مقدمه:

امروزه به دلیل افزایش مصرف انرژی و ازدیاد قیمت روز افزون سوخت و فرآورد ههای نفتی، LPG به عنوان یکی از محصولات با ارزش نفت و گاز مورد توجه قرار گرفته است بسیاری از جریانات گازی در پالایشگاه ها و واحدهای بهره برداری حاوی مقادیر بالایی از LPG می باشند که بسیاری از آنها بدون استفاده سوزانده میشوند یکی از دلایل این امر نیاز به فرآیند نسبتاً پیچیده به منظور LPG از جریان گازی، با روشهای سنتی میباشد. با وجود تکنولوژی غشائی به عنوان یک عملیات جداسازی بسیاری کارآمد با حجم و ابعاد کم و قابلیت انعطاف بالا، می توان از هدر رفت مقادیر بالایی از LPG جلوگیری کرد و در واحدهایی که از روشهای صنعتی استفاده میکنند راندمان جداسازی را بسیار بالابرد و میزان بازیافت را تا 99% رساند. لذا شناخت و بررسی تکنولوژی جداسازی به منظور جداسازی LPG از جریانهای گازی می تواند یکی از زمینه های تحقیقاتی و عملی بسیار راه گشا به منظور بالا بردن ارزش افزوده در واحدهای نفت و گاز و جلوگیری از هدر رفت منابع طبیعی مورد توجه قرار گیرد. لذا در این گزارش سعی بر معرفی و بررسی مقدماتی این متد میباشد.

مدلسازی جداسازی غشایی LPG

مدلسازی جداسازی 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 فرایندهای جداسازی غشایی هدف از تحقیق حاضر این است که پس از معرفی و فرایندهای جداسازی توسط غشاء و شناخت کاربردها و امتیازات آن در صنعت، مکانیزم جداسازی گاز در در غشاها بررسی شود و به طور خاص رفتار غشاهای پلیمری در جداسازی گاز تشریح شود سپس غشاء مناسب جهت جداسازی LPG از جریانات گازی با توجه به پارامترهای موثر انتخاب گردد. پس از شناسایی پارامترهای موثر و تعیین غشاء مناسب جهت جداسازی LPG در این گزارش، مبنایی برای مدلسازی و پیش بینی رفتار غشاء مورد نظر در جداسازی LPG تعیین خواهد شد. سپس ابتدا با استفاده از شبکه های عصبی رفتار سیسنم مدلسازی خواهد شد ودر ادامه یک مدل ریاضی مناسب جهت مدلسازی سیستم مورد بحث ارائه می گردد.

1-2- پیشینه تحقیق
جداسازی LPG توسط فرایند غشایی یک یاز روشهای نوین جداسازی 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 جداسازی LPG از جریانات گازی کاملا جدید می باشد و تنها تا کنون مطالعاتی توسط تیم تحقیقاتی آقای پرفسور محمدی در این خصوص انجام پذیرفته است که این تحقیق تلاشی در ادامه کارهای تیم تحقیقاتی ایشان می باشد. و تمامی داده های آزمایشگاهی استفاده شده در این تحقیق به منظور مدلسازی، توسط تیم تحقیقاتی ایشان از Setup ساخته شده در مرکز تحقیقات جداسازی دانشگاه علم و صنعت ایران گرد آوری شده است.

