دانشگاه آزاد اسلامی

واحد شاهرود

دانشكده فنی و مهندسی، گروه مهندسی شیمی

پایان نامه برای دریافت درجه كارشناسی ارشد «M.Sc»

گرایش: فرآیند

عنوان

مدل سازی جذب سطحی آمونیاك بر روی كربن فعال با استفاده از سیستم استنتاجفازی – عصبی

استاد راهنما

دکتر اسدالله ملک زاده

تابستان 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                        صفحه
چكیده 1
كلیاتی در رابطه با آلاینده‌های نیتروژنی و آمونیاك، جاذب‌های سطحی و روش‌های مدل‌سازی
1-1- مشخصه های آمونیاك. 3
1-1-1 – آمونیاک مایع و گازی. 3
1-1-2- روش های حذف آلاینده های نیتروژنی و آمونیاک.. 4
1-2 مفاهیم عمومی فرآیند جذب سطحی. 6
1-2-2- كاربردهای اصلی فرآیند جذب سطحی. 7
1-2-2-1- كاربردهای جذب سطحی از فاز مایع. 7
1-2-2-2- كاربردهای جذب سطحی از فاز گاز. 8
1-2-3- خواص اساسی جاذب‌ها 8
1-2-3-1- ظرفیت.. 9
1-2-3-2- تخلخل. 9
1-2-3-3- قطبیت سطح. 10
1-2-3-4- مساحت سطح. 10
1-2-3-5- گزینش‌پذیری. 12
1-2-4- تفاوت جذب فیزیكی و شیمیایی. 12
1-2-5- انواع سیستم های جذب و بسترهای تماس جذب.. 14
1-2-5-1- بستر ثابت.. 14
1-2-5-2- دینامیک جذب سطحی در یک ستون جذب.. 15
1-2-6-کربن فعال. 15
1-2-6-1- کربونیزاسیون. 17
1-2-6-2- ساختار منافذ کربن. 18
1-2-6-3- ویژگیهای کربن فعال. 19
1-2-6-4- مساحت سطح کلی. 19
1-2-6-5- توزیع اندازه ذرات.. 20
1-2-6-6- ظرفیت جذب.. 20
1-2-6-7- مزایا و معایب حذف با کربن فعال. 20
1-3- آنالیز محاسبات ریاضی. 21
1-3-1- مدل توماس.. 22
1-3-2- مدل آدامز – بوهارت.. 22
1-3-3- مدل یون نلسون. 23
1-3-4- مدل BDST. 23
1-4- طریقه ی مدل سازی. 24
1-4-1- رگرسیون. 24
1-4-2- سیستم استنتاج فازی-عصبی. 24
1-4-3- مروری بر سیستم های عصبی – فازی. 26
1-4-4- فواید منطق فازی. 26
1-4-5- معایب منطق فازی. 27
1-4-6- توانایی های سیستم های عصبی- فازی. 27
1-4-7- مدلسازی عصبی- فازی. 28
1-4-8- مجموعه های فازی. 28
1-4-9- توابع عضویت.. 30
1-4-10- انواع توابع عضویت.. 31
1-5- مدلسازی نتایج بدست آمده آزمایشگاهی با استفاده از سیستم استنتاج فازی – عصبی. 34
: . 39
:
3-1 دینامیك جذب آمونیاك بوسیله كربن فعال در ستون 4 سانتی متر. 57
3-1-1 كارایی ستون 4 سانتی متر در جذب آمونیاك. 58
3-1-2 مدل توماس برای جذب آمونیاك در ستون 4 سانتی متر. 58
3-1-3 مدل یون  نلسون برای جذب آمونیاك در ستون 4 سانتی متر. 59
3-1-4 مدل  آدامز- بوهارت برای جذب آمونیاك در ستون 4 سانتی متر. 60
3-1-5 مدل  BDST  برای جذب آمونیاك در ستون 4 سانتی متر. 60
3-2 دینامیك جذب آمونیاك به وسیله كربن فعال در ستون 6 سانتیمتر. 60
3-2-1 كارایی ستون 6 سانتی متر در جذب آمونیاك. 61
3-2-2 مدل توماس برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 61
3-2-3 مدل یون نلسون  برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 62
3-2-4 مدل آدامز – بوهارت  برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 62
3-2-5 مدل BDST برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 63
3-3 دینامیك جذب آمونیاك به وسیله كربن فعال در ستون 8 سانتیمتر. 63
3-3-1 كارایی ستون 8 سانتی متر در جذب آمونیاك. 64
3-3-2 مدل توماس برای جذب آمونیاك در ستون 8 سانتی متر. 64
3-3-3 مدل یون نلسون برای جذب آمونیاك در ستون 8 سانتی متر. 65
3-3-4 مدل آدامز – بوهارت  برای جذب آمونیاك در ستون 8 سانتی متر. 65
3-3-5 مدل  BDST  برای جذب آمونیاك در ستون 8 سانتی متر. 66

4-1 نتایج دینامیك جذب آمونیاك بوسیله كربن فعال در ستون 4 سانتی متر. 68
4-1-1- كارایی ستون 4 سانتی متر در جذب آمونیاك. 68
4-1-2-  نتایج مدل  توماس برای جذب آمونیاك در ستون 4 سانتی متر. 69
4-1-3- نتایج مدل یون نلسون برای جذب آمونیاك در ستون  4 سانتی متر. 69
4-1-4- نتایج مدل آدامز-بوهارت برای جذب آمونیاك در ستون 4 سانتی متر. 70
4-1-5 – نتایج مدل  BDST برای جذب آمونیاك در ستون 4 سانتی متر. 71
4-2- نتایج دینامیك جذب بوسیله كربن فعال در ستون 6 سانتی متر. 73
4-2-1- كارایی ستون  6 سانتی متر در جذب آمونیاك. 73
4-2-2-نتایج مدل توماس برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 73
4-2-3-نتایج مدل یون نلسون برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 74
4-2-4-نتایج مدل آدامز- بوهارت برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 75
4-2-5-نتایج مدل  BDST برای جذب آمونیاك در ستون 6 سانتی متر. 76
4-3-  نتایج دینامیك جذب آمونیاك بوسیله كربن فعال در ستون 8 سانتی متر. 77
4-3-1- كارایی ستون 8 سانتی متر در جذب آمونیاك. 77
4-3-2- نتایج مدل توماس برای جذب آمونیاك در ستون 8 سانتی متر. 78
4-3-3- نتایج مدل یون نلسون برای جذب آمونیاك درستون 8 سانتی متر. 78
4-3-4- نتایج مدل آدامز- بوهارت برای جذب آمونیاك در ستون 8 سانتی متر. 79
4-3-5- نتایج مدل BDST برای جذب آمونیاك در ستون 8 سانتی متر. 80
4-4- تحلیل نتایج مدل های سینتیکی. 82
4-4-1- تحلیل مدل توماس.. 82
4-4-2- تحلیل مدل آدامز- بوهارت.. 82
4-4-3- تحلیل مدل یون نلسون. 82
4-4-4- تحلیل مدل BDST. 82
4-5- نتایج سیستم استنتاج فازی- عصبی. 83
4-6- نتایج رگرسیون خطی چندگانه (MLR) 91
4-6-1- بررسی مدل رگرسیون خطی چندگانه 91

4-6-2-پیش‌بینی و ارزیابی اعتبار مدل در (MLR) 92
4-7- نتیجه گیری. 94
نتیجه‌گیری و پیشنهادات.. 97

منابع فارسی. 99
منابع لاتین. 99
چكیده لاتین…. 103   
فهرست جداول
عنوان                                                                                                       صفحه
جدول (1-1). مشخصه های فیزیکی آمونیاک………………………………………………………. 4
جدول (1-2). روش های مختلف حذف آلاینده های نیتروژنی……………………………………… 5
جدول(1-3): مقایسه جذب فیزیكی و شیمیایی……………………………………………………… 13
جدول )3-1( . مربوط به ستون 4 سانتی متر…………………………………………………….. 58
جدول) 3-2(. مربوط به مدل توماس برای ستون  4 سانتی متر………………………………….. 59
جدول )3-3(. مربوط به مدل یون  نلسون برای ستون 4سانتی متر………………………………. 59
جدول ( 3-4). مربوط به مدل آدامز – بوهارت برای ستون 4 سانتی متر……………………….. 60
جدول )3-5(. مربوط به ستون 6 سانتی متر……………………………………………………… 61
جدول (3-6). مربوط به مدل توماس برای ستون 6 سانتی متر…………………………………… 62
جدول (3-7). مربوط به مدل یون نلسون برای ستون 6سانتی متر……………………………….. 62
جدول (3-8). مربوط به مدل آدامز – بوهارت برای ستون 6سانتی متر…………………………. 63
جدول )3-9(. برای ستون 8 سانتی متر…………………………………………………………… 64
جدول (3-10). مربوط مدل توماس برای ستون 8 سانتی متر……………………………………. 65
جدول( 3-11). مربوط به مدل یون نلسون برای ستون 8سانتی متر……………………………… 65
فهرست نمودارها
عنوان                                                                                                        صفحه
نمودار(4-1). مربوط به ستون 4سانتی متر………………………………………………………. 68
نمودار (4-2). مربوط به مدل توماس برای ستون 4سانتی متر…………………………………… 69
نمودار(4-3). مربوط به مدل یون  نلسون برای ستون 4سانتی متر………………………………. 70
نمودار(4-4). مربوط به مدل آدامز – بوهارت برای ستون 4سانتی متر…………………………. 71
نمودار(4-5). مربوط به محاسبه  و tb برای ستون 4 سانتی متر……………………………… 71
نمودار(4-6). مربوط به مدل BDST برای ستون 4سانتی متر………………………………….. 72
نمودار(4-7). برای ستون 6سانتی متر……………………………………………………………. 73
نمودار (4-8). مربوط به مدل توماس برای ستون 6سانتی متر…………………………………… 74
نمودار(4-9). مربوط به مدل یون نلسون برای ستون 6 سانتی متر………………………………. 75
نمودار(4-10). مربوط به مدل آدامز – بوهارت برای ستون 6 سانتی متر………………………. 76
نمودار(4-11). برای مدل BDST برای ستون 6سانتی متر…………………………………….. 76
نمودار (4-12). مربوط به ستون 8سانتی متر……………………………………………………. 77
نمودار(4-13). مربوط به مدل توماس برای ستون 8سانتی متر………………………………….. 78
نمودار (4-14). مربوط به مدل یون نلسون برای ستون 8 سانتی متر……………………………. 79
نمودار(4-15). مربوط به مدل آدامز – بوهارت برای ستون 8سانتی متر……………………….. 80
نمودار (4-16). مربوط به ستون 8سانتی متر……………………………………………………. 80
نمودار (4-17). همبستگی بین داده‌‌های تجربی و مقادیر پیش‌بینی شده برای دسته تست………… 84
نمودار (4-18). همبستگی بین داده‌‌های تجربی و مقادیر پیش‌بینی شده برای دسته آموزش……… 84
نمودار (4-19). همبستگی بین داده‌‌های تجربی و مقادیر پیش‌بینی شده برای دسته تست………… 85
نمودار (4-20). همبستگی بین داده‌‌های تجربی و مقادیر پیش‌بینی شده برای دسته آموزش……… 85
نمودار (4-21). همبستگی بین داده‌‌های تجربی و مقادیر پیش‌بینی شده برای دسته تست………… 86
فهرست شكل‌ها
عنوان                                                                                                            صفحه
شكل (1ـ1): حجم گاز جذب شده بر حسب فشار نسبی …………………………………….. 11
شکل(1-2). یک مجموعه کلاسیک……………………………………………………………….. 29
شکل( 1-3). دسته بندی روزهای پایان هفته……………………………………………………… 29
شکل(1-4). مجموعه فازی افراد بلند قد…………………………………………………………… 30
شکل(1-5). تابع عضویت در مساله قد……………………………………………………………. 31
شکل(1-6). توابع عضویت مثلثی و ذوزنقه­ای…………………………………………………… 33
شکل(1-7). توابع عضویت گاوسی و ناقوس شکل………………………………………………. 33
شکل(1-8). توابع عضویت حلقوی……………………………………………………………….. 33
شکل (1-9). توابع عضویت چند جمله­ای…………………………………………………………. 33
شکل (3-1). شماتیک طرح استفاده شده برای جذب آمونیاک بوسیله کربن فعال…………………. 57
 

چكیده

پس از ایجاد معضلات زیست محیطی به وسیله آمونیاك و نظر به اینكه در محدوده غلظت های پائین آمونیاك در  پساب ( 100-25 میلی گرم در لیتر) اكثر روش های تصفیه آب مقرون به صرفه نمی باشند، استفاده از جذب سطحی بوسیله كربن فعال یك روش مقرون به صرفه در رسیدن به استاندارد مورد نظر می باشد. كربن فعال ماده ای نسبتاً ارزان و با صرفه در رسیدن به هدف مذكور می باشد. آزمایشات جذب سطحی در گروه پیوسته انجام گرفته است. در این سیستم از تماس خوراك حاوی  100میلی گرم در لیتر آمونیاك با كربن فعال در ستون های 4 سانتی متر و 6سانتی متر و 8 سانتی متر نتایجی حاصل شد و نتایج به دست آمده بوسیله مدل های توماس، BDST ،آدامز – بوهارت و یون نلسون بررسی شد.
با مقایسه مدل های فوق مشخص شد که به جز مدل آدامز- بوهارت بقیه مدل ها مطابقت خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارند و مشخص شد که با افزایش ارتفاع جاذب در ستون های جذب مقدار جذب از 48 به 53 درصد می‌رسد. در این تحقیق همچنین مدل های رگراسیون خطی چند گانه و سیستم استنتاجی فازی- عصبی برای پیش بینی جذب سطحی آمونیاک بکار برده شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد مدل سیستم استنتاجی فازی –عصبی هم‌خوانی خوبی بین داده‌های تجربی و پیش بینی شده برقرار می کند به طوری كه ضریب همبستگی بین آن‌ها به 997/0 می‌رسد.
كلمات كلیدی: جذب سطحی، آمونیاك، ستون پیوسته، كربن فعال، استنتاج فازی عصبی، مدل‌های سنتیكی.

فصل اول

1-1- مشخصه های آمونیاك

1-1-1 – آمونیاک مایع و گازی

آمونیاک (NH3) در فشار اتمسفر گازی است  بی رنگ که از هوا روشن تر است و دارای بوی بسیار نافذ است. بعضی از خصوصیات فیزیکی آمونیاک در جدول شماره 1-1 خلاصه شده است. فشار بخار گاز آمونیاک در بالای مایع آمونیاک خالص با استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود:
(1-1)
جایی که : P = فشار جزئی به mmHg وT= درجه حرارت بر حسب کلوین (K)
آمونیاک می تواند تحت فشار تقریبی 10 اتمسفر مایع شود و به همین حالت ذخیره و حمل گردد.
جدول (1-1). مشخصه های فیزیکی آمونیاک [1]