دکتر محمدرضا صبور
 

رشته عمران گرایش محیط‎زیست
 

زمستان 1393
 

 
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده:
در میان مراحل تصفیه روغن‏ها، فرایند رنگبری روغن، از مهم‏ترین بخش‏هاست که رنگبری با جذب سطحی، رایج‏ترین روش بوده و خاک رس، پرکاربردترین جاذب مورد استفاده در این مرحله می‏باشد. از طرفی، دفع رس رنگبر به‏عنوان پسماند کارخانه‏های تولیدکننده روغن، مشکلات زیاد زیست محیطی و اقتصادی را برای این کارخانه‏ها به همراه دارد. بنابراین، با بازیافت پسماندهای واحدهای تصفیه دوم روغن‏موتور مستعمل، علاوه‏بر بازگرداندن میزان قابل‏توجهی خاک رس به چرخه صنعت، صرفه‏جویی در مصرف آن و کاهش هزینه‏ های مربوط به خریداری رس جدید، بر روی مقدار زیادی روغن موجود در آن نیز جداسازی صورت گرفته و حجم زیادی پسماند خطرناک با قابلیت اشتعال خودبه‏خودی نیز احیا خواهد شد. هدف تحقیق پیش رو، بررسی آزمایشگاهی پاک‏سازی خاک رس رنگبر استفاده شده در تصفیه روغن‏موتور، به روش استخراج با حلال بوده‏است. در این تحقیق، با بهره گرفتن از حلال متیل‏اتیل‏کتون (MEK)، به بررسی تأثیر عوامل احتمالی بر بازدهی این فرایند، از جمله SCR (نسبت حلال به خاک رس)، مدت‏زمان استخراج، دانه‏بندی و سرعت چرخش همزن مغناطیسی(درجه اختلاط) بر روی میزان روغن‏موتور استخراج‏شده پرداخته شده‏است. در بررسی‏های صورت‏گرفته، مهم‏ترین عامل تأثیرگذار در به‏دست‏آمدن بازده مناسب، میزانSCR بوده و در بررسی اثر دانه‏بندی بر راندمان، بیشترین بازده خروجی مربوط به نمونه دانه‏بندی‏نشده است. در نهایت با در نظر گرفتن دو عامل تأثیرگذار SCR با دامنه 52/9-48/2 میلی‏لیتر بر گرم و مدت‏زمان فرایند با محدوده 40-5 دقیقه، به روش رویه پاسخ (RSM)، دست به طراحی آزمایش زده و با بهره گرفتن از نرم‏افزار Minitab، مدل کلی این آزمایش‏ها، صحت و دقت مدل ارائه‏شده، مورد بررسی قرار گرفته‏اند. در بهترین بازده به‏دست‏آمده، در بالاترین میزان SCR و مدت‏زمان 5/22 دقیقه، %60/88 از روغن موجود در خاک استخراج شده‏ و دقت مدل خروجی، بالای %96 برآورد شده‏است.
 
کلمات کلیدی: پاک‏سازی خاک رس رنگبر، تصفیه دوم روغن‏موتور کارکرده، استخراج با حلال، روش رویه پاسخ، متیل‏اتیل‏کتون
 
 
 
فهرست مطالب
فصل اول  1
1-1-     مقدمه. 2
1-2- شرح و ضرورت مسأله 2
1-3- معرفی فصول تحقیق حاضر 4
 
فصل دوم  6
2-1-     مقدمه. 7
2-2-     خصوصیات روغن موتور مستعمل 7
2-3-     معرفی فرایند رنگبری روغن‏ها 8
2-3-1- عوامل مؤثر در رنگبری روغن‏ها 9
2-3-1-1-. مدت‏زمان رنگبری. 9
2-3-1-2- درجه حرارت. 10
2-3-1-3- میزان رطوبت موجود در روغن و خاک رنگبر. 10
2-3-1-4-. اکسیژن. 10
2-4-     جذب سطحی در فرایند رنگبری 11
2-4-1-. انواع جاذب‌های مورد استفاده در فرایند رنگبری. 11
2-4-1-1- خاک رنگبر طبیعی. 11
2-4-1-1-1- خاک و طبقه بندی آن 11
2-4-1-1-2- خاک رس 13
2-4-1-2-. خاک رس فعال‏شده. 14
2-4-1-2-1- ترکیبات شیمیایی خاک رنگبر فعال‏شده با اسید   15
2-4-1-3- کربن فعال. 15
2-4-1-4- سیلیکات های آمورف. 16
2-4-2-. مقایسه مواد رنگبر 16
2-4-3- سیستم‌های مختلف اندازه‌گیری رنگ روغن‌ها. 17
2-4-3-1-. سیستم لاویباند. 17
2-4-3-2- استفاده از دستگاه اسپکتروفوتومتر. 18
2-5-     روش‏های پاکسازی خاک‏های آلوده به روغن 19
2-5-1- اصلاح شیمیایی 20
2-5-1-1-. احیای اسیدی. 20
2-5-1-1-1- اسیدهای معدنی 21
2-5-1-1-2- اسیدهای آلی 23
2-5-1-2- احیای بازی. 23
2-5-1-3- احیای آلی (احیا با سورفکتانت‏ها). 25
2-5-1-4- پیلارینگ. 25
2-5-2- اصلاح فیزیکی 26
2-5-2-1-. احیای حرارتی. 26
2-5-2-2- احیا با مایکروویو. 27
2-5-2-3-. احیا به روش استخراج با حلال. 28
2-6-     طراحی آزمایش‏های اصلی با بهره گرفتن از روش آماری 29
2-6-1-. روش طراحی آزمایش 29
2-6-2- کاربردهای طراحی آزمایش 30
2-6-3- مراحل طراحی آزمایش 30
2-6-4-. بهینه‏سازی فرآیند 31
2-6-5-. طراحی به روش RSM. 32
2-6-5-1-. تعریف برخی از اصطلاحات. 32
2-6-5-2- طراحی فاکتوریل سه سطحی کامل (Full Three-level Factorial)    33
2-6-5-3-. طراحی آزمایش به روش مربع بنکن (Box-Behnken). 34
2-6-5-4- . طراحی آزمایش به روش طرح مرکب مرکزی(CCD). 35
2-7-     مروری بر مطالعات انجام شده. 37
 
فصل سوم. 42
3-1-     مقدمه. 43
3-2-     ویژگی های خاک مورد آزمایش. 43
3-2-1- تهیه نمونه خاک آلوده 43
3-2-2-. نگه‏داری نمونه‌ها 43
3-3-     تعیین مقدار روغن جذب شده با بهره گرفتن از دستگاه سوکسله و روتاری 44
3-3-1- آزمایش سوکسله 44
3-3-1-1- آماده کردن لوازم و شیشه‏آلات آزمایشگاهی برای سوکسله    45
3-3-1-2-. حلال مناسب برای سوکسله. 45
3-3-1-3- راه‏اندازی سیستم و انجام آزمایش سوکسله. 45
3-3-2- جداسازی حلال و روغن با بهره گرفتن از دستگاه روتاری 46
3-3-2-1-. روش استفاده از دستگاه روتاری. 46
3-3-3- استفاده از روش موازنه جرمی برای تعیین وزن روغن 47
3-4-     انتخاب حلال مناسب. 47
3-5-     پارامترهای مؤثر در استخراج روغن 47
3-6-     انجام آزمایش‌ها 48
3-6-1- لوازم مورد نیاز برای آزمایش 48
3-6-2- انجام پیش‏آزمایش‌های مختلف. 49
3-6-3- انجام پیش‏آزمایش‏های مشابه با آزمایش‏های اصلی 51
3-6-4- انجام آزمایش‏های اصلی 52
3-7-     طراحی آزمایش‏ها به روش RSM. 53
3-7-1- مدل رگرسیون خطی 54
3-7-2- تخمین پارامترها در رگرسیون خطی 54
3-7-3- پیش‌گویی مشاهدات جدید از تابع پاسخ 61
3-7-4- بررسی صحت و دقت مدل 62
3-7-4-1- سنجش باقیمانده‌ها. 62
3-7-4-2- مجموع توان‌های دوم خطاهای پیش‌بینی شده (PRESS)    63
3-7-4-3- آزمون نبود برازندگی. 64
3-7-5- طراحی 66
 
فصل چهارم. 68
4-1- مقدمه. 69
4-2- تعیین میزان روغن موجود در خاک با بهره گرفتن از آزمایش سوکسله. 69
4-2-1- نتایج آزمایش سوکسله و بررسی آن 69
4-2-2- نتایج روش وزنی حرارتی 70
4-3- تعیین میزان روغن موجود در خاک با بهره گرفتن از آزمایش کوره. 70
4-4- نتایج پیش‏آزمایش‏های مختلف. 73
4-4-1- بررسی اثر دانه‏بندی برروی میزان روغن استخراج‏شده   73
4-4-2- بررسی اثر درجه اختلاط برروی میزان روغن استخراج‏شده   74
4-5- نتایج پیش‏آزمایش‏های مربوط به آزمایش‏های اصلی 75
4-6- طراحی آزمایش‏های اصلی 76
4-6-1- انتخاب پارامترها، محدوده و سطوح آنها 76
4-6-2- طراحی و انجام آزمایش‌ها 77
4-6-3- مدل‏سازی با بهره گرفتن از مقادیر کدشده توسط روش رویه پاسخ   80
4-6-4- مقایسه نتایج به‏دست‏آمده از آزمایش‏ها و پیش‏بینی‏شده توسط نرم‏افزار 82
4-6-5- بررسی صحت و دقت مدل برازش‏شده 85
4-6-5-1-. ضریب همبستگی. 85
4-6-5-2-. جدول آنالیز واریانس. 85
4-6-6- بررسی بازده به‏دست‏آمده از مدل 86
 
فصل پنجم. 90
5-1- مقدمه. 91
5-2- نتیجه گیری 91
5-3- پیشنهادات. 93
 
فصل ششم. 95
منابع و مراجع. 96
 
فهرست شکل‌ها
شکل 2-1: مقایسه بنتونیت طبیعی و فعال‏شده. 14
شکل 2-2: مراحل فعال کردن خاک رنگبر 15
شکل 2-3: نمونه ای از دستگاه لاویباند. 18
شکل 2-4: تصویری شماتیک از دستگاه اسپکتروفوتومتر 18
شکل2-5: دسته ‏بندی روش‏های احیای رس. 20
شکل 2-6: نقاط انتخابی در روش Full Three-level Factorial 34
شکل 2-7: نقاط انتخابی در روش Box-Behnken 35
شکل 2-8: نقاط انتخابی در روش CCD. 36
 
شکل 3-1: آزمایش سوکسله. 46
شکل 3-2: لوازم مورد نیاز آزمایش‏ها 48
شکل 3-3: همزن مغناطیسی مورد استفاده در آزمایش‏های انجام‏شده. 49
شکل 3-4: ترازوی آزمایشگاهی مورد استفاده در آزمایش‏های انجام‏شده. 49
شکل 3-5: نمونه‏های دانه‏بندی‏شده. 50
شکل 3-6: آزمایش‏های حرارتی 51
شکل 3-7: نمونه‏های آزمایش‏شده در دسیکاتور 53
 
شکل 4-1: مقایسه بنتونیت طبیعی قبل و پس‏از حرارت‏دهی در کوره. 71
شکل 4-2: مقایسه بنتونیت مصرف‏شده، قبل و پس‏از حرارت‏دهی در کوره. 72
شکل 4-3: وضعیت بشرها و کاغذهای صافی اصلی آزمایش‏ها، پس‏از اتمام آزمایش. 79
شکل 4-4: نمونه‏های اصلی آزمایش، پس‏از اتمام آزمایش. 80
شکل4-5: مقایسه نتایج آزمایش‏های انجام‏شده و پیش‏بینی‏شده توسط نرم‏افزار 83
شکل4-5: مقایسه خطای آزمایش‏های انجام‏شده و پیش‏بینی‏شده توسط نرم‏افزار 84
شکل4-6: خطای آزمایش‏های انجام‏شده و پیش‏بینی‏شده توسط نرم‏افزار 84
شکل 4-7: نمودار کانتور مدل پیش‏بینی‏شده توسط نرم‏افزار 87
شکل 4-8: رویه پاسخ مربوط مدل پیش‏بینی‏شده توسط نرم‏افزار 87
شکل 4-8: 4 نقطه بهینه در نمودار کانتور مدل 88
فهرست جدول‌ها
جدول 2-1: درصد تقریبی انواع روغن روانکاری مصرفی در کشورهای عضو اتحدیه اروپا (1999). 7
جدول 2-2: خصوصیات کلی روغن مستعمل 8
جدول 2-3: کانی های اولیه عمومی در خاک‌ها 12
جدول 2-4: حدود جداکننده اندازه خاک. 13
جدول 2-5: مقادیر کدشده‏ دو و سه متغیره طرح Box-Behnken 35
جدول 2-6: مقادیر کدشده‏ دو و سه متغیره طرح مرکب مرکزی 36