پایان نامه اندازه گیری ضریب نفوذ آمین آزید در هوا و ارائه مدل مربوطه جهت انبارداری سوخت مایع
اختصاصی از یارا فایل پایان نامه اندازه گیری ضریب نفوذ آمین آزید در هوا و ارائه مدل مربوطه جهت انبارداری سوخت مایع دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .
فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:110
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”
مهندسی شیمی- فرآیند
فهرست مطالب:
شماره صفحه عنوان مطالب
1 چکیده ...........................................................................................................................................................
2 مقدمه ............................................................................................................................................................
فصل اول : اهمیت ضریب نفوذ در انبارداری سوخت مایع
6 1-1) مقدمه .................................................................................................................................................
6 1-2) پارامتر های محیطی بر انبارداری سوخت مایع..........................................................................
6 1-2-1) خواص مطلوب سوختهای مایع.................................................................................................
1-2-2) فاکتورهای انبارداری سوختهای مایع .....................................................................................
1-2-3) گروه های خطرناک سوختهای مایع........................................................................................
1-2-4) محل های خطر ناک سوختهای مایع......................................................................................
1-3) اهمیت ضریب نفوذ در انبارداری سوخت مایع ..........................................................................
فصل دوم : تئوری ها و معادلات معرفی شده برای ضریب نفوذ و تحلیل آنها برای حالت گازی
2-1) تئوری نفوذ در گازها..........................................................................................................................
2-1-1) تئوری و ضرایب نفوذ سیستم های دو تایی گازها در فشار پایین.......................................
2-1-1-1) معادله برد و اسلاتری(BS)....................................................................................................
2-1-1-2) معادله چاپمن-انسکوگ(CE) ..............................................................................................
2-1-1-3) معادله رید و شرود (RS).......................................................................................................
2-1-1-4) معادله استفان –ماکسول(SM)............................................................................................
2-1-1-5) معادله هایرش فلدر-برد-اسپاتس (HBS).........................................................................
2-1-1-6) معادلۀ وایک- لی(WL)..........................................................................................................
2-1-1-7) معادلۀ گیلیلند...........................................................................................................................
2-1-1-8) چن-اوتمر(CO).......................................................................................................................
2-1-1-9) معادلهْ هاوآنگ(Huang) و همکارانش.................................................................................
2-1-1-10) معادله فولر ،شتلر وگیدینگز(FSG)..................................................................................
فصل سوم : دستگاهها و روشهای معرفی شده برای اندازه گیری ضریب نفوذ درحالت گازی و انتخاب روش مناسب
3-1) مقدمه ......................................................................................................................................................
3-2) انواع روشها و دستگاههای معرفی شده.............................................................................................
3-2-1) روش کروماتوگرافی گازی(GC)...................................................................................................
3-2-2) روشهای تداخلی جریان(PF).........................................................................................................
3-2-3) روش لوله ای......................................................................................................................................
3-2-4) روش لوله –بسته(CT)...................................................................................................................
3-2-5) روش دو حبابی (دوبالنی) (TB)...................................................................................................
3-2-6) روش لولۀ استفان- ماکسول یا روش لولۀ تبخیری(SM).......................................................
3-2-7) روش کاتافرز(کاتافورز).....................................................................................................................
3-2-8) روش نفوذ برگشتی...........................................................................................................................
3-2-9) روش پراکندگی تیلوری(TD).......................................................................................................
3-2-10) روش مویینگی................................................................................................................................
3-2-11) روش سلول دیافراگمی(سلول غشایی) (DC).........................................................................
3-2-12) روش تداخل سنجی هالوگرافیکی(تمام نگاری) (HI)...........................................................
3-2-13) روش طیف سنجی تحرک یونی (اسپکترومتری تحرک یونی)(IMS).............................
3-2-14) روش تداخل موج دمایی(TWI)................................................................................................
3-2-15) روش نشتی مویینگی(CL).........................................................................................................
3-2-16) روش انتشار نورپایا یا (روش لیزر-دوپلر)(SSS-LD)...........................................................
3-2-17) روش تبخیر درحالت پایا (SSE)...............................................................................................
3-2-18) روش تداخل سنجی گوه ای(WI)............................................................................................
3-2-19) روش دیسک چرخان(SD)..........................................................................................................
3-2-20) روش جذب صوت(SA)...............................................................................................................
فصل چهارم: انجام آزمایشات ، معرفی تجهیزات مورد استفاده ، نحوه محاسبات و ارائه فرمولهای مربوطه
8081 4-1) مقدمه........................................................................................................................................................
4-2) خاصیت کشش سطحی..........................................................................................................................
4-3) پدیدة مویینگی........................................................................................................................................
4-4) آزمایشات و معرفی تجهیزات مورد استفاده.......................................................................................
4-4-1) تجهیزات و سیالات مورد استفاده...................................................................................................
4-4-1-1) سیال................................................................................................................................................
4-4-1-2) تجهیزات..........................................................................................................................................
4-4-1-2-1) لولۀ نفوذ همراه با سه راهی اختناقی(لولۀ استفان-ماکسول)..........................................
4-4-1-2-2) کمپرسور....................................................................................................................................
4-4-1-2-3) فلومتر.........................................................................................................................................
4-4-1-2-4) ترمومتر جیوه ای.....................................................................................................................
4-4-1-2-5) هیتر............................................................................................................................................
4-4-1-2-6) ترازو............................................................................................................................................
4-4-1-2-7) حمام آب...................................................................................................................................
4-4-1-2-) قیف های شیشه ای................................................................................................................
4-4-1-2-9) مگنت.........................................................................................................................................
4-5) اندازه گیری فشار هوای خروجی از فلومتر و فشار کل سیستم....................................................
4-6) نحوۀ انجام آزمایش ...............................................................................................................................
4-7) تست مقایسه............................................................................................................................................
4-8) نحوة انجام محاسبات ............................................................................................................................
فصل پنجم: انجام محاسبات و بحث و بررسی نتایج
5-1) مقدمه........................................................................................................................................................
5-2) انجام محاسبات........................................................................................................................................
1-5-2) تعیین ضریب نفوذ آب مقطر............................................................................................................
5-5-2) تعیین ضریب نفوذ آمین آزید.........................................................................................................
5-3) مقایسه ی بین ضرایب نفوذ تجربی آب و آمین آزید با ضرایب نفوذ آنها در مراجع............. 1
5-4) تخمین مدل تجربی آمین آزید باتوجه به معادلات تجربی حالت گازی در مراجع...................
5-5) تخمین شعاع انبارداری..........................................................................................................................
فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات
6-1) نتیجه گیری.............................................................................................................................................
6-2) پیشنهادات................................................................................................................................................
منابع و ماخذ.
منابع فارسی.........................................................................................................................................................
منابع لاتین...........................................................................................................................................................
83
85
چکیده انگلیسی...................................................................................................................................................
پیوست(1)............................................................................................................................................................
فهرست جدول ها
شماره صفحه عنوان
17
32 2-1: مقادیر حجم های نفوذ اتمی ومولکولی ارائه شده..............................................................................
4-1: ضرایب نفوذ آب در هوا در شرایط اتمسفری......................................................................................
44 4-2 : نمایشی از جدول داده ها جهت یافتن ضریب نفوذ........................................................................
شماره صفحه 5-1: داده های اختلاف جرم آب مقطر ( ) و زمانهای مربوطه( ) وضریب نفوذ مربوطه آنها در دمای C ˚95/15..................................................................................................................................
5-2 : داده های اختلاف جرم آب مقطر ( ) و زمانهای مربوطه( ) وضریب نفوذ مربوطه آنها در دمای C ˚05/25.................................................................................................................................
5-3 : داده های اختلاف جرم آب مقطر ( ) و زمانهای مربوطه( ) وضریب نفوذ مربوطه آنها در دمای C ˚45/39................................................................................................................................
5-4 : داده های اختلاف جرم آب مقطر ( ) و زمانهای مربوطه( ) وضریب نفوذ مربوطه آنها در دمای C ˚05/60................................................................................................................................
5-5: داده های اختلاف جرم آمین آزید ( ) و زمانهای مربوطه( ) وضریب نفوذ مربوطه آنها در دمای C ˚95/15................................................................................................................................
5-6: داده های اختلاف جرم آمین آزید ( ) و زمانهای مربوطه( ) وضریب نفوذ مربوطه آنها در دمای C ˚05/25..................................................................................................................................
5-7: داده های اختلاف جرم آمین آزید ( ) و زمانهای مربوطه( ) وضریب نفوذ مربوطه آنها در دمای C ˚45/39..................................................................................................................................
5-8: داده های اختلاف جرم آمین آزید ( ) و زمانهای مربوطه( ) وضریب نفوذ مربوطه آنها در دمای C ˚05/60..................................................................................................................................
5-9: ضرایب نفوذ حاصله آب مقطر و ماده سوختی آمین آزیدی در برابر ضرایب نفوذ آب در مراجع....................................................................................................................................................................
5-10: مقایسه ی معادلات تجربی برای آب مقطر در دمای (K1/289=C ˚15/95) و
( K 2/298=C ˚05/25).................................................................................................................................
5-11:مقایسه ی معادلات تجربی برای آب مقطر در دمای (K 2/298=C ˚05/25) و
( K 6/312=C˚45/39)..................................................................................................................................
67 5-12: مقایسه ی معادلات تجربی برای آب مقطر در دمای ( K6/312=C ˚45/39) و ( K2/333=C ˚05/60)................................................................................................................................
5-13: مقایسه ی معادلات تجربی برای آمین آزید در دمای (K1/289=C ˚15/95) و ( K2/298=C ˚05/25)....................................................................................... ........................................
69 5-14: مقایسه ی معادلات تجربی برای آمین آزید در دمای (K2/298=C ˚05/25) و ( K 6/312=C ˚45/39)................................................................................................................................
5-15: مقایسه ی معادلات تجربی برای آمین آزید در دمای (K6/312=C ˚45/39) و
(K2/333=C ˚05/60).................................................................................................................................
فهرست نمودارها
شماره صفحه عنوان
44
50 4-1: شیب داده های بر حسب .................................................................................................
5-1 : شیب منحنی داده های اختلاف جرم بر حسب زمان برای سیستم Air- در دمای C ˚95/15....................................................................................................................................................
74 5-2 : شیب منحنی داده های اختلاف جرم بر حسب زمان برای سیستم Air- در دمای C ˚05/25...................................................................................................................................................
5-3 : شیب منحنی داده های اختلاف جرم بر حسب زمان برای سیستم Air- در دمای C ˚45/39...................................................................................................................................................
5-4 : شیب منحنی داده های اختلاف جرم بر حسب زمان برای سیستم Air- در دمای C ˚05/60...................................................................................................................................................
5-5 : شیب منحنی داده های اختلاف جرم بر حسب زمان برای سیستم Air- در دمای C ˚95/15......................................................................................................................................
5-6 : شیب منحنی داده های اختلاف جرم بر حسب زمان برای سیستم Air- در دمای C 05/25.........................................................................................................................................
5-7 : شیب منحنی داده های اختلاف جرم بر حسب زمان برای سیستم Air- در دمای C ˚45/39......................................................................................................................................
5-8 : شیب منحنی داده های اختلاف جرم بر حسب زمان برای سیستم Air- در دمای C ˚05/60......................................................................................................................................
5-9 : مقایسه ی منحنی داده های ضرایب نفوذ تجربی حاصله آب مقطر و ضرایب نفوذ تجربی آب در مراجع برحسب دما.....................................................................................................................
5-10 : مقایسه ی منحنی داده های ضرایب نفوذ تجربی حاصله آمین آزید در برابر ضرایب نفوذ تجربی آب در مراجع برحسب دما.......................................................................................................
5-11 : منحنی داده های کسر مولی سوخت مایع آمین آزید در هوا در برابر شعاع انبارداری آن در دمای C ˚15/95..............................................................................................................................
5-12 : منحنی داده های کسر مولی سوخت مایع آمین آزید در هوا در برابر شعاع انبارداری آن در دمای C ˚05/25.............................................................................................................................
5-13 : منحنی داده های کسر مولی سوخت مایع آمین آزید در هوا در برابر شعاع انبارداری آن در دمای C ˚45/39.................................................................................................................................
5-14 : منحنی داده های کسر مولی سوخت مایع آمین آزید در هوا در برابر شعاع انبارداری آن در دمای C ˚05/60 ..............................................................................................................................
فهرست شکل ها
شماره صفحه عنوان
4-1 : میزان صعود مویینگی در یک لوله مویین در حالت معمول.....................................................
4-2: میزان صعود مویینگی بین دو صفحه با فاصله (D)....................................................................
4-3 : میزان صعود مویینگی بین دو لولۀ مویین هم مرکز و به شعاعهای ..........................
4-4 : لولۀ با قطر(16/6میلیمتر)................................................................................................................
4-5 : لولۀ با قطر(10میلیمتر)....................................................................................................................
4-6 :لولۀ با قطر(75/31میلیمتر)..............................................................................................................
4-7: نمای کلی از set up مورد استفاده...............................................................................................
4-8 : لولۀ نفوذ همرا با سه راهی اختناقی..............................................................................................
4-9 :کمپرسور فینی(230 OL)...............................................................................................................
4-10: فلومتر سری......................................................................................................................................
4-11: ترمومتر جیوه ای..............................................................................................................................
4-12: هیتر MR3001K.........................................................................................................................
4-13: ترازوMettler AE160...............................................................................................................
4-14: حمام آب............................................................................................................................................
4-15: قیف های شیشه ای........................................................................................................................
4-16: مگنت..................................................................................................................................................
4-17: تعیین فشار هوای خروجی از فلومتر............................................................................................
4-18: شمای کلی تجهیزات و دستگاه نفوذ تست اصلی.....................................................................
4-19: شمای کلی تجهیزات و دستگاه نفوذ در تست(1)....................................................................
4-20: شمای کلی تجهیزات و دستگاه نفوذ در تست(2)....................................................................
4-21: عنصر حجمی سیال به ابعاد ... ...............................................................................
چکیده
نکته اساسی پس از تولید یک سوخت مایع ، انبار داری آن است. متاسفانه تا کنون پارامترهای جامع و کاملی از سوی موسسات ایمنی ارائه نشده است که خاصیت انتقالی و ترموفیزیکی ضریب نفوذ یکی از عوامل بررسی نشده و جدید در این زمینه می باشد. نشتی احتمالی سوخت مایع از مخزن ایجاب می کند که ضریب نفوذ آن در هوا و شعاع انبارداری آن جهت ایمنی کاربران در منطقۀ نگهداری مخازن تعیین شود.
در این تحقیق یک مطالعه جامع جهت تعیین اندازه گیری ضریب نفوذ سوخت مایع آمین آزید جهت انبارداری آن انجام شده است. برای اندازه گیری ضریب نفوذ این سوخت مایع در هوا از روش استفان-ماکسول استفاده گردید. بدین منظور جهت کالیبره نمودن دستگاه از آب مقطر استفاده شد که ضرایب نفوذ آن در هوا و در فشار یک اتمسفر و در دما های مختلف جهت مقایسه موجود است. جهت بدست آوردن ضریب نفوذ این سیالات( آب مقطر و آمین آزید) دو روش ارائه شده است که به دنبال آن ضریب نفوذ محاسبه شده این سوخت در قانون دوم فیک تک بعدی جهت محاسبۀ حداقل شعاع انبارداری قرار داده میشود. هم چنین با تخمین معادلات تجربی برای سوخت مایع آمین آزید بهترین مدل ارائه می گردد.
واژ های کلیدی: سوخت مایع، انبارداری، ضریب نفوذ، آمین آزید، آب مقطر، استفان-ماکسول، شعاع انبارداری
مقدمه
زمانی یک واحد پالایشگاهی برشهای نفتی نظیر بنزین یا گاز مایع و یا یک واحد نظامی پیشرانه های موشکی از قبیل دی متیل هیدرازین نامتقارن (UDMH) و هیدرازین را ... تولید می کنند بر انبارداری درست و مناسب از آنها همت می گمارند. برای این منظور مراکز ایمنی، بهداشت و محیط(HSE) و انجمن بهداشت و ایمنی حرفه ای (OSHA) و سایر واحدها در کنار یکدیگر دستورالعمل هایی اتخاذ می نمایند که در برگیرندة یک سری از استانداردها وکد های بین المللی می باشد که می توان از خرابی ها و نشتی های پیش آمده جلوگیری کرد. استانداردهای بین المللی دقیقاً همان پارامترهای مهم بر مطالعه انبارداری سوخت های شیمیایی و نظامی می باشند. درپروژه¬های عملیاتی و فرآیندی و در برنامه های فضایی و دفاعی پارامترهای اصلی بر بررسی پیرامونی مخازن انبارداری سوختهای مایع یکسان می باشند ولی این موضوع برای برنامه های دفاعی ونظامی کمی دقیق تر و حساس تر است. این پارامترها شامل : دما، نوع و فشار گاز بالای مخزن نگهداری، جنس مخزن، نور، ناخالصی و رطوبت می باشند. یکی از پارامتر های مهم و البته بررسی نشده در این راستا ضریب نفوذ می باشد که موضوع این تحقیق می باشد. وقتی که مخزن سوخت دچار نشتی میشود، بعد از مدتی بر اثر گرادیان غلظت در محوطة انبارداری پخش می گردد و چون سوخت ها تمامیشان سمی می باشند برای سلامتی کاربران و اپراتورهای سایت بسیار خطرناک تلقی میشوند. ناگزیر ضروری است که مقوله مهمی به نام حداقل شعاع نفوذ انبارداری جهت حصار کشی برای این موضوع را در نظر داشت ولی با این حال مراکز ایمنی مانند انجمن ملی حمایتی آتش نشانی(NFPA) در سایر موارد( از قبیل آتش سوزی و انفجار) شعاع انفجار را برای مخزن سوخت در نظر می گیرند. بدین ترتیب با یافتن ضریب نفوذ هر پیشرانۀ خصوصاً سوخت مورد نظر یعنی آمین آزید می توان حداقل شعاع انبارداری را محاسبه نمود.
در اینجا جهت بدست آوردن ضریب نفوذ سوخت مایع آمین آزید در هوا، دستگاهها و روشهای ضریب نفوذ در حالت گازی بایستی به کار گرفته شوند تا بتوان ضریب نفوذ را بدست آورد. در تمامی مقالات و مراجع علمی مهندسی شیمی، مهندسی مکانیک و ابزار دقیق تعداد روشهای ضریب نفوذ در حالت گازی (چه مایع در گاز، یا جامد در گاز ویا گاز در گاز) در حدود20 تا 25 روش می باشد که می توان به مهمترین آنها از جمله: روش کروماتوگرافی گازی ، روش دو حبابی(دوبالنی)، روش تداخل سنجی هالوگرافیکی(تمام نگاری) و .... اشاره کرد. شایان ذکر است که روند نفوذ مایع در گاز و جامد در گاز دقیقاً مانند گاز در گاز می باشند چون حالات مایع و جامد باید به صورت گاز یا بخار در بیایند تا داخل توده هوا یا گاز نفوذ کنند. به همین دلیل دستگاه ها و روشهای ضریب نفوذ آنها یکی است و تنها در تئوری آنها فرق می باشد.
از بین روشها و با توجه به امکانات موجود در مرکز تحقیقات شیمی و مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر روش استفان- ماکسول(لولۀ تبخیری) انتخاب گردید. تکنیک استفان- ماکسول تکنیک بسیار ساده، و مبنای آن براساس نرخ تبخیر سیال در هوا می باشد. سرعت نفوذ در این روش ممکن است حتی نصف یک روز هم طول بکشد. صحت روش استفان- ماکسول به صورت مبهمی در مقالات گفته شده است که متاسفانه نمی توان آن را در محاسبات دخالت داد اما با این وجود خطا آن بیش از 5% گزارش شده است. در ابتدا جهت کالیبراسیون دستگاه ضروری است که از یک سیالی مانند آب مقطر که در مراجع ضرایب نفوذ آن در دماهای مختلف وجود دارد استفاده شود تا بتوان با اطمینان کامل به سراغ سوخت مایع مورد نظر رفت. نشتی مخزن سوختهای مایع خصوصاً آمین آزیدی ممکن است در دماهای مختلف اتفاق بیافتد به همین دلیل انتخاب این سیال کمک می کند که در چهار دمای مختلف فوق بتوان ضریب نفوذ این سوخت را محاسبه نمود. در آغاز آزمایش مهمترین کار، انتخاب لولۀ نفوذ یا لولۀ استفان- ماکسول می باشد که این عمل با تست مویینگی از سه قطر مختلفی از لوله ها انجام می شود. در این آزمایش جهت کمینه نگه داشتن ارتفاع صعود مویینگی می توان با افزایش قطر لوله آن را کاهش داد. به عبارتی دیگر سیال آزمایشی آب با کشش سطحی( 72) و سیال اصلی آمین آزید(با کشش سطحی 25) در لوله می توانند طبق نیروی چسبندگی و پیوستگی حالت تعقر پیدا و درون لوله صعود کنند که با افزایش قطر لوله این حالت تعدیل پیدا خواهد کرد. از طرفی با انتخاب قطر بالایی از لوله بایستی مراقب جریان همرفت بود. معذلک با برآیند خوبی ازاین دو پدیده و با توجه به مستندات علمی فوق، لولۀ انتخاب شده به قطرmm 32~ mm75/31 می باشد. مبنای آزمایش دراین تحقیق بصورت وزنی بوده و در هر3ساعت(3،6 و9 ساعت) نمونه از سیستم خارج نموده و توزین با ترازوی(gr0001/0) انجام میشود. اختلاف جرم بدست آمده( ) در هر 3 ساعت( ) با رابطۀ جرم حجمی به حجم کم شدۀ سیال( ) و به ارتفاع کم شده سیال( )تبدیل خواهد شد. در این فرآیند نفوذ، شار در جزء ساکن مد نظر است چون سرعت هوا بسیار کند در نظر گرفته شده است. بعد از یافتن ضریب نفوذ تجربی آمین آزید سعی میشود که با وجود اطلاعات بسیار محدود و اندک در مورد این ماده، آن را با معادلات تجربی مراجع تخمین زد تا بتوان مدل مناسبی برای مادۀ نشتی آمین آزیدی ارائه داد.
سپس برای تعیین شعاع انبارداری مخزن سوخت مورد نظر از معادلۀ توزیع غلظت یعنی قانون بقای جرم مادۀ سوختی استفاده میشود که با مفروضات خاصی به قانون دوم فیک تک بعدی تبدیل خواهد گشت. حل این معادله دیفرانسیلی پاره ای یک بعدی شعاع انبارداری مخزن را نتیجه می دهد. با حل معادله دیفرانسیلی می توان دریافت که بعد از نشت سوخت مایع آمین آزیدی هر نقطۀ که گرادیان غلظت آن صفر شود آن نقطه حداقل شعاع انبارداری مخزن آمین آزیدی جهت حصار کشی خواهد بود و طبیعتاً این نتیجه حاصل می شود که کاربر آن سوخت در واحد از نظر ایمنی مشکلی نخواهد داشت.
در این مطالعه هدف یافتن ضریب نفوذ سوخت جدیدی آمین آزید در هوا و پس از آن محاسبۀ شعاع انبارداری مخزن آن است.
در فصل 1 این تحقیق به اهمیت ضریب نفوذ در انبارداری مخازن سوختهای مایع پرداخته میشود که شامل پارامترهای موثر بر ذخیره¬سازی پیشرانه¬های مایع می باشد.
در فصل 2 به برخی از معادلات مربوط به تعیین ضریب نفوذ ملکولی در گازها در فشار پایین، به همراه خطاهای آنها اشاره شده است.
در فصل 3 دستگاه ها و روشهای ضریب نفوذ در حالت گازی به همراه خطاهای آنها شرح داده شده است.
در فصل 4 نحوه انجام آزمایشات و محاسبات و هم چنین معرفی فرمولها و رابطه های این آزمایش از قبیل رابطه شار و تابع کلی برای ضریب نفوذ و معادلۀ توزیع غلظت جهت یافتن شعاع انبارداری، آورده شده است. روش ارائه شده برای اندازه گیری ضریب نفوذ مایع(آب و آمین آزید) در گاز در فشار یک اتمسفر و در دماهای
(K1/289=C˚15/95)، (K2/298=C˚05/25)، (K6/312=C˚45/39) و (K2/333=C˚05/60) انجام شده است.
در فصل 5 انجام محاسبات برای هر دو سیال و نتایج بدست آمده مورد بررسی قرار گرفته و در فصل 6 اختصاص به نتیجه گیری و پیشنهادات دارد.