در بخش اول این تحقیق نسبت به مطالعه، بررسی و مقایسه میزان حذف رنگهای بروموکروزول گرین، بروموتیمول بلو و اسید رد (mr) توسط نانو لوله کادمیم هیدروکسید تثبیت شده بر روی کربن فعال و کربن نانو لوله ی چند دیواره اکسید شده اقدام و اثر شرایط مختلف آزمایشگاهی نظیر ph محلول، ابعاد ذرات جاذب، اثر دما، اثر مقادیر کربن فعال و کربن نانو لوله چند لایه، غلظت اولیه رنگ، قدرت یونی واثر زمان هم زدن بر روی سینتیک و ترمودینامیک فرایند حذف و روی میزان حذف رنگ اقدام شد. اثر پارامتر های مختلف بر حذف رنگ بررسی و بهینه گردید و پارامترهای ترمودینامیکی مختلف مانندانرژی فعال سازی، انرژی آزاد گیبس، آنتروپی و آنتالپی ، پارامترهای سینیتیکی مدل های الویچ، نفوذ درون ذره ای، سینتیک شبه درجه اول و دوم، ایزوترم های جذبی مدل های لانگمویر، فرندلیچ، تمکین، دوبینین- رادوشکویچ و هارکینز- جورا برای جذب رنگ بروموکروزول گرین روی نانو لوله کادمیم هیدروکسید تثبیت شده شده بر روی کربن فعال و رنگهای بروموتیمول بلو و اسید رد (mr) بر روی مشتق کربوکسیلیک کربن نانو لوله چند لایه محاسبه شد. نتایج نشان می دهند جذب این رنگها گرماگیر و خود به خودی است, حذف بروموکروزول گرین بر روی نانو ذره کادمیم هیدروکسید از سینتیک درجه دوم و نفوذ درون ذره ای به عنوان مرحله محدود کننده سرعت و حذف رنگ بروموتیمول بلو بر روی کربن نانو لوله چند لایه از سینتیک درجه دوم، الویچ و نفوذ درون ذره ای به عنوان مرحله محدود کننده سرعت و همچنین حذف رنگ اسید رد (mr) بر روی نانو لوله ی کربنی اکسید شده از نفوذ درون ذره ای و سینتیک درجه دوم به عنوان مرحله محدود کننده سرعت تبعیت می کند. حذف بروموکروزول گرین، بروموتیمول بلو و اسید رد (mr)، به ترتیب بر روی کادمیم هیدروکسید تثبیت شده روی کربن فعال و کربن نانو لوله چند لایه از مدل ایزوترم جذبی لانگمویر تبعیت می کند.

در این پژوهش ابتدا مسئله سیالیت و فاکتورهای موثر در طراحی و بهره برداری از محفظه های احتراق سیال و سپس معادلات کلی بقاء و انتقال مومنتوم، حرارت، جرم و جمعیت برای سیستم های چندفازی گاز-جامد و مدل های مربوطه مثل مدل های ضریب درگ، تابع توزیع شعاعی و ضریب نفوذ انرژی ذره ای مورد بررسی قرار گرفته است. سپس پایلوت بستر سیال گاز- جامد برای احتراق زغال سنگ طراحی و ساخته و نصب شد. و مخلوطی از ذرات ذغال سنگ با اندازه ذرات و نسبت وزنی مختلف به بستر با دمای بالا تزریق و با سرعت های مختلف هوای ورودی پدیده احتراق در داخل بستر به مدت 10 دقیقه انجام و توزیع دما در طول مدت احتراق ثبت وسپس بستر به صورت ناگهانی سرد و نمونه برداری از بالا و پایین بستر انجام و نمونه ها توسط غربال آنالیز و نتیجه آزمایش ها با هم مقایسه شده است. سپس با استفاده از نرم افزار mfix که مخصوص محاسبات cfd در سیستم های گاز- جامد می باشد، معادلات کلی انتقال جرم، حرارت، مومنتم و معادلات pb، معادلات حالت و سینتیک سوختن زغال سنگ به روش عددی حل شده است. از طریق روش اویلر-اویلر هر گروه از اندازه ذرات جامد به عنوان یک فاز جامد تعریف و رفتار و خواص آنها در محفظه احتراق بستر سیال مطالعه شده است. در روش اویلر- اویلر یا چند سیالی، مجموعه ای از معادلات ناویر– استوکس برای هر کدام از فازهای مورد مطالعه (یک فاز گاز و چند فاز جامد) استفاده می شود. برای هر فاز یک دسته معادلات دیفرانسیل پاره ای شامل معادله ی پیوستگی، معادله ی سرعت، معادله ی دمای ذره ای، معادلات موازنه جمعیت برای گروه های اندازه مختلف جامد به همراه سایر معادلات بطور همزمان به روش عددی حل می شوند. بسته به اینکه چه نوع برهم کنش های بین فازی در این معادلات در نظر گرفته شوند، معادلات کمکی مورد نیاز تعریف و به کار گرفته می شوند. به منظور حل عددی مجموعه معادلات با استفاده از نرم افزار ابتدا ناحیه محاسباتی تعریف و سپس به روش حجم محدود به المان های با اندازه کوچک تقسیم و برای هر المان مجموعه معادلات حل و سپس با استفاده از پردازش گرهای مخصوص، تحلیل ها و محاسبات لازم انجام شده است. و در نهایت داده های آزمایشگاهی با نتایج مدل ارائه شده مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته است.

یک مدل شبکه عصبی مصنوعی و الگوریتم ژنتیک جهت پیش بینی روزانه و ماهیانه مصرف گاز طبیعی در استان کهگیلویه و بویر احمد استفاده شد. اطلاعات هواشناسی و مصرف گاز شهر یاسوج در مدت چهار سال(از سال 1385 تا سال 1388) جمع آوری و برای مدلسازی استفاده گردید. در مدل روزانه، متغیرهای درجه روز، رطوبت نسبی، میزان بارندگی، سرعت باد و مصرف گاز پنج روز قبل از روز پیش بینی، به عنوان ورودی های شبکه و متغیر میزان مصرف گاز طبیعی به عنوان خروجی شبکه در نظر گرفته شد. در مدل ماهیانه، متغیرهای درجه روز، میزان رطوبت نسبی، میزان بارندگی، سرعت باد و میزان مصرف گاز دو ماه قبل از ماه پیش بینی، به عنوان متغیرهای ورودی و مصرف گاز به عنوان خروجی مدل در نظر گرفته شد. این داده ها به دو دسته آموزش و تست تقسیم شدند و ساختارهای مختلف شبکه عصبی از لحاظ تعداد لایه ها و نرونهای لایه مخفی مورد بررسی قرار گرفت و بر اساس معیار میانگین مجذور خطا با هم مقایسه شدند. ساختاری با دو لایه پنهان، تعداد شش نرون در لایه پنهان اول و سه نرون در لایه پنهان دوم به عنوان ساختار بهینه برای مدل روزانه و ساختاری با دو لایه مخفی، تعداد هشت نرون در لایه مخفی اول و چهار نرون در لایه مخفی دوم به عنوان ساختار بهینه برای مدل ماهیانه انتخاب شد. با استفاده از الگوریتم ژنتیک، مقادیر وزن ها و بایاس های ساختار شبکه عصبی بهینه گردید. مدل روزانه می تواند مصرف گاز را با میانگین مجذور خطا و ضریب همبستگی به ترتیب 0.0037و0.986 پیش بینی کند. همچنین میانگین مجذور خطا و ضریب همبستگی مدل ماهیانه به ترتیب 0.0082و 0.970 می باشد. توافق خوب نتایج مدل شبکه عصبی با داده های واقعی مصرف گاز نشان می دهد که پیش بینی مصرف گاز طبیعی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی به خوبی انجام می گیرد.

