دانشجویان مهندسی شیمی دانشگاه شهید باهنر کرمان

مهندسی شیمی کرمان

 

 

  مهندسی شیمی کرمان 

 

خانه
آرشيو

پست الكترونيك


لوگو

 


م.شيمي82
فوم هوای فشرده
توربین توربوشارژ
کمپرسور
توربین ها
ساخت کاغذ
در فلوریدا
بازیافت فلزات2
بازیافت کاغذ
پیل سوختی
سیالات بحرانی
اسمزی معکوس
انگشتان مکانیکی
سیمان
کامپوزیت
یخ خشک
تاريخ مهندسی شيمی
UF6
لیچینگ
رطوبت و اشباع
هواپیمای هلیوس
بازیافت فلزات 1
کمک تکنسین ها
کیمیاگران دست و دلباز
نانوتکنولوژی
دانشگاه شیراز


Gardoon Persian Templates

طراحی

 

 

شنبه ٢٩ اردیبهشت ،۱۳۸٦

پيش گرمکن ها

 

در دهه ۱۹۳۰ به خصوص در آلمان اولین تلاش ها به کار گرفته شد برای اینکه کوره دوار دوباره طراحی شود تا مصرف اضافی سوخت به حداقل برسد.این کار دو توسعه قابل توجه را در بر داشت.

*پیش گرم کن گریت (grate )

*پیش گرمکن سوسپانسیون گاز (gas-suspension)

پیش گرمکن گریت:

این پیش گرمکن شامل یک محفظه است که دارای یک شبکه فولادی متحرک زنجیر مانند با دمای بالا است و به انتهای سرد کوره دوار متصل می شود.پودر خشک مخلوط  به سمت یک تابه کلوخه ای شکل که دارای ۱۰ تا ۲۰٪ آب اضافی و گلوله های سختی به قطر ۱ تا ۲۰ میلی متر است حرکت داده می شود.گلوله ها از طریق شبکه متحرک بار کرده می شوند و گاز های داغ حاصل از احتراق که از انتهای کوره خارج می شوند از میان بستر ذرات از سمت پایین عبور داده می شوند.این عمل مخلوط را با بازده بالا خشک و تا اندازه ای کلسینه می کند.سپس ذرات وارد کوره می شوند.ذرات بسیار ریز از کوره به خارج دمیده می شوند.چون که مخلوط برای تولید کلوخه ها باید نم دار باشد فرآیند به صورت نیمه خشک انجام می شود.پیش گرمکن گریت همچنین برای فرآیند نیمه تر قابل کاربرد است.در فرآیند نیمه تر مخلوط به صورت دوغاب در می آید و پس از آبگیری با فیلتر های فشار بالا به صورت فیلتر کیک به شکل کلوخه ها قالب دهی می شود.پس از این مراحل کلوخه ها وارد پیش گرمکن می شود.در این مورد محتوای آب کلوخه ها بین ۱۷ تا ۲۰ درصد است.پیش گرمکن های گریت در دهه های ۱۹۵۰ و ۶۰ کابرد بیشتری داشت و سیستمی با گریت ۲۸ در ۴ متر و کوره ۹/۳ در ۶۰ متر ۱۰۵۰ تن در روز تولید داشت و برای هر تن کلینکر تولیدی ۱۱/۰ تا ۱۳/۰ تن زغال سنگ مصرف می کرد.سیستم های با تولید بیش از ۳۰۰۰ تن در روز نیز راه اندازی شده بودند.

پیش گرمکن های سوسپانسیون گاز:

جزء کلیدی این پیش گرمکن ها سیکلون است.سیکلون یک ظرف مخروطی شکل است که جریان گاز دارای گرد و غبار به صورت مماس از آن عبور داده می شود.که این باعث ایجاد گرداب در ظرف می شود.گاز ظرف را از طریق خروجی محوری ترک می کند.جامدات به سمت لبه خروجی ظرف با عمل گریز از مرکز حرکت می کنند و از طریق دریچه ای در رأس مخروط سیکلون را ترک می کنند.سیکلون ها اساسا برای گرفتن گرد و غبار گاز های خروجی از کوره در فرآیند خشک مورد استفاده قرار می گیرند.اگر به جای تمام مخلوط محصولات سیکلون وارد شوند بازده حرارتی  زیادی حاصل می شود:گاز با بازده بیشتری سرد می شود٫ از این رو آلودگی حرارتی کمتری به اتمسفر وارد می شود و مخلوط با بازده بیشتری گرما دریافت می کند.این بازده بیشتر افزایش می یابد اگر تعدادی سیکلون به صورت سری وصل شده باشند.

  Cutaway view of cyclone showing air path

تعداد سیکون ها در عمل از ۱ تا ۶ متغیر است.یک انرژی به شکل نیروی فن مورد نیاز است برای اینکه گاز ها را از سلسله سیکلون ها عبور دهد.ارزش هر فن افزوده شده به ازای هر سیکلون اضافی سود حاصله را کاهش می دهد.

محمد بادسار

پيام هاي ديگران ()


 


سه‌شنبه ٢٥ اردیبهشت ،۱۳۸٦

فرآيند تر و خشک در توليد سيمان

 

از همان زمان های اولیه دو روش برای آماده سازی مخلوط به کار برده می شد: اجزای معدنی به صورت خشک آسیاب می شدند تا اینکه یک پودر آرد شکل تشکیل دهند یا اینکه به صورت تر خرد می شدند که با افزودن آب به صورت دوغابی با ذرات ریز که به رنگ شبیه بود تبدیل می شدند ٫ در این روش محتوای آب حدود ۴۰ تا ۴۵ درصد بود.اشکال واضح فرآیند تر در کوره مشخص می شد که مجبور بودیم سوخت خیلی بیشتری برای تبخیر آب استفاده کنیم.به علاوه کوره بزرگتری مورد نیاز بود برای اینکه کلینکر تولید کند زیرا بیشتر درازای کوره ها برای فرآیند خشک طراحی می شدند.از طرف دیگر فرآیند تر مزایایی نیز دارد.خرد کردن مواد معدنی سخت به صورت تر بازده بیشتری نسبت به خرد کردن خشک دارد.هنگامی که دوغاب در کوره خشک می شود به صورت ذرات گرانولی در می آید که در گرم کردن شکل ایده آل است.از طرف دیگر در فرآیند خشک خیلی مشکل است که ذرات پودری مخلوط را درون کوره نگه داریم چون که جریان گازهای حاصل از احتراق آن ها را دوباره به سمت بیرون بر می گردانند.راه حل عملی برای حل این مشکل افشاندن آب به درون کوره برای اینکه ذرات را پایین نگه دارد می باشد و بنابراین برای سال های زیادی اختلاف ناچیزی بین بازده این دو روش بوده است و کوره های زیادی با فرآیند تر کار می کنند.در سال ۱۹۵۰ یک کوره فرآیند تر با مبدل های حرارتی محیط خشک تجهیز شد و اندازه آن ۳/۳ در ۱۲۰ متر بود که ۶۸۰ تن در روز کلینکر تولید می کرد و حدود ۲۵/. تا ۳۰/. تن ذغال سنگ به ازای هر تن کلینکر تولیدی مصرف می کرد.تا قبل از بحران انرژی دهه ۱۹۷۰ تاسیسات نصب فرآیند های تر برای کوره هایی به بزرگی ۸/۵ در ۲۲۵ متر که ۳۰۰۰ تن در روز کلینکر تولید کند مهیا بود.

یک توضیح جالب در مورد تاریخ فرآیند تر لازم است این که بعضی از کارخانه ها در حقیقت از تجهیزات بسیار قدیمی فرآیند تر ساخته شده اند که هنگام استفاده از پسماند سوخت مفید عمل می کنند.کارخانه هایی که پسماند سوخت را می سوزانند در مصرف انرژی صرفه جویی می کنند ( این پسماند ها به وسیله صنایعی پرداخت می شود که پسماند سوخت آن ها دارای انرژی می باشد و در دمای بالا و زمان ماند زیادی چون کوره دوار می تواند انرژی خود را آزاد سازد.) در نتیجه کم بازده بودن روش تر برای صنایع دیگر نوعی سود تلقی می شود.با قرار دادن پسماند سوخت صنایع دیگر به عنوان سوخت فرآیند تر در تولید سیمان سوزاندن سوخت بیشتر سود بالاتری را برای صنایع دیگر در بر دارد اگر چه چنین کاری آسیب هایی بیشتر برای محیط زیست را در پی خواهد داشت.کارخانه هایی که وابسته به محیط زیست هستند همگی با فرآیند تر مخالف هستند زیرا این فرآیند باعث انتشار هر چه بیشتر دی اکسید کربن خواهد شد.

% of North American Capacity using Wet Process

درصد استفاده از فرآیند تر در آمریکای شمالی

Mean Fuel Energy used in North American Kilns

متوسط مصرف سوخت در کوره های سیمان در آمریکای شمالی

برگرفته از:http://en.wikipedia.org/wiki/Cement_kiln

محمد بادسار

پيام هاي ديگران ()


 


چهارشنبه ۱٩ اردیبهشت ،۱۳۸٦

کوره دوار سيمان

 

کوره های سیمان برای مرحله پیرو پروسه ی تولید پرتلند و دیگر سیمان های هیدرولیک استفاده می شود.بیش از یک بیلیون تن در سال تولید می شود و کوره قلب این فرآیند تولید است.

هنگامی که دما افزایش می یابد واکنش های زیر در مخلوط اتفاق می افتد:

۷۰ تا ۱۱۰ در جه سانتیگراد : آب آزاد تبخیر می شود.

۴۰۰ تا ۶۰۰ :مواد معدنی رسی به اکسید هایشان تغییر شکل می دهند ( اساسا  SiO2 و Al2O3) دولومیت (CaMg(CO3)2) به کربنات کلسیم تغییر شکل می دهد و MgO وCO2 نیز تولید می شوند.

۶۹۰ تا ۹۰۰ :کربنات کلسیم با  SiO2 واکنش می دهد و بلیت (Ca2SiO4) شکل می گیرد.

۹۰۰ تا ۱۰۵۰ : کلسیم باقیمانده تغییر شکل می دهد و به اکسید کلسیم و CO2 تبدیل می شود.

۱۳۰۰ تا ۱۴۵۰ : ذوب پاره ای ۲۰ تا ۳۰ درصد اتفاق می افتد و بلیت با اکسید کلسیم واکنش می دهد و آلیت(Ca3O.SiO4) شکل می گیرد.

آلیت جزء مشخص کننده خاصیت سیمان پرتلند است.نوعاً یک افزایش دمای ۱۴۰۰ تا ۱۴۵۰ مورد نیاز است برای اینکه واکنش کامل شود.ذوب پاره ای باعث می شود که ماده به صورت گلوله های کلوخه ای در آید.سپس کلینکر داغ به درون کولر ریخته می شود که بیشتر گرمای آن بازیابی می شود و کلینکر تا دمای ۱۰۰ درجه سرد می شود ٫ دمایی که کلینکر می تواند تا مخازن نگهداری حمل شود.سیستم کوره دوار برای انجام هر چه بهتر این فرآیند طراحی می شود.

کوره دوار شامل یک لوله است که از صفحات فولادی ساخته شده است و درون آن با آجر نسوز پوشیده شده است.شیب لوله ۱ تا ۴ درجه است و به آهستگی حدود ۳۰ تا ۲۵۰ دور بر ساعت حول محور خود دوران می کند.مخلوط از انتهای بالا تر آن تغذیه می شود و دوران کوره باعث حرکت منظم ذرات تا انتهای دیگر آن می شود.در انتهای دیگر ( انتهای پایین تر ) سوخت به شکل گاز٫ نفت یا سوخت جامد پودری از طریق لوله سوزان به درون کوره دمیده می شود که یک شعله هم مرکز با قسمت پایین لوله کوره تولید می کند.هنگامی که مواد به شعله می رسند به حداکثر دمای خود نایل می شوند البته قبل از رسیدن به کولر.هوا ابتدا از درون کولر و سپس از درون کوره برای انجام احتراق  سوخت عبور داده می شود.در کولر هوا با سرد کردن  کلینکر داغ گرم می شود.که دمای آن قبل از ورود به کوره ممکن است به ۴۰۰ تا ۸۰۰ درجه برسد که باعث احتراق موثرتر و سریعتر سوخت می شود.

General Layout of a Rotary Kiln

اولین کوره دوار موفق در سال ۱۸۹۰ در پنسیلوانیا ساخته شد که ۵/۱ متر قطر و ۱۵ متر طول داشت.چنین کوره ای حدود ۲۰ تن در روز کلینکر تولید می کرد.سوخت آن نفت بود که در آن زمان در پنسیلوانیا به اندازه کافی در دسترس بود.ایجاد شعله با چنین سوختی آسان بود.۱۰ سال بعد تکنیک دمیدن زغال سنگ پودری توسعه یافت که استفاده از سوخت ارزانتر را در بر داشت.در سال ۱۹۰۵ بزرگترین کوره که  ۷/۲ در ۶۰ متر اندازه آن بود و ۱۹۰ تن در روز کلینکر تولید می کرد.در آن زمان پس از فقط ۱۵ سال توسعه کوره دوار تولید نصف دنیا را عهده دار شد.پس از آن ظرفیت کوره ها به تدریج افزایش یافت و امروزه بزرگترین کوره ۱۰۰۰۰ تن در روز کلینکر تولید می کند.به نسبت کوره های ثابت که یک زمان سه ساعته برای انجام واکنش لازم بود این کوره ها در ۱۰ دقیقه این کار را انجام می دهند.کوره های دوار ۲۴ ساعت شبانه روز در حال کارند و به ندرت متوقف می شوند ( یک یا دو روز در سال برای اصول نگهداری ).

برگرفته از: http://en.wikipedia.org/wiki/Cement_kiln

محمد بادسار

پيام هاي ديگران ()


 


یکشنبه ٩ اردیبهشت ،۱۳۸٦

سيمان پرتلند

 

به طور کلی سیمان پرتلند معمولی ترین نوع سیمان در بسیاری از نقاط دنیا است زیرا اساس ساخت بتون٫ ملاط ٫گچ است.سیمان پرتلند یک پودر ریز است که از آسیاب کردن کلینکر سیمان ( بیش از ۹۰٪) ٫ حداکثر ۵٪ گچ که زمان تثبیت را کنترل می کند و بیش از ۵٪ اجزای ناچیز دیگر ( بر اساس استاندارد های مختلف ) به دست می آید.بر اساس تعریف استاندارد اروپایی EN197.1 ٫ «کلینکر سیمان پرتلند یک ماده هیدرولیک است که حداقل شامل دو سوم جرمی سیلیکات های کلسیم ( 3CaO.SiO2 و2CaO.SiO2 ) ٫ و ما بقی آن شامل فاز های کلینکری آلومینیوم و آهن و ترکیبات دیگر است.نسبت CaOبه SiO2  نباید کمتر از ۲ باشد.مقدار منیزیم (MgO) نباید بیشتر از ۵٪ باشد.( دو مقدار گفته شده در سال ۱۹۰۹ از استاندارد آلمانی استخراج شده است).کلینکر سیمان پرتلند به وسیله گرم کردن یک مخلوط همگن از مواد خام در یک کوره ساخته می شود.هدف گرم کردن رسیدن به دمای سینترینگ که حدود ۱۴۵۰ درجه سانتیگراد برای سیمان های مدرن است می باشد.اکسید آلومینیوم و اکسید آهن نیز به عنوان یک جریان موجود هستند و کمی در سخت شدن شرکت می کنند.برای سیمان های مخصوص مانند سیمان های با گرمای کم  (LH)  و انواع سیمان های سولفاته (SR) لازم است که مقدار تشکیل آلومینات تری کلسیم (3CaO.Al2O3) محدود باشد.ماده خام عمده برای ساخت کلینکر معمولا سنگ آهک (CaCO3) است.به طور معمول از آهک ناخالصی که شامل SiO2 است استفاده می شود- محتوای CaCO3 در سنگ مربوط می تواند تا ۸۰٪ پایین باشد.مواد خام ثانویه ( مخلوط مواد خام غیر از سنگ آهک ) به خلوص سنگ آهک بستگی دارد.بعضی از مواد خام ثانویه که مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از : خاک رس ٫ شیل ٫ ماسه ٫ سنگ آهن ٫ بوکسیت ٫ خاکستر و سرباره.هنگامی که کوره سیمان به وسیله زغال سنگ محترق می شود خاکستر زغال سنگ به عنوان یک ماده خام ثانویه عمل می کند.

تولید:

سه مرحله اساسی در تولید سیمان پرتلند وجود دارد:

۱.آماده سازی مخلوط خام

۲.تولید کلینکر

۳.آماده سازی سیمان

شیمی سیمان بسیار پیچیده است٫ بنابراین فرهنگ شیمی سیمان برای ساده سازی فرمول اکسیدهای معمولی موجود در سیمان به وجود آمد.و این به حقیقتی مربوط می شود که عناصر در بالاترین درجه اکسایش خود قرار دارند٫ و تجزیه های سیمان به صورت درصد جرمی این اکسیدها گزارش می شود.

آماده سازی مخلوط خام:

مواد خام برای تولید سیمان پرتلند مخلوطی هستند ( در فرآیند خشک به صورت پودر ریز و در فرآیند تر به صورت دوغاب) از مواد معدنی شامل اکسید کلسیم ٫ اکسید سیلیکون ٫ اکسید آلومینیوم ٫ اکسید آهن و اکسید منیزیم.مواد خام معمولا از سنگ محلی معدن کاری می شود.سنگ محلی در بعضی جاها همان ترکیب مطلوب است و در جاهای دیگر افزودن خاک رس و سنگ آهک مانند افزودن سنگ آهن ٫ بوکسیت یا مواد بازیافتی مورد نیاز است.مواد خام ابتدا تا کمتر از ۵۰ میلی متر خرد می شوند.در بسیاری از کارخانه ها مواد خام سپس در یک توده (prehomogenization pile) مخلوط می شوند.

  

یک توده همگن سنگ آهک که توسط یک تیر توده ساز ساخته می شود.

یک توده همگن کامل از سنگ آهک

سپس مواد خام در یک آسیاب با همدیگر خرد می شوند و توسط تسمه نقاله به سیلوهای مواد خام حمل می شوند.نسبت هر کدام از مواد روی تسمه نقاله به وسیله تغذیه کننده های وزنی دقیقا کنترل می شود.با عبور از آسیاب ترکیب به مواد خام خرد شده تبدیل می شود.ریز بودن مواد خرد شده به وسیله اندازه بزرگترین ذرات گزارش می شود و معمولا کنترل می شود بنابراین کمتر از ۵ تا ۱۵ درصد وزنی ذرات قطرشان از ۹۰ میکرومتر تجاوز می کند.مهم است که ترکیب شامل ذرات بزرگتر نباشد زیرا واکنش های شیمیایی در کوره کامل نمی شود و همچنین از این طریق از همگن بودن شیمیایی ترکیب اطمینان می یابیم.در مورد فرآیند خشک آسیا همچنین مواد خام را خشک می کند٫ این کار معمولا با عبور گاز های داغ حاصله از کوره دوار در طول آسیا انجام می شود بنابراین مخلوط به صورت پودر های ریز در می آید.محصول به سمت سیستم آمیزش با تسمه نقاله یا پمپ پودرها حمل می شود.در مورد فرآیند تر آب در آسیا به مخلوط اضافه می شود و محصول آسیا یک دوغاب با رطوبت حدود ۲۵ تا ۴۵ درصد جرمی است.این دوغاب با پمپ های مرسوم به سیستم آمیزش حمل می شود.

آمیزش مخلوط مواد خام:

فرمولاسیون شیمیایی مخلوط بسیار مشکل است.مقدار هر کدام از ترکیبات در مخلوط باید با دقت ۱/. درصد یا بهتر باید کنترل شود.کلسیم و سیلیسیم برای شکل دادن استحکام دهنده سیلیکات کلسیم باید حضور داشته باشند.آلومینیوم و آهن برای ایجاد جریان مایع در کوره استفاده می شوند.مایع به عنوان حلال مورد نیاز برای واکنش های تشکیل سیلیکات عمل می کند و اجازه می دهد که این واکنش ها در دمای پایین اقتصادی انجام گیرند.مقدار نا کافی آهن و آلومینیوم عمل سوختن در کوره را با مشکل مواجه می کند در حالی که مقدار اضافی آن باعث استحکام کم به دلیل رقیق شدن سیلیکات ها به وسیله آلومینات ها و فریت ها می شود.تغییرات بسیار کوچکی در مقدار کلسیم باعث تغییرات شدیدی در نسبت آلیت به بلیت در کلینکر می شود و به دنبال آن خواص رشد استحکام سیمان تغییر می کند.بنابراین مقدار هر اکسید برای حفظ شرایط پایا در کوره و حفظ محصول با مشخصات معین٫ ثابت نگه داشته می شود.در عمل مخلوط با آنالیز شیمیایی مکرر کنترل می شود( هر ساعت با آنالیز اشعه ایکس یا هر سه دقیقه با آنالیز فعال سازی نوترون ). داده های آنالیز شده برای تنظیم اتوماتیک شدت جریان های هر کدام از مواد خام در خوراک استفاده می شوند.نوسانات شیمیایی ماندگار با عبور مخلوط خام از یک سیستم آمیزش به حداقل می رسد که روزانه مخلوط خام را همگن می کند ( ۱۵۰۰۰ تن در مورد یک کوره بزرگ ).  

شکل گیری کلینکر:

ترکیب خام در کوره سیمان حرارت داده می شوند ٫ یک استوانه چرخان و شیب دار با دمایی که در طول استوانه به بیش از ۱۴۰۰ تا ۱۴۵۰ درجه سانتیگراد می رسد.مجموعه ای از واکنش های شیمیایی متوالی که هنگام افزایش دما اتفاق می افتد.دمای پیک به گونه ای در نظر گرفته می شود که محصول شامل کلوخه های خمیر شده است نه مواد مذاب.خمیر شدن شامل ذوب ۲۵ تا ۳۰ درصد جرم مواد است.در نتیجه مایع تشکیل شده ذرات جامد را با کشش سطحی با هم به حرکت در می آورد و به عنوان یک حلال برای انجام واکنش شیمیایی نهایی که در آن آلیت شکل می گیرد عمل می کند.دمای خیلی پایین باعث خمیر شدن نامناسب و واکنش های نا کامل می شود اما دمای خیلی بالا باعث ذوبی می شود که لایه های درونی کوره و باقیمانده سوخت را تخریب می کند.ماده حاصل کلینکر است.پس از سرد شدن کلینکر به محل های ذخیره حمل می شود.بعضی تلاش ها معمولا برای یکنواخت کردن کلینکر صورت می گیرد هر چند شیمی مواد خام به شدت کنترل می شود.فرآیند کوره یک منبع جدید متغیرهای شیمیایی را معرفی می کند.کلینکر برای سال ها می تواند قبل از استفاده ذخیره سازی شود.فعالیت سیمان تولید شده از کلینکر در معرض هوا با در معرض قرار گرفتن با آب کاهش می یابد.آنتالپی تشکیل کلینکر از کربنات کلسیم و مواد رسی ۱۷۰۰ کیلو ژول بر کیلو گرم است. به هر حال به دلیل اتلاف حرارتی در طول تولید مقادیر واقعی می تواند خیلی بالاتر باشد.انرژی بالای مورد نیاز و آزاد شدن قابل توجه دی اکسید کربن تولید سیمان را نوعی سرطان برای گرم شدن زمین قرار داده است.

آسیاب کردن سیمان:

برای به دست آوردن کیفیت مطلوب تثبیت در محصول نهایی یک مقدار ( حدود ۲ تا ۸ درصد اما معمولا ۵ درصد ) سولفات کلسیم ( معمولا گچ یا آن هیدرات ) به کلینکر افزوده می شود و مخلوط به اندازه کافی آسیاب می شود تا پودر نهایی سیمان شکل گیرد.این هدف در آسیاب سیمان حاصل می شود.فرآیند آسیاب کردن کنترل می شود برای اینکه پودری حاصل شود که در آن ۱۵ درصد جرمی ذرات قطری زیر ۵ میکرومتر داشته باشند و ۵ درصد ذرات بالای ۴۵ میکرومتر.برای بیان ریز بودن معمولا سطح مخصوص استفاده می شود که به صورت سطح کل ذرات بر واحد جرم تعریف می شود.شدت واکنش داخلی سیمان پس از افزودن آب به طور مستقیم با سطح مخصوص رابطه دارد.مقادیر معمول حدود ۳۲۰ تا ۳۸۰ متر مربع بر کیلوگرم برای سیمان های با هدف استفاده عمومی می باشند و برای سیمان های زود سخت شونده حدود ۴۵۰ تا ۶۵۰ متر مربع بر کیلوگرم است.سیمان به وسیله تسمه نقاله یا پمپ پودر ها به سیلو های ذخیره حمل می شود.کارخانه های سیمان معمولا سیلو هایی برای تولید ۱ تا ۲۰ هفته دارند که به سیکل های محلی بستگی دارد.سیمان به مصرف کننده های نهایی به صورت گونی یا پودرهای توده ای تحت فشار که به سیلوهای مشتری حمل می شود تحویل داده می شود.در کشورهای توسعه یافته ۸۰ درصد یا بیشتر سیمان به صورت توده ای تحویل داده می شود و بسیاری از کارخانه های سیمان تجهیزات بسته بندی را ندارند.در کشورهای در حال توسعه روش معمول تحویل به صورت گونی است.

محتویات کلینکرپرتلند و سیمان پرتلند.نوتیشن صنعت سیمان به صورت ایتالیک نوشته شده است.

ClinkerMass%CementMass%
Tricalcium silicate (CaO)3.SiO2, C3S4۵-75%Calcium oxide, CaO, C61-67%
Dicalcium silicate (CaO)2.SiO2, C2S7-32%Silicon oxide, SiO2, S19-23%
Tricalcium aluminate (CaO)3.Al2O3, C3A0-13%Aluminium oxide, Al2O3, A2.5-6%
Tetracalcium aluminoferrite (CaO)4.Al2O3.Fe2O3, C4AF0-18%Ferric oxide, Fe2O3, F0-6%
Gypsum CaSO42-10%Sulfate


 

انواع سیمان:

استانداردهای مختلفی برای دسته بندی سیمان وجود دارد.دو استاندارد عمده عبارتند از ASTM C150 که ابتدا در آمریکا استفاده شد و European EN-197 . انواع سیمان EN 197 که عبارتند از : CEM I, II, III, IV,  V به استاندارد آمریکایی شبیه نیستند.

ASTM C150 :

۵ نوع سیمان پرتلند که بر طبق استاندارد آمریکایی هستند و جود دارند:

نوع ۱:که به عنوان سیمان با هدف عمومی یا سیمان معمولی شناخته می شود.به طور کلی جدای از انواع دیگر محسوب می شود.معمولا هنگامی استفاده می شود که بتون مورد نظر با آب یا خاک مرطوب تماس نداشته با شد.مقادیر درصد این نوع عبارتند از:۵۵٪ C3S ٫ ۱۹٪ C2S ٫ ۱۰٪ C3A ٫ ۷٪ C4AF ٫ MgO ۲.۸٪ ٫ SO3  ۲.۹٪  ٫ ۱٪  اتلافات سوخت و ۱٪ CaO آزاد.محدودیت این نوع این است که مقدارC3A  نباید از ۱۵ درصد بیشتر شود. 

نوع ۲:تمایلی به مقاومت متوسط سولفاتی دارد که می تواند دارای گرمای هیدراسیون متوسط باشد یا نباشد.این نوع سیمان از نظر قیمت با نوع ۱ تفاوتی ندارد.و ترکیبات آن عبارتند از: ۵۱٪ C3S ٫ ۲۴٪ C2S ٫ ۶٪ C3A ٫ ۱۱٪ C4AF ٫ MgO ۲.۹٪ ٫ SO3  ۲.۵٪  ٫ ۰/۸٪  اتلافات سوخت و ۱٪ CaO آزاد.محدودیت این نوع این است که مقدارC3A  نباید از ۸ درصد بیشتر شود زیرا تخریب پذیری سولفات ها کاهش می یابد.این نوع در ساختارهایی که در معرض حمله سولفات ها قرار دارند و بتون  با خاک ها و آب های سطحی که گوگرد بالایی دارند در تماس است استفاده می شود.به دلیل قیمت یکسان با نوع ۱ در اهداف عمومی از نوع ۲ بیشتر استفاده می شود.

نوع ۳: استکام زود هنگام بالایی دارد و ترکیبات آن عبارتند از:۵۷٪ C3S ٫ ۱۹٪ C2S ٫ ۱۰٪ C3A ٫ ۷٪ C4AF ٫ MgO ۳٪ ٫ SO3  ۳.۱٪  ٫ ۰/۹٪  اتلافات سوخت و ۱.۳٪ CaO آزاد.این نوع سیمان شبیه نوع ۱ است اما ریز تر .بعضی از کارخانه ها کلینکر جداگانه ای با محتوای C3S و C3A  بالاتر می سازند ولی بسیار نادر است و معمولا از همان کلینکر کلی استفاده می شود. با سطح مخصوص بین ۵۰ تا ۸۰ درصد بالاتر خرد می شود. مقدار گچ نیز در مواردی کمی بیشتر است.بتونی که با نوع ۳ ساخته می شود استحکام سه روزه آن معادل استحکام ۷ روزه نوع ۱ و ۲ است و استحکام ۷ روزه آن معادل استحکام ۲۸ روزه نوع ۱ و ۲ است.تنها ایرا د آن این است که استحکام ۶ ماهه آن معادل یا کمی کمتر از نوع ۱ و ۲ است.بنابراین استحکام طولانی فدای مدت کم می شود.معمولا برای قالب های بتون استفاده می شود که استحکام یک روزه یک قالب را شکل می دهد.همچنین ممکن است برای ساختار های فوری و تعمیر ساختار پایه تاسیسات مورد استفاده قرار گیرد.

 

ادامه دارد

برگرفته از:http://en.wikipedia.org/wiki/Portland_cement

محمد بادسار

پيام هاي ديگران ()


 


پنجشنبه ٦ اردیبهشت ،۱۳۸٦

سيمان

 

به طور کلی سیمان یک سخت شونده است٫ماده ای که به طور مستقل سخت می شود و می تواند مواد دیگر را با خود پیوند دهد.کلمه سمنت (cement ) از عبارت ایتالیایی (opus caementitium) گرفته شده است که در واقع یک ماده ی بنایی بود که شبیه بتون بود و از سنگ های خرد شده و آهک پخته به عنوان یک سخت شونده ساخته می شد.خاکستر آذرین و پودر های افزودنی به آهک پخته اضافه می شد تا یک سخت شونده هیدرولیک حاصل شود که بعد ها cementum, cimentum, cäment وcement نامیده شد.سیمان هایی که در ساختار ها استفاده می شود دارای دو خاصیت هیدرولیک و غیر هیدرولیک هستند.

مهمترین استفاده سیمان در تولید ملاط و بتون است.پیوند های طبیعی و مصنوعی دست به دست هم می دهند تا اینکه ساختمانی را شکل دهند که در برابر تاثیرات معمولی محیط با دوام است.

سیمان های هیدرولیک:

سیمان های هیدرولیک موادی هستند که پس از ترکیب شدن با آب سخت می شوند که این در نتیجه چند واکنش شیمیایی است که با آب مخلوط شده اتفاق می افتد و پس از سخت شدن دوام و استحکام خود را حتی زیر آب حفظ می کنند.کلید مورد نیاز برای این ٫هیدرات هایی هستند که پس از یک واکنش فوری با آبی که اساسا در آن غیر قابل حل هستند شکل می گیرند.امروزه ساختار بیشتر سیمان ها هیدرولیک است که بر اساس سیمان پرتلند ساخته می شوند.سیمان پرتلند از سنگ آهک٫ مواد مخصوص رسی و سنگ گچ که در یک فرآیند دما بالا تولید می شود و در آن دی اکسید کربن آزاد شده و مواد اولیه طی یک واکنش شیمیایی به ترکیبات جدید تبدیل می شوند.سیمان های غیر هیدرولیک شامل موادی ( غیر هیدرولیک) از قبیل آهک و گچ است که برای سخت شدن باید خشک نگه داشته شوند.سیمان های اکسی کلراید که ترکیبات مایع دارند نیز غیر هیدرولیک هستند.برای مثال ملاط های آهکی با خشک شدن فقط تثبیت می شوند و به کندی استحکام حاصل می کنند هنگامی که دی اکسید کربن را از جو برای باز آرایی کربنات کلسیم دریافت می کنند.

تثبیت و سخت شدن سیمان های هیدرولیک به دلیل شکل گرفتن ترکیب های آب دار است که در نتیجه واکنش های بین اجزای سیمان و آب می باشد.واکنش و محصولات آن در واقع به ترتیب به هیدراسیون و هیدراته شدن یا فازهای هیدراته مربوط می شوند.در نتیجه شروع ناگهانی واکنش ها نوعی سفت شدن که در شروع ناچیز است مشاهده می شود اما با گذشت زمان افزایش می یابد.پس از رسیدن به یک سطح معین آن را شروع تثبیت می گوییم.تقویت پی در پی پس از نقطه شروع را تثبیت می گوییم که پس از آن فاز سخت شدن شروع می شود.سپس استحکام فشاری مواد به طور پایدار در یک دوره زمانی افزایش می یابد و این دوره می تواند در سیمان های ultra-rapid-hardening چند روز و در مورد سیمان های معمولی چند سال باشد.

برگرفته از:http://en.wikipedia.org/wiki/Cement

محمد بادسار

پيام هاي ديگران ()


 


چهارشنبه ٢٢ آذر ،۱۳۸٥

اصل بيوتکنولوژی

 

DNA  (دی اکسی ریبو نوکلوئیک اسید) برای ارگانیسم های مختلف اساسا دارای پایه یکسانی است ودستورالعمل هایی که سلول ها را برای ساخت پروتئین راهنمایی می کند ساده  سازی می کند و همانطور که می دانیم پروتئین ها اساس موجودات زنده هستند.DNA متعلق به تمام موجودات حال چه یک میکروارگانیسم ٫ یک گیاه ٫ یک حیوان و یک انسان از مواد مشترکی ساخته شده است.( شکل را ببینید.)

در طی سال ها تلاش محققان دریافته اند که چگونه می توان قسمتی از DNA یک ارگانیسم را به ارگانیسمی دیگر انتقال داد.

اولین قدم یک محقق برای انتقال DNA عبارت است از قطع قسمتی از ژن متعلق به یک زنجیر DNA با استفاده از یک آنزیم موسوم به آنزیم قیچی ( scissors) برای اینکه بتوان جزئ مشخصی در طول رشته DNA را جدا نمود.

محققین سپس از این آنزیم ها برای قطع یک دهانه درون پلاسمید استفاده می کنند.پلاسمید حلقه ای از DNA است که اغلب در باکتری خارج از یک سلول یافت می شود.در مرحله بعد ژن جدا شده را درون پلاسمید قرار می دهند.به دلیل اینکه انتهای پلاسمید و ژن جدا شده از نظر شیمیایی قابل اتصال هستند آنها را به یکدیگر متصل می کنند و یک پلاسمید با محتوای یک ژن جدید شکل می دهند.برای تکمیل فرایند محققین از یک آنزیم دیگر برای محافظت از ژن جدید در محل خود استفاده می کنند.

طی چندین دهه تحقیق متخصصان مونسانتو(Monsanto) توانستند دانش ژنتیک خود را برای بهبود محصولات متنوع از قبیل ذرت ٫ خشک بار ٫ پنبه و گوجه به کارگیرند.

محققان با دقت به کار خود ادامه می دهند برای اینکه مطمئن شوند محصولات بهبود یافته همانند محصولات طبیعی هستند مگر اینکه یک مشخصه سودمند به آنها اضافه شده است مثلا خصیصه ای که آن ها را در برابر حشرات و ویروس های خاصی محافظت می کند.

محمد بادسار

پيام هاي ديگران ()


 


یکشنبه ۱٢ آذر ،۱۳۸٥

مقدمه ای از بيوتکنولوژی گياهي

 

طی قرون زیادی انسان پیشرفت هایی در زمینه تولید گیاهان از طریق تولید مثل و پیوند زنی انتخابی بدست آورده است-گردافشانی کنترل شده گیاهان.

بیوتکنولوژی گیاهان یک توسعه از تولید گیاهان به شیوه مرسوم است البته با یک تفاوت مهم-بیوتکنولوژی گیاهان امکان انتقال اطلاعات ژنتیکی را با تنوع بیشتر در یک روش کنترل شده دقیق تر می دهد.(شکل را ببینید.)

تولید سنتی گیاهان شامل انتخاب صدها هزار ژن است در حالی که بیوتکنولوژی گیاهان امکان انتقال فقط یک یا تعداد کمی از ژن های دلخواه را می دهد. این علم دقیق تر اجازه می دهد که گیاهان تولید شوند با توسعه تولید ویژگی های مفید و بدون تولید ویژگی های غیر دلخواه .

بسیاری از این ویژگی های مفید در تنوع  جدید گیاهان با آفت ها که می توانند تولید را ویران کنند مبارزه می کند-حشرات٫علف های هرز و بیماری ها-همچنین باعث تولید مرغوب تر از قبیل میوه و سبزیجات خوش طعم تر می شود.از منفعت های فرآیندی می توان از تولید گوجه با محتویات جامد بیشتر نام برد و از پیشرفت های تغذیه ای می توان از تولید دانه های روغنی با محتویات چربی اشباع کمتر نام برد.

بهبود در تولید از قبیل این می تواند تجهیزات غذایی سالم تر و بیشتر را فراهم سازد و محیط را برای تولیدات اینده حمایت کند.

برگرفته از:http://www.biotechknowledge.monsanto.com/biotech/bbasics.nsf/basics.html?OpenPage

محمد بادسار

پيام هاي ديگران ()


 


پنجشنبه ٦ مهر ،۱۳۸٥

سورفاکتانت: عامل فعال سطحی

 

اطلاعاتی که در مورد خواص آب وجود دارد اخیرا زمینه بحث در مورد خواص سورفاکتانت(surfactant) ها را فراهم ساخته است.سورفاکتانت به زبان ساده ماده ای است که هنگامی که به مقدار بسیار ناچیز استفاده می شود کشش سطحی آب را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.جدول شماره ۲ نشان می دهد که هنگامی که سافتانول ۹۰ به میزان 0.005  درصد استفاده می شود کشش سطحی آب از ۷۳ به ۳۰ دین بر سانتی متر کاهش می یابد.در حالی که اتانول هنگامی که به میزان ۲۰ درصد استفاده می شود کشش سطحی آب را به ۳۸ دین بر سانتی متر کاهش می دهد.

    رابطه کشش سطحی با غلظت:

                                                                   جدول ۲

Percent Concentration required to reduce the surface tension of water to indicated values
Surface tension, dynes per cm 73 50 40 30 22
Softanol 90 0 0.003 0.0008 0.0050 ---
Ethanol 0 9 18 40 100

نوع خاصی از ساختار مولکولی یک سورفاکتانت را تشکیل می دهد.این مولکول از دو جزئ قابل حل در آب (هیدروفیل ) و غیر قابل حل در آب (هیدروفوب ) ساخته شده است.( مطابق شکل)

قسمت هیدروفوب معمولا یک اکیوالان از یک زنجیر کربنی است که شامل ۸ تا ۱۸ کربن است و می تواند آلیفاتیک ٫ آروماتیک و یا ترکیبی از این دو باشد.منابع هیدروفوب به طور معمول عبارتند از : چربی ها و روغن های طبیعی٫ اجزای نفتی ٫ پلیمر ها مصنوعی نسبتا کوتاه و یا الکل های مصنوعی با وزن مولکولی نسبتا بالا.گروه های هیدروفیل معمولا دسته بندی اولیه سورفاکتانت ها را مشخص می کند که می توانند آنیونی٫ کاتیونی و یا ذاتاٌ غیر یونی باشند.هیدروفیل های آنیونی عبارتند از: کربوکسیلات ها ( صابون ها) ٫ سولفات ها٫ سولفونات ها و فسفات ها.هیدروفیل های کاتیونی بعضی از محصولات آمینی هستند.هیدروفیل های غیر یونی همراه هستند با آب در اکسیژن های اتری متعلق به زنجیر پلی اتیلن گلیکول ( مطابق شکل ).در هر مورد انتهای هیدروفیل سورفاکتانت به شدت مولکول های آب را جذب می کند و انتهای هیدروفوب جاذبه ی کمی با مولکول های آب دارد.در نتیجه مولکول های یک سورفاکتانت به گونه ای درون مایع و سطح مایع مرتب می شوند که انتهای هیدروفیل درون مولکول های آب و انتهای هیدروفوب دور از مولکول های آب قرار می گیرند.(همانند شکل).

گروهی که درون مایع تشکیل می شود مایسل ( micelle ) نامیده می شود.

به دلیل این رفتار خاص سورفاکتانت ها یعنی جهت گیری در سطوح و تشکیل دادن مایسل همه سورفاکتانت ها اساسا تابعیت خاصی را دارا می باشند.به هر حال هر سورفاکتانت بر دیگر انواع سورفاکتانت می تواند در مواردی کارا و در مواردی نا کارا باشد.

عوامل کف کننده ٫مواد امولسیون شونده٫و مواد معلق می توانند سورفاکتانت باشند که به ترتیب می توانند یک گاز ٫ يک مایع حل نشدنی یا یک جامد در آب و یا  بعضی از مایعات دیگر باشند.اگر چه شباهت هایی بین عوامل نام برده شده وجود دارد ولی در عمل سورفاکتانت ها این عوامل را کاملا متفاوت ارائه می دهند.برای مثال در امولسیون شوندگی انتخاب سورفاکتانت یا سیستم فعال سطحی به ماده ای که قرار است مورد استفاده قرار گیرد و خواصی که در نهایت باید تولید شود بستگی دارد.یک امولسیون هم می تواند ذرات معلق روغن در آب باشد ٫ امولسیون روغن در آب (O/W)٫ و همچنین می تواند ذرات آب در یک فاز پیوسته روغن باشد.٫ امولسیون آب در روغن (W/O).یا می تواند ترکیبی از این دو باشد.انتخاب سورفاکتانت ها ٫ مقدار افزودنی و نسبت هر کدام از دو فاز امولسیون ها را طبقه بندی می کند.

هر کدام از این سه تابعیت که به جذب سورفاکتانت توسط سطح مربوط است حال چه گاز٫ مایع و چه جامد باشد که توسط مولکول های با انتهای هیدروفیل در آب جهت گیری می کنند.سورفاکتانت ها تعدادی لایه های محافظ را اطراف ذرات معلق شکل می دهند و این پایانه های هیدروفیل با همسایگی مولکول های آب همراه خواهند بود.علاوه بر تاثیرات سورفاکتانت پایداری این سوسپانسیون ها به اندازه ذرات و دانسیته مواد معلق ربط دارد.

حل شوندگی یک تابعیت است که رابطه نزدیکی با امولسیون شوندگی دارد.هر چه اندازه ذرات امولسیون شده کوچکتر می شود شرایط برای رسیدن به مایسل سورفاکتانت هم اندازه ذرات نزدیکتر می شود.

در این مرحله یک ذره روغن می تواند به عنوان یک ذره محلول در انتهای آب گریز سورفاکتانت تصور شود و اصطلاح حل شوندگی مورد استفاده قرار گیرد.امولسیون ها در ظاهر شیری رنگ هستند و روغن های حل شده در مقابل چشم روشن جلوه می کنند.

تابعیت پاک کنندگی:

تابعیت شویندگی یا پاک کنندگی یک ترکیب پیچیده از تمام تابعیت های گذشته است.سطحی که باید تمیز شود و ذره ای که باید زدوده شود باید ابتدا مرطوب گردند.ذرات به شکل معلق٫ حل شده٫ محلول یا در بعضی اوقات به صورت جدا در می آیند.بنابراین ذرات دوباره به جای اول خود رسوب نخواهند کرد.(شکل را ببینید.)

برگرفته از:http://www.chemistry.co.nz/surfactants.htm

محمد بادسار

پيام هاي ديگران ()


 


سه‌شنبه ٢۳ خرداد ،۱۳۸٥

نايکويست و بد در Matlab

 

 

پاسخ نوسانی شايد نسبت به روش های ديگر کمتر قابل درک باشد.به هر حال فوايد خاصی دارد مخصوصا در موقعيت های واقعی مانند مدل کردن توابع انتقال از داده های فيزيکی.

پاسخ نوسانی يک سيستم می تواند به دو طريق بيان شود:از طريق دياگرام بد (Bode) يا از طريق دياگرام نايکويست (Nyquist).هر دو روش اطلاعات يکسانی را ارائه می دهند.اختلاف در روش ارائه اطلاعات است.ما هر دو روش را اينجا مطالعه خواهيم کرد.

هنگامی که در يک سيستم ورودی سينوسی با تغييرات فرکانس داشته باشيم پاسخ به صورت نوسانی خواهد بود.خروجی خطی در يک سيستم با ورودی سينوسی در واقع يک خروجی نوسانی با فرکانسی مشابه ورودی است ولی دامنه و اختلاف فاز آن متفاوت است.پاسخ نوسانی به صورت دامنه و اختلاف فاز بين ورودی و خروجی تعريف می شود.در اين جا خواهيم ديد که با استفاده از پاسخ نوسانی يک سيستم باز می توانيم رفتار را در يک سيستم بسته پيش بينی کنيم.

برای رسم پاسخ نوسانی٫ما يک بردار شامل فرکانس ها را می سازيم ( تغييرات بين صفريا DC تا بی نهايت ) و اندازه تابع انتقال در آن فرکانس ها را محاسبه می کنيم.اگر( G(sتابع انتقال حلقه باز و w بردار فرکانس باشد. ( G(j*w را در برابرw رسم می کنيم.از اين رو( G(j*w يک عدد مختلط است٫می توانيم هم دامنه (اندازه) و اختلاف فاز ( دياگرام بد) يا موقعيت آن در صفحه مختلط ( دياگرام نايکويست ) را رسم کنيم.

دياگرام های بد:

همان گونه که در بالا بيان شد يک دياگرام بد نشانگر اندازه و اختلاف فاز ( G(j*wاست.( که بردار فرکانس فقط شامل فرکانس های مثبت است).برای مشاهده دياگرام بد يک تابع انتقال می توان از دستور bodeدر Matlabاستفاده کرد.برای مثال٫  

	bode(50,[1 9 30 40])
 دياگرام بد را برای تابع انتقال زير نشان می دهد.

                            50 
       -----------------------------
        s^3 + 9 s^2 + 30 s + 40 

با توجه به شکل.فرکانس در مقياس لگاريتمی ٫پسی(اختلاف فاز) بر حسب درجه و اندازه به عنوان بهره  بر حسب دسيبل می باشد.

 Note: a decibel is defined as 20*log10 ( |G(j*w| )                                                  e

برای ديدن مثال های بيشتر اينجا را کليک کنيد.

تفاوت در فاز و بهره ( Gain and Phase Margin ):

اجازه دهيد درباره سيستم زير بحث کنيم:

که  K متغير ثابت بهره و (G(s واحد تحت ملاحظه است.تفاوت در بهره (gain margin )تغييری در سيستم باز است که سيستم را ناپايدار می سازد.سيستم های با تفاوت بهره ای بزرگتر قبل از ناپايدار شدن سيستم بسته در مقابل تغييرات بزرگتر در پارامترهای سيستم مقاومت می کنند.

توجه داريم که يک واحد بهره در اندازه برابر است با بهره صفر در دسيبل.

تفاوت فازی (phase margin ) تغييری فازی در سيستم باز است که باعث ناپايداری يک سيستم بسته می گردد.

تفاوت فازی همچنين تلورانس سيستم را با زمان تاخير اندازه گيری می کند.اگر زمان تاخيری بيش wpc^-1 180   در حلقه وجود داشته باشد ( که wpc فرکانسی است که تغيير فاز ۱۸۰ درجه گردد)٫ سيستم در حلقه بسته ناپايدار خواهد شد.زمان تاخير می تواند به عنوان يک بلوک اضافی در مسير بعدی دياگرام بلوکی که فاز را به سيستم اضافه می کند تصور شود ولی هيچ تاثير بهره ای ندارد.يعنی زمان تاخير می تواند به عنوان بلوکی با اندازه ۱ و اختلاف فاز w *زمان-تاخير ( بر حسب راديان بر ثانيه) محسوب شود.

برای الان ما هيچ نگرانی درباره اينکه کجا و چه مقدار در دياگرام بد اختلاف فازی و بهره ای داريم نداريم.

تفاوت فازی اختلاف بين منحنی فاز و ۱۸۰- درجه در نقطه با فرکانسی که بهره آن صفر دسيبل است نشان می دهد.به همين ترتيب تفاوت بهره ای اختلاف بين اندازه منحنی و صفر دسيبل را در نقطه ای با فرکانسی که اختلاف فاز آن ۱۸۰- باشد نشان می دهد.

 

يکی از فوايد تفاوت فازی اين است که نيازی به رسم دوباره دياگرام بد برای يافتن تفاوت فازی هنگامی که بهره تغيير می کند نمی باشد.اگر نيازی به خواندن بهره باشد کافی است نمودار اندازه را به سمت بالا شيفت دهيم.

 
ادامه دارد.
 

برگرفته از:http://www.engin.umich.edu/group/ctm/freq/freq.html#bode

محمد بادسار

پيام هاي ديگران ()


 


یکشنبه ٧ خرداد ،۱۳۸٥

کنترل بيو-رآکتور

 

فرآيند های بيولوژيکی ساده به نظر می رسند ولی هنگامی که وارد کار می شويد متوجه می شويد که در ميان انواع سيستم های کنترلی مشکل پيچيدگی خاص خود را دارد.فرآيند مورد بحث در اين جا يک رآکتور ناپيوسته قابل تغذيه است.فرايندی که ميکروارگانيسم ها در يک تانک کشت می شوند.بدون خارج شدن از اصول اجازه دهيد فرض کنيم که ارگانيسم ها باکتری های توسعه يافته از نظر ژنتيکی هستند که برای توليد يک نوع هرمون رشد کشاورزی مورد استفاده قرار می گيرند.مايعات مغذی برای تغذيه و رشد باکتری ها اضافه می شوند.هرمون ٫درون تانک به عنوان يک محصول بيولوژيکی مترشح می شود.برای بازيابی محصول در طول انجام فرآيند يک جريان مايع جدا می شود تا جايگزينی به جای مايعی که خاصيت خود را از دست داده است صورت گيرد.سيستم های کامل تر دما٫سطح مايع و سرعت هم زدن محتويات تانک را کنترل می کنند.

Process diagram

جمعيت می تواند توليد را تقويت کند البته هنگامی که مواد مغذی برای رشد جديد کافی باشند زيرا جزئی از جمعيت که با مايع مستعمل خارج می شوند بايد جبران گردد.مهمترين متغير اندازه گيری شده چگالی جمعيت است.دومين کنترل روی جمعيت سرعت خوراک ورودی است.اين سيستم به نظر می رسد که نماينده خوبی برای کنترل نوع PID است٫ و در حقيقت کنترل نوع PID برای چنين فرآيند هايی مورد استفاده قرار می گيرد.ولی خيلی خوب عمل نمی کنند.جمعيت دچار رشد به صورت اکسپوننشيالی می شود اگر تغذيه زياد صورت گيرد يا دچار مصرف به صورت اکسپوننشيالی می شود اگر به اندازه کافی تغذيه صورت نگيرد.

 کنترل نوع PID با سه مشکل مواجه می شود:

۱.دور شدن بيش از حد از نقطه تعادل که کار کنترلر PID را برای مهيا ساختن سطحsetpoint مشکل می سازد.اين نوع خطی رفتار برای يک رآکتور بيولوژيکی به دليل سرعت ذاتی آن مناسب نيست.

۲. کنترل نوع PID هنگامی به بهترين نحو عمل می کند که سيگنال ورودی متغير در حال کنترل را در جهتی که تغيير برطرف گردد مستقيما هدايت کند.در اين سيستم خاص آن جهت مستقيم وجود ندارد.تجمع جريان مواد مغذی باعث افزايش سرعت رشد می شود و افزايش سرعت رشد باعث توليد جمعيت با چگالی بيشتر می گردد.به اين ترتيب با نوعی انتگرال دوگانه مواجه هستیم:سيستم درجه دوم است.کنترل های PID در مقابل سيستم های با انتگرال چندگانه با مشکل رو به رو می شوند.در واقع همه ی کنترلر ها اينگونه اند.

۳.رابطه بين سرعت رشد و دانسيته مواد غذايی غير خطی است و دقيقا معلوم نيست.سرعت رشد می تواند با اختلالات هم زدن ٫ تغييرات دما٫ترکيب مواد مغذی٫ و روشن نبودن برتری های تغذيه برای خانواده مشخصی از ارگانيسم ها تغيير نمايد.

متغيرهای قابل اندازه گيری:

فرض می شود که سه متغير قابل اندازه گيری با توجه به پويايی سيستم وجود دارد:چگالی جمعيت ٫x چگالی مواد مغذی sو انباشتگی مواد اضافیm.اندازه گيری ها کنترل می شوند تا تخمين های دقيقی حاصل شوند.کنترل ثانويه روی جمعيت خوراک ورودی است که مواد مغذی جديد را مهيا می سازد.

کنترل با  PID

فرض کنيد که هيچ مدلی برای توصيف فرآيندهای داخلی سيستم واقعی وجود ندارد.ما هنوز می توانيم يک سيستم کنترل مانند PID  را به کار بريم٫چون می توانيم چگالی جمعيت جاری xرا اندازه گيری نماييم و آن را با چگالی جمعيت دلخواه  x0مقايسه کنيم و محاسبات را فقط بر همين مبنا پيش ببريم.بدون مدل توصيف کننده مقادير متغيرهای ديگر را که بايد به آن مقادير برسند استخراج يک نتيجه مفيد مشکل است.

ما نمی توانيم برای رسيدن موثر به ست پوينت از کنترلرPID به تنهايی استفاده کنيم زيرا بهره های سيستم بايد برای پايداری پايين نگه داشته شوند.برای تعيين سطح خوراک لازم ابتدا يک چگالی از مواد مغذی و سطح خوراک به کار می بريم البته با در نظر گرفتن سرعت رشد جمعيت.سپس اجازه می دهيم که شرايط پايدار گردد.اجازه دهيد ابتدا بدون کنترلر PIDاين کار را انجام دهيم.

Figure 2: Constant input feedforward control

Constant Feed

استراتژی جريان ورودی جمعيت اوليه کمی را نتيجه می دهد.مواد مغذی تا هنگامی که به رشد ارگانيسم ها صدمه نزنند عمل سازندگی را ادامه می دهند.سر انجام سيستم به تعادل می رسد.حدس اين که سطح خوراک درست برای رسيدن به چگالی جمعيت دلخواه چقدر است می تواند مشکل باشد و ممکن است زمان زيادی برای رسيدن به سطح درست تلف شود.در غير اين صورت سيستم جواب می دهد.

شايد بهتر اين باشد که کنترلر های اتوماتيک ست پوينت دلخواه را سريعا پيدا کنند و سپس سطح لازم را تنظيم کنند.ما می توانيم از استراتژی کنترل  PI استفاده کنيم البته بايد مواظب باشيم که از بهره های خيلی کم استفاده کنيم.ابتدا تلاش می کنيم که يک بهره تناسبی فيدبک استفاده کنيم که نتيجه بهره ای برابر ۳۵. است.

Figure 3: Feedforward control plus proportional feedback

Constant + Proportional

سرعت همگرايی نهايی بهتر است ولی اين اهميت زيادی ندارد زيرا ورودی اوليه در حالت گذرا اصلا صحيح نيست.

کنترل انتگرالی برتری خاصی ندارد.جمعيت را بهتر کنترل می کند ولی اين هم مشکل جريان ورودی اوليه را دارد و زمان جا افتادن آن کم است.

 

برگرفته از:http://www.mstarlabs.com/software/bioreact/bioctrl.html

محمد بادسار

پيام هاي ديگران ()


 


 
 

[ خانه| آرشيو | پست الكترونيك ]