1-3- روش کار و تحقیق
در این گزارش با استفاده از منابع اطلاعاتی از قبیل کتابهای موجود در پایگاههای داخلی و خارجی در زمینه فرایندهای غشایی انواع متدوال فرایندهای غشایی به طور مختصر معرفی و بررسی خواهد شد سپس مکانیزمهای جداسازی گاز و مدلهای تشریح کننده آن با استفاده از منابع اطلاعاتی به روز مانند مقالات در زمینه جداسازی غشایی که با آخرین تغییرات هماهنگ باشند مورد بحث قرار خواهد گرفت. سپس با توجه به پارامترهای موثر در جداسازی و خواص هر کدام از غشاهای مورد استفاده در این زمینه بهترین نوع غشاء به منظور جداسازی LPG معرفی خواهد شد.
در ادامه Setup آزمایشگاهی که در آزمایشگاه تحقیقاتی غشاء دانشگاه علم و صنعت ایران تحت نظارت و راهنمایی جناب آقای دکتر محمدی به منظور انجام آزمایشات بر روی غشاء مذکور ساخته شده است تشریح می گردد. با استفاده از داده های حاصل از این مدل آزمایشگاهی یک مدل ریاضی مناسب جهت پیش بینی و مدلسازی عملکرد این غشاء ارائه گردیده است که در این گزارش به طور کامل بررسی می گردد و با مدلهای معمول گذشته مقایسه می شود. علاوه بر این با استفاده از شبک ههای 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 جداسازی آن

از دیرباز استفاده از انرژی از جمله مهمترین نیازهای بـشر بـوده اسـت. انـسان هـای اولیـه بـا اسـتفاده ازانرژیهای باد و آب، نیازهای خود را برآورده میساختند و به مرور زمان با اکتشاف و استخراج زغال سنگ، دوران ج دیدی برای توسعه صنعت و حمل و نقل بـه وجـود آمـد، امـا بـا اکتـشاف و اسـتخراج نخـستینچاههای نفت، رفتهرفته انرژی ارزانتر و مفیدتری پا به عرصه جهان گذاشت.با رشد روزافزون صنایع در دنیا و بهویژه در کشورهای صنعتی و نیاز شدید به انـرژی، کـشورهای 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 سوختهای فسیلی و دیگر امتیازاتی که گاز طبیعـیدارد، در سالهای آتی ارزش واقعی خود را در زمینههای مختلف تامین انرژی نشان خواهد داد و به عقیده کارشناسان مسائل انرژی، تقاضای گاز طبیعی تا سال 2010 دو برابر خواهد شد و گاز طبیعی انرژی برتـرقرن 21 خواهد بود.نفت در صد سال گذشته، سوخت تجاری غالب بوده است و گاز در قرن آینده میتواند این تسلط را از آنخود کند ، زیرا مجموعهای از ارادههای سیاسی ، اقتصادی ، فنی و اجتماعی از این موضوع پـشتیبانی مـی-کنند. علاوه بر این، گاز به خوبی میتواند به وضعیت محیط زیست کمک کند و فناوریهـای جدیـد نیـزنقشی اساسی را انتقال الگوی مصرف انرژی دنیا بهسوی استفاده از گاز طبیعی ایفا میکنند. از جمله ایـنفنآوریها، توربین های سیکل ترکیبی با گاز طبیعی و همچنین LNG و GTL دیگر فناوریهای مرتبطبــا گــاز طبیعــی هــستند کــه بطــور مشخــصی مــی تواننــد بــر صــنعت گــاز اثــر بگذارنــد [1 و2].علاوه بر مصارف مرتبط با انرژی، سایر مصارف غیر انرژی 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 گازی مختلف و تفاوتهای آنها ذکر میگردد و در ادامه بهطور مفصل ویژگیها و فوایدLPG و روشهای بازیابی آن مورد بررسی قرار میگیرد.

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

LPG -1-2-2
LPG نامی تجاری برای ترکیب پروپان و بوتان است. ویژگی اصلی این دو هیدروکربن مایع شدن با اعمال فشاری متوسط میباشد. در صورت کاهش فشار این دو دوباره به حالـت گـازی شـکل در مـیآینـد . ایـنویژگی باعث سهولت حمل و نقل می شود، زیرا میتوان LPG را در حالت مایع که 250 مرتبه چگالتر از حالت گازی است انتقال داد [4]. در ادامه خصوصیات LPG به طور مفصل بررسی خواهد شد.شکل 2-1 نشاندهنده مقایسه ای بین اصطلاحات فوق میباشد. در این نمودار ترکیب درصد هـر ترکیـبمشخص شده است.همانطوریکه گفته شد،LPG ترکیبی از پروپان با فرمول شیمیایی 8C3H و بوتان بـا فرمـول شـیمیایی10C4H می باشد. این ترکیب در دمای 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 های 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- کاربردهای LPG ..ا…………………………………………………………………………………………………8
. 2-5- بازار جهانی LPG .ا…………………………………………………………………………………………………9
. 2-6- بازیابی LPG از جریانهای گازی ………………………………………………………………………………….10
. 2-7- استفاده از غشاء ………………………………………………………………………………………………….11