جریان دو فازی پدیده جریان همزمان دو فاز سیال مختلف از میان یک مجرا می باشد. جریان دو فازی در بیشتر فرآیندهای تولیدی وجود دارد و به طور همزمان سیال های گوناگونی را می توان بکار برد، مثل آب-هوا، روغن-آب، ذرات کربن-بخار که عموماً فازهای گاز و مایع اجزای رایج این نوع جریان ها می باشند. جریان دوفازی گاز-مایع در لوله ها، بطور معمول در بسیاری از فرآیندهای صنعتی از قبیل چاه های نفت و خطوط لوله، رآکتورهای شیمیایی و هسته ای، تأسیسات تولید نفت کندانسورها و جوش آورها و ... مشاهده شده است. طراحی قابل اطمینان چنین سیستم هایی نیازمند دانش و درک کاملی از مکانیزم جریان دوفازی مثل توزیع فاز الگوهای جریان، ضرایب انتقال حرارت و افت فشار در نرخ های گوناگون جریان گاز- مایع می باشد. به خوبی مشخص است که مورفولوژی جریان دوفازی اغلب یک نقش حیاتی در تعیین انتقال جرم و انتقال حرارت در طول تغییر فاز فرآیندهای انتقال حرارتی ایفا می کند. ضریب انتقال حرارت دو فازی به شدت تحت تأثیر عدد رینولدز است. افزایش ضریب انتقال حرارت متناسب با افزایش عدد رینولدز و همچنین تغییر الگوهای جریان دو فازی است. بنابراین تحقیق در مورد ویژگی های الگوهای جریان دو فازی، برای درک بهتر مکانیزم های اصلی انتقال حرارت در کانال ها اساسی است. هدف از مطالعه حاضر، بررسی تجربی الگوهای جریان و ضریب انتقال حرارت جریان دوفازی و مدلسازی آن با استفاده از شبکه عصبی در لوله افقی می باشد. آزمایش بر روی جریان دوفازی آب/هوا در یک لوله افقی به طول 2 متر، قطر داخلی 35/10میلی متر و ضخامت 3/2 میلی متر مورد بررسی قرار گرفته است. جریان دوفازی مورد آزمایش در معرض شار حرارتی یکنواخت w 900 قرار گرفته و محدوده رینولدز ظاهری مایع بین 956 تا 11955 و رینولدز ظاهری گاز بین 645 تا 25799 می باشد. طی آزمایش در ورودی و خروجی لوله دو عدد حسگر حرارتی نصب شده است. علاوه بر این در فاصله های معین (بصورت نسبت طول به قطر لوله) x/d=10/200,30/200,… تعداد هفت عدد حسگرهای حرارتی روی سطح لوله تعبیه شده است. بدین ترتیب با عبور جریان دوفازی از ناحیه آزمایش، دمای آن در 9 مکان اندازه گیری می شود، سپس ضریب انتقال حرارت بر اساس دماهای تجربی محاسبه شده و الگوهای جریان ثبت و نقشه الگوهای جریان دوفازی و ضریب انتقال حرارت بر حسب اعداد بی بعد ارائه شده است. در نهایت برای پیش بینی انواع رژیم ها و مقادیر ضریب انتقال حرارت با استفاده از شبکه های عصبی مدلسازی صورت گرفته و با مقادیر تجربی مقایسه شده است.

نقش و اهمیت انرژی در دنیای کنونی برکسی پوشیده نیست و به عنوان یکی از عوامل بسیار موثر در فرآیند رشد و توسعه تبدیل گشته است. یکی از عمده ترین بخش های مصرف کننده انرژی در کشور، بخش صنعت می باشد. صنعت لعاب ، یکی از صنایع انرژی بر و در این صنعت، کوره ها عمده ترین مصرف کننده انرژی هستند که بیش از 60 درصد انرژی کارخانه را مصرف می کنند. از این میزان انرژی مصرفی، میزان قابل توجهی از آن قابل بازیافت و مقداری از آن نیز قابل بهینه سازی و صرفه جویی می باشد. در حال حاضر عمده سهم تولید لعاب در کشور در کوره های دوار و به صورت ناپیوسته انجام می پذیرد. جایگزینی فرآیند ذوب، از سیستم ناپیوسته به پیوسته دارای مزایای بسیاری بخصوص در بحث انرژی (کاهش مصرف بر اساس نوع تکنولوژی) و کاهش آلایندگی زیست محیطی و یکنواختی تولید با توجه به وجود مکانیزم های کنترل فرایند می باشد. کوره های ریژنراتوری متداول ترین نوع کوره های مورد استفاده در صنعت شیشه بوده و حدود 42% از کل کوره های این صنعت را به خود اختصاص می دهد. ظرفیت این کوره ها 100-1000 تن در روز می باشد. اخیراً از این کوره ها با ظرفیت کمتر حدود 20 تن در روز برای تولید لعاب استفاده می شود. شرکت لعابیران کوره ای تحت عنوان achen frit kiln خریداری کرده که یک کوره مذاب دارای ریژنراتور با ظرفیت 20 تن در روز می باشد که برای اولین بار، این کوره وارد ایران شده است. از آنجایی که شرکت سازنده اطلاعات انتقال حرارت و ترمودینامیکی کوره را در اختیار کاربر قرار نمی دهد، تصمیم گرفته شد که به بررسی انتقال حرارت و ترمودینامیکی کوره پرداخته تا بتوان از این اطلاعات برای طراحی سایر کوره ها در صنایع مشابه استفاده کنیم. برای این کار کوره را به سه قسمت ریژنراتور، محفظه احتراق و محفظه ذوب تقسیم کرده و از معادلات موازنه جرم و انرژی، اتلاف حرارتی، آنالیز حرارتی dsc و tg کمک گرفته و مواردی مانند بازده ریژنراتور، اتلاف حرارتی از دیواره های آن، درصد هوای اضافی برای احتراق، دمای آدیاباتیک شعله، نقطه شبنم محصولات احتراق، بازده احتراق، درصد کاهش وزن مواد اولیه، موازنه جرم و انرژی کلی کوره و ... محاسبه شده است. همچنین عوامل موثر بر کنترل و بهینه سازی مصرف انرژی در کوره بررسی و پتانسیل صرفه جویی انرژی استفاده از کوره آچن نسبت به سایر کوره ها محاسبه گردیده است.

در این پایان¬نامه ابتدا سیستم کوره بستر سیال حبابی ساخته و نصب شد. کوره شامل یک لوله ‏استوانه¬ای به قطر 75 میلی¬متر و عمق 1300میلی¬متر است. سطح خارجی کوره با خاک نسوز ‏عایق¬بندی شده است. در قسمت پایین کوره یک توزیع کننده هوا نصب شده است. پنج ترموکوپل نوع ‏k‏ در فاصله¬های 100، 200، 300، 400 و 500 میلی¬متر بالاتر از صفحه توزیع کننده هوا قرار ‏دارد. سوخت از قسمت بالای کوره به محفظه کوره تزریق می¬شود و هوای فشرده شده از طریق کف ‏محفظه کوره بستر سیال حبابی به کوره تزریق می¬شود. دبی هوا به وسیله یک روتامتر که قابلیت ‏اندازه¬گیری هوا تا 20 مترمکعب بر ساعت را دارد تنظیم می¬شود. آزمایش¬های احتراق با دبی¬های ‏هوای 8، 10، 12، 14 و 16 مترمکعب بر ساعت انجام شد. چندین آزمایش احتراق و هم¬سوزانی ‏از اجزای درخت بلوط و زغال¬سنگ لیگ¬نایت برای بررسی اثر دبی هوا، اندازه ذرات سوخت ( به ‏خصوص زغال¬سنگ) و میزان اجزای درخت بلوط در مخلوط سوخت، بر توزیع دما در طول ستون ‏کوره انجام شد. برای احتراق و هم¬سوزانی، از سه گروه از ذرات زغال¬سنگ با اندازه¬های 77/1، ‏‏89/0 و 45/0 میلی¬متر استفاده شد. ماکزیمم دمای به دست آمده از احتراق ذرات زغال¬سنگ با ‏اندازه ذرات 89/0 میلی¬متر، بیشتر از ماکزیمم دمای به دست آمده از احتراق هر دو ذرات زغال-‏سنگ با اندازهای 77/1 و 45/0 میلی¬متر است. از طرفی دیگر مشاهده شد که ماکزیمم دمای به ‏دست آمده از هم¬سوزانی زغال¬سنگ با اندازه ذرات 89/0 میلی¬متر با اجزای درخت بلوط، بیشتر از ‏ماکزیمم دمای به دست آمده از هم¬سوزانی ذرات زغال¬سنگ با اندازه¬های 77/1 و 45/0 میلی¬متر با ‏اجزای درخت بلوط است. نتایج آزمایش¬ها نشان داد که وقتی نسبت اجزای درخت بلوط در مخلوط ‏سوخت افزایش می¬یابد، به علت وجود مواد فرار بالای در اجزای درخت بلوط، ماکزیمم دما در ‏قسمت بالایی کوره ستون کوره به دست آمده است. این به این خاطر است که احتراق مواد فرار ‏بیشتر در قسمت¬های بالاتر کوره انجام می¬شود. از جهتی دیگر به علت دانسیته بالای ذرات زغال-‏سنگ، این ذرات بیشتر در قسمت¬های پایینی کوره می¬سوزند. علاوه بر این از آنجا که دانسیته ذرات ‏اجزای درخت یلوط کوچکتر از دانسیته ذرات زغال¬سنگ است، احتراق ذرات اجزای درخت بلوط ‏در قسمت¬های بالای کوره اتفاق می¬افتد. در احتراق اجزای درخت بلوط وقتی که دبی هوای ورودی ‏به کوره افزایش می¬یابد، ماکزیمم دما افزایش می¬یابد. اما وقتی که دبی هوای ورودی به کوره ‏افزایش بیشتری می¬یابد ( بیشتر از 14 متر مکعب بر ساعت)، ماکزیمم دما کاهش می¬یابد. این به ‏این علت است که ذرات سوزانده نشده همراه جریان هوا به خارج کوره منتقل می¬شوند. ‏

هدف از انجام این پژوهش، مدل¬سازی فرآیند تشویه مولیبدنیت در بسترهای سیالی در هنگام جوش خوردن ذرات به یکدیگر می¬باشد. به¬منظور بررسی رفتار بستر سیال تحت جوش خوردن ذرات در طی انجام فرآیند، یک مدل ریاضی بر مبنای تئوری دو فازی سیالیت ارائه شده¬است. بر مبنای این تئوری، بستر سیال به دو فاز پراکنده و پیوسته تقسیم می¬گردد. با در نظر گرفتن این دو فاز در بستر سیال، به منظور شبیه¬سازی فرآیند تشویه کنسانتره مولیبدنیت، معادلات موازنه جرم، سرعت، انرژی و همچنین معادلات مربوط به جوش خوردن ذرات درون بستر نوشته شده و رفتار بستر سیال پس از حل همزمان این معادلات در حین انجام این فرآیند مشخص خواهد شد. تاثیر پارامترهای مهمی همچون دما¬، اندازه ذرات، سرعت و تغییرات غلظت گاز خروجی در دو حالت جوش خوردن و جوش نخوردن ذرات در نظر گرفته شده¬است. نتایج به دست آمده از این مدل با داده¬های آزمایشگاهی مقایسه گردیده است. نتایج مقایسه نشان دهنده این امر هستند که دقت خوبی بین داده¬های حاصل از مدل و نتایج آزمایشگاهی وجود دارد. نتایج نشان¬دهنده این واقعیت¬اند که دما مهم¬ترین تاثیر را در تشویه فرآیند کنسانتره مولیبدنیت را داراست. این تاثیر به گونه¬ای است که در حالت جوش نخوردن ذرات به یکدیگر با افزایش دما در محدوده 650-500 درجه سانتی¬گراد، درصد تبدیل نیز افزایش می¬یابد اما با جوش خوردن ذرات، این درصد کاهش می¬یابد. اندازه ذرات نیز در این فرآیند از اهمیت ویژه¬ای برخوردار می¬باشد. هنگامی که بستر در معرض جوش خوردن ذرات قرار می¬گیرد با کاهش اندازه ذرات از یک حد معین، درصد تبدیل کاهش می¬یابد. نتایج نشان¬ می¬دهند که تغییرات سرعت در این فرآیند تاثیر چندانی بر میزان اکسید شدن گوگرد موجود در مولیبدنیت ندارد.

در این پایان نامه با مدلسازی شبکه های عصبی مصنوعی سرعت های گاز و مایع داده های تجربی را مدل می کنیم تا میزان تاثیر رژیم های جریانی را بر افت فشار بدست اوریم