دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته شیمی

گرایش :شبیه سازی و کنترل فرآیند

عنوان : طراحی سیستم کنترل برای راكتور بستر سيال توليد پلي اتيل

دانشگاه شیراز

 پايان نامه کارشناسي ارشد در رشته ی مهندسی شیمی (گرایش شبیه سازی و کنترل فرآیند)

طراحی سیستم کنترل برای راكتور بستر سيال توليد پلي اتيل

 

استاد راهنما:

دکتر رضا اسلاملوئيان

زمستان 1392

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

 

عنوان                                                                                                       صفحه

 

فصل اول: مقدمه. 1

1-1- معرفی پلی اتیلن. 2

1-2- تاریخچه تولید پلی اتیلن. 2

1-3- انواع پلی اتیلن. 3

1-4- ر وش هاي توليد انواع پلي اتيلن   6

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته. 8

2-1- پژوهش های انجام شده بر روی مدل سازی راکتورهای پلی اتیلن   9

2-2- پژوهش های انجام شده بر روی کنترل راکتورهای پلی اتیلن   10

2-3- هدف. 11

فصل سوم: شرح فرآيند توليد پلي اتيلن سبك خطي توسط تكنولوژي Spherilene. 12

3-1- آماده سازي كاتاليست. 13

3-2- راكتور پيش تماس. 16

3-3- راكتورهاي پیش پلیمریزاسیون. 18

3-4- راكتورهاي پليمريزاسيون در فاز گاز    19

3-5- بازيافت مونومر. 26

3-6- بخار زني و خشك كردن پليمر. 28

3-7- اکستروژن. 32

3-8- گريدهاي توليدي. 33

فصل چهارم: سینتیک. 35

4-1- روش هاي مدل سازي پليمريزاسيون   36

4-2- مدلسازي پليمريزاسيون با بهره گرفتن از روش ممان   38

4-3- مدل سازي كوپليمريزاسيون اتيلن و 1- بوتن   42

4-4- تعيين ثوابت سينتيكي. 46

فصل پنجم: مدل سازي راكتورهاي پليمريزاسيون   47

5-1- مدل سینتیکی فرآیند. 48

 

 

5-2- مدل ریاضی فرآیند. 51

5-1- شرایط عملیاتی راکتورها. 54

فصل ششم: مفهوم پایداری و کنترل. 57

6-1- پایداری. 58

6-2- معیار پایداری. 58

6-3- سیستم کنترل در راکتورهای پلیمریزاسیون   60

6-4- سیستم کنترلی پیشنهادی. 62

6-5- کنترلرهای PID.. 64

6-6- تنظیم کنترلر. 65

فصل هفتم: نتایج شبیه سازی. 67

7-1- پایداری. 68

7-2- نتایج حلقه باز فرآیند. 70

7-3- کنترل. 70

7-4- نتایج حلقه بسته فرآیند. 75

7-5- عملکرد سیستم کنترل در دفع اغتشاشات   77

7-6- نتیجه­گیری و پیشنهادها. 91

منابع. 92

 

 

فهرست جداول

 

 

عنوان                                                                                                        صفحه

 

جدول 5-1- مکانیزم سینتیک واکنش کوپلیمریزاسیون الفینها با کاتالیست زیگلر- ناتا. 48

جدول 5-2- مقادیر ثوابت سینتیکی. 51

جدول 5-3- شرایط عملیاتی راکتورها    55

جدول 5-4- شرایط ورودی راکتورها. 56

جدول 6-1- پارامترهای تنظیم شونده و تنظیم کننده ی سسیستم کنترلی   63

جدول 7-1- مقادیر مقرر برای هر کنترلر   70

جدول 7-2-  پارامترهای تنظیمی به روش زیگلر نیکولز حلقه باز   73

جدول 7-3- روابط تنظیم کنترلر به روش CHR (دفع اغتشاش)   74

جدول 7-4- روابط تنظیم کنترلر به روش CHR (ردیابی مقدار مقرر)   74

جدول 7-5- تنظیم نهایی کنترلرها. 75

 

