمتر از حداکثر تعیین شده باشد سپس به مرحله 9 بروید در غیر اینصورت پیغام خطا و محاسبات خروجی را چاپ کنید.

10-              گرمای خالص ورودی برای هر ناحیه نفوذی از معادله 5.153 ارزیابی کنید. گرمای خالص ورودی را بوسیله سطح ناحیه لوله برای دریافت میانگین شار حرارتی بر روی لوله ها را تقسیم کنید.

11-              تمام نتایج مربوط را چاپ کنید.

برنامه P-5.4):

برنامه ای برای شبیه سازی فرایند کوره با استفاده از روش Hottel و همکارانش بدست آمده است/ گرمای ورودی، دماهای سطوح نفوذی، هندسه کوره و نواحی متغیر مستقیم داده شده است. برنامه های مکرر مقدار توزیع شار حرارتی و دماهای نواحی را محاسبه خواهد کرد. از مدل گاز روشتن به علاوه بی رنگ استفاده می شود. پروفایل دمایی اختیاری از ابتدا برای تمام کوره ها و نواحی گازی تعیین شده است. معادلات موازنه ای گرما برای بدست آوردن دما های واقعی حل خواهد شد. پروفایل دمایی اخیر در هر کدام از تکرار ها تا زمانیکه مربع ریشه مجموع باقیمانده از دو پروفایل دمایی کمتر از 1 k خواهد بود. یک نوسان شدید تر برای همگرایی تا زمانیکه دقت اندازه گیری هایی دما در کوره بیشتر از 1 k نباشد لازم نخواهد بود.

داده های ورودی به شکل زیر است: تعداد نواحی نسوز، تعداد نواحی گازی، تعداد نواحی نفوذی، بردار تعداد نواحی گازی مجاور برای نواحی سطحی، بردار علامت دار برای تشخیص نواحی نفوذی (برای نواحی نفوذی و برای نواحی نسوز)، ثابت های موجود در روابط ag-T ، بردار حجمی نواحی گازی، بردار نواحی سطحی، ضرایب در گرمای ظرفیت- دما، ثابت های میرایی، نرخ سوخت ورودی، گرمای خالص احتراق، نسبت هوا/سوخت، قابلیت انتشار صفحات معادل و نسوز، بردار نفوذی از دمای منطقه (تمام دماهای نسوز و دماهای گاز دارای مقادیری آزمایشی هستند)، بردار جزئی از کل حرارت ورودی به نواحی گازی و ماتریس نواحی متغیر مستقیم برای گازهای بی رنگ و روشن است. ماتریس ها به صورت ماتریس های ورودی بالامثلثی می باشند. برنامه برای ابعادگذاری تعداد 20 ناحیه سطحی و 5 ناحیه گازی انجام گرفته است. تا حدود 5 ناحیه نفوذی می تواند تعیین شود. ماتریس موقتی TMR در این برنامه برای احضار ماتریس متغیر MATIN استفاده می شود که ماتریس انتقال عکس شده است. ماتریس TMR بایستی از طریق P که تعداد کل نواحی سطحی (سینک) و برابر تعداد کل نواحی خواهد بود. برنامه از الگوریتم زیر پیروی می کند.

Solve: این زیر روال معادله 5.158 را بوسیله روش Newton-Raphson محدود حل خواهد کرد. موارد مورد یحث شامل ضرایب معادله 5.158 و تغییرات T خواهد بود.

مثال) مسئله: کوره نشان داده شده در شکل 5.7 دارای 24 لوله است که در ردیف موازی بر روی پلکان های مثلثی هم طول برابر 254 قرار داده شده است. قطر بیرونی لوله mm127 است. ردیف های لوله بوسیله فولادهای بازگشتی به هم وصل شده و طول موثر لوله برابر 9.6 است. ضریب انتشار لوله 0.9 است. سطوح نسوز دارای ضریب پخش 0.65 است. گاز طبیعی فرضی متان بوده که با حرارت احتراقی خالص برابر 5500kj/kg است. ظرفیت حرارتی محصولات احتراق می تواند به شکل زیر بیان شود:

مقدار ag-T دارای رابطه خطی به صورت زیر است:

سطوح نقوذی بایستی در دماهای زیر ادامه یابد (جدول 5.15) پروفایل دمای اولیه در حدود 1500 برای تمام نواحی نسوز و 1700 کلوین برای نواحی گاز عوض می شود. سوخت ورودی برای نیمی از کوره 0.24kg/s است. مقدار برابری از سوخت برای هر ناحیه گاز پذیرفته شده است. ماتریس های نواحی متغیر مستقیم در نمایش بالا داده شده است. استفاده از برنامه P-5.4 توزیع دما و شار حرارتی را می دهد. با استفاده از معادلات 5.132 و 85.13 داریم FPT1=0.658 و FPT2=0.280. بنابراین با استفاده از معادلات 5.131 و 5.134 و εP=0.879 است. ناحیه سطحی واقعی در یکی از نواحی نفوذی برابر 15.32 m2 است. نتایج در برنامه P-5.4 نشان داده می شود.

در شبیه سازی از تجزیه حرارتی کامل از یک سیستم کوره – راکتور، که از دماهای نفوذی اختیاری آغاز شده توزیع شار حرارتی ابتدا بدست می آید. استفاده از شار حرارتی بر روی نواحی نفوذی، مواد، معادلات انرژی و افت فشار برای راکتورهای لوله ای برای دستیابی به دماهای نفوذی حل خواهند شد. معادلات راکتور سپس متناوبا تا زمانیکه دو پروفایل دمایی متوالی در کوره به همراه نوسانات موجود حل خواهد شد. مثال مربوط به تجزیه حرارتی راکتور لوله ای برای کراکینگ اتان در فصل 6 ارائه می شود.

+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و یکم اردیبهشت 1389ساعت 18:54  توسط صادق  | 

 

جدرول زیر برخی از تفاوت های عمومی برای کمک به انتخاب بین مبدل های حرارتی پوسته و لوله صفحه ای و مارپیچ را ارائه می دهد. در بین عوامل «شاخص کارائی» قرار دارد که مقدار هزینه یک مبدل است که بصورت زیر تعریف می شود: I: ضریب انتقال حرارت کلی / هزینه مبدل حرارتی. همراه با ضرایب بیان شده به Btu/hft2˚f و هزینه خرید به $/ft2 ، ELبه واحد Btu/h˚f$ داده شده استو برخی شاخص ها در جدول نشان داده شده و اینها میانگین انواع مبدل های حرارتی در اندازه های 250 و 5وو و ... و سرویس های است.

در کاربردهای معمول بخشی از جدول ترم «دمای نقطه تلاقی» استفاده شده است. این امر می تواند از طریق مراجعه به شکل توضیح داده شود. از جدول در انتخاب اولیه استفاده کنید. بنابراین همراه با تمام راهنماهای عمومی تصحیح انتخاب اولیه می تواند در طی طراحی جزئیات مقایسه و بازبینی گردد.

استفاده از تکنیک:

ما باید برای انتخاب یک مبدل حرارتی برای سرد کردن روغن خوراکی از 200 به 120 از آب خنک کننده 85 استفاده می کنیم. مطالعات بر روی خوردگی نشان می دهد که مبدل می تواند از فولاد وضد زنگ ساخته شود. درجه فشار می تواند 125psi باشد. جدول نشان می دهد که هر سه نمونه مبدل می توانند این خدمات را انجام دهند. پس مبدل بایستی ابتدا بر اساس هزینه و اقتصاد انتخاب شود. برای کسب اختلاف هززینه های نسبی ما به مقادیر EL نگاه می کنیم: b برای مبدل پوسته و لوله از جنس فولاد و ضد زنگ، 4 برای مبدل مارپیچ و 8 برای مبدل صفحه ای از نوع فولاد و ضد زنگ 316 است. این اعداد نشان می دهد که مبدل صفحه ای از جنس فولاد و ضد زنگ 3 برابر بیشتر هزینه نسبت به نوع پوسته و لوله و 2 برابر هزینه نسبت به نوع مارپیچی است.

ارزیابی رسوبات مبدل های حرارتی:

Plant Notebook به طور عمومی برخی از مقالات کوتاه را راجع به موضوعات مختلف برای سود اقتصادی برای یک مهندس که شامل عمل نگهداری و یا طراحی واحدهای صنایع شیمیایی فرایندی را منتشر کرده استو در این مقاله ما از اندک تجربه بوسیله تنرکز بر روی یک موضوع واحد رسوب گیری اجزا مبدل حرارتی خواهیم گذاشت. رسوبگیری مبدل های حرارتی تجمع روسبات بر روی سطوح مبدل حرارتی در یک دوره زمانی منجر به کاهش عملکرد حرارتی مبدل همراه با افزایش هزینه عملیاتی خواهدشد. مهندسین واحدهای عملیاتی باید قادر به یافتن این رسوبا و ارزیابی درجه و سرعت اسن عمل و سپس انتشار یک طرح حفاظتی منظم و نیازمند یک عملیات مفید است. این عمل شامل پخش دوره با هوا یا بخار شستشو با آب، پاک کردن مکانیکی یا شیمیایی با اسید یا محلول های آلکالاین می باشدو اولین مقاله درمورد تعیین درجه رسوبگیری در مبدل های حرارتی است و دومی نشان دهنده روش گرافیکی نظارت بر رسوبگیری در طول زمان است:

تشخیص رسوبات در مبدل های حرارتی

برای توضیح راجع به کاهش تدریجی عملکرد با توجه به تجمع مواد بر سطوح مبدل حرارتی ، مهندس با ترکیب عامل رسوبگیری و طراحی مبدل حرارتی و فضای بیشتر برای اجازه دادن به عمل رسوبگیری را فراهم خواهد کرد.

در طول دوره عملیا مقدماتی و یا بعد از آن تمیز خواهد شد. واحد مورد نظر انتظار می رود بهتر از ظرفیت نهایی مبدل حرارتی عمل کند. بنابراین با گسترش عملیات عملکرد تدریجا شروع به بدتر شدن می کند. زمانیکه مقاومت واقعی رسوب fa برای مبدل های طراحی شده از حد مجاز فراتر رود (طراحی عامل رسوبگیری که با fd نشان داده می شود) عملکرد حرارتی (با Ua برای ضریب انتقال حرارت کلی واقعی ) ممکن است به پایین تراز نرخ ظرفیت نهایی (Ud نرخ ضریب انتقال حرارت کلی (طراحی شده)) برسد.

ضریب عملکرد:

ضریب عملکرد مبدل Ua/Ud می توان بازبینی و اندازه ای از مقدار رسوبگیری باشد.این نسبت به آسانی بدست می آید. Ud بوسیله داده های طراحی شده مشخص و Ua بوسیله تقسیم حرارت واقعی به تولید سطح ئ اختلاف میانگین لگاریتمی دما محاسبه می شود و زمانیکه Ua/Ud به مقدار 80% کاهش می یابد. شستن برای جلوگیری از بدتر شدن عملکرد انجام می شود. Ua/Ud به Ud و اختلاف بین عوامل رسوبگیری طراحی شده و واقعی وابسته است و بوسیله رابطه زیر:

این رابطه می توان برای fa بازآرایی و حل گردد:fa=fd+1/Ua-1/Ud      

شکل نشان دهنده ارتباط بین Ua/Ud و (fa-fd) برای مقادیر مختلفی از Ud است. همانطور که دیده می شود است . برای مثال اگر (fa-fd)=0.001 و عملکرد حرارتی خنک کننده گازی با Ud=20 به مقدار 20% کاهش یافته و فرایند چگالشی با Ud=200 تقریبا 17% زمانیکه بخارچگالنده دارای Ud= 1,000 باشد به 50% تقلیل می یابد.

نظارت گرافیکی بر رسوبگیری:

رسوبگیری در بویلر یا مبدل گرمایی گاز- مایع منجر به کاهش عملکرد حرارتی که در مقادیر کمی از ضریب انتقال حرارت ممکن می شود. مهندس واحد صنعتی می تواند خط درجه رسوبگیری و سرعت انجام بوسیله نظارتU (وهمچنین عامل رسوبگیری f) به عنوان تابعی از دبی جریان و زمان مورد نیاز انجام دهد. وقتی پیشرفت رسوبگیری در یم نقطه خاص محاسبه می شود اندازه اصلاح شده می تواند به ff≥0.03 برای محصولات با سوخت بنزینی یا زغال سنگ برسد.

روند انجام:

روش ارئه شده در اینجا اندکی ساده است/. دبی جریان گاز ورودی و خروجی هر دو سیال اندازه گیری می شود. استفاده از سطح انتقال حرارت و ظرفیت حرارتی گاز و دماهای اندازه گیری شده مشخص شده می تواند ضریب انتقال حرارت کلی را محاسبه کرد. سپس نمودار 1/U نسبت به w-0.8 اگر گاز در جداره درونی لوله جریان یابد و یا w-0.6 اگرگاز در جداره بیرونی لوله جریان یابد رسم می شود. (توجه کنید که در شکل مقیاس محور بالایی افقی برای w-0.6 بوسیله عامل آسان کننده متراکم می شود. این امر بر تخمین عامل رسوبگیری و یا درجه رسوبگیری اثر می گذارد.)

روند انجام ابتدا از زمانیکه دایر شود یا فورا بعد از اینکه شسته شد صورت می پذیرد برخی از قدائت ها در طول مدت چند روز در دبی های جریانی یا دماهای مختلف انجام می گیرد. این نقاط رسم و خطوط ترسیمی از بین آنها می گذرد. خط پشتی به w=∞ برون یابی و عرض ازمبدا B مقدار تخمینی ff را در شرایط مناسبی نشان می دهد. سپس بصورت دوره ای یکبار در هر ماه و یا بیشتر روند انجام این کار تکرار می شود و در هر زمان قرائت های مختلفی درشرایط گوناگون و در طی محدوده زمانی حدود یک هفته یا کمتر انجام  و خطی را رسم می کنیم. (خطوط بایستی تقریبا موازی باشند.) عامل رسوبگیری جدید می تواند با مقدار B خوانده شده از محور عمودی و درجه رسوبگیری مه بوجود می آید تقریب زده شده و بوسیله مسافت بین خطوط بین شرایط جریانی و clean Line صورت پذیرد.

مبنا:

با توجه به موازنه انرژی پیرامون لوله آب و یا لوله آتش با اتلاف حرارتی مربوط به بویلر داریم:

Q=WCP(T1-T2)

=US

ضریب انتقال حرارت کلی می تواند بصورت زیر بیان شود:

U=

ضریب انتقال حرارت گاز بر ضریب انتقال حرات کلی غالب است. برای لوله های آتش بویلر و مبدل های حرارتی که دارای جریان درونی گاز لوله ها می باشد: 1/U=AW-0.8+B و برای بویلر های لوله آبی و مبدل های حرارتی که دارای جریان طولی یا بیرونی یا لوله های پره دار هستند بصورت زیر است: 1/U=AW-0.6+B

ثابت A که شیب خط (1/U در مقابل W-0.8) یا (1/U در مقابل w-0.6) است و گرمای سیال و خواص تبدیلی را در دمای حجمی و مقدار B برای ارتباط میزان رسوبگیری به انتقال حرارت کلی را نشان خواهد داد.

مثال:

جدول مشاهدات مربوط به بویلر لوله آتشی که در یک بازه زمانی بوجود آمده را حلاصه کرده: (T1 و T2 دماهای ورودی و خروجی سیال داغ می باشد). نقاط با استفاده از مقیاس پایینی محور افقی «گاز درون لوله ها» در شکل نشان داده شده است. پایین ترین خط روی شکل نشان دهنده شرایط عملیاتی اولیه وقتی ضرورتا هیچ رسوبی وجود نداشته و ضریب رسوبگیری در حدود 0.002 باشد است. بعد از 6 ماه پاهط وسطی نشان داده شده و میزان رسوب تا حدی افزایش می یابد و ضریب رسوبگیری جدیدی در حدود 0.016 بدست می آید. بعد از 16 ماه با بالاترین خط نشان داده شده و میزان رسوب به طور قابل توجه ای برای میزان جدید ضریب رسوبگیری به حدود 0.034 افزایش یافته که نشان دهنده این است که لوله های بویلر بایستی شستشو و تمیز گردد.

اختلاف دما میانگین وزن شده برای مبدل های با تغییر فاز:

محاسبه اختلاف دمای میانگین MTD یک عامل بحرانی برای طراحی مبدل های حرارتی که یکی از آنها میزان اختلاف دمایی ∆T را بین دو جریان مشخص می کند.

Q=UA∆T

Q= کار گرمایی                   A= سطح مقطع انتقال حرارت                     U= ضریب اتقال حرارت کلی ∆T= میانگین اختلاف دما

زمانیکه هیچ نوع میعان یا تبخیری چه در حالت سرد و گرم صورت نپذیرد و اختلاف دمای میانگین لگاریتمی LMTD از رابطه زیر بدست می آید:

LMTD=(∆T1-∆T2)/ln(∆T1/∆T2)

که ∆T1=T1-t1 و ∆T2=T2-t2 برای مبدل های جریانی موازی می باشد. محاسبه LMTD بر پایه تنها گرمای یا سرمای محسوس fig.1a برای ارائه دوباره برخی «خطوط مستقیم» اختلاف های دمایی برای مبدل حرارتی با جریان موازی می باشد.

ولی زمانیکه تغییر فاز در فرایندی مثل میعان fig.1b و یا تبخیر fig.1c و یا هر دو fig.1d صورت می گیرد. LMTD به طور مستقیم نمی تواند استفاده شود. در این مورد طراح بایستی مبدل را به دو یا تعداد بیشتری ناحیه تقسیم بندی کند و هر بخش را به طور مجزا مورد مطالعه قرار دهد. برایند ∆T را اختلاف دمای میانگین وزن شده LMTD گویند و بصورت زیر بیان می شود:

WMTD=QT/[(Q1/LMTD1)+(Q2/LMTD2)+…+(Qn/LMTDn)]

که Q برابر با کار حرارتی آن واحد که با زیروند 1و 2 و n به ترتیب به عنوان ناحیه اول، دوم و nام است. تعداد نواحی مورد استفاده با توجه به نظر مهندس یا طراح مشخص می شود. درکل ممکن است تعداد نواحی بیشتر از نیاز برای تدارک بخش های خط مستقیم از منحنی کار گرمایی استفاده شود.

ملاحظات مربوط به طراحی عملی

-        اگر مبدل حرارتی برای جریانی مخالف جهت (که معمولا مناسبترین طراحی ترکیبی، وقتی سطح مقطع کمتری برای جریان گرما نیاز باشد است) و هیچ ضریب تصحیحی برای استفاده در LMTD محاسبه شده نیاز نیست. همچنین دمای عرضی زیادی(جائیکه دمای خروجی طرف سرد موجب افزایش دمای خروجی طرف گرم می شود) بای برخی از واحدها می تواند تحمیل شود.

-        جریان مخالف جهت همیشه می تواند اگر حرارت ممکن صرفنظر از بازه دمای عرضی و به اندازه دمای رسیده شده (مثل دماهای ورودی سرد و خروجی گرم) بیش از 5˚F است. همچنین فقط پوسته TEMA مربوط به نوع E و F می تواند برای طراحی های جریان های مخالف جهت، استفاده شود که تعداد پوسته و لوله عبوری برابری را فراهم خواهد کرد.

-        هرگاه دمای عرضی وجود دارد. هم 1 طراحی مبدل گرمایی برای واحد جریانی مخالف مسیر اگر حرارت عملی وجود داشته باشد یا 2 تعداد پوسته ها را از زمانیکه عامل تصحیحی قابل قبول افزایش یابد. (به عنوان یک قانون کلی، ضریب تصحیح حداقل 0.8 به صورت قابل قبولی لحاظ شود) در مواردبعدی عامل تصحیح بایستی بر اساس دماهای متوسط (دماهای بین پوسته) نسبت به دماهای مربوط به نمودار برای هر ناحیه فرض شود.

یک مثال:

بخار هیدروکربن با استفاده از آب در لوله جانبی 2-1 مبدل و بدن هیچ دمای عرضی (fig.2) میعان می شود. در هر ناحیه،  اختلاف دما در طرف سرد و گرم محاسبه شده که در جدول قابل مشاهده است. دما میزان گرما می تواند به طور مستقیم از شکل 2 خوانده شود. توجه کنید که درجدول برای حالت سرد دمای ورودی و خروجی (به ترتیب 85 و 115) برای هر ناحیه استفاده می شود. در حالات عبور چندگانه لوله ها، دمای خوانده شده با تقریب مناسبی بیان می شود.

+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و یکم اردیبهشت 1389ساعت 18:52  توسط صادق  | 

 

قسمت کنونی داده های آزمایشگاهی موجود در واکنش های رادیکال پروکسی با اتم ها، رادیکال ها و مولکول های پایدار نسبت به Ro2, Ho2, NO, No2 می تواند خلاصه شود. اگرچه به نظر می رسد داده های فراوانی در مکانیزم جنبش واکنش های رادیکال پروکسی با اتم ها (مثل H)، رادیکال های (مثل OH) و مولکول های حاوی خیدروژن ( مثل H2 و CH4 و C2H6) وجود دارد بنابراین مطالعات تجربی مستقیم اندکی بر روی این واکنش ها اعمال می شود. در بررسی بوسیله Tsang و Hampson در سال 1986 بر روی شیمی احتراق CH4ريال مقدار زیادی از پارامترهای جنبشی برای واکنش CH3O2 که بر پایه واکنش های معادل HO2 می باشد داده شده است. این واکنش های ربایشی اتم هیدروژن دارای بار فعالسازی بالا و دماهای بالا فقط در سیستم های احتراقی پیدا می شود. این امر در شیمی محیط رادیکال های پروکسی و مهم نبوده و قابل ملاحظه نخواهد بود. این قسمت از بررسی بعدا بر روی واکنش های رادیکال پروکسی مهم نبوده و قابل ملاحظه نخواهد بود. این قسمت از بررسی، بعدا بر روی واکنش های رادیکال پروکسی همراه با مواد ترکیبی وامنش محیطی مثل O3,NO3, ClO, SO2 متمرکز خواهد شد. برای بیشتر واکنش های رادیکال پروکسی که در زیر لحاظ شده شواهد آزمایشگاهی به شدت محدود غیر مستقیم شدهاست. سیستم های واکنشی معمولا پیچیده بوده و توجه خاصی باید بر روی حضور واکنش های ثانویه و رقابتی انجام داد. به همین دلیل معمولا اختلاف بزرگی بین پارامترهای سرعت گزارش شده از مطالعات مختلف وجود دارد. در بیشتر موارد، فقط حدهای بالایی برای ضرایب سرعت می تواند نوشته شود. همچنین این مورد نیز که در مطالعات اخیر، بیشتر واکنش ها پذیرا شونده رخ نخواهندداد. اکثر داده های آزمایشگاهی موجود بر روی این واکنش ها اصولا برای متیل پروکسی یا رادیکال های متیل پروکسی هالوژن شده خواهد بود. داده های سرعت آزمایشگاهی بر روی واکنش های رادیکال پروکسی با دیگر اجزا در جدول IV.24 خلاصه شده است. دریافت داده های محدود شده بر روی این واکنش ها و تعیین غیر مستقیم بیشتر پارامترهای سرعت، هیچ نظریه برای مقادیر ترجیهی بدست نخواهد آمد.


IV.E.1) رادیکال های آلکیل پروکسی

IV.E.1a) CH3O2+O: تنها یک بررسی مستقیم از واکنش بین رادیکال های متیل پروکسی و اتم های اکسیژن در حالت پایه وجود دارد. CH3O2 و اتم های (3P) با توجه به فوتولیز ترکیبات N2O/CH3N2CH3 در 193nm در حضور مولکول های اکسیژن شکل خواهد گرفت. ضرایب سرعت برای واکنش (IV.E.1a) برابر با (4.3±2.0)×10-11 است که در دمای اطاق اندازه گیری می شود. CH3O2+O(3P)        CH3O+O2   (IV.E.1a)

فلورانس لیزری برای تشخیص استفاده شده و از غلظت رادیکال های متوکسی پیروی می کند.

بررسی جزئی محصولات و نتایج شبیه سازی کامپیوتر پیشنهاد می دهد که محصول واکنش نشان داده شود. مشاهدات آزمایشگاهی OH برای واکنش های موازی یا متوالی اختصاص داده شده و یک کانال واکنش دوم نیست.

CH3O2+O(3P)                            CH2O2+OH          IV.E.1b

ضریب سرعت درحالت ایده آل با حد پایین تر 3×10-11 بوسیله Washida در سال 1976 با توجه به بررسی غلظت حالت پایدار رادیکال های متیل پروکسی جائیکه واکنش اتلافی اصلی CH3O2 به نظر می رسد خود واکنش با اتم های O است. رادیکال های متیل پروکسی در جریان سریع لوله راکتور بوسیله واکنش رادیکال های متیل به وسیله واکنش اتم های اکسیژن با اتیلن همراه با مولکول های اکسیژن تشکیل می شود.

IV.E.1b) CH3O2+H: واکنش بین CH3O2 و اتم هایهیدروژن به عنوان فرایندی ثانویه در مطالعه جنبش واکنش H+CH3OOH توسط Slemr در سال 1977 مورد شناسایی قرارگفت. آزمایش ها تحت شرایط شبه مرتبه اول با اتم های هیدروژن به صورت مازاد هدایت می گردد. هیچ داده جنبشی در واکنش بدست نیامده H+CH3o2 ولی نسبت های شاخه ای از محصول اضافی H2O نتیجه و محصولات CH3OOH و HCHO بدست می آید:

CH3O2+H                  CH3O+OH        IV.E.2a

                                  HCHO+H2O     IV.E.2b

                                  CH4+O2            IV.E.2c

                                  CH3+HO2         IV.E.2d

تولید رادیکال های متیل در نسبت با دیگر واکنش ها تحت این شرایط و بدون واصل IV.E.2d اتفاق خواهد افتاد. غیبت و نبود o2 و CH3 نشان می دهد که کانال IV.E.2c رخ نخواهد داد. نسبت های شاخه ای برای 0.13±0.13 برای مسیر a و 0.87±0.13 برای مسیر b نوشته شده است. کانال b نشان دهنده منبع اصلی شناسایی شده H2O در سیستم واکنش است. Tsang در سال 1986 تخمین زدند که ضریب سرعت برای این واکنش در سرعت برخورد جنبشی گاز k2=1.6×10-10 رخ خواهد داد. آنها وجود کانال 2b را بوسیله مرجعی برای مطالعه بر روی واکنش تجزیه حرارتی متیل هیدروپروکسید آشکار کردند. آنها بر این باور بودند که ساختار آب با توجه به واکنش جداری بیشتر از واکنشی است که بین اتم های Hو CH3O2 است.

IV.E.1c) CH3O2+CLO: واکنش بین CH3O2 و  CLO بوسیله simon و همکارانش در سال 1989 مورد بررسی قرار گرفت و به عنوان منبعی از هیدروژن دور ریزدر محیط های برانگیخته استفاده شد. واکنش، بخشی از مراحل واکنشی که در آن CL بازیافت و OH به H2O تبدیل می شود را تشکیل می دهد. واکنش نتیجه CH4+OH+O3        HCHO+H2O+HO2 بوده و فوتولیز فرمالدهید منجر به تشکیل هیدروژن اضافی می گردد.

CLO+CH3O2             products

تکنیک مدل سازی مولکولی با جذب u.v بوسیله simon و همکارانش در سال 1989 برای مطالعه مطالعه واکنش بین CLO و CH3O2 مورد استفاده قرار گرفت. واکنش برای اتلاف سریعتر CLO زمانیکه متان به مخلوطی از CL2 و CL2Oو O2 اضافه شده مورد مطالعه قرار گرفت. طرح واکنش فرض شده برای مدل سازی موجی که در 240 و 293 nm و سرعت ثابت k3=(3.1±1.7)×10-12 بدست آمده در دمای اطاق استفاده می شود. در بررسی مشابه محصولات واکنش با استفاده از جذب پهن باند a.v و i.r توضیح داده شده است.

بالاترین حد به میزان 0.05 برای کانال 3b بطوریکه CLO نمی تواند در فرابنفش یافته شود. اختصاص داده می شود. فرمالدهید و اسید فرمیک در فرابنفش مشاهده می شود. فرمالدهید از تمام 3 کانال موجود به منظور اینکه از طریق واکنش بعدی رادیکال های متوکسی با امسیژن تولید می گردد تشکیل خواهد شد. تنها منبع اسید فرمیک در سیستم از برهم کنش فرمالدهید با Ho2 است. مدلسازی عددی طرح یک واکنش برای اتنباط نسبت های شاخه ای برای کانال (IV.E.3a) 0.85±0.5 استفاده می گردد. میزان حد بالایی 0.3 بر روی کانال (IV.E.3c) تعبیه شره و از HCooH مشاهده شده و خطای اندازه گیری شده بر روی کانال (IV.E.3a) بدست می آید.

با توجه به بررسی رفتار Clo فوتولیز پیوسته ترکیبات Cl2/O3/CH4 در 195 و 216.6 با N2 یا O2 به عنوان رقیق کننده،Demove در سال 1991 حدود بالایی را برای ثابت های سرعت کانال های (IV.E.3a) و (IV.E.3b) که به ترتیب به میزان 4×10-12 و 1×10-15 است، نوشت.

IV.E.1d) CH3O2+NO2: واکنش بین رادیکال های متیل پروکسی و رادیکال نیترات به عنوان یک واکنش انجام شده در شب در محیط بوسیله Platt و همکارانش پیشنهاد شد. تکنیک های مدل سازی مولکول با کشف جذب نوری NO3 برای مطالعه واکنش مورد استفاده قرار می گیرد. رادیکال ها با توجه به فنولیز اسید نیتریک در حضور متان و اکسیژن در 2537 nm تولید می شود . مدل سازی موجی مولکولی در 623 nm ثبت شده است:

HNO3+hʋ           OH+NO2         (IV.E.4)

OH+HNO3               NO3+HO2       (IV.E.5)

OH+CH4(+O2)          CH3O2+H2O      (IV.E.6)

این محصولات مشخص نشده است. اگرچه تعدادی از کانال های واکنشی ممکن است محتمل واکنش به صورت: CH3O2+NO3                     CH3O+NO2+O2  (IV.E.7)

در مقایسه با واکنش H2O با NO2 می باشد. مدل سازی موجی مولکولی با استفاده از مدل فرض شده و سرعت ثابت برای واکنش (IV.E.7) برابر با (2.3±0.7)×10-12 و در دمای اتاق مورد بررسی قرار می گیرد. پیچیدگی سیستم واکنش به منظور بدست آوردن سرعت ثابت نشان می دهد که این مقدار باید با دقت تا قبل از آخرین اندازه گیری بدست آید.

IV.E.1a) CH3O2+CH3: واکنش بین رادیکال های متیل پروکسی استفاده می شود:

CH3+O2+M      CH3O2+M        (IV.E.8)

CH3O2+CH3      products          (IV.E.9)

Parker در سال 1977 با استفاده از تکنیک مدل سازی مولکولی به همراه فوتولیز آزومتان جنبش واکنش های وابسته را مورد مطالعه قرار داد. واکنش (V.E.9) از کمترین مقدار نسبت به مقدار انتظار رفته CH3O2 در فشار های جزئی پایین اکسیژن شناخته می شود. به علاه وابستگی غلطت CH3O2 با مربع ریشه شدت تجزیه شیمیایی در فشارهای جزئی اکسیژن تغییر خواهد کرد. طرح کلی که این واکنش ها را ترکیب و ثبت کرده و برای بررسی داده های آزمایشگاهی استفاده و مقدار (6.0±1.0)×10-11 cm3molecule-1s-1 برای k9 بدست امده است. واکنش به نظر می رسد برای تشکیل CH3o (IV.E.9a) می باشد. Adachi و Basco و James (1980) پیشنهاد کردند که واکنش ترکیب اضافیCH3OOCH3 را می دهد و سرعت ثابت برای واکنش با استفاده از قانون ترکیب عرضی تخمین زده می شود:

CH3+CH3O2      CH3O+CH3O            (IV.E.9a)

CH3+CH3O        CH3OOCH3              (IV.E.9b)

Pillirg و همکارانش تکنیک های لیزری فوتولیز آنی به همراه جذب u.v را مورد بررسی قرار دادند. واکنش (IV.E.9) شامل 3 مدل واکنش برای بررسی داده های آزمایشگاهی استفاده می شود. CH3+CH3+M         C2H6+M در دمای 298 مقدار (4.5±1.1)×10-11 برای K9 بدست آمده و در حالتی ایده آل با نمونه Parker است. در مقالات بعدی دما تابعی از سرعت ثابت برای واکنشی که بین دما 298 تا 582 است بدست می آید.

K9a/cm3molecule-1s-1=8.4×10-12exp(710 K/T)

IV.E.1f) CH3O2+CH3O و C2H5O2+C2H5O: واکنشی بین رادیکال آلکیل پروکسی RO2(R=CH3 or C2H5) و رادیکال آلکوسی (RO) دلیل موجهی برای تولید آلکیل هیدروپروکسید (ROOH) و اکسایش رادیکال های آلکیل پیشنهاد می شود.

ثابت های سرعت برای واکنش (IV.E.11a, R=CH3 or C2H5) هم از بررسی محصول نهایی با مکانیز فرض شده و یا در مطالعات فوتولیزی آنی با شبیه سازی عددیی داده های تجربی بدست خواهد آمد.

RO2+RO      ROOH+R-HO                  (IV.E.11a)

RO2+RO2      RO+RO+O2                         (IV.E.12)

RO+RO         ROH+R-HO                   (IV.E.13a)

بررسی حالت پایدار برای ارتباط ثابت سرعت واکنش (IV.E.11a) با ثابت های سرعت کانال رادیکالی واکنش خودکار RO2 و واکنش تسهیمی نامتناسب RO بدست آمده است. Tsang و Hampson با استفادهاز این روش داده های مربوط به Dever و Calvert(1962) Heicklen  و Johnston (1962) را بررسی کرده و مقادار مشابهی برابر با 5×10-13 با استفاده از هر دو بررسی همراه با عدم قطعیت تخمینی 10 در ثابت سرعت واکنش  (IV.E.11a, R=CH3) دریافت می شود. Kan, Calvert و Shaw (1980) در بررسی FT-IR برای رشد CH3OOH ثابت سرعتی را برای واکنش (IV.E.11a) به میزان 1014×6.8 بدست آورد. طرح شیمیایی مورد استفاده برای مدلسازی داده ها، از ثابت سرعتی برای واکنش CH3O با O2 به میزان 6.1×10-16 در مقایسه با آخرین مقدار ارائه شده 1.9×10-15 استفاده شده است. به علاوه همانطور که در بخش IV.B.1 بحث شده ثابت سرعت برای واکنش بین CH3O2 و HO2 از سرعت تولید CH3OOH در غلظت بالای اکسیژن بدست آمده که خود این 4 درجه کمتر از حالتی است که از مطالعات جنبش مستقیم بدست می آید. این اختلاف نمی تواند برطرف شود و تردید راجع به مقدار بدست آمده برای k11 باید جایگزین آن شود.

در یک بررسی مربوط به اکسایش رادیکال های متیل Parker مقداری برای ثابت سرعت واکنش CH3O2 با CH3O در روشی مشابه برای حرارت دادن Heicklen و Johnson بدست آورد. فرض اینکه ثابت سرعت برای واکنش مربوط به CH3O برابر 3.5×10-11 است Parker مقدار 1×10-11 را بدست آورد. اگر داده های ثابت سرعت استفاده شده مربوط به توسط Tsang  پذیرفته شود سپس کقدار بایستی به سمت 1.7×10-12 اصلاح گردد. Pillirg و Smith در مطالعات خود بر روی سیستم واکنش CH3+O2 تنها قادر به محاسبه اتلاف Ch3O2 زمانی که واکنش سریع بین CH3O2 و CH3O رخ دهد خوالهد بود. آنها مقدار 1×10-11 را برای ثابت سرعت واکنش که به طور قابل توجهی بیشتر از مقدار بدست آمده قبلی است محاسبه کردند. دریافتند که داده انها با ساختار CH3OOH سازگار نبوده و واکنش می تواند به شکل زیر باشد:

CH3O2+CH3O       CH2O2+CH3OH              (IV.E.11b)

                                  CH3O3CH3                              (IV.E.11c)

داده جنبش بر روی واکنش (IV.E.13a) با R=C2H3 دارای اطمینان منتری بر روی داده آزمایشگاهی مربوط به واکنش (IV.E.13a) است. در بخش ترموشیمیایی Batt سرعت ثابت برای واکنش کلی (IV.E.13b) را برای داشتن مقدار 8.3×10-11 تخمین زد. با فرض اشتباه  مبنی برا اینکه C2H5OH و C2H5OOC2H5 تنها در واکنش (IV.E.13b) و (IV.E.13a) تولید می شود. نسبت ثابت سرعت K13b/k13a را به میزان 12 که ثابت سرعت بالایی را برای واکنش (IV.E.13b) را به میزان 10-9 است را نتیجه گرفت. تخمینی مطمئن برای ثابت سرعت واکنش (IV.E.11a, R=C2H5) اگر ثابت سرعت برای واکنش بدون تناسبی که با مقدار مشابهی می تواند بدست آید. این امر برای ثابت سرعت برای واکنش (IV.E.11a, R=C2H5) به میران 2.5×10-13 استو می توان یادآور شد که یک تناقض در نسبت های ثابت سرعت بوسیله گزارش شده است.  RO+RO         ROOR به وضوح روشن است که تناقضی بزرگ در مقادیر بدست آمده بین این اختلاف و مطالعات پیچیده وجود دارد. واکنش بین RO2 وro عموما برای محاسبه تولید هیدروپروکسید ROOH پیشنهاد شده است. امروزه مشخص شده که در سیستم هایی که اکسیژن حضور دارد منبع اصلی آلکیل هیدروپروکسید از واکنش RO2 با HO2 که HO2 در شیمی بعدی شکل خواهد گرفت.

می توان عبور واکنش بعدی IV.E.14 در ادامه بوسیله IV.E.15 متعادل با واکنش IV.E.11a یادآور می شود.

CH3+O2         HCHO+HO2               (IV.E.14)

CH3O2+HO2         CH3OOH+O2       (IV.E.15)

`احتمال اینکه واکنش IV.E.11a بسیار ارام بوده و یا در دمای اتاق انجام نشود وجود دارد

IV.E.1g) CH3O2+O3: فوتولیز اورن در 253.7 nm در حضور متان و اکسیژن بوسیله مورد مطالعه قرار گرفته است. مقدار محدود کمیت برای اتلاف اوزن بوجود آمده در غلظت بالایی از اکسیژن نشان می دهد که واکنش رادیکال های متوکسی و متیل پروکسی با اوزن مهم نیست. بررسی شکل گرفته نشان دهنده ایت است که مقدار k16 در دمای 298 کمتر از 2.4×10-17 است.

CH3O2+O3               products

IV.E.1h)  CH3O2+So2 : در مطالعات اولیه بر روی این واکنش با استفاده از تکنیک فوتولیز آنی ثابت های سرعت با مقادیری بین (0.8-1.1)×10-11 بدست خواهد آمد. واکنش ها هنوز بوسیله تقابل واکنش ها و ساختار آئروسول پیچیده است. Simonaitis ثابت سرعت واکنش CH3O2 با So2 را با توجه به واکنش با NO اندازه گیری مردند. نسبت ثابت سرعت kso2/kNO در حدود (2.5±0.5 ×10-3 تشخیص داده شده و اصولا با استفاده از ثابت سرعت برای واکنش با NO بدست میآید. اگر ثابت سرعت بیان شده در قسمت V.C.1 برای CH3O2+NO استفاده شود این نسبت ثابت سرعت را برای واکنش CH3O2 با So2 که در حدود است پیشنهاد داده می شود. بنابراین Simonaitis با استفاده از فوتولیز آنی ترکیبات CL2/CH4/SO2/O2 در دماهای 298 تا 423 هیچ واکنش یافتنی مشهده نشده و بر روی حد بالایی ثابت سرعت قرار می گیرد. این مقدار در ارزیابی های اخیر داده جنبش پذیرفته شده استو مطالعه بوسیله Dever و Calvert با استفاده از طیف سنج FT-IR برای از بین بردن اختلاف انجام شده است. هیچ نوع مدرکی برای واکنشی که بدون حضور no و با غلظت رادیکالی پایین انجام می شود وجود ندارد. با حضور NO ترکیب جدیدی مشاهده خواهد شد که بصورت تجربی برای CH3O2SO2ONO2 تعیین می گردد. ترکیب اضافی دارای نتیجه ای است که به طور بحرانی به غلظت NO و رادیکال های پروکسی مختلف بستگی دارد. در مطالعه بعدی که توسط Cocks با استفاده از فوتولیز مداوم ترکیبات CH3N2CH3/SO2/O2 در غلظت های رادیکالی پایین ثابت سرعت بالایی با توجه به وابستگی غلظت SO2 به زمان بدست خواهدآمد. اگرچه منشا این مقدار بزرگ هنوز بدست نیامده به نظر می رسد که توافقی که در غلظت پایین رادیکالی کل و در نبود NO انجام می شود ثابت سرعت پایینی مشاهده شود. این امر رفتار H2O با SO2 را نیز شامل شده که نیز به طور آرام مشاهده می شود.

IV.E.1) CH3O2+CO: در مطالعه جنبشی واکنش خودبخودی CH3O2 Sander Co را به ترکیب واکنش افزودند. افزودن Co به واکنش اتلاف CH3O2 مشاهده شده را توقف خواهد کرد. همانطور که در قسمت IV.A.1 بحث شده ضریب سرعت مشاهده شده در طول ثابت سرعت ابتدایی برای واکنش خودبخودی افزایش خواهد بافت. نویسندگان راجع به ثابت سرعت پایین مشاهده شده که از دو واکنش مستقیم CH3O2 با Co IV.E.A و یا Co با برهم کنش CH3O و تشکیل آنها در رادیکال های متیل پروکسی در واکنش خودبخودی از این راه اثر کلی استوکیومتری اتلاف CH3O2 را مورد بحث قرار دادند. با فرض یک واکنش نستقیم sander حد بالایی را برای ثابت سرعت برای واکنش IV.E.17 به مقدار 7×10-18 نتیجه گرفتند:

CH3O2+CO      CH3O+CO2                        IV.E.17

CH3O+CO        CH3+CO2                 IV.E.18a

                             HCHO+HCO       IV.E.18b

از لحاز درک واکنش خودبخودی CH3O2 واکنش بین Coو CH3O منجر به تغییر اساسی در اتلاف CH3O2 مشاهده شده خواهد شد اگر محصولات واکنش بوسیله کانال IV.E.18b که در آن HCO موجب تشکیل HO2 خواهد شد. اگر محصولات واکنش بوسیله کانال IV.E.18a دارای اتلاف کمتری CH3O2 باشد ساختار CH3 موجب تولید دوباره CH3O2 خواهدشد. اگر واکنش مستقیم بین CH3O2 و Co با محصولاتی که بوسیله Sander بدست آمد صورت گیرد دلیل کاهش ثابت سرعت مشاهده شده با افزایش غلظت CH3O در غیاب Co نا مشخص خواهد بود.

 

IV.E.2) انتقال هالوژن ها در رادیکال های پروکسی

IV.E.2a) Cl+Cl3O2 و CF2ClO2: واکنش بین ام های cl و CCl3O2 اولین بار برای محاسبه ساختار Clo در اکسایش CHCl3 پیشنهاد گردید. هیچ داده جنبش بدست نیامد.

CCL3O2+Cl          CCL3O+ClO                  IV.E.19

مطالعه ای بوسیله Russrll و همکارانش تخمین زد که ثابت سرعت برای این واکنش باید حداقل (2±1)×10-10 باشد که دارای اندازه مشابه با ثابت سرعت نتیجه شده برای واکنش رادیکال های CF2ClO2 با اتم های Cl شده است.

Carrپیشنهاد کردند که واکنش بین اتم های Cl و CF2CLO2 می تواند ساختار ClO را در فوتولیزآنی ترکیبات دی کلروفترا فلوئورو استون بیان کند. بررسی های عددی مربوط به افزایش غلظت ClO نشان می دهد که واکنش بسیار سریع بوده و ثابت سرعت دارای مقدار 3×10-10  است. Dagout نیز واکنش بن اتم های cl و CF2CLO2 را مورد بررسی قرار دادند. با توجه به جذب بوسیله رادیکال پروکسی دومین جذب در فاصله 265 nm مرکز مشاهده شده است. جذب CLO بر پایه نزدیکی شکل به جذب مشاهده شده و به تفکیک طیفی پایین CLO مربوط می شود. اگر این جذب مربوط به Clo باشد افزایش میزان جذب ثابت سرعتی را برای واکنش بین Cl و CF2CLO2 که است را می دهد.

IV.E.2c) CCL3O2+CCL3: در بررسی واکنش های CCL3O2 شواهدی را مربوط به واکنش بین CCL3O2 و CCL3 را ارائه دادند. مقدار (1.0±0.5)×10-12 برای k21 تخمین زده شده است.

CCL3O2+CCL3              CCL3O+CCL3O             IV.E.21

IV.E.3) خلاصه

این امر که برای بیشتر واکنش های مورد بحث بالا ثابت های سرعت هم از بررسی طرح واکنش پیچیده و یا بوسیله روش های غیر مستقیم بدست می آید واضح است. اگرچه تمام این واکنش ها موضوع آزمایش های دوباره با استفاده از تکنیک هایی که در آن ها غلظت مواد واکنشی و تعیین مستقیم ثابت سرعت است، این واکنش ها در اصل دارای رابطه محدوده با شیمی محیط مربوط به رادیکالهای پروکسی است. بنابراین واکنش های پتانسیلی CH3O2 با O3, NO3, CLO با استفاده از تکنیک های جنبش مستقیم نیازمند بررسی بیشتری است.

رادیکال های پروکسی در محیط

قانون مهمی بوسیله رادیکال های پروکسی به عنوان واسطه در تفکیک ترکیبات آلی فرار و در تولید اوزون در تروپوسفر هنوز در معرفی این متن نشان داده می شود. شناسایی این قانون در اوایل سال 1970 منجر به گسترش تئوری فراگیر فتوشیمی که بطور وسیعی شامل مشاهدات توزیع منطقه ای فصلی و جهانی اثر مربوطه که از اوزون، هیدروکربن ها و اکسید نیتروژن تشکیل شده است. برعمس، تلاش های زیادی برای اندازه گیری غلظت های رادیکال پروکسی در محیط با توجه به فراوانی کم و کمبود تکنیک های آشکارسازی انتابی و حساس استفاده شده است. در این قسمت درک شیمی مربوط به تولید و اتلاف رادیکال پروکسی ساختار فوتواکسیژن، اکسایش در تاریکی و شیمی اکسایش هیدروکربن و هالوکربن مورد بررسی قرار می گیرد. به علاوه حرکت به سوی اندازه گیری موفقیت امیز غلظت های رادیکال پروکسی در محیط آزاد می تواند خلاصه شود. بررسی موضوع بعد اخیرا منشر شده است:

تولید رادیکال های پروکسی در محیط

در حالت عادی با بیشتر سیستم های شیمیایی که شامل اجزا واسطه ی فعال رادیکال های آزاد موجود در هوا در حالت پایداری از غلظت که مبین توازن بین تولید رادیکال آزاد با اتلاف و تبدیل است باقی خواهد ماند. زمانیکه تولید رادیکال به صورت فوتو شیمیایی باشد حالت پایدار بسیار بیشتر از زمان تاریکی است. زمانیکه رادیکال های پروکسی به طور مستقیم بوسیله واکنش های فوتوشیمیایی تولید شود لحاظ کردن واکنش های تبدیلی بین رادیکال ها در رفتار محیطی دارای سطح بالااتری است. نیروی محرک مرکزی برای بیشتر مکانیزم های اکسایش به صورت رادیکال های هیدروژن nod است. شیمی مربوط به رادیکال های هیدروژن odd به طور نزدیکی به رادیکال های پروکسی آلی متصل (RO2) است. سرعت تولید Ro2 به سرعت تولید مواد آلی R که به حمله رادیکال های هیدروکسیلی OH در مولکول هایآلی اصلی RH است بستگی دارد. در پشت این محیط مهمترین واکنش های تبدیلی آن سری از OH با مونوکسید کربن و متان است که به ترتیب منجر به تولید رادیکال های هیدروپروکسی و متیل پروکسی زیر می شود:

OH+CO                H+CO2            V.1

H+O2+M              HO2+M      V.2

OH+CH4              CH3+H2O   V.3

CH3+O2+M                   CH3O2+M  V.4

HO2 از طریق واکنش با NO یا O3 به OH فیلی تبدیل می شود. CH3O2 ابتدا به CH3O و سپس به HO2 از طریق واکنش با O2 تبدیل می شود. وقتی محصولات پایدار فرایندی را که منجر به اتلاف رادیکال ها و به موجب ان اثر بر روی حالت پایدار کلی می شود را شکل می دهد مثل:

HO2+HO2             H2O2+O2    V.9

CH3O2+HO2                  CH3OOH+O2                 V.10

منبع فوتوشیمیایی اضافی از رادیکال های آلی از فوتولیز ترکیبات کربونیلی می آید:

CH3CHO+hʋ(λ<350 nm)                 CH3+HCO            V.11

CH3C(O)CH3+ hʋ(λ<335 nm)                   CH3CO+CH3                 V.12

واکنش های فوتولیزی مشاهبه برای زنجیرهای بزرگ آلدهیدی و کتونی و مشتقات آنها در اکسایش مولکول های پیچیده آلی تولید می شوند. اینها می توانند منجر به تولید رادیکال های پیچیده RO2  شود. رادیکال های پروکسی می تواند از واکنش رادیکال های NO3 با مواد آلی که از واکنش های اوزون با آلکن ها ممکن است تولید رادیکال هایی که این فرایند هم در شب و هم در روز رخ می دهد تولید گردد وجود مولکول های آلی فرار اضافه شده که با OH واکنش داده پیچیدگی رادیکال پروکسی را افزایش می دهد.

رادیکال های پروکسی پیچیده تری منجر به تولید مولکول های گوناگون بیشتری خواهد شد. اندازه گیری مولکول ها در محیط شواهد ماهیتی را برای انجام و رفتار رادیکال های پروکسی را برای شیمی محیط فراهم خواهد کرد.

ساختار فوتوشیمیایی اوزون

رادیکال های پروکسی موجب تولید اوزون در لایه جوی پایین تر بوسیله اختلال حالت تصویری ثابت سیستم NO-NO2-O3 خواهد شد. حالت تصویر ثابت برای واکنش ها به صورت زیر است:

NO2+hʋ(λ<420nm)                 NO+O         V.13

O+O2+M              O3+M         V.14

NO+O3                 NO2+O2               V.15

نتیجه روابط زیر برای غلظت اوزون به صورت  زیر است:

[O3]=J(NO2)[NO2]/k15[NO]             V.I

که J[NO2] ثابت سرعت برای تصویر تفکیک NO2 از طریق واکنش V.13 است. تبدیل اضافی NO به NO2 از طریق واکنش با RO2 یا HO2 صورت می پذیرد:

RO2+NO              NO2+RO              V.16

+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و یکم اردیبهشت 1389ساعت 18:51  توسط صادق  | 

 

خلاصه:

با گسترش بهبود غشاها، کاتالیست ها وصفحات دو قطبی سلول های سوختی PEM (غشای پروتونی تبدیلی) نقش مهمی را در آینده نزدیک به عنوان یک منبع انرژی جدید بازی خواهد کرد. طراحی کنترل این سلول های سوختی ممکن است به وسیله تکنیک های (CFD) (محاسبات سیالات دینامیکی) انجام گیرد. ولی فنون تجربی و آزمایشگاهی برای رسیدگی به این پیش بینی ها هنوز شکل و درست نشده است. برای عملکرد سلول های سوختی، مدیریت مقدار آب به جا و به موقع در کنار سلول ها بسیار مهم است. غشا ی کناری سلول سوختی نیازمند مقدار آب کافی برای انجام و هدایت یون های هیدروژنی از آند (+) به کاتد (-) است.

بنابراین آب اضافی منجر به انسداد واکنش کاتالیستی خواهد شد. این مشکل بهینه سازی به جریان و طراحی توان قدرتی از سلول سوختیPEM و مخصوصا در طی شتاب مثبت و منفی بستگی خواهد داشت. مشکل بزرگ دیگر در عملکرد یک سولول سوختی PEM می تواند مسمومیت کاتالیستی توسط CO باشد. حتی تعداد اندکی از میلیون ها CO منجر به تولید یک تجزیه اساسی در عملکرد سلول سوختی خواهد شد. تجزیه عملکرد سلول مربوط به جذب سطحی CO بر روی یک PT فعال در قطب آند مانع اکسایش هیدروژن خواهد شد.

در اینجا ما جزئیات تکنیکی های آزمایشگاهی که برای افزایش فهم سلول های سوختی PEM و بررسی مول های عددی بهبود یافته را خلاصه خواهیم کرد. این تکنیک ها شامل روند تعادل آب برای مطالعه مدیریت آب در کنار سیستم، روند نفوذ هوا برای از بین بردن سطحی CO برروی کاتالیست وتغییرات ولتاژ برای بدست آوردن حالتی زودگذر در طی جریان خواهد شد. این مقاله نظریات و پیشنهادات بعدی را برای مطالعات تجربی و عددی که نیازمند بهبود یافته مول های سلول سوخته PEM خواهد بود را فراهم خواهد کرد.

 

مقدمه

سلول سوختی غشای پروتونی تبدیلی به عنوان یک عامل جاذب برای تحرک و کاربرد های محلی با توجه به قدرت چگالی بالا در دمای پایین و تماس ساده نسبی وابسته است. سلول سوختی PEM شامل شش بخش اصلی است:

جعبه محتوی سلول سوختی، کالکتور، صفحه جریان میدانی، لایه (واشر)، لایه ی پخش کننده گاز، نصب غشای الکترودی (MEA) است. سلول شامل دو لایه گرافیتی جریانی سبک همراه با کانال های بسیار ریز و جدا شده به وسیله یک غشای الکترودی متصل به آن (MEA) است. شکل این سلول سوختی در fig1 نشان داده شده است. در فعالیت سلول سوختی یکی از مهمترین مشکلات مدیریت آب برای عملکرد بالای آن می باشد. مقدار آب نا کافی منجر به تنزل هدایت غشا و بازده پایین چگالی در حال جریان خواهد شد. از طرف دیگر آب اضافی منجر به طقیان منافذ در انتشار واسطه ها و کاهش عملکرد دستگاه خواهد شد. تعدادی از محققین انتقال آب را از میانه جابه جایی غشای یونی اندازه گیری کرده اند. Verbrugge و Hill این جابه جایی آب را از بین غشای اسید پر فلوروسولفوتیک آزمایش کرده اند. آنها سرعت آب جابه جا شده و ضریب انتشار پروتون در غشای Nafionرا به وسیله فنون اثرنگاری محاسبه کردند.

Fuller و Newman به طور تجربی مقدار آب جا به جا شده در nafion 117 را در طوی یک بازه گسترده از آب محاسبه کردند. Zawodzinski و همکارانش نیز ویژگی های آب بالابرنده و انتقالی را برای برخی از غشاهای اسید پرفلوروسولفونیک بررسی کردند. Springer و همکارانش میزان هدایت و معادلات گزارش شده که نشان دهنده یک وابستگی خطی به مقدار آب موجود است را اندازه گیری کردند. در تحقیقات آنها خصوصیات جذب سطحی آب، ضریب انتشار آب، لایروبی الکترواسمزی و هدایت پروتونی برای غشای Nafion محاسبه خواهد شد. در این مقاله ما جزئیات روش کار آزمایشگاهی را خلاصه و داده هایی که نشان دهنده چگونگی تغییرات عملکردی همراه با رطوبت در بخار ورودی را مرور خواهیم کرد.

مشکل بزرگ دیگر سلول سوختی مسمومیت کاتالیست بوسیله CO است. برای کاربرد سلول سوختی در اتومبیل، هیدروژن می تواند بر روی تابلوی وسیله نقلیه تولید شده و بوسیله سوخت متانول یا هیدروژن تولید گردد. اگر چه تولید بهتر هیدروژن غنی شامل تقریبا 40% H2 ، 43% N2 و 16% CO2 است و در همه جای آن از 5ppm تا 1% CO در این جریان وجود خواهد داشت. در حالی که pt به عنوان موثرترین کاتالیزور برای اکسایش هیدروژن به اثبات رسیده است، حتی تعداد کمی در هر میلیون مقدار Co یک تجزیه اساسی از عملکرد سلول سوختی همراه با کاتالیزور را تولید خواهد کرد. این تجزیه مربوط به جذب سطحی CO در مقابل کاتالیزور pt خواهد بود. یک تدبیر برای این مسمومیت افزودن مقدار اندکی هوا برای از بین بردن CO از کاتالیزور pt خواهد بود در این فرایند، واکنش شیمیایی CO با اکسیژن بوسیله هوای نفوذی که در قطب آند آن رخ میدهد ذخیره خواهد شد.

اخیرا Schmit  و همکارانش، جوشاندن گاز در بین هیدروژن پراکسید مایع را در قطب مثبت humidifier را پیشنهاد دارد. Bellows و همکارانش نشان دادن که با افزایش عملکرد پراکسید منجر به افزایش اکسیژن در منبع تغذیه آند خواهد شد. افزودن هیدروژن پراکسید مایع به آب رطوبت زا منجر به تجزیه غیر همگن H2O2 و تشکیل اکسیژن فعال خواهد شد. در تلاش برای تشخیص ویژگی سرعت های مسمومیت سازی و بازیابی، مطالعات زودگذر مسمومیت CO با هوای نفوذی بوسیله Bauman و همکارانش انجام گرفت. قسمت دوم از این مقاله تکنیک های تجربی مورد استفاده برای مطالعه بازیابی نفوذ هوا از میزان COمسموم شده (MEAs) را بررسی خواهد کرد. برای استفاده از سلول سوختی PEM در اتومبیل، دانستن سرعت سلول های سوختی را در مقابل تغییرات مکانی عملگر مهم است. گرچه واکنش گذرای عددی یک سلول سوختی PEM با توجه به بارگذاری های گوناگون بوسیله Naseri – Neshat و همکارانش موزد تحقیق و بررسی قرار گرفته است.

Naseri – Neshat و همکارانش نشان داندن که رفتار فرارفتی یک جریان در تغییرات ولتاژ به عنوان تابعی از نسبت جریان آندی وجود دارد. آنها ادعا کردند که این حالت فرارفتی ممکن است ب عنوان نسبت مدت زمان حالت سکون آندی به نسبت افزایش تغییرات ولتاژ ماهش یابد. آنها نیز پیش بینی کردند که واکنش گذرای سلول به جای انتشار چگالی جریان، بخار آب، سرعت و فشار خواهد بود. پس سومین قسمت این مقاله نشان دهنده داده های آزمایشگاهی جدید برای این واکنش خواهد بود.

بطور نمونه سلول های سوختی با شکلی مشابه با حالی=تی که بوسیله شرکت Full Cell Technology  ساخته شده آزمایش می گردد. طرح کلی از نمودار جریان سلول سوختی در fig2 نشان داده شده است. دبی گاز بوسیله کنترل کننده های جریان جرمی کنترل خواهند شد. دمای گاز و درجه رطوبت بوسیله دمای رطوبت ساز تنظیم می گردد. در طی عملیات سلول سوختی، گازهای مرطوب وارد سلول سوختی شده و به درون MEA این لایه انتشاری گاز پخش خواهد شد. فعالیت های الکتروشیمیایی در الکترودها و گازهای غیر فعال رخ داده و آب از سلول سوختی خارج هواهد شد. گاز خروجی با عبور از رگلاتور فشار متقابل و سپس وارد دریچه ی مخزن خواهد شد. به طور نمونه سلول سوختی بین فشار اتمسفری و 45psi عمل خواهد کرد. هیدروژن با درجه خلوص بالا و هوای فشرده شده به عنوان سوخت و به عنوان واکنش دهنده در اکثر آزمایشها مورد استفاده قرار می گیرد.




مدیریت آب

داده های حالت تعادلی آب نیازمند اندازه گیری میزان رطوبت ورودی و خروجی است. برای حالت بهار آب در جریان گاز ورودی، می توان غالبا فرض کرد که بخار آب در حالت تعادل با فشار اشباع توسط دمای رطوبت ساز تنظیم می گردد.

بنابراین اندازه ی درجه بندی نشان می دهد که جریان گاز ورودی با بخار آب، اشباع نشده است. مثال حالت بخار آب در جریان گاز ورودی در fig3 نشان داده شده است. با توجه به داده های رطوبت نسبی می توان دبی جریان گاز را به شرح زیر تقسیم بندی کرد:

67 تا 89% برای هیدروژن و 83 تا 98% برای هوا. این نتایج نشان می دهد که دبی جریان گاز بالا دارای مقدار بیشتری بخار آب است و زمان باقیمانده در مخزن رطوبت ساز ممکن است مهم نباشئ. ما می خواهیم این مهم را با خواص پاششی برج های رطوبت ساز ربط دهیم. با این حال درجه بندی رطوبت ساز بطور بحرانی نزدیک به تعادل آب خواهد بود.

همراه با رطوبت ورودی، بایستی رطوبت خروجی را در طی عملیات اندازه گیری و این کار توسط اقباض گاز خروجی نشان داده شده در شکل انجام می گیرد. در این سیستم، دمای گاز بعد از عبور از تشت یخ اندازه گیری می شود. سپس می توان فرض کرد که گاز هواکش بطور کامل با بخار آب در دمای اندازه گیری شده بعد از عبور از تشت یخ اشباع خواهد شد. آب منقبض شده جمع و هر 5 دقیقه وزن خواهد شد. مثال آب جمع آوری شده در fig5 نشان داده شده است. می توان فرض کرد حالت پایدار درست بعد از شیب جریان در مقابل زمان مقداری ثابت بدست خواهد آمد.

بعد از این ما مطالعاتی را که نشان دهنده چگونگی تعادل آب است را مورد بحث قرار خواهیم داد. در این مطالعه ما در پی مقدار کمیت آب جا بجا شده در طول غشا سلولی خواهیم بود. ما بر روی عملکرد سلول سوختی PEM همراه با حالات مختلف رطوبت جریان ورودی تمرکز کرده و توسط LCE و همکارانش ارائه شده است. در آزمایش Rimea (بارگذاری 0.3mg/cm2، ضخامت غشای غیر واقعی 20µm

N.L.Gore & associates , Inc.elkton , Maryland ,USA ) استفاده شده است. بارگذاری کاتالیزور با 25-30 µm ضخامت را برای MEA به وجود خواهد آمد. حد واسط انتشار و واشر مورد استفاده در این آزمایش دو جانبه خواهد بود. (E-TEU , Inc.Natic ,USA) و یک واشر فشرده 10miles با ضخامت 0.25 ×10-3 ) استفاده خواهد شد. سلول بوسیله چهار عدد پیچ گیره دار 50 in چرخشی و با فشار داخلی بر روی پوشش پخش گاز حدود 802psi اندازه گیری شده است. آزمایش ها شامل 2 بخش است اول حالت قطبش MEA که در جریان استوکیومتری ثابتی اندازه گیری شده و برای رطوبت های مختلف هنگامیکه ولتاژ سلول و دمای آن ثابت باشد است. در تمام آزمایش ها ما برای حالت پایداری حدود 10 ساعت وقت صرف می کنیم تا به دبی جریان و دمای داده شده برسیم. قبل از اینکه آزمایش ها شروع شود، سلول های سوختی بر روی 0.67 و برای حدود 20 ساعت برای رسیدن به حالت پایدار MEA تنظیم خواهد شد. ما با استفاده از دبی جریان متناظر با استوکیومتری پایین وبه ترتیب 1.2 و 2.0 برای هیدروژن و هوا مرد نیاز خواهد بود. زمانیکه سلول به حالت پایدار می رسد، منحنی قطبش بدست خواهد آمد. برای منحنی قطبش ولتاژ سلول از 0.3 به ولتاژ گردش باز تغییر کرده و جریان متناظری ثبت می گردد. دبی جریان بطور دستی در یک حالت تکراری برای حفظ استوکیومتری ثابت در هر ولتاژ سلول برای رسیدن به داده های قطبیده شدن تنظیم میگردد. پس از اتمام منحنی قطبش، جریان در یک ولتاژ ثابت برای حالت متفاوت از رطوبت انداه گیری می شود. دمای رطوبت ساز از 65 درجه سانتیگراد برای گازهای با قطب مثبت به 55 برای کاتدها و 95 برای آندها به 85 برای کاتدها به مقدار 10 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. در هر کدام از دماهای رطوبت ساز، جریان اندازه گیری و ثبت می شود. تمام آزمایش ها برای حدود 10 تا 20 ساعت در یک ولتاژ ثابت انجام می گیرد. در انجام آزمایش ها دمای سلول بر روی 50 ثابت خواهد بود. Fig5 نشان دهنده تاثیر رطوبت جریان ورودی بر روی عملکرد یک سلول سوختی PEM در ولتاژ 0.5 و دمای سولول 50 سانتیگراد خواهد بود. حدود 4 نمونه مختلف از حالات رطوبتی در این آزمایش مورد بررسی قرار خواهد گرفت. برای تمام حالات جریان بصورت ناپایدار و هیچ رفتار نوسانی مشاهده نشده است. در دیگر آزمایش ها اگر غشای مورد نظر به طور کامل هیدراته نشده باشد می تواند حالات نوسانی به خود گیرد برای داده های fig6 غشای ما به نظر می رسد به طور کامل هیدراته شده و این احتمالا به دلیل اینکه دمای سلول نسبت به نقاط شبنم گازهای خروجی پایین است می باشد. به یاد داشته باشید که برخی از عملکرد های تجزیه ای بوسیله یک کاهش طولانی مشاهده شده در جریان در حالات عملیاتی انجام می پذیرد. ما این تجزیه را به تجمع آب در طرف کاتد MEA ربط خواهیم داد. درست در طرف کاتدی، مولکول های آب نه تنها فقط از آند جابه جا شده بلکه توسط یک واکنش کاتدی تجمع می گردد. اگر آب در یک سرعت ثابت  در حالتی که تجمع یافته است از بین نرود، منافذ و خلل و فرج در انتشار گاز ممکن است مسدود گردند. در fig7 منحنی های قطبش نشان دهنده تاثیرات انواع مختلف رطوبت های ورودی به عنوان تابعی از ولتاژ سلول در دماش 50 درجه سانتیگراد خواهد بود. دبی  جریان در هر ولتاژی تغییر کرده تا به یک استوکیومتری ثابت که در بالا مورد بحث قرار گرفت برسد. عملکرد با افزایش دمای رطوبت سازی کاهش خواهد یافت. این عمل منجر به تصدیق فرضیه Flooding خواهد شد و ان این است که با کاهش ولتاژ سلول و سرعت تولید آب، ناحیه ی فعال بیشتری بوسیله گاز چگالیده شده اندازه گیری می گردد. میزان آب جا به جا شده ی خالص در طول غشا بوسیله انجام یک موازنه برای ولتاژ سلولی 0.5 ولت در جدول 1 نشان داده شده است. در جدول ستون برچسب دار حداکثر آب خروجی در دمای سلول نشان دهنده مقدار بخار آبی که توسط گاز خروجی نگه داشته می شود، است. تمام موارد اندازه گیری شده آب خروجی بیشتر از مقدار آبی است که در گاز خروجی نگه داشته می شود. این نشان دهنده این است که اشباع بالا در طرف آند و کاتد رخ خواهد داد. با توجه به افزایش تجمع آب در طرف کاتدی دمای رطوبتی نیز افزایش می یابد. بنابراین تجمعی منفی در طرف آند در تمام موارد نشان داده شده است. این نشان می دهد که مقدار آب خروجی بیشتر از آب وارد شده به طرف آند، و آب بایستی به طرف کاتد جا به جا گردد. پس مقدار آب بیشتری به نظر می رسد در طرف آند تجمع یابد. همچنین این نتایج نشان دهنده این است که آب در سلول های سوختی تجمع یافته وقتی ممکن است که تجمع منفی در طرف آند رخ دهد.


نفوذ هوا

در این بخش ما راجع به تکنیک های آزمایشگاهی مربوط به بهبود یافته مسمومیت CO با استفاده از فنون نفوذ هوا خواهد بود. شکل این سیستم در fig8 نشان داده شده است. همانطور که در شکل نشان داده شده است، یک دبی سنج میزان دبی جریان هوا را کنترل خواهدکرد. هوا از میان یک فیلتر عبور کرده و یک شیر تنظیم در طرف آند قرار دارد . می توان آن را در حالت پایدار به عنوان واکنش از MEA در حالتیکه میله های گذرا در مرکزیت قرار دارد نشان داد. جزئیات این عملکرد را می توان در [13] پیدا کرد. MEAs در جائیکه Primea شامل غشاهای Gore (ضخامت غشای غیر واقعی 25µm ) و بارگذاری کاتالیستی 0.45 mg/cm2 عیار pt بر روی قطب آند و 0.4 mg/cm2 عیار pt بر روی   قطب کاتد است. GPM دز آزمایش برای Carbeld و بصورت یم طرفه استفاده می گردد. نوع مشابهی از GPM برای هر دو قطب مثبت و منفی از MEA استفاده می شود. واشر مورد استفاده در این نوع آزمایش از نوع فشرده شده می باشد.  (پوشش سیلیکونی با لایه فایبرگلاسی، ضخامت 10mile) دیگر واشر باریک (1.2mils=0.305×10-5M) که به یک زیر واشر بر می گردد و بین MEA، ناحیه پخش گاز و واشر برای ورود بهتر MEA در طول ساخت سلول قرار می گیرد. سلول توسط 4 پیچ گردش 50inlbf محکم شده است.

با توجه به دامنه تغییرات مورد انتظار MEA، سطوح مختلفی از CO می تواند استفاده شود. در مرجع [21] 500 و 300ppm CO در هیدروژن استفاده خواهدشد. در این آزمایش دمای سلول سوختی 70 درجه سانتیگراد است. دمای رطوبت سازی 65 تا 75 برای حالت یک طرفه و 75 تا 85 برای CARBEL cl GDM خواهد بود . نقاط شبنم تخمین زده شده برای SSE و CARBEL به ترتیب 70/60 و 80/70  با توجه به داده های درجه بندی شده رطوبت خواهد بود . این دمای رطوبت سازی تولید کننده منحنی های قطبش بهینه درطی آزمایش های اولیه در هیدروژن خالص وجود دارد. برای دریافت شرایط برای عملکرد بهینه این آزمایش های مقدماتی که شامل تثبیت دمای رطوبت ساز مثبت ومنفی و انجام منحنی قطبش در جریان استوکیومتری از قبل تعیین شده  است می باشد.

دمای رطوبت سازی سپس تغییر کرده و منحنی قطبش جدیدی بدست خواهد آمد. همچنین فشارهای قطب مثبت و منفی هر دو 0psi است. هر سلول در ولتاژ 0.6 ولت نگه داشته و برای 50 ساعت قبل از قطبش بدست خواهد آمد.

 درابتدا جریان ولتاژ (قطبش) در حضور هیدروژن خالص با استوکیومتری 1.2 برای آند و 2.0 برای کاتد اندازه گیری می شود. بعد از ثبت منحنی قطبش با H2 خالص، قطبش در مخلوط CO/H2 به همراه و بدون نفوذ هوا بدست می آید. در آزمایش های قطبیده شده، گاز های استفاده شده دارای 500 و 300 ppm ، CO در H2 خواهد بود. دوسطح از نفوذ هوا با 5% و 15% هوا به ترتیب برای 500 و 300ppm ، CO استفاده خواهد شد. برای منحنی قطبش ولتاژ سلول و در نتیجه حالت پایدار جریان ها بدست خواهد آمد. این روند تصادفی نتایج تجدید پذیری را خواهد داد و برای هر پسماندی در چگالی های اندازه گیری شده به حساب خواهدآمد. در حالیکه منحنی قطبش ثبت می شود دبی جریان به طور دستی در حالتی تکراری برای حفظ استوکیومتری مورد نظر تنظیم خواهد شد.

Fig9 نشان دهنده رفتار قطبیده شده برای GDM با هیدروژن خالص با 500ppm ، Co در خوراک می باشد. همچنین اثر هوای نفوذی نیز در این شکل نشان داده شده است. زمانیکه 500ppm از مخلوط گازی Co/H2 وارد سلول سوختی می شود عملکرد به طور قابل توجه ای کاهش می یابد. بنابراین، تقریبا بطور کامل در عملکرد سلول با نفوذ هوای 5% بازیابی میگردد. از طرف دیگر ، 15% هوای نفوذی به صورت غیر موثر با 3000ppm ، Coخواهد بود. میتوان یادآور شد که عملکردهای متفاوتی مربوط به تراوایی GDM یا رطوبت در جریان خوراک خواهد بود. بار دیگر تفاوت بین نقاط شبنم برای دو گاز برای هیدروژن خالص در مقابل مخلوطی از گاز Co/H2 که قبلا ذکر شد بهتر خواهد بود.

شواهد مربوط به اکسایش الکتروشیمیایی ممکن است همراه با گرافی از آند قطبیده شده نشان داده شود. مقایسه دامنه تغییرات بین دو GDM در حالتیکه عملکرد نهایی با هیدروژن خالص برای SSE و CARBEL متفاوت است مشکل خواهد بود.

این مقایسه با استفاده از نمودار فوق پتانسیل آندی نشان داده شده در fig10 میسر شده است. این پتانسیل های بالا از تفاوت بین پتانسیل سلول با هیدروژن خالص و یا پتانسیل سلول با Co/H2 در یک چگالی جریان مشابه محاسبه خواهد شد. می توان فرض کرد که هیدروژن فوق پتانسیل در مقابل هیدروژن خالص قابل صرف نظر است. و نسبت اهمی در ولتاژ سلول و پتانسیل بالای کاتدی تنها وابسته به جریان چگالی دارد در fig11 محدوده ای از جریان چگالی در 0.25A/cm2 برای sse و 0.3A/cm2 برای CARBEL cl GDM برای500ppm بدون نفوذ هوا رخ خواهد داد. بدون نفوذ هوا ، محدوده مکانی فعال برای چگالی دارای 3000ppm ، CO مشاهده و تقریبا 0.1 و 0.08  به ترتیب برای SSE و CARBEL cl GDM است. این حقیقت که جریان در طول این زمین مسطح محدود ، نشان دهنده این است که حدود 20 cm2 که برخی دارای پتانسیل بالا و کافی برای اکسایش co است.

برای SSE ، نفوذ هوا با 3300ppm ، Co بازدهی با عملکرد قطبیده شده ی مشابهی با عملکرد 500ppm بدون نفوذ هوا دارد. تکنیک های نفوذ هوا در تولید دوباره ی مکان های کافی که جریان محدودی را برای SSE در 500ppm Co از 0.25 A/cm2 تا حدود 1 A/cm2 افزایش می یابد.




واکنش گذرا به تغییرات فشار

آزمایش های واکنش کذرا را می توان برای مطالعه تاثیر تغییرات فشار انحام داد. در اینجا ما داده هایی را برای 4 نمونه متفاوت در دمای ثابتی از سلول (70˚c) و فشار یک اتمسفر از فشار عملیات برای هر دو جریان آند و کاتد ارائه خوایم داد. در مورد اول ، تغییر ولتاژ سلول از 0.7 v تا 0.5 مورد استفاده قرار می گیرد. در مورد دوم ولتاژ سلول از 0.5 v تا 0.7 تغییر خواهد کرد. در هر دو مورد، دبی جریان گاز های حالت آند و کاتد مربوط به استوکیومتری 1.2 و 2 (20% هیدروژن اضافی و 100% هوای اضافی) برای ولتاژ 0.5 ولت خواهد بود. پس می توان یکی را به عنوان تغییری از اکسیژن اضافی به حالت عادی از استوکیومتری برای ولتاژ 0و5 در نظر  گرفت. مورد دوم مربوط به  جابجایی مقدار نرمال از اکسیژن به مقدار اضافی خواهد بود. دبی جریان 62 و 259 cm3/min (0˚c و 101kpa) برای آند و کاتد خواهد بود. برای حالت سوم و چهارم ، تغییرات ولتاژ شبیه به حالت اول و دوم است. بنابراین، دبی جریان برای ارتباط با ولتاژ سلول 1.2/2.0 برای ولتاژ 0.7 ولت تغییر خواهد کرد. (دبی جریان برای حالت A/C=50.99 cm3/min) سپس برای حالت سوم می توان یکی را به عنوان تغییری از جریان اکسیژن نرمال به حالت بدون خوراک در نظر گرفت. همچنین، حالت چهارم مربوط به تغییرات حالت بدون خوراک به حالت استوکیومتری 2.0 خواهد بود. ما از دستگاه «نوسان نما» (TDS 200 –Series , Tekronix) برای دریافت واکنش گذرا به جریان در یک دوره زمان کوتاه استفاده خواهیم کرد. در آزمایش های سری 5510 PERIMEA MGA (بارگذاری pt 0.3mg/cm2 و ضخامت غشای غیر واقعی 20µm و W.L.Gore & Associates , Inc.elkton , Maryland ,USA) و حالت دو طرفه ELAT (با ضخامت 500µm) به ترتیب برای پخش کننده گاز و MEA مورد استفاده قرار می گیرد. سلول بوسیله 4 پیچ گردشی با چرخش 150 inlbf محکم می گردد. ناحیه فعال از غشا 10cm2  و در حالت مار پیچ که شامل 20 فضای کانال مانند و زانویی با طول کلی تقریبا 0.6m است تشکیل شده است. ارتفاع کانال جریان و پهنای آن به ترتیب 0.1 و 0.08cm  است.

Fig11 نشان دهنده واکنش جریان چگالی زمانیکه ولتاژ سلول از 0.7 به 0.5 تغییر می کند است. می توان یادآور شد که حداکثر فرارفت در جریان چگالی در 0.25 قانیه خواهد بود. Fig12 نشان دهنده کاهش جریان چگالی در حالیکه ولتاژ سلول از 0.5 به 0.9 افزایش می یابد. یک افت کوچک  به مقدار کمتر از 0.05 ثانیه و شدت جریان چگالی به طور نمایی به 0.7 ثانیه و نزدیک به 0.34 A/CM2 کاهش خواهد یافت واکنش جریان چگالی مربوط به تغییرات ولتاژ  در fig13 نشان داده شده و fig14 (مورد 3 و 4) به ترتیب شبیه به fig11 و fig12 است . در fig13 حداکثر فرارفت در جریان چگالی حدود 0.13 ثانیه مشاهده شده است. همچنین، fig14 نشان دهنده زیر رفت 0.05sec و با جریان چگالی حدود 0.31 A/cm2 خواهد بود.


نتایج

در یک تلاش برای بحث راجع به تکنیک های آزمایشگاهی  مورد استفاده در مطالعه سلول های سوختی PEM ، ما روند انجام و نوع داده هایی که می توان برای مطالعه اثرات رطوبت، اثرات بازیابی نفوذ هوا در مسمومیت Co و اثرات تغییرات بارگذاری را ارائه خواهیم داد. بطور نمونه تکنیک های مدیریت آب را می توان برای تجمع لایه های پخش شده برای انواع رطوبت های مختلف استفاده کرد. تکنیک های مربوط به نظارت بر رطوبت در گاز خروجی و آب جمع شده را نیز می توان توضیح داد. همچنین داده های مربوط به موازنه آب کلی برای سیستم  گزارش داده می شود. برای مسمومیت Co، تکنیک های نفوذ هوا را می توان برای پوشش عملکرد سیستم استفاده کرد. ما نشان می دهیم که چگونه این بازیابی می تواند داده های قطبش را به میزان 500ppm و 3000ppm از مقدار Co در هیدروژن گزارش داد. با توجه به دامنه تغییرات MEA به سمت Co، تزریق 5% هوا می تواند به طور کامل عملکرد MEA را در 500ppm Co برای جریان چگالی به مقدار کمتر از 0.6 A/cm2   پوشش داد. نهایتا ، تکنیک های مطالعه رفتار گذرا در سلول سوختی PEM نشان دهنده چگونگی واکنش گذرای جریان ، زمانیکه ولتاژ تغییر کند را اعمال کرد. حداکثر فرارفت مشاهده شده در جریان چگالی حدود 0.25sec برای مورد اول و 0.13sec زمانیکه ولتاژ از 0.7 ولت تا 0.5 تغییر می کند برای حالت سوم خواهد بود. همچنین، زیر رفت در جریان چگالی 0.05 sec برای مورد دوم و چهارم مشاهده شده است.

+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و یکم اردیبهشت 1389ساعت 18:47  توسط صادق  | 

 

عنصر سیلیکون اولین با در سال 1824 توسط برنلویس و بعدا توسط فریدول و گزاقلس مورد مطالعه قرار گرفت. عبارت سیلیکون با نام شیمیدان آلمانی وهلر در سال 1857 ساخته شده بود. سیاست او بر مبنای سیستم فهرست نام شیمی آلی بوده است برای مثال ترکیب هایی که فرمول R2sio دارند، یک کتون نامیده خواهد شد و این پسوند ناشی از سیلیکون بوده است. عبارت سیلیکون هم اکنون استفاده شده تا به کتون های مشابه اشاره کند و ممکن است به طور سودمند برای این هدف حفظ شود. اولین بررسی سیستماتیک سیلیکون بین سال های 1899 و 1944 انجام گرفت. اولین سیلیکون ها در حدود سال 1940 ساخته شدند.

شیمیدانان امروزه باور دارند که یک آنالوگ سیلیکون از یک کتون آلی می تواند آماده و مجزا شود تا امروز، هیچ کس قادر نبوده تا یک آنالوگ سیلیکون از یک کتون جدا کند.

موضوع فهرست نام آلی سیلیکون در جریان باقی می ماند تا سال 1949 وقتی قانون های فهرست نام پیشنهاد شده توسط اتحادیه بین المللی خالص و شیمی به کار رفته (IUPAC) با انجمن شیمی پذیرفته شده بود. امروزه (IUPAC) از عبارت سیلیکون بر مبنای چهارچوب پلیمر SiH2-c استفاده می کند. اگر چه استفاده موقت از کلمه سیلیکون بخشی از معیارهای فهرست نام رسمی آنها نمی باشد. عبارت سیلیکون بر بیش از 140 سال استواربوده و پلیمرهای سیلیکون آلی و حتی بعضی از مونومرها را توضیح می دهد. بیش از 90 کتاب وجود دارد که کلمه سیلیکون در فهرست آنها منتشر شده است. بسیاری از این کتاب ها شامل یک معرفی خلاصه با سیلیکون ها می باشد. برای مثال در رابطه با کتاب سیلیکون و استفاده آنها راب روی گرگور پیشنهاد می کند که به این صورت تعریف می شوند: "وقتی هر ترکیبی شامل عناصر سیلیکون و اکسیژن و گروه های آلی باشند، سیلیکون به مقادیر کافی وجود داشته باشد تا ویژگی های اندازه گیری را تحت تاثیر قرار دهند." این تعریف به نسبت تعریف مناسبی برای کوپلیمرهای پلی دی متیل سیلوکسان و مواد آلی خواهد بود.

یک رزین سیلیکون ترکیبی است که شامل عنصر سیلیکون، اکسیژن و گروه های آلی است. سیلیکون ها ممکن است پلیمرهای هیبریدی (چندگانه) باشد که تشکیل پیوند دهند و مواد آلی و معدنی درشته باشند. همچنین بعضی از ویژگی های هر دو ماده اصلی که فراهم می کنند، آنها دارند. آنها بعضی از ثبات های گرمایی و شیمیایی سیلیکا و سیلیکات ها و همچنین موادی که دوباره فعال می شوند دارند. حلال ها و پلاستیک هایی که انواع مواد آلی هستند، شیمی منحصر به فردی دارند که از Si تا C به هم پیوند خورده اند. همچنین خصوصیات سیلیکون ها در مواددیگر پیدا نمی شود.

در این سیلیکون ها، ساختار سیلیکا توسط برداشتن بعضی از اکسیژن ها و جانشین شدن آنها با کربن و گروه های آلی اصلاح شده است. بزرگترین گروه های آلی با سیلیکون پیوند می خورند. بزرگترین مولکول آلی طبیعی است. رایج ترین زنجیر کوتاه هیدروکربن ها از متیل تا گروه های آمیلی است. ساختار حلقه ای فنیل و گروه های وینیلی به سوی سیلیکون پیوند می خورند، موقعی که زنجیر بلند هیدرو کربن جایگزین مواد آلی می شوند، سیلیکون نشان می دهد که تقریبا همه واکنش های معمولی با مواد شیمیایی آلی اکسیداسیون و تغییر بزرگی در ویسکوزیته با عوض شدن دما به هم مربوط شده اند.

شکل 1

رزین سیلیکون یک نوع از ماده سیلیکون می باشد که با الیگوسیلوکسان ها شاخه ای قفسه مانند با فرمول عمومی ‘RnSiXmOy’ شکل گرفته ، که Rجایگزین غیر واکنشی معمولا متیل یا فنیل می باشد و X یک گروه ظابطه ای H، oH، Cl، یا OR می باشد. این گروه ها در بعضی کاربردها بیشتر غلیظ می شوند که شبکه های غیر محلول پلی سیلوکسان پیوند عرضی تشکیل می دهند. وقتی R متیل می باشد، چهار تا از واحد های ضابطه ای مونوی یک سیلوکسان به صورت زیر توضیح داده شده است:

‘M’ برای Me3SiO

‘D’ برای Me2SiO2

‘T’ برای MeSiO3

‘Q’ برای SiO4

فراوان ترین رزین های سیلیکون از واحد های D و T (رزین های DT) یا از واحد های Q و M (رزین های MQ) ساخته شده اند. اگرچه بسیاری ترکیب های دیگر اغلب (QDT، MTQ، MDT) در صنعت استفاده می شوند.

رزین های سیلیکون یک درجه وسیعی از محصولات را نشان می دهند. مواد از وزن مولکولی در درجه «10000-1000» در چسب های حساس فشار، لاستیک های سیلیکون، روکش ها و افزودنی خیلی مفید هستند.

رزین های سیلیکون با غلیظ سازی هیدرولیتیکی از پیش درآمدهای مختلف سیلیکون آماده می شوند. در فرایند اولیه از آماده سازی رزین های سیلیکون، سدیم سیلیکات و کلروسیلان های مختلف به عنوان، ده آغازی استفاده می شوند. اگر چه مواد اغازی حداقل مواد گران (برای نمونه در صنعت) هستند. کنترل ساختاری برای محصول خیلی سخت بوده است. اخیرا، یک واکنش کم تترااتوکسی سیلان (TEOS) یا اتیل پلی سیلیکات و سیلوکسان های مختلف به عنوان مواد آغازی استفاده می شود.

واحد های ساختاری پلی سیلوکسان:

شکل (2)

آماده سازی سیلیکون ها:

Sio2 + C                  Si + Co

 آماده سازی سیلان ها (بیشتر کلروسیلان های آلی)

مراحل مستقیم:

Si + CH3Cl              CH3SiCl3               متیل تری کلروسیلان

                               (CH3)2SiCl2                     دی متیل دی کلروسیلان

                               (CH3)HSid2           متیل هیدروژن دی کلروسیلان

                               (CH3)3SiCl            متیل کلرو سیلان

                               SiCl4                     تترا کلروسیلان

                               HSiCl3                   تری کلروسیلان

مراحل واکنش گرینارد:

                                           (CH3)3SiCl

CH3MgCl + SiCL4                (CH3)2SiCl2 + MgCl2

                                           (CH3)SiCl3

تترا کلرید سیلیکون به وسیله مرحله بعدی ساخته می شود:

SiO2 + 2C + 2Cl2             SiCl4 + 2CO

واکنش تولید شده مخلوطی از کلروسیلان هاست که معمولا برای دی متیل دی کلروسیلان ها بزرگترین گروه است. واکنش می تواند در عمده ترین مواد تنظیم شود. ملوط کلروسیلان ها به وسیله تقطیر جدا می شود.

آماده سازی سیلانول ها:

R2SiCl                               R3SiOH       )M(واحد -

R2SiCl2                    Hcl +                    Hcl +R2Si(OH)2    )D(واحد -

RSiCl                                RSi(OH)3    )T(واحد –

مونومرهای سیلانول بی ثبات هستند و به وسیله حذف اب غلیظ می شوند. برای تنظیم واکنش پلیمریزاسیون گرما و اسید یا کاتالیزور استفاده می شود.

پلیمریزاسیون:

2R3SiOH                 R3 _ Si _ O _ Si _ R3 + H2O

 

 

به وسیله تغییر نسبت واحد های M، D، T و Q نسبت رادیکال های آلی اتم های سیلیکون می توانند مختلف باشند. (R: نسبت Si یا درجه جایگزینی) به این طریق رنج وسیعی از تولیدات می توانند ساخته شوند.

روغن سیلیکون: نسبت M روی ویسکوزیته اثر می گذارد.MDxMx<2000D   

صمغ سیلیکون: MDxMx>2000

رزین های سیلیکون: MDT (بیشتر رایج است) و یا ترکیب MDTQ

رزین های سیلیکون:

رزین های سیلیکون بیش از 30 سال است که در پوشش های سطحی صنعتی استفاده می شوند. در گذشته فقط برای مقاومت گرمایی پوشش های مواد در دماهای بالا در کاربردهای مانند کوره، نجاری کوچک و دودکش ها استفاده می شدند. که آنها هنوز بهترین مواد موجود برای آن اهداف هستند. در سال های اخیر رزین های سیلیکونی در پوشش هایی تزیینی برای بهتر مقاوم شدن استفاده می شود.

رزین های سیلیکونی در فرمولاسیون پوشش های سطحی در سه نوع استفاده می شوند.

الف) رزین های سیلیکونی خالص: که در بایندرهای منفرد در سیستم های نهایی استفاده می شوند.

ب) رزین های مخلوط: که سیلیکون ها با رزین های آلی مخلوط شده اند.

ج) سیلیکون های میان مرحله ای دوباره فعال شده: که کوپلیمریزاسیون با رزین های آلی انجام می شود. سیلیکون ها بسیاری از نیازهای صنعتی را برای تولیدات فراهم می کنند. سیلیکون ها ترکیبات سیلیکون آلی هستند. این ترکیبات خصوصیات آلی را دارند. زیرا سیلوکسان به گروه های حاضر در سیلیکان ها می چسبد. ویژگی های آلی از باندهای سیلیکون با اتم های کربن به وجود می آید.

SiCl4 + 2R _ MgCl                     R2SiCl2 + 2Mgcl2

واکنش زیر نشان می دهد که واکنش سیلیکون با متیل کلراید در دماهای بالا با وجود مس متالیک از متیل کلروسیلان ها پیش می آید.

3Si + 6CH3cl                    (CH3)3Sicl + (CH3)2Sicl2 + CH3Sicl3

 مهمترین محصولات تولید شده سیلیکون ساخت بشر، دی متیل دی کلروسیلان است. بیشتر محصولات در نمودار زیر آمده است:

شکل 3

بیشتر این محصولات ویژگی های زیر را دارند:

1)    ثبات گرمایی رنج 50- تا 200+

2)    مقاوم خوبی برای آب و هوا، ازن و تشعشع

3)    ویژگی دی الکتریک خوبی دارند.

4)    ویژگی های ضد آب خوبی دارند.

5)    غیر فعال کردن فیزیولوژیکی

رزین های سیلیکونی سنتز شده:

تعدادی از واحدهای ساختاری و گروه های کارای اتم سیلیکون ساختار را تعیین می کند. تکنولوژی مراحل و کمپلکس ویژگی های سیلیکونی محصولات نهایی به صورت زیر است:

شکل 4

شکل گیری و ساختار رزین های سیلیکونی:

رزین های سیلیکونی جنبه های ساختاری زیادی دارند. ساختارهایشان در مراحل هیدرولیزی که اثر گذاشته به وسیله فرمولیشن شکل گرفته:

1)    متمرکز کردن مونومرها

2)    انواع حلال

3)    دما

4)    کاتالیست

رزین های ارکانوسیلوکسان خالص معمولا ماکرومولکول های خطی یا غیر خطی هستند. ساختار سیلیکون های شاخه ای که اسا آنها واحدهای T است، به صورت زیر است.

Fig 1-9

دیاگرام سیستماتیک رزین های سیلیکونی که پیوند عرضی تشکیل داده اند به صورت زیر است:

Fig 2-9

رزین های سیلیکونی خالص:

رزین های سیلیکونی خالص محصول هیدرولیز دی و تری کلروسیلان ها به صورت عملی هستند. R2Sicl2 و RSicl3 که R معمولا متیل یا فتیل یا ترکیبی از این دو است. (همچنین بعضی از گروه های دیگر ممکن است باشند.)

برای تولید رزین، کلروسیلان ها در هیدروکربن های آروماتیک مانند تولوئن حل می شوند و با آب هیدرولیز می شوند.

مخلوط مجزای درون دو لایه: یک فاز حلال، در هر سیلیکون هیدرولیز شده حل شده و یک فاز آبی به دنبال جدا شدن دو فاز، خنثی شده، صاف شده، رشته ای شده و سرانجام ویسکوزیته تنظیم می شود.

سه پارامتر اصلی بر روی این ویژگی ها اثر می گذارد:

نسبت R:S               نسبت متیل : فتیل                         نسبت R:Si    و ویسکوزیته

که این موارد به وسیله نسبت دی و تری سیلان های عملی در مواد آغاز کننده تعیین می شود. افزایش میزان تری سیلان عملی نسبت به R:Si پایین می آیند و میزان کمتری، افزایش می یابند. اعم پایین ترین نسبت R:Si سریعترین سرعت کیورشدن رزین، حتی برای هوا خشک شدن می باشد. اما فیلم کیور شده سخت تر می شود و قابلیت انعطاف پذیری کمتر می شود. رزین های سیلیکونی رایج نسبت R;Si، 1.67 به 1.28 است و تسبت تری به دی ، 2.5 به 0.5:1 در مواد واکنش دهنده انها می باشد.

محتویات متیل و فتیل:

استحکام گرمای، مقاومت اکسیداسیون و ثبات این موارد با افزایش محتویات فنیل صورت می گیرد اما رزین خالص نمی توان استفاده شود، زیرا آنها جامدهای خمش ناپذیری از فیلم های قوی می شوند. افزایش ظرفیت متیل انعطاف پذیری خواص را بهبود می بخشد. نسبت متیل به فنیل در رزین سیلیکونی رایج معمولا 0.5 به 2.5:1 است.

ویسکوزیته:

ویسکوزیته رزین به درجه پلیمریزاسیون رزین بستگی دارد. در رزین های ساخت بشر، پلیمریزاسیون در یک ویسکوزیته تعیین شده به وسیله مخلوط سرد شده و رقیق شدن آن با حلال متوقف می شود. در رزین سیلیکونی خطی، ویسکوزیته رزین، ویژگی های نهایی فیلم را بهبود می بخشد. زمان ژل شدن، حلالیت، خشک شدن هوازی و خالص بودن رزین روی ویسکوزیته اثر می گذارد که با افزایش ویسکوزیته این مراحل بهبود می یابد.

ویژگی های رزین های پوششی سیلیکونی خالص:

رزین های سیلیکونی تا 80 درصد در حلال های آروماتیک هیدروکربنی حل می شوند. معمولا تولوئن 100% رزین های جامد هستند و همچنین برای استفاده های ویژه موجود می باشند. این خلال ها ویسکوزیته را پایین می آورند. رزین های سیلیکونی مقاومت گرمایی و شیمیایی خوبی دارند.

مقاومت گرمایی: رنگ ها لعابی سیاه تا 550 و ترکیبات آلومینیومی، 650 قابل استفاده هستند رزین های سیلیکونی اساس رنگ ها هستند که تقریبا زرد شدن و گچی شدن در آنها اتفاق نمی افتد حتی زمانی که انواع پیگمنت های دیگری استفاده می شود.

مقاومت شیمیایی: رزین های سیلیکونی به دلیل خواصی که دارند در مقابل واکنش های شیمیایی که آب تولید می کنند مقاوم هستند. مقاومت حلالی آنها ضعیف است. اما جایگزینی به وسیله افزایش رزین های آلی انتخاب شده بهبود می یابد.

چسبندگی:

هنوز رفتار شیمیایی یا سندبلاست توصیه می شود تا به حال فسفاتینگ در دماهای بالا، مضر بوده است. چسبندگی برای آلومینیوم خوب است ، اما برای مس و زنیک پایین است.

رنگدانه ها و رنگینه ها:

تقریبا پرشید رنگی می تواند در یک رزین سیلیکون پایه Coating را فراهم کند، که باید موارد زیر رعایت شود:

الف) فقط پیگمنت های آلی که با گرما محکم شده اند برای Coating در دماهای بالا باید استفاده شوند.

ب) پیگمنت های شیمیایی و یا ضد آب با زنگینه که باید استفاده شوند در رنگ هایی که می خواهند در عرض دید قرار بگیرند معمولا پیگمنت های فلزی استفاده شده پودر روی و به ویژه آلومینیوم هستند. پیگمنت هایی که به کار برده می شوند معمولا آلی هستند.

تینرها:

هیدروکربن های آروماتیک، هیدروکربن های آلیفاتیک، کتون ها، استرها و گلیکول اتر ها مناسبند، که تینر ها ممکن است با رزین های آلی سیلیکون اصلاح شده که به گروه های الی تشکیل دهنده بستگی دارند استفاده شوند.

رزین های سیلیکونی در رنگ ها:

استفاده رزین های سیلیکونی در محلول ها، رزین های مایع، امولسیون واسطه با رزین های کربنی ویژگی های مهمی برای فرمولاسیون رنگ ها و پوشش های سطحی دارند. کاربردی از رنگ های مات، سیلیکاتی و رنگ های مخصوص دکوراسیون برای بالا بردن مقاومت دمایی پوشش ها، بیندرها و پیگمنت ها باید با دقت انتخاب شوند. لایه های نهایی یا مخلوط استایون و بیندرهای رزین سیلیکون، نفوذپذیری بخار آب بالایی دارند. میزان سیلیکون ها در بایندر ها اغلب 30% w/w است.

سنتز رزین سیلیکون:

164 گرم (معادل 1.105 مول) از کلروسیلان با 240 میلی لیتر از 4 متیل 2 پنتانون 0MIBK) مخلوط شده و همزمان 360 میلی لیتر تولوئن اضافه می گردد. 480 میلی لیتر از MIBK و 240 میلی لیتر از یک مول HCL در دمای اتاق تشکیل یک محلول ابی می دهند. محلول با سرعت معینی به زده می شود و لایه های آلی با PH خنثی به صورت معین تشکیل می گردند. یک محلول آلی از استات سدیم اضافه می کنند و کل مجموعه را تا دمای 70 گرم می کنند و همزمان به صورت ثابت آن را به هم می زنند، تا لایه هایی با PH خنثی ایجاد شده و همزمان درصد ترکیبات رزین نیز کنترل می گردد.

اضافه کردن کیورینگ:

کیور به معنای عملیات گرمایی روی یک محلولی که حالت خمیری دارد و خروج ثابت مایعات به صورت تبخیر از آن انجام شده و حالت چسبنده ای به خود می گیرد. رزین های سیلیکونی به صورت خود به خود کیور می شوند. پایداری بالایی دارند خواص ترمودینامیکی رزین سیلیکون بسیار بالا است و این موضوع به دلیل اضافه کردن افزودنی های انتقالی است که به صورت خودبه خودی باعث انجام فرایند کیورینگ می شوند و تا 40% ذرات سیلیکا با استفاده از فرایندهای پیشرفته و با استفاده از هیدروآنالیز فرایند کیورینگ انجام می شود. این ترکیب نسبت به سایر پلیمرهای آلی دیگر دارای مزایای فراوانی از جمله متفاوت حرارتی بالاتر و مقاومت به رطوبت بالاتر هستند.

قبل از اینکه محلول ایجاد شده در قسمت قبل را به درون قالب بریزیم باید از مخلوط شدن کامل سیلیکا به صورت رزیم در تولوئن مطمئن شویم و مقداری کاتالیت ترکیبی حاوی پلاتین نیز به محصول اضافه می کنیم کل محصول به صورت مشخصی تا دمای 200 گرم می کنیم. زمان گرمایش باید 3 ساعت باشند.

عمل گرمایی بعد از کیورینگ:

فرایند کیورینگ اضافی روی لایه های حاوی رزین را در محیط حاوی N2 / Net3 به صورت بخار تا دمای 400 درجه سیلسیوس به مدت 2 ساعت انجام می دهیم.

پیوند های عرضی در رزین های سیلیکون:

محصولات بهینه شده هیدرولیز کلروآلوکسی سیلان نشانه گذاری شده با تراکم بخشی سیستم های پیوند خورده عرضی با گروه های تابع ثابت می باشند. با وابستگی حوزه کاربردی. این موارد باید برای فرایند و توانایی پیوند عرضی برای تبدیل آنها از حالت حل شدنی به حالت حل نشدنی، اقتصادی باشند. در این فاز خواص ویژه ای باید آنچه را رزین های سیلیکونی بالاتر به پلیمرهای آلی مرسوم انتقال می دهند، توسعه دهد. این واکنش ها در دماهای بالا برده شده و به طور معمولی اتفاق می افتند و می توانند توسط کاتالیزرها سریع بخشیده شوند.

موارد زیر مکانیسم  را که ممکن است اتفاق بیفتد بهبود می بخشد.

 

با وابستگی به مسیر واکنش غالب، موارد زیر از یکدیگر تشخیص داده می شوند. (به منظور اهمیت صنعتی):

1)    پیوند عرضی چگالش

2)    پیوند عرضی پروکسید و ترکیب چند ماده با هم

3)    پیوند عرضی تشعشعی – UV

که مورد دوم هنوز دارای اهمیت صنعتی محدود شده می باشد (تا زمانی که رزین های سیلیکون اهمیت داشته باشند)

رزین های پیوند عرضی – چگالش:

فرم های تجاری محصولات چگالش و هیدرولیزی ارگانوسیلان ها شامل گروه های هیدروکسیل بین 0.2% و 5% می شوند که با یکدیگر در دماهای بالای 150 با شکل دادن جدید زنجیره ای _Si _ O _ Si _ واکنش می دهند. هر چه محتوی Si _ OH بالاتر باشد، رزین واکنشی تر می باشد. فرایند چگالش به شبکه های بزرگتر و سرانجام به کامل نمودن قابلیت حل نشدنی در حلال های آلی می انجامد. با وابستگی به چگالش ها محصول نهایی می تواند دارای محدوده ای از حالت شکننده به خالت الاستیک باشد. زمان مورد نیزا برای پیوند عرضی بستگی به ارگانوسیلان ویژه و وظیفه آن دارد. رزین های سیلیکون شامل 10% تا 30% w/w از گروه های آلوکسی در حضور کاتالیزورهای رطوبت مناسب برای شکل دادن گروه های هیدر.کسیل آزاد و الکل برابر واکنش می دهند. این ها می توانند با  هر کدام از شبکه های پلیمری شکل دهنده واکنش دهند. کاتالیزورها و بازدارنده ها به علاوه اسیدها و نمک های فلزی را کم می کند. چون واکنش چگالش نیز به آرامی در دمای نرمال اتفاق می افتد، موجود بودن رزین ها و محلبول های رزین محدود می شود که می تواند با دماهای کمتر به علاوه الکل ها و با عوامل پیچیده کننده به تاخیر نیفتد.

رزین های پیوند عرضی پروکسید و افزودنی ها:

کو هیدرولیزارگانو هیدروژن یا هیدروژن – کلروسیلان باعث غلیظ شدن رزین های سیلیکون غلیظ شده به طور بخشی می شود که زنجیره های Si _ H _ می باشد. این ها در حضور کاتالیزورها (مثلا ترکیبات پلاتینیوم) در دماهای بالا با رزین های ایجاد شده توسط کو – هیدرولیز و فنیل ارگانو کلرو سیلان ها با ارگانوکلروسیلان ها واکنش می دهند. این مقدار اضافه بودن ساختار فراورده ی فرعی اتفاق می افتد و بدان وسیله به بهبودی بدون حباب لایه ضخیم رزین می انجامد. رزین ها برای بهبود مقدار اضافه در ابتدا سیستم های دو جزئی هستند که بعد از ترکیب شدن پیوند عرضی به وجود می آیند.

پیوند عرضی پروکسید حلال – آزاد:

رزین های سیلیکون مایع شامل گروه های وینیل، نسبتا به ترکیب محصولات فرعی می انجامد. در این روش، ممانعت اکسیژن می تواند باعث ضخامت سطحی نا مطلوب شود.

طبقه بندی رزین های سیلیکون:

رزین های سیلیکون برای گروه های مختلف وابسته به پسماند آلی پیوند به اتم سیلیکون ارجاع داده می شوند. مهمترین محصولات تجاری همانند موارد ذیل هستند:

رزین های متیل سیلیکون: فرمول شیمیایی این مورد برابر است با:

[(CH3)nSiO4-n/2]m                     n<1.7

مواد خام ضروری، متیل کلروسیلان به راضی در مقادیر کافی از سنتز موجود می باشد. با وابستگی به نسبت واحد های ترکیبی di – functional فیلم های رزین بهبود یافته دارای خواصی می باشند که در مخدوده ای از شکننده به انعطاف پذیر یا الاستیک می باشند.

رزین های متیل سیلیکون:

ضعیف ترین کربن پلی متیل سیلوکسان ها هستند. مقاومت دمایی طولانی مدت آنها حدود 180 تا 200 درجه سانتیگراد می باشد. بار کنش گرمایی بالا احتمالا به تکمیل اکسیداسیون از گروه های متیل با تنها یک مقدار کوچک از محصولات طرفی که شکل می گیرند، می انجامد. تشابه شیمیایی به اسید سیلیسیک اصل ویژگی غیر آلی از این گروه رزین می باشد. از این رو سختی بزرگ نسبی، قابلیت ارتجاع در مقابل حرارت کم، بویژه برای محصولات معدنی عیر الی وابسته می باشند و به طور ناسازگاری به دیگر رزین ها وابسته می باشد. در مخلول رزین های متیل سیلیکون به طور کلی از نظر تجاری با یک محتوی جامد از حدود 50% w/w موجود می باشند. حلال های ترجیع داده شده، آروماتیک ها، آلیفاتیک ها و الکل ها می باشند. رزین های مایع آزاد از حلال، رزین های جامد و امولسیون ها به طور فراینده ای محصولات طبقه بندی شده ای را جانشین می کنند. همه محصولات بر اساس رزین های متیل سیلیکون، خواص مانع آب استثنایی را در حلال ازاد که به طور بخشی دارای شرایط پیوسته عرضی در دماهای اتاق بعد از بهبود کاتالیزوری یا گرمایی هستند را نشان می دهند. در یک فرایند گرمایی، رزین های متیل دارای نرخ متوسطی از پیوند عرضی هستند. برای کاربردها در دماهای بالای 400 ته ماند اسید سیلیسیک که با اکسیداسیون اجزای اصلی آلی با هم با رنگدانه های لایه ای شکل گرفته ثابت می باشد.

لایه های ضخیم رزین های متیل سیلیکون تمایل دارند که به شکستگی فشار وارد کنند و دارای حساسیت شکاف افزوده باشند. این خواص در حوزه های متعددی از کاربرد شامل موارد ذیل به کار گرفته می شوند:

عوامل مانع آب در نگهداری ساختمان، در صنعت الکتریکی و برای مواد آلی عوامل تفکیکی در ساخت غذا و در فرایند پلاستیک ها، مقادیر اضافی برای مقاومت آب و هوایی، رنگ های سطحی تراوایی، رطوبت، الیافی برای پوشش های با دمای بالا، برای عایق کاری الکتریکی سخت و مدل سازی های سرامیک برای قالب ها در ریخته گری فلزی هستند

رزین های فنیل سیلیکون:

این ها رزین هایی هستند شامل بالای 20% w/w از گروه های فنیل. واحد های دیگر آلی معمولا گروه های متیل می باشند. سیلیکون های شامل گروه های فنیل به عنوان تنها جز آلی کاربرد کوچکی را به علت قابلیت ترموپلاستیکی طولانی مدتشان پیدا کرده اند. گروه هایفنیل در سیلیکون ها، مقاومت گرمایی را به 250 – 200 افزایش می دهند که تابعی به عنوان پلاستیک ساز داخلی می باشد و به طور قابل ملاحظه ای سازگاری را با پلیمرهای آلی بهبود می بخشند. محلول های رزین فنیل و رزین متیل دارای محتوی جامدات بالای 80% w/w می باشند.

حلال های مناسب اصولا آروماتیک ها می باشند. جانشینی آنها یکی از مهمترین کارها در توسعه محصولات مورد قبول محیط زیست می باشد. محلول های رزین فنیل با محلول های رزین متیل قابل حل نمی باشند. خواص فیلم های رزین می تواند از سخت به خیلی الاستیک توسط پیوند مونومرهای di – functional تغییر یابد. در مقایسه با رزین های متیل سیلیکون آنها به طور قابل توجهی برای رنگ کردن راحت تر می باشند. که مقاومت نور عالی و براق را افزایش داده اند. بنابراین با وجود تفاوت های زیادشان آنها دارای محدوده وسیع تری از کاربرد نسبت به متیل سیلیکون ها می باشند. الیاف برای مواد عایق کاری الکتریکی انعطاف پذیر و سخت، الیاف برای مقاومت دمایی، پوشش های مقاوم خوردگی رنگ شده، عوامل تراز برای لعاب کاری های کوره، الیافی برای سیمان ها و قالب کاری ها نمونه هایی از این مورد هستند.

رزین های MQ:

رزین های سیلیکون که از واحدهای Q و M شکل گرفته اند. تری متیل کلروسیلان و سیلیکون تترا کلرولید استنتاج می شود. اهمیت آنها به طور اولیه در قابلیت مناسب بودن آنها به عنوان مواد افزودنی و کمکی در ساخت سیلیکون ها و برای مقاصد صنعتی دیگر می باشد. حوزه های اصلی کاربردی برای این محصولات عبارتند از: عوامل رهایی اهداف خاص برای مثال مطمئن شدن از قابلیت پوشش مجدد قالب سازی های پلی اورتانريال تقویت کننده ها در ترکیبات سیلیکون، لاستیک، رزین های استفاده شده در عوامل ضد کفی و چسبنده.

در مقایسه با رزین های سیلیکون شکل گرفته از واحدهای D و T تولید کلی رزین های MQ کوچک می باشد. رزین های سیلیکونی و دیگر گروه های سخت، رزین های ویژه ای در آنچه گروه های الکیل بلند (مانند پروپیل و بوتیل) در چهارچوب مبنای رزین سیلیکون به هم می پیوندند، وجود دارند. قابلیت پایداری رزین سیلیکون به آلکالی (ماده ای با خاصیت قلیا) معمولا به طور عمده ای با محتوی گروه الکیل تا بالای 10% w/w افزایش می یابد. این خواص به خصوص برای استفاده از رزین های سیلیکون برای بهره مند شدن از حالت دفع آب در بخش ساختن مهم می باشند.

خواص فیزیکی و الکتریکی فیلم های رزین:

رزین ها می توانند با مقادیر ویژه الکتریکی و فیزیکی (جدول زیر) مشخص شوند.

جدول

مقاومت دمایی به طور گسترده ای بستگی به روش ترکیب، ضخامت ورقه، نوع و مقدار کاتالیزورها و رنگدانه ها روی تغییر دما دارد. رزین های فنیل سیلیکون دارای مقاومت دمایی از 60- تا 250 می باشند. جدول زیر دید کلی از فقدان وزن از رزین سیلیکون روی بارکنش گرمایی دینامیک را فراهم می آورد. نبود جرم به طور بخشی با افزایش جرم به وجود امده توسط اکسیداسیون به SiO2 پوشانده می شود.

نرخ گرمایش / مقاومت به مواد شیمیایی و فرسایش در اثر هوا:

رزین های سیلیکون بهبود یافته برای بیشتر اسیدهای معدنی، نمک ها و هیدروکربن های آلیفاتیک مقاوم هستند. محیط آلکالینی باعث تجزیه در محصولات مولکولی کم یا سیلیسات های حل شدنی در آب با سرعت کم تر یا تند تر وابسته به غلظت ترکیب رزین و مبنا می شوند. گروه های آلکیل بلند، مقاومت را برای دی پلیمریزاسیون قلیایی تحریک شده افزایش می دهند. رزین های سیلیکون دارای مقاومت فرسایشی هوایی خیلی خوبی هستند که در نتیجه ترکیب خواص مانع آب و مقاومت به تشعشع UV و زردی می باشد.خواص توکسی کلژیکال رزین های سیلیکون غیر توکسی می باشند. هیچ محدودیتی در استفاده از آنها در ساخت کالای مشتری تا وقتیکه نیازهای قانونی مناسب برآورده شوند، وجود ندارد. این ها مربوط به مواد فرعی و آغازی مانند کاتالیزورها و امولسی فایرها، متدارپیوند عرضی و تاثیرات بو و مزه می باشند.

ترکیب رزین های سیلیکون:

واکنش های کوچگالش: بعد ازتغلیظ موادآغازین، رزین های سیلیکون خالص دارای وزن مولکولی متوسط بیشتر از 2000 و محتوی گروه های آلوکسی و هیدروکسیل تابعی کم می باشند. در حالیکه رزین های متیل سیلیکون با پلیمرهای آلی مخلوط شدنی می باشند، رزین های فنیل سیلیکون به طور بخشی قابل خل می باشند. به دلیل محتوی گروهی تابعی کم، رابطه شیمیایی بین رزین های سیلیکون و الی مشکل می باشد. در تلاش برای تغلیظ گروه های سیلانول و کربونیل، ژل به عنوان گروه های سیلانول رزین سیلیکون اتفاق می افتد که با یکدیگر با انتقال همچون یک محصول غیر قابل استفاده تغلیظ می شوند. هر چند تحت شرایط مناسب وقتی که پلی سیلوکسان ترکیب می شود، مقادیر نسبتا بزرگی از گروه های هیدروکسیل (تا بالای 5%) یا گروه های آلکسیل (30% - 15%) می توانند در رزین سیلیکون پیوند عرضی به طور بخشی پیوند بخورند. این محصولات سپس به طور موثری واکنش می دهند. چنین رزین های سیلیکون که به طور بخشی پیوند عرضی خورده اند به صورت نموداری در شکل زیر نشان داده می شوند.

شکل

رزین سیلیکون واکنش دهنده ای که به طور عرضی و بخشی پیوند خورده است.

رزین های سیلیکون واکنش دهنده می توانند دستخوش واکنش بیشتری توسط تغلیظ، توسط هیدرولیز و تغلیظ گروه های تابعی مناسب یا با جفت شدن با گروه های کربونیل پلیمرهای آلی شوند. معمترین واکنش شیمیایی اصولی در معادلات زیر نشان داده می شوند:

 

 

به طور کلی واکنش شیمیایی در محلول در حدود 150 درجه شکل می گیرد. محصولات واکنش، آب یا الکل نیز از سیستم حذف می شوند. واکنش کامل شامل اصلاح و تغلیظ یانول از متوسط هایی شامل هیدروکسید می باشد. تغلیظ باید وقتی موقت شود که به ویسکوزیته محصول خواسته شده رسیده باشیم.

اگر واکنش دهنده، رزین های سیلیکون تابع آلکوکسی استفاده شوند، واکنش همزمان درگیر تغلیظ آلکوکسی سیلان با حذف اتر اتفاق نمی افتد. محدوده وسیعی از رزین های ترکیبی سیلیکون ساخته شده در این روش اخیرا با خواص ویژه در خور حوزه های متفاوت کاربردی موجود می باشند. شکل زیر یک طرح ساده شده از پیوند عرضی ارگانوپلی سیلوکسان ها را نشان می دهد

شکل

تغلیظ رزین های واکنشی ارگاسیلیکون با رزین های آلی می تواند با محتوی سیلوکسان بین 90% w/w وابسته به خواص خواسته شده انجام شوند. توزیع های زیر برای خواص رزین های ترکیبی از موارد زیر منجر می شود:

الف) رزین آلی: خواص بهبود یافته، پایداری زنگی بهبود یافته، ترموپلاستیسیتی کاهش یافته، چسبندگی و زیر لایه ای بهبود یافته، بهینه سازی خواص مکانیکی، مقاومت افزوده در برابر حلال های رکی معمولی.

ب) رزین ارگانوسیلیکون: مقاومت گرمایی بهبود یافته، خواص مانع آب و مقاومت فرسایش هوایی افزایش یافته، تمایل به نشان گذاری روی سیتم های پوششی.

بهبودها در قابلیت فرایندسازی و در خواصی چون نرخ پیوند عرضی،  چسبندگی، سختی، انعطاف پذیری و پایداری رنگدانه.

به طور کلی در رزین های سیلیکون با محتوی سیلیکون بزرگتر از 50% w/w دارای نفوذ می باشند. یک محتوی سیلیکونی تحت 50% w/w از ویژگی هایی از پلیمر آلی مربوط به مقاومت فرسایش، خواص الکتریکی و مقاومت گرمایی طرفداری می کنند.

رزین های ترکیبی سیلیکون:

همان طور که در قسمت های قبل ذکر شد، این ها درگیر یک واکنش جفت شدن بین جز سیلوکسان و پلیمر آلی می باشند. گروه آلوکسی سیلان یا سیلانول با گروه های هیدروکسیل رزین آلی واکنش می دهد. که این مورد به طور بیشتر، تنوع بزرگی از رزین های سیلیکون را با اضافه کردن رزین های ترکیبی توسعه می دهد. هرچند تنها، ترکیبات مناسب، اهمیت تجاری دارند. این ها محصولات واکنشی متوسط های رزین سیلیکون با موارد زیر می باشند:

پلی استرها، رزین های آلکید، پلی اکریلات ها، رزین های فنلی، رزین های اپوکسی، رزین های اپوکسی استر و پلی اورتان ها.

محتوی ترکیب سیلیکون بستگی به کاربرد خواسته شده دارد. برای مقاومت دمایی بالا 50 تا 90% w/w سیلوکسان ضروری می باشد. در حالی که اگر مانع آب و مقاومت برای طی کردن زمان، معیار اصلی باشد 20 تا 30% w/w از سیلوکسان کافی می باشد.

پلی استرهای سیلیکون:

این رزین ها ترکیبی مهم از نظر صنعتی هستند. به عنوان الیافی در پوشش های مقاومت آب و هوایی (سیلوکسان 15-50%) یا مقاومت گرمایی 0سیلوکسان 80 -50%) مورد توجه قرار می گیرند. محصولات برای زرد شدن مقاوم از نظر گرمایی ثابت انعطاف پذیر و براق می باشند و دارای نگهداری رنگی بالا وسختی خوب هستند. زرد شدن تنها یک خطر با فرمول های رنگ روشن شده در دماهای بالای 250 می باشد. کاربرد ترجیح داده شده به عنوان پوشش های سیم پیچی به دلیل بهبود سریع، طول مکانیکی و مقاومت آب و هوایی الیاف می باشند.

آلکیدهای سیلیکون:

مقاومت آب و هوایی عالی و پایداری گرمایی طولانی مدت در دماهای تا 150 به محتوی سیلیکون در حدود 30% w/w رسانده می شوند. علاوه بر این مقاومت در برابر زرد شدن و مواد شیمیایی با هم با سختی و مقاومت اصطکاکی افزایش می یابد. استفاده از آلکیدهای نفتی بلند به متوسط به پوشش های خشک کننده هوا اجازه می دهد تا ساخته شوند.

آیرکلات های سیلیکون:

محتوی سیلیکون بین 20 و 50% در مقاومت آب و هوایی اثر می گذارد. مقاومت گرمایی به طور عمده ای در بالای 50% w/w از سیلیکون افزایش می یابد.

مخلوط های رزین های آلی و ارگانوسیلیکون:

ترکیب شیمیایی رزین های الی و رزین های سیلیکون واکنش دهنده مولکولی کم نیاز به گام فوق تکنیکی دارد، اما برای همه کاربردها لازم نمی باشد. در برخی حالات محلوط ها نسبت به ترکیبات جدید می توانند تقاضا ها را برای کیفیت رزین بهبود یافته و قابلیت فرایند پذیری آن را کامل کنند. درحالیکه ایجاد بیانات کلی روی قابلیت از دست دادن خواص، میشکل است. تجربه نشان می دهد که مقادیر بزرگتری از گروه های تابعی در مواد اولیه مفید می باشند. ضروری می باشد که بین مخلوط های رزین های آلی با رزین های سیلیکون و برعکس تفاوت قائل شویم. با وابستگی به مقادیر نسبی ترکیبات مختلف، بهبود خواص رزین می توانند در جهت سیلیکون یا پلیمر آلی باشند. اهمیت عملی ویژه اضافه از 1 به 10% w/w ار رزین سیلیکون می باشد تا خواص جریانی و مقاومت آب و هوایی پوشش ها را بهبود بخشیم.

خواص و کاربردهای رزین سیلیکون:

این ترکیبات که از پلیمریزاسیون انواع سیلاب ها و سیلوکسان ها بدست می آیند با اینکه گرانند ولی مقاومت قابل توجهی در برابر گرما دارند که باعث شده در لاستیک های سیلیکون زیاد مصرف شوند. این ترکیبات اشغال پذیری نسبتا پایین، گران روی کم در درصد بالای رزین، عدم سمیت، خواص بالای دی الکتریک، حل ناپذیری در آب و الکل ها و ... دارند به دلیل همین خواص ترکیبات سیلیکون به عنوان سیال هیدرولیک و انتقال گرما، روان کننده و گریس، دزدگیر برای مصارف برقی، رزین های لایه کاری و پوشش و لعاب مقاوم در دمای بالا و اکشل ها و مواد صیقل کاری قابل استفاده اند.

در موتورها، ترانزیستورها، در صنایع ساختمانی نیز قابل استفاده اند. بیشترین مصرف این ها در صنایع هوا فضاست.

کاربرد رزین سیلیکون در ابزارهای الکترونیکی:

آب بندها، مواد چسبنده و ترکیباتی که برای ابزارهای الکترونیکی ریز استفاده می شوند به طور گسترده ای از انواع رزین های آلی می باشند که در ابتدا این ترکیبات حاوی اپوکسی، پلی آمیدها و دارای کریستال های چندگانه می باشند. هرچند پیشرفت های اخیر در مورد نیمه های دی ها با استفاده از ذرات ریز و تراشه ها صورت گرفته است و دارای قابلیت اجرای بالایی در این زمینه هستند. هرچند که ضریب انبساط گرمایی (CTE) این ترکیبات در مقایسه با پلیمرهای آلی کمتر می باشد. ولی مقاومت این ترکیبات در برابر انتقال حرارت (Tg) در محدوده های دمای 70 تا 110 درجه بالاتر است.

ساختار این ترکیبات به مقدار بیشتری سیلیکا جهت کاهش ضریب انباط حرارتی بالاتر می باشد و همچنین در این حالت باید به خواص مکانیکی هم توجه شود. هر چند افزودنی های مذکور باعث افزایش لزجت و کاهش قابلیت فرایند تولید آنها می گردد ولی موردی که از اهمیت بیشتری برخوردار است، مقاومت در برابر نفوذ رطوبت می باشد.

رسیدن به حالت های بحرانی هنوز برای ابزارهای الکترونیکی ریز به طور کامل میسر نشده است. علاوه بر پلیمرهای آلی انتقالی سیلیکون نیز به طور گسترده ای در صنایع الکترونیکی استفاده می شوند. زیرا دارای خواص منحصر به فردی می باشد از جمله این خواص می توان به ریز تر بودن ساختار، مقاومت به رطوبت خیلی خوب، عایقی خیلی خوب برای ابزارهای الکترونیکی و پایداری حرارتی مناسب می باشند و همچنین دارای خلوص یونی بالایی هستند.

ضریب انبساط حرارتی سیلیکا به نسبت بالا است و در محدوده 110 ppm تا 300 باشد و در مقایسه با پلیمرها که بین 50 تا 120 هستند بالاتر می باشد ولی پلیمرها در دماهای کمتر از 72 درجه سیلیسیوس دارای قدرت انتقال حرارت کمتری هستند.

تجربی:

تمام واکنش در هوا و در یک حلال مشخص با مشخصه های مولی تعریف شده و درصد وزنی معین در ‘JEOl’ با فرکانس 400MHz و با وسایل ابزار دقیقی NMR با استفاده از استانداردهای معین در حضور آب صورت می گیرند. DMTA  در DMA142 در محیط اتمسفر اجرا می گردد.

اندازه گیری ها روی نمونه صلب به صورت منظم در فرکانش 1Hz در دماهای بین 100- تا 300 درجه با سرعت 2˚c/min (سرعت گرمایش) اندازه گیری می شوند. ضریب انبساط حرارتی در محدوده دمایی 80- تا 240 محاسبه می گردد.

نتیجه و بحث:

رزین های سیلیکون سری ‘MViMe2wTphxTHy’ به وسیله کاتالیست های اسیدی مایع هیدرولیزی از ارگانوکلروسیلان سنتز می گردند. رزین سیلیکون به صورت ذاتی که از SiH مایع شده حاصل می شوند روی زمینه ای که به آن Q می گویند، می نشیند. با توجه به شکل زیر این فرایند را IQC می نامند. (فرایند عمومی اشباع داخلی)

 

مایع شدن هیدرولیزی SiH به پایه و نوع کاتالیست بستگی زیادی دارد و به همچنین به علظت و دما هم وابسته می باشد، که همه این عوامل باید به صورتی باشند که امکان کنترل ساختار شکل گیری سیلیکا و رزین وجود داشته باشد. ترجیحا از یک محلول آبی حاوی استاس سدیم 1M در دمای 70 درجه سانتیگراد استفاده می شود.

مزایای فرایند IQG نسبت به شکل گیری مستقیم زمینه حاوی رزین پاداری رزین ها در زمان هم زدن تا 80 درصد مولی می باشد بدون اینکه به یک حالت ژله ای برسیم. رزین های سیلیکونی در فرایند IQG به راحتی حرکت می کنند و قابلیت حل شدن در حلال های آلی با سطح مقطع مناسب را دارند. در این فرایند اضافه کردن رزین ها آسان تر انجام می گردد. در فرایند IQG به یک ساختار همگم و یکنواخت می رسیم به طوریکه شبکه های رزین به صورت ذراتی در زمینه پراکنده هستند و این مجموعه دارای خواص ترمومکانیکی بالایی می باشد.

با توجه به تحقیقات وسیعی که در زمینه مواد و زمینه های حاوی Si شده است ا امید است که بتوان به یک حالت از انتخاب رزین های سیلیکون قابل کیورینگ مناسب در شرایط مایع شدن ذرات رسید.

جدول زیر خلاصه ای از رزین هایی که درصد ترکیبات آنها در فرایندهای IGQ کنترل می شوند را ارائه داده است. همان طور که انتظار می رود درصد مولکولی متوسط رزین های A تا C با افزایش درصد مولی زمینه از 9 تا 36 درصد افزایش یافته و هممچنین درصد چگالی نمونه به تناسب بیشتر می گردد. به طور ویژه رزین D دارای درصد وزنی بیشتری است و از نظر تجربی نیز با سایر رزین ها متفاوت می باشد. هرچند که این رزین ها اغلب وابستگی زیادی به مایع اولیه و سطح زمینه دارند.

جدول 1

رزین های سیلیکون بالا به صورت خود به خودی کیور شده و یک حالت صلبی به خود می گیرند و به صورت آزاد و جامد به نمونه هایی با نام A’ تا D’ تبدیل می گردند. این مواد دارای خواص ترمومکانیکی قوی و مدول الاستیسیته بالایی هستند و مدول پلاستیتسیته انها بین E’S و E’p قرار می گیرد رزین های خودکیورینگ با فرایند IQG تهیه می شوند. و رزین های نوع Q پایدار و از نظر فرایندی آسان هستند. با اضافه کردن دانه های رزین و همزمان عملیات گرمایی مناسب بعد از شکل دادن خواص ترمودینامیکی این مواد قابل مقایسه با پلیمرهای آلی می باشد. به علاوه اینکه دارای مقاومت گرمایی بالا و مقاومت به رطوبت مناسبی هستند.

+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و یکم اردیبهشت 1389ساعت 18:46  توسط صادق  | 


پمپ ها در صنعت هیدرولیک به دو دسته کلی تقسیم می شوند:

 

1. پمپ های دینامیکی (پمپ ها با جا به جایی غیر مثبت):

توانایی مقاومت در فشار های بالا را ندارند و به ندرت در صنعت هیدرولیک مورد استفاده قرار می گیرند و معمولا به عنوان انتقال اولیه سیال از نقطه ای به نقطه دیگر بکار گرفته می شوند. بطور کلی این پمپ ها برای سیستم های فشار پایین و جریان بالا که حداکثر ظرفیت فشاری آنها به psi 250 تا psi 3000 محدود می گردد مناسب است. پمپ های گریز از مرکز (سانتریفوژ) و محوری نمونه کاربردی پمپ های با جابجایی غیر مثبت می باشد.

 

پمپ های دینامیكی یا گریز از مرکز (Centrifuge Pump) که شامل:

 

1. Pump   Centrifugal

2.Pump Propeller

3. Pump Mixed Flow

4. Pump Peripheral

5. Pump Turbine

6. Pump Radial Flow

7. Pump Axial Flow

 

2.پمپ های با جابه جایی مثبت (Positive Displacement)

 در این پمپ ها به ازای هر دور چرخش محور مقدار معینی از سیال به سمت خروجی فرستاده می شود و توانایی غلبه بر فشار خروجی و اصطکاک را دارد. این پمپ ها مزیت های بسیاری نسبت به پمپ های با جابه جایی غیر مثبت دارند مانند مانند ابعاد کوچکتر، بازده حجمی بالا، انعطاف پذیری مناسب و توانایی کار در فشار های بالا را دارند.


         1. پمپ های رفت و برگشتی ( Reciprocating Pump)

1. Pump Diaphragm

2. Pump Piston

3. Pump Plunger

 

2.پمپ های دورانی (Rotary Pump)-جابجایی مثبت از نظر ساختمان

1. Pump Cam

2. Pump Screw

+ نوشته شده در  چهارشنبه پانزدهم اردیبهشت 1389ساعت 11:55  توسط صادق  | 



چکیده :
وقتی مایع گرمی باگازاشباع نشده ای تماس می یابد،قسمتی از مایع تبخیر می شود و دمای مایع افت می کند.مهمترین کاربرد این اصل در سیستمهای خنک کن است که بر مبنای آن دمای آب مصرفی در چگالنده ها و مبدل های گرمایی کاهش می یابد. از جمله مصارف این دستگاه ها در صنایع شیمیایی،نیروگاهها و وسایل تهویه مطبوع می باشد.
انواع سیستم های خنک کننده :
در تمام سیستم های خنک کننده، گرما به آب خنک کن منتقل می شود و دمای سطح فلزات در محدوده ای از زیر صفر ( برای صنایع یخچال سازی ) تا بالای °c100 ( موتور های احتراق داخلی ) متغییر است.در سیستم های گردشی، آب در نقطه ای گرم شده و در جای دیگر خنک می شود. میزان خنک شدن بسته به نوع سیستم و فرآیند متغییر است. سیستم خنک کننده به3 گروه اصلی زیر تقسیم بندی می شوند.
الف) سیستم های گردشی بسته
ب) سیستم های گردشی باز با برج های خنک کننده
پ) سیستم های خنک کن گزار


الف) سیستم های خنک کن بسته :
در سیستم چرخشی کاملاً بسته ،آب خنک کن از میان سیستم عبور کرده بدون اینکه هیچ گونه آبی تلف شود به مخزن اصلی بر می گردد. بنابراین انتخاب باز دارنده مناسب و غلظت آن بدون هیچ گونه محدودیت محیطی انجام می شود.


ب) سیستم های خنک کننده باز گردشی :
سیستم های خنک کننده باز از متداول ترین سیستم های خنک کن می باشند. در این سیستم در هر سیکل گردش، 2 تا 3 درصد آب تبخیر می شود. بنابراین غلظت نمک ها باید در یک سطح معقولی حفظ شوند. برای این کار مقداری از آب تغلیظ شده را از سیستم خارج و آب تازه را جایگزین آن می کنند. از طرفی مواد شیمیایی استفاده شده در این سیستم ها به رودخانه ها و دریاچه ها ریخته می شود. لذا ضروری است که مواد شیمیائی مصرفی با محیط زیست سازگاری داشته باشد.


- سیستم های خنک کن گذرا :
در سیستم خنک کننده گذرا آب از داخل رودخانه، دریا و ... به داخل سیستم فرستاده شده ویک بار از داخل واحدهای خنک کننده عبور می کند و به منبع اصلی خود برگشت داده می شود، بنابراین مصرف آب در این سیستم ها خیلی زیاد است. استفاده کردن مداوم از مواد شیمیایی از نظر اقتصادی محدود می باشد. ضمن آن که ملاحظات زیست محیطی نیز باید رعایت شود.

آشنایی با برجهای خنک کننده : برجهای خنک کن ستونهایی با قطر بزرگ اند واز پرکن هایی استفاده می کنند که تماس خوبی بین گاز ومایع به واسطه افت فشار کم برقرار کنند.


آب گرم توسط نازلهایی به داخل دستگاه پاشیده میشود یاتوسط شبکه ای از لوله ها وناودانهای شیردار روی پرکن توزیع می شود.جدار داخلی برج بیشتر از چوب قرمز،سیمان آسبست،پلی استر تقویت شده با شیشه ونظایر آنها ساخته میشود. البته برجهایی وجود دارند که کاملا از پلاستیک ساخته شده اند.فضای پر شده ی داخلی معمولا به شکل پرچین درست میشود به این ترتیب که تخته های باریکی را یک در میان به صورت ردیفهای افقی وعمودی قرار می دهند.
پرکنها معمولا از نوع پلی پروپیلن می باشند که به شکل میله ویااشکال دیگرقالب ریزی میشوند.
پرکن در تاسیسات جدید،پرکن سلولی یا پرکن فیلمی است که از صفحات کنگره ای پلاستیکی تشکیل شده است.عمق پرکن می تواند کسر اندکی از ارتفاع کل برج باشد. هوا توسط فن ها با کشش واداشته یا با کشش القایی،ودر بعضی برجها با کشش طبیعی ،از پرکن عبور می کند.
کاهش دمای آب دربرج خنک کن عمدتاًازتبخیرناشی می شود٬گرچه وقتی دمای هواکم است ،کمی گرمای محسوس به هواانتقال می یابد.ولی ٬ حتی وقتی هواگرم ترازآب است ،آب راباتبخیرمی توان خنک کردبه شرطی که دمای حباب خیس کم ترازدمای آب باشد.درعمل ٬دمای آب خروجی 5تا F˚15(3 تا C˚8)بیشترازدمای حباب خیس است ،واین اختلاف راتقرب می گویند.تغییردمای آب ازورود تا خروج را برد گویند ٬ و برد معمولا از 10تا F˚30(6تاC˚17 ) است.

انواع اصلی برجهای خنک کن عبارتند از ׃
1_برج های خنک کن با جریان عرضی
2_برجهای خنک کنبا جریان ناهمسو
3_برج های خنک کن پاششی
برج خنک کن باجریان عرضی : در این برج ها که دارای مقطع عرضی مستطیلی هستند،هوا به طور افقی از بسترهای مایل پرکن عبور میکند وآب به طرف پائین جریان می یابد.دریچه های مایل از فرار قطره های آب به خارج جلوگیری می کنند ودیواره های زاویه دار،که به آنها کشش گیر می گویند بیشتر قطره هایی راکه همراه با هوای خروجی برده می شوند، گیر می اندازند .
برج های خنک کن با جریان ناهمسو: در این برجها هوا در زیر لایه ای از پر کن وارد می شود و در جهت مخالف با جریان سقوطی آب به طرف بالا جریان می یابد.این وضعیت برای انتقال گرما موثرترین آرایش استو تقرب دمائی بهتری را ایجاد می کند.
برج های خنک کن پاششی
برجهای پاششی افقی می باشندوازآنهابیشتردرعملیات سردکردن بوسیله مرطوب سازی بصورت آدیاباتیک بااستفاده ازمایع درگردش استفاده می شود.اگرقطرات مایع درشت باشد،شدت جریان گازرامی توان به 8/0تا2/1کیلوگرم برمترمربع ثانیه (600تا900پاوندبرفوت مربع ساعت )نیزرسانیدولی درهرحال بایدازخروج مایع توسط گازجلوگیری شود.
شرح آزمایش :
دستگاه راروشن می کنیم وبااستفاده ازشیرتنظیم دبی را روي40وسپس روي 60 قرار داده و دماهای ورودی وخروجی راثبت می نماییم.می دانیم که آب ازطریق بالای برج واردسیستم می شودپس دمای آب گرم ورودی(5T)ودمای آب سرد خروجی(6T)رابااستفاده ازترمومتراندازه گیری میکنیم.هوای خشک پس ازورودبه واسطه قطرات آب درحال ریزش مرطوب می شودوازخنک کن خارج می گردد.دمای هوای مرطوب ورودی (1T)ودمای هوای مرطوب خروجی(3T)می باشند.همچنین دمای هوای خشک ورودی (2T)ودمای هوای خشک خروجی (4T)خواهدبود.

T119.618.12
T2 26 27.9
T326.432.4
T433.738.2
T544.741.8
T630.334.4

نتیجه گیری :
هدف ازبه کاربردن خنک کن کاهش دمای سیال ورودی می باشد.باافزایش دبی جریان آب ورودی دمای هوای مرطوب خروجی افزایش می یابد.بااین وجوددمای سیال خروجی نیزافزایش یافته بازده سیستم کاهش می یابد.پس بایددبی جریان ورودی رابراساس دمای سیال خروجی ازخنک کن تنظیم نمود.
+ نوشته شده در  چهارشنبه پانزدهم اردیبهشت 1389ساعت 11:49  توسط صادق  | 

مته حفاري داراي ساختمان پيچيده اي است و براي توليد آن ، به  حدود 300 نوع ماده اصلي و فرعي و صد ها نوع تجهيزات مختلف، نياز  است. از اينرو طراحي و فنآوري توليد مته هاي حفاري امري بسيار پيچيده و توليد آن بسيار مهم و استراتژيك مي باشد.

مته هاي  حفاري

دركشور ما كه يكي از بزرگترين توليد كنندگان  نفت و گاز در جهان مي باشد، چندي است كه كوشش مي گردد تا دانش فني توليد مته هاي حفاري را كسب  نموده و آن را در داخل كشور توليد نمايند. مطالعات اوليه اين امر از سال 1376 آغاز شد و از سال 1381، با هدف توليد مشترك مته حفاري با طرف روسي، موضوع جدي تر شده و منجر به عقد چند تفاهم نامه و قرارداد همكاري في مابين وزارت نفت جمهوري اسلامي، شركت تامكار ( بعنوان طرف ايراني) و شركت ولگابورماش (بعنوان طرف روسي ) شده است. در حال حاضر شركت مشتركي به نام شركت توليد تجهيزات “تامكار سازان“ مابين دو شركت فوق ايجاد شده و بر اساس تفاهم نامه هاي فيمابين، پس از تائيد وزارت نفت وارد مرحله اجرائي خواهد شد و در طي 18 ماه، فنآوري لازم جهت ساخت كامل مته در ايران، از سوي شركت ولگابورماش، به داخل منتقل خواهد شد. همچنين بمنظور استقرار تجهيزات مربوطه، كارخانه اي به زير بناي 3200 متر مربع در يكي از قطبهاي صنعتي اصفهان آماده شده است. هم اكنون آزمونهاي مختلفي بر روي مته هاي حفاري ارائه شده توسط شركت مشترك انجام شده و نتايج رضايت بخشي نيز بدست آمده است.

شركت مشترك مذكور اميدوار است كه با پشتيباني فني شركت ولگابورماش روسيه، سهم قابل قبولي از بازار منطقه را نيز به خود اختصاص دهد.

كمپاني ولگابورماش ( كه نام قديم آن كومي بيشف بورماش مي باشد ) بيش از 50 سال است كه در توليد تجهيزات صنايع نفتي از جمله مته هاي حفاري براي انواع حفاريها ‏چه  در زمينهاي  نرم و چه در زمينهاي سخت فعاليت دارد. در سال 1948 فعاليت در زمينه توليد مته هاي حفاري در كارخانه هاي اين كمپاني شروع شد. ابتدا تجهيزات اوليه ساخت مته هاي حفاري طراحي شد و پس از تكميل تجهيزات ساخته شده،‏ اولين مته هاي حفاري  توليد شدند.

مته هايي كه توسط اين كمپاني توليد شده  و مي شوند مته هاي با دور تند ،  با دور كند و يا  روتوري مي باشند كه مته هاي دور تند خود به دو دسته تقسيم مي شوند

1- مته هاي دور تند با  160 تا 250 دور در دقيقه

2- مته هاي دور تند توربيني با 400 تا 600 دور در دقيقه

و مته هاي روتورسي يا دور كند نيز داراي سرعت دوراني  تا 80 دور در دقيقه مي باشند.

تا اواخر دهه 70 عمده توليدات اين كمپاني، ‏ مته هائي با دور تند بود كه تا عمق 2000 متر را حفاري مي كنند و در آن زمان مشابهي در جهان نداشتند. از اوايل دهه 80 به دليل افزايش سرسام آور ظرفيت حفاري در جهان (بيش از 50 ميليون متر در سال) اين كمپاني نيز به موازات افزايش توليدات كمپانيهاي امريكايي توليدات خود را چه در مورد مته هاي دور تند و چه مته هاي دور كند افزايش داد و در سال 1991 ، 360 هزار مته توليد نمود كه 250 هزار از نوع دور تند و 110 هزار از نوع دور كند است كه 85 % از ظرفيت حفاري در روسيه (از ساخالين تا كارپات و از شبه جزيره كولسكي تا آسياي ميانه) را تامين نمود.

ولگا بورماش يك كمپاني خصوصي مي باشد و دولت هيچگونه سهمي در اين كمپاني ندارد. كل پرسنل اين كمپاني حدود 6000 نفر مي باشد ، سيستم مديريت و اداره كمپاني توسط مدير عامل و اعضاي هيئت مديره به گونه ايست كه باعث تغيير ات ساختاري در كنترل توليد شده و  طراحي  هاي جديد  به سرعت   رشد  پيدا كرده اند. از سال 1994 تا سال 2000 ، 162 طرح جديد براي بالا بردن ظرفيت توليد و كيفيت مته  در اين كمپاني به كار گرفته شده است كه اين امر باعث شده كه كمپاني، رتبه اول در روسيه را به خود اختصاص دهد و در صدر قرارگيرد. در حال حاضر، شركت با ارسال مته به  بيش از 32 كشور جهان، از نظر ميزان فروش و رقابت با ديگر كمپانيهاي معروف ، در سطح كمپانيهاي  مطرح مته سازي جهان قرار دارد.

بكارگيري گداز هاي پلاسمايي ، آلياژهاي ريخته گري سخت در قسمت سطح پايه لغزشي مته ها (جنس نقره و غيره) استفاده از گريسهاي مايع براي آيامانهاي مته و همچنين استفاده از دستگاههاي مركب شيميايي حرارتي براي عمليات حرارتي اجزاء بكار رفته در ساختمان مته ها، از جمله روشهايي هستند كه در تكنولوژي ساخت و توليد مته هاي اين كمپاني، توسط متخصصين كمپاني طراحي شده و بكار گرفته مي شوند. استفاده از  استاندارد ها و بكارگيري تكنولوژيهاي جديد، باعث افزايش كيفيت مته توليدي و همچنين استحكام پايه آن شده  است.

حفاري چه در زمينهاي نرم و چه در زمينه هاي سخت،  توليد مي كند. كليه محصولات اين كمپاني مورد تاييد سازمانهاي بين المللي استانداردISO  و API  مي باشند.

در سال 1997 توسط سازمانهاي استاندارد فوق ، به محصولات توليدي شركت گواهينامه كيفيت، اعطا گرديد.

در سالهاي اخير، با توجه به افزايش نياز جهاني به استفاده از مته هاي الماسي، به خصوص در حفاري چاههاي افقي، اين كمپاني مجموعه كاملي از تجهيزات پيشرفته جهت راه اندازي خط توليد (مته هاي الماسي) را براي حفاري هاي ستوني و حفاريهاي پوسته اي، خريداري نموده است كه اولين نمونه هاي اين مته ها با قطر 139.7 و 214 ميلي متر ، عملكرد مطلوبي در حفاري چاههاي افقي در سيبري غربي تا عمق 3000 متر، از خود نشان دادند.

 


+ نوشته شده در  یکشنبه هجدهم بهمن 1388ساعت 9:12  توسط صادق  | 

 

 

 

امروزه سیستمهای كامپیوتری نقش عمده ای در تسریع و ارتقای كیفیت فعالیت های مهندسی از جمله طراحی و ساخت كارخانجات واحدهای تولیدی و راهبری آنها دارند. بطوری كه اكنون ارایه خدمات مهندسی خواه در دفاتر طراحی و دفاتر كارفرمایان، و خواه از شركتی به شركت دیگر بدون دخالت كامپیوتر در مراحل مختلف برآورد و انجام محاسبات، نقشه كشی، تولید و انتقال مدارك و مدیریت اطلاعات و اسناد، خارج از عرف و تقریباً بی معناست.

از آنجا كه این روش موجبات صرفه جویی در وقت و هزینه ها را فراهم می آورد، بطور طبیعی مورد استقبال عمومی مدیران بخش صنعت قرار گرفته است. با روشنتر شدن مزایای بكارگیری كامپیوتر در این امور، و پیدایش كاربردهای جدید برای آن، هر روز افراد بیشتری به استفاده از آن بجای ادامه روشهای سنتی تمایل نشان می دهند.

یكی از كاربردهای موثر كامپیوتر در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، شبیه سازی واحدهای تولیدی بوسیله نرم افزارهای خاص است. این زمینه با توجه به جو رقابتی بازارهای جهانی و نیز حركت هایی كه در زمینه افزایش بهره وری تولید، استفاده هرچه بهتر از منابع، و كاهش هزینه ها مشاهده میشود، طی سالهای اخیر رشد چشمگیری یافته، اما هنوز بسیاری از مزایای این كار شناخته نشده است. در این نوشتار، برخی زمینه های كاربرد نرم افزارهای شبیه سازی با هدف بازخوانی مهمترین مزایای این نرم افزارها بطور خلاصه توضیح داده شده است
.

1- مدلسازی و شبیه سازی
منظور از مدلسازی فرایند، توصیف ماهیت سیستم تولید (یعنی موازنه های جرم و انرژی) در قالب معادلات ریاضی است. خصوصیت های اصلی...

 

 

 

امروزه سیستمهای كامپیوتری نقش عمده ای در تسریع و ارتقای كیفیت فعالیت های مهندسی از جمله طراحی و ساخت كارخانجات واحدهای تولیدی و راهبری آنها دارند. بطوری كه اكنون ارایه خدمات مهندسی خواه در دفاتر طراحی و دفاتر كارفرمایان، و خواه از شركتی به شركت دیگر بدون دخالت كامپیوتر در مراحل مختلف برآورد و انجام محاسبات، نقشه كشی، تولید و انتقال مدارك و مدیریت اطلاعات و اسناد، خارج از عرف و تقریباً بی معناست.

از آنجا كه این روش موجبات صرفه جویی در وقت و هزینه ها را فراهم می آورد، بطور طبیعی مورد استقبال عمومی مدیران بخش صنعت قرار گرفته است. با روشنتر شدن مزایای بكارگیری كامپیوتر در این امور، و پیدایش كاربردهای جدید برای آن، هر روز افراد بیشتری به استفاده از آن بجای ادامه روشهای سنتی تمایل نشان می دهند.

یكی از كاربردهای موثر كامپیوتر در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، شبیه سازی واحدهای تولیدی بوسیله نرم افزارهای خاص است. این زمینه با توجه به جو رقابتی بازارهای جهانی و نیز حركت هایی كه در زمینه افزایش بهره وری تولید، استفاده هرچه بهتر از منابع، و كاهش هزینه ها مشاهده میشود، طی سالهای اخیر رشد چشمگیری یافته، اما هنوز بسیاری از مزایای این كار شناخته نشده است. در این نوشتار، برخی زمینه های كاربرد نرم افزارهای شبیه سازی با هدف بازخوانی مهمترین مزایای این نرم افزارها بطور خلاصه توضیح داده شده است.

1- مدلسازی و شبیه سازی
منظور از مدلسازی فرایند، توصیف ماهیت سیستم تولید (یعنی موازنه های جرم و انرژی) در قالب معادلات ریاضی است. خصوصیت های اصلی مدلهای خوب، دقیق بودن، كمی بودن و مختصر بودن است. البته مدلهای كم دقت، كیفی، یا مفصل نیز كاربردهای ویژه ای دارند كه از بحث عمومی این نوشتار خارج است. این معادلات عموماً غیرخطی و به شكل معادلات جبری، دیفرانسیل یا مخلوطی از این دو هستند. در نرم افزارهای امروزی شبیه سازی، اینگونه مدلها در قالب عملیات مختلف در كتابخانه ای ذخیره شده اند كه از كنار هم قرار دادن آنها، مدلی از فرایند ساخته میشود.

شبیه سازی، یعنی بدست آوردن اطلاعات خروجی (بطور مثال مشخصات محصول) از طریق حل مدلهای فوق براساس اطلاعات ورودی (به طور مثال مشخصات خوراك)، در این میان، اطلاعات مربوط به مشخصات دستگاه ها جزیی از مدل بشمار میروند و قسمتی از آنها توسط كاربر به نرم افزار داده میشود.

2- كاربردهای شبیه سازی :
به رغم تعریف ساده فوق، كاربردهای شبیه سازی بسیار متنوع و گوناگون است. در اینجا، این كاربردها در سه قسمت مرور میشوند:
پژوهش و توسعه فرایندها، طراحی فرایند، و راهبری كارخانجات .

الف – كاربردهای شبیه سازی در پژوهش و توسعه فرایندها:
بطور سنتی، پژوهش درباره روشها یا سیستمهای جدید تولید به كمك واحدهای پیشتاز انجام می شده است. اما نظر به هزینه زیاد ساخت و نگهداری این واحدها، از چندین سال پیش، فكر استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی برای كاستن از این هزینه ها مطرح شده است. با بكارگیری این نرم افزارها میتوان گزینه های مختلف خط تولید را بررسی كرد، افزایش ظرفیت واحد را مورد مطالعه قرار داد و در نهایت، واحد پیشتاز را بهینه طراحی كرده و ساخت. از طرف دیگر، بخشهایی از فرآیند را كه با شبیه سازی آنها اطلاعات كافی برای طراحی واحد بدست می آید، می توان از واحد پیشتاز حذف کرد.همچنین ازاشتباهات پرخرج در طراحی و ساخت واحدهای پیشتاز پیشگیری كرد.

ب – كاربردهای شبیه سازی در طراحی فرایند:
امروزه به نحو گسترده ای از نرم افزارهای شبیه سازی در طراحی فرایند استفاده میشود. كاربردهای این نرم افزارها در این حوزه از حیث گستردگی كار از محاسبه ساده خصوصیات ترموفیزیكی جریانها یا حتی مواد خالص شروع شده و به طراحی كارخانجات كامل با در نظر گرفتن تاسیسات جانبی، خطوط لوله تامین خوراك، یا انتقال محصول، و بررسی سیستمهای كنترل میرسد. از آنجا كه این روش از محاسبات دستی ساده تر، سریعتر و دقیقتر است، با تكرار آن در شرایط مختلف به سهولت و با صرف زمان بسیار كمتری میتوان مجموعه كاملی از عملكرد فرآیند در حالت های مختلف را پیش بینی كرده و از این طریق، ضمن كاهش هزینه های اضافی سرمایه گذاری ثابت (دستگاههای اضافی) و كاستن از هزینه های عملیاتی (مصرف آب، انرژی و …)، قابلیت انعطاف بیشتری را در طرح فرایند بوجود آورده و نقطه بهینه از لحاظ هزینه ها، روانی عملیات، ایمنی، محیط زیست و غیره را بدست آورد.

افزون بر این، از آنجا كه طراحی فرایند از طراحی دستگاه ها و تجهیزات مكانیكی، پایپینگ، ابزار دقیق، سیستم های برقی و سازه و ساختمان جدا نیست، از اطلاعات حاصل از شبیه سازی در حالتهای مختلف میتوان برای كمك به طراحی این سیستمها نیز بهره گرفت. نرم افزارهای جدید شبیه سازی از قابلیت اتصال به نرم افزارهای طراحی این سیستم ها و انتقال اطلاعات به آنها بهره مندند.

پ – كاربردهای شبیه سازی در بهره برداری مطلوب از تاسیسات موجود :
در كارخانجات موجود با كمك نرم افزارهای شبیه سازی می توان فرایند تولید را مورد بررسی و ارزیابی موشكافانه قرار داده و از این طریق، بطور كلی عملیات را بهبود بخشید. در صورتی كه از نرم افزارهای پیشرفته تر استفاده شود، امكان بهینه سازی در جا براساس شرایط تولید (مانند دمای خوراك و شرایط اقلیمی) نیز وجود دارد.

كاستن از مواد و انرژی مصرفی نیز از جمله مطالعاتی است كه میتوان به كمك این نرم افزارها انجام داد. اما یكی از كاربردهای بسیار مهم استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی كشف حداكثر ظرفیتهای تولیدی موجود و قابل استفاده در خط تولید است كه گاه بهره گیری از آنها هزینه ای بسیار كم و درآمدی قابل توجه دارد. در همین زمینه میتوان تنگناهای فرایند را نیز شناسایی كرد و به رفع آنها همت گماشت.

یكی از كاربردهای جدید نرم افزارهای شبیه سازی، بررسی صحت عملكرد سیستمهای كنترل موجود و تنظیم مجدد آنها است. این كار به كمك نرم افزارهای شبیه سازی دینامیك انجام میشود. با ظهور نرم افزارهای پیشرفته تر جدید كه امكاناتی از قبیل توسعه پذیری، شكل پذیری، اتوماسیون، اتصال به نرم افزارهای دیگر و پایگاه های داده ها، گنجاندن مدلهای نزدیك به واقعیت (موسوم به High-fidelity) در آنها و توانایی های ترسیمی و ارزیابی وسیعی را در اختیار قرار داده اند، نه تنها این كاربردها گسترش بیشتری یافته بلكه استفاده از منافع این كار با سرعت و بازدهی بیشتری نیز همراه شده است.

3- كاربردهای نوین شبیه سازی پیشرفته:
باید دانست كه در گذر سالها، با انباشته شدن تجربیات متعدد از شبیه سازی، اعتماد به نتایج شبیه سازی بسیار مستحكمتر شده است بطوری كه امروزه كمتر مدیر مطلعی یافت میشود كه نه تنها در مورد فواید اصل شبیه سازی كه حتی كاربرد آن در موارد حساسی چون كنترل فرآیندها تردید به خود راه دهد. نظر به برخی از كاربردهای پیشرفته نرم افزارهای شبیه سازی این موضوع را بیشتر روشن میكند:

الف – ارتباط با نرم افزارهای دیگر: تبادل اطلاعات با نرم افزارهای دیگر بصورت دوطرفه، توانایی دست ورزی در اطلاعات كتابخانه ای، افزودن مدلهای دلخواه كاربر و اجرای برنامه طبق روش دلخواه كاربر با معماری باز نرم افزارهای امروزی شبیه سازی ممكن شده است. با پدید آمدن فكر CAPE-OPEN این كار شكل جدی تری نیز به خود گرفته و نوید ظهور نرم افزارهایی با قابلیتهای گسترده پذیرش قطعاتی از نرم افزارهای دیگر برای بهینه سازی توانمندیها را میدهد.

ب – استفاده مستقیم در كنترل فرایند: نرم افزارهای نوین از توانایی اتصال مستقیم یا با واسطه به انواع سیستم های كنترل فرایند واقعی برخوردارند و در نتیجه، می توان از آنها برای بهینه سازی لحظه ای عملكرد واحد با تعیین نقاط مقرر بهینه بهره گرفت. معماری باز و توان محاوره با نرم افزارهای دیگر، حتی امكان پیاده سازی الگوریتم های پیشرفته كنترل مانند كنترل مدلی پیشگو (MPC) ، كنترل بهینه، كنترل تطبیقی و نظایر آنها را فراهم میآورد.

پ – آموزش اپراتورها : دقت شبیه سازی دینامیك فرآیندها امروزه چنان است كه میتوان از آن برای خلق موقعیتهای نامطلوب یا اضطراری مجازی و آموزش چگونگی مهار آنها به اپراتورها استفاده كرد. نظیر این كار سالها پیش از این در كارهای حساس مانند ناوبری هواپیما و سیستم های دفاعی انجام می شده است. با كاهش هزینه های پیاده سازی این توانایی در صنایع شیمیایی، زمینه های كاربرد آن در این صنایع نیز فراهم آمده است.

ت – تسریع پروژه ها : طراحی كارخانجات فعالیتی گروهی است كه با توزیع مناسبتر داده ها و اطلاعات، جلوگیری از دوباره كاری و مدیریت شایسته تغییرات، به طرز چشمگیری شتاب میگیرد. توجه به نیاز واحدهای مختلف مهندسی برای تبادل اطلاعات، لزوم حركت از سطح سیستمهای سنتی نقشه – محور (بیشتر متكی به نرم افزارهای ساده نقشه كشی مانند AutoCAD) به سطح سیستمهای نوین «داده – محور» را بطور جدی مطرح میكند. از آنجا كه در این سیستمهای هوشمند، تمام بخشهای مهندسی و مدیریت پروژه ها به پایگاه مركزی داده ها دسترسی دارند، پویایی قابل ملاحظهای در انجام پروژه ها به وجود می آید.

افزون براین، اطلاعات طراحی سرمایه ارزشمندی است كه پس از پایان طراحی نیز در طول عمر كارخانجات باید مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین، وجه دیگر این كاربرد، ایجاد امكان بهره گیری از اطلاعات طراحی در طول عمر كارخانه برای انواع طراحی، برنامه ریزی تعمیرات و نظایر آنهاست.
نرم افزارهای امروزی شبیه سازی از توان قابل ملاحظه ای برای تبادل اطلاعات با پایگاه های داده ها از طریق پروتكلهای استاندارد برخوردارند و در ضمن مدلهای ساخته شده در آنها را با توجه به بندهای ب و پ بالا میتوان در طول زمان بهره برداری از كارخانجات مورد استفاده قرار داد.

ث – اتصال به سیستم مدیریت : در دوران ما، تولید به كمك كامپیوتر (CIM)، تجارت الكترونیكی، بازرگانی الكترونیكی و سیستم های اطلاعات مدیریت به سرعت در حال رشدند. امروزه سیستم های مدیریت، حسابداری، برنامه ریزی، طراحی، كنترل عملیات و راهبری به دلیل نیاز به نظارت و تنظیم روابط میان تولیدكنندگان، مجاری توزیع فرآورده ها، شبكه های حمل و نقل و خریداران به یكدیگر متصل می شوند.
 

ازاین طریق، امكان پیش بینی و در نظر گرفتن تقاضای بازار، اجرای سفارشها و ایجاد هماهنگی در تامین مواد اولیه، تخصیص ظرفیت های تولید و برنامه ریزی برای آن و زمانبندی تحویل محصول به وجود می آید كه در فضای رقابتی تجارت جهانی امری حساس و فوق العاده مهم ارزیابی می شود. مجدداً، شبیه سازهای امروزی به دلیل توان محاوره با پایگاه های داده ها و معماری باز خود توان مشاركت در این فعالیت مهم را دارند.

بنابراین، شایسته است به جامعه مهندسی شیمی كشور هشدار داده شود كه همزمان با تكامل قابلیت های درونی نرم افزارهای شبیه سازی (نكته ای كه در كشور ما فوق العاده مورد توجه است)، چگونگی ایجاد ارزش افزوده از مدلها نیز در سطح جهانی اهمیت بسیار یافته است تا آن جا كه تحولی اساسی در سنت 50 ساله مهندسی فرایند (آزمایشگاه – افزایش مقیاس – طراحی -- بهینه سازی) بوجود آورده و با توسعه دامنه كاربرد شبیه سازی از مرحله تئوری تا بهره برداری عملی، اصولاً روش انجام كارهای مهندسی از مرحله آزمایشگاه تا طراحی و از آنجا تا راهبری كارخانجات را به طرزی بنیادی و چشمگیر دگرگون كرده است. این روند، بدلیل نیاز به كاهش هزینه های مواد اولیه، سرمایه گذاری ثابت، میزان انرژی مصرفی، مقدار ذخیره سازی مواد، مقدار محصولات نامرغوب و مقدار آلاینده های تولید شده شتاب گرفته است. دراین شرایط، بازنگری اساسی در نحوه نگرش به مقوله شبیه سازی بطور اخص و نرم افزارهای مهندسی به معنای عام و باور به تاثیر نرم افزارهای معتبر و قابل اعتماد در افزایش كارآیی سازمان و تحصیل سهم شایسته از بازار جهانی لازم است.

 

 

+ نوشته شده در  یکشنبه هجدهم بهمن 1388ساعت 9:7  توسط صادق  | 

 

معرفي تكنولوژي بهبود انتقال حرارت در مبدل‌هاي پوسته - لوله‌اي

توجه به محدوديت سوخت‌هاي فسيلي در دنيا موجب شده است كه امروزه موضوع بهينه‌سازي مصرف انرژي در واحدهاي فرآيندي، بيش از پيش مورد توجه قرار گيرد. يكي از تكنيك‌هاي بهينه‌سازي مصرف انرژي، تكنيك HTE است كه در زير معرفي شده‌است. نويسندة متن ارسالي زير، در پايان معرفي تكنولوژي، به اقدامات انجام شده در پژوهشگاه صنعت نفت در راستاي دستيابي به اين تكنولوژي و موفقيت‌هاي به‌دست آمده اشاره كرده‌است.

معرفي تكنولوژي HTE


در فرآيندهاي شيميايي، مهمترين بخشي كه مستقيماً با مصرف انرژي ارتباط مي‌يابد، مبدل‌هاي حرارتي مي‌باشند. تاكنون همواره تلاش شده است تا مبدل‌هايي طراحي گردند كه ضمن داشتن حداكثر بازدهي، در كاركردهاي بلند‌مدت، كمترين مشكلات عملياتي را داشته باشند. اصولاً مبدل‌هاي حرارتي، به‌خصوص از نوع پوسته- لوله‌اي (Shell-and-Tube)، داراي دو مشكل عملكرد پايين حرارتي (Thermal Deficiency) و جرم‌گرفتگي داخل لوله‌ها (Fouling)، به‌خصوص در هنگام كاركرد با سيالات كثيف يا حساس به دما مي‌باشند .

يكي از روش‌هاي كاربردي و موثر در بهبود انتقال حرارت و كاهش جرم گرفتگي، استفاده از وسايل افزايندة انتقال حرارت (Tabulators) است. اين وسايل به آساني در داخل لوله‌هاي مبدل‌هاي پوسته-‌لوله‌اي نصب مي شوند و در زمان توقف واحدها (Overhaul)، به‌راحتي قابل بيرون كشيدن و تميز كاري و نصب مجدد مي‌باشند.

اين روش كاربردي، امروزه به عنوان تكنولوژي HTE يا Heat Transfer Enhancement شناخته شده است كه تحت ليسانس شركت‌هاي مختلف، بيش از يك دهه براي به‌كارگيري در صنايع مختلف نفت و گاز و پتروشيمي و حتي نيروگاه‌ها توصيه و تبليغ مي‌گردد. شايان ذكر است كه در حال حاضر، تنها در آمريكا بيش از 50 پالايشگاه و 6 واحد پتروشيميايي از مزاياي اين تكنولوژي بهره برده‌اند. البته استفاده از اين تكنولوژي محدود به آمريكا نبوده و در بسياري از پالايشگاه‌ها و مراكز پتروشيمي كشورهاي اروپايي و حتي در آسيا (به‌طور مشخص تايلند، مالزي و ژاپن) نيز اين تكنولوژي به‌كار گرفته شده است.

اصول و مباني تكنولوژي HTE



اساساً روش‌هاي متعددي براي افزايش بازدهي مبدل‌هاي حرارتي ارائه شده است كه به دليل هزينه كمتر نسبت به روش‌هاي ديگر و عدم استفاده از ساير منابع انرژي نظير برق، جنبه‌هاي اجرايي استفاده از وسايل افزاينده انتقال حرارت براي مهندسان در صنايع، بسيار پرجاذبه‌تر تشخيص داده شده است. اين وسايل كه با اشكال هندسي خاصي طراحي مي‌شوند، درون لوله‌هاي مبدل قرار داده مي‌شوند.

ايجاد سرعت‌هاي چرخشي در جريان سيال و افزايش اختلاط به‌خصوص در نزديكي ديواره‌هاي داخلي لوله‌هاي مبدل، نهايتاً سبب مي‌گردد كه از سرعت ته‌نشيني ذرات كاسته شده و از تشكيل لايه مرزي نيز جلوگيري گردد. فرصت نيافتن سيال براي تشكيل لاية مرزي كه خود از مقاومت‌هاي مهم در برابر انتقال حرارت محسوب مي‌شود، از دلايل عمدة افزايش نرخ انتقال حرارت ميان سيال درون لوله و پوسته مي‌باشد. به‌علاوه، افزايش سرعت شعاعي و محوري در جريان سيال داخل لوله باعث نوعي يكنواختي در توزيع دما در طول لوله و در هر مقطع از آن مي‌گردد. لذا در برخي از مكانيزم‌هاي تشكيل جرم گرفتگي درون لوله‌هاي مبدل‌ها، نظير كك زدن (Cocking)، كه دليل اصلي آن به‌وجود آمدن نقاط داغ موضعي در سطح لوله (Hot Spot) است، استفاده از اين وسايل باعث جلوگيري از اين پديده شده و نهايتاً سبب بهبود انتقال حرارت در طول لوله مي‌گردد .

وسايل افزايندة انتقال حرارت در انواع مختلفي طراحي مي‌شوند كه هر يك بسته به ساختمان طراحي خود، با مكانيزم خاصي سبب افزايش انتقال حرارت و كاهش همزمان جرم‌گرفتگي در لوله‌ها مي|‌گردند.

اين وسايل نه‌تنها در لوله‌هاي مبدل‌هاي پوسته-‌لوله‌اي بلكه در كولرهاي هوايي، جوش‌آورها، چگالنده‌ها، و كوره‌هاي احتراقي نيز به طور عملي استفاده مي‌شوند.

نكته قابل توجه اين است كه بيشتر سيالاتي كه مورد سرمايش و گرمايش قرار مي‌گيرند، داراي ويسكوزيتة نسبتاً بالايي مي‌باشند، يا در مواردي كه سيالات كثيف (Foul ant) بوده، ضريب انتقال حرارت اين سيالات در جريان لوله نسبتاً پايين مي باشد. لذا در چنين مبدل‌هايي، انتقال حرارت براي طرف لولة كنترل كنندة سرعت انتقال حرارت مي‌باشد. بنابراين استفاده از دستگاه‌هاي افزايندة انتقال حرارت، موجب بهبود و مزيتي براي رفع هر دو نقيصة مزبور در مبدل‌هاي پوسته-‌لوله‌اي خواهد بود.

موارد به‌كارگيري تكنيك HTE


اصولاً به‌كارگيري و مزاياي ناشي از به‌كار بردن اين وسايل در لوله‌هاي مبدل‌هاي پوسته- لوله‌اي در دو زمينة زير قابل توجه مهندسان بوده است:

1- در بهبود كاركرد مبدل‌هاي حرارتي موجود، مزاياي عمده‌اي در فرآيند مربوط به نصب اين وسايل در درون لوله‌ها و سپس كاهش تعداد گذر‌هاي طرف لوله به‌صورت زير حاصل مي‌گردد:

- كاهش رسوب گرفتگي در لوله‌ها



- رساندن درجة حرارت‌هاي سيالات خروجي از طرف لوله و طرف پوسته به دماهاي مورد نظر در طراحي (Spec.)و حتي فراتر از آن

- افزايش ظرفيت واحدها (Revamping) با بالا بردن دبي جريانها در مبدل‌ها، به‌خصوص وقتي كه مبدل‌ها، دستگاه‌هاي حرارتي گلوگاهي (Bottleneck) فرآيند محسوب مي‌شوند.

- افزايش بار حرارتي دستگاه‌هاي تبادل حرارتي و اصلاح شبكة مبدل‌هاي حرارتي (Retrofitting) و نهايتاً كاهش مصرف آب و بخار (Utilities) در يك فرآيند.

2- مزاياي ناشي از به‌كارگيري اين تكنولوژي در طراحي اولية مبدل‌ها (Grassroots Design)

- كاهش سطح انتقال حرارت مورد نياز به مقدار بسيار قابل ملاحظه

- كاهش تعداد پوسته‌ها و گذرهاي طرف لولة مبدل و ساده‌تر شدن ساختمان مبدل در طراحي

- كاهش نيروي محركة دمايي LMTD كه به‌طور مثال در مبدل‌هاي بخاري(Steam heaters) ، نياز به تامين بخار فشار بالا را منتفي خواهد نمود.

نمونه هاي عملي از به‌كارگيري اين تكنولوژي در صنايع (Case Studies)

در ذيل، چهار مثال مجزا جهت نشان دادن مزاياي به‌كارگيري اين تكنيك در صنايع مختلف نفت و گاز پتروشيمي آورده شده است. به‌طوري‌كه ملاحظه مي‌شود، استفاده از تكنولوژي HTE در حل مشكلات حرارتي و عملياتي، نظير جرم گرفتگي مبدل‌ها كاملاً موفق بوده است.

مثال اول) پالايشگاه نفت گرنبي موس در اسكاتلند

شركت نفت انگلستان (B.P) امكان رسوب‌گرفتگي ناشي از كريستالي شدن تركيبات هيدروكربوري سنگين (واكس) را با طراحي يك كولر هوايي مناسب و استفاده از اين تكنولوژي حذف نموده است.

شرح مثال 1

مثال دوم) پالايشگاه نفت لينجن در آلمان

با تلفيق اين تكنولوژي و با استفاده از بافل‌هاي حلزوني نه تنها از ميزان رسوب گرفتگي در لوله‌هاي مبدل كاسته شده، بلكه طراحي با اين تلفيق، منجر به داشتن تعداد كمتري از پوسته‌هاي مبدل شده است.

شرح مثال 2

مثال سوم) پالايشگاه اونتاريا در كانادا

استفاده از اين تكنولوژي منجر به داشتن مبدلي فشرده‌تر و بدون نيازمندي به نگهداري و بازرسي در عمليات كراكينگ كاتاليستي گازوييل سنگين (HCGO) شده است.

شرح مثال 3

مثال چهارم) تاسيسات ذخاير گاز لنچات در بلژيك

استفاده از اين تكنولوژي منجر به بهبود كاركرد مبدل مياني تنها با يك پوسته در عمليات آبگيري از گاز شده است .

شرح مثال 4

اقدامات انجام شده در پژوهشگاه صنعت نفت



پژوهشكدة گاز پژوهشگاه صنعت نفت در راستاي ايجاد و توسعة دانش فني اين تكنولوژي در كشور قدم‌هاي اساسي برداشته كه نهايتاً موجب ثبت اين تكنولوژي در ايران (به شماره پروژه‌هاي 71010108 و 71010110 و شماره ثبت 26156 مورخه 16/10/78) شده است. محورهاي اساسي در مجموع فعاليت‌هاي انجام شده به قرار زير است:

1) اراية سمينار و كارگاه‌هاي آموزشي

به منظور آشنايي مهندسان و كارشناسان مختلف و علاقه‌مند به اين تكنولوژي, سمينارها و كارگاه‌هاي مختلفي در سطح صنايع نفت و گاز و پتروشيمي برگزار شده است.

2) ساخت وسائل افزاينده انتقال حرارت

با تلاش و پيگيري‌هاي انجام شده تكنيك ساخت و پارامترهاي توليدي يكي از مهمترين انواع وسائل افزايندة انتقال حرارت بدست آمده است. در حال حاضر توانايي ساخت اين وسائل در ابعاد مختلف و با فشردگي‌هاي متفاوت و براي هر دامنه‌‌اي از نياز فراهم آمده است.

3) تعيين مشخصة عملكرد هيدروليكي- حرارتي وسائل مذكور

پس از ساخت اين وسائل به منظور برآورد مشخصات عملكردي وسائل افزايندة انتقال حرارت يك سيستم آزمايشگاهي (Test Rig) طراحي و ساخته شد. بدين ترتيب اطلاعات دقيق عملياتي براي هر وسيله قابل حصول خواهد بود.

4) تهية نرم‌افزار RIPI-HEX

جهت تعيين پتانسيل بكارگيري اين تكنيك در مبدل‌هاي پوسته- لوله‌اي و براي شرايط طراحي (Design) و عملكردي (Rating) نرم‌افزاري تهيه و تدوين شد. با كمك اين نرم‌افزار امكان بررسي هر يك از حالات توصيف‌شده در شرايطي كه افزايش راندمان حرارتي مبدل مدنظر باشد، قابل بررسي خواهد بود.

در حال حاضر پژوهشگاه صنعت نفت امكان پيش بيني و تخمين ميزان پتانسيل سودمندي ناشي از بكارگيري اين تكنيك را براي مبدل‌هاي معرفي‌شده از سوي صنايع مختلف را دارا مي‌باشد.

منابع مطالعاتي بيشتر:


1-M.R.Jafari Nasr, G.T. Polley, “An Algorithm for Cost Comparison of Optimized Shell-and-Tube Heat Exchangers with Tube Inserts and Plain Tubes,” Chem.Eng.Technol. 23,(3), 2000.

2-G.T.Polley, M.R.Jafari Nasr and A.Terranova, “Determination and Applications of the Benefits of Heat Transfer Enhancement,” IChemE, Vol.72, Part A, pp.616-620, Sept., 1994.

3-M.R. Jafari Nasr, A.T.Zoghi,“Performance Improvement of Tehran Refinery Pre-heater Exchangers Using Heat Transfer Enhancement”, No.41, Summer 2001.

4-M.R.Jafari Nasr, G.T. Polley and A.T. Zoghi , “Performance Evaluation of Heat Transfer Enhancement (H.T.E. Technology),” 14th International Chemical and Process Engineering Congress, CHISA, Parha, Czech Republic, 27-3 Aug. , 2000.

 

+ نوشته شده در  دوشنبه دوازدهم بهمن 1388ساعت 9:2  توسط صادق  | 

سخنان بزرگان

كسي كه زبانش را حفظ كند خدا عيب او را مي پوشاند. (امام علي «ع»)

كلمات حباب آبند و اعمال قطره طلا (ضرب المثل شرقي)

كار ريشه هاي تلخ و ميوه شيرين دارد. (ضرب المثل آلماني)

نگارش انديشه ها، سرمايه آينده است. (ضرب المثل اسپانيائي)

قيمت و ارزش هر كس به اندازه كاري است كه به خوبي مي تواند انجام دهد. (امام علي «ع»)

به همه عشق بورز، به تعداد كمي اعتماد كن، و به هيچكس بدي نكن. (شكسپير)

چنان باش كه بتواني به هر كس بگوئي مثل من رفتار كن. (كانت)

بهترين يار و پشتيبان هر كس بازوان تواناي اوست.

براي پيشرفت و پيروزي سه چيز لازم است اول پشتكار دوم پشتكار، سوم پشتكار. (لردآديبوري)

كسي كه به جلوي رويش نگاه نمي كند عقب مي ماند. (مثل اسپانيولي)

بالاترين ارزش براي انسان اينست كه راهي به شناخت خويش پيدا كند. (امام علي «ع»)

كسي كه فقط به كمك چشم ديگران مي بيند گول مي خورد. (مثل فرانسوي)

همه كساني كه با تو مي خندند دوستان تو نيستند. (مثل آلماني)

ميراثي گران بهاتر از راستي و درستي نيست. (شكسپير)

اشخاصي را كه از فرصت هاي مناسب زندگي خود كمال استفاده را مي برند خود ساخته مي گويند. (توتل)

ثروت و افتخاري كه از راه نامشروع به دست آمده مانند ابري زودگذر است. (كنفوسيوس)

خوش بين باشيد اما خوش بين دير باور. (ساموئل اسمايلز)

كسي كه از مرگ مي ترسد از زندگي لذت نتواند برد. (اسپانيولي)

زينت انسان در سه چيز است ؛ علم، محبت، آزادي. (افلاطون)

ترقي مولود فعاليت دائمي است زيرا استراحت چيزي به جز انحطاط در بر ندارد.

آنان كه به علم خود عمل نكنند مريض را مانند كه دوا دارد و به كار نبرد. (ديمقراطيس)

گرز برزگ زندگي ممكن است سرم را بشكند اما گردنم را خرد نمي كند. (مثل چيني)

نيروهائي كه براي انداختن كار امروز به فردا مصرف مي شود غالباً‌ براي انجام وظيفه همان روز كافيست.

كسي كه حرف مي زند مي كارد و آنكه گوش مي دهد درو مي كند. (مثل آرژانتيني)

كسي كه خوب فكر مي كند لازم نيست زياد فكر كند. (آلماني)

تنبلي، آدمي را خيالپرست بار مي آورد. (پوسه نه)

بكوش در آباداني دنياي خود چنان چه مي خواهي دائم در آن زندگي كني. (امام علي «ع»)

كسي كه به پشتكار خود اعتماد دارد، ارزشي براي شانس قائل نيست. (ژاپني)

نشانه و مشخصه عاقل ترين مردم، خوش اخلاق ترين آنهاست. (امام صادق«ع»)

كار، عشقي قابل رؤيت است.

آنكه روزگارش به تنبلي گذشت دچار عسرت و پشيماني گشت.

اگر مردم را به حال خود گذاشتي، تو را به حال خودت خواهند گذاشت. (توماس مان)

آزادي در بي آرزوئي است. (بودا)

ديروز را فراموش كنيد، امروز كار كنيد، به فردا اميدوار باشيد.

در عالم دو چيز از همه زيباتر است : آسماني پرستاره و وجداني آسوده. (كانت)

سقف آرزوهايت را تا جائي بالا ببر كه بتواني چراغي به آن نصب كني.

هيچ كس به اندازه ابلهي كه زبانش را نگه مي دارد به يك مرد عاقل شباهت ندارد. (سنت فرانسيس)

تپه اي وجود ندارد كه سراشيبي نداشته باشد. (مثل اسكاتلندي)

پيروزي، به دور انديشي و محكم كاري است. (امام علي «ع»)

كسي كه پرده از روي اسرار ديگران برداشت، رازهاي پنهانش آشكار شود. (امام صادق «ع»)

هر كه گره از كار مسلماني بگشايد خداوند در دنيا و آخرت گره از كارش خواهد گشود. (امام حسين «ع»)

كسي كه به اندازه يك دانه خردل نخوت در دل داشته باشد وارد بهشت نمي شود. (پيامبر «ص»)

كسي كه شهامت قبول خطر نداشته باشد در زندگي به مقصود نخواهد رسيد. (محمدعلي كلي)

تنها كساني تحقير مي شوند كه بگذارند تحقيرشان كنند. (الكس هيل)

من واقعاً فرمول دقيقي براي موفقيت نمي شناسم ولي فرمول شكست را به خوبي مي دانم سعي كنيد همه را راضي نگه داريد. (بيل كازبي)

زندگي شما از زماني شروع مي شود كه اختيار سرنوشت خويش را در دست بگيريد.

اگر همان كاري را انجام دهيد كه هميشه انجام مي داديد همان نتيجه اي را مي گيريد كه هميشه مي گرفتيد.

كسي كه همه راهها را مي جويد، همه را از دست مي دهد.

يكي از مهمترين راههاي خوشبختي، حقير شمردن مرگ است. (لوبون)

جامعه فرزانگي و سعادت مي يابد كه خو اندن، كار روزانه اش مي باشد. (سقراط)

اگر مي خواهي بنده كسي نباشي، بنده هيچ چيز نشو. (ژاك دوال)

بر روي زمين چيزي بزرگتر از انسان نيست و در انسان چيزي بزرگتر از فكر او. (هميلتون)

دانش به تنهائي يك قدرت است. (فرانسيس بيكن)

سخاوت، بخشيدن بيشتر از توان است و غرور، ستاندن كمتر از نياز. (جبران خليل جبران)

دوست بداريد كساني را كه به شما پند مي دهند نه مردمي كه شما را ستايش مي كنند. (دور وبل)

شاد ماندن به هنگامي كه انسان درگير و دار كارهاي ملال آور و پرمسئوليت است، هنر كوچكي نيست. (نيچه)

ارزش انسان به داشته هايش نيست، به چيزي است كه آرزوي بدست آوردنش را دارد. (جبران خليل جبران)

مي توان حقيقتي را دوست نداشت، اما نمي توان منكر آن شد. (روسو)

دانستن كافي نيست، بايد به دانسته خود عمل كنيد. (ناپلئون هيل)

دنيا بسيار وسيع است و براي همه جائي هست، سعي كنيم جاي واقعي خود را پيدا كنيم.

هر اقدامي اگر بزرگ باشد، ابتدا محال به نظر مي رسد. (كارلايل)

آدمي ساخته افكار خويش است، فردا همان خواهد شد كه امروز مي انديشيده است. (موريس مترلينگ)

به توانائي خود ايمان داشتن نيمي از كاميابي است. (روسو)

كسي كه حق اظهار نظر و بيان فكر خود را نداشته باشد، موجودي زنده محسوب نمي شود. (مونتسكيو)

زندگي دشمن شما نيست، اما طرز فكرتان مي تواند دشمن شما باشد. (ريچارد كارسون)

اگر تنها از اميد انتظار معجزه داري در اشتباهي، اميد بايد با حركت توأم باشد. (محمد اقبال)

اگر در اولين قدم، موفقيت نصيب ما مي شد، سعي و عمل ديگر معني نداشت. (موريس مترلينگ)

فضائي بين پندار و عمل وجود دارد كه با پشتكار پيموده مي شود. (جبران خليل جبران)

اين كه چقدر زمان داري مهم نيست چگونه مي گذراني مهم است. (لينكلن)

انسان هرگز حتي به مرگ هم تسليم نمي شود مگر زماني كه اراده اش ضعيف باشد. (ادكارآلن پو)

همانا زندگي چيزي جز عقيده و جهاد نيست. (امام حسين «ع»)

انسان نمي تواند به همه نيكي كند، ولي مي تواند نيكي را به همه نشان دهد. (رولن)

نوابغ بزرگ زندگي نامه بسيار كوتاهي دارند. (امرسون)

نه ترن، نه ريل ها، اصل نيستند، اصل حركت است. (ژيلبر سيسبرون)

مصمم به نيك بختي باش، نيك بخت مي شوي. (لينكلن)

بدي را با عدالت پاسخ دهيد، مهرباني را با مهرباني. (كنفوسيوس)

اگر مي خواهي در برابر قاضي نايستي، قانونمند زندگي كن. (ولتر)

شاخ پربار سر بر زمين مي نهد و عظمت آن هم چنان در فروتني او جلوه گر است. (گاندي)

تولد و مرگ اجتناب ناپذيرند، فاصله اين دو را زندگي كنيم. (سانتابان)

خداوند همه چيز را در يك روز نيافريده است پس چه چيز باعث شده كه من بينديشم كه مي توانم همه چيز را در يك روز بدست بياورم.

زندگي دشوار است اما من از او سرسخت ترم.

همت آن است كه هيچ حادثه و عارضه اي، مانع آن نگردد. (ابن عطا)

مرد بلند همت تا پايه بلند به دست نياورد از پاي طلب ننشيند. (كليله و دمنه)

صاحب همت در پيچ و خم هاي زندگي، هيچ گاه با ياس و استيصال رو به رو نخواهد شد. (ناپلئون)

سرچشمه همه فسادها بيكاري است، شيطان براي دست هاي بيكار، كار تهيه مي كند. (پاسكال)

كار و كوشش ما را از سه عيب دور مي دارد، افسردگي، دزدي و نيازمندي. (ولتر)

بيش از حد عاقل بودن، كار عاقلانه اي نيست. (مثل فرانسوي)

جواهر بدون تراش و مرد بدون زحمت ارزش پيدا نمي كنند. (مثل چيني)

از دشتمن خودت يكبار بترس و از دوست خودت هزار بار. (چارلي چاپلين)

علت هر شكستي عمل كردن بدون فكر است. (الكس مكنزي)

بدبختي انسان از جهل نيست از تنبلي است. (ديل كارنگي)

آنچه ما بكاريم درو مي كنيم و سرنوشت ما را به جزاي كارهايمان خواهد رسانيد. (اپيكوس فيلسوف)

بدون باختن برنده نمي شوي. (مثل روسي)

انسان فرزند كار و زحمت خويش است. (داروين)


اشخاص بزرگ و با همت به كوه مانند، هر چه به ايشان نزديك شوي عظمت و ابهت آنان بر تو معلوم شود و

 

مردم پست و دون همانند سراب مانند كه چون كمي به آنان نزديك شوي به زودي پستي و ناچيزي خود را بر تو آشكار سازند. (گوته)

 

 

+ نوشته شده در  دوشنبه دوازدهم بهمن 1388ساعت 8:53  توسط صادق  |