به منظور پرهیز از مشكلات برهم كنش قطرات، در بسیاری از مطالعات بنیادی انتقال جرم، سعی شده است كه شكل ساده هیدرودینامیكی را به كار برده و با استفاده از تجهیزات آزمایشگاهی متغیرهای اصلی كنترل كننده را مشخص نمایند و به همین علت از سیستم های با قطرات منفرد استفاده می شود.
به نظر می رسد كه موضوع انتقال جرم در مورد قطرات با شكل تقریباً كروی و فاقد نوسان و آشفتگی های سطحی كاملاً درك شده باشد ولی بطور كلی فرآیند انتقال جرم در مورد یك قطره در حال حركت به عنو ان پدیده ای پیچیده شناخته شده و علت آن وجود عواملی  نظیر جدایی لایه مرزی، تشكیل و جدایی چرخانه ها و انتقال جرم واقع شده در آنها، چرخش داخلی قطرات از حالت چرخش كاملاً توسعه یافته تا حالت بدون چرخش می باشد. علاوه بر همه این عوامل، مشكلات ناشی از اثر ات سطحی نظیر نوسانات میكروماكرو در سطح قطره و ناپایداری آنها به علت حركت جابجایی و نیز حضور عوامل فعال سطحی (surface active agents) که باعث تغییرات عمده ای در انتقال جرم قطره می شوند را می توان افزود.

در فرآیند انتقال جرم یك قطره، حداقل سه مرحله مهم وجود دارند كه عبارتند از:
1- مرحله تشكیل قطره در فاز پیوسته.
2- مرحله صعود یا سقوط آزاد قطره از میان فاز پیوسته.
3- مرحله پیوند قطرات در انتهای مرحله صعود یا سقوط آزاد.
هر یك از مراحل فوق در تجهیزات استخراج خاصی حائز اهمیت می باشند به عنوان مثال مرحله دوم در ستونهای پاشنده از سایر مراحل مهمتر است و در یك ستون سینی دار مراحل اول و سوم نسبت به مرحله دوم از اهمیت بیشتری برخوردارند. به منظور ساده سازی مسئله، عموما تلاش می كنند كه انتقال جرم صعود یا سقوط آزاد را از اثرات مرزی دو مرحله دیگر تفكیك نمایند.
از آنجا كه سطح انتقال جرم و ضریب آن در فرایند انتقال جرم به شدت وابسته به اندازه قطره می باشد، در این تحقیق ضمن مطالعه مراحل مختلف انتقال جرم درون قطره و بررسی چند مدل جدید، پیش بینی مدلهای Handlos&Baron و Pfennig&Henschke بررسی خواهد شد و با توجه به نتایج كسب شده در ارتباط با غیر واقعی بودن مدل Handlos & Baron و كم بودن دقت مدل Pfennig & Henschke، مدل جدیدی بر اساس تصحیح مدل Pfennig & Henschke ارائه شده و نتایج آن با نتایج تجربی مقایسه خواهند شد.

اما زغال سنگ به صورت غیرمستقیم هم قادر به تولید سوخت های مصنوعی می باشد. برخلاف روش مستقیم، در روش غیرمستقیم شاهد مرحله میانی در تولید سوخت مصنوعی هستیم. اولین مرحله فرآیندی، تبدیل زغال سنگ به گاز سنتز می باشد. برای این کار رآکتورهای متنوعی به منظور تولید گاز سنتز موجود می باشند. گاز سنتز طی عملیات بیشتر، در ادامه سرد شده و خالص سازی می شود و پس از جدا کردن آلودگی ها تحت فرآیند بیشتر قرار می گیرد و طی فرآیندی کاتالیستی توانایی تبدیل شدن به طیف وسیعی از فرآورده ها را دارا می باشد. این فرآورده ها محصولاتی نظیر بنزین و سوخت دیزل می باشند. فرآیندهایی نظیر سنتز فیشر تروپش و MTG به منظور تولید سوخت مصنوعی از گاز سنتز به صورت تجاری مطرح می باشند. از زمان کشف فرآیند فیشر تروپش در دهه 1920 در طی سالیان متمادی این فرآیند دستخوش تحولات گسترده و توقف های بسیاری بوده است. تحقیقات بر روی فرآیند سنتز فیشر تروپش ادامه داشته تا آنکه در 1927 فرآیند Winkler برای گازدار کردن زغال سنگ در یک بستر سیال ارائه گشت. فرآیند مزبور با سپری کردن سیر تکاملی در اواخر 1930 و اوایل 1940 به صورت تجاری درآمده است. با ایجاد چنین واحد تجاری در تولید گاز سنتز مسیر برای تحقیقات بیشتر در توسعه و تجاری نمودن فرآیند سنتز فیشر تروپش هموارتر شد. شرکت معتبر ساسول اولین واحد تولید سوخت مصنوعی از زغال سنگ را با استفاده از فرآیند سنتز فیشر تروپش در سال 1955 و در افریقای جنوبی تجربه کرده است. شرکت ساسول فازهای بعدی این طرح را نیز در افریقای جنوبی براساس پیشرفت های صورت گرفته طراحی رآکتورهای سنتز فیشر تروپش توسعه داده است.
