رشته حقوق

صنعت شیمیایی

دانلود پایان نامه

5- استفاده از طاق‌سازها :
این مواد عموماً مولکول‌های آلی ترکیبات آمین نوع چهارم نظیر یون تترا متیل آمونیوم و یا یون تترا پروپیل آمونیوم و یا مواد فعال سطحی می‌باشد که به عنوان ماده شکل‌دهنده به کار می‌روند. این مواد به عنوان مولکول‌های مهمان به تناسب اندازه و شکل خود در حفرات و کانال‌های کریستال زئولیت جای می‌گیرند و تشکیل زئولیت مربوطه را شتاب می‌بخشند. در پایان سنتز، این مواد باید از ساختار خارج شوند که این عمل معمولاً با کلسیناسیون-اکسیداسیون مولکول‌های آلی در دمای بالا صورت می‌پذیرد. در زئولیت‌هایی با حفرات بزرگ مانند زئولیت‌های خانواده فوجاسیت، مولکول‌های آلی می‌توانند به کمک تعویض یون خارج شوند [11].
6- منابع سیلیکا و آلومینا :
هسته‌زایی و رشد کریستال‌ها به میزان فعالیت و انحلال مواد اولیه بستگی دارد. منابع معمول مورد استفاده برای سیلیکا، سیلیکای کلوئیدی، تترا ارتو سیلیکات، اسید سیلیسیک یا سیلیکای رسوبی و سدیم سیلیکات هستند. برای آلومینیوم نیز می‌توان به آلومینیوم هیدروکسید، سدیم آلومینات و یا ترکیبات آلی آلومینیوم‌دار مانند آلومینیوم ایزوپروپوکساید اشاره نمود [40]. ناخالصی موجود در منابع سیلیکا یا آلومینا، می‌تواند بلوری شدن و ترکیب ساختار را تحت تاثیر قرار دهد [27].
1-22. سنتز نانو بلورهای زئولیت :
امروزه دو روش برای تهیه زئولیت در مقیاس نانومتر به کار می‌رود، استفاده از ژل یا محلول شفاف و محبوس کردن ذرات زئولیت در شبکه کربنی.
1-22-1. سنتز نانو بلورهای زئولیت با استفاده از ژل و محلول شفاف :
در یک محیط واکنش، افزایش تعداد هسته‌های با دوام منجر به کاهش اندازه بلورهای نهایی می‌شود. بنابراین تشکیل نانوذرات زئولیت نیاز به شرایطی دارد که در آن فرآیند هسته‌زایی نسبت به فرآیند رشد بلور غالب باشد. به علاوه چنانچه هدف از سنتز تهیه سوسپانسیون کلوئیدی پایدار باشد، نانو بلورهای زئولیت باید با حداقل تجمع جمع‌آوری شوند. به این منظور سوسپانسیون‌های زئولیت سنتز شده معمولاً چندین بار با دور بالا سانتریفیوژ شده و به کمک تکنیک اولتراسونیک در مایع مجدداً پراکنده می‌شوند تا پودری مطلوب و با حداقل تجمع ذرات به دست آید. برای اندازه‌گیری ذرات از تکنیک XRD استفاده می‌گردد که اندازه متوسط ذرات را مشخص می‌نماید [23].
سنتز نانو بلورهای زئولیت اغلب با استفاده از محلول‌های شفاف همگن صورت می‌گیرد. این روش سنتز منجر به تشکیل سوسپانسیون‌های کلوئیدی زئولیت با توزیعی یکنواخت‌تر و اندازه ذراتی کمتر از 100 نانومتر می‌شود. در محلول‌های شفاف و قبل از تشکیل سوسپانسیون زئولیتی، فقط ذرات ساب کلوئیدی یا ذرات زئولیتی مجزا وجود دارند. شرایط فوق اشباع مناسب و نیز پایداری فضایی هسته‌های اولیه از عواملی هستند که سبب تشکیل نانو بلورهای زئولیتی بدون مشکل تجمع می‌شوند. این شرایط معمولاً زمانی مهیا می‌گردد که مقدار زیادی از ماده طاق‌ساز به کار رود و نیز غلظت کاتیون‌های قلیایی پایین نگه داشته شود تا از تجمع ذرات ساب کلوئیدی آلومینوسیلیکات با بار منفی جلوگیری به عمل آید. علاوه بر این، دمای بلوری شدن پایین‌تری مورد استفاده قرار می‌گیرد تا اندازه کریستال نهایی به حداقل برسد. انرژی فعال‌سازی لازم برای رشد بلور معمولاً بیشتر از انرژی لازم در مرحله هسته‌زایی است، بنابراین دماهای پایین هسته‌زایی را افزایش می‌دهند. تمامی پارامترهای ذکر شده به همراه انتخاب دقیق مواد واکنش‌دهنده و فرمولی مناسب برای سنتز، باعث پایداری محلول شفاف
می‌شوند. بر خلاف محلول‌های شفاف که شامل تعداد محدودی از ذرات پیش‌ماده بی‌شکل کاملاً مجزا هستند، در ژل‌های معمولی انواع مختلفی از ذرات آلومینوسیلیکاته وجود دارند. روش‌هایی که از ژل به عنوان محلول واکنش استفاده می‌کنند نیز می‌توانند منجر به تولید ذرات کوچک شوند، اگرچه بلورهایی که از این روش به دست
می‌آیند معمولاً تجمع پیدا کرده و توزیع اندازه ذرات وسیعی ایجاد می‌نمایند. سوسپانسیون‌هایی که از این محصولات ایجاد می‌شوند اغلب خواص سوسپانسیون‌های کلوئیدی معمولی را ندارند و رسوب می‌نمایند. تهیه نانو زئولیت با توزیع محدودتر اندازه ذرات به روش ژل نیاز به استفاده از مواد اولیه یکنواخت با واکنش‌پذیری بالا دارد. در چنین سیستم‌هایی مرحله انحلال-بلوری شدن مجدد باید به حداقل برسد تا محصولاتی با توزیع اندازه ذرات کمتر به دست آید. بنابراین در تهیه ژل آلومینوسیلیکات، محلول‌های اولیه با اجزاء آلومینیومی و سیلیکاتی مونومر به کار می‌روند. این محلول‌ها به طریق زیر تهیه می‌شوند: استفاده از منابع سیلیس و آلومینیوم با حلالیت آسان، استفاده از مواد قلیایی به اندازه کافی برای حل کردن کامل منابع سیلیس و آلومینیوم و اختلاط شدید محلول‌های اولیه برای تشکیل یک مخلوط همگن با توزیع یکنواخت اجزاء همانند سنتز با محلول شفاف، در ژل نیز دمای بلوری شدن معمولاً متوسط است تا مرحله هسته‌زایی به رشد کریستال افزایش یابد [23].
1-22-2. سنتز نانو بلورهای زئولیت در فضای بسته :
سنتز زئولیت‌ها در داخل فضاهای خالی یک بافت بی‌اثر به عنوان روشی برای تهیه نانوبلورهای زئولیت گزارش شده است. اساس این روش، سنتز زئولیت داخل حفرات یک بافت بی‌اثر نظیر کربن سیاه است. این بافت، فضای بسته سه بعدی برای رشد بلور ایجاد می‌کند [23]. معمولاً توزیع اندازه ذرات زئولیت‌های بدست آمده از این روش توسط اندازه حفرات شبکه کربن سیاه کنترل می‌شود و در محدوده 45-30 نانومتر می‌باشد. مراحل مهم در این روش سنتز شامل محدود کردن بلوری شدن ژل زئولیت در داخل حفرات بافت کربنی مورد استفاده و همچنین ممانعت از نفوذ ژل موجود در داخل مزوپورهای بافت کربنی به داخل محلول می‌باشد. مشکلات این روش در این است که بافت به کار گرفته شده باید در شرایط آزمایش بی‌اثر و پایدار بوده و توزیع اندازه مزوپور مشخصی داشته باشد تا توزیع یکنواختی از اندازه ذرات از بلورهای زئولیت حاصل شود ] 17و23 [.
از آنجا که در این تحقیق، به منظور انجام فرآیند گوگردزدایی از یک فوتوراکتور طراحی شده استفاده گردیده، لذا توضیح مختصری نیز راجع به انواع راکتور و نقش آن در واکنش‌های شیمیایی ارائه خواهد شد.
1-23. راکتورهای شیمایی :
درطراحی کلیه فرآیندهای مختلف صنعتی که هدف، کسب ارزش افزوده از طریق تبدیل شیمیایی مواد اولیه به محصولات می‌باشد، مرحله تغییر شیمیایی نبض فرآیند محسوب می‌شود و در واقع این مرحله همان مرحله‌ای است که فرآیند را از لحاظ اقتصادی توجیه یا رد می‌کند. این مرحله تغییر شیمیایی در دستگاهی به نام راکتور انجام می‌شود. راکتور به عنوان قلب هر فرآیند شیمیایی وظیفه تبدیل و تغییر مواد اولیه به محصولات را دارد.
برحسب طراحی راکتور برای یک فرآیند خاص، شرایط خوراک ورودی به راکتور متفاوت می‌باشد. باید توجه داشت که در طراحی یک راکتور، هدف همواره تولید حداکثر محصول مطلوب و حداقل محصول نامطلوب است تا مخارج جداسازی را به حداقل رساند. به عبارت دیگر اگر درصد تبدیل و بازده یک راکتور پایین باشد در ادامه هزینه‌های جداسازی به شدت افزایش پیدا خواهد کرد. در یک حالت کلی می‌توان گفت مواد اولیه پس از عبور از مراحل آماده‌سازی به راکتور وارد می‌شوند و خروجی از راکتور در سه مرحله جداگانه، جداسازی می‌شود. در نتیجه تمام ناخالصی‌های گازی، مایع و یا جامد با عبور از مراحل تصفیه و جداسازی از سیستم خارج می‌شوند. در تعریف می‌توان گفت راکتور شیمیایی محفظه‌ای است که در آن به همراه عملیات‌های انتقال حرارت و جرم، واکنش‌های شیمیایی نیز صورت می‌گیرد. راکتورهای شیمیایی را بر اساس نوع جریان به سه دسته طبقه‌بندی می‌کنند :
1) راکتورهای ناپیوسته (Batch)، 2) راکتورهای نیمه پیوسته (Semi-Continuous)، 3) راکتورهای پیوسته (Continuous)
از آنجاییکه راکتور مورد استفاده در این تحقیق، به صورت یک فوتوراکتور Batch طراحی شده، لذا در ادامه یک توضیح مختصری راجع به راکتورهای ناپیوسته و سپس فوتوراکتورها ارائه می‌شود.
1-24. راکتورهای ناپیوسته (Batch) :
در راکتورهای ناپیوسته ابتدا مقداری خوراک وارد شده و سپس جریان خـوراک قطـع مـی‌شـود. در ادامه مواد موجود در داخل راکتور مدت زمانی را درون راکتور سپری می‌کنند تا واکنش‌های مورد نظـر انجام شود و سپس محصولات را از راکتور خارج می‌کنند، برای مثال راکتـور تولیـد PVC به صورت ناپیوسته عمل می‌کند. زمانی که مواد درون راکتور باقی می‌مانند، اصطلاحاً زمان ماند نامیده می‌شـود. راکتورهای ناپیوسته از آغاز صنعت شیمیایی مورد استفاده بوده است. امروزه نیز به صورت وسـیعی در تولید مواد شیمیایی با ارزش افزوده بالا نظیر داروها مورد استفاده قرار می‌گیرند. امتیاز راکتورهای ناپیوسته در این است که با دادن زمان لازم برای انجام واکنش، مواد اولیه با درصد تبدیل بالا به محصولات مورد نظر تبدیل می‌گردند. از جمله محدودیت‌های این نوع راکتور این است که بیشتر برای واکنش‌های هموژن فاز مایع مناسب است. این نوع راکتورها هزینه تولید بیشتری را در واحد حجم محصول تولید شده تحمیل می‌کنند (به دلیل بالا بودن زمان سیکل). همچنین تولید صنعتی در مقیاس بالا در این‌گونه راکتورها مشکل است. راکتورهای ناپیوسته نسبت به راکتورهای پیوسته دارای قابلیـت انعطـاف‌پـذیری بیـشتر بـوده (زیـرا می‌توان به راحتی عملکرد آن را متوقف کرد) و جهت تولید محصولات با ویژگی‌هـای مختلـف به کار می‌رود. در نقطه مقابل هزینه زیاد کارگران، زمان طولانی برای خالی کـردن ، تمیـز نمـودن، پـر کردن مجدد و کنترل کیفیت نامطلوب محصول از معایب این راکتورها است.
1-25. فوتوراکتور :
طراحی سیستم‌های فوتوکاتالیستی با بازدهی بالا، از علاقه‌مندی‌های اساسی در تحقیقات می‌باشد. برای دستیابی به اجرای تجارتی موفق، چندین پارامتر در طراحی راکتورها باید بهینه شود، همانند هندسۀ فوتوراکتور، نوع فوتوکاتالیست و بهره‌برداری از انرژی تابیده شده. موضوع اساسی راجع به اجرای موفق راکتورهای فوتوکاتالیستی انتقال پرتو در پراکندگی بالا می‌باشد. ارزیابی پرتوافکنی و توزیع آن داخل راکتورهای فوتوکاتالیستی برای کشف نتایج در مقیاس آزمایشگاهی و بهره‌برداری‌ها در مقیاس بزرگ و برای مقایسۀ راندمان تأسیسات و راه‌اندازی‌های متفاوت ضروری است. برخی از جنبه‌های طراحی، بهینه‌سازی و عملکرد راکتورهای فوتوشیمیایی که به طور معمول در طراحی‌های مرسوم مطرح می‌شوند، عبارتند از :
– انتخاب منابع تشعشع شامل توان تولیدی، راندمان منبع، توزیع طیفی، شکل، ابعاد، نگهداری و نیازهای عملیاتی (مثل دوره‌های گرم و سرد کردن).
– طراحی هندسۀ راکتور با توجه به منبع تشعشع.

مطلب مشابه :  پیشگیری از اعتیاد

برای دانلود متن کامل فایل این  پایان نامه می توانید  اینجا کلیک کنید