دسته بندی علمی – پژوهشی : ویژگی های فیزیکی ای که در تقطیر بنزین موتور بایتس مورد اندازه گیری- قسمت ۳

پایان نامه های سری بیستم

بدین ترتیب در تولید بنزین جهت گیری باید به سوی جریانهای غنی از آروماتیک ( بنزین تولیدی از واحد ریفرمینگ) و ایزو پارافین ( بنزینهای حاصل از فرایند آلکیلاسیون) باشد. الفینهای موجود در بنزینهای کراکینگ نیز با توجه به برخی خصوصیات نامطلوب باید با احتیاط استفاده شوند. به غیر از تنظیم مناسب هیدروکربنها( که ساختار اساسی بنزین را تشکیل میدهند)، اضافه نمودن برخی مواد افزودنی به بنزین نیز موجب بالا رفتن درجه آرامسوزی آنها میشود که در ادامه مطرح خواهد شد[۱۰].
۲-۱۰٫ مواد افزاینده درجه آرامسوزی
بنزین که یک نوع مخلوط شیمیایی میباشد وقتی در موتورهای احتراق داخلی با فشردگی فیزیکی بالا استفاده میشود خیلی زود شعلهور یا منفجر میشودکه موجب آسیب دیدن موتور میشود.برای افزایش درجه آرامسوزی بنزین علاوه بر ترکیبات موجود در نفتخام تقطیر شده میتوان از مواد دیگری نیز کمک گرفت که بهطور مختصر به آنها اشاره میگردد.
۲-۱۰-۱٫ سرب
تحقیقات نشان داد که افزایش مقدار کمی از ترکیبات آلی-فلزی (آهن، قلع، ید و سلنیوم) به بنزین، موجب جلوگیری از تشکیل پراکسیدها شده و مانع حالت زود انفجاری بنزین میشود. پس از آزمایشات متعدد مشخص شد که آلکیلهای سرب نظیر تترا متیل سرب (TML) و تترا اتیل سرب (TEL) و نیز مخلوط این دو میتواند مانع احتراق خودبخود شده، با واسطه اکسید سرب(PbO) مقاومت در برابر کوبش را افزایش دهند.
از میان الکیلهای سرب، تترااتیل سرب که مایعی است سمی، نامحلول در آب به چگالی ۶۶/۱ و نقطه جوش ۲۰۵°C ، بیشتر مورد توجه قار گرفت بهطوریکه به مدت طولانی درسراسر دنیا به عنوان ماده افزاینده درجه آرامسوزی بهکار میرفت و در حال حاضر علیرغم محدودیتهای زیست محیطی در برخی کشورهای جهان سوم از این ماده استفاده میشود[۹-۱۲].
۲-۱۰-۲٫ الکلها
مقارن با محدودیتهای زیست محیطی برای استفاده از ترکیبات سربدار،‌بررسیهایی جهت یافتن مادهی جایگزین انجام شد. یافتهها حاکی از آن بود که برخی ترکیبات آلی اکسیژندار نظیر الکلها و اترها ( متانول، اتانول، پروپانولها، بوتانولها، متیل و اتیل اترها، متیل ترشیری بوتیل اتر، اتیل ترشیری بوتیل اتر، ترشیری آمیل متیل اتر) با دارا بودن درجه آرامسوزی بالا میتوانند در بهبود خاصیت آرامسوزی بنزینها مؤثر باشند. در این مورد بیشتر از الکلهای سبک نظیر متانول و اتانول استفاده میشود[۹-۱۲].
۲-۱۰-۳٫ متیل ترشیری بوتیل اتر (MTBE )
متیل ترشیری بوتیل اتر هیدروکربن اکسیژنداری است که به عنوان یک افزایندهیدرجهی آرامسوزی از دهه ۸۰ میلادی مورد توجه قرار گرفته است. این ماده ترکیبی آلی با فرمول شیمیایی C5H12O، مایعی بیرنگ قابل اشتعال و با بویی شبیه به روغن سوخته است که حلالیت نامحدودی در تمام حلالهای آلی متداول و تمامی هیدروکربنها دارد. ارزش گرمایی متیل ترشیری بوتیل اتر بالا و نقطه انجماد آن در حدی مطلوب قرار دارد. ماده فوق در اثر افزایش متانول به ایزوبوتن در حضور کاتالیزور اسیدی تولید میشود[۹].
انحلالپذیری این ماده در آب بسیار بالا و در حدود ۵۴۰mg/lدر دمای ۲۵°C گزارش شده است[۱۲]. و در تمامی نسبتها میتواند با بنزین مخلوط شود،‌بههمین دلیل مسأله جدایی فازها پیش نمیآید. متیل ترشیری بوتیل اتر در مقابل اکسیداسیون بسیار پایدار بوده و مشخصات فیزیکی مناسب و درجه آرامسوزی بالا، آنرا به یک افزودنی عالی بدل مینماید. تنها اشکال آن گرانی است(۶ تا ۷ برابر گرانتر از تترااتیل سرب برای رسیدن به درجه آرامسوزی مناسب)[۱۰].
در سالهای اخیر و با توجه قوانین محدود کننده استفاده از متیل ترشیری بوتیل اتر بعلت حلالیت بالا در آب و مشکل بودن جداسازی آن از آب، سیاستهای تولید به سمت اعمال تغییرات در فرایندها جهت افزایش هرچه بیشتر درجه آرامسوزی معطوف گردیده است.
۲-۱۱٫پیشینهی تحقیق
درجهی آرام سوزی بیان کننده خواص ضد ضربه ای و بعبارتی توانائی بنزین در مقابل ضربه هنگام سوختن در محفظه احتراق می باشد. از آنجائیکه درجه آرام سوزی اختلاط بنزین از حالت غیر خطی تبعیت می نماید روش های مختلف و پیچیده ای برای پیش بینی دقیق درجه آرام سوزی مورد نیاز می باشد.
۲-۱۱-۱٫مدل ایدهآل[۴۴] (مدل خطی)
در این مدل درجه آرام سوزی اختلاط به صورت ترکیبی از درصدهای حجمی اجزای تشکیل دهنده بنزین در مقادیر درجه آرام سوزی مربوزه به دست می آید. رابطه مربوطه به صورت زیر است:
که درجه آرام سوزی (موتور یا پژوهش) مخلوط، درصد حجمی جزء i و درجه آرام سوزی (موتور یا پژوهش) جزء i می باشد [۷-۱۶].
۲-۱۱-۲٫ مدل اتیل آر تی
مدل اتیلآرتی یکی از روشهای بسیار قدیمی موجود در منابع است که هلی[۴۵] در سال ۱۹۵۹ آن را بیان نمود. از این روش بهعنوان شاخص برای تایید روشهای جدید استفاده میشود. این مدل هم غیرخطی بوده و هم غیر خطی بودن اختلاط صریحاً به صورت تابعی از حساسیت، مقادیر الفین وآروماتیک هر جزء بیان گردیده است.
که r، mو s به ترتیب بیان کننده مقادیر RON و MON و حساسیت میباشند. O و A نیز مقادیر الفین و آروماتیک را به صورت درصد حجمی و a1, a2, … a6 برای تعیین RON و MONهستند که برای تخمین این پارامترها اطلاعات زیر مورد نیاز میباشند:
RON و MONو مقادیر الفین و آروماتیک هر برش خالص
RON و MON هر اختلاط.
یکی از مزایای این معادل

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  jemo.ir  مراجعه نمایید.

ه توانایی گسترش آن میباشد. بهعنوان مثال میتوان تاثیر عوامل دیگر نظیر گوگرد را در درجه آرام سوزی اختلاط با اضافه کردن عبارتی مشابه عبارت غیرخطی مربوط به مقادیر آروماتیک و الفین به رابطه، در نظر گرفت. انحراف استاندارد خطای پیش بینی برای اختلاط بدون سرب، ۸۲/۰ و ۷۹/۰ درجه آرام سوزی برای RON و MON در حالت برون یابی و ۹۲/۰ و ۶۱/۰ درجه آرام سوزی برای RON و MON در حالت برون یابی می باشد [۶].
۲-۱۱-۳٫ مدل اثر متقابل[۴۶]
این روش در ابتدا توسط موریس[۴۷] در سال ۱۹۷۵ بیان گردید. در این روش، غیرخطی بودن توسط جملهی اثرمتقابل بیان میگردد. این جمله درواقع تأثیر یک عامل را بر روی عامل دیگر به نمایش میگذارد و بهصورت تجربی بیان گردیده است. در این روش غیر خطی بودن درجهیآرام سوزی مخلوط بر روی اثر متقابل بین اجزای شرکت کننده در اختلاط توزیع شده است و درجهیآرام سوزی مخلوط با اضافه کردن جمله اثر متقابل به میانگین حجمی درجهیآرام سوزی بیان می گردد. فقط اثر متقابل بین دو جزء در نظر گرفته شده است و از اثر متقابل بین سه جزء و بیشتر صرفنظر شده است[۷]و [۱۱-۹]. برای یک سیستم با تعداد n جزء، درجه آرام سوزی اختلاط (پ‍‍ژوهش یا موتور) بدین ترتیب مقایسه میگردد.
که ضریب اثر متقابل دوگانه بین هر جفت از اجزا میباشد که با استفاده از درجه آرام سوزی هر جفت خالص و درجه آرام سوزی مربوط به اختلاط ۵۰-۵۰ آنها و با استفاده از رابطه زیر به دست میآید:
که درجه آرامسوزی اختلاط ۵۰:۵۰ اجزا میباشد.
بنابراین برای یک سیستم n جزئی تعداد ضرایب اثرمتقابل بین هر جفت از اجزاء n(n-1)/2تعداد برای درجهیآرامسوزی موتور و پژوهش میباشدو در کل باید تعداد n(n-1) پارامتر تعیین گردند.دادههای تجربی مورد نیاز برای تعیین این پارامترها عبارتند از:
درجهی آرامسوزی موتور (پژوهش) برای هر جزء خالص.
درجهی آرامسوزی موتور (پژوهش) برای اختلاط ۵۰:۵۰ هر جفت از اجزا.
بنابراین چه برای درجهی آرامسوزی موتور و چه برای درجهی آرامسوزی پژوهش در یک سیستم nجزئی تعداد نمونه هایی که باید آزمایش گردند عبارتند از: n تا برای اجزای خالص+n(n+1)/2 مربوط به اختلاط ۵۰:۵۰ آنهاست که در مجموع برابر n(n+1)/2 میباشد. بنابراین تعداد کل آزمایشات مورد نیاز برای RON و MON برابر n(n+1) میگردد.
برعکس روش اتیلآرتی، روش اثر متقابل به راحتی قابل تنظیم نمیباشد زیرا ضرایب اثر متقابل ضرایب حاصل از رگرسیون نمیباشد بلکه به صورت تجربی تعیین میگردند. این مدل نیازمند تخمین پارامترهای فراوانی میباشد. بهعنوان مثال در یک اختلاطی که هفت جزء شرکت دارند باید ۴۲ ضریب اثر متقابل تعیین گردند. اگرچه در روش اتیلآرتی تعیین شش پارامتر کفایت مینماید. بنابراین دادههای اختلاط بسیاری برای بروزسانی این پارامترها مورد نیاز میباشند. دقت پیش بینی مدلهای اختلاط در منابع ذکر شده است. موریس در سال ۱۹۷۵ دقت پیش بینی اثر متقابل را بررسی و با مدل اتیلآرتی مقایسه نموده است[۱۵]. اگرچه مدل اثر متقابل نسبت به مدل اتیل دادهها را خیلی نزدیک به واقعیت برازش مینماید(که این واقعیت، با توجه به اینکه این مدل تعداد پارامترهای بسیاری دارد انتظار میرود). اما دقت پیش بینی برای خارج از محدودهی دادهها که برای تعیین پارامترها استفاده شدهاند برای هر دو مدل تقریباً یکسان میباشد. اگر چه پذیرش صنعتی برای این روش وجود دارد اما به طور کلی به علت زیاد بودن پارامترهای آن خیلی کاربرد ندارد[۱].
۲-۱۱-۴٫مدل تغییر شکل[۴۸]
روش تغییر شکل شامل تغییر شکل شامل تغییر درجهی آرامسوزی (که بهصورت غیر خطی اختلاط مییابد) به عددی است که بتوان آن را به صورت خطی و ایدهآل برای یافتن درجهیآرام سوزی اختلاط بهکار برد. سپس مقادیری که بهصورت خطی اختلاط یافتهاند دوباره تغییر شکل یافته و درجهیآرام سوزی اختلاط را تشکیل میدهند[۱۵]. این روش مشابه روش درجهیآرام سوزی اختلاط میباشد که حالتهای تبدیل یافته بهصورت ایدهآل اختلاط یافتهاند.
روش تغییر شکل برای بنزین بدون سرب و بنزین سربدار کاربرد دارد. اگرچه فقط بنزین بدونسرب در اینجا مطرح شده است. بحث در مورد کاربرد روش تغییر شکل برای بنزین سربدار توسط راسین[۴۹] و همکارانش بحث گردیده است[۱۵].
برای بنزین بدون سرب این روش، اثر متقابل هیدروکربنهای اصلی و تغییرات شرایط داخل موتور را هنگام استفاده از سوختهای مختلف را محسوب نموده است.
گامهای لازم جهت تعیین درجهیآرام سوزی برای بنزین بدون سرب به صورت ذیل خواهد بود.
گام ۱) تبدیل خواص برای هر جزء:

  1. a) محاسبه حساسیت

b)تنظیم درجه آرام سوزی نسبت به سطح مرجع