پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق
تولید پروپیلن به دلیل فرآورده­ و مشتقات با ارزشی مانند پلیمرها، حلال‌ها، رنگ‌ها و ... بسیار حائز اهمیت است و یکی از مهم‌ترین بلوک‌های سازنده در صنعت شیمیایی است. فرآیندهای شکست حراتی و شکست کاتالیستی علاوه بر محدودیت‌های گزینش پذیری پایین، مصرف بالای انرژی و انتشار قابل‌توجهCO₂ ، نمی‌تواند تقاضای رو به افزایش پروپیلن را برآورده کنند. در چند دهه اخیر هیدروژن­زدایی از آلکان­های سبک، به دلیل بازده بالای پروپیلن، ایمنی و هزینه عملیاتی توجه زیادی را به خود جلب کرده‌است. کاتالیست­های Pt-Sn و CrO_x که به طور گسترده در فرآیند هیدروژن زدایی پروپان(PDH) مورد استفاده قرار می­گیرند، فعالیت هیدروژن زدایی و گزینش پذیری مطلوبی دارند؛ با این حال محدودیت‌های قیمت، غیر فعال شدن و مشکلات زیست‌محیطی جدی دارند و محققان را به بهبود پایداری در برابر کک، تف­جوشی کاتالیست های Pt و یافتن کاتالیزورهای جدید و طرفدار محیط زیست سوق داده‌است.
روش تحقیق
یکی از مسائل چالش برانگیز در فرآیند PDH دستیابی کاتالیست مناسب است. راهکارهای متعددی از جمله اصلاح پایه و معرفی مواد افزودنی برای تقویت عملکرد کاتالیستی و غلبه بر مشکلات و افزایش پایداری مقاوم کاتالیست های پلاتین و کروم پیشنهاد شده‌است. درک رابطه ساختار - عملکرد کاتالیست ها در طول واکنش PDH برای دستیابی به نوآوری در کاتالیست­های جدید با کارایی بالا ضروری است.
نتایج اصلی
این پژوهش با هدف معرفی ویژگی‌های واکنش هیدروژن زدایی، پیشرفت ایجاد شده در توسعه کاتالیست و چالش‌های موجود درک عمیقی از مکانیسم واکنش و نقش آن در توسعه و جهت‌های آتی کاتالیست برای توسعه کاربردی و صنعتی ارائه می‌دهد.

چکیده موضوع تحقیق : در سال‌های اخیر تولید پروپیلن با مقیاس صنعتی مبتنی بر روش اکسایشی هیدروژن‌زدایی پروپان به دلیل عدم محدودیت‌ های ترمودینامیکی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار بوده‌است. دراین راستا، به‌کارگیری زئولیت‌های طبیعی با فراوانی بالا و قیمت پایین از جایگاه ویژه‌ای برخوردار بوده‌است. در این مقاله زئولیت‌ طبیعی پرلیت به عنوان پایه کاتالیستی اصلاح‌شد و سپس عملکرد کاتالیست های سنتزی با فلز فعال وانادیوم در فرآیند هیدروژن‌زدایی اکسایشی پروپان در راستای تولید پروپیلن بررسی‎شد. در این فرایند خوراک مخلوط از پروپان و هوا با دبیh^-1 40000 (GHSV)، تحت فشار اتمسفریک و دمای 500 درجه سانتی‌گراد در یک راکتور کوارتزی بستر ثابت مورد استفاده قرار گرفت.
روش تحقیق: در این پژوهش پایه پرلیت طبیعی به عنوان منبعی از آلومینیوم‌اکسید (Al₂O₃) و سیلیس (SiO₂) توسط محلول یک مولار آمونیوم نیترات (NH₄NO₃) مورد تعویض یونی قرار گرفت(PERLIT-I). در ادامه به منظور بررسی تاثیر آلومنیوم‌زدایی پایه، غلظت‌های مختلف اسیدی از اسید نیتریک (HNO₃) برابر با 0.75، 1.5، و 2.25 مولار، مورد استفاده قرار گرفت (PERLIT-IA). به منظور سنتز کاتالیست های 8% وزنی، چهار پایه سنتزشده توسط وانادیوم به عنوان فلز فعال به روش تلقیح خشک نشانده‌شدند. به منظور تعیین دقیق ساختار و ارزیابی ویژگی‌های کاتالیست، آنالیز‌های پراش اشعه ایکس(XRD)، میکروسکوپ الکترون روبشی (FE-SEM)، و برنامه دمایی واجذب آمونیاک (NH₃-TPD) مورد استفاده قرار گرفتند‌.
نتایج اصلی: نتایج نشان داد میزان غلظت اسید مورد استفاده، پارامتری تاثیرگذار بر میزان درصد تبدیل و گزینش‌پذیری کاتالیست‌ها می‌باشد. در مقایسه، فعالیت متفاوت قابل توجهی بین عملکرد نمونه V/PERLIT-I نسبت به نمونه‌های V/PERLIT-IA مشاهده‌شد. مقدار بیشینه گزینش‌پذیری برای V/PERL-IA(2.25) برابر با 74 درصد نشان داده‌شد. با توجه به نتایج، پایه اصلاح‌شده پرلیت با گزینش‌پذیری مناسب می‌توانند در مطالعات بکارگیری به عنوان پایه‌صنعتی مورد توجه قرار گیرند.

چکیده موضوع تحقیق:گوگرد­­­­­­­­زدایی‌ هیدروژنی یکی از روش‌های مؤثر برای حذف ترکیبات گوگردی از برش‌های نفتی و ارتقاء کیفیت سوخت‌ می­باشد. یکی از چالش­های عمده در این فرآیند دستیابی به پایه کاتالیست مناسب می­باشد که بهترین عملکرد را داشته باشد. در این میان پایه‌های اصلاح‌شده با زئولیت به دلیل قوی بودن سایت‌های اسیدی، مساحت سطح ویژه و ثبات هیدروترمال و شیمیایی بالا توجه زیادی را به خود اختصاص داده‌اند؛ اما اسیدیته و حجم مزوحفرات زئولیت‌ها نیازمند اصلاح است.
روش تحقیق: در این پژوهش ابتدا زئولیت سلسله مراتبی Y با به­کارگیری روش پسا-سنتز (آلومینیوم زدایی) و با استفاده از فرم آمونیومی زئولیت و محلول NH₄F (75/0 مولار) در دمای ºC90 به مدت 3 ساعت تحت شرایط رفلاکس تهیه شد. خصوصیات فیزیکی- شیمیایی زئولیت با آنالیزهای BET, FESEM, FTIR AAS, XRD بررسی شد. زئولیت‌های اصلاح‌شده در سنتز پایه کاتالیست فرآیند HDS بکار گرفته شد. سولفیداسیون و ارزیابی عملکرد کاتالیست‌های تهیه‌شده در سیستم میکرو-راکتوری با خوراک گازوئیل حاصل از واحد آیزوماکس پالایشگاه هدف انجام گرفت.
نتایج اصلی:نتایج نشان می‌دهد که حجم مزوپورها، مساحت سطح ویژه و نسبت SiO₂ / Al₂O₃ در زئولیت سلسله مراتبی به ترتیب به cm³ g^-1 073/0، m² g^-136/783 و 2/5 (مقادیر اولیه به ترتیب cm³ g^-1 032/0، m² g^-1 18/567 و 5/4) افزایش‌یافته است. همچنین نتایج حاصل از آنالیز زئولیت، حفظ ساختار و میزان بلورینگی طی فرآیند اصلاح زئولیت را اثبات می­کند. اثر اصلاح زئولیت به ویژه تغییرات اسیدیته، مساحت سطح ویژه و حجم مزوحفرات بر فعالیت کاتالیست­های NiMo/Zeolite+Al₂O₃ مورد ارزیابی قرار گرفت. افزایش اسیدیته و بهبود ویژگی‌های فیزیکی- شیمیایی زئولیت­ اصلاح شده، موجب افزایش عملکرد کاتالیست در فرآیند گوگردزدایی هیدروژنی گازوئیل(Conversion =90%) شده است.. بهبود فعالیت کاتالیست­ها را می‌توان به اثر مثبت زئولیت­ها بر توزیع سایت­های فلزی، مساحت سطح ویژه، اسیدیته و اندازه­ی مطلوب حفرات کاتالیست نسبت داد.

چکیده موضوع تحقیق: در ده­های اخیر روش­های بهینه‌سازی مبتنی بر پدیده­های طبیعی به دلیل عدم نیاز به انجام محاسبات سنگین ریاضی، عدم وابستگی به نقاط انتخابی اولیه و قابلیت بهینه­سازی نسبت به سایر روش­ها، در زمینه بهینه­سازی ترکیبی جایگاه ویژه­ای پیدا کرده­ است. علاوه بر این شبکه عصبی مصنوعی به‌عنوان یکی از ابزار قدرتمند هوش مصنوعی در شبیه­سازی فرایندها به‌کار برده می­شود. به­کارگیری شبکه عصبی برای مدل­سازی فرایند آلکیلاسیون متاکروزل با ایزوپروپانول و روش فرا ابتکاری در به دست آوردن شرایط بهینه برای کاتالیست و واکنش می­تواند گام موثری، در جهت انجام فرایند با بازده بالا فراهم ­سازد.
روش تحقیق: در این پژوهش شبکه عصبی برای پیش­بینی فرایند آلکیلاسیون متاکروزل با ایزوپروپانول و الگوریتم کلونی زنبورهای عسل به منظور بهینه‌سازی بازده فرایند به کار گرفته شد. شبکه عصبی طراحی شده دارای 5 نرون در لایه پنهان می­باشد. به منظور بررسی عملکرد الگوریتم پیشنهادی، شبکه عصبی مصنوعی برای پیش بینی تبدیل متاکروزل و گزینش پذیری آن به تیمول در فرایند آلکیلاسیون متاکروزل با ایزوپروپانول 120 داده استفاده شد. در این فرایند،‌ سرعت فضایی (WHSV)، فشار و دما، به‌عنوان متغیرهای ورودی و تبدیل متاکروزل و گزینش پذیری تیمول به‌عنوان متغیرهای خروجی شبکه عصبی در نظر گرفته شده است.
نتایج اصلی: سیستم شبیه­سازی طراحی شده با ضریب رگرسیون (R²) بالاتر از %97.5،‌ نشان‌دهنده دقت بالای شبکه عصبی طراحی شده برای این فرایند می­باشد. میزان بیشینه بازده این فرایند با استفاده از الگوریتم کلونی زنبورهای عسل 28.9% )با متغیرهای قابل تنظیم h^-10.062 WHSV=، فشار bar1.5 و دمای ^˚C 300( حاصل شد. هم­چنین برای دستیابی به کارایی بهتر الگوریتم بهینه سازی، مقادیر مطلوب ضریب شتاب و جمعیت زنبورها با آزمون سعی و خطا 100 و 10حاصل شد.