آبشستگی (Scouring) پدیده ای است طبیعی که بشر از چندین قرن پیش موفق به کشف آن شده است. این پدیده فیزیکی یکی از مسائل اساسی و بنیادی در علم هیدرولیک است که محققین بسیاری در طی سالیان گذشته به تحقیق، آزمایش و بررسی آن پرداخته اند. در طی فرایند آبشستگی که وابسته به پارامترهای هندسی هیدرولیکی بوده که در اثر عبور جریان آب از روی دانه های رسوبی و یا برخورد به آن این ذرات شروع به حرکت کرده و همراه جریان به پایین دست منتقل شده و فرسایش بستر به مرور زمان به وجود می آید. هرچند نوع آبشستگی که در هریک از سازه های هیدرولیکی ممکن است پدید آید متفاوت است ولی فرایند فوق تقریبا در تمامی آنها مشترک است.

فرایند آبشستگی بسیار پیچیده بوده و درک آن احتیاج به دانستن و اشراف کامل به اصول مکانیک سیالات، هیدرودینامیک جریان و هیدرولیک رسوب دارد. به طور کلی

خرید متن کامل این پایان نامه :

 بررسی پدیده آبشستگی اندر کنش جریان و رسوب از مباحث اساسی در تحلیل و پیش بینی میزان و مقدار آبشستگی در سازه های هیدرولیکی است.

به دلیل وجود این پیچیدگی ها هرچند تحقیقات گسترده ای توسط دانشمندان و محققین علم هیدرولیک و رسوب به صورت آزمایشگاهی، تحلیل های عددی، شبکه های عصبی و منطق فازی صورت گرفته است ولی هنوز به ارائه روابط کاملی که بتواند همه پارامترهای موثر در آبشستگی را در خود جای دهد منجر نشده است. بنابراین مطالعات در این زمینه همچنان تداوم دارد. نتایج آزمایش های صورت گرفته در فلوم ها با وجود مشکلات ناشی از مقیاس مدل های هیدرولیکی و محدودیت های اندازه گیری پارامترهای موثر آبشستگی برخی معادلات تجربی به دست آمده که همگی مبین این است که فرایند آبشستگی تابعی از زمان و مکان است. درک فرایند و مکانیسم آبشستگی و پیش بینی هندسه نهایی گودال آبشستگی از این رو اهمیت دارد که حفاظت کامل بستر در مقابل با صرف هزینه های گزاف ممکن می گردد. در برخی مواقع حفاظت کامل نیز ممکن نیست. بنابراین پیش بینی دقیق و نزدیک به واقعیت عمق پیشینه و هندسه گودال آبشستگی می تواند باعث صرفه جویی در هزینه های اجرایی حفاظت بستر گردد.
به دنبال تحقیقات آزمایشگاهی آبشستگی انجام شده تعدادی از محققین به بررسی آبشستگی به صورت حل عددی معادلات حاکم بر آشفتگی جریان و انتقال رسوب پرداخته اند که می توان (Ushijima et.al. -1993) و (Olsen and Melauen -1993) و Heffmans & and Boaj -1992) و صالحی نیشابوری و همکاران نام برد.
پیش بینی عمق بیشینه گودال آبشستگی و تخمین پروفیل نهایی بستر به وسیله ساخت فلوم ها و مدل های هیدرولیک در آزمایشگاه ها اگرچه می تواند منطقی برسد ولی ساختن مدل های آزمایشگاهی مستلزم صرف وقت و هزینه های زیادی است و در ضمن نمی توان نتایج حاصل از آزمایشات را به راحتی برای شرایط واقعی تعمیم داد. بنابراین لزوم وجود مدل های عددی که بتواند از طریق گسسته سازی معادلات حاکم بر میدان جریان و رسوب و اعمال یک سری فرضیات ساده کننده مسئله روابط پیچیده حاکم بر پدیده آبشستگی را به معادلات ساده تر و قابل حل تبدیل کند، به وضوح احساس می شود.

آنچه که در این فصل مدنظر قرار گرفته مروری بر تحقیقات انجام شده قبلی در زمینه آبشستگی تحت شرایط مختلف می باشد. در برخی از موارد جریان آب از سازه های هیدرولیکی به صورت جت منتشر می شود. سرعت آب در جت ها معمولا آنقدر زیاد است که به فرسایش کف منجر می شود و حفره بزرگی در جلوی سازه به وجود می آید. فرایند آبشستگی یک فرایند دینامیکی بوده و در آن پارامترهایی نظیر مدت زمان، تناوب (دفعات آبگیری در بازه های زمانی) و میزان دبی های سیلابی و… دخالت دارند. اگرچه روابط گوناگون و متعددی برای تخمین حداکثر ابعاد حفره آبشستگی ارائه گردیده است، لیکن رابطه ای که بتواند در تمام حالات پاسخگو باشد هنوز به دست نیامده است. از طرفی تمام روابط موجود برای مواد بستر غیرچسبنده ارائه گردیده اند. بنابراین استفاده از این روابط برای بسترهای سنگی و مواد فرسایش پذیر چسبنده جوابگو نمی باشد. در حقیقت به نظر می رسد آبشستگی عبارت است از حرکت ذرات جامد از محل استقرار اولیه آنها به مکان دیگری تحت تاثیر جریان سیالی که آن را احاطه نموده است. حالت بحرانی آبشستگی پس از گذشتن جریان از حول یک سازه هیدرولیکی اتفاق می افتد. عموما هرجا که افزایش سرعت و تغییر جهت سرعت روی

خرید متن کامل این پایان نامه :

 دهد و سرعت جریان از سرعت بحرانی بیشتر باشد به وقوع می پیوندد. در ادامه خلاصه ای از تحقیقات قبلی پیرامون آبشستگی ناشی از جریان های خروجی به صورت جت از سازه های هیدرولیکی و همچنین آبشستگی پس از پرش هیدرولیکی و موارد دیگر آبشستگی آورده شده است.

آبشستگی ناشی از جت ها (برخورد جت با بستر فرسایش پذیر) به انواع مختلف تقسیم بندی می شود که می توان به موارد ذیل اشاره نمود.
1) آبشستگی در اثر جت افقی (جت دیواره ای)
2) آبشستگی در اثر جت های قائم یا عمودی
3) آبشستگی در اثر جت های زاویه دار یا پرتابی
هرکدام از حالت های فوق را می توان در گروه های جت مستغرق یا جت آزاد، جت با ارتفاع ریزش زیاد یا جت با ارتفاع ریزش کم، جت هوادهی شده یا جت هوادهی نشده تقسیم بندی نمود.
آبشستگی موضعی ناشی از جت ها را می توان به صورت شماتیک در شکل (1-1) مشاهده کرد.
2-1- آبشستگی ناشی از جت های عمودی
مطالعات انجام شده توسط دودیاح و همکاران (1983) روی جت های استوانه ای توخالی و توپر عمودی نشان می دهد که با افزایش عمق پایاب، عمق آبشستگی افزایش می یابد. این وضعیت در پایاب های عمیق موجب کم شدن عمق حفره آبشستگی و نرخ انتقال رسوب می شود، در حالی که در پایاب کم عمق هم عمق حفره آبشستگی و هم نرخ آبشستگی زیاد است. طبق نتایج به دست آمده توسط این محققین اثر افزایش عمق پایاب تا حد معینی بوده و بعد از این مقدار حدی، اثر افزایش پایاب معکوس خواهد گردید. به طوری که با افزایش عمق پایاب عمق آبشستگی کاهش می یابد.

کریستالیزاسیون یکی از متداول ترین عملیات مهندسی شیمی است. تولید عظیمی موادی چون شکر، فسفات آمونیوم، کلرور سدیم سولفات آمونیوم و… شاهدی بر این ادعا می باشد. استفاده از این روش جهت تولید مواد جامد و یا خالص سازی آنها شرایطی را به وجود آورده است که کمتر بخشی از صنایع شیمیایی را می توان یافت که در قسمتی از آن این فرایند استفاده نشده باشد. با توجه به یکی از امتیازات اساسی این روش که همانا مصرف کم انرژی می باشد پیش بینی می شود که با گرانتر شدن تدریجی انرژی این فرایند جایگزین بسیاری از روش های سنتی از قبیل تقطیر و استخراج شود. نکات فوق باعث استقبال شدید محققین بخش مهندسی شیمی به این عملیات شده و در حال حاضر تلاش زیادی در جهت بهبود مدل های ریاضی و روش های طراحی کریستالیزورها به عمل می آید.
روش های مختلفی که برای کریستالیزاسیون می توان در نظر گرفت عبارتند از:
1) روش تبخیری
2) روش کریستالیزاسیون تحت خلاء
3) روش تبریدی
از آنجایی که روش تحت خلاء کارایی بهتری دارد در کارخانجات از این روش استفاده می شود.
فصل اول: کلیات
1-1- هدف
با بررسی دقیق در این زمینه خواستیم اثر همزن و اختلاط را در زمینه کریستالیزاسیون قند و رشد و سرعت کریستال ها بررسی کنیم و همچنین ضرایب انتقال جرم را در این زمینه کریستالیزاسیون بررسی کرده و مشخص کنیم که کریستالیزاسیون انتقال جرم به صورت سطحی است یا نفوذ.
2-1- پیشینه تحقیق:

در طراحی شرایط عملیاتی یک متبلور کننده صنعتی برای تولید کافی بلورهای لازم فراورده ای، داده های کنیتکی نظیر سرعت رشد بلور G و سرعت هیته زایی B بسیار مهم

خرید متن کامل این پایان نامه :

 می باشد. تکنیک نمودار دانسیته نیمه لگاریتمی تجمعی توسط راندولف و لارسون پیشنهاد شد. (راندولف و لارسون 1962)

با کشیدن نمودار داده های عمل توزیع اندازه گیری شده بلور (CSD) در حالتی ثابت بر روی یک کاغذ نیمه لگاریتمی داده های کنیتیکی را به دست می آورند و چنانچه از تعدادی فرضیات محدود کننده ساده (ترکیب کامل، عدم طبقه بندی در فاکتور قطع دهنده و خاتمه دهنده و نیز یکنواخت شکلی، سرعت رشد مستقل و…) پیروی نماید آسانی آنالیز ضریب اولیه این تکنیک می باشد و ضریب مهم دیگر این تکنیک این است که به ما اجازه می دهد تا ارزیابی مستقیم داده های کنیتیکی حاصل از متبلور کننده CMSMPR فاقد هر تکنیک ویژه تجربی را انجام دهیم.
در یک سیستم بسیار فشرده نظیر سیستم بسیار فشرده موجود در عمل متبلور شکر، عمل هسته زایی باعث افزایش دما می شود این افزایش دما رابطه نزدیکی با جرم بلورهای تشکیل شده دارد.
با بهره گرفتن از این اثر حرارتی، اومران و کینگ (1947) روش ارزیابی ساده پارامتری را توسعه دادند. اگرچه باید گفت این تکنیک مناسب می باشد و فقط پارامترهای هسته زایی (ضریب سرعت هسته زایی و درجه هیته زایی) امکان دارد ارزیابی شوند، بعلاوه باید گفت که این تکنیک امکان دارد فقط با یک سیستم به کار برده شود که در این سیستم گرمای عمل تبلور بسیار کافی می باشد تا باعث تغییر موثر دمای سیستم مورد نظر شود.
گارساید، گیبلارو و تاوار (1982) تکنیک ارزیابی دیگری را برای پارامترهای سرعت رشد (ضریب سرعت رشد و درجه رشد) با تمرکز بر روی معادله موازنه جرم (تکنیک فاقد عمل فوق اشباع) توسعه دادند. تکنیکشان فقط به دو مشتق اول منحی عمل غیر فوق اشباع در زمان صفر برای ارزیابی پارامترهای رشد نیاز دارد.
هالفن و کالیاگین (1976) نیز روش موازنه جرم توسعه دادند. تکنیکشان اجازه می داد که ارزیابی همزمان هردوی این پارامترها یعنی پارامترهای کنیتیک رشد و هسته زایی انجام گیرد. هریک از این دو متد فقط برای موارد ایزوترمال قابل اجرا می باشد.

جهت روغن كشی كاشت و برداشت می گردند . از مهمترین دانه های روغنی می توان از دانه كنجد، آفتابگردان، بادام، زیتون، هسته خرما، بذر چای، انگور و سویا نام برد. سالانه سطح بسیار وسیعی از زمینهای كشاورزی زیر كشت انواع این دانه ها قرار می گیرد و برخی كشورها از صادرات دانه های روغن درآمد زیادی را عاید خود می كنند . منابع دیگری نیز برای روغن های نباتی وجود دارند كه كمتر شناخته شده اند، این دانه ها اغلب محصول فرعی دیگر كارخانجات هستند . مواردی از قبیل جوانه ذرت، سبوس، برنج، دانه گوجه فرنگی، دانه مركبات و صیفی جات از این دسته می باشند، لذا بسیار ارزان بوده و به سادگی در دسترس هستند. در كشور ما دانه های روغنی شناخته شده كمتر مورد توجه كشاورزان قرار گر فته اند و به دلایل مختلف، تولید این دانه ها بسیار كمتر از میزان مورد نیاز تا حد خودكفایی می باشد. چربیها و روغنها تركیباتی نامحلول در آب از منشا حیوانی یا گیاهی هستند. چربیها و روغنهای خوراكی كه معمولاً لیپیدهای غذایی نامیده می شوند عمدتاً از تری گلیسریدها (تری اسیل گلیسرول ها ) ساخته شده اند كه شامل استرهای گلیسرول و اسیدهای چرب هستند. ویژگی های فیزیكی چربیها و روغنهای طبیعی بر حسب نوع اسیدهای چرب تشكیل دهنده تغییر می كند.
مصرف سرانه روغن در كشور ما كمتر از میانگین مصرف سرانه كشورهای توسعه یافته است و از آنجا كه روغن یكی از ضروری ترین مواد مورد نیاز بدن می باشد نیاز به افزایش مصرف سرانه احساس می گردد. قدرت خرید از مهمترین عوامل میزان مصرف می باشد كه در ایران نسبتاً كم است، عامل دیگر میزان تولید داخلی روغن می باشد كه در صورت افزایش تولید می توان مصرف سرانه را به نسبت افزایش داد.
روغن آفتابگردان مانند بسیاری دیگر از روغنهای نباتی به طور عمده از اسیدهای چرب (fattyacids) تشكیل شده كه مهمترین آنها عبارتند از:

اسید لینولئیک (74% – 48)

خرید متن کامل این پایان نامه :

اسید اولئیک (40% – 14)
اسید پالمتیک (9% – 4)
اسید استئاریک (7% – 1)
این روغن عموماً در مقایسه با اكثر روغنهای نباتی یک روغن پر ارزش محسوب می شود كه دلیل آن روشن بودن رنگ، طعم ملایم، نقطه دود بالا، بالا بودن میزان اسید لینولئیک و عاری بودن از اسید لینولنیک می باشد.
به طور كلی، اسیدهای چرب غیراشباع اولئیک و لینولئیک حدود 90% كل اسیدهای چرب آن و بقیه را اسیدهای چرب اشباع پالمتیک و استئاریک تشكیل می دهند. نسبت اولئیک به لینولئیک متغیر و بستگی به درجه حرارت هوا در محل كشت و ژنتیک آن دارد، به طوریكه در هوای خنك تر حدود 75 – 60 درصد آنرا اسید لینولئیک تشكیل می دهد كه آفتابگردان تولیدی كانادا و آمریكا این خصوصیات را دارند. سه نوع روغن آفتابگردان تولید می شود كه شامل: روغن با اسید لینولئیک بالا، روغن با اسید اولئیک بالا و متوسط می باشد به نحوی كه نوع اول حد اقل 69% اسید لینولئیک و نوع دوم حداقل 82% اسید اولئیک دارد. بالا بودن اسیدهای چرب غیراشباع روغن آفتابگردان از نظر تغذیه ای یک مزیت ویژه است.
روش كار و تحقیق
در فصل اول این تحقیق به معرفی دانه های روغنی آفتابگردان، سویا، بذرچای و گلرنگ كه معمولاً در بیشتر كارخانجات روغنكشی ایران مورد استفاده قرار می گیرند پرداخته و سپس به طور اجمالی در مورد سیالات فوق بحرانی، كاربردها، ویژگیها، خواص فیزیكی و همچنین مزایای آنها در مقایسه با حلالهای معمول بحث می شود.
در فصل دوم روش های معمول مدلسازی استخراج روغنهای نباتی به كمك سیالات فوق بحرانی مانند مدل هسته كوچك شونده و روش سلولهای سالم و شكسته مورد مطالعه قرارگرفته است به طوریكه در مورد هر مدل فرضیات و برخی از كارهای انجام شده توسط گروه های مختلف پژوهشگران در سالهای اخیر به همراه روابط مورد استفاده به منظور انجام مدلسازی بررسی گردیده است.
در فصل سوم، تحقیق انجام شده در مورد این كار جهت مدلسازی استخراج روغن دانه آفتابگردان به كمك دی اكسیدكربن فوق بحرانی آورده شده است، همچنین روابط مورد استفاده به منظور محاسبه پارامترهای موردنیاز در مدلسازی و معادلات موازنه جرم بر روی سیال و ذره جامد به همراه شرایط اولیه و مرزی آنها معرفی گردیده است. در پایان این فصل نیز به آزمایش انجام شده توسط روش سوكسله در استخراج روغن آفتابگردان با هگزان و داده های بدست آمده از آن پرداخته شده است.
در فصل چهارم نتایج بدست آمده از مدلسازی و آزمایش سوكسله بررسی می شود به طوریكه اثر پارامترهای میزان جریان، دما، فشار و اندازه ذره بر روی بازدهی در دقیقه 80 (جایی كه نفوذپذیری كنترل كننده است ) و در پایان زمان استخراج مورد مطالعه قرارگرفته است. همچنین رفتار غلظت روغن در ذره جامد و حلال در لایه ه ای مختلف بستر بررسی گردید ه و در پایان به مقایسه نتایج بدست آمده از مدلسازی استخراج روغن از دانه های استوانه ای و كروی پرداخته و پیشنهاداتی در مورد این كار داده شده است.

:
راكتورهای حلقوی  بالا برنده هوا بطور عمومی در صنعت شیمیایی و بیولوژیكی برای حمل كردن راكتورهای آرام مثل اكسیداسیون ها و كلردار شدن ها مورد استفاده قرار می گیرد یک راكتور بالا برنده هوا از یک حباب تبدیل شده است این نوع راكتور شامل سه بخش مجزا یعنی بر خیزنده، جدا كننده گاز و مایع و پایین آورنده می باشد گردش مایع توسط تزریق گاز در پایین برخیزنده (Riser) پس ایجاد یک چگالی خالص تفاوت بین برخیزنده (Riser) و پایین آورنده down comer را مشخص می سازد.
در واقع برای طراحی، اهداف كنترل و عملكرد یک شبیه سازی صحیح اجرایی راكتور ضروری است مدل انتخاب شده برای شبیه سازی باید شامل انتقال جرم، واكنش جنبشی، تركیب جریان و هیدرودینامیک ها باشد. اگر چه مدل راكتورهای بالا برنده هنوز بسیار سخت است چون كه فرض نظام واكنش آرام ممكن نبود بطور كامل ادا شود و اثر شرایط عملیاتی، هندسه راكتورها و خصوصیات شیمیایی –  فیزیكی فازها به ویژه رفتار غیر به هم پیوسته آلی كه بطور كمی در صنعت با آن مواجه شده اند روی هیدرودینامیک ها بطور كامل و بارز درك نمی شود. اهداف كار حاضر یک مدل براساس معادلات تعادل به منظور شبیه سازی پارامترهای هیدرودینامیک بوده و مدل برای اطلاعات جمع آوری شده تجربی روی راهنمایی تاسیسات راكتور و برای ماندگی گاز و سرعت گردش مایع و هیدرودینامیک های بالا برنده هوا توسط الگوهای جریان مختلف  مشخص می شود كه این ها هم وابسته به نسبت جریان گاز می باشند.
در حالت كلی دو نظام بطور عادی تشخیص داده می شوند:
1- حالت همگن.
2- نظام هم جنس نامتجانس( ناهمگن).
پارامترهای هیدرودینامیک بعلاوه فازهای تركیبی و الگوهای انتقال جرم سخت وابسته به نظام جریان متداول است برای مدل مناسب تشخیص طبیعت پراكندگی ضروری می باشد با توجه به گفته هایی كه در بالا ذكر شد آنالیز علامت فشار دیوار برای خلاصه اطلاعات  درباره نظام های جریان بكار گرفته می شود. این تكنیک برای دادن یک نبش عمیق تر در هیدرودینامیک پیچیده سیستم گاز – مایع نشان داده شده است.
در این پایان نامه نظام انتقالات و تشخیص رفتار هیدرودینامیكی راكتور بالا برنده ی هوا با بهره گرفتن از یک شبیه سازی و استفاده از آنالیز های آماری و كسری و آنالیز طیفی رسیدگی كرده ایم.

تركیب هیدرودینامیک ها با انتقال جرم واكنش و شكل جریان یک مدل كامل را ثمر می دهد كه قادر به فراهم كردن یک توصیف كاملاً مناسب از راكتورهای بالا برنده هوا

خرید متن کامل این پایان نامه :

 (Air- lift Reactor) می باشد.

فصل اول
ضرورت اجرای طرح و آشنایی با راكتورهای (Air_Lift (ALRs
1-1- راكتورهای هوایی حلقوی:
راكتورهای هوایی به وسیله جریانی از هوا كار می كند و یا بعضی وقتها با بعضی دیگر از گازها در این حالت ها اگر از گاز استفاده شود راكتور گازی نامیده می شود.
که در آن علاوه بر ایجاد جریان، جریان گاز عمل مهمی را در جابجایی مواد بین فاز گاز و مواد واسطه انجام می دهد اکسیژن اغلب به داخل مایعات انتقال پیدا می کند و در بعضی از شرایط واکنش محصول به دست آمده در حالت جابجایی در فاز گاز جدا می گردد. تفاوت اصلی بین ALR ها و ستون های حباب، در رابطه با نوع جریان مایعات می باشد که با ژئومتری سیستم ارتباط دارد ستون حباب یک لوله ساده ای است که گاز به داخل آن تزریق می شود و معمولا این عمل از پایین تزریق می شود و مخلوط کردن راندوم از طریق حباب های بالا رونده ایجاد می شود. در ALR مسیر اصلی چرخش مایع به وسیله طراحی راکتور مشخص می گردد که دارای کانالی برای گاز می باشد و جریان به طرف بالای مایع یا رایزر و کانال جداگانه ای برای جریان پایین رونده و این کانال ها در پایان و در قسمت بالا به همدیگر متصل شده است تا یک توپ بسته ای را ایجاد کند و گاز معمولا در قسمت پایین تر یک رایزر تزریق می شود و ادامه پیدا می کند به جایی که در بالای راکتور گاز جدا می گردد در قسمتی که به نام جدا کننده گاز نام گرفته است که طراحی این قسمت به وسیله و شرایط عملکرد راکتور برآورد و طراحی می شود.
اصطکاک گاز که جدا نشده داخل مایع پایین رونده قرار می گیرد و این گاز باقیمانده آن بخش می باشد و اثر زیادی در دینامیک مایعات در راکتور داشته و در عملکرد عمومی راکتور اثر می گذارد.