در سال‌های اخیر توسعه روزافزون فعالیت‌های كشاورزی و صنعتی و افزایش قابل توجه حجم فاضلاب‌های شهری موجب آلودگی منابع آب، خصوصا رودخانه‌ها گشته است. ورود پساب‌های صنعتی سبب افزایش دما، مواد آلی و معدنی، و تركیبات خطرناك فلزات سنگین در آب شده و این امر علاوه بر آلودگی محیط‌زیست آبزیان، سبب برهم خوردن تعادل تركیبات موجود در آب نیز می‌گردد. با توجه به مشكلات كمی و كیفی منابع آب كشور و واقع شدن ایران در منطقه خشك و نیمه‌خشك و رویارویی با بحران‌های كم آبی، تدوین برنامه‌های مدیریت كیفی برای كلیه منابع آبی، راهكاری ضروری و غیر قابل اجتناب در جهت حفاظت و بهره‌برداری پایدار از منابع آبی است.

1-2-تعریف مسأله

پساب­های معدنی که در اثر فعالیت­های معدن‌کاری سولفیدی و زغال سنگ پدید می ­آید از جمله آلاینده­های زیست‌محیطی جبران ناپذیر می­باشد. در این میان پساب­های اسیدی به علت کاهش میزان pH محیط سبب انحلال بیشتر فلزات سنگین شده و با انتقال آب به درون آب­های سطحی و زیرزمینی اطراف معادن، باعث آلودگی آن­ها می­ شود[[ii]، [iii] و [iv]]. آلودگی زیست‌محیطی به این شکل در دراز مدت پس از تعطیلی معدن نیز موثر می­باشد. یکى از مواد مزاحم و مشکل­ساز در امر بازسازی معادن سولفیدی، پیریت موجود در باطله­های فلزی و احیانا غیرفلزی مى‌باشد که در اثر اکسیداسیون و وجود رطوبت و آب کافى تولید اسید سولفوریک نموده و محیط دمپ را اسیدی مى­نماید[[v] و[vi]].

1-2-1-پساب اسیدی معدنی

فعالیت­های استخراجی معادن مهم‌ترین عامل آلودگی آب­های زیرزمینی و سطحی به شمار می­روند. استخراج معادن سبب کاهش کیفیت آب شده و بسیاری از مشکلات زیست­محیطی را سبب می­گردند[[vii]]. از مشکلات مرتبط با عملیات معدنی، پساب­های اسیدی معدن[3] اهمیت اساسی داشته و چنانچه این پساب­های اسیدی که حاوی غلظت­های بالای آهن، سولفات و اسیدیته می­باشند به داخل منابع آب­های سطحی و زیرزمینی راه پیدا کنند سبب آلودگی این آب­ها می­شوند[[viii] و [ix]].
اگرچه فرایند اکسید شدن پیریت و سایر کانی­های سولفید فلزی در حضور هوا غیر قابل اجتناب است؛ اما مطالعه کانه­ها و کانی­های باطله، جنبه­ های هیدرولوژیکی، و طرح معدن‌کاری[5]می ­تواند در طراحی یک عملیات معدنی که کمترین اثرات زیست­محیطی را به همراه داشته باشد کمک موثری نماید[[xiii] و [xiv]].
اثرات زیست­محیطی مخرب که از پساب­های اسیدی معدن نتیجه می­شوند، به دلیل مدیریت ضعیف در طول طراحی، توسعه، عملیات و بسته شدن کارهای معدنی و همچنین به دلیل فهم ناصحیح از پساب­های اسیدی معدن در گذشته می­باشد[14].
[1] Artificial Neural Network(ANN)
[2]  Feed forward
[3] Acid Mine Drainage(AMD)
[4] Dissolved minerals
[5] Mine plan
[i] Molson J.W., Fala O., Aubertin M., Bussière B.  “Numerical simulations of pyrite oxidation and acid mine drainage in unsaturated waste rock piles,”  Journal of Contaminant Hydrology. 78:343-371. 2005
 
[ii] BLOWES D.W., PTACEK J., JAMBOR J.L., WEISENER C.G., In: HOLLAND H.D. “The geochemistry of acid mine drainage,” Treatise on Geochemistry. Amsterdan vol. 9, :149-204. 2003
 
[iii] Price W.A. “Prediction manual for drainage chemistry from sulphidic geologic materials. Mining and Mineral Sciences Laboratories. Smithers,” 

خرید اینترنتی فایل متن کامل :

 British Columbia V0J 2N0:576. 2009

 
[iv] Lottermoser B.G. “Recycling, Reuse and Rehabilitation of Mine Wastes,” the Mineralogical Society of America. 2011
 
[v] Amezaga J., Rotting T.S., Younger P.L., Nairn R.W. Noles A.J., Oyarzun R., Quintanilla J., A rich vein” Mining and the pursuit of sustainable development,”. Environ. Sci. Technol, vol 45, 21-26. 2011
 
[vi] Mayes W.M., Johnston D., Potter H.A.B., Jarvis A.P., “A national strategy for identification, prioritisation and management of pollution from abandoned noncoal mine sites in England and Wales,” Methodology development and initial results. Sci. Total Environ.,vol 407, 5435-5447, 2009
 
[vii]  Trois C., Marcello A., Pretti S., Trois P., Ross G.I., “The environmental risk posed by small dumps of complex arsenic, antimony, nickel and cobalt sulphides,”. J. Geochem., vol 92, 83–95. 2007
 
[viii] Legge 319 (Merli) del 10.05 ” pubblicata nella Gazzetta Ufficiale,” N. 141 del 29.05.1976
 
[ix] Emenda mento della Legge 319 (Merli) del 10.05. pubblicata nella Gazzetta Ufficiale N. 141 del 29.05., Regione Autonoma della Sardegna., 1983
 
[x] Doulati Ardejani F, Jodeiri Shokri B, Bagheri M, Soleimani E.” Investigation of pyrite oxidation and acid mine drainage characterization associated with Razi active coal mine and coal washing waste dumps in the Azad shahr–Ramian region, northeast Iran,”. Environ Earth Sci;vol 61:1547–60. 2010
 
[xi] Romero A., Gonzalez I., Galan E., Estimation of potential pollution of waste mining dumps at Pena del Hierro (Pyrite Belt, SW Spain) as a base for future mitigation actions. Appl. Geochem., vol 21, 1093–1108. 2006
 
[xii] Walder I.F., Schuster P.P., “Mine Waste Management in Proceedings of Environmental Geochemistry of ore deposits and mining activities,”  Presented by SARB Consulting in Oslo, Norway, May 1997.
 
[xiii]  Plante B., Bussière B., Benzaazoua M. “Lab to field scale effects on contaminated neutral drainage prediction from the Tio mine waste rocks,” Journal of Geochemical Exploration 137:37-47.2013
 
[xiv] دولتی اردجانی، ف.،تنکابنی، ض.، میرحبیبی، ع.، بدیعی، خ.”بیوتکنولوژی زیست محیطی ومدیریت پساب‌ها،” انتشارات پژوهشکده صنایع رنگ ایران، سال 1384

. 40

3-1-3 بررسی اثر غلظت هیدرازین در رفتار الکتروکاتالیزوری الکترود اصلاح­شده با نانوکامپوزیت Pt/N-Gr 42

3-1-4  محاسبه حدتشخیص، حساسیت، و محدوده خطی الکترد اصلاح­شده با بهره گرفتن ازروش آمپرومتری.. 43

3-1-5 بررسی میزان پایداری پاسخ الکتروکاتالیزوری الکترود GC-Pt/N-Gr برای اکسیداسیون هیدرازین. 46

3-1-6 بررسی اثر سرعت روبش پتانسیل. 47

3-1-7 بررسی انتخاب­پذیری الکترود اصلاح­شده 48

3-1-8 کاربرد تجزیه­ای الکترود. 49

3-1-9 نتیجه ­گیری.. 52

 بخش دوم: طراحی پیل زیست سوختی گلوکز/اکسیژن. 53

3-2-1 اکسیداسیون الکتروشیمیایی گلوکز با بهره گرفتن از الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح­شده با نانوذرات  Fe-Pt 53

3-2-2 به کارگیری نانوکامپوزیت Pt/N-Gr برای احیای اکسیژن. 53

3-2-3-1 بهبود پاسخ الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح با نانو ذرات  Fe-Pt نسبت به الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح­شده با کربن-پلاتین تجاری برای اکسیداسیون گلوکز. 54

3-2-3-2 بررسی اثر غلظت گلوکز در رفتار الکتروکاتالیزوری الکترود اصلاح­شده با نانو ذرات  Fe-P. 55

3-2-3-3 محاسبه سطح فعال آند (الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح­شده با نانوذرات Fe-Pt) 56

3-2-3-4 بررسی پایداری الکترود اصلاح­شده با نانوذرات Fe-Pt 57

3-2-3-5 بررسی اثر مزاحمت اکسیژن برای اندازه ­گیری گلوکز در آند. 58

3-2-4-1 بهبود پاسخ الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح­شده با نانو کامپوزیت  Pt/N-Gr نسبت به الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح­شده با کربن-پلاتین تجاری برای احیای اکسیژن. 58

3-2-4-2 محاسبه سطح فعال کاتد (الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح­شده با Pt/N-Gr) 60

3-2-4-3 بررسی مکانیسم احیای الکتروکاتالیزوری اکسیژن به روش ولتامتری هیدرودینامیک.. 61

3-2-4-4 بررسی پایداری الکترود اصلاح­شده با Pt/N-Gr 62

3-2-5کاربرد آند و کاتد طراحی شده جهت ساخت پیل زیست­سوختی گلوکز/ اکسیژن. 63

3-2-5-2 آماده سازی غشای نافیونی. 64

3-2-5-3 نتایج حاصل از بستن پیل گلوکز/ اکسیژن. 64

3-2-5-4 نتیجه ­گیری.. 67

1 الکتروشیمی تجزیه

الکتروشیمی تجزیه­ای، شاخه­ای از مجموعه وسیع شیمی تجزیه است که راه­های تجزیه­ای مبتنی بر فرایندهای الکتروشیمیایی را مورد بررسی قرار می­دهد. برگزیدگی واکنش­های الکتروشیمیایی و دقت بالایی که با آن می­توان پارامترهای مرتبط با این واکنش­ها را اندازه گرفت، روش­های الکتروشیمیایی تجزیه را در ردیف حساس­ترین و انتخابی­ترین روش­های تجزیه­ای تشخیص و تعیین مقدار قرار می­دهد.

یکی از ویژگی­های کم­نظیر روش­های الکتروشیمیایی تجزیه­ای، گسترش دامنه کارایی آن­هاست، به طوریکه علاوه بر امکان کاربرد آن­ها به صورت روش­های مستقل، می­توان از آن­ها برای آشکارسازی نتایج بسیاری از پدیده­های فیزیکی و شیمیایی استفاده کرد. در حال حاضر، محدوده الکتروشیمی تجزیه از معدود روش­های کلاسیک نظیر پتانسیومتری، آمپرومتری، پلاروگرافی، هدایت­سنجی و ترسیب الکتریکی فراتر رفته و روش­های جدیدتری که ثمره تلفیق اطلاعات الکتروشیمیایی با تکنولوژی مدرن الکترونیک است، به میان آمده­اند [1]. از نظر تاریخی کار در زمینه ولتامتری با کشف پلاروگرافی توسط شیمیدان اهل چک­اسلواکی، ژروسلاو هیروسکی [1] در اوایل دهه 1920 آغاز شد. وی با انجام ولتامتری تجزیه­ای درسطح الکترود جیوه)پلاروگرافی) در این زمینه جایزه نوبل را دریافت کرد [2].  در سال 1964 طبقه ­بندی جالبی توسط نیکولسن[2] و شاین[3] با بهره گرفتن از نتایج حاصل از ولتامتری چرخه­ای[4] ( (CVو روبش خطی[5] (LSV) روی واکنش­های الکترودی صورت گرفت، به علاوه آن­ها ولتامتری چرخه­ای را شبیه­سازی[6] کردند[3]. در سال1950 ولتامتری به صورت یک روش کاملا پیشرفته به نظر می­آمد. به هر حال دهه­ 1955 تا 1965 شاهد بروز چندین روش اصلاحی اساسی از روش اولیه بود که به کمک آن­ها بر بسیاری از محدودیت­های روش­های اولیه غلبه شد. تقویت­کننده­ های عملیاتی با قیمت کم، ابداع دستگاه­های تجاری نسبتا ارزان را ممکن ساخت، که از این اصلاحات مهم بهره می­گرفتند.

1-1-1 اهمیت و مزایای روش­های الکتروشیمیایی

روش­های الکتروشیمیایی در مقایسه با روش­های شیمیایی دارای مزیت­های ویژه­ای هستند که در زیر برخی از این مزایا بیان شده است:

C₆H₅NO₂ + 4H⁺ + 4e^–                               C₆H₅NHOH + H₂O

 حال آنکه اگر کاهش نیتروبنزن به طریق شیمیایی عملی شود، محصول واکنش آنیلین می­باشد.

2. محصولات واکنش­های الکتروشیمیایی اغلب خالص­ترند و بنابراین نیاز کمتری به انجام مراحل خالص­سازی دارند.
3. از نظر زیست محیطی، واکنش­های الکتروشیمیایی تحت شرایط ملایم نظیر دمای اتاق و فشار اتمسفر با بهره گرفتن از جریان الکتریکی انجام می­شوند.

در مقایسه با روش­های طیف­سنجی، دستگاه­های مورد استفاده در الکتروشیمی ارزان­تر هستند. یک آنالیز طیف­سنجی تنها در مورد ملکول­هایی می ­تواند انجام شود که دارای گروه­ های رنگ­ساز باشند، در غیر این صورت باید مراحل زمان­بر و پیچیده مشتق­سازی آنالیت را طی کرد. برخلاف روش­های طیف­سنجی که اغلب در محلول­های همگن انجام می­ شود، واکنش­های الکتروشیمیایی در حد فاصل الکترود-محلول انجام می­شوند. در اغلب روش­های طیف­سنجی نیاز به تهیه محلول­های شفاف و همگن است درحالی که روش­های الکتروشیمیایی در محلول­های کدر نیز قابل اجرا هستند.

روش­های الکتروشیمی تجزیه­ای، تاثیر متقابل شیمی و الکتریسیته، یعنی اندازه ­گیری کمیت­های الکتریکی مانند پتانسیل، جریان، بار و ارتباط آن­ها را با پارامترهای شیمیایی شامل می­شوند. چنین استفاده­ای از اندازه ­گیری­های الکتریکی برای اهداف تجزیه­ای، گستره وسیعی از کاربرد­ها را به وجود می­آورد که بررسی­های زیست­محیطی، کنترل کیفیت صنعتی و تجزیه­های زیست پزشکی را در بر می­گیرد.

 در دهه­های اخیر روش­های الكتروشیمیایی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این روش­ها در شیمی تجزیه كاربرد­های فراوانی دارند از جمله:

1. تعیین مقادیر ناچیز مواد زیست­محیطی
2. جداسازی و خالص­سازی تركیبات

3. خرید اینترنتی فایل متن کامل :

    

    

4.  

5. تعیین ثابت­های سینتیكی و ترمودینامیكی

استفاده از الکترودهای جامد بدون اصلاحگر[7] به تدریج باعث تغییراتی در سطح الکترود به علت جذب گونه­ های موجود در محلول و یا محصولات تولید شده از واکنش­های الکتروشیمیایی می­گردد. این امر به تدریج موجب غیر فعال شدن سطح الکترود می­ شود که آن نیز به نوبه خود منجر به کاهش حساسیت و تکرارپذیری به علت ممانعت از انتقال بار می­گردد. یکی از راه ­های فایق آمدن بر مشکلات مذکور استفاده از الکترودهای اصلاح­شده می­باشد.

1-2 الکترود

1-2-1 الکترودهای کربن

تاریخچه الکتروشیمی نشان می­دهد که تا سال 1963 در فرایند­های الکتروشیمیایی تنها از الکترودهای فلزی مانند پلاتین، نقره، جیوه و… یا غیر فلزات رسانا مانند گرافیت استفاده شده­است. مشکل عمده این الکترودها (به جز جیوه) عدم تکرارپذیری رفتار سطح الکترود و توانایی کم آن­ها در انجام انتخابی یکی از چند واکنش شیمیایی ممکن می­باشد. امروزه با بهره گرفتن از اصلاح­کننده­ های گوناگون توانایی در انتخاب الکترود مناسب برای تشخیص الکتروشیمیایی یک فرایند خاص یا دسته­ای از فرایندهای مشابه افزایش یافته­است. از الکترودهایی که امروزه کاربرد فراوانی پیدا­کرده می­توان الکترودهای کربنی را نام برد. از عوامل گسترش کاربرد این الکترودها می­توان به هدایت الکتریکی خوب، مقاومت الکتریکی و جریان­های زمینه پایین، پنجره پتانسیل وسیع، قیمت پایین، سازگاری با بافت­های بیولوژیکی، بی­اثر بودن شیمیایی، شیمی سطح غنی[8](از نظر امکان حضور گروه­ های عاملی مختلف(، ساختار تکرارپذیر سطح، قابلیت شکل­دهی آسان و مناسب بودن آن­ها برای شناسایی گونه­ های متنوع اشاره کرد ]3[.

کربن به شکل­های مختلفی در الکتروشیمی کاربرد دارد. از مهم­ترین آن­ها می­توان کربن شیشه ­ای[9]، فیبرهای کربنی[10]، نانولوله­های کربنی [11] و خمیرکربن [12] و الماس دوپه­شده با بور[13]را نام برد.

1-2-1-1 الکترود کربن شیشه ­ای

الکترود کربن شیشه ­ای اولین بار توسط زیتل[14] و میلر[15] در الکتروشیمی مورد استفاده قرار گرفت. آن­ها نشان دادند که محدوده پتانسیل قابل استفاده در پتانسیل­های مثبت نسبت به الکترود پلاتین برای این نوع الکترود گسترش می­یابد. این اختلاف شدید به خصوصیت پلاتین که پیوند کووالانس Pt-H را پایدار می­ کند، نسبت داده می­ شود. برای اصلاح این الکترودها از ایجاد گروه­ های کربونیلی یا کربوکسیلی بر سطح الکترود به وسیله گرما یا حرارت، برای اتصال انواع گروه­ های عاملی استفاده می­ شود.

خصلت مقاومت در برابر حملات شیمیایی استفاده از این الکترود­ها در محیط­های به شدت خورنده را ممکن ساخته است. برای به­دست آوردن سطوح مناسب، سطح الکترود بایستی با کاغذ سنباده و پودر آلومینا صیقل داده شود. الکترود آماده شده به این روش عاری از گروه­ های عاملی است. زمانی که الکترود در محلول قرار می­گیرد، حملات شیمیایی و الکتروشیمیایی می­توانند روی سطح انجام شوند. اگر لازم باشد هیچ گروه اکسیژن­داری در سطح نباشد، الکترود پس از صیقل دادن بایستی در اسید­هایی که خصلت اکسیدکنندگی ندارند، مانندHCl  شسته شود. محلول باید عاری از اکسیدکننده باشد و در پتانسیل منفی نسبت به SCE نگه داشته شود، به محض مثبت شدن پتانسیل و یا ورود عوامل اکسنده گروه­ های کربونیلی یا کربوکسیلی در سطح ایجاد می­شوند. روبش متعاقب آن در جهت منفی منجر به کاهش گروه­ های کربونیل و ایجاد گروه­ های هیدروکسیل می­ شود. هیچ عریان­سازی از گروه­ های اکسیژن­دار انجام نمی­ شود و بنابراین تنها راه تمیز کردن سطح الکترود که یک بار اکسید شده، صیقل دادن مجدد آن است. الکترود آلوده شده به وسیله جذب سطحی واکنش­دهنده­ها یا محصولات واکنش را می­توان با اتانول یا کلروفرم تمیز کرد. به علاوه در این­گونه موارد، استفاده از چند چرخه پلاریزاسیون توصیه می­ شود.

شکل1-1 مدل Jenkins-Kawamura کربن شیشه ­ای L_a و L_b طول­های ابعاد افقی و عمودی گرافیتی نسبت به محور c گرافیت

1-2-1-2 الکترودهای فیبرکربنی

الکترودهای فیبرکربنی از یک سری دسته­های موازی رشته­ای گرافیت ساخته می­شوند. عمده­ترین کاربرد این الکترودها در ساخت میکروالکترودهاست ]6 و 7[. موادی با چنین استحکام بالا از طریق تجزیه­ی حرارتی منسوجات پلیمری در دماهای بالا، از طریق لایه نشانی کاتالیزی بخار شیمیایی تهیه می­شوند.

1-2-1-3 الکترودهای خمیرکربن

1-2-2 فعال­سازی سطح الکترود و انواع آن

برای اصلاح سطح الکترود ابتدا لازم است تا سطح الکترود از نظر فیزیکی فعال شود که شامل پولیش دادن، فعال­سازی حرارتی، فعال­سازی با لیزر، فعال­سازی با امواج صوتی- رادیویی و فعال­سازی با حلال می­باشد. سپس باید سطح الکترود از نظر شیمیایی اصلاح شود که شامل اصلاح سطح الکترود با بهره گرفتن از نانوساختارها، تک لایه ­های خود انباشته، و پلیمرها می­باشد.

به اصلاح سطح الکترود با انجام پیش تیمارهای[19] مختلف که سبب افزایش فعالیت الکتروشیمیایی سطح الکترود می­ شود، در اصطلاح فعال­سازی سطح الکترود گفته می­ شود ]11[.

1-2-2-1 پولیش دادن

ساده­ترین راه فعال­سازی سطح الکترودهای کربنی است که در آن سطح الکترود را با بهره گرفتن از موادی مانند ذرات ریزآلومینا و یا ذرات الماس تمیز می­ کنند، نتیجه این کار حذف آلودگی­ها از سطح الکترود است که در اثر پولیش مناسب، یک سطح صاف وآینه­ای حاصل می­ شود، این کار موجب افزایش تکرارپذیری الکترود در طی واکنش­های اکسایش-کاهش می­گردد.

1-2-2-2 فعال­سازی حرارتی

فعال­سازی حرارتی معمولا تحت خلأ انجام می­گیرد. برای انجام فعال­سازی حرارتی معمولا الکترود کربن شیشه ­ای در داخل یک لوله کوچک قرار می­گیرد و با تابش حرارتی یک ترموکوپل در داخل محفظه­ای که فشار هوا درآن کمتر از^6-10×2 تور می­باشد، فعال­سازی انجام می­ شود. در اثر فعال­سازی حرارتی تنها سطح الکترود از آلودگی­ها پاک می­ شود ]12[.

1-2-2-3 فعال­سازی لیزری

کوتاهی درباره اهمیت بهینه‌سازی انرژی واحد 80، روش انجام شده در این مطالعه برای کاهش مصرف انرژی و اصلاح شبکه مبدل‌های حرارتی این واحد بیان شده است.

در فصل سوم روش تحلیل پینچ در انتگراسیون فرایند‌ها، هدف‌گذاری‌ها و اصول و معیارهای روش پینچ در اصلاح شبکه مبدل‌های حرارتی و بهینه‌سازی فرایند‌ها با بهره گرفتن از فناوری پینچ بیان شده است.

در فصل چهارم فرایند تولید نفت خام برای آشنایی بیشتر توضیح داده شده است. در این فصل پس از بیان تاریخچه توسعه این واحد پالایشگاهی، انواع فرایندهای و مشخصات خوراک و محصول این واحد بیان شده است .

در فصل پنجم نتایج تحلیل‌های پینچ و سایر مطالعات انجام شده در واحد 80 آبادان آورده شده است و در ادامه فصل، اصلاح شبکه مبدل‌های حرارتی واحد بیان شده است و در پایان فصل با انجام مطالعات اقتصادی، نتیجه‌گیری‌ این پژوهش و پیشنهادهایی برای انجام کارها و مطالعات آتی بیان شده است.

2     فصل دوم

2-1           سابقه علمی

در سال 1970 که بحران انرژی آغاز شد مهندسان طراح و صاحبان صنایع بویژه شرکت‌های صنایع  فرایند‌های شیمیایی به صرفه‌جویی در مصرف انرژی اندیشیدند که به ابداع روش‌های گوناگون برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی در طی این سال‌ها منجر شد. همچنین به موازات آن دریافتند که باید از انرژی‌هایی که در یک فرایند تلف می‌شوند نیز دوباره استفاده کنند. (انرژی تلف شده انرژیی می‌باشد که در یک فرایند تولید می‌شود ولی دوباره به محیط دور ریخته می‌شود اگرچه هنوز می‌توان از ان دوباره استفاده نمود).

کیفیت لازم برای انرژی مقدار نیست بلکه ارزش آن می‌باشد. این استراتژی که چگونه این انرژی بازیافت شود به دمای آن و مسائل اقتصادی بستگی دارد.در این خصوص شیوه‌های مختلفی برای استفاده مجدد از این انرژی‌های هدر رفته در کارخانه‌ها ارائه گردیده است که به بازیافت حرارتی معروف شده اند.این فعالیت‌ها تا کنون به ابداع روش‌های متعددی در طراحی منجر شده‌است.

دومین روش، روش ریاضی، که قدیمیترین روش محسوب می‌شود ابتدا تمام آرایش های ممکن برای شبکه تبادل‌گرهای حرارتی تعریف شده و به وسیله‌ی محاسبات ریاضی پیچیده و زمان‌گیر بازده واحد در هر حالت ارزیابی می‌شود و به تدریج گزینه‌های نامناسب حذف می‌گردند تا به شبکه منتخب نهایی برسیم. در این روش تعداد گزینه‌ها و حالات مختلفی که برای هر مسئله می‌بایست در نظر گرفت بسیار زیاد خواهند بود و در مسئله‌ای نظیر شبکه تبادل‌گر‌های حرارتی یک پالایشگاه به ارقامی بیش از 10¹⁸ لحاظ میرسد. بنابرین این مجموعه از ارزیابی‌ها به یک کامپیوتر بزرگ و صرف زمان زیادی نیاز دارد به همین لحاظ در یک واحد صنعتی با ابعاد و پیچیدگی‌های یک پالایشگاه استفاده از این روش با محدودیت مواجه خواهد شد [16].

خرید اینترنتی فایل متن کامل :

سومین روش، روش ترمودینامیکی (پینچ)، پیچیدگی غیر ضروری روش دوم را ندارد و در عین حال قابل اعتماد نیز محسوب می‌شود و تا کنون به موفقیت‌های بزرگی نائل آمده‌است. زیرا مهندسین طراح می توانند با بهره گرفتن از این روش قبل از طراحی نهایی حداقل گرمایش و سرمایش مورد نیاز  فرایند کمترین سطح مورد نیاز برای تبادل حرارت و هزینه ها را محاسبه نموده و تلقی درستی از شبکه بهینه نهایی بدست آورد. در ضمن بدلیل سادگی و سهولت استفاده بر خلاف روش دوم کنترل طراحی در دست طراح می‌باشد و می‌تواند در مراحل مختلف تصمیم گیری و انتخاب نماید. این روش متکی بر تجربه و یا آزمون خطا نمی‌باشد و بوسیله‌ ان طراحی شبکه آسان‌تر و صرف زمان کمتری انجام می‌گیرد.

 در سال 1971، هامن[2] با بهره گرفتن از مفاهیم ترمودینامیکی، گام‌های موثری را در زمینه تحلیل شبکه مبدل‌های حرارتی برداشت که تحقیقات وی بعدها سرچشمه نکات ارزنده‌ای در طراحی شبکه مبدل‌های حرارتی گردید. کار وی به طور عمده بر تعیین حداقل انرژی مورد نیاز بر شبکه مبدل‌های حرارتی با بهره گرفتن از روش تحلیل استوار بود که بعد‌ها بوسیله‌ی فلاور[3] و لینهوف[4] کامل‌تر و به صورت الگوریتم ریاضی و مناسب برای هدف‌گذاری تبدیل شد[1].

فناوری پینچ نخستین‌بار در حدود سال 1980 برای صرفه‌جویی در مصرف و ذخیره‌سازی انرژی مورد استفاده قرار گرفت. توسعه و تکمیل این روش به همت محققین مختلف در مراکز دانشگاهی نظیر دانشگاه منچستر و شرکت‌هایی چون لینهوف مارچ،ICI  و یونیون کاربید انجام شده است[16].

نتایج بیان شده توسط هامن، سهم اندکی در ضمینه طراحی شبکه‌مبدل‌ها بوسیله روش های ریاضی تا آن زمان داشت، اما بعد‌ها برجستگی این روش در حل مسائل شبکه‌مبدل های حرارتی در صنعت، به موازات ناتوانی روش‌های ریاضی در حل اینگونه مسائل،مشخص گردید. مهمترین تشخیص وی اهمیت مقدار ΔTmin در طراحی شبکه‌مبدل‌های حرارتی است. به این معنا که دو هزینه غالب در طراحی شبکه‌مبدل های حرارتی (هزینه انرژی و قیمت مبدل‌های حرارتی) با این متغیر ارتباط دارند. اما علی‌رغم نکات ارزنده گفته شده، او به تشخیص فواید مهم و کاربردی نقطه پینچ نائل نشد.

 در سال  1978 یومدا[5] و همکاران به بعضی از خواص نقطه پینچ از جمله خصوصیات منحنی ترکیبی و همپوشانی دو منحنی ترکیبی گرم و سرد پی بردند[17].

اما مبحث هدف‌گذاری مساحت را به طور جدی نخستین بار در سال 1984، لینهوف و تاون سند با ارائه فرمول یکنواخت بث[8] بیان نمودند. این فرمول توانایی ارائه مقدار مطلقی برای حداقل مساحت واقعی شبکه نداشت و همچنین دارای فرضیاتی بود که می‌توانست نتایج آن را از آنچه در واقعیت وجود داشت دور سازد. یکی از مهمترین فرض‌های آن، یکسان بودن ضرایب انتقال حرارت تمامی واحدهای حرارتی و یکسان بودن جنس مبدل‌های حرارتی است[20].

مباحث متفاوت بودن ضریب انتقال حرارت در منحنی ترکیبی یا عدم انتقال حرارت عمودی در سال 1985، توسط احمد بیان گردیده و در سال 1990، از سوی کلبرگ و مراری تکمیل گردید. نتیجه این تحقیق آن بود که فرض یکسان بودن ضریب انتقال حرارت با آنچه در عمل وجود داشت تا 10% از واقعیت دور می‌باشد[21].

:[7]

خرابیهای یک موتور قفس سنجابی را می توان به دو دسته الكتریكی و مكانیكی تقسیم ‌كرد.هر كدام از این خرابیها در اثر عوامل و تنش های متعددی ایجاد می گردند. این تنشها در حالت كلی بصورت حرارتی، مغناطیسی، دینامیكی، مكانیكی و یا محیطی می باشند كه در قسمت های مختلف ماشین مانند محور، بلبرینگ، سیم پیچی استاتور ، ورقه های هسته روتور واستاتور و قفسه روتور خرابی ایجاد می­كنند. اكثر این خرابیها در اثر عدم بكارگیری ماشین مناسب در شرایط كاری مورد نظر، عدم هماهنگی بین طراح و كاربر و استفاده نامناسب از ماشین پدید می­آید. در این قسمت سعی گردیده است ابتدا انواع تنشهای وارده بر ماشین، عوامل پدید آمدن و اثرات آنها بررسی گردد.

قبل از بررسی انواع تنشهای وارده بر ماشین القایی بایستی موارد زیر در نظر گرفته شود :

2- وضعیت شبكه تغذیه ماشین از لحاظ افت ولتاژ در حالت دائمی و شرایط راه اندازی و میزان هارمونیكهای شبكه هم در پدید آمدن نوع تنش و در نتیجه پدید آمدن خرابی در ماشین موثر خواهند بود.

1-2- بررسی انواع تنشهای وارد شونده بر ماشین القایی:

1-2-1- تنشهای موثر در خرابی استاتور:[1.7]

الف ـ تنشهای گرمایی :این نوع از تنشها را می توان ناشی از عوامل زیر دانست:

◄ سیكل راه اندازی: افزایش حرارت در موتورهای القایی بیشتر هنگام راه اندازی و توقف ایجاد  می­ شود. یک موتور در طول راه اندازی، پنج تا هشت برابر جریان نامی از شبكه جریان می كشد تا تحت شرایط بار كامل راه بیفتد. بنابراین اگر تعداد راه اندازی های یک موتور در پریود كوتاهی از زمان زیاد گردد دمای سیم پیچی به سرعت افزایش می یابد در حالی كه یک موتور القایی یک حد مجاز برای گرم شدن دارد و هرگاه این حد در نظر گرفته نشود آمادگی موتور برای بروز خطا افزایش می یابد. تنشهایی كه بر اثر توقف ناگهانی موتور بوجود می آیند به مراتب تاثیر گذارتر از بقیه تنشها هستند.

◄ اضافه بار گرمایی:  بر اثر تغییرات ولتاژ و همچنین ولتاژهای نامتعادل دمای سیم پیچی افزایش می یابد.

بنابر یک قاعده تجربی بازای هر  %2/1-3 ولتاژ فاز نامتعادل دمای سیم پیچی فاز با حداكثر جریان خود، 25% افزایش پیدا می كند .

◄ فرسودگی گرمایی: طبق قانون تجربی با ºc10 افزایش دمای سیم پیچی استاتور عمر عایقی آن نصف  می شود. بنابراین اثر معمولی فرسودگی گرمایی ، آسیب پذیری سیستم عایقی است.

ب ـ تنشهای ناشی از كیفیت نامناسب محیط كار : عواملی كه باعث ایجاد این تنشهامی شود به صورت زیر است:

• رطوبت
• شیمیایی
• خراش ( سائیدگی)[1]
• ذرات كوچك خارجی

ج ـ تنشهای مكانیكی: عواملی كه باعث ایجاد این تنشها می شوند به صورت زیر می باشند:

◄ ضربات روتور: برخورد روتور به استاتور باعث می شود كه ورقه های استاتور عایق كلاف را از بین ببرد و اگر این تماس ادامه داشته باشد نتیجه این است كه كلاف در شیار استاتور خیلی زود زمین  می­ شود و این به دلیل گرمای بیش از حد تولید شده در نقطه تماس می باشند.

خرید اینترنتی فایل متن کامل :

◄ جابجایی كلاف: نیرویی كه بر كلافها وارد می شود ناشی از جریان سیم پیچی است كه این نیرو متناسب با مجذور جریان می باشد ( F∝ ). این نیرو هنگام راه اندازی ماكزیمم مقدار خودش را دارد و باعث ارتعاش كلافها با دو برابر فركانس شبكه و جابجایی آنها در هر دو جهت شعاعی و مماسی می­گردد.

1-2-2- تنشهای موثر در خرابی روتور :

الف ـ تنشهای گرمایی: عواملی كه باعث ایجاد این نوع تنشها در روتور می شود به صورت زیر است:

◄ توزیع غیر یكنواخت حرارت: این مسئله اغلب هنگام راه اندازی موتور اتفاق می افتد اما عدم یكنواختی مواد روتور ناشی از مراحل ساخت نیز ممكن است این مورد رابه وجود آورد. راه اندازی های مداوم و اثر پوستی، احتمال تنشهای حرارتی در میله های روتور را زیادتر می كنند.

◄جرقه زدن روتور: در روتورهای ساخته شده عوامل زیادی باعث ایجاد جرقه در روتور می­شوند كه برخی برای روتور ایجاد اشكال نمی­كنند(جرقه زدن غیر مخرب) و برخی دیگر باعث بروز خطا می شوند(جرقه زدن مخرب ). جرقه زدن­های غیر مخرب در طول عملكرد نرمال[2] موتور و بیشتر در هنگام راه اندازی رخ می­دهد .

◄ نقاط داغ و تلفات بیش از اندازه : عوامل متعددی ممكن است باعث ایجاد تلفات زیادتر و ایجاد نقاط داغ شوند. آلودگی ورقه های سازنده روتور یا وجود لكه بر روی آنها، اتصال غیر معمول میله های روتور به بدنه آن، فاصله متغیر بین میله ها و ورقة روتور و غیره می تواند در مرحله ساخت موتور به وجود آید. البته سازندگان موتور، آزمایشهای خاصی مانند اولتراسونیک را برای كاهش این اثرات بكار می­برند.

ب ـ تنشهای مغناطیسی: عواملی مختلفی باعث ایجاد این تنشها بر روی روتور می شوند همانند، عدم تقارن فاصله هوایی و شارپیوندی شیارها، كه این عوامل و اثرات آنها در زیر مورد بررسی قرار داده شده است:

◄ نویزهای الكترومغناطیسی : عدم تقارن فاصله هوایی، علاوه بر ایجاد یک حوزه مغناطیسی نامتقارن باعث ایجاد مخلوطی از هارمونیكها در جریان استاتور و به تبع آن در جریان روتور می گردد. اثرات متقابل هارمونیكهای جریان، باعث ایجاد نویز یا ارتعاش در موتور می شوند. این نیروها اغلب از نا همگونی فاصله هوایی بوجود می­آیند

◄ كشش نا متعادل مغناطیسی: كشش مغناطیسی نامتعادل باعث خمیده شدن شفت روتور و برخورد به سیم پیچی استاتور می شود. در عمل روتورها به طور كامل در مركز فاصله هوایی قرار  نمی­گیرند. عواملی همانند، گریز از مركز[3]، وزن روتور، سائیدگی یا تاقانها و … همگی بر قرار گیری روتور دورتر از مركز اثر  می گذارند.

◄ نیروهای الكترومغناطیسی: اثر شار پیوندی شیارها ناشی از عبور جریان از میله های روتور، سبب ایجاد نیروهای الكترودینامیكی می شوند. این نیروها با توان دوم جریان  میله(  )  متناسب و یكطرفه  می­باشند و جهت آنها به سمتی است كه میله را به صورت شعاعی از بالا به پائین جابجا می كند. اندازه این نیروهای شعاعی به هنگام راه اندازی بیشتر بوده و ممكن است به تدریج باعث خم شدن میله ها از نقطه اتصال آنها به رینگ­های انتهایی گردند.

ج ـ تنشهای دینامیكی: این تنشها ارتباطی به طراحی روتور ندارند بلكه بیشتر به روند كار موتورهای القایی بستگی دارند.

برخی از این تنشها در ذیل توضیح داده می­ شود:

• نیروهای گریز از مركز[4] : هر گونه افزایش سرعت از حد مجاز، باعث ایجاد این نیروها می­ شود و چون ژنراتورهای القایی در سرعت بالای سنكرون كار می كنند اغلب دچار تنشهایی ناشی از نیروی گریز از مركز می­گردند.
• گشتاورهای شفت: این گشتاورها معمولاً در خلال رخ دادن اتصال كوتاه و گشتاورهای گذرا تولید می شوند. اندازه این گشتاورها ممكن است تا 20 برابر گشتاور بار كامل باشد .

د ـ تنشهای مكانیكی: برخی از مهمترین خرابی های مكانیكی عبارتنداز:

• خمیدگی شفت روتور
• تورق نامناسب و یاشل بودن ورقه ها
• عیوب مربوط به یاتاقانها
• خسارت دیدن فاصله هوایی

هـ ـ تنشهای محیطی : همانند استاتور تنشهای محیطی مختلفی، می تواند بر روی روتور تاثیر گذار باشد همانند رطوبت، مواد شیمیایی، مواد خارجی و غیره

Abrasion -1

[2]- عملکرد نرمال تعریف می شود به صورت هر موتوری که  در معرض افت ولتاژ، تغییر بار (نوسانات بار)، اغتشاشات سوئیچینگ و غیره قرارمی گیرد.

– Eccentricity3

Centrifugal  Force-4