سوخت حاصل از فرآیند BTL سوختی پاکیزه می باشد که از لحاظ معیارهای سازمان محیط زیست در حد بسیار مناسبی قرار دارد. به منظور تولید چنین سوختی روش های مختلفی وجود دارد. روش های مستقیم در تولید سوخت های با منشا بیولوژیکی شامل واکنش های جایگزینی استری شدن روغن های گیاهی و حیوانی می باشند. چنین واکنش های مستقیمی به صورت کاتالیستی و یا بدون استفاده از کاتالیست قابل انجام می باشند. در طی واکنش کاتالیسیتی جایگزینی استری شدن شرایط واکنشی و محصول نهایی تا حدی مناسب تر خواهد بود. روش مستقیم معمول در تولید سوخت های مصنوعی با منشا بیولوژیکی واکنش روغن سویا متانول در حضور کاتالیست های قلیایی می باشد. چنین روش هایی، روش های صنعتی با ظرفیت تولید بالا نیستند. به عنوان مثال تا پایان سال 2010 تنها 2 الی 5% از حجم مصرف سوخت اروپا از منابع بیولوژیکی تامین خواهد شد. این روش ها و تولید چنین سوختی، روشی نوپا بوده و توجه موسسات تحقیقاتی و محققان را به خود جلب کرده اند، از سوی دیگر این سوخت ها با منشا بیولوژیکی بسیار پاکیزه بوده و این مساله نیز دلیلی دیگر بر توجه افزون تر به سمت توسعه و تولید چنین سوخت هایی می باشد.

1-1- کلیات
سال های متمادی است که شیوه زندگی انسان ها بر اثر رشد صنعت از حالت پراکنده به صورت متمرکز تغییر یافته است. این شیوه زندگی در تمامی ابعاد، تغییر و تبادلات فراوانی را به دنبال داشته و برای روند خود از منابع متعدد طبیعی مایه گرفته است و نیز پیشرفت های عظیم صنعتی در هر اجتماعی به وجود و فراوانی آب مربوط می باشد. بنابراین اولین نتیجه فعالیت های اجتماعی و صنعتی انسان به صورت ویرانگری و تخریب محیط زندگی از طریق آلوده سازی منابع آب – خاک – هوا و تمام چیزهایی که در بهتر زیستن او دخالت دارند ظاهر می شود.
اگر آب های مصرف شده که به منابع اولیه برگردانیده می شود حاصل فعالیت های صنعتی باشد محتوی هزاران ترکیب شیمیایی که در صنایع مورد مصرف قرار گرفته است خواهند بود. بعضی از این ترکیب های شیمیایی حاوی فلزات سنگین می باشد که در پساب ها (فاضلاب های صنعتی) موجود می باشد که صنعت استفاده کننده پس از مصارف صنعتی بدون کمترین توجهی به استانداردهای محیط  زیست در محیط رها می شوند که برای سلامتی هر موجود زنده ای خطرناک می باشند.
فلزات سنگین دارای منشأ طبیعی و هم ناشی از فعالیت های بشری هستند و با ظهور تکنولوژی های پیشرفته استفاده از این فلزات افزایش می یابد. از فلزات سنگین، سمی و خطرناکی که در پساب ها موجود می باشد می توان آرسنیک و جیوه را نام برد. یکی از فرآیندهای معمول و اقتصادی که برای حذف و یا جدا نمودن فلزات سنگین از آب به کار برده می شود فرآیند جذب سطحی می باشد.
جذب سطحی به عنوان گرفتن و جذب کردن مولکول ها یا یون ها یا اجزایی از یک فاز به وسیله سطوح داخلی و خارجی یک فاز جامد تعریف می شود. جذب به علت نیروی جاذبه اتم ها و مولکول های سطح جاذب انجام می گیرد. وقتی که اجزا ناخالصی از فاز مایع به سطح جاذب جذب می گردند، این عمل را جذب سطحی جامد – مایع گویند. واکنش های انجام گیرنده در سطح تماس جامد و مایع، تعیین کننده میزان و شدت جذب خواهند بود. جذب سطحی کاربردهای فراوانی در فرآیندهای کنترل و تصفیه آلودگی دارد که از میان آنها به جذب سطحی فلزات سنگین نیز می توان اشاره کرد.
جذب سطحی را می توان به دو طریق تقسیم بندی نمود:
1) جذب سطحی فیزیکی و 2) جذب سطحی شیمیایی. جذب سطحی فیزیکی عمدتا در اثر نیروهای واندروالس به وجود آمده و یک فرآیند قابل برگشت است. وقتی که نیروهای مولکولی بین مولکول های محلول و جاذب بزرگتر از نیروهای بین مولکولی بین مولکول های محلول و حلال باشد، محلول روی سطح جاذب، جذب خواهد شد. یک مثال برای جذب فیزیکی، جذب سطحی توسط کربن فعال می باشد. کربن فعال دارای تعداد زیادی مجاری موئینه ای در داخل ذرات کربن بوده و سطح قابل دسترس شامل سطح منافذ و سطح خارجی ذرات می باشد. مساحت سطح منافذ به مراتب از مساحت سطح ذرات بزرگتر بوده و بیشترین میزان جذب سطحی در این سطوح رخ می دهد. برای کربن فعال نسبت مساحت کل سطح به جرم بسیار زیاد می باشد. در جذب شیمیایی یک واکنش شیمیایی بین مواد جامد و محلول جذب شده انجام می شود که غیرقابل برگشت است. فرآیند جذب شیمیایی به ندرت برای جذب فلزات سنگین استفاده می شود ولی استفاده از فرآیند جذب فیزیکی رایج است. سرعت جذب به وسیله یک سری از مکانیسم های انتقال جرم محدود می شود. این مکانیسم ها عبارتند از:

1) حرکت ماده جذب شونده از داخل توده مایع به لایه مایع مرزی احاطه کننده ماده جاذب، 2) نفوذ ماده جذب شوند از داخل لایه مرزی، 3) نفوذ ماده جذب شونده به داخل منطقه موئینگی یا خلل و فرج داخل ماده جاذب و 4) جذب ماده جذب شونده به دیواره ها یا سطوح مجاری موئینه. مرحله دوم مکانیسم جذب به نام نفوذ فیلم و مرحله سوم به نام نفوذ منفذی مشهور است. وبر در سال 1972 دریافت که راهبری راکتورهای اختلاط ناپیوسته یا جریان پیوسته با سرعت های جریان بهم زنی مشابه تصفیه آب سرعت جذب معمولا با نفوذ فیلم (مرحله دوم) یا در بعضی مواقع به وسیله نفوذ منفذی محدود می شود.

– در فصل دوم کلیات مربوط به کک و نحوه تشکیل آن مشخص می شود.
– در فصل سوم مکانیسم واکنش های شکست حرارتی و نشست کک تجزیه و تحلیل شده و از بین روشها و مکانیسم های موجود (از جمله رادیکالی، ملکولی و…) روش مناسب انتخاب شده است. با انتخاب مکانیزم برتر، در فصل چهارم معادلات حاکم بر مدل معرفی خواهندشد و مدلسازی فرایند انجام می شود. در فصل پنجم حل مدل و برنامه کامپیوتری نوشته شده ارائه میگردد و با بهره گیری از زبان برنامه نویسی  Matlab نتایج برنامه بدست می آیند.
در پایان نتایج بدست آمده با اطلاعات واحد مقایسه می شوند و پیشنهادات لازم و مفید برای کارهای تکمیلی پروژه ارائه می شود.
مقدمه:
صنایع پتروشیمی به دلیل تولید مواد با ارزش افزوده بالا و تهیه مواد اولیه صنایع دیگر مورد توجه اکثر کشورها قرار گرفته است. در این صنایع از نفت و گاز طبیعی محصولات باارزشی همچون اولفین ها مانند پروپیلن، اتیلن و نیز وینیل استات، اکسید اتیلن و هزاران ماده ارزشمند دیگر تولید می شود که هرکدام به نوبه خود ماده اولیه برای سایر قسمتها و واحدهای صنعتی پایین دستی می باشند.
به لحاظ این که مواد اولفینی، ساختار اولیه برای مواد پلیمری هستند، ایجاد زنجیره های سنگین هیدروکربنی در ادامه عملیات شکست حرارتی امری اجتناب ناپذیر است.
برای مقابله با واکنش های ثانویه می بایست جریان خروجی از راکتورسریعاً خنک شود و به درجه حرارتی که از توقف واکنش های ثانویه جلوگیری نماید، برسد. در نتیجه استفاده از مبدلهای خط تبادل که اختصارا TLE نامیده می شود در واحد ضرورت پیدا می کند. پیش از این در دهه های گذشته، عملیات سرد کردن جریان خروجی از راکتور شکست حرارتی بوسیله تزریق روغن و یا آب انجام می شد که به روشهای سرد کردن مستقیم  معروفند. این روش علاوه بر افزایش هزینه های جداسازی، اتلاف حرارتی زیادی نیز به همراه داشت. استفاده از این گونه مبدلها، علاوه بر کاهش هزینه های جداسازی، تولید بخار با فشار بالا (قابل استفاده در توربین ها) را نیز به همراه خواهد داشت که در کاهش هزینه های واحد سهم بسزایی دارد.

از طرف دیگر با وجود همگامی گسترش صنایع با توسعه و تقویت علم ایمنی در کشورهای توسعه یافته، در کشور ما علیرغم تلاشهای زیادی که در راه گسترش صنایع مبذول گردیده است بُعد اساسی ایمنی بدست فراموشی سپرده شده یا حداقل به صورت سطحی بدان پرداخته شده است.
2-1- پیشینۀ تحقیق
تا قبل از سال 1940 میلادی، ایمنی به صورت کنترل خطرات آشکار در مراحل اولیۀ طراحی سیستم مطرح می شد.
یعنی طراحان متکی به روش سعی و خطا بودند. برای مثال این روش در صنعت هوانوردی به پرواز – تعمیر – پرواز معروف بود. بدین صورت که با استفاده از دانش موجود هواپیما طراحی می شد و به پرواز در می آمد تا اینکه مشکلات ظاهر می شد. سپس مسائل و
مشکلات برطرف شده و دوباره هواپیما به پرواز در می آمد. واضح است که این روش برای هواپیماهای با سرعت کم و ارزان قیمت کارساز بود، در حالی که مثلاً برای سلاحهای هسته ای و سفرهای فضایی قابل قبو ل نبود . زیرا پیامدهای حوادث مربوط به آنها بسیار شدید بود. روش سعی و خطا برای سیستمهایی که باید در لحظۀ شروع کار ایمن باشد، مناسب نبودند. از این رو بود که از آن به بعد برنامۀ ایمنی سیستم به عرصۀ ظهور درآمده و یا دقیق تر اینکه تکامل پیدا کرد. در واقع پروژه های مربوط به موشک و سیستمهای فضایی سبب رونق مهندسی ایمنی سیستم شدند.
در این سیستمها نیاز به روش جدید برای کنترل خطرات کاملاً آشکار شد. موشکهای بالستیک قاره پیما در سال 1960 میلادی اولین سیستمهایی بودند که برای آنها برنامۀ ایمنی سیستم به صورت رسمی و منظم پیدا شد . وزارت دفاع آمریکا 1966 میلادی اولین سند برنامۀ ایمنی سیستم را منتشر نمود. بدنبال آن ناسا نیز برنامۀ ایمنی سیستم را به صورت یکپارچه در عملیات فضایی بکار برد. بسیاری از موفقیتهای برنامه های فضایی مرهون پیاده سازی و اجرای برنامۀ ایمنی سیستم می باشد.