فهرست شکل­ها

 

عنوان                                                                                                                   صفحه

شکل 1-1- ساختمان مولكولي اتيلن و پلي اتيلن. 3

شکل 1-2- ساختار مولکولی انواع پلی اتیلن. 5

شکل 3-1- مخزن های روغن و گریس جهت ساخت كاتاليست. 14

شکل 3-2- تجهيزات تزريق كاتاليست به راكتور پيش تماس. 16

شکل 3-3- راكتور پيش تماس و راكتور پر پليمريزاسيون اول. 20

شکل 3-4- راكتور پرپليمريزاسون دوم و بخش مونومر ريكاوري. 21

شکل 3-5- راكتور فاز گازي اول. 23

شکل 3-6- راكتور فاز گازي دوم. 24

شکل 3-7- برج جداسازي بوتن. 27

شکل 3-8- بخار زن. 29

شکل 3-9- دراير. 31

شکل 3-10- بخش دانه بندي. 33

شکل 4-1- نمونه اي از تفكيك منحني GPC با پنج سایت فعال. 46

شکل 6-1- تاثیر موقعیت قطب ها روی محور موهومی بر پاسخ سیستم   60

شکل 7-1- موقعیت قطب های سیستم بر روی محور موهومی. 69

شکل 7-2- موقعیت قطب های سیستم حول مبدا. 69

شکل 7-3- نمودار دمای راکتور اول بر حسب زمان در حالت حلقه باز   71

شکل 7-4- نمودار سطح راکتور اول بر حسب زمان در حالت حلقه باز   71

شکل 7-5- نمودار دمای راکتور دوم بر حسب زمان در حالت حلقه باز   72

شکل 7-6- نمودار سطح راکتور دوم بر حسب زمان در حالت حلقه باز   72

شکل 7-7- نمودار سطح راکتور اول بر حسب زمان در حالت حلقه بسته   75

شکل 7-8- نمودار دمای راکتور اول بر حسب زمان در حالت حلقه بسته   76

شکل 7-9- نمودار سطح راکتور دوم بر حسب زمان در حالت حلقه بسته   76

شکل 7-10- نمودار دمای راکتور اول بر حسب زمان در حالت حلقه بسته. 75

شکل 7-11- اثر یک تغییر پله ای %20 در غلظت اتیلن راکتور اول بر روی (الف) سطح راکتور اول (متغیر کنترل شونده).  (ب) دبی پلیمر خروجی از راکتور اول (متغیر قابل تنظیم)   78

شکل 7-12- اثر یک تغییر پله ای %20 در غلظت اتیلن راکتور اول بر روی (الف) سطح راکتور دوم (متغیر کنترل شونده).  (ب) دبی پلیمر خروجی از راکتور دوم (متغیر قابل تنظیم)   79

شکل 7-13- اثر یک تغییر پله ای %20 در غلظت اتیلن راکتور اول بر روی  (الف) دمای راکتور اول (متغیر کنترل شونده).  (ب) دبی آب خنک کننده ی مبدل اول (متغیر قابل تنظیم). 80

شکل 7-14- اثر یک تغییر پله ای %20 در غلظت اتیلن راکتور اول بر روی (الف) دمای راکتور دوم (متغیر کنترل شونده). (ب) دبی آب خنک کننده ی مبدل اول (متغیر قابل تنظیم). 81

شکل 7-15- اثر یک تغییر پله ای %20 در غلظت اتیلن راکتور دوم بر روی سطح راکتور دوم. 82

شکل 7-16- اثر یک تغییر پله ای %20 در غلظت اتیلن راکتور دوم بر روی دمای راکتور دوم. 82

شکل 7-17- اثر یک تغییر پله ای %20 در دبی کاتالیست ورودی بر روی سطح راکتور اول. 83

شکل 7-18- اثر یک تغییر پله ای %20 در دبی کاتالیست ورودی بر روی دمای راکتور اول. 84

شکل 7-19- اثر یک تغییر پله ای %20 در دبی کاتالیست ورودی بر روی سطح راکتور دوم. 84

شکل 7-20- اثر یک تغییر پله ای %20 در دبی کاتالیست ورودی بر روی دمای راکتور دوم…………………….. 85

شکل 7-21- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای مونومر ورودی بر روی سطح راکتور اول. 86

شکل 7-22- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای مونومر ورودی بر روی دمای راکتور اول. 86

شکل 7-23- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای مونومر ورودی بر روی سطح راکتور دوم. 87

شکل 7-24- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای مونومر ورودی بر روی دمای راکتور دوم. 87

شکل 7-25- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای آب خنک کننده ی ورودی  به مبدل بر روی  دمای راکتور  اول . 88

شکل 7-26- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای آب خنک کننده ی ورودی به مبدل بر روی دمای  راکتور  دوم. 89

شکل 7-27- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای آب خنک کننده ی ورودی به مبدل بر روی وزن مولکولی پلیمر خروجی راکتور اول. 90

شکل 7-28- اثر یک تغییر پله ای %20 در دمای آب خنک کننده ی ورودی به مبدل بر روی وزن مولکولی پلیمر خروجی راکتور دوم. 90

 

 

 

 

 

 

فهرست نشانه­های اختصاری

 

        توضیح                                                                                                   نشانه

 

سطح مقطعA
کسری از فلز که می تواند سایت فعال k تشکیل دهدAsf
غلظت کمک کاتالیست[A]
غلظت نسبی کاتالیستCcat
ظرفیت گرمای مخصوص مونومر iCPMi
ظرفیت گرمای مخصوص پلیمرCP,poly
دبی کاتالیست ورودیfcat
 کسر مولی مونومر ifi
ارتفاع بسترH
غلظت هیدروژن[H2]
ثابت سینتیکی واکنش اکتیواسیونKaA
ثابت سینتیکی واکنش آغاز زنجیرهK0
ثابت سینتیکی واکنش غیرفعالسازی خود به خودیKdsp
ثابت سینتیکی واکنش انتشار زنجیرهKp
وزن مولکولیMw
میانگین وزنی وزن مولکولی 
میانگین عددی وزن مولکولی 
غلظت فلز فعال (تیتانیوم)[Me]
غلظت مونومر[Mi]
غلظت کل مونومرها[MT]
غلظت سایت فعال خالیP0
دبی حجمی محصول خروجیq
سرعت کلی ذرات پلیمریزاسیونRp
غلظت سایت فعال پتانسیلیS
زمانt
دماT
سرعت ظاهری گازu0
ضریب انتقال حرارت مبدلU
حجم

 

حروف یونانی

 

V
گرمای واکنشΔHrxn
تخلخلε
صفرمین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر زندهλ0
اولین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر زندهλ1
دومین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر زندهλ2
صفرمین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر بالکξ0
اولین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر بالکξ1
دومین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر بالکξ2
دانسیته

ترکیب کومولتیو کوپلیمر

 

زیروندها

 

ρ

φ

 

پارامتر راکتور اول1
پارامتر راکتور دوم2
خواص کاتالیستcat
پارامتر مبدل حرارتیex
شماره ی مونومرi
شرایط ورودیin
نوع سایت فعالk
خواص پلیمرpoly
مقدار مرجعref
خواص آبw

 

 

فصل اول

        مقدمه

 1- معرفی پلی اتیلن

پلي اتيلن يا پلي اتن يكي از ساده ترين و ارزان ترين پليمرها است. اين ماده از پليمريزاسيون اتيلن بدست مي آيد و بطور خلاصه بصورت PE نشان داده مي شود. مولكول اتيلن C2H4 (داراي يك بند دو گانه C=C ) است. در فرايند پليمريزاسيون بند دوگانه هر يك از مونومرها شكسته شده و بجاي آن پيوند ساده اي بين اتم هاي كربن مونومرها ايجاد مي شود و محصول ايجاد شد ه يك درشت مولكول است. پلي اتيلن ماده اي جامد، بدون بو، مومي، نيمه شفاف و غيرفعال است كه معمولاً به صورت گرانول توليد مي گردد. بنابراين پلي اتيلن مي تواند به طيف گسترده اي از مشتقات اتيلن تبديل گردد . پلي اتيلن يكي از پايدارترين و خنثي ترين پليمرها است و داراي مقاومت بالائي در برابر مواد شيميایي مي باشد. دارابودن خواص متعدد باعث گرديده ، پلي اتيلن در طيف وسيعي از محصولات استفاده شود . رايج ترين مورد استفاده آن در توليد فيلم هاي بسته بندي مي باشد]1[.

 

  • تاریخچه تولید پلی اتیلن

پلی اتیلن اولین بار به طور اتفاقی توسط شیمیدان آلمانی هنس وان پكما سنتز شد. او در سال ۱۸۹۸، هنگام حرارت دادن دی آزومتان، تركیب مومی شكل و سفیدی را سنتز كرد كه بعدها پلی اتیلن نام گرفت ]2[.

اولین روش سنتز صنعتی، توسط اریك فاوست و رینولدگیبسون انجام شد. این دو دانشمند با حرارت دادن مخلوط اتیلن و بنزالدهید در فشار بالا، ماده ای موم مانند به دست آوردند. علت این واكنش، وجود ناخالصی های اكسیژن دار در دستگاه های مورد استفاده بود كه به عنوان ماده آغازگر پلیمریزاسیون عمل كرده بود. در سال ۱۹۳۵، مایكل پرین این روش را توسعه داد و تحت فشار بالا، پلی اتیلن را سنتز كرد كه برای تولید صنعتی پلی اتیلن، به عنوان روش اساسی در سال ۱۹۳۹ اتخاذ شد. از آن زمان به بعد با از میان برداشتن موانع، پیشرفت های زیادی در زمینه سیستم های پلیمری و ساخت پلیمر صورت گرفت و همه این ها منجر به این شد كه تولید پلیمرها، امروزه به صورت صنعت عظیمی درآمده است ]3[.

شکل 1-1. ساختمان مولكولي اتيلن و پلي اتيلن

  • انواع پلي اتيلن

پلي اتيلن ها خانواد ه اي از رزين ها مي باشند كه از طريق پليمريزاسيون گاز اتيلن ( C2H4 ) بدست مي آيند. پلي اتيلن شامل ساختار بسيار ساده اي است، به طوري كه ساده تر از تما م پليمرهاي تجاري مي باشد. يك مولكول پلي اتيلن زنجير بلندي از اتم هاي كربن است كه به هر اتم كربن دو اتم هيدروژن چسبيده است . گاهي اوقات به جاي اتم هاي هيدروژن در مولكول (پلي اتيلن)، يك زنجير بلند از اتيلن به اتم هاي كربن متصل مي شود كه به آنها پلي اتيلن شاخه اي يا پلي اتيلن سبك ( LDPE ) مي گويند، چون وزن مخصوص آن به علت اشغال حجم بيشتر، كاهش يافته است. در اين نوع پلي اتيلن مولكول هاي اتيلن به شكل تصادفي به يكديگر متصل مي شوند و ساختار ملكولي بسيار نامنظمي را ايجاد مي كنند. وزن مخصوص آن بين910/0 تا 925/0 است و تحت فشار و دماي بالا و اغلب با بهره گرفتن از پليمريزاسيون راديكال آزاد وينيلي توليد مي شود . البته براي تهية آن مي توان از پليمريزاسيون زيگلر- ناتا نيز استفاده كرد ]4[.

وقتي هيچ شاخه اي در مولكول وجود نداشته باشد آن را پلي اتيلن خط ي ( HDPE ) مي نامند . پلي اتيلن خطي سخت تر از پلي اتيلن شاخه اي است اما پلي اتيلن شاخه اي آسانتر و ارزانتر ساخته مي شود. ساختار ملكولي اين پليمر بسيار كريستالي است . پلي اتيلن خطي محصو لي با وزن مولكولي 200000 – 500000 است كه آن را تحت فشار و دماهاي نسبتاً پایين پليمريزه مي كنند. وزن مخصوص آن بين 941/0 تا 965/0 است و آن را بيشتر به وسيله ی  فرآيند مشكلي كه پليمريزاسيون زيگلر – ناتا ناميده مي شود، تهيه مي كنند. نوعي از پلي اتيلن نيز وجود دارد كه وزن مخصوص آن بين وزن مخصوص اين دو پليمر است يعني در محدوده ی 926/0 تا 940/ 0 و آن را پلي اتيلن نيمه سنگين يا متوسط مي نامند ]4[.

پلي اتيلن با وزن مولكولي بين 3 تا 6 ميليون را پلي اتيلن با وزن مولكولي بسيار بالا يا UHMWPE مي نامند و با پليمريزاسيون كاتاليست متالوسن توليد مي كنند. ماده ی مذكور از فرآيندپذيري دشوارتري برخوردار بوده ولي خواص آن عالي است . هنگامي كه از طريق تشعشع يا استفاده از مواد افزودني شيميايي، اين پليمر تماماً شبكه اي شود، پلي اتيلن ياد شده ديگر گرما نرم نخواهد بود . اين ماده با پخت حين قالبگير ي يا بعد از آن يك گرما سخت واقعي با استحكام كششي، خواص الكتريكي و استحكام ضربه اي خوب در دامنه ی وسيعي از دما خواهد بود . از اين ماد ه براي ساخت الياف بسيار قوي استفاد ه مي كنند تا جايگزين كولار (نوعي پلي آميد) در جليقه هاي ضد گلوله گردد، و همچنين صفحات بزرگ آن را مي توان به جاي زمين هاي اسكيت يخي استفاده كرد ]4[.

به وسيله‌ی كوپليمريزاسيون مونومر اتيلن با يك مونومر آلكيل شاخه دار، كوپليمري با شاخه هاي هيدروكربن كوتاه بدست مي آيد كه آن را پلي اتيلن خطي با وزن مخصوص كم يا LLDPE مي نامند و از آن اغلب براي ساخت محصولاتي همچون فيلم هاي پلاستيك استفاده مي كنند. طبقه بندي پلي اتيلن ها بر اساس دانسيته آنها صورت مي گيرد كه در مقدار دانسيته اندازه زنجير پليمري و نوع و تعداد شاخه هاي موجود در زنجير دخالت دارد.

پلي اتيلن با دانسيته بالا  (HDPE) :

اين نوع پلي اتيلن داراي زنجير پليمري بدون شاخه است، بنابراين نيروي بين مولكولي در زنجيرها بالا و استحكام كششي آن بيشتر از بقيه پلي اتيلن ها است. شرايط واكنش و نوع كاتاليزور مورد استفاده در توليد پلي اتيلن HDPE موثر است. براي توليد پلي اتيلن بدون شاخه معمولاً از روش پليمريزاسيون با كاتاليزور زيگلر-ناتا استفاده مي شود.

شکل 1-2- ساختار مولکولی انواع پلی اتیلن ]4[

پلي اتيلن با دانسيته پايين (LDPE) :

اين نوع پلي اتيلن داراي زنجيري شاخه دار است. بنابراين زنجيرهاي LDPE نمي توانند بخوبي با يكديگر پيوند برقراركنند و داراي نيروي بين مولكولي ضعيف و استحكام كششي كمتري است . اين نوع پلي اتيلن معمولا با روش پليمريزاسيون راديكالي توليد مي شود. از خصوصيات اين پليمر، انعطاف پذيري و امكان تجزيه بوسيله ميكروارگانيسم ها است.

 

پلي اتيلن خطي با دانسيته پايين (LLDPE) :

اين نوع پلي اتيلن يك پليمر خطي با تعدادي شاخه هاي كوتاه است و معمولاً از كوپليمريزاسيون اتيلن با آلكن هاي بلندزنجير ايجاد مي شود ]5[.

تعداد صفحه :122

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:        ****       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :