دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته شیمی

گرایش :شبیه سازی و کنترل فرآیند

عنوان : طراحی سیستم کنترل برای راكتور بستر سیال تولید پلی اتیل

دانشگاه شیراز

 پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته ی مهندسی شیمی (گرایش شبیه سازی و کنترل فرآیند)

طراحی سیستم کنترل برای راكتور بستر سیال تولید پلی اتیل

 

استاد راهنما:

دکتر رضا اسلاملوئیان

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 های تولید انواع پلی اتیلن   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 فرآیند تولید پلی اتیلن سبك خطی توسط تكنولوژی Spherilene. 12

3-1- آماده سازی كاتالیست. 13

3-2- راكتور پیش تماس. 16

3-3- راكتورهای پیش پلیمریزاسیون. 18

3-4- راكتورهای پلیمریزاسیون در فاز گاز    19

3-5- بازیافت مونومر. 26

3-6- بخار زنی و خشك كردن پلیمر. 28

3-7- اکستروژن. 32

3-8- گریدهای تولیدی. 33

فصل چهارم: سینتیک. 35

4-1- روش های مدل سازی پلیمریزاسیون   36

4-2- مدلسازی پلیمریزاسیون با بهره گرفتن از روش ممان   38

4-3- مدل سازی كوپلیمریزاسیون اتیلن و 1- بوتن   42

4-4- تعیین ثوابت سینتیكی. 46

فصل پنجم: مدل سازی راكتورهای پلیمریزاسیون   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 مولكولی اتیلن و پلی اتیلن. 3

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

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

شکل 3-2- تجهیزات تزریق كاتالیست به راكتور پیش تماس. 16

شکل 3-3- راكتور پیش تماس و راكتور پر پلیمریزاسیون اول. 20

شکل 3-4- راكتور پرپلیمریزاسون دوم و بخش مونومر ریكاوری. 21

شکل 3-5- راكتور فاز گازی اول. 23

شکل 3-6- راكتور فاز گازی دوم. 24

شکل 3-7- برج جداسازی بوتن. 27

شکل 3-8- بخار زن. 29

شکل 3-9- درایر. 31

شکل 3-10- بخش دانه بندی. 33

شکل 4-1- نمونه ای از تفكیك منحنی 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 نشانه­ های اختصاری

 

        توضیح                                                                                                   نشانه

 

سطح مقطع A
کسری از فلز که می تواند سایت فعال k تشکیل دهد Asf
غلظت کمک کاتالیست [A]
غلظت نسبی کاتالیست Ccat
ظرفیت گرمای مخصوص مونومر i CPMi
ظرفیت گرمای مخصوص پلیمر CP,poly
دبی کاتالیست ورودی fcat
 کسر مولی مونومر i fi
ارتفاع بستر H
غلظت هیدروژن [H2]
ثابت سینتیکی واکنش اکتیواسیون KaA
ثابت سینتیکی واکنش آغاز زنجیره K0
ثابت سینتیکی واکنش غیرفعالسازی خود به خودی Kdsp
ثابت سینتیکی واکنش انتشار زنجیره Kp
وزن مولکولی Mw
میانگین وزنی وزن مولکولی  
میانگین عددی وزن مولکولی  
غلظت فلز فعال (تیتانیوم) [Me]
غلظت مونومر [Mi]
غلظت کل مونومرها [MT]
غلظت سایت فعال خالی P0
دبی حجمی محصول خروجی q
سرعت کلی ذرات پلیمریزاسیون Rp
غلظت سایت فعال پتانسیلی S
زمان t
دما T
سرعت ظاهری گاز u0
ضریب انتقال حرارت مبدل U
حجم

 

حروف یونانی

 

V
گرمای واکنش ΔHrxn
تخلخل ε
صفرمین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر زنده λ0
اولین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر زنده λ1
دومین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر زنده λ2
صفرمین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر بالک ξ0
اولین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر بالک ξ1
دومین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر بالک ξ2
دانسیته

ترکیب کومولتیو کوپلیمر

 

زیروندها

 

ρ

φ

 

پارامتر راکتور اول 1
پارامتر راکتور دوم 2
خواص کاتالیست cat
پارامتر مبدل حرارتی ex
شماره ی مونومر i
شرایط ورودی in
نوع سایت فعال k
خواص پلیمر poly
مقدار مرجع ref
خواص آب w

 

 

فصل اول

        مقدمه

 1- معرفی پلی اتیلن

پلی اتیلن یا پلی اتن یكی از ساده ترین و ارزان ترین پلیمرها است. این ماده از پلیمریزاسیون اتیلن بدست می آید و بطور خلاصه بصورت PE نشان داده می شود. مولكول اتیلن C2H4 (دارای یك بند دو گانه C=C ) است. در فرایند پلیمریزاسیون بند دوگانه هر یك از مونومرها شكسته شده و بجای آن پیوند ساده ای بین اتم های كربن مونومرها ایجاد می شود و محصول ایجاد شد ه یك درشت مولكول است. پلی اتیلن ماده ای جامد، بدون بو، مومی، نیمه شفاف و غیرفعال است كه معمولاً به صورت گرانول تولید می گردد. بنابراین پلی اتیلن می تواند به طیف گسترده ای از مشتقات اتیلن تبدیل گردد . پلی اتیلن یكی از پایدارترین و خنثی ترین پلیمرها است و دارای مقاومت بالائی در برابر مواد شیمیایی می باشد. دارابودن خواص متعدد باعث گردیده ، پلی اتیلن در طیف وسیعی از محصولات استفاده شود . رایج ترین مورد استفاده آن در تولید فیلم های بسته بندی می 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 مولكولی اتیلن و پلی اتیلن

  • انواع پلی اتیلن

پلی اتیلن ها خانواد ه ای از رزین ها می باشند كه از طریق پلیمریزاسیون گاز اتیلن ( C2H4 ) بدست می آیند. پلی اتیلن شامل ساختار بسیار ساده ای است، به طوری كه ساده تر از تما م پلیمرهای تجاری می باشد. یك مولكول پلی اتیلن زنجیر بلندی از اتم های كربن است كه به هر اتم كربن دو اتم هیدروژن چسبیده است . گاهی اوقات به جای اتم های هیدروژن در مولكول (پلی اتیلن)، یك زنجیر بلند از اتیلن به اتم های كربن متصل می شود كه به آنها پلی اتیلن شاخه ای یا پلی اتیلن سبك ( LDPE ) می گویند، چون وزن مخصوص آن به علت اشغال حجم بیشتر، كاهش یافته است. در این نوع پلی اتیلن مولكول های اتیلن به شكل تصادفی به یكدیگر متصل می شوند و ساختار ملكولی بسیار نامنظمی را ایجاد می كنند. وزن مخصوص آن بین910/0 تا 925/0 است و تحت فشار و دمای بالا و اغلب با بهره گرفتن از پلیمریزاسیون رادیكال آزاد وینیلی تولید می شود . البته برای تهیة آن می توان از پلیمریزاسیون زیگلر- ناتا نیز استفاده كرد ]4[.

وقتی هیچ شاخه ای در مولكول وجود نداشته باشد آن را پلی اتیلن خط ی ( HDPE ) می نامند . پلی اتیلن خطی سخت تر از پلی اتیلن شاخه ای است اما پلی اتیلن شاخه ای آسانتر و ارزانتر ساخته می شود. ساختار ملكولی این پلیمر بسیار كریستالی است . پلی اتیلن خطی محصو لی با وزن مولكولی 200000 – 500000 است كه آن را تحت فشار و دماهای نسبتاً پایین پلیمریزه می كنند. وزن مخصوص آن بین 941/0 تا 965/0 است و آن را بیشتر به وسیله ی  فرآیند مشكلی كه پلیمریزاسیون زیگلر – ناتا نامیده می شود، تهیه می كنند. نوعی از پلی اتیلن نیز وجود دارد كه وزن مخصوص آن بین وزن مخصوص این دو پلیمر است یعنی در محدوده ی 926/0 تا 940/ 0 و آن را پلی اتیلن نیمه سنگین یا متوسط می نامند ]4[.

پلی اتیلن با وزن مولكولی بین 3 تا 6 میلیون را پلی اتیلن با وزن مولكولی بسیار بالا یا UHMWPE می نامند و با پلیمریزاسیون كاتالیست متالوسن تولید می كنند. ماده ی مذكور از فرآیندپذیری دشوارتری برخوردار بوده ولی خواص آن عالی است . هنگامی كه از طریق تشعشع یا استفاده از مواد افزودنی شیمیایی، این پلیمر تماماً شبكه ای شود، پلی اتیلن یاد شده دیگر گرما نرم نخواهد بود . این ماده با پخت حین قالبگیر ی یا بعد از آن یك گرما سخت واقعی با استحكام كششی، خواص الكتریكی و استحكام ضربه ای خوب در دامنه ی وسیعی از دما خواهد بود . از این ماد ه برای ساخت الیاف بسیار قوی استفاد ه می كنند تا جایگزین كولار (نوعی پلی آمید) در جلیقه های ضد گلوله گردد، و همچنین صفحات بزرگ آن را می توان به جای زمین های اسكیت یخی استفاده كرد ]4[.

به وسیله‌ی كوپلیمریزاسیون مونومر اتیلن با یك مونومر آلكیل شاخه دار، كوپلیمری با شاخه های هیدروكربن كوتاه بدست می آید كه آن را پلی اتیلن خطی با وزن مخصوص كم یا LLDPE می نامند و از آن اغلب برای ساخت محصولاتی همچون فیلم های پلاستیك استفاده می كنند. طبقه بندی پلی اتیلن ها بر اساس دانسیته آنها صورت می گیرد كه در مقدار دانسیته اندازه زنجیر پلیمری و نوع و تعداد شاخه های موجود در زنجیر دخالت دارد.

پلی اتیلن با دانسیته بالا  (HDPE) :

این نوع پلی اتیلن دارای زنجیر پلیمری بدون شاخه است، بنابراین نیروی بین مولكولی در زنجیرها بالا و استحكام كششی آن بیشتر از بقیه پلی اتیلن ها است. شرایط واكنش و نوع كاتالیزور مورد استفاده در تولید پلی اتیلن HDPE موثر است. برای تولید پلی اتیلن بدون شاخه معمولاً از روش پلیمریزاسیون با كاتالیزور زیگلر-ناتا استفاده می شود.

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

پلی اتیلن با دانسیته پایین (LDPE) :

این نوع پلی اتیلن دارای زنجیری شاخه دار است. بنابراین زنجیرهای LDPE نمی توانند بخوبی با یكدیگر پیوند برقراركنند و دارای نیروی بین مولكولی ضعیف و استحكام كششی كمتری است . این نوع پلی اتیلن معمولا با روش پلیمریزاسیون رادیكالی تولید می شود. از خصوصیات این پلیمر، انعطاف پذیری و امكان تجزیه بوسیله میكروارگانیسم ها است.

 

پلی اتیلن خطی با دانسیته پایین (LLDPE) :

این نوع پلی اتیلن یك پلیمر خطی با تعدادی شاخه های كوتاه است و معمولاً از كوپلیمریزاسیون اتیلن با آلكن های بلندزنجیر ایجاد می 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.

پشتیبانی سایت :        *       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.