3

فصل سوم: جداسازی غشای گاز

-1- استفاده از فرآیندهای غشایی در جداسازی گازها
سرمایه گذاری کم، آسانی عملیات، مصرف انرژی کم، اندازه و وزن مناسب و دلایل دیگر باعث شده است که فرآیند GS قابل رقابت با دیگر فرآیندهای جداسازی باشد. پیشرفت در رفع معایب فنی این فرآیند بویژه ساخت غشاهای مناسب باعث شده است که این فرآیند هر روز کاربرد بیشتری پیدا کند.
کاربردهای روش های غشائی برای جداسازی گازها عبارتند از:
– کاربردهای رایج در مقیاس بزرگ: مانند جداسازی هوا و تولید نیتروژن و یا تغلیظ اکسیژن در هوا، بازیابی هیدروژن در پالایشگاه ها و واحدهای آمونیاک و جداسازی گازهای اسیدی از گاز طبیعی. – کاربردهای جدید: مانند آب زدایی از گاز طبیعی و تنظیم نقطه شبنم گاز طبیعی و جداسازی 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 کاربردهای فرآیندهای غشائی در این زمینه پرداخته می شود.

. 3-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………….16
. 3-2- غشاهای غیر متخلخل ……………………………………………………………………………………………..18
. 3-3- مکانیسم های انتقال ……………………………………………………………………………………………….18
. 3-3-1- میعان جزیی برخی از اجزای مخلوط گازی …………………………………………………………………..18
. 3-3-2- جذب انتخابی اجزای مخلوط گازی …………………………………………………………………………….18
. 3-4- غشاهای غیر متخلخل …………………………………………………………………………………………..18
. 3-4-1- غشاهای پلیمری ……………………………………………………………………………………………..19
. 3-5- استفاده از فرآیندهای غشایی در جداسازی گازها …………………………………………………………..20
. 3-6- انواع فرآیندهای غشایی در جداسازی گازها ………………………………………………………………….20
. 3-7- شرکت های معتبر فعال در فرآیندهای جداسازی گاز …………………………………………………………21
. 3-8- عوامل مؤثر در طراحی فرآیند غشائی LPG …..ا……………………………………………………………….22

فصل چهارم: مدلهای تشریح کننده رفتار غشاهای پلیمری.

جداسازی گازها توسط غشاء شاخه ای پویا و در حال رشد از علم است. اساس جداسازی گازها از یک مخلوط گاز اختلاف نفوذ اجزاء در داخل غشاء می باشد. فرآیند جداسازی غشایی دارای فوایدی از قبیل مصرف انرژی پایین، هزینه سرمایه گذاری اولیه اندک، سادگی فرآیند، سهولت را هاندازی و همچنین نیاز به فضای کم می باشد. از آنجا که گاز نقش محوری در صنایع شیمیایی دارد، فرآیندهای غشایی جداسازی گاز نیز نقش صنعتی خارق العاده ای با توجه به ملاحظات اقتصادی یافت هاند [1]. بنیان جداسازی گاز توسط گراهام در سال 1829 نهاده شد. او برای اولین بار آزمایشاتی را برای انتقال گاز و بخار در غشاهای پلیمری انجام داد. اولین انتشارات مربوط به جداسازی گاز تحت عنوان خاصیت نفوذ سیالات و نفوذ گازها توسط میشل به ترتیب در سا لهای 1830 و 1833 در مجله علوم پزشکی امریکا به ثبت رسید. او مشاهده کرد که بال نهای 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 گیری های کمی از شدت نفوذ گاز را انجام داد. [2]. فیک در سال 1855 یک توصیف کمی از نفوذ مواد داخل لایه مرزی ارائه نمود. گراهام در سال 1866 مفاهیم نفوذ گاز را در قالب مکانیسم حلالیت-نفوذ ارائه نمود. مفاهیم این دو مدل سهم بسزایی در درک پدیده نفوذ گاز در داخل غشاء داشته اند. بنچولد اولین کسی بود که رابطه ای 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 غشاهای 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 های تشریح کننده انتقال گاز در پلیمرها ………………………………………………………………….24
. 4-2-1- مدل های میکروسکوپی …………………………………………………………………………………………24
. 4-2-2- مدل های مولکولی ………………………………………………………………………………………………26
. 4-3- عوامل تأثیر گذار بر انتقال گاز از غشاهای پلیمری ……………………………………………………………….28
. 4-3-1- اثر طبیعت غشاء (ساختارهای فیزیکی و شیمیایی غشاء) ………………………………………………….28
. 4-3-2- اثر طبیعت اتصال عرضی (اصلاح اتصال عرضی شیمیاییغشاهای پلیمری) …………………………………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: غشاهای پلیمری جداسازی LPG و انتخاب غشاء مناسب

پیشرفت در زمینه جداسازی گاز توسط غشاء در سالهای اخیر بسیار چشمگیر بوده است. از آنجا کـهغشاء مهمترین بخش یک فرایند غشایی می باشد تحقیقات زیادی بر روی غشاها جهت بهبـود خـواصفیزیکی و شیمیایی آنها انجام شده است. امروزه غشاهای پلیمری در بسیاری از فرایندهای جداسـازیگاز از قبیل تغلیظ اکسیزن، شیرین سازی گاز، نم زدایی گاز طبیعی، رطوبت زدایی هوا و غیـره مـورداستفاده قرار می گیرند و تلاشهای محققین برای بدست آوردن رابطـه بـین سـاختار غـشاء و تـراوشپذیری و انتخاب پذیری آن منجر به تولید پلیمرهای جدید می شود. بنابراین فهم صحیح مکانیسم های انتقال گاز در پلیمرها و عواملی که بر این انتقال تأثیر می گذارنـد در بهبـود خـواص انتقـال غـشاهایپلیمری، بسیار حائز اهمیت می باشد. در این بخش ابتدا مد لهای تـشریح کننـده انتقـال گـاز، سـپسعواملی که انتقال گاز در غشاهای پلیمری را تحت تأثیر قرار می دهند به تفصیل ارائه شده است.

. 5-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………40
. 5-2- غشاهای پلیمری شیشه ای ……………………………………………………………………………………….41
. 5-3- غشاهای بر پایه استیلن …………………………………………………………………………………………….41
. 5-4- غشاهای پلیمری لاستیکی ………………………………………………………………………………………..58
. 5-5- نتیجه گیری و پیشنهاد غشاء مناسب …………………………………………………………………………….73

فصل ششم: استفاده از تکنیک شبکه عصبی برای شبیه سازی غشاء جداسازی

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

. 6-1- مبانی شبکه های عصبی مصنوعی ………………………………………………………………………………76
. 6-1-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………..76
. 6-1-2- شبکه های عصبی مصنوعی …………………………………………………………………………………..76
. 6-1-3- توابع محرک ………………………………………………………………………………………………………77
. 6-1-4- ساختار شبکه های ……………………………………………………………………………………………..78
. 6-1-5- شبکه های پیشخور چند لایه ………………………………………………………………………………….79
. 6-1-6- تعیین بهترین اندازه برای شبکه ………………………………………………………………………………..79
. 6-1-7- گونه های مختلف آموزش در شبک ههای عصبی مصنوعی ……………………………………………….80
. 6-1-7-1- آموزش با ناظر ………………………………………………………………………………………………80.
. 6-1-7-2- آموزش بدون ناظر ……………………………………………………………………………………………81
. 6-1-8- الگوریتمهای آموزش ……………………………………………………………………………………………81
. 6-1-9- کنترل آموزش ……………………………………………………………………………………………………81
. 6-1-10- پارامترهای مهم شبکه های عصبی مصنوعی ………………………………………………………………82
. 6-1-11- قدرت تفکیک شبکه های عصبی مصنوعی …………………………………………………………………..82
. 6-1-12- استخراج مشخصه ……………………………………………………………………………………………..82
. 6-1-13- تعمیم یافتگی …………………………………………………………………………………………………..83
. 6-1-14- طبقه بندی شبکه های 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 ههای 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 های آزمایشگاهی و مدلسازی غشاء جداسازی گاز …………………………………………………….………96
. 6-2-2-آموزش، ارزیابی و آزمایش …………………………………………………………………………………………..98
. 6-2-3- الگوریتم آموزش شبکه عصبی و توابع محرک ……………………………………………………………………99
. 6- 2- 4- بررسی جامعیت مدل شبکه عصبی به منظور پیش بینی رفتار سیستم ………………………………..102
. 6-3- نتیجه گیری …………………………………………………………………………………………………………..105

فصل هفتم: الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات

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

فصل هشتم: مدل سازی 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 پذیری ………………………………………………………………………………………………..132
. 8-3-4- ارزیابی صحت مدل ………………………………………………………………………………………….134
. 8-5- نتیجه گیری …………………………………………………………………………………………………….134

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

فصل نهم: نتیجه گیری و پیشنهاد

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

فهرست جداول

جدول (2-1): ویژگیهای LPG …ا…………………………………………………………………………………………….8
جدول (2-2): میزان تولید LPG در پالایشگاههای ایران ……………………………………………………………………10
جدول (3-1): خصوصیات فرآیندهای مختلف غشایی ………………………………………………………………………17
.جدول (3-2): انواع غشاهای مورد استفاده در GS….ا…………………………………………………………………….20
.جدول (3-3): تولیدکنندگان و سیستم های غشایی جداسازی گاز در سال ………………………………………….21
جدول (4-1): ضرایب نفوذ، حلالیت و تراوش پذیری برای 2CO و 4CH در پلیمرهای سیلیکون……………………….. 30

جدول (4-2): مقایسه ضرایب تراوش پذیری، نفوذ و حلالیت برای گازهای 2CO2 ،O2 ،N و PDMS و PTMSP در CH4 ………..ا……………………………………………………………………………………………………………………….31
.جدول (4-3): اثر جانشین روی زنجیر اصلی و جانبی روی تراوش پذیری اکسیژن……………………………………..32
جدول (4-5): اثر گروه های تابعی بر تراوش پذیری اکسیژن در پلیمرهای وینیل CH2CHX)n) ا……………………….35
جدول (5-1): تراوش پذیری 8C3H و 6barrer) C3H) و انتخاب پذیری 8C3H6/C3H درغشاهای پلیمری شیشه ای ……………………………………………………………………………………………………………………………………..44
جدول (5-2): خواص انتقال مخلوطی از گاز حاوی 2% مولی 10n-C4H و 98% مولی 4CH….ا………………………..44
.جدول (5-3): تراوش پذیری4CH و10n-C4H و انتخاب پذیری4C4H10/CH در سه غشاء مختلف……………………….45
.جدول (5-4): تراوش پذیری گازهای مختلف و انتخاب پذیری 2Gas/N و 4Gas/CH…ا………………………………….45
.جدول (5-5): مقادیر تراوش پذیری و انتخاب پذیری در غشاء PTMSP به ضخامت mm 48…ا………………………….46
.جدول (5-6): مقادیر تراوش پذیری و انتخاب پذیری در غشاء PTMSP به ضخامت mm 200..ا…………………………46
جدول (5-7): ضریب حلالیت (cm3(STP)/cm3 bar) غشاهای تهیه شده توسط یانگ و هسیو و مقایسه آنها با PTMSP..ا………………………………………………………………………………………………………………………….47
جدول (5-8): ضریب نفوذ (cm2/s) غشاهای تهیه شده توسط یانگ و هسیو و مقایسه آنها PTMSP با ……………..47
جدول (5-9): ضریب تراوش پذیری غشاهای تهیه شده توسط یانگ و هسیو و مقایسه آنها PTMSP با …………….48
.جدول (5-10): انتخاب پذیری گازهای مختلف در غشاء PTMSP…ا……………………………………………………….49
جدول (5-11): مقادیر تراوش پذیری گازهای مختلف در غشاء PTMSP ا………………………………………………….52
.جدول (5-12): مقادیر انتخاب پذیری گازهای مختلف در غشاء PTMSP…ا………………………………………………..52
.جدول (5-13): درصد زدایش گازهای مختلف در غشاء SSF و PTMSP.ا…………………………………………………53
.جدول (5-14): خواص فیزیکی غشاهای پلی استیلنی مورد مطالعه توسط راهاجرو…………………………………54
.جدول (5-15): تراوش پذیری گازهای مختلف در غشاهای پلی استیلنی………………………………………………57
جدول (5-16): تراوش پذیری هیدروکربن ها در لاستیک سیلیکون ……………………………………………………….59
.جدول (5-17): تراوش پذیری گازها در کراتون……………………………………………………………………………….59
.جدول (5-18): نتایج آزمایشات بر روی غشاهای پلیمری لاستیکی Elvax 150 و Elvax 450..ا……………………….60
جدول (5-19): نتایج آزمایشات بر روی غشاهای پلیمری لاستیکی پلی اتیلن کلرینه شده و لاستیک نیتریل………..60
جدول (5-20): نتایج آزمایشات بر روی غشاهای پلیمری لاستیکی سیلیکون و الیاژ آن با پلی بوتادین……………….61
جدول (5-21): مقایسه انتخاب پذیری 4C3H8/CH و 4C4H10/CH در غشاهای لاستیکی، شیشه ای سنتی و شیشه ای با FFV بالا ………………………………………………………………………………………………………………………….61
جدول (5-22): مقادیر تراوش پذیری و انتخاب پذیری 2Gas/N در غشاء نوع A و B و مقایسه آن با نتایج مرکل و همکارانش …………………………………………………………………………………………………………………………………….65
جدول (5-23): ضرایب تراوش پذیری، نفوذ و حلالیت در غشاهای PF/PEO ،PEO و PDMS …ا……………………….68
.جدول (5-24): انتخاب پذیری غشاهای PF/PEO ،PEO و PDMS نسبت به 2N…ا…………………………………….68
.جدول (5-25): انتخاب پذیری 6C2H و 8C3H نسبت به 4CH و 2N..ا……………………………………………………69
جدول (5-26): تراوش پذیری 10C4H و 4CH و انتخاب پذیری 4C4H10/CH در غلظت های مختلف 10C4H در خوراک ………………………………………………………………………………………………………………………………….69
جدول (5-27): مشخصات ارگانوسیلیکون ها و تراوش پذیری 6C2H و 8C3H در آنها ………………………………….72
جدول (5-28): ضرایب نفوذ، حلالیت و تراوش پذیری 4CH و 8C3H در غشاهای ارگانوسیلیکون …………………….72
جدول (7-3): آمار مربوط به مقالات کاربردی الگوریتم PSO در ………………………………………………………….ا….115
.جدول (8-1): پارامترهای مدل 9-1………………………………………………………………………………………122
جدول (8-3): خطاهای مدل منتخب با استفاده از پارامترهای 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): شمای 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 برای دفع آب و هیدروکربن های سنگین از گاز طبیعی ……………………………………21
.شکل (4-1): مخصوص یک پلیمر بی شکل به صورت تابعی از درجه حرارت……………………………………………..25
.شکل (4-2): تئوری جذب دوگانه……………………………………………………………………………………………..26
شکل (4-3): نمایش شماتیک مدل های مختلف انتقال مولکول های تراوش کننده کوچک از داخل ساختار میکرونی پلیمر……………………………………………………………………………………………………………………………….27
شکل (4-4): رابطه بین پارامترهای حلالیت و فاکتور جداسازی ایده ال برای سیستم CO2/CH4 …ا……………….. 29
.شکل (4-5): تأثیر گروه های تابعی روی ضریب تراوش پذیری گاز و دمای انتقال شیشه ای……………………………30
شکل (4-6): تغییرات ضریب نفوذ بنزن با دمای انتقال شیشه ای در پلیمرهای مختلف ………………………………….33
شکل (4-7): رابطه بین ضریب نفوذ و غلظت حلا لها برای پلیمر EPDM .ا………………………………………………..35
شکل (5-1): مشخصات کاربردی غشاهای شیشه ای و لاستیکی ……………………………………………………..39
شکل (5-2): مکانیسم های انتقال گاز در غشاء PTMSP ا……………………………………………………………….43
شکل (5-3): ضرایب تراوش پذیری PTMSP و پلی سولفون بصورت تابعی از حجم بحرانی گازهای مختلف …………………………………………………………………………………………………………………………………..43
شکل (5-4): تراوش پذیری گازهای مختلف تحت خلاء atm 1- 10 و دمای C 22-20 در PTMSP غشاء ……………45
شکل (5-5): رابطه تراوش پذیری 10C4H و 4CH با فشار خوراک ………………………………………………………49
.شکل (5-6): نسبت تراوش پذیری PDPA به PTMSPDA..ا……………………………………………………………….51
.شکل (5-7): نسبت انتخاب پذیری گاز / نیتروژن PDPA به PTMSPDA..ا……………………………………………….52
.شکل (5-8): تراوش پذیری اکسیژن در چهار غشاء پلی استیلنی………………………………………………………53
.شکل (5-9): اثر درجه حرارت بر تراوش پذیری گاز در غشاء PTMSPDA…ا……………………………………………..54
شکل (5-10): انرژی فعال سازی تراوش پذیری غشاهای پلی استیلنی و پلی ایمید بصورت تابعی از دمای بحرانی……………………………………………………………………………………………………………………………55
.شکل (5-11): انرژی فعال سازی تراوش پذیری گازهای مختلف در غشاهای PMP و پلی ایمید………………………56
.شکل (5-12): رابطه درصد پرکننده سیلیکای به کار رفته در غشاء و خصوصیات انتقال غشاء………………………..57
.شکل (5-13): مقایسه خواص انتقال غشاهای PMP پر شده با سایر غشاها………………………………………….57
شکل (5-14): مقایسه تراوش پذیری و انتخاب پذیری 4n-C4H10/CH غشاهای PMP، P5M2H و P6M2H با سایر غشاهای پلی استیلنی…………………………………………………………………………………………………………………………..58
شکل (5-15): مقایسه تراو شپذیری غشاهای PDMS و PEI…..ا…………………………………………………………..62
شکل (5-16): انتخاب پذیری 4C4H10/CH برای گاز خالص و گاز مخلوط در غشاهای مختلف…………………………..63
.شکل (5-17): ساختار شیمیایی غشاء POMS…ا…………………………………………………………………………..64
.شکل (5-18): تغییرات تراوش پذیری هیدروزن و هیدروکربن ها با دما در غشاء PDMS…ا………………………………64
.شکل (5-19): تغییرات انتخاب پذیری هیدروکربن/ هیدروزن با دما در غشاء PDMS…ا…………………………………..65
.شکل (5-20): اثر فشار بر روی تراوش گازهای مختلف در غشاء PDMS…ا……………………………………………..66
.شکل (5-21): انتخاب پذیری گازهای مختلف نسبت به 2N در غشاء PDMS……ا………………………………………..66
.شکل (5-22): ساختار شیمیایی مونومرهای مورد استفاده توسط هیرایاما و همکارانش………………………………..67
شکل (5-23): رابطه تراوش پذیری گازها با عکس دما در غشاء PDMS .ا………………………………………………..69
شکل (5-24): تراوش پذیری 10C4H و 4CH در مخلوطی از گاز حاوی 2% حجمی 10C4H و 98% حجمی 4CH در غشاء PDMS ………………..ا…………………………………………………………………………………………………………………..70
شکل (5-25): انتخاب پذیری 4C4H10/CH در مخلوطی از گاز حاوی 2% حجمی 10C4H و 98% حجمی 4CH در غشاء …………………………………………………………………………………………………………………………………………………ا..71
.شکل (5-69): تراوش پذیری 10CH4 ،C2H6 ،C3H8 ،C4H و 2H در مخلوطی از گاز…………………………………….72
.شکل (5-70): تراو شپذیری 8C2H6 ،C3H و 4CH در غشاهای ارگانوسیلیکون…………………………………………72
.شکل (6-1): نرون بیولوژیکی………………………………………………………………………………………………….76
.شکل (6-2): نرون ریاضی……………………………………………………………………………………………………..77
.شکل (6-3): توابع محرک………………………………………………………………………………………………………78
.شکل (6-4): شبکۀ پیشخور سه لایه………………………………………………………………………………………79
شکل (6-5): مینیمم موضعی و مطلق …………………………………………………………………………………….81
شکل (6-6): عمومیت دادن در مقابل خطای آموزش …………………………………………………………………….84
شکل (6-7): پرسپترون دو لایه ……………………………………………………………………………………………..86
شکل (6-8): ساختار شبکه های MLP استفاده شده به منظور مدلسازی جداسازی گاز …………………………..97
.شکل (6-9): عملکرد شبکه های عصبی با ساختارهای مختلف………………………………………………………100
شکل (6-10): عملکرد(a)ساختار 4:6:5:1 در مینیمم MSE داده های ارزیابی (b)ساختار 4:7:1 در مینیمم MSE داده های ارزیابی (c) ساختار 4:6:9:1در MSE داده های ارزیابی(d) ساختار 4:6:9:1در مینیمم MSE داده های 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 های 15% و 55% برای 8C3H و 2H در خوراک…………………126
.شکل (8-3): اثر فشار و دما بر حلالیت8C3H در غلظت های10% و50% برای8C3H و2H در خوراک……………..127
شکل (8-4): اثر فشار و دما بر حلالیت 8C3H در غلظت های 15% و 50% برای 8C3H و 2H در خوراک………………………………………………………………………………………………………………………..127
شکل (8-5): اثر فشار و دما بر حلالیت 8C3H در غلظت های 25% و 65% برای 8C3H و 2H در خوراک……………………………………………………………………………………………………………………….127
شکل (8-6): اثر فشار بر حلالیت 8C3H در غلظت های 15% و 55% برای 8C3H و 2H دمای C35 در خوراک………………………………………………………………………………………………………………………128
شکل (8-7): اثر اختلاف فشار دو سمت غشاء و دما بر ضریب نفوذ 8C3H در غلظت های 10% و 50% برای 8C3H و 2H در خوراک…………………………………………………………………………………………………………………….129
شکل (8-8): اثر اختلاف فشار دو سمت غشاء و دما بر ضریب نفوذ 8C3H در غلظت های 25% و 50% برای 8C3H و 2H در خوراک ……………………………………………………………………………………………………………………..19
شکل (8-9): اثر اختلاف فشار دو سمت غشاء و دما بر ضریب نفوذ 8C3H در غلظت های .. 15% و 55% برای 8C3H و 2H در خو.راک و دما ………………………………………………………………….……………………………………………….C 35 130
شکل (8-10): اثرغلظت های 8C3H و 2H بر ضریب نفوذ 8C3H در فشار خوراک atm 5 دمای 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

250,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان

350,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید