مقدمه:

امروزه به دلیل افزایش مصرف انرژي و ازدیاد قیمت روز افزون سوخت و فرآورد ههاي نفتی، LPG به عنوان یکی از محصولات با ارزش نفت و گاز مورد توجه قرار گرفته است بسیاري از جریانات گازي در پالایشگاه ها و واحدهاي بهره برداري حاوي مقادیر بالایی از LPG می باشند که بسیاري از آنها بدون استفاده سوزانده میشوند یکی از دلایل این امر نیاز به فرآیند نسبتاً پیچیده به منظور LPG از جریان گازي، با روشهاي سنتی میباشد. با وجود تکنولوژي غشائی به عنوان یک عملیات جداسازي بسیاري کارآمد با حجم و ابعاد کم و قابلیت انعطاف بالا، می توان از هدر رفت مقادیر بالایی از LPG جلوگیري کرد و در واحدهایی که از روشهاي صنعتی استفاده میکنند راندمان جداسازي را بسیار بالابرد و میزان بازیافت را تا 99% رساند. لذا شناخت و بررسی تکنولوژي جداسازي به منظور جداسازي LPG از جریانهاي گازي می تواند یکی از زمینه هاي تحقیقاتی و عملی بسیار راه گشا به منظور بالا بردن ارزش افزوده در واحدهاي نفت و گاز و جلوگیري از هدر رفت منابع طبیعی مورد توجه قرار گیرد. لذا در این گزارش سعی بر معرفی و بررسی مقدماتی این متد میباشد.

مدلسازي جداسازي غشایی LPG

مدلسازي جداسازي غشایی LPG

فهرست مطالب

چکیده ……………………………………………………………………………………………………………………….1

مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………….2

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل اول: کلیات

با توجه به اهمیت و امتیازات فرایندهاي جداسازي غشایی هدف از تحقیق حاضر این است که پس از معرفی و فرایندهاي جداسازي توسط غشاء و شناخت کاربردها و امتیازات آن در صنعت، مکانیزم جداسازي گاز در در غشاها بررسی شود و به طور خاص رفتار غشاهاي پلیمري در جداسازي گاز تشریح شود سپس غشاء مناسب جهت جداسازي LPG از جریانات گازي با توجه به پارامترهاي موثر انتخاب گردد. پس از شناسایی پارامترهاي موثر و تعیین غشاء مناسب جهت جداسازي LPG در این گزارش، مبنایی براي مدلسازي و پیش بینی رفتار غشاء مورد نظر در جداسازي LPG تعیین خواهد شد. سپس ابتدا با استفاده از شبکه هاي عصبی رفتار سیسنم مدلسازي خواهد شد ودر ادامه یک مدل ریاضی مناسب جهت مدلسازي سیستم مورد بحث ارائه می گردد.

1-2- پیشینه تحقیق
جداسازي LPG توسط فرایند غشایی یک یاز روشهاي نوین جداسازي LPG در سطح جهان می باشد و تحقیقاتی توسط مراکز مختلف به منظور تعیین جنس غشاء و بررسی عملکرد آن در این زمینه در حال انجام است ولی در کشور ما جداسازي LPG از جریانات گازي کاملا جدید می باشد و تنها تا کنون مطالعاتی توسط تیم تحقیقاتی آقاي پرفسور محمدي در این خصوص انجام پذیرفته است که این تحقیق تلاشی در ادامه کارهاي تیم تحقیقاتی ایشان می باشد. و تمامی داده هاي آزمایشگاهی استفاده شده در این تحقیق به منظور مدلسازي، توسط تیم تحقیقاتی ایشان از Setup ساخته شده در مرکز تحقیقات جداسازي دانشگاه علم و صنعت ایران گرد آوري شده است.

1-3- روش کار و تحقیق
در این گزارش با استفاده از منابع اطلاعاتی از قبیل کتابهاي موجود در پایگاههاي داخلی و خارجی در زمینه فرایندهاي غشایی انواع متدوال فرایندهاي غشایی به طور مختصر معرفی و بررسی خواهد شد سپس مکانیزمهاي جداسازي گاز و مدلهاي تشریح کننده آن با استفاده از منابع اطلاعاتی به روز مانند مقالات در زمینه جداسازي غشایی که با آخرین تغییرات هماهنگ باشند مورد بحث قرار خواهد گرفت. سپس با توجه به پارامترهاي موثر در جداسازي و خواص هر کدام از غشاهاي مورد استفاده در این زمینه بهترین نوع غشاء به منظور جداسازي LPG معرفی خواهد شد.
در ادامه Setup آزمایشگاهی که در آزمایشگاه تحقیقاتی غشاء دانشگاه علم و صنعت ایران تحت نظارت و راهنمایی جناب آقاي دکتر محمدي به منظور انجام آزمایشات بر روي غشاء مذکور ساخته شده است تشریح می گردد. با استفاده از داده هاي حاصل از این مدل آزمایشگاهی یک مدل ریاضی مناسب جهت پیش بینی و مدلسازي عملکرد این غشاء ارائه گردیده است که در این گزارش به طور کامل بررسی می گردد و با مدلهاي معمول گذشته مقایسه می شود. علاوه بر این با استفاده از شبک ههاي عصبی سیستم مذکور مدل شده است که نتایج آن به منظور مقایسه با مدل ریاضی ارائه میگردد.

1-1- هدف …………………………………………………………………………………………………………………4
. 1-2- پیشینه تحقیق ………………………………………………………………………………………………………4
. 1-3- روش کار و تحقیق ………………………………………………………………………………………………..4

فصل دوم: LPG و ضرورت جداسازي آن

از دیرباز استفاده از انرژي از جمله مهمترین نیازهاي بـشر بـوده اسـت. انـسان هـاي اولیـه بـا اسـتفاده ازانرژیهاي باد و آب، نیازهاي خود را برآورده میساختند و به مرور زمان با اکتشاف و استخراج زغال سنگ، دوران ج دیدي براي توسعه صنعت و حمل و نقل بـه وجـود آمـد، امـا بـا اکتـشاف و اسـتخراج نخـستینچاههاي نفت، رفتهرفته انرژي ارزانتر و مفیدتري پا به عرصه جهان گذاشت.با رشد روزافزون صنایع در دنیا و بهویژه در کشورهاي صنعتی و نیاز شدید به انـرژي، کـشورهاي توسـعهیافته به دلایل مختلف درصدد جانشینی گاز طبیعی با نفت برآمدند. همچنین به دلایل فراوانی پراکندگیگاز طبیعی در جهان، هزینه کمتر استخراج، قیمت مناسب و قابل رقابت آن (بدلیل داشتن ارزش حرارتی بالا)، آلایندگی کمتر محیط زیست در قیاس با سایر سوختهاي فسیلی و دیگر امتیازاتی که گاز طبیعـیدارد، در سالهاي آتی ارزش واقعی خود را در زمینههاي مختلف تامین انرژي نشان خواهد داد و به عقیده کارشناسان مسائل انرژي، تقاضاي گاز طبیعی تا سال 2010 دو برابر خواهد شد و گاز طبیعی انرژي برتـرقرن 21 خواهد بود.نفت در صد سال گذشته، سوخت تجاري غالب بوده است و گاز در قرن آینده میتواند این تسلط را از آنخود کند ، زیرا مجموعهاي از ارادههاي سیاسی ، اقتصادي ، فنی و اجتماعی از این موضوع پـشتیبانی مـی-کنند. علاوه بر این، گاز به خوبی میتواند به وضعیت محیط زیست کمک کند و فناوريهـاي جدیـد نیـزنقشی اساسی را انتقال الگوي مصرف انرژي دنیا بهسوي استفاده از گاز طبیعی ایفا میکنند. از جمله ایـنفنآوريها، توربین هاي سیکل ترکیبی با گاز طبیعی و همچنین LNG و GTL دیگر فناوريهاي مرتبطبــا گــاز طبیعــی هــستند کــه بطــور مشخــصی مــی تواننــد بــر صــنعت گــاز اثــر بگذارنــد [1 و2].علاوه بر مصارف مرتبط با انرژي، سایر مصارف غیر انرژي گاز طبیعی مثلاً به عنوان یک ماده خام ، به ویژه در صنایع پتروشیمی، بسیار چشمگیر است . از این رو جانشینی گاز طبیعی با نفت اجتنابناپذیر بـه نظـرمیرسد. با استناد به مطالب فوق، لزوم توجه به گاز طبیعی بهعنوان سوخت برتر اثبات میشود.در این فصل ، ابتدا وضعیت کنونی گاز طبیعی در جهان و ایران و چشمانداز آینـده آن بررسـی مـیشـود .
سپس اصطلاحات گازي مختلف و تفاوتهاي آنها ذکر میگردد و در ادامه بهطور مفصل ویژگیها و فوایدLPG و روشهاي بازیابی آن مورد بررسی قرار میگیرد.

2-2- LPG و سایر اصطلاحات
اغلب اصـطلاحاتی نظیـرNGL4 ،GTL ،CNG ،LNG وLPG بطـور اشـتباه بـه جـاي یکـدیگر بـهکـار میروند و تعریف درستی از آنها نمیشود. در ادامه، LPG معرفی میشود میشود [4].

LPG -1-2-2
LPG نامی تجاري براي ترکیب پروپان و بوتان است. ویژگی اصلی این دو هیدروکربن مایع شدن با اعمال فشاري متوسط میباشد. در صورت کاهش فشار این دو دوباره به حالـت گـازي شـکل در مـیآینـد . ایـنویژگی باعث سهولت حمل و نقل می شود، زیرا میتوان LPG را در حالت مایع که 250 مرتبه چگالتر از حالت گازي است انتقال داد [4]. در ادامه خصوصیات LPG به طور مفصل بررسی خواهد شد.شکل 2-1 نشاندهنده مقایسه اي بین اصطلاحات فوق میباشد. در این نمودار ترکیب درصد هـر ترکیـبمشخص شده است.همانطوريکه گفته شد،LPG ترکیبی از پروپان با فرمول شیمیایی 8C3H و بوتان بـا فرمـول شـیمیایی10C4H می باشد. این ترکیب در دماي معمولی با افزایش فشار و یا در فشار معمولی با کـاهش دمـا مـایعمیشود. LPG می تواند از گاز و یا نفت تولید شود. LPG یا در طول فرآینـد اسـتخراج از ترکیبـات دیگـرجدا میگردد و یا بهعنوان یکی از محصولات پالایشگاه تولید میشود.2-3- خصوصیات مانظور که ذکر شد، LPG گروهی از هیدروکربن هاي مشتق شده از نفت خام و یا گاز طبیعی هستند که در درجه حرارت معمولی و فشار اتمسفریک گاز بوده، ولی با تغیر دما و یا فشار به مایع تبدیل میشوند.

. 2-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………6
. 2-2- LPG و سایر اصطلاحات ……………………………………………………………………………………………6
. LNG -1-2-2 ……ا………………………………………………………………………………………………………..7
. 2-3- خصوصیات LPG ……..ا……………………………………………………………………………………………7
. 2-4- کاربردهاي LPG ..ا…………………………………………………………………………………………………8
. 2-5- بازار جهانی LPG .ا…………………………………………………………………………………………………9
. 2-6- بازیابی LPG از جریانهاي گازي ………………………………………………………………………………….10
. 2-7- استفاده از غشاء ………………………………………………………………………………………………….11

3

فصل سوم: جداسازي غشاي گاز

-1- استفاده از فرآیندهاي غشایی در جداسازي گازها
سرمایه گذاري کم، آسانی عملیات، مصرف انرژي کم، اندازه و وزن مناسب و دلایل دیگر باعث شده است که فرآیند GS قابل رقابت با دیگر فرآیندهاي جداسازي باشد. پیشرفت در رفع معایب فنی این فرآیند بویژه ساخت غشاهاي مناسب باعث شده است که این فرآیند هر روز کاربرد بیشتري پیدا کند.
کاربردهاي روش هاي غشائی براي جداسازي گازها عبارتند از:
– کاربردهاي رایج در مقیاس بزرگ: مانند جداسازي هوا و تولید نیتروژن و یا تغلیظ اکسیژن در هوا، بازیابی هیدروژن در پالایشگاه ها و واحدهاي آمونیاك و جداسازي گازهاي اسیدي از گاز طبیعی. – کاربردهاي جدید: مانند آب زدایی از گاز طبیعی و تنظیم نقطه شبنم گاز طبیعی و جداسازي الفین ها از پارافین ها. با توجه به اینکه در این گزارش هدف پالایش گاز طبیعی به وسیله غشاء می باشد لذا در این بخش به کاربردهاي فرآیندهاي غشائی در این زمینه پرداخته می شود.

. 3-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………….16
. 3-2- غشاهاي غیر متخلخل ……………………………………………………………………………………………..18
. 3-3- مکانیسم هاي انتقال ……………………………………………………………………………………………….18
. 3-3-1- میعان جزیی برخی از اجزاي مخلوط گازي …………………………………………………………………..18
. 3-3-2- جذب انتخابی اجزاي مخلوط گازي …………………………………………………………………………….18
. 3-4- غشاهاي غیر متخلخل …………………………………………………………………………………………..18
. 3-4-1- غشاهاي پلیمري ……………………………………………………………………………………………..19
. 3-5- استفاده از فرآیندهاي غشایی در جداسازي گازها …………………………………………………………..20
. 3-6- انواع فرآیندهاي غشایی در جداسازي گازها ………………………………………………………………….20
. 3-7- شرکت هاي معتبر فعال در فرآیندهاي جداسازي گاز …………………………………………………………21
. 3-8- عوامل مؤثر در طراحی فرآیند غشائی LPG …..ا……………………………………………………………….22

فصل چهارم: مدلهاي تشریح کننده رفتار غشاهاي پلیمري.

جداسازي گازها توسط غشاء شاخه اي پویا و در حال رشد از علم است. اساس جداسازي گازها از یک مخلوط گاز اختلاف نفوذ اجزاء در داخل غشاء می باشد. فرآیند جداسازي غشایی داراي فوایدي از قبیل مصرف انرژي پایین، هزینه سرمایه گذاري اولیه اندك، سادگی فرآیند، سهولت را هاندازي و همچنین نیاز به فضاي کم می باشد. از آنجا که گاز نقش محوري در صنایع شیمیایی دارد، فرآیندهاي غشایی جداسازي گاز نیز نقش صنعتی خارق العاده اي با توجه به ملاحظات اقتصادي یافت هاند [1]. بنیان جداسازي گاز توسط گراهام در سال 1829 نهاده شد. او براي اولین بار آزمایشاتی را براي انتقال گاز و بخار در غشاهاي پلیمري انجام داد. اولین انتشارات مربوط به جداسازي گاز تحت عنوان خاصیت نفوذ سیالات و نفوذ گازها توسط میشل به ترتیب در سا لهاي 1830 و 1833 در مجله علوم پزشکی امریکا به ثبت رسید. او مشاهده کرد که بال نهاي از جنس لاستیک طبیعی که از گاز هیدروژن پر شده اند به مرور زمان پایین میآیند و این پدیده را به آزاد شدن گاز از طریق نفوذ از جداره بالن نسبت داد. سپس گراهام با این مشاهدات اولی ناندازه گیري هاي کمی از شدت نفوذ گاز را انجام داد. [2]. فیک در سال 1855 یک توصیف کمی از نفوذ مواد داخل لایه مرزي ارائه نمود. گراهام در سال 1866 مفاهیم نفوذ گاز را در قالب مکانیسم حلالیت-نفوذ ارائه نمود. مفاهیم این دو مدل سهم بسزایی در درك پدیده نفوذ گاز در داخل غشاء داشته اند. بنچولد اولین کسی بود که رابطه اي بین خواص فیزیکی از قبیل از قبیل نقطه حباب، کشش سطحی، شعاع حفره و عملکرد غشاء ارائه کرد. او در سال 1907 تکنیکی را جهت تهیه غشاهاي نیتروسلولز با اندازه حفرات مشخص ارائه کرد و متعاقباً مفهوم اساسی توزی عاندازه حفرات توسعه داده شد [1].

. 4-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………..24
. 4-2- مدل هاي تشریح کننده انتقال گاز در پلیمرها ………………………………………………………………….24
. 4-2-1- مدل هاي میکروسکوپی …………………………………………………………………………………………24
. 4-2-2- مدل هاي مولکولی ………………………………………………………………………………………………26
. 4-3- عوامل تأثیر گذار بر انتقال گاز از غشاهاي پلیمري ……………………………………………………………….28
. 4-3-1- اثر طبیعت غشاء (ساختارهاي فیزیکی و شیمیایی غشاء) ………………………………………………….28
. 4-3-2- اثر طبیعت اتصال عرضی (اصلاح اتصال عرضی شیمیاییغشاهاي پلیمري) …………………………………35
. 4-3-3- اثر پدیده پلاستیسیزاسیون ……………………………………………………………………………………..35
. 4-3-4- اثر طبیعت تراوش کننده ………………………………………………………………………………………….36
. 4-3-5- اثر پرکننده ها ……………………………………………………………………………………………………..37
. 4-3-6- اثر دما ……………………………………………………………………………………………………………..37

3

فصل پنجم: غشاهاي پلیمري جداسازي LPG و انتخاب غشاء مناسب

پیشرفت در زمینه جداسازي گاز توسط غشاء در سالهاي اخیر بسیار چشمگیر بوده است. از آنجا کـهغشاء مهمترین بخش یک فرایند غشایی می باشد تحقیقات زیادي بر روي غشاها جهت بهبـود خـواصفیزیکی و شیمیایی آنها انجام شده است. امروزه غشاهاي پلیمري در بسیاري از فرایندهاي جداسـازيگاز از قبیل تغلیظ اکسیزن، شیرین سازي گاز، نم زدایی گاز طبیعی، رطوبت زدایی هوا و غیـره مـورداستفاده قرار می گیرند و تلاشهاي محققین براي بدست آوردن رابطـه بـین سـاختار غـشاء و تـراوشپذیري و انتخاب پذیري آن منجر به تولید پلیمرهاي جدید می شود. بنابراین فهم صحیح مکانیسم هاي انتقال گاز در پلیمرها و عواملی که بر این انتقال تأثیر می گذارنـد در بهبـود خـواص انتقـال غـشاهايپلیمري، بسیار حائز اهمیت می باشد. در این بخش ابتدا مد لهاي تـشریح کننـده انتقـال گـاز، سـپسعواملی که انتقال گاز در غشاهاي پلیمري را تحت تأثیر قرار می دهند به تفصیل ارائه شده است.

. 5-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………40
. 5-2- غشاهاي پلیمري شیشه اي ……………………………………………………………………………………….41
. 5-3- غشاهاي بر پایه استیلن …………………………………………………………………………………………….41
. 5-4- غشاهاي پلیمري لاستیکی ………………………………………………………………………………………..58
. 5-5- نتیجه گیري و پیشنهاد غشاء مناسب …………………………………………………………………………….73

فصل ششم: استفاده از تکنیک شبکه عصبی براي شبیه سازي غشاء جداسازي

همانطور که در فصلهاي قبل توضیح داده شد، بر اساس مکانیسم حلالیت- نفوذ دو عامل حلالیت ونفوذ در انتقال گاز داخل غشاهاي پلیمري دخیل می باشند. در پلیمرهاي سخت شیشه اي نظیر پلیسولفون ها یا پلی ایمیدها، پدیده نفوذ مهمتر از حلالیت می باشد. بنابراین این پلیمرها ترجیحاًمولکول هاي گاز کوچک و غیرقابل میعان نظیر 2N2 ،H و 4CH را نسبت به مولکول هاي قابل میعان نظیر 8C3H و 10C4H عبور می دهند. در حالیکه در پلیمرهاي لاستیکی نظیر PDMS، پدیده حلالیت یا جذب مهمتر از نفوذ است. لذا این پلیمرها مولکول هاي بزرگتر را که تمایل بیشتري به میعان دارند بهتر عبور می دهند. براي جداسازي هیدروکربن ها از گازهاي غیر قابل میعان می توان از هر دو نوع غشاء پلیمري شیشه اي و لاستیکی استفاده کرد. در شکل (6-1) مشخصات کاربردي هر از این غشاها ارائه شده است. اگر بخارات آلی (3+C) بخش کوچکی از خوراك باشند بهتر است از غشاهاي لاستیکی استفاده شود تا براي عبور این بخش کوچک نیاز به مساحت سطح کمی باشد. از طرفی تراوش پذیري غشاهاي لاستیکی از 100 تا 1000 برابر غشاهاي شیشه اي می باشد که این خود مساحت سطح غشاء را کاهش می دهد

. 6-1- مبانی شبکه هاي عصبی مصنوعی ………………………………………………………………………………76
. 6-1-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………..76
. 6-1-2- شبکه هاي عصبی مصنوعی …………………………………………………………………………………..76
. 6-1-3- توابع محرك ………………………………………………………………………………………………………77
. 6-1-4- ساختار شبکه هاي ……………………………………………………………………………………………..78
. 6-1-5- شبکه هاي پیشخور چند لایه ………………………………………………………………………………….79
. 6-1-6- تعیین بهترین اندازه براي شبکه ………………………………………………………………………………..79
. 6-1-7- گونه هاي مختلف آموزش در شبک ههاي عصبی مصنوعی ……………………………………………….80
. 6-1-7-1- آموزش با ناظر ………………………………………………………………………………………………80.
. 6-1-7-2- آموزش بدون ناظر ……………………………………………………………………………………………81
. 6-1-8- الگوریتمهاي آموزش ……………………………………………………………………………………………81
. 6-1-9- کنترل آموزش ……………………………………………………………………………………………………81
. 6-1-10- پارامترهاي مهم شبکه هاي عصبی مصنوعی ………………………………………………………………82
. 6-1-11- قدرت تفکیک شبکه هاي عصبی مصنوعی …………………………………………………………………..82
. 6-1-12- استخراج مشخصه ……………………………………………………………………………………………..82
. 6-1-13- تعمیم یافتگی …………………………………………………………………………………………………..83
. 6-1-14- طبقه بندي شبکه هاي عصبی مصنوعی …………………………………………………………………….84
. 6-1-15- پرسپترون ………………………………………………………………………………………………………….86
. 6-1-15-1- الگوریتم پس انتشار خطا ……………………………………………………………………………………..88
. 6-1-15-2- محدودیت الگوریتم پس انتشار خطا (BP ) .ا………………………………………………………………….90
. 6-1-15-3- ملاحظاتی در مورد الگوریتم ………………………………………………………………………..………….………..90
. 6-1-16- تغییر مقیاس داد ههاي آموزشی (نرمالیزه کردن) …………………………………………………………………….91
. 6-1-16-1- آموزش الگو به الگو …………………….………………………….……………………………………………………….92
. 6-1-16-2- آموزش گروهی ………………………………………………………………………………………………………………92
. 6-2- روش کار مربوط به پروژه حاضر ………………………………………………………………………………………………….96
. 6-2-1- داده هاي آزمایشگاهی و مدلسازي غشاء جداسازي گاز …………………………………………………….………96
. 6-2-2-آموزش، ارزیابی و آزمایش …………………………………………………………………………………………..98
. 6-2-3- الگوریتم آموزش شبکه عصبی و توابع محرك ……………………………………………………………………99
. 6- 2- 4- بررسی جامعیت مدل شبکه عصبی به منظور پیش بینی رفتار سیستم ………………………………..102
. 6-3- نتیجه گیري …………………………………………………………………………………………………………..105

فصل هفتم: الگوریتم بهینه سازي انبوه ذرات

. 7-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………….107
. 7-2- پارامترهاي PSO ….ا…………………………………………………………………………………………….109
. 7-3- کاربردها …………………………………………………………………………………………………………114

فصل هشتم: مدل سازي نتایج تراوش مخلوط گاز.

. 8-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………….117
. 8-2- توسعه مدل ………………………………………………………………………………………………………118
. 8-3- نتایج مدل ……………………………………………………………………………………………………….123
. 8-3-1- حلالیت…………………………………………………………………………………………………………125
. 8-3-2- نفوذ ……………………………………………………………………………………………………………128
. 8-3-3- تراوش پذیري ………………………………………………………………………………………………..132
. 8-3-4- ارزیابی صحت مدل ………………………………………………………………………………………….134
. 8-5- نتیجه گیري …………………………………………………………………………………………………….134

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل نهم: نتیجه گیري و پیشنهاد

. 9-1- نتیجه گیري و پیشنهاد …………………………………………………………………………………………136
مراجع …………………………………………………………………………………………………………………….137
چکیده انگلیسی ……………………………………………………………………………………………………….147

فهرست جداول

جدول (2-1): ویژگیهاي LPG …ا…………………………………………………………………………………………….8
جدول (2-2): میزان تولید LPG در پالایشگاههاي ایران ……………………………………………………………………10
جدول (3-1): خصوصیات فرآیندهاي مختلف غشایی ………………………………………………………………………17
.جدول (3-2): انواع غشاهاي مورد استفاده در GS….ا…………………………………………………………………….20
.جدول (3-3): تولیدکنندگان و سیستم هاي غشایی جداسازي گاز در سال ………………………………………….21
جدول (4-1): ضرایب نفوذ، حلالیت و تراوش پذیري براي 2CO و 4CH در پلیمرهاي سیلیکون……………………….. 30

جدول (4-2): مقایسه ضرایب تراوش پذیري، نفوذ و حلالیت براي گازهاي 2CO2 ،O2 ،N و PDMS و PTMSP در CH4 ………..ا……………………………………………………………………………………………………………………….31
.جدول (4-3): اثر جانشین روي زنجیر اصلی و جانبی روي تراوش پذیري اکسیژن……………………………………..32
جدول (4-5): اثر گروه هاي تابعی بر تراوش پذیري اکسیژن در پلیمرهاي وینیل CH2CHX)n) ا……………………….35
جدول (5-1): تراوش پذیري 8C3H و 6barrer) C3H) و انتخاب پذیري 8C3H6/C3H درغشاهاي پلیمري شیشه اي ……………………………………………………………………………………………………………………………………..44
جدول (5-2): خواص انتقال مخلوطی از گاز حاوي 2% مولی 10n-C4H و 98% مولی 4CH….ا………………………..44
.جدول (5-3): تراوش پذیري4CH و10n-C4H و انتخاب پذیري4C4H10/CH در سه غشاء مختلف……………………….45
.جدول (5-4): تراوش پذیري گازهاي مختلف و انتخاب پذیري 2Gas/N و 4Gas/CH…ا………………………………….45
.جدول (5-5): مقادیر تراوش پذیري و انتخاب پذیري در غشاء PTMSP به ضخامت mm 48…ا………………………….46
.جدول (5-6): مقادیر تراوش پذیري و انتخاب پذیري در غشاء PTMSP به ضخامت mm 200..ا…………………………46
جدول (5-7): ضریب حلالیت (cm3(STP)/cm3 bar) غشاهاي تهیه شده توسط یانگ و هسیو و مقایسه آنها با PTMSP..ا………………………………………………………………………………………………………………………….47
جدول (5-8): ضریب نفوذ (cm2/s) غشاهاي تهیه شده توسط یانگ و هسیو و مقایسه آنها PTMSP با ……………..47
جدول (5-9): ضریب تراوش پذیري غشاهاي تهیه شده توسط یانگ و هسیو و مقایسه آنها PTMSP با …………….48
.جدول (5-10): انتخاب پذیري گازهاي مختلف در غشاء PTMSP…ا……………………………………………………….49
جدول (5-11): مقادیر تراوش پذیري گازهاي مختلف در غشاء PTMSP ا………………………………………………….52
.جدول (5-12): مقادیر انتخاب پذیري گازهاي مختلف در غشاء PTMSP…ا………………………………………………..52
.جدول (5-13): درصد زدایش گازهاي مختلف در غشاء SSF و PTMSP.ا…………………………………………………53
.جدول (5-14): خواص فیزیکی غشاهاي پلی استیلنی مورد مطالعه توسط راهاجرو…………………………………54
.جدول (5-15): تراوش پذیري گازهاي مختلف در غشاهاي پلی استیلنی………………………………………………57
جدول (5-16): تراوش پذیري هیدروکربن ها در لاستیک سیلیکون ……………………………………………………….59
.جدول (5-17): تراوش پذیري گازها در کراتون……………………………………………………………………………….59
.جدول (5-18): نتایج آزمایشات بر روي غشاهاي پلیمري لاستیکی Elvax 150 و Elvax 450..ا……………………….60
جدول (5-19): نتایج آزمایشات بر روي غشاهاي پلیمري لاستیکی پلی اتیلن کلرینه شده و لاستیک نیتریل………..60
جدول (5-20): نتایج آزمایشات بر روي غشاهاي پلیمري لاستیکی سیلیکون و الیاژ آن با پلی بوتادین……………….61
جدول (5-21): مقایسه انتخاب پذیري 4C3H8/CH و 4C4H10/CH در غشاهاي لاستیکی، شیشه اي سنتی و شیشه اي با FFV بالا ………………………………………………………………………………………………………………………….61
جدول (5-22): مقادیر تراوش پذیري و انتخاب پذیري 2Gas/N در غشاء نوع A و B و مقایسه آن با نتایج مرکل و همکارانش …………………………………………………………………………………………………………………………………….65
جدول (5-23): ضرایب تراوش پذیري، نفوذ و حلالیت در غشاهاي PF/PEO ،PEO و PDMS …ا……………………….68
.جدول (5-24): انتخاب پذیري غشاهاي PF/PEO ،PEO و PDMS نسبت به 2N…ا…………………………………….68
.جدول (5-25): انتخاب پذیري 6C2H و 8C3H نسبت به 4CH و 2N..ا……………………………………………………69
جدول (5-26): تراوش پذیري 10C4H و 4CH و انتخاب پذیري 4C4H10/CH در غلظت هاي مختلف 10C4H در خوراك ………………………………………………………………………………………………………………………………….69
جدول (5-27): مشخصات ارگانوسیلیکون ها و تراوش پذیري 6C2H و 8C3H در آنها ………………………………….72
جدول (5-28): ضرایب نفوذ، حلالیت و تراوش پذیري 4CH و 8C3H در غشاهاي ارگانوسیلیکون …………………….72
جدول (7-3): آمار مربوط به مقالات کاربردي الگوریتم PSO در ………………………………………………………….ا….115
.جدول (8-1): پارامترهاي مدل 9-1………………………………………………………………………………………122
جدول (8-3): خطاهاي مدل منتخب با استفاده از پارامترهاي ارئه شده در جدول قبل ……………………………..123
شکل (2-1): مقایسه اشکال مختلف گاز طبیعی …………………………………………………………………………7
شکل (2-2): نمودار نوسانات قیمت LPG …ا…………………………………………………………………………………9
شکل (2-3): شماي کلی فرآیند غشایی بازیافت LPG……….ا………………………………………………………….12
شکل (2-4): بازیافت LPG در واحد PSA..ا……………………………………………………………………………………13
شکل (2-5): فرآیند غشایی بازیافت LPG….ا………………………………………………………………………………..14
شکل (3-1): فرآیند غشایی براي دفع آب و هیدروکربن هاي سنگین از گاز طبیعی ……………………………………21
.شکل (4-1): مخصوص یک پلیمر بی شکل به صورت تابعی از درجه حرارت……………………………………………..25
.شکل (4-2): تئوري جذب دوگانه……………………………………………………………………………………………..26
شکل (4-3): نمایش شماتیک مدل هاي مختلف انتقال مولکول هاي تراوش کننده کوچک از داخل ساختار میکرونی پلیمر……………………………………………………………………………………………………………………………….27
شکل (4-4): رابطه بین پارامترهاي حلالیت و فاکتور جداسازي ایده ال براي سیستم CO2/CH4 …ا……………….. 29
.شکل (4-5): تأثیر گروه هاي تابعی روي ضریب تراوش پذیري گاز و دماي انتقال شیشه اي……………………………30
شکل (4-6): تغییرات ضریب نفوذ بنزن با دماي انتقال شیشه اي در پلیمرهاي مختلف ………………………………….33
شکل (4-7): رابطه بین ضریب نفوذ و غلظت حلا لها براي پلیمر EPDM .ا………………………………………………..35
شکل (5-1): مشخصات کاربردي غشاهاي شیشه اي و لاستیکی ……………………………………………………..39
شکل (5-2): مکانیسم هاي انتقال گاز در غشاء PTMSP ا……………………………………………………………….43
شکل (5-3): ضرایب تراوش پذیري PTMSP و پلی سولفون بصورت تابعی از حجم بحرانی گازهاي مختلف …………………………………………………………………………………………………………………………………..43
شکل (5-4): تراوش پذیري گازهاي مختلف تحت خلاء atm 1- 10 و دماي C 22-20 در PTMSP غشاء ……………45
شکل (5-5): رابطه تراوش پذیري 10C4H و 4CH با فشار خوراك ………………………………………………………49
.شکل (5-6): نسبت تراوش پذیري PDPA به PTMSPDA..ا……………………………………………………………….51
.شکل (5-7): نسبت انتخاب پذیري گاز / نیتروژن PDPA به PTMSPDA..ا……………………………………………….52
.شکل (5-8): تراوش پذیري اکسیژن در چهار غشاء پلی استیلنی………………………………………………………53
.شکل (5-9): اثر درجه حرارت بر تراوش پذیري گاز در غشاء PTMSPDA…ا……………………………………………..54
شکل (5-10): انرژي فعال سازي تراوش پذیري غشاهاي پلی استیلنی و پلی ایمید بصورت تابعی از دماي بحرانی……………………………………………………………………………………………………………………………55
.شکل (5-11): انرژي فعال سازي تراوش پذیري گازهاي مختلف در غشاهاي PMP و پلی ایمید………………………56
.شکل (5-12): رابطه درصد پرکننده سیلیکاي به کار رفته در غشاء و خصوصیات انتقال غشاء………………………..57
.شکل (5-13): مقایسه خواص انتقال غشاهاي PMP پر شده با سایر غشاها………………………………………….57
شکل (5-14): مقایسه تراوش پذیري و انتخاب پذیري 4n-C4H10/CH غشاهاي PMP، P5M2H و P6M2H با سایر غشاهاي پلی استیلنی…………………………………………………………………………………………………………………………..58
شکل (5-15): مقایسه تراو شپذیري غشاهاي PDMS و PEI…..ا…………………………………………………………..62
شکل (5-16): انتخاب پذیري 4C4H10/CH براي گاز خالص و گاز مخلوط در غشاهاي مختلف…………………………..63
.شکل (5-17): ساختار شیمیایی غشاء POMS…ا…………………………………………………………………………..64
.شکل (5-18): تغییرات تراوش پذیري هیدروزن و هیدروکربن ها با دما در غشاء PDMS…ا………………………………64
.شکل (5-19): تغییرات انتخاب پذیري هیدروکربن/ هیدروزن با دما در غشاء PDMS…ا…………………………………..65
.شکل (5-20): اثر فشار بر روي تراوش گازهاي مختلف در غشاء PDMS…ا……………………………………………..66
.شکل (5-21): انتخاب پذیري گازهاي مختلف نسبت به 2N در غشاء PDMS……ا………………………………………..66
.شکل (5-22): ساختار شیمیایی مونومرهاي مورد استفاده توسط هیرایاما و همکارانش………………………………..67
شکل (5-23): رابطه تراوش پذیري گازها با عکس دما در غشاء PDMS .ا………………………………………………..69
شکل (5-24): تراوش پذیري 10C4H و 4CH در مخلوطی از گاز حاوي 2% حجمی 10C4H و 98% حجمی 4CH در غشاء PDMS ………………..ا…………………………………………………………………………………………………………………..70
شکل (5-25): انتخاب پذیري 4C4H10/CH در مخلوطی از گاز حاوي 2% حجمی 10C4H و 98% حجمی 4CH در غشاء …………………………………………………………………………………………………………………………………………………ا..71
.شکل (5-69): تراوش پذیري 10CH4 ،C2H6 ،C3H8 ،C4H و 2H در مخلوطی از گاز…………………………………….72
.شکل (5-70): تراو شپذیري 8C2H6 ،C3H و 4CH در غشاهاي ارگانوسیلیکون…………………………………………72
.شکل (6-1): نرون بیولوژیکی………………………………………………………………………………………………….76
.شکل (6-2): نرون ریاضی……………………………………………………………………………………………………..77
.شکل (6-3): توابع محرك………………………………………………………………………………………………………78
.شکل (6-4): شبکۀ پیشخور سه لایه………………………………………………………………………………………79
شکل (6-5): مینیمم موضعی و مطلق …………………………………………………………………………………….81
شکل (6-6): عمومیت دادن در مقابل خطاي آموزش …………………………………………………………………….84
شکل (6-7): پرسپترون دو لایه ……………………………………………………………………………………………..86
شکل (6-8): ساختار شبکه هاي MLP استفاده شده به منظور مدلسازي جداسازي گاز …………………………..97
.شکل (6-9): عملکرد شبکه هاي عصبی با ساختارهاي مختلف………………………………………………………100
شکل (6-10): عملکرد(a)ساختار 4:6:5:1 در مینیمم MSE داده هاي ارزیابی (b)ساختار 4:7:1 در مینیمم MSE داده هاي ارزیابی (c) ساختار 4:6:9:1در MSE داده هاي ارزیابی(d) ساختار 4:6:9:1در مینیمم MSE داده هاي آزمایشی……………………………………………………………………………………………………………………….101
.شکل(6-11): تعمیم رفتار سیستم با استفاده از شبکه بهینه با توجه به تغییرات…………………………………….103
.شکل (6-12): تعمیم رفتار سیستم با استفاده از شبکه بهینه با توجه به تغییرات………………………………….104
شکل (7-1): مراحل الگوریتم PSO …….ا…………………………………………………………………………………..109
شکل (7-2): اشکال مختلف همسایگی …………………………………………………………………………………..113
.شکل (8-1): مقایسه مقادیر پیش بینی شده فلاکس توسط مدل و نتایج آزمایشگاهی……………………………126
.شکل (8-2): اثر دما بر حلالیت 8C3H در غلظت هاي 15% و 55% براي 8C3H و 2H در خوراك…………………126
.شکل (8-3): اثر فشار و دما بر حلالیت8C3H در غلظت هاي10% و50% براي8C3H و2H در خوراك……………..127
شکل (8-4): اثر فشار و دما بر حلالیت 8C3H در غلظت هاي 15% و 50% براي 8C3H و 2H در خوراك………………………………………………………………………………………………………………………..127
شکل (8-5): اثر فشار و دما بر حلالیت 8C3H در غلظت هاي 25% و 65% براي 8C3H و 2H در خوراك……………………………………………………………………………………………………………………….127
شکل (8-6): اثر فشار بر حلالیت 8C3H در غلظت هاي 15% و 55% براي 8C3H و 2H دماي C35 در خوراك………………………………………………………………………………………………………………………128
شکل (8-7): اثر اختلاف فشار دو سمت غشاء و دما بر ضریب نفوذ 8C3H در غلظت هاي 10% و 50% براي 8C3H و 2H در خوراك…………………………………………………………………………………………………………………….129
شکل (8-8): اثر اختلاف فشار دو سمت غشاء و دما بر ضریب نفوذ 8C3H در غلظت هاي 25% و 50% براي 8C3H و 2H در خوراك ……………………………………………………………………………………………………………………..19
شکل (8-9): اثر اختلاف فشار دو سمت غشاء و دما بر ضریب نفوذ 8C3H در غلظت هاي .. 15% و 55% براي 8C3H و 2H در خو.راك و دما ………………………………………………………………….……………………………………………….C 35 130
شکل (8-10): اثرغلظت هاي 8C3H و 2H بر ضریب نفوذ 8C3H در فشار خوراك atm 5 دماي C 40 …..ا……….131

 

Abstract:
Separation of gases by membrane processes is improving fast nowadays. Different permeability of gas species is base of membrane gas separation process. Membrane processes is a modern separation method having some advantages such as less energy onsumption, less capital cost and high efficiency in comparison with other old separation process. In addition membrane processes is simpler and occupy less space in plantWith respect to all these advantages use of membrane separation of gases has had significant increase in industries. Separation of heavy hydrocarbon is the one of the most modern membrane processes. By using of this method we are able to separate hydrocarbon simpler whit more efficiency and produce some amount of pure methane, nitrogen and hydrogen.
LPG is considered as a very valuable product of oil and gas industries. So recovering of LPG from gas stream in oil refinery and from associated gas in oil production unit is really important and could one of worthy sources with high commercial interest.
This document is report of research about separation of LPG from gas streams by membrane process that include seven chapters. First chapter is generalities about purpose of research, history of research in this field and method of work. Chapter tow includes introduction and some information about LPG and its usages. Chapter three encompasses explanations about membrane processes in industries and verities of commercial membrane processes in gas separation that separation of heavy hydrocarbon is recent one of them. Gas transport mechanisms throw membranes are discussed in chapter four. Chapter five is allocated to descriptive model of gas transport phenomena throw membranes including microscopic and molecular model and effective factors on gas transport such as nature of membrane, nature of cross linking, pelastization phenomena, nature of diffuser, fillers and temperature. In chapter six all membrane that is used for membrane gas separation are considered and the appropriate one will be selected.
The last chapter is allocated to result and suggestion for future works.


 


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان