دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد:طراحی سیستم کنترل برای راکتور بستر سیال تولید پلی اتیل

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته شیمی

گرایش :شبیه سازی و کنترل فرآیند

عنوان : طراحی سیستم کنترل برای راکتور 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 راکتور 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 سبک خطی توسط تکنولوژی Spherilene. 12

3-1- آماده سازی کاتالیست. 13

3-2- راکتور پیش تماس. 16

3-3- راکتورهای پیش پلیمریزاسیون. 18

3-4- راکتورهای پلیمریزاسیون در فاز گاز    19

3-5- بازیافت مونومر. 26

3-6- بخار زنی و خشک کردن 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 استفاده از روش ممان   38

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

4-4- تعیین ثوابت سینتیکی. 46

فصل پنجم: مدل سازی راکتورهای 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 مولکولی اتیلن و پلی اتیلن. 3

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

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

شکل 3-2- تجهیزات تزریق کاتالیست به راکتور پیش تماس. 16

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

شکل 3-4- راکتور پرپلیمریزاسون دوم و بخش مونومر ریکاوری. 21

شکل 3-5- راکتور فاز گازی اول. 23

شکل 3-6- راکتور 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 تفکیک 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 نشانه­های اختصاری

 

        توضیح                                                                                                   نشانه

 

سطح مقطعA
کسری از فلز که می تواند سایت فعال k تشکیل دهدAsf
غلظت کمک کاتالیست[A]
غلظت نسبی کاتالیستCcat
ظرفیت گرمای مخصوص مونومر iCPMi
ظرفیت گرمای مخصوص پلیمرCP,poly
دبی کاتالیست ورودیfcat
 کسر مولی مونومر ifi
ارتفاع بسترH
غلظت هیدروژن[H2]
ثابت سینتیکی واکنش اکتیواسیونKaA
ثابت سینتیکی واکنش آغاز زنجیرهK0
ثابت سینتیکی واکنش غیرفعالسازی خود به خودیKdsp
ثابت سینتیکی واکنش انتشار زنجیرهKp
وزن مولکولیMw
میانگین وزنی وزن مولکولی 
میانگین عددی وزن مولکولی 
غلظت فلز فعال (تیتانیوم)[Me]
غلظت مونومر[Mi]
غلظت کل مونومرها[MT]
غلظت سایت فعال خالیP0
دبی حجمی محصول خروجیq
سرعت کلی ذرات پلیمریزاسیونRp
غلظت سایت فعال پتانسیلیS
زمانt
دماT
سرعت ظاهری گازu0
ضریب انتقال حرارت مبدلU
حجم

 

حروف یونانی

 

V
گرمای واکنشΔHrxn
تخلخلε
صفرمین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر زندهλ0
اولین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر زندهλ1
دومین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر زندهλ2
صفرمین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر بالکξ0
اولین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر بالکξ1
دومین ممان از توزیع طول زنجیره از زنجیر کوپلیمر بالکξ2
دانسیته

ترکیب کومولتیو کوپلیمر

 

زیروندها

 

ρ

φ

 

پارامتر راکتور اول1
پارامتر راکتور دوم2
خواص کاتالیستcat
پارامتر مبدل حرارتیex
شماره ی مونومرi
شرایط ورودیin
نوع سایت فعالk
خواص پلیمرpoly
مقدار مرجعref
خواص آبw

 

 

فصل اول

        مقدمه

 1- معرفی پلی اتیلن

پلی اتیلن یا پلی اتن یکی 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. مولکول اتیلن C2H4 (دارای یک بند دو گانه C=C ) است. در فرایند پلیمریزاسیون بند دوگانه هر یک از مونومرها شکسته شده و بجای آن پیوند ساده ای بین اتم های کربن مونومرها ایجاد می شود و محصول ایجاد شد ه یک درشت مولکول است. پلی اتیلن ماده ای جامد، بدون بو، مومی، نیمه شفاف و غیرفعال است که معمولاً به صورت گرانول تولید می گردد. بنابراین پلی اتیلن می تواند به طیف گسترده ای از مشتقات اتیلن تبدیل گردد . پلی اتیلن یکی 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 پکما سنتز شد. او در سال ۱۸۹۸، هنگام حرارت دادن دی آزومتان، ترکیب مومی شکل و سفیدی را سنتز کرد که بعدها پلی اتیلن نام گرفت ]2[.

اولین روش سنتز صنعتی، توسط اریک 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 واکنش، وجود ناخالصی های اکسیژن دار در دستگاه های مورد استفاده بود که به عنوان ماده آغازگر پلیمریزاسیون عمل کرده بود. در سال ۱۹۳۵، مایکل پرین این روش را توسعه داد و تحت فشار بالا، پلی اتیلن را سنتز کرد که 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 که تولید پلیمرها، امروزه به صورت صنعت عظیمی درآمده است ]3[.

شکل 1-1. ساختمان مولکولی اتیلن و پلی اتیلن

  • انواع پلی اتیلن

پلی اتیلن ها خانواد ه ای از رزین ها می باشند که از طریق پلیمریزاسیون گاز اتیلن ( C2H4 ) بدست می آیند. پلی اتیلن شامل ساختار بسیار ساده ای است، به طوری که ساده تر از تما م پلیمرهای تجاری می باشد. یک مولکول پلی اتیلن زنجیر بلندی از اتم های کربن است که به هر اتم کربن دو اتم هیدروژن چسبیده است . گاهی اوقات به جای اتم های هیدروژن در مولکول (پلی اتیلن)، یک زنجیر بلند از اتیلن به اتم های کربن متصل می شود که به آنها پلی اتیلن شاخه ای یا پلی اتیلن سبک ( LDPE ) می گویند، چون وزن مخصوص آن به علت اشغال حجم بیشتر، کاهش یافته است. در این نوع پلی اتیلن مولکول های اتیلن به شکل تصادفی به یکدیگر متصل می شوند و ساختار ملکولی بسیار نامنظمی را ایجاد می کنند. وزن مخصوص آن بین910/0 تا 925/0 است و تحت فشار و دمای بالا و اغلب با استفاده از پلیمریزاسیون رادیکال آزاد وینیلی تولید می شود . البته برای تهیه آن می توان از پلیمریزاسیون زیگلر- ناتا نیز استفاده کرد ]4[.

وقتی هیچ شاخه ای در مولکول 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 ملکولی این پلیمر بسیار کریستالی است . پلی اتیلن خطی محصو لی با وزن مولکولی 200000 – 500000 است که آن را تحت فشار و دماهای نسبتاً پایین پلیمریزه می کنند. وزن مخصوص آن بین 941/0 تا 965/0 است و آن را بیشتر به وسیله ی  فرآیند مشکلی که پلیمریزاسیون زیگلر – ناتا نامیده می شود، تهیه می کنند. نوعی از پلی اتیلن نیز وجود دارد که 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 مولکولی بین 3 تا 6 میلیون را پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا یا UHMWPE می نامند و با پلیمریزاسیون کاتالیست متالوسن تولید می کنند. ماده ی مذکور از فرآیندپذیری دشوارتری برخوردار بوده ولی خواص آن عالی است . هنگامی که از طریق تشعشع یا استفاده از مواد افزودنی شیمیایی، این پلیمر تماماً شبکه ای شود، پلی اتیلن یاد شده دیگر گرما نرم نخواهد بود . این ماده با پخت حین قالبگیر ی یا بعد از آن یک گرما سخت واقعی با استحکام کششی، خواص الکتریکی و استحکام ضربه ای خوب در دامنه ی وسیعی از دما خواهد بود . از این ماد ه برای ساخت الیاف بسیار قوی استفاد ه می کنند تا جایگزین کولار (نوعی پلی آمید) در جلیقه های ضد گلوله گردد، و همچنین صفحات بزرگ آن را می توان به جای زمین های اسکیت یخی استفاده کرد ]4[.

به وسیله‌ی کوپلیمریزاسیون مونومر اتیلن با یک مونومر آلکیل شاخه دار، کوپلیمری با شاخه های هیدروکربن کوتاه بدست می آید که آن را پلی اتیلن خطی با وزن مخصوص کم یا LLDPE می نامند و از آن اغلب برای ساخت محصولاتی همچون فیلم های پلاستیک استفاده می کنند. طبقه بندی پلی اتیلن ها بر اساس دانسیته آنها صورت می گیرد که 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 مولکولی در زنجیرها بالا و استحکام کششی آن بیشتر از بقیه پلی اتیلن ها است. شرایط واکنش و نوع کاتالیزور مورد استفاده در تولید پلی اتیلن HDPE موثر است. برای تولید پلی اتیلن بدون شاخه معمولاً از روش پلیمریزاسیون با کاتالیزور 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 یکدیگر پیوند برقرارکنند و دارای نیروی بین مولکولی ضعیف و استحکام کششی کمتری است . این نوع پلی اتیلن معمولا با روش پلیمریزاسیون رادیکالی تولید می شود. از خصوصیات این پلیمر، انعطاف پذیری و امکان تجزیه بوسیله میکروارگانیسم ها است.

 

پلی اتیلن خطی با دانسیته پایین (LLDPE) :

این نوع پلی اتیلن یک پلیمر خطی با تعدادی شاخه های کوتاه است و معمولاً از کوپلیمریزاسیون اتیلن با آلکن های بلندزنجیر ایجاد می شود ]5[.

تعداد صفحه :122

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

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.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید