تحصيلات تکميلي

نام و نام خانوادگي : حسن رحيمي

دانشکده : فني و مهندسي

استاد راهنما : دکتر عليرضا سليماني نظر

تاريخ دفاع : 22/12/86

رشته و گرايش : مهندسي شيمي

استاد مشاور : -

به كار گيري تكنيك بيلان جمعيت در به دست آوردن توزيع اندازه خوشه‌هاي آسفالتين

چکيده

استفاده از روش بيلان جمعيت در پيش بيني توزيع اندازه خوشه‌هاي آسفالتين اخيراً مورد توجه قرار گرفته است. در بين منابع علمي در دسترس تنها مقاله‌اي كه در اين زمينه ديده مي‌شود؛ با انجام ساده سازي‌هايي در زمينه تعيين تخلخل خوشه‌ها و شرايط اوليه حاكم بر معادلات بيلان جمعيت، ارائه شده است. در اين پايان نامه مدل بيلان جمعيت با استفاده از يك الگوي تصاعد هندسي در تقسيم دامنه اندازه ذرات به كار رفته است تا با حل دستگاه معادلات بيلان جمعيت گسسته، توزيع اندازه خوشه‌هاي آسفالتين و سير تكاملي آن پيش بيني شود. در اين مدل طبيعت فركتال خوشه‌هاي آسفالتين در گسسته سازي مدل بيلان جمعيت و تعيين كرنل‌هاي خوشه شدن و شكست مورد توجه قرار گرفته است. در ادامه معادلات بيلان جمعيت با استفاده از روش رانگ كاتاي مرتبه چهار و برنامه‌نويسي رايانه‌اي حل شده اند. براي بررسي ميزان دقت پيش‌بيني‌هاي مدل، خوشه شدن آسفالتين سه نمونه نفت خام در مخلوط‌هايي از جنس تولوئن و نرمال هپتان تحت آزمايش قرار گرفته و نتايج مدل با داده‌هاي تجربي مقايسه شده‌اند. شرايط اوليه و بعد فركتالي از داده‌هاي تجربي استخراج شده‌اند. بعد فركتالي سه نمونه آسفالتين نفت‌هاي خام بنگستان، مارون و منصوري به ترتيب برابر با 6/1، 64/1 و 7/1 بوده است. از روش پردازش تصاوير براي تعيين غلظت آسفالتين جامد استفاده شده است. علاوه بر اين، يك مدل ترموديناميكي با تكيه بر تئوري محلول‌هاي پليمري همگن ارائه شده است. مدل ترموديناميكي با دقتي مناسب ميزان رسوب را پيش بيني مي‌كند. با توجه به تفاوت اندك ميزان رسوب سه نمونه آسفالتين، براي جلوگيري از تأثير خطاهاي مدل ترموديناميكي بر نتايج مدل بيلان جمعيت، از داده‌هاي تجربي ميزان رسوب براي اجراي مدل بيلان جمعيت استفاده شده است. با اين حال به راحتي مي‌توان از نتايج مدل ترموديناميكي نيز براي اين منظور استفاده كرد؛ بدون اينكه خطاهاي بزرگي در نتايج ايجاد شود. آزمايش‌ها با استفاده از سامانه ويژه‌اي جهت مطالعه خوشه شدن آسفالتين تحت تنش برشي انجام شده است. اين سامانه شامل يك وسيله كوئت است كه به راحتي امكان اعمال نرخ‌هاي تنش برشي تنظيم شده‌اي را فراهم مي‌كند. در نهايت هم از داده‌هاي تجربي و هم از نتايج مدل كه تطابق بسيار خوبي با هم دارند؛ چنان بر مي‌آيد كه با گذشت زمان درصورتيكه اندازه اوليه خوشه‌ها بيش از حد بزرگ نباشد؛ اندازه متوسط خوشه‌ها در ابتدا بزرگتر شده و پس از رسيدن به يك مقدار بيشينه، براي رسيدن به يك مقدار ثابت حالت پايدار افت پيدا مي‌كند. اين روند به دليل برتري نسبي پديده خوشه شدن بر پديده شكست در ابتداي فرايند و سپس افزايش اهميت پديده شكست در مقابل خوشه شدن و در نهايت بروز تعادل بين اين دو مي‌باشد. مدل بيلان جمعيت با تكيه بر خاصيت فركتال خوشه‌هاي آسفالتين و بدون نياز به تئوري‌هاي ديگري نظير مدل بازسازي ساختمان خوشه‌ها در طول زمان، اين پديده را توجيه مي‌كند. با افزايش بعد فركتالي خوشه‌ها نرخ‌هاي خوشه شدن و شكست كاهش مي‌تابد. با اين وجود مدل بيلان جمعيت نشانگر كاهش سرعت رشد خوشه‌ها در ابعاد فركتالي بالاتر است. افزايش غلظت جامد آسفالتين باعث رشد سريع‌تر اندازه خوشه‌ها مي‌گردد ولي تأثير چنداني براندازه متوسط حالت پايدار ندارد. افزايش تنش برشي باعث افت اندازه متوسط خوشه‌ها و جابجايي نمودارهاي توزيع اندازه خوشه‌ها به سمت اندازه‌هاي كوچكتر مي‌گردد. افزايش نرخ تنش برشي همچنين اندازه متوسط حالت پايدار را كاهش مي‌دهد. ترکيب حلال و نسبت حجمي هپتان به تولوئن تأثير مستقيمي بر نتايج مدل ندارد و تنها از راه تغيير کسر حجمي رسوب، بر نتايج مدل اثر مي‌گذارد.کسر حجمي رسوب آسفالتين با افزايش نسبت هپتان به تولوئن در ابتدا افزايش يافته و پس از رسيدن به يک مقدار بيشينه به دليل افزايش حجم سوسپانسيون در اثر افزودن هپتان، افت پيدا مي‌کند. با افزايش اندازه اوليه خوشه‌ها، روند تغييرات اندازه متوسط خوشه‌ها تسريع مي‌‌گردد و بيشينه‌هاي بزرگتري در نمودار اندازه متوسط خوشه‌ها مشاهده مي‌گردد. البته درصورتيکه اندازه متوسط اوليه بيش از حد بزرگ باشد؛ به دليل غلبه پديده شکست بر پديده خوشه شدن، از همان ابتدا نمودار اندازه متوسط خوشه‌ها در برابر زمان نزولي بوده و بيشينه‌اي در آن مشاهده نمي‌شود. در نهايت مشاهده گرديد که نوع نفت تأثير مشخصي بر روند تغييرات اندازه خوشه‌هاي آسفالتين ندارد.

واژه‌هاي کليدي: آسفالتين؛ توزيع اندازه خوشه‌ها؛ بيلان جمعيت؛ خوشه شدن؛ فركتال