فهرست مطالب
۱ فصل اول 1
1-1مقدمه…….. 2
1-2ترکیبات آلی فرار 3
1-2-1روشهای حذف ترکیبات آلی فرار 3
1-2-1-1اکسایش کاتالیستی 4
1-3اکسیدهای نیتروژن 5
1-3-1روشهای حذف اکسیدهای نیتروژن 5
1-3-1-1کاهش کاتالیستی انتخابی SCR)) 6
۱-۳-۱-۱-۱کاهندههای به کار رفته در فرآیند SCR 7
1-3-1-1-1-1فرآیند …………CO-SCR 7
1-4کاتالیست های به کار رفته در فرآیند اکسایش کاتالیستی و SCR 7
1-5کاتالیستهای پروسکیتی 9
۱-۵-۱ساختار کریستالی پروسکیتها 11
۱-۵-۲روشهای سنتز کاتالیستهای پروسکیتی 13
1-6مطالعات سینتیکی 14
۱-۶-۱اهمیت انجام مطالعات سینتیکی 14
1-6-2روش انجام مطالعات سینتیکی 15
1-7مدل های سینتیکی 15
۱-۷-۱مدل های سینتیکی برای اکسایش ترکیبات آلی فرار 16
1-7-1-1مدل قانون توانی 16
1-7-1-2مکانیسم لانگمویر-هینشل وود 17
1-7-1-2-1جذب ترکیبات آلی فرار و اکسیژن بر روی نوع سایتهای مختلف با عدم جدایش اکسیژن(LH-DS-ND)………….. 19
1-7-1-2-2جذب ترکیبات آلی فرار و اکسیژن بر روی یک نوع سایت منفرد با عدم جدایش اکسیژن ……………..(LH-OS-ND) 21
1-7-1-2-3جذب ترکیبات آلی فرار و اکسیژن بر روی نوع سایتهای مختلف با جدایش اکسیژنLH-DS-D).)………………………………………………………………………………………………………………….. 22
1-7-1-2-4جذب ترکیبات آلی فرار و اکسیژن بر روی یک نوع سایت منفرد با جدایش اکسیژن(LH-OS-D)……………………………. 23
1-7-1-3مکانیسم مارس-ون کرولن 25
۱-۷-۱-۳-۱عدم جدایش اکسیژن(MVK-ND) 26
۱-۷-۱-۳-۲جدایش اکسیژن(MVK-D) 27
1-7-2مکانسیم کاهش کاتالیستی انتخابی با کاهندهی CO 28
1-7-2-1مدل توانی…………. 28
1-7-2-2مدل ۱ و۲………. 29
1-8اهداف پروژهی حاضر 34
2 فصل دوم 35
2-1مواد شیمیایی مورد استفاده 36
2-2تجهیزات مورد استفاده 36
2-3سنتز کاتالیست 37
2-4شناسایی کاتالیست 38
2-4-1تعیین ساختار کریستالی با استفاده از پراش اشعهی ایکسXRD)) 38
2-4-2آنالیز احیا با برنامه ی دمایی(TPR) 38
2-4-3تعیین تصاویر ذرات با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) 38
2-5اکسایش کاتالیستی ترکیبات آلی فرار 39
2-5-1سامانهی اکسایش کاتالیستی ترکیبات آلی فرار 39
2-6کاهش کاتالیستی NO با CO 41
2-6-1سامانهی کاهش کاتالیستی NO با CO 41
۲-۷مدل رياضي براي شبيه سازي راكتور 43
2-7-1موازنهی مولی برای اکسایش کاتالیستی ترکیب آلی فرار 44
2-7-2موازنهی مولی برای کاهش کاتالیستی NO با CO 44
2-8تخمین پارامترهای مدل سینتیکی 45
۲-۸-۱تعریف تابع هدف 45
۲-۸-۲روشهای تخمین پارامترها 45
۲-۸-۲-۱روش شیب کاهشی 47
۲-۸-۲-۲گاوس – نیوتن 48
2-8-2-3روش نیوتن……. 50
2-8-2-4لونبرگ-مارکوارت 51
2-8-3روند تخمین پارامترهای سینتیکی 52
۳ فصل سوم 54
3-1بررسی ساختار کاتالیست 55
3-1-1بررسی ساختار کریستالی کاتالیست با پراش اشعهی ایکس (XRD) 55
3-1-2آنالیز احیا با برنامهی دمایی(TPR) 56
3-1-3آنالیز SEM کاتالیست 56
۳-۲مدلسازی سینتیکی فرآیندها 58
3-2-1مدلسازی سینتیکی فرآیند اکسایش کاتالیستی تولوئن 58
3-2-1-1نتایج تجربی به دست آمده 58
3-2-1-2پارامترهای سینتیکی بهدستآمده و مقایسه نتایج حاصل از مدل با نتایج تجربی 58
3-2-1-2-1مدل توانی…………. 58
3-2-1-2-2مدل LH-DS-D 60
3-2-1-2-3مدل LH-DS-ND 62
3-2-1-2-4مدل LH-OS-D 64
۳-۲-۱-۲-۵مدل LH-OS-ND 66
3-2-1-2-۶مدل MVK-D………… ۶۸
3-2-1-2-7مدل MVK-ND 70
3-2-1-3انتخاب بهترین مدل سینتیکی برای فرآیند اکسایش کاتالیستی تولوئن 71
3-2-2مدلسازی سینتیکی فرآیند کاهش کاتالیستی NO با کاهندهی CO 73
3-2-2-1نتایج تجربی به دست آمده 73
3-2-2-2پارامترهای سینتیکی به دست آمده و مقایسه نتایج حاصل از مدل با نتایج تجربی 74
3-2-2-2-1مدل توانی……………. 74
3-2-2-2-2مدل ۱…………………. 76
۳-۲-۲-۲-۳مدل ۲…………………….. 78
3-2-2-3انتخاب بهترین مدل سینتیکی برای فرآیند کاهش کاتالیستی NO با کاهندهی …………………………………………………………………………………………………………………..CO81
4 فصل چهارم 83
4-1نتیجه گیری 84
۴-۲پیشنهادات برای کارهای آينده 85
مراجع 86
فهرست اشکال
شکل 1‑1ساختار پروسکیت[44]. 11
شکل 1‑2روند توسعه‌ی فرآیندهای کاتالیستی[56] 15
شکل 1‑3:روش مدل سازی سینتیکی[78] 16
شکل 1‑4: مکانیسم لانگمویر-هینشل وود 18
شکل 1‑5 مکانیسم ون مارس کرولن 26
شکل 2‑1:روش سنتز کاتالیست پروسکیتی 38
شکل 2‑2 سامانهی اکسایش کاتالیستی ترکیبات آلی فرار 40
شکل 2‑3سامانهی کاهش کاتالیستی انتخابی اکسید نیتروژن با CO 42
شکل 2‑4 روند تخمین پارامترهای سینتیکی 53
شکل 3‑1: الگوی پراش اشعهی ایکس 56
شکل 3‑2: نمودار H2-TPR کاتالیست 57
شکل 3‑3 تصاویرSEM کاتالیست La1Fe0.66Co0.34O3 با دمای کلسیناسیون Cº۷۵۰ و نسبت مولی اسید سیتریک به نیترات 525/0. 58
شکل 3‑4نتایج تجربی به دست آمده برای اکسایش کامل تولوئن 59
شکل 3‑6 مقایسهی نتایج تجربی با مدل توانی برای برای اکسایش کامل تولوئن 61
شکل 3‑7مقایسهی نتایج تجربی پروفیل میزان تبدیل با مدل LH-DS-D برای اکسایش کامل تولوئن 62
شکل 3‑8 مقایسهی نتایج تجربی با مدلLH-DS-D برای اکسایش کامل تولوئن 62
شکل 3‑9:مقایسهی نتایج تجربی پروفیل میزان تبدیل با مدل LH-DS-ND برای اکسایش کامل تولوئن 64
شکل 3‑10:مقایسهی نتایج تجربی با مدلLH-DS-ND برای اکسایش کامل تولوئن 64
شکل 3‑11:مقایسهی نتایج تجربی پروفیل میزان تبدیل با مدل LH-OS-D برای اکسایش کامل تولوئن 66
شکل 3‑12:مقایسهی نتایج تجربی با مدلLH-OS-D برای اکسایش کامل تولوئن 66
شکل 3‑13:مقایسهی نتایج تجربی پروفیل میزان تبدیل با مدل LH-OS-ND برای اکسایش کامل تولوئن 68
شکل 3‑14:مقایسهی نتایج تجربی با مدلLH-OS-ND برای اکسایش کامل تولوئن 68
شکل 3‑15مقایسهی نتایج تجربی پروفیل میزان تبدیل با مدل MVK-D برای اکسایش کامل تولوئن 70
شکل 3‑16مقایسهی نتایج تجربی با مدلMVK -D برای اکسایش کامل تولوئن 70
شکل 3‑17:مقایسهی نتایج تجربی پروفیل میزان تبدیل با مدل MVK-ND برای اکسایش کامل تولوئن 72
شکل 3‑18:مقایسهی نتایج تجربی با مدلMVK -ND برای اکسایش کامل تولوئن 72
شکل 3‑19: مقایسهی مجموع مربع خطاهای مدلهای سینتیکی برای اکسایش کامل تولوئن 73
شکل 3‑20:مقایسهی ضریب همبستگی مدلهای سینتیکی برای اکسایش کامل تولوئن 73
شکل 3‑21نتایج تجربی به دست آمده برای میزان تبدیل CO در فرآیند کاهش NO با CO 74
شکل 3‑22 نتایج تجربی به دست آمده برای میزان تبدیل NO در فرآیند کاهش NO با CO 74
شکل 3‑23:مقایسهی نتایج تجربی با مدل توانی در فرآیند کاهش NO با CO 76
شکل 3‑24:مقایسهی نتایج تجربی با مدل توانی برای میزان تبدیل NO در فرآیند کاهش NO با CO 76
شکل 3‑25:مقایسهی نتایج تجربی با مدل توانی برای میزان تبدیل CO در فرآیند کاهش NO با CO 77
شکل 3‑26:مقایسهی نتایج تجربی با مدل ۱ در فرآیند کاهشNO با CO 78
شکل 3‑27:مقایسهی نتایج تجربی با مدل ۱ برای میزان تبدیل CO در فرآیند کاهش NO با CO 79
شکل 3‑28:مقایسهی نتایج تجربی با مدل ۱ برای میزان تبدیل NO در فرآیند کاهش NO با CO 79
شکل 3‑29:مقایسهی نتایج تجربی با مدل ۲ در فرآیند کاهش NO با CO 81
شکل 3‑30:مقایسهی نتایج تجربی با مدل ۲ برای میزان تبدیل CO در فرآیند کاهش NO با CO 81
شکل 3‑31:مقایسهی نتایج تجربی با مدل ۲ برای میزان تبدیل NO در فرآیند کاهش NO با CO 82
شکل 3‑32:مقایسهی مجموع مربع خطاهای مدلهای سینتیکی برای کاهش کاتالیستی NO با CO 82
شکل 3‑33:مقایسهی ضریب همبستگی مدلهای سینتیکی برای کاهش کاتالیستی NO با CO 83
فهرست جداول
جدول 2‑1 مشخصات مواد مورد استفاده 37
جدول 2‑2 مشخصات وسایل و تجهیزات مورد استفاده 37
جدول 2‑3: مشخصات خوراک ورودی و راکتور در اکسایش کاتالیستی تولوئن 41
جدول 2‑4: مشخصات خوراک ورودی و راکتور در کاهش کاتالیستیNO با CO 43
جدول 3‑1:مشخصات کاتالیست سنتز شده 56
جدول 3‑2:پارامترهای سینتیکی به دست آمدهی مدل توانی برای اکسایش کامل تولوئن 60
جدول 3‑3:پارامترهای سینتیکی به دست آمدهی مدل LH-DS-D برای اکسایش کامل تولوئن 61
جدول 3‑4:پارامترهای سینتیکی به دست آمدهی مدل LH-DS-ND برای اکسایش کامل تولوئن 63
جدول 3‑5:پارامترهای سینتیکی به دست آمدهی مدل LH-OS-D برای اکسایش کامل تولوئن 65
جدول 3‑6:پارامترهای سینتیکی به دست آمدهی مدل LH-OS-ND برای اکسایش کامل تولوئن 67
جدول 3‑7:پارامترهای سینتیکی به دست آمدی مدل MVK -D برای اکسایش کامل تولوئن 69
جدول 3‑8:پارامترهای سینتیکی به دست آمدهی برای مدل MVK -ND برای اکسایش کامل تولوئن 71
جدول 3‑9:مقادیر پارامترهای سینتیکی مدل توانی در فرآیند کاهش NO با CO 75
جدول 3‑10: مقادیر پارامترهای سینتیکی مدل ۱ در فرآیند کاهش NO با CO 78
جدول 3‑11:مقادیر پارامترهای سینتیکی مدل ۲ در فرآیند کاهش NO با CO 80
فهرست علائم
سرعت واکنش |
r |
پارامتر سلول واحد مکعبی |
a |
فاکتور تلورانس |
t |
ثابت سرعت |
k |
غلظت |
c |
فاکتور پیشنمائی ثابت سرعت |
k0 |
انرژی اکتیواسیون |
E |
ثابت جهانی گازها |
R |
دما |
T |
کسر پوششی سطح کاتالیست |
𝜃 |
سایتهای فعال سطح کاتالیست |
S |
ترکیب آلی فرار |
VOC |
فشار جزئی |
P |
ثابت تعادل جذب اکسیژن |
kox |
ثابت تعادل جذب ترکیب آلی فرار |
kvoc |
درجه واکنش |
m,n |
فاکتور پیشنمائی ثابت تعادل جذب اکسیژن |
K0ox |
فاکتور پیشنمائی ثابت تعادل جذب ترکیب آلی فرار |
K0voc |
آنتالپی واکنش |
HΔ |
ضریب نرمالیزه شده |
ω |
بردار متغیر مستقل |
x |
بردار معادلات ریاضی |
g |
بردار متغیر وابسته |
Y |
تابع هدف |
φ |
جرم کاتالیست |
w |
میزان تبدیل |
X |
مختصات طولی بدون بعد |
|
دبی مولی |
F |
