اکسایش زوجی متان در راکتور پلاسمای پالسی با فرکانس بالا – شیمی

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی شیمی
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:153
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

اکسایش زوجی متان در راکتور پلاسمای پالسی با فرکانس بالا – شیمی

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

چکیده

فهرست مطالب

۱ چکیده
۲ مقدمه
فصل اول : کلیات
۱-۱) هدف ۶
۱-۲) پیشینه تحقیق ۸
۱-۳) روش کار و تحقیق ۱۰
فصل دوم : مروری بر مراجع
۲-۱) مروری بر تحقیقات OCM در راکتور پلاسمائی ۱۲
۲-۱-۱) هاله مثبت-منفی و AC/DCص ۱۲
۲-۲) مکانیسم واکنش OCM در راکتور تخلیه الکتریکی هاله ۲۸
فصل سوم- پلاسما و منابع تولید پلاسما
۳-۱) پلاسما چیست ۳۲
۳-۱-۱) پلاسما حالت چهارم ماده ۳۲
۳-۲) تعریف علمی پلاسما ۳۳
۳-۳) شرایط پایداری پلاسما ۳۵
۳-۳-۱) حفاظ دبای ۳۵
۳-۳-۲) طول دبای ۳۵
۳-۳-۳) کره دبای ۳۶
۳-۳-۴) فرکانس ارتعاشات ۳۶
۳-۴) پارامترهای پلاسما ۳۷
۳-۴-۱) دانسیته پلاسما ۳۷
۳-۴-۲) دمای پلاسما ۳۸
۳-۴-۲-۱) پلاسمای تعادلی ۴۰
۳-۴-۲-۲) پلاسمای غیرتعادلی ۴۰
۳-۵) منابع تولید پلاسما ۴۱
۳-۵-۱) انواع تخلیه الکتریکی ۴۱
۳-۵-۲) تخلیه الکتریکی تابشی ۴۲
۳-۵-۲-۱) اصول تخلیه الکتریکی ۴۲
۳-۵-۲-۲) خصوصیات تخلیه الکتریکی تابشی ۴۷
۳-۵-۳) تخلیه الکتریکی هاله ۴۸
۳-۵-۳-۱) هاله مثبت ۵۰
۳-۵-۳-۲) هاله منفی ۵۲
۳-۵-۴) تخلیه الکتریکی آرام (DBD)ص ۵۴
۳-۵-۵) تخلیه الکتریکی رادیو فرکانسی (RF)ص ۵۵
۳-۵-۵-۱) راکتورهای پلاسمای RF 58
۳-۵-۶) تخلیه الکتریکی مایکروویو ۵۹
۳-۶) انواع راکتورهای پلاسما برای تبدیل متان ۶۰
۳-۶-۱) راکتور پلاسمای حرارتی ۶۰
۳-۶-۲) راکتور پلاسمایی DBDص ۶۱
۳-۶-۳) راکتور پلاسمای هاله ۶۲
۳-۷) مقایسه انواع روشهای تبدیل متان در راکتورهای پلاسما ۶۴

فصل چهارم : شرح سیستمهای آزمایشگاهی و طراحی آزمایشها
۴–۱) شرح سیستم آزمایشگاهی طراحی شده ۶۷
۴-۱-۱) خوراک دهی ۶۸
۴-۱-۲) رآکتور ۶۹
۴-۱-۳) نمونه گیری ۶۹
۴-۲) طراحی آزمایشها ۷۷
۴-۲-۱) شناسایی و بیان مساله ۷۸
۴-۲-۲) انتخاب عوامل و سطوح و تعیین متغیرهای پاسخ ۸۳
۴-۲-۳) انتخاب طرح آزمایش ۸۴
۴-۲-۴) انجام آزمایش ۸۶
۴-۳) روش محاسبه در صد تبدیل متان و درصد گزینش پذیری محصولات ۸۸
فصل پنجم- نتایج و بحث
۵-۱) نتایج آزمایشات ۹۰
۵-۲) بررسی اثر کیفی هریک از متغیرها بر پاسخ سیستم ۹۳
۵-۲-۱) نسبت متان به اکسیژن در خوراک ورودی (۲CH4/O)ص ۹۴
۵-۲-۲) دبی جریان خوراک ورودی ۹۷
۵-۲-۳) ولتاژ ۹۹
۵-۲-۴) فاصله میان الکترودها ۱۰۱
۵-۲-۵) فرکانس پالس ۱۰۴
۵-۳) تعیین متغیر های مؤثر بر پاسخ سیستم ۱۰۶
۵-۴) تعیین مقدار بهینه پاسخ ۱۰۸
۵-۵) بررسی میزان پایداری تخلیه الکتریکی در رآکتور ۱۰۹
۵-۶) مقایسه نتایج اکسایش زوجی متان در راکتور کرونای پالسی با حالت غیرپالسی ۱۱۰
۵-۶-۱) مقایسه میزان درصد تبدیل متان و گزینش پذیری محصولات ۲C و بازدهی محصولات ۱۱۰
فصل ششم- نتیجه گیری و پیشنهادات
۶-۱) نتیجه گیری ۱۱۳
۶-۲) نتیجه گیری نهایی ۱۲۴
۶-۳) پیشنهادات ۱۲۶
منابع و ماخذ
۱۲۸ فهرست منابع فارسی
۱۲۹ فهرست منابع لاتین
چکیده انگلیسی ۱۳۲

 

چکیده :
در این پایان نامه ، اکسیداسیون زوجی متان در رآکتور پلاسمای هاله (کرونـای ) پالـسی در فـشار ودمای اتمسفریک بررسی شده است. تخلیه الکتریکی کرونای پالسی با اتصال ده الکتـرود نقطـه ای ویک الکترود صفحه ای به دستگاه مولد پالس ولتاژ فرکانس بالا در یک رآکتور استوانه ای شیـشه ایاز جنس کوارتز تشکیل شد. تاکنون عوامل متعددی برروی درصـد تبـدیل متـان ، گـزینش پـذیریمحصولات ۲C و بازدهی محـصولات ۲C خروجـی از رآکتـور ، مـوثر شـناخته شـده اسـت. در ایـنپژوهش، اثر پنج پارامتر کلیدی با سطوح ذکر شده ، نـسبت متـان بـه اکـسیژن در خـوراک ورودی(۴:۱، ۱ :۵/۵ ، ۱ :۵/۷ ، ۹:۱) ، شدت جریان خوراک (۱۰۰، ۲۰۰، ۳۰۰، ۴۰۰ میلی لیتر بر دقیقه) ، ولتاژ اعمال شده به رآکتور (۱۰، ۱۴، ۱۶و ۱۸ کیلوولت ) ، فاصـله بـین الکترودهـا (۷، ۱۰، ۱۲و ۱۵ میلی متر ) و فرکانس پالس (۲۰۰۰، ۳۰۰۰، ۴۰۰۰ و ۵۰۰۰ هرتز) بر درصد تبدیل متـان و گـزینشپذیری محصولات ۲C برر سی شده است.به منظور بهینه سازی شرایط فرایند تولیـد محـصولات ۲C ،از یک روش طراحی آماری به نام روش تاگوچی استفاده شده اسـت. بـا اسـتفاده از روش تـاگوچی (آرایه ۱۶L) در چهار سطح و نتایج به دسـت آمـده از آن بیـشترین درصـد تبـدیل متـان و بـازدهیمحصولات ۲C به ترتیب %۴/۳۵ و %۶۴/۲۳ بود که در حد پایین ۴:۱= ۲CH4/O و دبی جریان ۱۰۰ میلی لیتر و حد بالای ولتاژ ۱۸ کیلوولت و فاصله الکترود ۷ میلی متر و فرکانس پالس بـالای ۵۰۰۰ هرتز به دست آمد. در ضمن بالاترین درصـد گـزینش پـذیری محـصولات ۲C در حـد بـالای کلیـهپارامترها به دست آمد.
واژه های کلیدی : اک سیداسیون زوجی متان ، پلاسما ، تخلیـه الکتریکـی هالـه پالـسی ، فرکـانسپالس، درصد تبدیل متان، گزینش پذیری ، بازدهی ، روش تاگوچی

مقدمه
برای تبدیل موثر منابع انرژی معمولاً از متان برای تولید مواد واسطه یا محصولات با ارزشی از قبیـل گـاز سـنتز (H2+CO) و اتـیلن (۴(C2H متـانول (CH3OH) و فرمالدهیـد (CH2O) اسـتفاده می گردد . گاز طبیعی به دلیل گستردگی و مقادیر زیاد آن در دنیا در حال حاضر یکـی از مهمتـرینمنابع انرژی در جهان است. با این وجود %۹۰-۶۰ از مخازن گاز که تاکنون کشف شده اند، زودتـر ازمکان های مورد نیاز برای مصرف هستند. با وجود اینکه امکان مایع کردن این گـاز و تبـدیل آن بـهمواد شیمیایی به منظور انتقال آسان از طریق خطوط لوله به مصرف کنندگان وجـود دارد ، هنـوز ازاین منبع عظیم انرژی بطور کامل استفاده نشده است. روشهای زیادی برای تبدیل متـان مهمتـرینجز گاز طبیعی به سوخت مایع و سایر مواد شیمیایی با ارزش وجود دارد. در کل متـان بـه دو روشمستقیم و غیرمستقیم تبدیل می شـود. محققـان تـلاش هـای گـسترده ای از مطالعـات عملـی تـاکاربردهای صنعتی در این زمینه انجام داده اند ولی بدلیل پایداری زیاد متان ، هنوز مشکلات زیادیبرای تبدیل آن وجود دارد. گاز طبیعی بصورت غیرمستقیم و از طریق گاز سنتز به سـوخت مـایع وسایر مواد شیمیایی تبدیل و یا مستقیماً تبدیل بـه هیـدروکربن هـای ۲C و یـا متـانول میـشود. در بیشتر فرایندهای اقتصادی ، متان را از طریق تبدیل با بخار تبدیل به گاز سنتز کرده و سپس از اینگاز میانی برای تولید سایر مواد شیمیایی استفاده می کنند.[۱] تخمین زده شده اسـت کـه تقریبـاً%۷۰-۶۰ هزینه های صرف شده در واکنش های تبدیل متان به تهیه گاز سنتز اختصاص داده شـدهاست. [۲] همچنین فرآیند تولید گاز سنتز از گاز طبیعی فرآیند بـسیاری گرمـاگیری اسـت کـه بـهانرژی و دمای بسیار زیادی نیاز دارد. برای غلبه بر این مشکلات تمایل زیادی برای تبـدیل مـستقیممتان وجود دارد. اکسیداسیون زوجی، زوج شدن حرارتی ، پلاسما و غیـره روش هـایی هـستند کـهتاکنون برای تبدیل مستقیم متان از آنها استفاده شده است. واکنش اکـسیداسیون زوجـی، متـان رامستقیماً و با استفاده از کاتالیست به اتان و اتیلن تبدیل کرده و سپس هیـدروکربن هـای ۲C را بـهسوخت مایع و بنزین تبدیل می کند.
از اکسیژن و یا دی اکسید کربن برای اکسیداسیون زوجی استفاده می شـود. در ایـن حالـت تمایـلزیادی برای احتراق وجود دارد که برای حل این مشکل وجود یک کاتالیست برای افـزایش واکـنشهای زوجی شدن ضروری است. با وجود اینکه کاتالیست های زیادی تاکنون بکار برده شـده اسـت ،ولی هیچگاه بازده به بیش از ۲۵% نرسیده است. بعلاوه هنوز عیب واکنش در دماهای بـالاتر از ۶۰۰ درجه سانتیگراد برای دستیابی به درصد تبدیل و گـزینش پـذیری مطلـوب وجـود دارد. زوج شـدنحرارتی هم در دماهای بسیار بالا برای تبدیل به هیدروکربن های ۲C انجام می شود. با کنترل زماناقامت در راکتور می توان محصولاتی به غیر از هیدروژن و کربن بدست آورد. اخیراً مطالعات بر رویسنتز همزمان اتیلن و استیلن تمرکز یافته است. تبدیل متان به وسیله پلاسـما بعنـوان روش دیگـربرای غلبه بر مشکلات موجود مورد بررسی قرار گرفته است.[۱]
در پلاسما انرژی الکتریکی با ایجاد تخلیه الکتریکی در گاز ذرات بسیار فعالی از جمله الکتـرون هـا ،یون ها ، اتم ها ، رادیکال ها و مولکول های برانگیخته بوجود می آورد کـه بعنـوان کاتالیـست بـرایتولید محصولات عمل می کنند.[۳]
در میان انواع پلاسما ، پلاسمای سرد با توجه به ویژگی غیرتعادلی بودن و شـرایط عملکـردی سـادهای که دارد یعنی فشار اتمسفری و دمای محیط ابزار بسیار مناسبی بـرای شـروع واکـنش اسـت. بـاتوجه به رفتار عملیاتی و شکل الکترودها پلاسمای سـرد بـه انـواع مختلفـی تقـسیم مـی شـود کـهعبارتند از: راکتورهای پلاسمای تابشی ، آرام ، هاله ، رادیوفرکانسی و مایکروویو [۴]. تخلیه تابـشییک تخلیه الکتریکی فشار پایین است که بین دو الکترود تخت ایجاد مـی شـود و تخلیـه الکتریکـیهاله یک تخلیه الکتریکی ناهمگن است که با استفاده از دو الکترود غیر همگن در فشار اتمـسفریکبوجود می آید. تخلیه الکتریکی آرام مجموعه ای از تخلیه هالـه و تابـشی اسـت و تخلیـه الکتریکـیرادیوفرکانسی و مایکروویو توسط تولید کننده های این تشعشعات به درون محفظه راکتور القـا مـیشوند [۴]. بزرگترین عیب راکتورهای پلاسما مصرف انرژی الکتریکی توسط آنهاست، اما با توجه بـهبازده بالای انرژی الکتریکی در این راکتورها و همچنین مناسب بودن آن از نظر زیست محیطی ، درصورت در دسترس بودن انـرژی الکتریکـی اسـتفاده از تکنولـوژی پلاسـما بـسیار مطلـوب بـه نظـر می رسد. [۵] در این پایان نامه ابتدا مروری بر مطالعات انجام شده بـرای واکـنش هـای اکـسیداسیون زوجـی درراکتور پلاسما داریم ، سپس به توضیح پلاسما و انواع راکتورهای پلاسما می پردازیم. معرفی سیستم آزمایشگاهی طراحی شـده بـرای انجـام ایـن آزمایـشها ، نحـوه طراحـی آزمایـشها ، آزمایشهای انجام شده و بحث درباره تاثیر شرایط مختلف عملیاتی در بخشهای بعدی بترتیـب مـوردبررسی قرار می گیرد.

نتیجه گیری
نتایج بدست آمده از این آزمایشها نشان می دهد که :
۱٫ مقدار اکسیژن در خوراک ورودی اثر قابل توجهی بر روی درصد تبدیل متـان در راکتـور پلاسـمادارد. افزایش میزان اکسیژن ورودی سبب افزایش درصد تبدیل متان می شود. با این وجود گـزینشپذیری محصولات ۲C کاهش یافته و در مقابل اکسیدهای کـربن بیـشتری تولیـد مـی شـود. بـرایرسیدن به بازدهی مناسب باید نسبت بهینه بین حدود بالا و پایین عملیاتی که با توجه به محـدودهاشتعال مشخص می گردد، انتخاب شود.
۲٫ افزایش دبی گاز ورودی به راکتور سبب کاهش زمان اقامت واکنشگر در راکتور میـشود بنـابرایندرصد تبدیل کاهش می یابـد. در زمانهـای اقامـت بیـشتر امکـان تـشکیل ترکیـب هـای نـامطلوباکسیدهای کربن بیشتر می شود. میزان انتخاب پذیری محصولات ۲C در دبـی هـای بـالاتر بیـشتراست چون بنظر می رسد اولین محصول تشکیل شده در راکتور اتـان اسـت و سـایر هیـدروکربنهای۲C نظیر اتیلن و استیلن بعد از آن و در اثر واکنشهای هیدروژن زدایی تشکیل می شوند. با توجه بهاینکه اثر زمان اقامت بر روی درصد تبدیل خیلی بیشتر از گزینش پذیری محـصولات اسـت هرچـهمیزان تبدیل بالاتر باشد بازدهی واکنشهای تولید ۲C بیشتر می شود.
۳٫ یکی دیگر از پارامترهایی که در این آزمایشها موثر شناخته شد ، ولتاژ است. افزایش ولتـاژ سـببافزایش درصد تبدیل و گزینش پذیری محصولات می شود. حـد بـالای ولتـاژ مـصرفی در راکتـور راشرایط تخلیه الکتریکی مشخص می کند. افزایش بیش از حد ولتاژ سبب ایجـاد جرقـه و همچنـینتشکیل کک در راکتور می شود.
۴٫ فاصله میان الکترودها از دو جنبه قابل بررسی است. افزایش فاصله باعث افزایش زمـان اقامـت درراکتور می شود. از طرفی میزان قدرت یونیزاسیون با افزایش فاصله کاهش می یابد. بنابراین با توجهبه نتایج به دست آمده فاصله ۷ میلیمتر به دلیل بیشتر بودن درصد بازدهی محصولات ۲C مطلـوبمی باشد.
۵٫ فرکانس پالس یکی دیگر از پارامترهای مهمی است که افزایش آن باعث زیاد شدن واکنش هـایثانویه نظیر هیدروژن زدایی اتان و تبدیل آن به اتیلن و استیلن می گردد پس بدین ترتیب افـزایشفرکانس پالس ، باعث افزایش درصد تبدیل متان و نیز افزایش گزینش پذیری بالا برای محصولات ازقبیل استیلن و اتیلن می شود. باید توجه کرد گزینش پذیری بالا برای استیلن تنهـا در رآکتورهـایکرونا پالسی به دست می آید به طوری که در یک مورد [۳۷] مقدار آن برای راکتورهای کرونا پالس۶۰% گزارش شده در صورتی که برای تخلیه دی الکتریک این مقدار کمتر از ۶% گزارش شده اسـت. همچنین عامل پالس و فرکانس پالس باعث افزایش سرعت انجام واکنش نیز می گردد.

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت

آخرین مطالب

مطالب مرتبط