منابع پایان نامه ارشد با موضوع میزان بارگذاری، توان مکانیکی، دبی جریان

دانلود پایان نامه ارشد

فر و یا بالاتر عمل میکنند. در بعضی موارد تمامی توده یک ماده با مساحت سطح بزرگ به عنوان کاتالیست عمل میکند، و به چنین مادهای کاتالیست یکنواخت گویند (مانند زئولیتهای فعال). در بیشتر موارد از کاتالیستهای چند فازی استفاده میشود. این کاتالیستها مرکب از یک ماده، با مساحت سطح بزرگند ( اغلب سیلیکا یا گاما – آلومینا ) که به عنوان پایه برای تثبیت کاتالیست فعال عمل میکند[۱۰].
الف-روشهای تهیه کاتالیزورهای ناهمگن
به طور عمده از این 3 روش استفاده میشود: مخلوط کردن، تلقیح و رسوب دادن13.
این 3 روش تقریبا مشابهاند. و تفاوت اصلی در ترتیب مراحلی است که منجر به تولید کاتالیزور میشود. عملیات واحد شامل هم زدن محلول ترکیب جامدها، رسوب کردن، تلقیح، شستن، صاف کردن، خشک کردن، کلسینه کردن، دانه بندی و مش بندی است.
مخلوط کردن
کاتالیزور به طور مستقیم با پایه مخلوط میشود. اگر نمک کاتالیزوری در محلول وجود داشته باشد، خاصیت مویینگی، محلول را به درون حفرههای ذرات پایه میکشاند. بر این اساس نمکهای کاتالیزوری رسوب میکنند. بعد از اینکه به طور کامل مخلوط شدند کاتالیزور و پایه به شکل قرص در آورده و خارج میشود. برای تسهیل در تهیهی قرص از روان کننده استفاده میشود.
تلقیح
قبل از اضافه کردن عوامل کاتالیزوری پایه را به شکل قرص در آورده، در این مورد حفره قرصها راحت تر با محلول نمک کاتالیزوری پر میشوند و حلال که معمولا آب میباشد، تبخیر میشود. برای افزایش غلظت عوامل کاتالیزوری ممکن است این مرحله چندین مرتبه تکرار شود. ساخت کاتالیزور به روش تلقیح معمولا شامل مراحل زیر میباشد:
1 – تخلیه منافذ پایه
2 – تماس دادن (خیساندن) پایه در محلول نمک های عناصر فعال مورد نیاز
3 – جدا نمودن محلول اضافی
4 – خشک کردن و در پایان کلسینه کردن[۱۳و۱۲].
از روشهای آغشته سازی میتوان به دو نوع تلقیح خشک14 و مرطوب اشاره کرد. در آغشتهسازی مرطوب پایه در محلولی با حجم چند برابر حجم خالی خود غوطه ور میشود. در آغشتهسازی خشک پایه در محلولی با حجمی مساوی حجم خالی خود قرار میگیرد.
فرآیند رسوب دادن
برای رسوب دادن مواد کاتالیزوری دو یا چند مولکول و معمولا جامدهای سوسپانسیون با هم مخلوط میشوند. به عنوان مثال، یک محلول از نیترات نیکل و سوسپانسیون آلومینا توسط آمونیوم هیدروکسید رسوب میکند. الیاف، روان کنندهها، چسبندهها، فعال کنندهها، تقویت کنندهها و دیگر عوامل سازنده نیز باید اضافه شوند. در این روش میزان مصرف فلزات کاتالیزوری نسبت به روش تلقیح بیشتر است که در مورد فلزات ارزان قیمت مثل نیکل (نه در مورد فلز گرانقیمت پلاتین) روش قابل قبولی است.
ب-فرآیندهای کاتالیزوری ناهمگن
مکانیسم واکنشهای کاتالیزوری روی جامدات در 5 مرحلهی متوالی انجام میشود:
1 – نفوذ واکنشگر )انتقال واکنش دهنده ها به سطح کاتالیزور (
2 – جذب واکنشگر ) جذب واکنش دهنده ها روی سطح کاتالیزور (
3 – واکنش سطحی ) واکنش روی سطح کاتالیزور که شامل یک یا بیش از یک واکنش دهنده است(
4 – واجذبی محصولات ) واجذب محصولات از سطح کاتالیزور (
5 – پخش محصولات ) انتقال محصولات در جهت دور شدن از سطح کاتالیزور (
مراحل 2، 3 و 4، ماهیت شیمیایی دارند و میتوان آنها را عامل تشکیل دهندهی واکنش کاتالیزور دانست. تعیین کندترین مرحله در یک حالت خاص همواره از سینتیک مشخص نیست. از طرف دیگر مراحل 1 و 5 شامل هیچ تغییر و تبدیل شیمیایی نیستند. مرحلهی 1 یک فرآیند فیزیکی است که طی آن واکنش دهندهها از میان فاز گازی یا مایع احاطه کننده کاتالیزور جامد به طرف محلهای فعال سطح حمل میشوند. این یک فرآیند نفوذ است و پدیده ی انتقال جرم خوانده میشود. مرحله 5 نیز همین فرآیند است. ولی برای دور کردن محصولات از سطح کاتالیزور میباشد[۱۳و۱۲].

۱-۸-پارامترهای طراحی بستر کاتالیست[۹]
برای طراحی بستر کاتالیست، پارامترهایی در نظر گرفته میشود:
1)عامل بارگیری:
عامل بارگیری، G به عنوان شار جرم از تکپیشرانه، همانند روبرو: G= m ̇/A_c
m ̇ دبی جریان جرمی تکپیشرانه N2H4 ( دارای واحد kg/s ).
A_c مساحت مقطع (برش عرضی ) بستر کاتالیستی ( دارای واحد m^2 ).
عامل بارگیری به آماده سازی کاتالیست و طرز قرارگیری15] بستر فشرده یا تور سیمی بسیار نازک یا کاتالیست یکپارچه [(monolithic)بستگی دارد[۹].
2) افت فشار: در بحث افت فشار،مینیمم افت فشار نیاز میباشد. افت فشارهای بیشتر نیازمند به فشار بیشتر خوراک میباشد. افت فشار در بستر کاتالیستی بیشتر از 6 بار نباشد[۹].
آرایش کاتالیست
بستر کاتالیست می تواند اشکال مختلفی بگیرد:
1) بستر متراکم (قرص)16
2) کاتالیست یکپارچه17
3) تور سیمی بسیار نازک18.
در شکل(۵-۱) شماتیک کاتالیستهای نوع 2و3 نشان داده شده است.

نوع3)تور سیمی بسیار نازک نوع2)بستر کاتالیست یکپارچه
شکل۵-۱-شماتیک بستر کاتالیستی تکپیشرانه [۹].
۱-۹-فعالیت کاتالیست تجزیه هیدرازین[۸]
کاتالیست تجزیهی هیدرازین باید فعالیت ویژه، هدایت دمایی، پایداری گرمایی و توان مکانیکی بالا، انبساط گرمایی پایین و مقاومت به شوک گرمایی داشته باشد. یک کاتالیست مرکب برای برآوردن این معیارها استفاده می شود. این کاتالیست، اصولا از یک فلز فعال قرار داده شده (ته نشین شده) روی عامل پایه آلومینای متخلخل تشکیل شده است. کاتالیستهای استفاده شده با هیدرازین را میتوان از نقطه نظر سرعت واکنشها به دو دسته طبقه بندی نمود: کاتالیستهای خودبهخودی19 و کاتالیستهای غیرخودبهخودی20[۸].
الف-کاتالیستهای خودبهخودی
اشتعال سریع این کاتالیستها همراه با هیدرازین در محدودهی وسیعی در دمای محیط اتفاق میافتد. بعضی از این کاتالیستها میتوانند موجب شروع تجزیهی هیدرازین در دمای پایین K 219 گردند[۹]. کشورهای محدودی در زمینهی مطالعه و بکارگیری کاتالیستها در سیستمهای تراستر گرم ماهواره اقدام کردهاند. لیست کشورهایی که در زمینهی مطالعه، ساخت و بکارگیری کاتالیست Ir/Al2O3 کار کردهاند در جدول(۲-۱) آورده شده است. پیشرفتهای کاتالیستی خودبخودی هیدرازین در کشورهای مختلف جهان در پیوست الف آمده است.
جدول۲-۱-کشورهای سازنده کاتالیست Ir/Al2O3[۸].
مشخصه
نام کاتالیست
کشور
حدود ۳۱-۳۲ % وزنی Ir
Shell405
آمریکا(شرکت Shell)
۳۵/۵-۴۴/۲-۵۵/۱ % وزنی Ir
________________
آمریکا(شرکت Shell)
۱ + ۳۴ % وزنی Ir روی آلفا آلومینا
KC IR 12 GA
آلمان(شرکت Kalichemie)
۳۶ % وزنی Ir روی آلومینا
CNESRO
فرانسه(شرکتهای Egehhardcel و SEP-SNECMA )
Ir روی آلومینا
________________
ژاپن
حدود ۳۰-۳۳ % وزنی Ir روی آلومینا
________________
هند
Ir روی آلومینا(ظاهرا خیلی شبیه به شل ۴۰۵)
K-201
روسیه
_______________
CD-818
چین
با شکلهای متفاوت پایه در قالب گرانول و اکسترود
________________
برزیل
ب-کاتالیستهای غیرخودبهخودی
این کاتالیستها قبل از آنکه تجزیه هیدرازین پایدار شود نیاز به حرارتدهی در دمای بالاتر دارند. فعالیت این کاتالیستها در صورت داغ شدن مشابه کاتالیستهای خودبهخودی است. برای دلایل اقتصادی، کاتالیستهای غیرخودبهخودی اغلب با یک بستر کاتالیست خودبهخودی مانند شل ۴۰۵ ترکیب میشوند [۹و۸]. پیشرفتهای کاتالیستهای غیرخودبخودی هیدرازین در کشورهای مختلف جهان در پیوست ب آورده شده است.
اکثر کاتالیستهایی که برای تجزیه هیدرازین ساخته شدهاند اصولا شامل یک فلز فعال مانند اسمیم، روتنیوم، رودیوم، ایریدیوم، کبالت بر روی پایه مانند آلومینا، سیلیکا و زغال فعال بودهاند. در این میان فلز فعال ایریدیوم و پایه آلومینا بیشترین کاربرد را داشتهاند[۸].
-برتری ایریدیوم
همانطورر که میدانیم تکپیشرانه هیدرازین با عبور از یک بستر کاتالیستی تجزیه میشود. این کاتالیست اغلب برای روشن کردن21 سریع به پیش گرم شدن نیاز دارد. ایریدیوم یک کاتالیست موثر در درجه حرارت اتاق است. بسیاری از مواد مانند آهن، نیکل و کبالت در درجه حرارت بالا(K ۴۵۰) هیدرازین را تجزیه میکنند]۷[.
فعالیتها و محدوده گزینشپذیری فلزات مختلف در جدول (۳-۱) آورده شده است. آرایش فلزات طبق کاهش فعالیت به صورت زیر است[۸]:
Ir › Rh › Ni~ Pt~ Co~ Ru › Pd~ Ag~ Cu
ایریدیوم از مس در ۳۷۳ درجه کلوین ۳۰۰۰۰بار فعالتر میباشد[۸]. این عناصر با توجه به انرژی فعال شدنشان میتوانند در ۲ گروه قرار گیرند[۸]:
Pt , Co , Ni , Pd , Cu , Ag Eact = ۶۶/۹ kJ/mol
Ru , Rh , Ir Eact = ۴۶-۵۰ kJ/mol
و بر اساس گزینشپذیری:
Co , Ni , Ru, Ir, Cu, Ag گزینشپذیری پایین
Pt, Pd, Rh گزینشپذیری بالا
در کار گایدی22 و همکاران، تجزیه کاتالیزوری هیدرازین با توجه به نیازهای صنعت هوا-فضای روسیه مورد مطالعه قرار گرفت. فلزات فعال قرار گرفته روی پایه آلومینای یکسان با توجه به فعالیت تجزیه هیدرازینشان در راکتور فاز مایع مقایسه شدهاند. میزان بارگذاری فلزات۲۰ % وزنی بوده است]۸[.
Ir › Ru › Rh › Re › Ni › Co › Fe › Mo › Os › Pt › Pd
جدول ۳-۱- فعالیت و گزینشپذیری فلزات ساپورت شده در K ۳۷۳]۸[.
گزینش پذیری
فعالیت
(mol Hydrazine.g-1 h-1 )
فلز
در دمای بالاتر
دردمای پایینتر

۰/۱
۰/۰۳
۲۵
Ir
۰/۱۷
۰/۶
۷/۵
Rh
۰/۱
۰/۷
۱/۷
Pt
۰/۰۴
۰/۱
۱/۷
Ni
۰/۰۲۵
۰/۰۰۸
۱/۲
Co
۰/۰۶
۰/۰۳
۱
Ru
۰/۶
۰/۹
۰/۰۰۲۵
Pd
۰/۰۲
۰/۰۰۶
۰/۰۰۲
Ag
۰/۰۴
۰/۰۱
۰/۰۰۰۷
Cu
همچنین یادآوری میشود که گزینشپذیری Ru, Co, Ir, Cu و Ag با دما افزایش مییابد، در مقابل Ni, Rh, Pd و Pt با دما کاهش مییابد.
۱۰-۱-شناسایی روشهای ساخت کاتالیست- Al2O3 Ir/ γ
مطالعات نشان میدهد، روشهای متعددی برای ساخت ایریدیوم بر پایه آلومینا و چگونگی تولید آنها وجود دارد که در ادامه به چند روش اشاره میشود:

روش تلقیح خشک
به نظر میرسد این روش در بین روشهای دیگر کاربرد بیشتری دارد. در ادامه به کار چند محقق که از روش مذکور برای ساخت کاتالیست استفاده کردهاند، پرداخته میشود[1۸].
Lin Li و همکاران، مراحل زیر را برای آماده کردن کاتالیست های- Al2O3 γ Ir/ و Ir/SiO2 بوسیلهی روش تلقیح خشک ارائه دادهاند.
۱-اشباع کردن
2- خشک کردن نمونه ها در 110 درجه سلسیوس برای 12 ساعت
3-کلسینه کردن تحت هوا در 400 درجه سلسیوس برای 2 ساعت
در این کار از محلول آبی H2IrCl6 .6H2Oبه عنوان مادهی پیشگام23 استفاده گردید. در نهایت با استفاده از این روش کاتالیستهای ایریدیوم با بار گذاری ایریدیوم متفاوت از8/1 ،8/10 و 1/22 درصد بدست آورده شده بودند. پایههای کاتالیست استفاده شده دراین مطالعه -Al2O3 γ و SiO2 با مساحت سطح به ترتیب m2/g ۲۰۸ و ۴۰۰ بودند[1۸].
در کار B.J.Kip و همکاران کاتالیستهای Ir/Al2O3 وIr/SiO2 توسط روش تلقیح خشک آماده شدند. ساخت کاتالیست شامل مراحل زیر میباشد:
1-مرطوب کردن اولیه پایه با یک محلول آبی IrCl3
2- خشک کردن کاتالیست های بدست آمده در هوا درK 395 برای 16 ساعت (سرعت گرم گردن ۲ K min-1 )
میزان بارگذاری فلز ایریدیوم 5/2 و 8/6 درصد وزنی بوده است .به طور کلی محدودهای از 4/0 تا 8/6 را شامل میشوند[1۹].
در کار T.G.Soares وهمکاران کاتالیستIr/Al2O3 با یک محتوای فلزی 30 درصد جرمی بوسیلهی روش تلقیح خشک آماده شده است. به منظور بدست آوردن مقدار فلز کل خواسته شده(مطلوب)،3 مرحلهی اشباع سازی استفاده شده بود. که شامل مراحل زیر است:
1-پیش از اولین اشباع سازی، پایه باید در K393 برای 2 ساعت خشک گردد.
2-اشباع سازی
3-بعد از هر اشباع سازی، جامد تحت خلا اولیه در K298

پایان نامه
Previous Entries منابع پایان نامه ارشد با موضوع دینامیکی، توزیع قدرت، اکسیداسیون Next Entries منابع پایان نامه ارشد با موضوع میزان بارگذاری، اکسیداسیون