تحقیق در مورد هیدروژن و پیل سوختی

اختصاصی از یاری فایل تحقیق در مورد هیدروژن و پیل سوختی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه37

هیدروژن و پیل سوختی

مقدمه

مصرف گسترده و کلان انرژی حاصل ازسوختهای فسیلی اگرچه رشد سریع اقتصادی جوامع مدرن صنعتی را به همراه داشته است اما بواسطه نشر آلاینده های حاصل از احتراق و افزایش غلظت گاز کربنیک در اتمسفر  و پیامدهای آن، جهان را با تغییرات برگشت ناپذیر و تهدید آمیزی مواجه ساخته است. افزایش دمای کره زمین، تغییرات آب و هوایی، بالا آمدن سطح آب دریاها و نهایتا تشدید منازعات بین المللی از جمله این پیامدها محسوب می شوند. از دیگر سوی اتمام قریب الوقوع  منابع فسیلی و پیش بینی افزایش قیمتها  بیش از  پیش بر اهمیت و لزوم جایگزین سیستم انرژی فعلی تاکید دارد.

مجموعه انرژیهای تجدید پذیر روز به روز سهم بیشتری در سیستم تامین انرژی جهان بعهده می گیرند. این منابع امکان پاسخگویی همزمان به هر دو مشکل اساسی منابع فسیلی را نوید می دهند. انرژیهای تجدید پذیر بویژه برای کشورهای در حال توسعه از جاذبه بیشتری برخوردار است، لذا در برنامه ها و سیاستهای بین المللی از جمله در برنامه های سازمان ملل متحد در  راستای توسعه پایدار جهانی، نقش ویژه ای به منابع تجدید پذیر انرژی محول شده است اما سازگار کردن این منابع انرژی با  سیستم فعلی مصرف انرژی جهانی هنوز با مشکلاتی همراه است که بررسی و حل آنها حجم مهمی از تحقیقات علمی جهان را دردهه های اخیر به خود اختصاص داده است

تحقیق درموردتاریخچه پیل سوختی

اختصاصی از یاری فایل تحقیق درموردتاریخچه پیل سوختی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه12

فهرست مطالب

تاریخچه پیل سوختی

اگر چه پیل‌سوختی به تازگی به عنوان یکی از راهکارهای تولید انرژی الکتریکی مطرح شده است ولی تاریخچه آن به قرن نوزدهم و کار دانشمند انگلیسی سرویلیام گرو بر می‌گردد. او اولین پیل‌سوختی را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکترولیز آب، طی واکنش معکوس و در حضور کاتالیست پلاتین ساخت.

واژه "پیل‌سوختی" در سال 1889 توسط لودویک مند و چارلز لنجر به کار گرفته شد. آنها نوعی پیل‌سوختی که هوا و سوخت ذغال‌سنگ را مصرف می‌کرد، ساختند. تلاش‌های متعددی در اوایل قرن بیستم در جهت توسعه پیل‌سوختی انجام شد که به دلیل عدم درک علمی مسئله هیچ یک موفقیت آمیز نبود. علاقه به استفاده از پیل سوختی با کشف سوخت‌های فسیلی ارزان و رواج موتورهای بخار کمرنگ گردید.

فصلی دیگر از تاریخچه تحقیقات پیل‌سوختی توسط فرانسیس بیکن از دانشگاه کمبریج انجام شد. او در سال 1932 بر روی ماشین ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسیاری انجام داد. این اصلاحات شامل جایگزینی کاتالیست گرانقیمت پلاتین با نیکل و همچنین استفاده از هیدروکسیدپتاسیم قلیایی به جای اسید سولفوریک به دلیل مزیت عدم خورندگی آن می‌باشد. این اختراع که اولین پیل‌سوختی قلیایی بود، “Bacon Cell” نامیده شد. او 27 سال تحقیقات خود را ادامه داد تا توانست یک پیل‌سوختی کامل وکارا ارائه نماید. بیکون در سال 1959 پیل‌سوختی با توان 5 کیلووات را تولید نمود که می‌توانست نیروی محرکه یک دستگاه جوشکاری را تامین نماید.

تحقیقات جدید در این عرصه از اوایل دهه 60 میلادی با اوج گیری فعالیت‌های مربوط به تسخیر فضا توسط انسان آغاز شد. مرکز تحقیقات ناسا در پی تامین نیرو جهت پروازهای فضایی با سرنشین بود. ناسا پس از رد گزینه‌های موجود نظیر باتری (به علت سنگینی)، انرژی خورشیدی(به علت گران بودن) و انرژی هسته‌ای (به علت ریسک بالا) پیل‌سوختی را انتخاب نمود.

تحقیقات در این زمینه به ساخت پیل‌سوختی پلیمری توسط شرکت جنرال الکتریک منجر شد. ایالات متحده فن‌آوری پیل سوختی را در برنامه فضایی Gemini استفاده نمود که اولین کاربرد تجاری پیل‌سوختی بود.

پرت و ویتنی دو سازنده موتور هواپیما پیل‌سوختی قلیایی بیکن را به منظور کاهش وزن و افزایش طول عمر اصلاح نموده و آن را در برنامه فضایی آپولو به کار بردند. در هر دو پروژه پیل‌سوختی بعنوان منبع انرژی الکتریکی برای فضاپیما استفاده شدند. اما در پروژه آپولو پیل‌های سوختی برای فضانوردان آب آشامیدنی نیز تولید می‌کرد. پس از کاربرد پیل‌های سوختی در این پروژه‌ها، دولت‌ها و شرکت‌ها به این فن‌آوری جدید به عنوان منبع مناسبی برای تولید انرژی پاک در آینده توجه روزافزونی نشان دادند.

از سال 1970 فنآوری پیل‌سوختی برای سیستم‌های زمینی توسعه یافت. تحریم نفتی از سال1973-1979 موجب تشدید تلاش دولتمردان امریکا و محققین در توسعه این فن‌آوری به جهت قطع وابستگی به واردات نفتی گشت.

پروژه گازهای سوختی L.P.G

اختصاصی از یاری فایل پروژه گازهای سوختی L.P.G دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

موضوع :

پروژه گازهای سوختی L.P.G 

( فایل word قابل ویرایش )

چکیده :‌

به دلیل هدر رفتن گازهای سوختی در پالایشگاهای کشور و امکان بدست آوردن گاز مایع (L.P.G)ازآنها از یک طرف و اهمیت تولید گاز مایع جهت صادرات و افزایش در آمد کشور از طرف دیگر، احداث واحد تولید گاز مایع توسط شرکت ملی پخش و پالایش ایران ،‌مد نظر می باشد . 

امروزه با پیشرفت کامپیوتر و بوجود آمدن نرم افزارهای مختلف می توان رفتار سیستم های شیمیایی را با دقت قابل قبول مورد مطالعه قرار داد و از صرف هزینه های هنگفت در مقیاس نیمه صنعتی (Pilot)وصنعتی پرهیز نمود.به عبارت دیگر سیستم را شبیه سازی کرد و از نتایج آن در طراحی بهینه سود جست . 

شبیه سازی به منظور بررسی تاثیر متغیرهای مختلف بر روی سیستم عملیاتی صورت می گیرد که مهمترین هدف آن پیش بینی عملکرد وکنترل واحد و کاهش هزینه های عملیاتی می باشد . هر چه این مدل ارائه شده دقیق تر باشد واقعیتها بهتر پیش بینی می گردد . 

بدین منظور شبیه سازی دستگاههای عملیاتی مختلف مانند : 

- برجها 

- کمپرسورها 

- مبدل ها و مخازن تبخیر ناگهانی نیز ضروری می باشد . 

در این شبیه سازی از معادله SRK استفاده شده است که می تواند رفتار ترمودینامیکی در فرایند تولید گاز مایع را بخوبی مدل نماید . 

پارامترهای اصلی در این فرآیند عبارتند از :‌

- فشار خروجی از مرحله دوم کمپرسور 

- دمای خروجی از مبدل آبی واحد کمپرسورها 

- فشار کندانسور برج اتان زدا 

- فشار کندانسور برج بوتان زدا 

- فشار پوسته سرد کننده های سکیل تبرید . 

جهت کاهش هزینه های عملیاتی و صرفه جوئی در مصرف انرژی کل واحد ، مطالعاتی نیز جهت بهینه سازی شرایط عملکرد برجهای تفکیک و کمپرسورها انجام شده و نتایج آن نیز ارائه گردیده است . 

واژه های کلیدی :‌

- طراحی 

- شبیه سازی 

- بهینه سازی 

- گاز مایع (L.P.G)

- برج تقطیر 

- مبدل آبی 

- کولر هوایی 

- سرد کننده (Chilller) 

- جوش آور (Reboiler) 

- کندانسور 

 

فهرست مطالب

 

چکیده 1

مقدمه 7

فصل اول :‌مروری بر مطالعات انجام گرفته و بررسی خواص L.P.G و فرآیندهای تولید آن 10

1-1) تعریف L.P.G 11

1-2) خواص فیزیکی و شیمیایی L.P.G 12

1-2-1) خواص فیزیکی L.P.G 12

- جرم حجمی L.P.G 15

- فشاربخار L.P.G 16

- رفتار گاز L.P.G 18

- نقطه شبنم L.P.G 19

- تبخیر و جداسازی ترکیبات 20

- تشکیل یخ 21

1-2-2) ترکیب شیمیایی L.P.G 22

ناخالصیهای L.P.G 22

1-3) منابع تولید L.P.G 25

1-3-1) روشهای تولید L.P.G از گاز طبیعی 25

- شرح فرآیند جذب 26

- شرح فرآیند متراکم کردن 29

- شرح فرآیند جذب سطحی 30

1-3-2) تولید گاز مایع از فرآیندهای انجام شده نفت خام در پالایشگاه ها 33

1-3-3) شیرین سازی L.P.G 35

1-3-4) خشک کردن L.P.G 35

1-4) روند تغییرات تولید L.P.G خاورمیانه تا سال 2000 میلادی 36

1-4-1) تصویر محلی تولید 37

1-4-2) انگیزه افزایش تولید L.P.G 39

1-5) حمل و نقل L.P.G 39

1-6) مشخصات و استانداردهای L.P.G 40

1-7) روشهای نگهداری گاز مایع 41

1-8) فرآیند تولید L.P.G 42

فصل دوم :‌طراحی فرآیند شیمیایی به کمک کامپیوتر 55

2-1) طراحی فرآیند های شیمیایی به کمک کامپیوتر 56

2-2) نحوه استفاده از نرم افزار کامپیوتریPROII 57

2-2-1) داده های مورد نیاز در طراحی برج با روش RIGOROUS 66

2-2-2) داده های مورد نیاز در طراحی با روش SHORT CUT 68

فصل سوم – شبیه سازی واحد تولید گاز مایع (L.P.G) 71

3-1) شبیه سازی و اهداف آن 72

3-1-1) روشهای حل معادلات 75

- روش مدولهای متوالی 75

- روش مدولهای همزمان 76

- روش متکی به معادلات 77

3-1-2) معماری شبیه سازهای فرآیند 77

3-1-3) ترمودینامیک در شبیه سازها 80

3-2) انتخاب روش حل مناسب و نحوه نوشتن برنامه 81

3-2-1) انتخاب روش ترمودینامیکی 82

3-2-2) شبیه سازی کمپرسورها و مخازن تبخیر ناگهانی 90

3-2-3) شبیه سازی برجهای تقطیر به روش SHORT CUT 98

3-2-4) شبیه سازی برج اتان زدا به روش RIGOROUS 99

3-2-5) شبیه سازی برج بوتان زدا به روش RIGOROUS 100

3-2-6) شبیه سازی برج پروپان زدا به روش RIGOROUS 101

3-2-7) طراحی هیدرولیکی برجها 102

3-2-8) خلاصه نتایج حاصله و ارائه دیاگرام مربوطه 108

3-2-9) شبیه سازی سیکل تبرید 111

فصل چهارم – بهینه سازی واحد تولید گاز مایع 118

4-1) بهینه سازی و اهداف آن 119

4-2) بهینه سازی برجهای تقطیر 120

4-2-1) ارائه یک روش گرافیکی برای برجهای تقطیر 121

4-2-2) بهینه سازی محل ورود خوراک به برجهای تقطیر 130

4-3) بررسی توالی برجهای واحد تولید L.P.G 135

4-4) بهینه سازی فشار میانی (مرحله دوم) کمپرسور 137

4-5) محاسبه میزان کاهش مصرف پروپان به عنوان مبرد 147

4-6) بهینه سازی واحد کمپرسورهای سیکل تبرید 148

فصل پنجم – بحث و نتیجه گیری و بررسی پارامترهای اصلی فرآیند 150

5-1) بررسی پارامترهای اصلی و حساس در فرآیند تولید L.P.G 151

5-2) بررسی نتایج حاصل از شبیه سازی و بهینه سازی 154

ABSTRACT 162

مراجع 164

تعداد صفحات :167

دانلود مقاله پیل های سوختی برای تولید برق

اختصاصی از یاری فایل دانلود مقاله پیل های سوختی برای تولید برق دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

امروزه برای تولید انرژی الکتریکی که در خانه ها و وسایل نقلیه استفاده می شود ناگزیر به استفاده از تکنولوژی های جدید برای صرفه جویی بیشتر در انرژی هستیم.یکی از روشهای تولید انرژی که امروزه مورد توجه قرار گرفته است استفاده از fuel cell یا پیل سوختی است که از جهات بازده بیشتر برای تولید انرژی:آلودگی کمتر محیط زیست وعمر طولانی که دارند:بسیار مطلوبتر ازسایروسایل تبدیل انرژی مثل توربین گازی:موتور بنزینی وباتری هستند. پیل سوختی را میتوان وسیله ای دوستدار محیط زیست نامید :چرا که باتوجه به واکنشی که در آن روی میدهد: تنها چیزی که از خود به جای می گذارد آب است( وقتی که سوخت آن هیدروژن باشد).اگر چه هیدروژن خالص یک سوخت عالی برای پیل سوختی است : اما تهیه :ذخیره سازی وتوزیع چنین سوختی به عنوان یک مسئله مطرح می شود. به عنوان یک راه حل عملی : پیشنهادمیشود:هیدروژنی که در پیل سوختی به کار می رود از واکنش رفرمینگ سوختهای در دسترس مثل متانول :گاز طبیعی :بنزین وگازوئیل تهیه شود.رفرمینگ بخار (SR) : اکسیداسیون جزئی (POX) ورفرمینگ Auto thermal (ATR) سه فرایند اصلی رفرمینگ برای تولید هیدروژن هستند.
یکی از مسایل مهمی که در پیل سوختی وجود دارد :خلوص هیدروژن است . حتی مقدارکمیCO در داخل هیدروژن (مثلا"بیشتر از 10ppm ) شدیدا" باعث تخریب کاتالیست موجود در پیل سوختی می شود. یکی از روشهایی که می توان به وسیلهء آن COای که در گاز سنتزی ریفرمر تولید می شود را از بین برد :واکنش WGS است که با تبدیل CO به CO2 و H2 به خلوص بیشتر هیدروژن کمک می کند . واکنش WGS به صورت زیر انجام می شود:
CO2 + H2O CO + H2

از طرفی واکنش WGS بازگشت پذیر و گرماده است که هر دوی این موارد نامطلوب است . چون در دمای بالا واکنش به سمت تولید CO بر می گردد.به همین دلیل راکتورهای پر شدهء قدیمی که برای این واکنش در نظر گرفته می شوند: بسیار بزرگ وسنگین بودند. گونهء جدیدی از راکتورها که برای این منظور به کار می روند : راکتورهای با غشای سرامیکی هستند که می توانند میزان انجام واکنش را تا حد زیادی افزایش دهند ومحصول CO2 و H2 را به صورت جداگانه تحویل می دهند.
با توجه به واکنش WGS: برای پیشرفت واکنش به سمت تولید CO2 و H2می توان COرا به صورتی پیوسته از محیط واکنش خارج کرد:به عبارت دیگر می توان CO2 را بوسیلهء نوعی جاذب که در محیط واکنش قرار می گیرد: جذب کرد ودر نتیجه واکنش به سمت تولید بیشتر CO2وH2 پیش می رود و در واقع درجه ء تبدیل CO بهCO2 افزایش می یابد.بدین منظور طرحهایی بررسی شده است که در زیر به آنها اشاره می کنیم :طرح 1 جذب افزایشی WGS در راکتور پر شده وطرح 2 : شامل جذب افزایشیWGS در راکتور غشایی.در طرح 1جاذب CO2( hydrotalcite)را با کاتالیست واکنش WGS( Cu/Zno ) در یک بستر پرشده مخلوط کرده و اجازه داده ایم تا عملیات انجام شود.در طرح 2 راکتور غشایی که غشا آن از نوع سل ژل است و نسبت به CO2و H2 انتخابگری دارد استفاده شد.جاذبی که برای جداسازی CO2 به کار میرود :در قسمت تراوای غشا قرار می گیرد.بنابراین هر دو محصول واکنش می توانند به وسیلهء غشا جدا شوند .در ضمن جذب CO2در قسمت تراوا می تواند درصد خلوص H2 را نیزافزایش دهد.

Hydrotalcite یک ماده جاذب خوب با بازگشت پذیری زیاد CO2 است که طبق آزمایشات انجام شده حتی بخار آب روی بازگشت پذیری آن تاثیری ندارد.فرمول شیمیایی آن به وسیلهء XRDکه روی آن انجام شد.
Mg0.645Al0.355(OH)2(CO3)0.178 0.105 (H2O) بدست آمد.
بنابراین وجود غشا در راکتور غشائی از مخلوط شدن واکنشگرها با محصولات واکنش جلوگیری می‌کند و همچنین وجود جاذب Hydrotalcite باعث افزایش جذب دی اکسید کربن و در نتیجه افزایش درصد خلوص هیدروژن می‌شود.

مقدمه
امروزه برای تولید انرژی الکتریکی که در خانه‌ها و وسایل نقلیه استفاده می‌شود، ناگزیر به استفاده از تکنولوژیهای جدید برای صرفه‌جویی بیشتر در انرژی هستیم. یکی از روشهای تولید انرژی که امروزه مورد توجه قرار گرفته است استفاده از fuel cell یا پیل سوختی است. پیل سوختی یک وسیله تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی است.
یک پیل سوختی هیدروژن و اکسیژن را تبدیل به آب کرده و در طی این پروسه الکتریسیته تولید می‌کند. یکی از وسیله‌هایی که تا حد زیادی شبیه به پیل سوختی عمل می‌کند، باتری است. اما یک باتری با مصرف مواد شیمیایی ذخیره شده درونی‌اش و تبدیل آنها به انرژی الکتریکی سرانجام از بین رفته و تمام می‌شود و باید دور انداخته شود و یا دوباره شارژ شود.در یک پیل سوختی مواد شیمیایی دائماً درون سل‌های آن جریان دارد, بنابراین مادامی که جریان مواد شیمیایی درون سلها ادامه دارد , Fuel cell از کار نمی‌افتد و جریان الکتریسته ایجاد می‌کند.
پیلهای سوختی از جهات بازده بیشتر برای تولید انرژی ، آلودگی کمتر محیط زیست و عمر طولانی‌ای که دارند بسیار مطلوب‌تر از سایر وسایل تبدیل انرژی مثل توربین گازی، موتور‌بنزینی و باتری هستند. پیل سوختی را می‌توان وسیله‌ای دوست‌دار محیط زیست نامید چرا که با توجه به واکنشی که در آن روی می‌دهد تنها چیزی که از خود به جای می‌گذارد آّب است (وقتی که سوخت آن هیدروژن است).
فرآیند شیمیایی که در پیل سوختی روی می‌دهد به صورت زیر است:
: آند
: کاتد
: واکنش کلی
این واکنش‌ روی کاتالیست انجام می‌شود تا واکنش هیدروژن و اکسیژن تسهیل گردد. این کاتالیست معمولا از پودر پلاتین که به صورت خیلی نازک روی ورقه‌ای از کربن پوشیده شده ساخته می‌شود سطح کاتالیست باید زبر و متخلخل باشد تا حداکثر سطح تماس را برای ما ایجاد کند.
اکسیژنی که در یک پیل سوختی بکار می‌رود به راحتی از هوا تأمین می‌شود اما اگر چه هیدروژن خالص یک سوخت عالی برای پیل سوختی است اما تهیه ذخیره سازی و توزیع چنین سوختی به عنوان یک مسئله مطرح می‌شود .
به عنوان یک راه‌ حل عملی، پیشنهاد می‌شود ، هیدروژنی که در پیل سوختی به کار می‌رود از واکنش رفرمینگ سوختهای در دسترس مثل متانول، گاز طبیعی، بنزین و گازوئیل تهیه شود.
رفرمنیگ بخار (SR) ، اکسیداسیون جزئی (POX) و رفرمینگAuto Thermal(ATR) به فرایند اصلی رفرمینگ برای تولید هیدروژن هستند. در SR بخار با هیدروکربن روی کاتالیست واکنش داده و را تولید می‌کند. این واکنش بسیار گرماگیر است و در دمای همراه با تولید مقدار زیادی گرما انجام می شود. رفرمینگ ATR هر دو واکنش بالا را با هم انجام می‌دهد و خوراک آن مخلوطی از هیدروکربن، آب و هواست که همزمان با هم وارد راکتور می‌شوند. واکنش SR گرمایی که در واکنش POX تولید می‌شود را مصرف می‌کند به طوریکه واکنش کلی کمی گرما زا است.
جدول 1- ترکیب درصد syn gas مربوط به SR , ATR

ATR

SR
یکی دیگر از مسائلی که در پیل سوختی وجود دارد، خلوص هیدروژن است. حتی مقدار کمی از CO در داخل هیدروژن مثلا بیشتر از ppm 10 شدیداً باعث تخریب کاتالیست موجود در پیل سوختی می‌شود و این خود باعث پایین آمدن بازده پیل سوختی می‌شود. یکی از روشهایی که می‌توان به وسیله آن CO ای که در گاز سنتزی ریفرمر تولید می‌شود را از بین برد، واکنش WGS است که با تبدیل CO به به خلوص بیشتر هیدروژن کمک می‌کند. واکنش WGS به صورت زیر انجام می‌شود.

از طرفی واکنش WGS بازگشت پذیر و گرماده است که هر دوی این موارد برای ما نامطلوب است , چون در دمای بالا واکنش به سمت تولید CO بر می‌گردد. راکتورهای پرشده قدیمی که برای این واکنش در نظر گرفته می‌شدند, بسیار بزرگ و سنگین بودند و همچنین بازده مطلوبی نداشتند. گونه جدیدی از راکتورها که برای این منظور به کار می‌روند، راکتورهای با غشای سرامیکی هستند که می‌توانند میزان انجام واکنش را تاحد زیادی افزایش دهند و محصول را به صورت جداگانه به ما تحویل دهند. تحقیقات نشان داده شده است که با استفاده از این نوع راکتورها تبدیل CO تا % 100 افزایش می‌یابد.

فصل اول

غشاء
کاربردهای بسیار زیاد غشاء، جایگاه مهمی در تکنولوژی شیمیایی پیدا کرده است، قدرت غشاء درکنترل میزان نفوذ گونه‌های شیمیایی از بین غشاء، خاصیت کلیدی آن به شمار می‌رود. در فرآیند‌های جداسازی، هدف، اجازه دادن به جزئی از یک مخلوط برای نفوذ آزادانه داخل غشاء است واین در حالی است که غشاء از عبور اجزاء دیگر جلوگیری می‌کند.
تاریخچه غشاء
تحقیقاتی که به صورت جدی روی غشاء انجام شد، توسط دانشمندان قرن 18 صورت گرفت به عنوان مثال Abbe Nolet در سال 1748 واژه اسمز را برای نفوذ آب از بین یک دیافراگم به کاربرد. غشاها در بین قرنهای نوزدهم و بیستم کاربرد صنعتی یا تجاری نداشتند و تنها به عنوان تجهیزات آزمایشگاهی و برای انجام تئوری‌های فیزیکی/ شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گرفتند. به عنوان مثال برای اندازه‌گیری فشار اسمزی محلول، در سال 1887 غشایی توسط Trauble & Pfeffer ساختند که با قانون وانت‌هوف (van’t Hoff ) کار می‌کرد و رفتار محلولهای خالص ایده‌آل را توضیح می‌داد. به عبارت دیگر این عملیات مستقیما به قانون وانت‌هوف منجر شد.
در همان زمان، نظریه غشای نیمه تراوای انتخابگر به وسیله ماکسول و دیگران (Maxwell & others) به منظور توسعه تئوری جنبشی گازها ارائه شد. محققین غشاهای نخستین، انواع دیافراگمهایی که در اختیار داشتند مثل مثانه خوک، گاو یا ماهی، و روکش سوسیهایی که از دل و روده حیوانات ساخته می‌شد را مورد آزمایش قرار دادند. بعدها غشاهای ساخته شده از کلودین (نیتروسلولز) (collodion) به دلیل اینکه به صورت تکثیری ساخته می‌شدند مورد توجه قرار گرفتند. بچهولد (Bechhold) در سال 1907 شیوه‌ای برای تهیه غشاهای نیتروسلولزی با اندازه‌های درجه بندی شده‌ای برای منافذ ابداع کرد که باتست حباب انجام می‌شد . و دیگران به خصوص الفورد (Elford) ، بچمن و زیگموندی (Bachmann & zsigmondy) و فری (Ferry) روش بچهولد را ادامه دادند. در طی 20 سال اخیر تکنولوژی تولید غشاهای micro filtration توسط پلیمرها مخصوصا استات سلولز گسترش پیدا کرده است. اولین کاربرد ویژه غشاها در آزمایش آب شرب در انتهای جنگ جهانی دوم بود. آب شرب برای استفاده در آلمان و قسمتهایی از اروپا که شکست خورده بودند تأمین می‌شد. و در آن زمان شدیدا به فیلترهایی برای آزمایش روی آب شرب نیاز بود.
محققین برای توسعه این فیلترها که به وسیله ارتش ایالات متحده مورد حمایت قرار می‌گرفت، تلاشهای زیادی را انجام دادند. ایالات متحده به اولین وبزرگترین تولید کننده غشاهای micro filtration در جهان فعالیت می‌کند. در 1960 اصول علم غشا توسعه پیدا کرده بود. اما غشاها تنها برای تعداد کمی از آزمایشگاهها و کاربردهای ویژه صنعتی کوچک مورد استفاده قرار می‌گرفتند. در آن زمان صنعت غشاهای ویژه وجود نداشت و فروش خالص‌نهایی غشاها برای همه کاربردهای صنعتی بیشتر از 20 میلیون دلار امریکا در سال 2003 نبود. در کاربرد غشاها در فرایندهای جداسازی چهار مشکل وجود دارد:
1- غیر قابل اطمینان بودن آنها
2- سرعت کم
3- گزینش پذیری کم
4- قیمت بالا
حل هر کدام از این مشکلات در طی 30 سال انجام شد. کشف اساسی که جداسازی غشایی را از یک کار آزمایشگاهی به یک فرایند صنعتی تبدیل کرد، فرایند لوب- سوریراژان
[Leob – Sourirajan] برای ساخت غشاهای اسمز معکوس anisotropic بدون نقص با شار بالا (high-flux) در سال 1960 بود. [5]
این غشاها شامل یک فیلم سطحی انتخابگر بسیار نازک برروی یک سطح ضخیم تر هستند و با داشتن منافذی در مقیاس micro ( ) بسیار نفوذ پذیر می‌باشند و می‌توانند نیروی مکانیکی را تامین ‌کنند. شاراولیه غشای اسمز معکوس که توسط لوب – سوریراژان ساخته شده بود 10 برابر بیشتر از غشایی بود که قبلا برای فرایند اسمز معکوس ساخته شده بود. کار لوب- سوریراژان و تحقیقات بسیاری از محققین و تقبل هزینه‌ها توسط وزارت داخلی امریکا و سازمان آبهای شور ((OSW) Office of Salive Water) به تجاری کردن فرایند اسمز معکوس انجامید و عامل مهمی در گسترش Ultra filtrtion وMicro filtration به شمار می‌رفت.
همچنین الکترودیالیز- به وسیله کمکهایی که از یافته‌های OSW گرفته شد- گسترش پیدا کرد. به طور همزمان با گسترش کاربردهای صنعتی غشاء، غشاها به طور مستقل برای فرایند‌های جداسازی در پزشکی به ویژه در ساخت کلیه مصنوعی گسترش پیدا کردند.
دبلیو. جی. کالف[W.J.Kolf] اولین موفقیت کلیه مصنوعی را در سال 1945 در نترلند Netherland)) نشان داد و تقریباً 20 سال برای تکنولوژی فیلتراسیون در مقیاس بزرگ زمان صرف شد، اما این تحقیقات در سال 1960 کامل شد. از آن به بعد، استفاده غشاء در عضوهای مصنوعی اقدام مهمی در نجات جان انسانها به شمار می‌رفت. بیش از 000/800 نفر که هم اکنون کلیه مصنوعی دارند بر این مهم صحه می‌گذارند و هر سال بیش از میلیونها نفر تحت عمل جراحی قلب باز- با روشی که امکان اکسیژن دادن به خون به وسیله غشاء را فراهم می‌کند.- قرار می‌گیرند.
در دوره سالهای 1960 تا 1980 تغییرات چشمگیری در وضعیت تکنولوژی غشاء به وجود آمد. فرایندهای شکل‌گیری انواع دیگر غشا بر مبنای اصول روش لوب- سوریراژان شامل پلیمریزاسیون interfacial و ریخته‌گری کامپوزیتهای چند لایه و پوشش دهی آنها، به منظور ساخت غشاهای با عملکرد بهتر، توسعه پیدا کرد. استفاده از این فرایندها، ساخت غشاهایی با لایه‌های انتخابگر selective layers)) به ضخامت یاکمتر – که هم اکنون توسط تعدادی از کمپانی‌ها تولید می‌شوند- را به دنبال داشت. در سال 1980، میکروفیلتراسیون (microfiltration) ، آلترافیلتراسیون (ultrafiltration) ، اسمز معکوس (reverse osmosis) و الکترودیالیز electro dialysis)) ، فرآیندهایی بودند که در بسیاری از واحدها در سراسر جهان انجام می‌شدند. تحول مهمی که در سال 1980 روی داد، ظهور غشاهای صنعتی درفرایندهای جداسازی گازها بود. اولین تحول بزرگی که در این زمینه انجام شد، غشایی بود که توسط مونسانتو پریسم Monsanto Prism]] در سال 1980 برای جداسازی هیدروژن ارائه شد. [7] در ظرف چند سال دو (Dow) سیستمهایی برای جداسازی نیتروژن از هوا تولید کرد و سینارا وسپارکس Cynara & Separex)) سیستمهایی برای جداسازی دی‌اکسید کربن از گاز طبیعی تولید کردند. تکنولوژی جداسازی گازها به سرعت رشد و گسترش پیدا کرد، علاوه بر اینکه رشد قابل توجهی در سالهای اخیر به چشم می‌خورد. آخرین پیشرفتها در سال 1980 به وسیله GFT که یک کمپانی کوچک مهندسی آلمانی بود انجام شد. در این کمپانی اولین سیستم Pervaporation تجاری برای هیدروژن زدایی الکلها به کار گرفته شد. بیش از 100 واحد هیدروژن زدایی Pervaporation برای ایزوپروپانول و اتانول هم اکنون در حال نصب هستند.

انواع غشاء:
در واقع غشاء چیزی جز یک فصل مشترک نازک منفصل نیست که نفوذ گونه‌های شیمیایی را که با آن ارتباط دارد، تعدیل و کنترل می‌کند. این فصل مشترک ممکن است از نظر مولکولی همگن باشد، به عبارت دیگر ساختار و ترکیبی کاملا یکنواخت داشته باشد و یا اینکه از نظر فیزیکی یا شیمیایی ناهمگن باشد به عنوان مثال داشتن سوراخها و منافذ با اندازه‌های محدود و معین و یا داشتن ساختار متفاوت در لایه‌ها. یک صافی نرمال با این توضیحات غشا نامیده می‌شود. براساس قرارداد، فیلترها معمولا برای جداسازی سوسپانسیونهای خاصی که ذرات آنها بزرگتر از 1 تا 10 میکرومتر هستند، استفاده می‌شوند مهمترین انواع غشاها به صورت شماتیکی در شکل زیر نشان داده شده‌اند و به صورت خلاصه توضیح داده شده‌اند:

غشاهای ایزوتروپیک:
Microporous Membrane -:‌
ساختار و عملکرد غشای microporous بسیار شبیه به فیلترهای معمولی است. آنها ساختاری انعطاف پذیر با فضایی زیاد دارند که منافذ به صورت تصادفی (randomly) توزیع شده‌اند. تفاوت اندازه منافذ این نوع غشاء با فیلترهای معمول در قطر بسیار کم آنها در حدود 0.01 تا 10 میکرومتر است. ذراتی که از بزرگترین منافذ غشاء، بزرگتر باشند نمی‌توانند از غشاء عبور کنند. ذراتی که از بزرگترین منافذ غشاء کوچکتر باشند و همچنین بزرگتر از کوچکترین منافذ غشاء باشند به صورت مختصری بر طبق توزیع سایز منافذ غشاء پذیرفته می‌شوند. ذراتی که بسیار کوچکتر از کوچکترین منافذ غشاء باشند، از بین غشاء عبور خواهند کرد. بنابراین جداسازی محلولها به وسیله غشاهای microporous اساسا تابعی از سایز مولکولها و توزیع سایز منافذ است. به طور کلی عملا تنها مولکولهایی که تفاوت قابل ملاحظه‌ای در سایز دارند، می‌توانند به وسیله غشاهای microporus جدا شوند. به عنوان مثال Ultra filtration,Microfiltatiopn.

Non porous,Dense Membeane:
Non porous,Dense Membeane، شامل یک فیلم فشرده تراواست که فرایند انتقال آن از طریق نفوذ با نیرو محرکه فشار، غلظت یا اختلاف پتانسیل الکتریکی است. جداسازی ترکیبات مختلف یک مخلوط مستقیما به نرخ انتقال آن از بین غشاء بستگی دارد و به وسیله انحلال پذیری آن جزء در مواد غشاء تعیین می‌شود. بنابراین غشای متراکم غیر متخلخل در صورتی می‌تواند اجزاء تراوا را با سایزهای مختلف جدا کند که انحلال پذیری اجزاء در غشا متفاوت باشد. بیشتر غشاهایی که در فرآیندهای جداسازی گازها، pervaporation و اسمز معکوس مورد استفاده قرار می‌گیرند. غشاهایی متراکم (Dense) هستند. این نوع غشاء معمولا برای داشتن شار بهتر ساختاری anisotropic دارند.

غشاهای با بار الکتریکی (Electrically Charged Mem brane):
غشاهای با بار الکتریکی می‌تواند microporous یا فشرده (dense) باشند اما معمولا بسیار دقیقتر از microporous ها هستند و دیواره‌های منفذ داری با یونهای ثابت بار دار مثبت یا منفی دارند.
جداسازی با غشاهای باردار، اساسا به وسیله جلوگیری از یونهایی با همان بار به عنوان یونهای ثابت ساختار غشاء و کوچکتر از اندازه منافذ انجام می‌شود.در این نوع غشا جداسازی متأثر از بار و غلظت یونها در محلول است. به عنوان مثال یونهای monovalent بسیار کمتر از یونهای divalent از عبور یونها جلوگیری می‌کنند. غشاهایی که به صورت الکتریکی باردار می‌شوند برای محلولهای الکترولیت در الکترودیالیز به کار می‌روند.

Anisotropic Membrane:
در این نوع غشاء میزان انتقال گونه‌ها از بین غشاء با عکس ضخامت غشاء متناسب است. میزان انتقال بالا در فرایندهای جداسازی، از لحاظ اقتصادی مورد توجه قرار می‌گیرد، بنابراین تا جائیکه مقدور باشد باید غشاء نازک باشد. تکنولوژی تولید فیلمهای معمولی در ساخت مقاومت مکانیکی فیلمهای بدون نقص با ضخامتی در حدود محدود می‌شود پیشرفت تکنولوژی ساخت غشاهای تازه برای تولید ساختار anisotropic غشاء یکی از بزرگترین پیشرفتهای علمی در زمینه غشاء در طی 30 سال گذشته بوده است. غشاهای anisotropic شامل یک لایه سطحی بسیار نازک هستند و روی سطحی که ضخامت بیشتری دارد، قرار می‌گیرند. لایه سطحی و زیر ساختار آن ممکن است در یک عملیات و یا عملیاتهای جداگانه‌ای شکل‌گیری شوند. در غشاهای کامپوزیت، لایه‌ها معمولا از پلیمرهای مختلفی ساخته می‌شوند و میزان تراوایی غشاء فقط با لایه سطحی تعیین می‌شود و زیر ساختار تنها به عنوان یک پایه عمل می‌کند.

Ceramic , metal & Lipuid Menbranes:
غشا از پلیمرهای آلی تشکیل شده و در حقیقت پایه بیشتر غشاهایی که از لحاظ تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند پلیمری است. هر چند در سالهای اخیر گرایش به غشاهایی که از مواد معمولی کمتری تشکیل شده‌اند، بیشتر شده است. غشاهای سرامیکی در گروه خاصی از غشاهای microporous دسته بندی می‌شوند ودر کاربردهایMicrofiltration و Ultrafiltration که مقاومت حلال و پایداری گرمایی مورد نیاز است، به کار می‌روند. غشاهای فلزی فشرده مخصوصا غشاهای پالادیوم برای جداسازی هیدروژن از مخلوط گازها مورد توجه قرار می‌گیرند و با فیلمهایی که برای انتقال راحت‌تر ایجاد می‌شوند، محافظت می‌شوند.
- خواص مواد:
غشاهای سرامیکی به صورت سنتزی ساخته می‌شوند و ترکیبی از فلزات (معمولا Ti , Zn , Al) و اکسید فلزات هستند. غشاهای غیرآلی پایداری دمایی وانحلال پذیری بالایی دارند. آنها شکلی چند کاناله با قطر و تخلخل متفاوت دارند. به طور کلی مواد سرامیکی از نظر شیمیایی، حرارتی و مکانیکی استحکام بسیار بالایی دارند و همچنین غالبا bioinert هستند، در نتیجه آنها موادی ایده‌آل برای بسیاری از کاربردها در صنایع شیمیایی و دارویی و یا فرایندهای آب و فاضلاب هستند. نقاط ضعف آنها غالبا در وزن بالا و قیمت بالای محصولات ترکیبات سرامیکی است. اگر چه معمولا مورد دوم با عمر بالا جبران می‌شود.

- هندسه بافت توخالی:
بهترین غشاها از بسیاری جهات دارای بافت توخالی (قطر بیرونی کمتر از ) و یامویرگی (قطر بیرونی بیشتر از ) هستند، که نسبت سطح به حجم بسیار بالایی دارند. استفاده از بافتهای توخالی یا مویرگی با سطح زیاد غشاء که در حجم کم و به صورت متراکم تولید می‌شوند، مدل می‌شود. در کابردهای پیوند مثل پیوند کلیه مصنوعی، غشاهای پلیمری با بافت توخالی( برای مثال برای mass-produced article ) استفاده می‌شود. هر چند غشاهای سرامیکی لوله‌ای که قطر آنها به طور قابل ملاحظه‌ای کمتر از است، کاربردهای بسیار زیادی دارند ولی هنوز در بازار موجود نیستند.

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله  64  صفحه

پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید

پیل سوختی اکسید جامد و نقش آن در افزایش کارایی سیستم های تولید توان

اختصاصی از یاری فایل پیل سوختی اکسید جامد و نقش آن در افزایش کارایی سیستم های تولید توان دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

مقاله تحت عنوان: پیل سوختی اکسید جامد و نقش آن در افزایش کارایی سیستم های تولید توان , برای رشته مکانیک در11 صفحه