دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

دانشکده مهندسی مکانیک

پایان نامه کارشناسی ارشد

گرایش سیستمهای انرژی 

عنوان:

رفع تنگناهای افزایش ظرفیّت واحد تقطیر 100پالایشگاه آبادان 

اساتید راهنما:

 دکتر مجید  عمید پور

دکتر حسین  صیّادی

 

چکیده:

واحد تقطیر نفت خام یکی از مهمترین وبحرانی ترین واحد های عملیاتی هـر پـالایشـگاه می باشد . این واحد غالباً نیازمند تجدید نظر در طراحی ساختار (Revamping) یا ایجاد تغییرات اندک در وضعیّت موجود آن بدون نیاز به کاهش یا افزایش دستگاههای اساسی فرآیند (Retrofiting)   جهت دست یابی به ظرفیت بالاتر ، استحصال بیشتر فرآورده های مورد نظر ، کیفیت بالاتر و معمولاً سود اقتصادی بیشتر است.  برداشتن محدودیّت ها و رفع گلوگاه از قابلیّتهای موجود معمولاً رایجترین روش جهت رسیدن به اهداف فوق با پذیرش کمترین ریسک می باشد.

اولین گام در تمامی پروژه های افزایش ظرفیت شناسایی قابلیّتها و محدودیّتهای سیستم موجــود می باشد. در این پروژه نیز محدودیّتهای اساسی زیر شناسایی گردید:

1-توان بازیافت حرارت از جریان نفت سفید گردشی ( Kerosene Pump Around Duty)

2- بروز پدیده طغیان (Flooding)  در برج تقطیر اتمسفری

3- توان حرارتی کوره

آنگاه با اِعمال روش تقطیر پیشرفته و نصب یک برج پیش تفکیک به جای ظرف Pre-flash Drum  امکان رفع محدودیّتهای مذکور فراهم گردید.

تجزیه و تحلیل مطالب با شبیه سازی واحد موجود انجام گرفت و نتایج درخور توجهی به دست آمد. محدودیّتهای یاد شده فوق مرتفع شده ، امکان افزایش ظرفیّت حاصل گردید. مزایای اقتصادی ناشی از آن نیز قابــل تـوجـه می باشد.

مقدمه:

هنگامی که یک شرکت پالایشی تصمیم به افزایش ظرفیت می گیرد طبیعتاً اولین واحدی که باید مورد ارزیابی قرار گیرد واحد تقطیر یا اصطلاحاً ( Topping Unit )  می باشد . سعی در برداشتن گلوگاهها از امـکانات و قابلیتهای موجــود کــه غالباً Retrofit Design   گفته می شود ، کم هزینه ترین و سریعترین راه جهت دستیابی به ظرفیتهای تولید بالاتر با قبـــول کمــتریـن ریسک می باشد.

بالا رفتن قیمت محصولات نفتی و به تبع آن هزینه های انرژی که به علت تحولات سیاسی و بین المللی صورت گرفته است باعث شد تا کشورهای صنعتی که بزرگترین مصرف کنندگان انرژی در جهان هستند تلاشهای بسیاری را به منظور بهینه سازی صنایع نفتی و پتروشیمیایی که بزرگترین و پر مصرف ترین صنایع از لحاظ مصرف انرژی می باشند ، انجام دهند . نتیجه این تلاشها عمدتاً به دو صورت زیر بیان می گردد:

1- کاهش مصرف انرژی به روش استفاده بهینه از انرژیهای موجود در واحد صنعتی مورد بحث

2- تجدید نظر در طراحی و ساختار واحدهای نفتی و پتروشیمی

معمولاً در روش اول نیازبه انجام تغییرات اساسی در ساختار واحد نمی باشد لذا هزینه های انجام شده کمینه خواهد بود . در حالیکه در روش دوم غالباً نیاز به انجام یک سری تغییرات جهت دستیابی به هدف مورد نظر می باشد .

در این بحث ابتدا مروری بر تئوری موجود در تقطیر معمولی خواهیم داشت. آنگاه به شرح تقطیر پیشرفته (Progressive distillation) و روشهای ممکن جهت اِعمال و به کارگیری آن (در واحد تقطیر 100 پالایشگاه آبادان) خواهیم پرداخت. سپس با انجام شبیه سازی شرایط مختلف فرایندی و میزان مصرف انرژی را در دو حالت تقطیر معمولی و پیشرفته مقایسه خواهیم کرد. همچنین توضیح مختصری در رابطه با شبیه سازی و نحوه انجام آن برای واحد مورد بحث داده خواهد شد.

فصل اول: تقطیر نفت خام

1-1- تقطیر نفت خام

دستگاههای تقطیر نفت خام ، نخستین واحدهای فرآورش عمده در پالایشگاه هستند . این دستگاهها برای تفکیک نفت خام به روش تقطیر به اجزایی بر حسب نقطه جوششان به کار  گرفته  می شوند ، بدین ترتیب که منابع خوراک هر یک از واحـدهای فــرآورش بعـدی با توجه به مشخصه های مورد نیازشان تهیه می شوند . به منظور دستیابی به بازدهی های بالاتر و هزینه های پایینتر ، تفکیک نفت خام در دو مرحله صورت می گیرد:

– مرحله اول تفکیک جزء به جزء همه نفت خام در فشار جو

– مرحله دوم ارسال باقیمانده دیر جوش مرحله اول به دستگاه تفکیک دیگری که تحت خلأ شدید عمل می کند.

از دستگاه تقطیر در خلأ ، برای جداسازی قسمت سنگینتر نفت خام به اجزاء مختلف استفاده می شود ، زیرا دمای بالایی که برای تبخیر این قسمت سنگین در فشار جو لازم است موجب کراکینگ گرمایی آن می شود که خود موجب ضایعات ناشی از تولید گاز خشک ، و همچنین تغییر رنگ محصول و قشر بستن تجهیزات براثر تولید کک می شود .

نقاط برش بخشهای نوعی و گستره های جوش بخشهای حاصل از دستگاههای تقطیر در فشار اتمسفری و تقطیر در خلأ در جداول ( 1 – 1 ) و ( 1 – 2 ) ارائه شده اند.

روابط بین نقاط جوش متوسط حجمی ، متوسط مولی ، و متوسط میانگین اجزاء نفت خام در شکلهای زیر  نشان داده شده است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید 

 

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – محیط زیست

عنوان:

تجزیه آمونیاک از پساب و آب به روش فتوکاتالیستی

مقدمه

از نقطه نظر شیمیدان ها، آب به صورت خالص ترین حالت آن در طبیعت یافت نمی شود و تهیه آب خالص مستلزم صرف هزینه و مواد می باشد. در نتیجه، این آب در محیط زیست و در طبیعت سریعا توسط ترکیبات مختلف آلوده می گردد. از طرف دیگر پیشرفتهای حاصله در علوم و فن آوری های مختلف موجب پیدایش مواد و مولکول های شده، که می توانند در برابر تجزیه زیستی مقاومت نمایند. در این میان، ترکیبات آلی و نیتروژن دار از جمله مواد مضر برای موجودات زنده هستند. این گونه ترکیبات عمدتا از واحدهای داروسازی، صنایع کاغذسازی، کک سازی، پتروشیمی و تولید روغن، پالایشگاه های نفت و بسیاری از واحدهای شیمیایی دیگر خارج می شود. که رها شدن چنین موادی در محیط زیست از خطرات مهم زیست محیطی محسوب می شوند. از طرف دیگر با توجه به افزایش محدودیت های ناشی از قوانین زیست محیطی و به منظور حفظ تعادل اکوسیستم طبیعی نیاز به روش های تصفیه ای جدیدی می باشد که بتوانند این مواد را حذف و یا حداقل به موادی با مولکول های کوچکتر و قابل تصفیه تبدیل نمایند. روشهای متعارف تصفیه مانند روش های زیستی، برای تصفیه پساب های حاوی چنین موادی پاسخگو نمی باشد و روش های فیزیکی نیز این مواد را از یک محیط (با غلظت کمتر و حجم بیشتر) به محیط دیگر (با غلظت بیشتر و حجم کمتر) و یا از یک فرم (بسیار خطرناک) به فرم دیگر (کمتر خطرناک) تبدیل می کنند [Fernandes,2005; Gorgate,2002]

البته از سالیان دور سوزاندن فاضلاب های حاوی مواد خطرناک مرسوم بوده است در حالی که این روش تنها برای فاضلاب هایی با غلظت بالا (بدون در نظر گرفتن آلودگی اتمسفریک هوا) قابل توجیه است.

روش های اکسیداسیون شیمیایی، الکترو شیمیایی، فتوشیمیایی و فتوکاتالیسی فاضلاب های خطرناک از جمله جدیدترین و آخرین راه حل ها برای حذف کامل آلاینده ها مطرح می باشند. لیکن این روش های فعلا از نظر اقتصادی (چه از نظر هزینه ثابت و چه از نظر هزینه عملیاتی) قابل رقابت با فرایندهای تصفیه زیستی رایج نیستند. در تصفیه زیستی میکرو ارگانیسم ها بدون افزایش مقدار قابل ملاحظه ماده شیمیایی و فقط با کمک اکسیژن (تا هنگامی که سوبسترات آلی وجود دارد) واکنش اکسیداسیون را ادامه می دهند. در حالی که انجام این عمل توسط واکنش های شیمیایی، فتوشیمیایی، الکتروشیمیایی و فتو کاتالیستی مستلزم صرف هزینه فراوان، جهت تجزیه کامل آلاینده ها می باشد.

استفاده از روش های فتوشیمیایی و فتو کاتالیستی با نگاه به الگوی طبیعت به عنوان راکتور فتوشیمیایی عظیم بوده که در مجموعه آن خورشید به عنوان منبع تشعشع الکترومغناطیسی، هوا به عنوان ترکیب گازی و آب به عنوان محیط مایع، شرایط واکنش های فتوشیمیایی در آب و هوا را امکان پذیر ساخته است و این مسئله سبب توجه دانشمندان به بررسی بیشتر فرایند القاء نور و همچنین واکنش ها که با نور شروع می شوند شده است. و حجم عظیم مقالات منتشر شده در زمینه توسعه تکنولوژی های فتوشیمیایی (در فرایندها زیست محیطی و به ویژه در مورد تصفیه آب و هوا) و گسترش آن در مقیاس صنعتی مؤید آن است [Oppenlander,2003].

صنایع مختلف به ویژه پتروشیمی پساب های آلوده ای تولید می کند که بعضی از این پساب ها حاوی ترکیبات نیتراتی و آمونیاکی هستند، که این مواد سمی بوده و برای استفاده از روش متعارف تصفیه زیستی ایجاد مانع می نمایند. در این میان استفاده از روش جدید تصفیه ای فتوکاتالیستی به عنوان یک راه ساده حذف ترکیبات آمونیاکی شناخته شده است. به همین دلیل، در این تحقیق حاضر نیز آمونیاک به عنوان آلاینده انتخاب گردید تا حذف فتوکاتالیستی آن مورد بررسی قرار گیرد. به طور کلی فعالیت های انجام گرفته در این تحقیق  مطالعات کتابخانه ایی گسترده و جامع، بررسی روش های فتو شیمیایی، فتوکاتالیستی و حذف آمونیاک از آب و هوا به روش فتوکاتالیستی است.

فصل اول: اکسیداسیون فتوشیمیایی

1-1- نور و مفاهیم اولیه آن

انتقال انرژی از نظر کلاسیک به سه صورت هدایت، جابجایی و تشعشع انجام می شود. تشعشع برخلاف دو روش دیگر نیاز به محیط مادی جهت انتقال ندارد که نمونه مشخص آن، انتقال نور خورشید به زمین می باشد.

رفتار نور را می توان از نظر بنیادی براساس دو مکانیسم معرفی کرد. از یک طرف براساس تعریف تشعشع الکترو مغناطیسی نور موجی است که شامل یک میدان الکتریکی (E) و یک میدان مغناطیسی (M) می باشد که عمود به هم بوده و در راستای بعد سوم که همان سرعت نور © می باشد در حرکت است.

تشعشع EMR دارای دو مشخصه مهم طول موج و فرکانس می باشد. برحسب تعریف طول موج فاصله اندازه گیری شده (برحسب متر) بین دو Peak کامل موج و فرکانس، تعداد موج های گذرنده از یک نقطه ثابت در هر ثاینه (Hertz) می باشد. رابطه طول موج و فرکانس به صورت زیر بیان می شود.

C=;D           و                             C=3*108 m/s

در طول موج های کوتاه تشعشع EMR  بر مواد، تاثیر شیمیایی می گذارد که تئوری موج قادر به تشریح آن نمی باشد. از طرف دیگر تئوری ذره ای امواج الکترو مغناطیسی قادر به برطرف کردن این نقطه ضعف می باشد. براساس این تئوری انرژی الکترو مغناطیس بر پایه ذرات بنیادی به نام فوتون انتقال می یابد. واحد انتقال انرژی تحت عنوان کوانتا بوده و براساس رابطه زیر تعریف می شود.

Q=hv

در رابطه بالا انرژی انتقال یافته براساس واحدهای انتقال انرژی (کوانتا) و برحسب ژول است. همچنین h با نام ثابت پلانک معروف بوده و برابر 6.26*10-34 می باشد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

 

دانشکده فنی

گروه مهندسی مکانیک

گرایش طراحی کاربردی

عنوان:

طراحی بهینه پارتوئی مکانیزم شش میله­ ای برای تولید مسیر با استفاده از الگوریتم­ های تکاملی

استاد راهنما:

دکتر محمد ابراهیم فلزی

استاد مشاور:

دکتر نادر نریمان زاده

 

فهرست مطالب:

فصل1  مقدمه…………………………………………………………. 1

1-1پیشگفتار………………………………………………………….. 2

1-2 تاریخچه سنتز ابعادی……………………………………………. 3

1-3 محاسبات اولیه در بررسی مکانیزم­ها………………………….. 4

1-4 بهینه­ سازی……………………………………………………….. 4

1-4-1 تاریخچه بکارگیری بهینه ­سازی در مکانیزم­ها……………….. 5

1-4-2 مفاهیم کلی بهینه­ سازی…………………………………….. 7

1-4-3 فرمول بندی عمومی بهینه­ سازی……………………………. 9

1-5 نوآوری­ های پایان­نامه…………………………………………….. 10

1-6 ساختار کلی پایان­نامه…………………………………………… 11

فصل2  معرفی مکانیزم شش میله­ای وفرمول بندی آن…………… 12

2-1 مقدمه…………………………………………………………….. 13

2-2 برخی کاربردهای مکانیزم­های شش میله­ ای………………… 14

2-3 تحلیل هندسی و روابط حاکم بر مکانیزم……………………… 19

2-4 نتیجه­ گیری و جمع­ بندی فصل………………………………….. 22

فصل3 روش­های بهینه­سازی تک هدفه و چند هدفه……………….. 23

3-1  مقدمه…………………………………………………………….. 24

3-2  مفاهیم بهینه سازی……………………………………………. 24

3-2-1 مفاهیم بهینه­سازی تک هدفه……………………………….. 24

3-2-2 تعاریف و مفاهیم بهینه­سازی چند هدفه………………………25

3-3  روش­های بهینه سازی تک هدفه…………………………………. 27

3-3-1  الگوریتم ژنتیک………………………………………………….. 27

3-3-1-1  مقدمه………………………………………………………….. 27

3-3-1-2 تاریخچه…………………………………………………………. 27

3-3-1-3 ساختار الگوریتم ژنتیک……………………………………….. 28

3-3-1-4 عملگرهای ژنتیکی…………………………………………….. 28

3-3-1-5  روند کلی اجرای الگوریتم ژنتیک…………………………….. 30

3-3-2 الگوریتم تکامل تفاضلی………………………………………….. 31

3-3-2-1 مقدمه…………………………………………………………… 31

3-3-2-2 تاریخچه………………………………………………………….. 32

3-3-2-3 ساختار الگوریتم تکامل تفاضلی……………………………… 32

3-3-2-4 پارامترهاى کنترلى……………………………………………… 35

3-3-2-5  استراتژى­هاى متنوع DE…………………………………………

٣-٣-٣ الگوریتم تجمعى ذره (ازدحام ذرات)……………………………. 37

٣-٣-٣-١ مقدمه…………………………………………………………… 37

٣-٣-٣-٢ تاریخچه روش بهینه سازى تجمعى ذره……………………… 37

٣-٣-٣-٣ روش بهینه­سازى تجمعى ذره استاندارد…………………….. 38

٣-٣-٣-۴ شبه برنامه روش بهینه سازى تجمعى ذره استاندارد……… 40

٣-٣-٣-۵ بررسى ضریب وزن و ضرایب یادگیرى…………………………. 41

٣-٣-۴ الگوریتم ترکیبى ژنتیک و تجمعى ذره……………………………. 42

٣-٣-۴-١ الگوریتم ترکیبى HGAPSO……………………………………….

٣-٣-۴-٢ روش ترکیبى GAPSO…………………………………………….

٣-۴ روش­هاى بهینه­سازى چند هدفى……………………………………45

٣-۴-١ روش بهینه­سازى مرتب سازى نقاط غیر برتر نسخه دوم) NSGA-II……

٣-۴-١-١ زیربرنامه   Non-Dominant Sorting (NS)……………………

٣-۴-١-٢ زیربرنامهCrowding Distance(CD)……………………………

٣-۴-١-٣ روند کلى الگوریتم NSGA-II…………………………………..

3-5 نتیجه­ گیری و جمع­بندی فصل……………………………………… 48

فصل4   بهینه­ سازی مکانیزم شش­میله­ای…………………………… 49

4-1 مقدمه………………………………………………………………. 50

4-2 متد کاهش کنترل شده انحراف مجاز……………………………. 51

4-3 تابع هدف……………………………………………………………. 56

4-4  سنتز بهینه مکانیزم………………………………………………. 57

4-4-1 بهینه سازی تک هدفه………………………………………….. 58

4-4-1-1 سنتز بهینه مسیر اول………………………………………… 58

4-4-1-2 سنتز بهینه مسیر دوم……………………………………….. 65

4-4-2 بهینه سازی دو هدفه……………………………………………. 72

4-4-2-1 متد کاهش کنترل شده انحراف زاویه انتقال………………… 73

4-4-2-2 نتایج بهینه سازی………………………………………………. 75

4-5 نتیجه ­گیری و جمع­بندی فصل………………………………………. 78

فصل5   نتیجه­ گیری………………………………………………………. 79

5-1 نتیجه ­گیری………………………………………………………….. 80

مراجع…………………………………………………………………….. 81

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید 

 

فهرست مطالب

عنوان                                                 صفحه

چکیده 1

1-1 مقدمه. 3

1-1-1 رزین‌های اکریلیک… 4

1-1-2 رزین‌های اکریلیک امولسیونی.. 4

1-1-3 چسب‌ها 4

1-1-3-1 چسب‌های گرما نرم. 5

1-1-3-2 چسب‌های گرما سخت… 5

1-1-4 تاریخچه پلیمریزاسیون امولسیونی.. 5

1-1-5 توصیف پلیمریزاسیون امولسیونی متعارف… 7

1-1-6 سینتیک هوموپلیمریزاسیون امولسیونی رادیکالی.. 10

1-1-7 شرایط و ویژگی‌های مکانیکی چسب‌های حساس به فشار. 11

1-1-8 وینیل استات… 13

1-1-9 مواد فعال سطحی.. 13

1-1-10 پلی وینیل الکل.. 14

1-1-11 آغازگرها 15

1-1-12 بافرها 15

1-1-13 تاریخچه امواج التراسون. 16

1-1-14 اثرات التراسون در شیمی.. 16

1-1-15 امواج التراسون و پدیده‌های بین سطحی.. 17

1-1-15-1 پخش و کاهش اندازه ذرات… 17

1-1-15-2 خرد کردن توسط امواج التراسون. 17

1-1-16 اثر امواج التراسون بر فرآیندهای جذب و واجذبی.. 17

1-1-16-1 اثر امواج بر جاذب ها 17

1-1-16-2 اثر امواج بر فرآیندهای جذب… 18

1-1-16-3 اثر امواج بر فرآیندهای واجذبی.. 18

1-1-16-4 امواج التراسون و انتقال جرم. 19

1-2 بیان مسأله. 19

1-3 ضرورت و اهمیت انجام پژوهش… 20

1-4 اهداف پژوهش… 23

1-4-1 هدف اصلی.. 23

1-4-2 اهداف فرعی.. 23

1-5 سوالات پژوهش… 23

1-5-1 سوال اصلی پژوهش… 23

1-5-2 سوالات فرعی پژوهش… 23

1-6 قلمرو پژوهش… 24

1-6-1 قلمرو زمانی.. 24

1-6-2 قلمرو مکانی.. 24

1-6-3 قلمرو موضوعی.. 24

1-7 تعریف واژه‌ها 24

2-1 مقدمه. 28

3-1 مقدمه. 40

3-2 کوپلیمریزاسیون امولسیونی اکریلیک ها 42

3-2-1 وسایل و تجهیزات… 42

3-2-2 مواد. 42

3-2-3 وسایل اندازه‌گیری.. 43

3-2-4 اندازه گیری ویسکوزیته. 43

3-2-5 اندازه گیری خواص مکانیکی چسب… 44

3-3 کوپلیمریزاسیون وینیل استات با بوتیل اکریلات و اکریلیک اسید. 44

3-4 اثر آغازگر در کوپلیمریزاسیون. 45

3-5 اثر ماده فعال سطحی در کوپلیمریزاسیون. 45

3-6 اثر دمای کوپلیمریزاسیون. 45

3-7 اثر نانو ذرات سیلیکات پودری، التراسون و بدون-التراسون به کوپلیمریزاسیون. 46

4-1 مقدمه. 48

4-2 اثر مونومرهای اکریلیک اسید و بوتیل اکریلات در استحکام چسبندگی جداشدگی رزین اکریلیک… 48

4-3 اثر مقدار آغازگر بر استحکام چسبندگی جداشدگی رزین اکریلیک… 50

4-4 اثر مقدار ماده فعال سطحی بر استحکام چسبندگی جداشدگی رزین اکریلیک… 52

4-5 اثر دما بر استحکام چسبندگی جداشدگی رزین اکریلیک… 54

4-6 اثر نانوذرات سیلیکات بر خواص چسبندگی رزین اکریلیک… 55

5-1 مقدمه. 61

5-2 بحث در نتایج پژوهش… 61

5-2-1 نتایج آمار توصیفی.. 61

5-2-2 نتایج آمار استنباطی.. 62

5-2-2-1 سوال اصلی پژوهش… 62

5-2-2-2 سوالات فرعی پژوهش… 64

5-3 نتیجه‌گیری.. 69

5-4 پیشنهادات مبتنی بر سوالات پژوهش… 70

5-4-1 پیشنهادات مربوط به مقدار کوپلیمر بوتیل اکریلات و اکریلیک اسید. 70

5-4-2 پیشنهادات مربوط به مقدار آغازگر. 70

5-4-3 پیشنهادات مربوط به مقدار ماده فعال سطحی.. 70

5-4-4 پیشنهادات مربوط به نانو ذرات سیلیکات… 70

5-5 پیشنهادات برای تحقیقات بعدی.. 70

5-6 محدودیت‌های پژوهش… 71

فهرست منابع. 72

فهرست منابع فارسی.. 72

فهرست منابع انگلیسی.. 73

پیوست‌ها 79

Abstract 87

…

برای دانلود پایان نامه اینجا کلیک کنید

 

دانشگاه مازندران

جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

مهندسی مکانیک- ساخت وتولید

عنوان:

طراحی بهینه هندسه میدان جریان در پیل سوختی پلیمری با استفاده از الگوریتم ژنتیک

استاد راهنما:

دکتر محسن شاکری

استاد مشاور:

دکتر کورش صدیقی

 

چکیده:

پیل هاى سوختی، دستگاه هاى الکتروشیمیایی هستند که براى تبدیل مستقیم سوخت به انرژی الکتریکی به کار می روند. یکی از مهمترین نوع پیلهای سوختی، پیل سوختی پلیمری است که کاربرد فراوانی دارد. در حالت کلی دو نوع بهینه سازی در پیل سوختی پلیمری میتوان انجام داد : بهینه سازی در طراحی و ساخت

بهینه سازی پارامترهای فرآیندی

دسته اول که به بهینه سازی در ساخت اشاره دارد، به مواردی همچون نوع کانال جریان، هندسه کانال، جنس اعضای تشکیل دهنده پیل و همچنین یک پیکربندی مناسب و … برمی­گردد. این پارامترها گرچه پارامترهای بسیار مهم و موثری هستند ولی به هیچ وجه در طی فرآیند قابل تغییر نیستند و در کل فرآیند ثابت اند. دسته دوم که مربوط به پارامترهای عملکردی یا پارامترهای فرآیندی است شامل پارامترهای نظیر فشار سمت آند، فشار سمت کاتد، دمای کارکردی پیل سوختی، نرخ جریان ورودی در سمت آند و کاتد و …… هستند که قابلیت انعطاف داشته و در طول فرآیند می­توانند تغییر کنند. تحقیق حاضر بعلت مشکلات موجود در بهینه سازی پارامترهای هندسی، به بهینه سازی سه پارامتر فشار سمت آند، فشار سمت کاتد و دمای کارکردی پیل سوختی پرداخته که در میان پارامترهای فرآیندی از اهمیت وافری برخوردار است.

در این تحقیق الگوریتم ژنتیک به عنوان یکی از قویترین ابزارهای بهینه سازی به کار گرفته شده است و از نرم افزار پیل سوختی نوشته شده در گروه پژوهشی دانشگاه که بر اساس حل تحلیلی پیل سوختی عمل می کند، جهت ایجاد منحنی پلاریزاسیون و سپس منحنی توان استفاده شده است. ماکزیموم مقدار منحنی توان میزان بهینگی پارامترها (تابع برازندگی) در نظر گرفته شده است.

در الگوریتمهای ژنتیک معمولا از روش کدگذاری در مبنای دو برای مقادیر پارامترها استفاده می شود ولی برای راحتی کار و ایجاد سرعت بیشتر، در الگوریتم به کار گرفته شده از روش کدگذاری اعداد حقیقی بهره گرفته شده است همچنین برای عدم از بین رفتن جوابهای برازنده در نسلهای میانی از الگوریتم نخبه گرا استفاده شده است. در جدول زیر مقادیر به دست آمده برای سه پارامتر فوق و همچنین مقادیر بهینه گزارش شده از مقاله سلیمان و همکارش ]1[ آورده شده است.

در این تحقیق نمودارهای ماکزیمم توان بر حسب فشارهای جزیی آند و کاتد نشان داد تغییرات فشار سمت آند نسبت به تغییر مشابه فشار در سمت کاتد، در راندمان خروجی بسیار موثرتر است و حساسیت فشار آند نسبت به فشار کاتد بسیار بیشتر است که دلیل آن اهمیت انجام واکنشها و سوخت مصرفی در سمت آند است.

مقدار به دست آمده برای دمای کارکردی پیل نشان می دهد افزایش دما تا حدی بر راندمان پیل اثر مثبت گذاشته ولی اگر دما از مقدار خاصی تجاوز کند راندمان پیل کاهش چشمگیری خواهد داشت که این اتفاق را می توان به دلیل خشک شدن بیش از اندازه غشا توجیه نمود.

فصل اول: مقدمه

1-1- پیشگفتار

دو مشکل اساسی در استفاده از سوخت‌های فسیلی که بیش از %80 تقاضای انرژی مورد مصرف را تشکیل می‌دهند وجود دارد. مشکل اول در محدودیت آنهاست به‌طوری‌که در آینده‌ای نزدیک این سوخت‌ها به پایان می‌رسند. براساس تخمینی که کمپانی‌های نفتی ارائه کرده‌اند، بین سالهای 2015 تا 2030 میزان مصرف نفت خام، گاز‌طبیعی و سوخت‌های فسیلی به بیشترین مقدار خود می‌رسند و از آن پس منابع فسیلی با کاهش چشمگیری روبرو خواهند بود.

مشکل دوم در استفاده از سوخت‌های فسیلی، مشکل زیست محیطی آنان است مانند تغییرات آب‌و‌هوایی، گرم‌شدن کلی محیط، ذوب شدن یخ‌های موجود در کره زمین، ایجاد باران‌های اسیدی، نقصان لایه ازن، خرابی مناطق کشاورزی و جنگلها بعلت استخراج بیش از اندازه زغال‌سنگ از معادن و از همه مهمتر مشکل آلایندگی و آلودگی محیط زیست که شرایط زندگی را نابسامان خواهد کرد. پیش از سال 1970، سیستم‌های انرژی هیدروژنی برای رفع این دو مشکل اساسی پیشنهاد شده بود و از آن سالها دانشمندان بسیاری در جهت بکار‌گیری این سیستم‌ها و توسعه آنان تلاش کردند.

هیدروژن یک انرژی قابل حمل با خصوصیات منحصر به فرد است. سوختی پاک با راندمان خروجی بالا، سبک و در دسترس است. یکی از خصوصیات ویژه آن، نوع کاربرد آن در فرآیند‌های الکترو‌شیمی است که می‌تواند در صورت کاربرد در پیل‌های سوختی، انرژی الکتریکی تولید کند که در مقایسه با انرژی سوخت‌های فسیلی راندمان بسیار بالاتر و مزایای ویژه‌ای دارد. در 20 سال گذشته توسعه و بکارگیری این سیستم‌ها قوت چندانی گرفته است.

2-1- پیل سوختی چیست؟

پیل سـوختی تبدیل کننده انرژی الکترو‌شـیمی است که انرژی شیـمیایی را به انرژی الکتریسـیته

(جریان مستقیم برق) تبدیل می‌کند. در حالت کلی یک فرآیند تولید الکتریسیته از سوخت، شامل چندین گام تبدیل انرژی است که این گام‌ها عبارتند از:

(1) سوزاندن سوخت مورد نظر و تبدیل آن به حرارت

(2) ایجاد آب جوش و بخار آب از حرارت به وجود آمده

(3) بکار گیری بخار آب ایجادی در توربین جهت تبدیل انرژی گرمایی به انرژی مکانیکی

(4) بکار گیری انرژی مکانیکی در ژنراتور و تولید جریان الکتریسیته

یک پیل سوختی تمام مراحل فوق را جهت تولید جریان الکتریسیته در یک گام خلاصه می‌کند علاوه بر اینکه هیچ نیازی به قسمت‌های متحرک ندارد. (شکل 1-1) چگونگی ایجاد جریان الکتریسیته توسط پیل سوختی را در یک گام نشان می‌دهد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید