عنوان                                                                                                           صفحه             
فصل اول………………………………………………………………………………………………….. 2
1-1 ضرورت انجام پژوهش…………………………………………………………………………………………..2
 1-2 روش انجام پژوهش………………………………………………………………………………………………3
 1-3 ساختار پایان‌نامه……………………………………………………………………………………………………3
فصل دوم ……………………………………………………………………………………………………….5
2-1 سابقه علمی………………………………………………………………………………………..5
2-2 روش‌های اصلاح شبکه‌مبدل‌های حرارتی………………………………………………………………….8
2-2-1 اصلاح شبکه بوسیله باز‌بینی مستقیم ساختمان آن……………………………………………9
2-2-2 اصلاح شبکه بصورت یک طرح جدید………………………………………………………….9
2-2-3 اصلاح شبکه با بهره گرفتن از فن‌آوری پینچ………………………………………………………..9
2-2-4 اصلاح شبکه با بهره گرفتن از مدل برنامه‌نویسی ریاضی……………………………………….9
2-3 فن‌آوری پینچ………………………………………………………………………………………………………10
2-3-1 نمودار آبشاری…………………………………………………………………………………………10
2-3-2 منحنی ترکیبی………………………………………………………………………………………….11
2-3-3 منحنی ترکیبی جامع (G.C.C)………………………………………………………………….. 12
2-3-نمودار پیازی………………………………………………………………………………………………13
2-3-5 ΔTmin بهینه……………………………………………………………………………………………13
2-4 اصول پینج…………………………………………………………………………………………………………..14
2-5 مسائل آستانه (Threshhold)…………………………………………………………………………………..16
2-6 انتخاب واحد پشتیبانی………………………………………………………………………………………….17
2-7 کوره­ها……………………………………………………………………………………………………………….18
2-8 هدف­گذاری………………………………………………………………………………………………………..20
2-8-1 تعداد مبدل­های حرارتی……………………………………………………………………………20  
2-8-2 هدف­گذاری سطح……………………………………………………………………………………23
2-8-3 هدف گذاری تعداد پوسته ها……………………………………………………………………..25
2-8-4 هدف­گذاری هزینه اصلی(Capital Cost)……………………………………………………..27
2-8-5 هدف­گذاری هزینه کلی…………………………………………………………………………… 29
2-8-6 هدف­گذاری بر  اساس رابطه هزینه انرژی…………………………………………………..30
2-9 روش‌های هدف­گذاری…………………………………………………………………………………………33
2-9-1 هدف­گذاری به روش α ثابت…………………………………………………………………….33
2-9-2 هدف­گذاری به روش α افزایشی………………………………………………………………..34
2-10 جمع­بندی…………………………………………………………………………………………………………35
فصل سوم ………………………………………………………………………………………………………………………..37
3-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………37
3-2 حلقه………………………………………………………………………………………………………………….38
3-3 مسیر………………………………………………………………………………………………………………….39
3-4 درجه آزادی………………………………………………………………………………………………………..39 
3-5 تقسیم جریان……………………………………………………………………………………………………….41
3-6 نظریه مثبت، منفی………………………………………………………………………………………………..41
3-7 هدف­گذاری انرژی………………………………………………………………………………………………42
3-8  روش تخصیص بار حرارتی جریان خارجی……………………………………………………………44
3-8-1 روش مبتنی بر منحنی تركیبی جامع……………………………………………………………..44
3-8-2 قاعده ارزان­ترین جریان خارجی………………………………………………………………….46
3-9 هدف­گذاری سطح………………………………………………………………………………………………..47
3-10 پارامتر بهینه‌سازی……………………………………………………………………………………………….48
3-11 نکات و ترفندهای بهینه‌سازی………………………………………………………………………………49
3-12 بهینه‌سازی و بررسی حالت عملیاتی شبکه…………………………………………………………….50
3-13 عملكرد بهینه و نگهداری از شبكه مبدل­های حرارتی……………………………………………….51
3-13-1 ضریب انتقال حرارت کلی تمییز………………………………………………………………51
3-13-2 ایجاد رسوب در مبدل حرارتی………………………………………………………………..52
3-14 چه مقدار / اگر………………………………………………………………………………………………….52
3-14-1 رخداد………………………………………………………………………………………………….53
3-14-2 وظایف…………………………………………………………………………………………………53
3-15 طراحی شبکه…………………………………………………………………………………………………….55
3-16 اصلاح و بازبینی شبكه………………………………………………………………………………………..57
3-16-1 تشخیص گلوگاه­ها در شبكه مبدل­های حرارتی……………………………………………57
3-17 جمع­بندی………………………………………………………………………………………………………….59
فصل چهارم ……………………………………………………………………………………………………………………..60  
4-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………60
4-2 روش­های ساخت در پالایشگاه………………………………………………………………………………61
4-2-1 جریان کلی مواد در پالایشگاه…………………………………………………………………….63
4-3 ترکیب نفت خام………………………………………………………………………………………………….65
4-4 تقطیر………………………………………………………………………………………………………………….66

 

04-4-1 کلیاتی در مورد تقطیر……………………………………………………………………………..66
4-4-2 عملیات تقطیر………………………………………………………………………………………….68
4-4-3 شرح تقطیر جزء به جزء…………………………………………………………………………….71
4-5 تقطیر نفت خام……………………………………………………………………………………………………71
4-5-1 ستون تقطیر اتمسفری……………………………………………………………………………….71
4-5-2      ستون تقطیر خلاء………………………………………………………………………………….73
4-6 فرآورده‌های تقطیر………………………………………………………………………………………………..74
4-6-1 مهم­ترین فرآورده‌های واحد تقطیر نفت خام………………………………………………….74
4-7  شبیه‌سازی واحد تقطیر ……………………………………………………………………………………….76
4-7-1 نرم‌افزار Aspen Engineering……………………………………………………………………..76
4-7-2 معادلات ترمودینامیکی………………………………………………………………………………78
4-7-3 شبیه‌سازی واحد تقطیر آبادان ……………………………………………………………………78
4-7-4 توزیع ترکیبات مختلف گوگردی در بنزین…………………………………………………..79
4-7-5 محیط شبیه‌سازی …………………………………………………………………………………….80
4-7-6 نحوه اجرای برج تقطیر……………………………………………………………………………..83
4-7-7 توضیح فرایند تقطیر در خلا………………………………………………………………………85
4-7-8 جمع­بندی……………………………………………………………………………………………….85
فصل پنجم ……………………………………………………………………………………………………………………….86
5-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………87
5-2 شبیه­سازی واحد…………………………………………………………………………………………………..87
5-3 استخراج داده‌ها از شبیه‌سازی و هدف‌گذاری…………………………………………………………….87
5 -3-1 شبیه‌سازی منابع سرد و گرم خارجی در محیط Aspen HX-NET…………………89
5-4 ترسیم شبکه‌مبدل‌های حرارتی……………………………………………………………………………….89
5-5 هدف‌گذاری………………………………………………………………………………………………………92
5-5-1 تعیین ΔTMIN بهینه………………………………………………………………………………..92
5-5-2 برآورد هزینه سرمایه‌گذاری……………………………………………………………………..92
5-5-3 فرضیات هدف‌گذاری…………………………………………………………………………….93
5-6 بررسی نتایج هدف‌گذاری شده……………………………………………………………………………..94
5-7 اصلاح و بازبینی شبکه…………………………………………………………………………………………96
5-8 راهکار اقتصادی برای شبکه‌مبدل‌های حرارتی واحد 80………………………………………….100
5-9 نتیجه‌گیری…………………………………………………………………………………………………….101
5-10 پیشنهاد‌ها………………………………………………………………………………………………………..103
مراجع…………………………………………………………………………………………………………………….104
پیوست­ها………………………………………………………………………………………………………………..107
1                    فصل اول
1-1            ضرورت انجام پژوهش
با افزایش قیمت حامل‌های انرژی و بحران انرژی از آغاز دهه هفتاد میلادی، همچنین مصرف بالای انرژی در بخش صنعت، صرفه‌جویی انرژی در صنایع به خصوص صنایع فرایندی و شیمیایی امری ضروری است. همچنین با توجه به مصرف بالای بنزین و بحث خودکفایی در تولید بنزین توسط پالایشگاه‌های کشور، پیشرفت و بهینه سازی واحدهای بنزین سازی پالایشگاه‌های نفت مورد توجه قرار گرفته است. این امر منجر به ابداع روش‌های مختلفی برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی و همچنین استفاده مجدد از انرژی‌های تلف شده در یک فرایند گردید. افزایش روز افزون قیمت سوخت, كاهش منابع سوخت فسیلی و لزوم حفظ و نگهداری محیط زیست عواملی هستند كه كه اهمیت بازیافت بهینه انرژی حرارتی و جلوگیری از اتلاف انرژی را در صنایع مختلف, نشان می دهد. امروزه مصرف بهینه انرژی به عنوان یكی از شاخص ها عمده در ارزیابی توسعه یافتگی جوامع, مطرح گردیده است. شدت بالای مصرف انرژی در فرایندهای شیمیایی، باعث افزایش هزینه‌های تولید و بهره‌برداری و نیز كاهش بازده استحصال مواد در محصولات صنعتی می گردد. همچنین با توجه به اهمیت طراحی شبکه‌ی مبدل‌های حرارتی به عنوان یکی از بخش‌های مهم طراحی فرایندها، شبکه‌ی مبدل‌های حرارتی این واحد با دیدگاه انتگراسیون حرارتی بررسی گردیده است. این بررسی با دو رویکرد در قالب اصلاح شبکه‌ی موجود و طراحی مجدد شبکه انجام گرفته است. در طراحی مجدد شبکه، هدف کمینه‌کردن سطح انتقال حرارت و یا هزینه‌ی سالیانه کلی آن واحد می‌باشد. درحالی که هدف از بازبینی و اصلاح شبکه موجود کمینه‌کردن دوره بازگشت سرمایه بعد از اعمال تغییرات انجام شده در شبکه می باشد. دو روش رایج در طراحی و اصلاح شبکه‌ی مبدل‌های حرارتی روش طراحی پینچ و روش برنامه‌نویسی ریاضی می‌باشند .حالت عملیاتی شبکه نیز جهت بررسی کارآیی طرح، هنگام تغییر در شرایط عملیاتی، مورد بررسی قرار می‌گیرد. کاهش ضریب کلی انتقال حرارت در اثر ایجاد رسوب تغییر در دمای ورودی یا دبی جرمی جریان‌های فرایندی از جمله پارامترهای عملیاتی هستند که اثر آنها را در شبکه بررسی میگردد. در این پایان‌نامه از ترکیب دو روش بهینه‌سازی ریاضی و روش پینچ، که براساس تحلیل ترمودینامیکی و طراحی کاربردی می‌باشند، به منظور طراحی مجدد و اصلاح شبکه استفاده شده است.فناوری پینچ همگام با توسعه‌ی اولیه‌اش در دانشگاه‌ها، در فرایندهای صنعتی نیز به کار گرفته شده‌است و امروزه از آن به عنوان یک فناوری کامل در مراکز دانشگاهی و صنعتی یاد می‌شود. تحلیل کارآمد جهت بررسی عملکرد سیستم‌های انرژی و واحدهای فرایندی است. با تکیه بر نتایج انجام گرفته بر اساس این تحلیل، نقاط بحرانی فرایند شناسایی و جهت بهینه‌سازی انرژی واحد با اصلاح این نقاط بحرانی، حداکثر نتایج مطلوب حاصل خواهد شد.
تحلیل پینچ علاوه بر تعیین مبدل‌های حرارتی خطاکار، راهکار و شبکه مبدل‌های حرارتی مناسب را پیشنهاد می‌دهد. در این بین بهینه‌سازی انرژی در واحد 80  مورد بررسی قرار گرفته است.
1-2              روش انجام پژوهش:
در پایا‌ن‌‌نامه ابتدا واحد 80 برج تقطیر پالایشگاه آبادان توسط نرم افزار Aspen hysys refinery شبیه‌سازی می شود و نتایج شبیه‌سازی با مقادیر واقعی مقایسه می‌شود. در مرحله بعد نسخه شبیه‌سازی شده را به نرم‌افزار Aspen hysys Analyzer V7.2 ( همان نرم‌افزار HX-NET می‌باشد) لینک کرده و در محیط این نرم افزار شبکه مبدل‌های حرارتی ترسیم می‌شود. با ارزیابی شبکه فوق به کمک فناوری پینچ، امکان اصلاح شبکه بررسی شده و پیشنهاد‌ها لازم ارائه می‌شود. روش مورد استفاده در نرم افزار Aspen hysys Analyzer V7.2 تلفیقی از دو روش ریاضی و روش پینچ است. دو روش طراحی پینچ و روش برنامه نویسی ریاضی از پرکاربردترین روش‌ها جهت اصلاح شبکه موجود می‌باشند.
1-3            ساختار پایان‌نامه:
مطالعات و تحلیل‌های انجام شده در این پژوهش در قالب 5 فصل به شرح زیر ارائه شده است:
در فصل اول پس از مقدمه کوتاهی درباره اهمیت بهینه‌سازی انرژی واحد 80، روش انجام شده در این مطالعه برای کاهش مصرف انرژی و اصلاح شبکه مبدل‌های حرارتی این واحد بیان شده است.
در فصل دوم  پیشینه روش تحلیل پینچ و تعاریف اولیه با اشاره به تاریخچه انجام مطالعات  این تحلیل و به عنوان معیاری برای ارزیابی سیستم‌های انرژی و تعیین نقاط بحرانی فرایند بیان شده است.
در فصل سوم روش تحلیل پینچ در انتگراسیون فرایند‌ها، هدف‌گذاری‌ها و اصول و معیارهای روش پینچ در اصلاح شبکه مبدل‌های حرارتی و بهینه‌سازی فرایند‌ها با بهره گرفتن از فناوری پینچ بیان شده است.
در فصل چهارم فرایند تولید نفت خام برای آشنایی بیشتر توضیح داده شده است. در این فصل پس از بیان تاریخچه توسعه این واحد پالایشگاهی، انواع فرایندهای و مشخصات خوراک و محصول این واحد بیان شده است .
در فصل پنجم نتایج تحلیل‌های پینچ و سایر مطالعات انجام شده در واحد 80 آبادان آورده شده است و در ادامه فصل، اصلاح شبکه مبدل‌های حرارتی واحد بیان شده است و در پایان فصل با انجام مطالعات اقتصادی، نتیجه‌گیری‌ این پژوهش و پیشنهادهایی برای انجام کارها و مطالعات آتی بیان شده است.
2     فصل دوم
2-1           سابقه علمی
در سال 1970 که بحران انرژی آغاز شد مهندسان طراح و صاحبان صنایع بویژه شرکت‌های صنایع  فرایند‌های شیمیایی به صرفه‌جویی در مصرف انرژی اندیشیدند که به ابداع روش‌های گوناگون برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی در طی این سال‌ها منجر شد. همچنین به موازات آن دریافتند که باید از انرژی‌هایی که در یک فرایند تلف می‌شوند نیز دوباره استفاده کنند. (انرژی تلف شده انرژیی می‌باشد که در یک فرایند تولید می‌شود ولی دوباره به محیط دور ریخته می‌شود اگرچه هنوز می‌توان از ان دوباره استفاده نمود).
کیفیت لازم برای انرژی مقدار نیست بلکه ارزش آن می‌باشد. این استراتژی که چگونه این انرژی بازیافت شود به دمای آن و مسائل اقتصادی بستگی دارد.در این خصوص شیوه‌های مختلفی برای استفاده مجدد از این انرژی‌های هدر رفته در کارخانه‌ها ارائه گردیده است که به بازیافت حرارتی معروف شده اند.این فعالیت‌ها تا کنون به ابداع روش‌های متعددی در طراحی منجر شده‌است.
اولین روش تجربی با بهره گرفتن از قواعد تجربی و طی چند مرحله تکاملی آرایش مناسبی برای شبکه بدست می‌آید.به عنوان نمونه توصیه می‌شود که در صورت امکان گرمترین جریان گرم موجود در فرایند انرژی خود را با جریان سردی که دمای نهایی آن از دیگر جریان‌های سرد بیشتر باشد مبادله نماید.این روش علی‌رغم سادگی روش قابل اطمینانی محسوب نمی‌شود ودر یک واحد شیمیایی پیچیده ما را به بهترین طرح ممکن رهنمون نخواهد ساخت.
دومین روش، روش ریاضی، که قدیمیترین روش محسوب می‌شود ابتدا تمام آرایش های ممکن برای شبکه تبادل‌گرهای حرارتی تعریف شده و به وسیله‌ی محاسبات ریاضی پیچیده و زمان‌گیر بازده واحد در هر حالت ارزیابی می‌شود و به تدریج گزینه‌های نامناسب حذف می‌گردند تا به شبکه منتخب نهایی برسیم. در این روش تعداد گزینه‌ها و حالات مختلفی که برای هر مسئله می‌بایست در نظر گرفت بسیار زیاد خواهند بود و در مسئله‌ای نظیر شبکه تبادل‌گر‌های حرارتی یک پالایشگاه به ارقامی بیش از 1018 لحاظ میرسد. بنابرین این مجموعه از ارزیابی‌ها به یک کامپیوتر بزرگ و صرف زمان زیادی نیاز دارد به همین لحاظ در یک واحد صنعتی با ابعاد و پیچیدگی‌های یک پالایشگاه استفاده از این روش با محدودیت مواجه خواهد شد [16].
در سال 1965، وا[1]، نظریه ادغام کلیه حالات مختلف شبکه مبدل ها را در یک شبکه کلی به نام ابر ساختار ارائه نمود. روش وی به عنوان ابزاری قوی برای طراحی شبکه مبدل‌های حرارتی و ترکیب کلی فرایند با بهره گرفتن از مبدل‌های برنامه‌ریزی ریاضی مورد استفاده قرار گرفت[1].

کلمات کلیدی : انفارکتوس میوکارد ECG –   – تروپونین I(cTnI  ) – CK-MB

1-1 بیماری ایسکمیک قلب

بیماری ایسکمیک قلب (IHD) به نبود اکسیژن ناشی از خون رسانی ناکافی اطلاق می گردد  که این خود از عدم تعادل بین عرضه و تقاضای اکسیژن میوکارد ناشی می شود . شایع ترین عامل ایسکمی میوکارد بیماری آترواسکلروتیک شرائین کرونر اپیکارد است . وقتی تنگی ناشی از آترواسکلروز به حد کافی رسید ، خون رسانی از میوکارد که توسط شریان کرونر درگیر مشروب می شود کاهش    می یابد .(1و3و12و43و44و45)

 بیماری ایسکمیک قلب بیش از هر بیماری دیگر در کشورهای توسعه یافته موجب مرگ و ناتوانی شده و هزینه های اقتصادی تحمیل می نماید. IHD شایع ترین ، جدی ترین، مزمن ترین و خطرناکترین بیماری در ایالات متحده است و در این کشور 13 میلیون نفر دچار IHD هستند، بیش از 6میلیون نفر به آنژین صدری مبتلا می باشند و بیش از7  میلیون نفر یک انفارکتوس میوکارد داشته اند. رژیم پر چربی و انرژی ، مصرف سیگار و شیوه زندگی کم تحرک با بروز IHD  همراه می باشند . در ایالات متحده و اروپای غربی ، این بیماری بیشتر در بین فقرا در حال افزایش است تا افراد ثروتمند (که از شیوه سالم زندگی بیشتر پیروی می کنند) ضمن اینکه پیشگیری اولیه باعث به تعویق افتادن بیماری در تمام گروه های اقتصادی اجماعی شده است. علیرغم این آمارها ، اطلاعات اپیدمیولوژی نشان می دهند که میزان مرگ و میر  IHD کاهش یافته است که نیمی از آن ناشی از درمان بیماری ایسکیمیک قلب و نیمی ناشی از پیشگیری از طریق اصلاح عوامل خطر ساز  IHD می باشد. (1و43و45و47).

 1-2 سندرم های حاد کرونری

عبارت” سندرم  حاد کرونری ” سندرم های بالینی آنژین ناپایدار، انفارکتوس بدون صعود قطعه ST(NSTEMI)[7] ، وانفارکتوس با صعود قطعه ST (STEMI)[8] را شامل می گردد. معمولاً بیماران مبتلا به آنژین ناپایدار و NSTEMI  را نمی توان از شرح حال ، معاینه فیزیکی و یافته های ECG از یکدیگر افتراق داد.تنها روش افتراق  این دو حالت از یکدیگر  بررسی سطح آنزیم های قلبی در سرم می باشد .(1و43و3و51و55)

1-3 سکته قلبی یا انفارکتوس میوکارد(MI)                                     

انفارکتوس حاد میوکارد[10](AMI) یکی از شایع ترین  تشخیص ها  در بیماران بستری در کشور های صنعتی است. میزان مرگ و میر زود هنگام (30روزه) ناشی از AMI تقریبأ 30% است و بیش ازنیمی از این موارد مرگ ، پیش از رسیدن فرد به بیمارستان اتفاق می افتد. اگرچه میزان مرگ ومیر بعد از پذیرش در بیمارستان به حدود 30 درصد در طی دو دهه ی اخیر کاهش یافته است، از هر25 بیماری که از بیمارستان ترخیص می شوند ،یک نفر در طی سال اول بعد از انفارکتوس جان می سپارد. میزان بقاء خصوصاً در بیماران مسن(بیش از 75سال) کاهش چشمگیری دارد.(1و58)

نرسیدن خون و اکسیژن کافی به یک منطقه از قلب را سکته قلبی می گویند. بر اثر این عمل آن منطقه از قلب دچار صدمه دائمی یا مرگ سلولی می شود .در اصطلاح پزشکی MI و یا انفارکتوس میوکارد عبارت از تخریب دائمی و غیرقابل برگشت و نکروز قسمتی از عضله قلب(میوکارد) است که به علت از بین رفتن جریان خون و وقوع یک ایسکمی[11] شدید در آن قسمت از قلب روی می‌دهد. این توقف گردش خون می‌تواند بطور ناگهانی بدون هیچ علائم قبلی نمایان گردد یا پس از تعدادی از حملات آنژینی(درد قفسه سینه[12] ) نمود یابد.(12و57و60و64و65)

بلافاصله بعداز انسداد حاد کرونر ، جریان خون در عروقی که فراتر از ناحیه انسداد قرار دارند ، قطع می شود و فقط مقدار کمی خون در عروق جانبی آن ناحیه جریان می یابد. ناحیه ای که جریان خون آن قطع شده یا به حدی کم است که ادامه عملکرد عضله قلبی را تضمین نمی کند، ” ناحیه مبتلا به انفارکت ” و کل این فرایند انفارکتوس میوکارد نامیده می شود.(5)

مدت کوتاهی پس از آغاز انفارکتوس ، مقدار کمی خون از عروق جانبی به ناحیه مبتلا به ایسکمی وارد می شود و همزمان ، اتساع پیش رونده عروق موضعی ، ناحیه را با خون راکد پر می کند. همچنین سلولهای عضله ، آخرین مولکولهای اکسیژن خون را مصرف می کنند و هموگلوبین با از دست دادن تمام اکسیژن خود ، به رنگ آبی تیره در می آید . لذا ناحیه مبتلا به ایسکمی به رنگ آبی تیره در می آید و عروق خونی ناحیه ، علیرغم قطع جریان خون ، محتقن به نظر می رسند. در مراحل بعدی ، تراوایی دیواره عروق افزایش می یابد ودر پی نشت مایع ، ادم بافتی روی می دهد.سلولهای عضله قلبی به دلیل کاهش متابولیسم ، متورم می شوند .سلولهای عضله قلبی در عرض چند ساعت پس از قطع خونرسانی می میرند. (5)

انفارکتوس زیر اندو کارد : عضله زیر اندوکارد ممکن است به انفارکتوس دچار شود اما هیچ نشانه ای از انفارکتوس در لایه خارجی میوکارد مشاهده نگردد . علت آن است که حتی در شرایط طبیعی ،  عضله زیر اندو کارد به سختی خون مورد نیاز خود را دریافت می کند ، زیرا در مرحله سیستول ، عروق خونی در ناحیه زیر اندو کارد ، فشار زیادی را تحمل می کنند . بنابراین هر عاملی که جریان خون یک بخش از قلب را مختل کند ، ابتدا به ناحیه زیر اندوکارد آسیب می زند و سپس آسیب به طرف اپیکارد گسترش می یابد .(5)

عضله قلبی برای ادامه حیات , به 3/1 میلی لیتر اکسیژن به ازای هر صد گرم بافت عضله در هر دقیقه نیاز دارند . می دانیم که به هر صد گرم عضله بطن چپ سالم در وضعیت استراحت ، در حدود 8 میلی لیتر اکسیژن در هر دقیقه وارد می شود . لذا حتی اگر 15 تا 30 درصد از جریان خون طبیعی کرونر بر قرار باشد ، عضله نمی میرد .  با این حال در مرکز یک انفارکتوس بزرگ که جریان خون جانبی نزدیک به صفر است عضله می میرد .

هنگامی که خونرسانی به ناحیه ای قطع می شود ،سلولها در عرض 15 دقیقه در مقابل ایسکمی دوام می آورند ؛اما از آنجایی که سلولهای میوکارد متابولیسم بالایی دارند ، علایم MI در عرض چند ثانیه (حدود 10-8 ثانیه )پس از کاهش جریان خون ناحیه بروز می کند.(12و65)

 

 

انفارکتوس ممکن است تمام ضخامت دیواره ی بطن را فراگیرد که به آن ترانس مورال[13] می گوییم و یا ممکن است محدود به ناحیه ی ساب آندو کاردیال باشد که به آن(انفارکتوس میوکارد بدون موجQ) wave MI  None Q نیز می گویند و معمولاً در مواردی اتفاق می افتد که کرونر ناگهان به شدت بسته می شود ولی هنوز راه باریکی جهت عبور خون باقی است و یا در مواردی که رگ قبلاً شدیداً تنگ بوده و حالا ناگهان مسدود می شود و توجیه آن این است که در مدتی که رگ شدیداً تنگ بوده عروق جانبی رشد کرده اند ، مانع از  MIترانس مورال می شود.(3و4).

6تا12 ساعت پس از انسداد کرونر اولین تغییرات در میوکارد ظاهر می شود که بیشتر میکروسکوپیک می باشد و به صورت مواج شدن میو فیبریل هاست.

8 تا12 ساعت بعد از MI  میوکارد رنگ پریده و ملتهب می شود.

18تا36 ساعت بعد از MI  میوکارد به صورت قرمز کم رنگ در می آید که به خاطر به دام افتادن گلبول های قرمز می باشد. این تغییرات تا 48 ساعت نیز ممکن است باقی باشد. بعداز 48 ساعت به واسطه عملکرد نوتروفیل به صورت زرد و خاکستری در می آید .

8 تا 10 روز بعداز MI منطقه انفارکته نازک می شود و بافت های نکروز توسط منونوکلئوزها از محیط برداشته می شوند و سپس به تدریج تشکیل بافت فیبروزه آغاز می گردد که ممکن است تا 2 الی 3 ماه طول بکشد. (هفته دوم از نظرپارگی قلب هفته خطرناکی است) چون بافت نکروز تا حدودی از منطقه برداشته شده وبافت فیبروزه هنوز تشکیل نشده از طرف دیگر بیمار نیز فکر می کند خوب شده و اصرار به ترخیص و برگشت به فعالیت های عادی اش را دارد.(4) در انفارکتوس میوکارد سه ناحیه مشخص وجود دارد . مرکز ناحیه که خونرسانی آن کاملاً قطع شده است ، به ناحیه انفارکته یا نکروز معروف است . اطراف این ناحیه که با کاهش خونرسانی و هیپوکسمی مواجه است ، به ناحیه  پنومبرا[14] یا هیپوکسیک معروف است . بیرونی ترین قسمت ناحیه آسیب دیده ، به ناحیه ایسکمیک معروف است. با مداخلات درمانی به موقع ، امکان زنده نگه داشتن نواحی هیپوکسیک و ایسکمیک وجود دارد.

شکل 1-1 : سه ناحیه مشخص انفارکتوس میوکارد و همزمان تغییرات الکتروکاردیوگافی مربوط به هر مرحله از تغییرات بافت میوکارد. ایسکمی به علت تغییر رپولاریزاسیون ، باعث معکوس شدن موج T می شود . آسیب عضله قلب باعث بالا رفتن قطعه ST ، و امواج T بلند و معکوس می گردد . بعداً ، بعلت عدم وجود جریان دپولاریزاسیون از بافت نکروزه و جریانهای مخالف  از قسمتهای دیگر قلب ، موج Q بزرگ ایجاد می شود . (96)

در انفارکتوس ترنس مورال در ناحیه نکروزه ، در عرض چند هفته ، بافت اسکار و همبند تشکیل می شود . این ناحیه در هنگام سیستول منقبض نمی شود و اگر وسعت آن زیاد باشد ، در هنگام انقباض بطن و افزایش فشار در داخل بطن به بیرون برآمده می شود که به آنوریسم بطنی  معروف است(شکل1-1). (12و96)                                              .

انفارکتوس میوکارد ، مراحل موقت زیر را پشت سر می گذارد :

1) حاد (چند ساعت نخست تا روز هفتم)     2) التیام (روز هفتم تا بیست وهشتم)               3) نقاهت (روز بیست و نهم به بعد) .

در هنگام ارزیابی نتایج تست های آزمایشگاهی ، باید این مراحل سه گانه مد نظر باشند . تست های آزمایشگاهی با ارزش جهت تشخیص انفارکتوس میوکارد به چهار گروه تقسیم می شوند:

• الکتروکاردیوگرافی (ECG)
• نشانگر های سرمی قلب
• تصویربرداری قلب
• -شاخص های غیر اختصاصی التهاب و نکروز سنجی.(1و12)

1-4- بیماران مبتلا به ایسکمیک قلب در دو گروه بزرگ قرار می گیرند :

• بیماران مبتلا به آنژین پایدار ثانویه به بیماری مزمن شریان کرونر و بیماران مبتلا به سندرم های حاد کرونروی (ACS) [15].
• گروه دوم به نوبه خود ، ازبیماران مبتلا به انفارکتوس حاد میوکارد (MI) به همراه صعود قطعه ST در الکتروکاردیوگرام STEMI)) و بیماران مبتلا به آنژین ناپایدار (UA) [16] و MI بدون صعود قطعه ST NSTEMI)) تشکیل شده اند .(1و63)

1-5 پاتوفیزیولوژی  STEMI ، (UA) و (NSTEMI)

STEMI عمومأ موقعی روی  می دهد که میزان جریان خون کرونر به دنبال انسداد ترومبوتیک شریان کرونری که قبلا به وسیله آترواسکلروز تنگ شده است ، ناگهان کاهش می یابد و به انسداد کامل شریان کرونر می انجامد.

UA/NSTEMI ممکن است به علت کاهش در اکسیژن رسانی و یا افزایش نیاز میوکارد به اکسیژن (مثلأ در تاکیکاردی یا آنمی شدید) ایجاد شود که در زمینه انسداد کرونر روی داده است. چهار فرایند پاتوفیزیولوژیک که ممکن است در ایجاد UA دخالت داشته باشند شناسایی شده اند :   

1 – پارگی یا خورده شدن پلاک به همراه ایجاد لخته غیر انسدادی که تصور می شود شایعترین علت می باشد ؛  NSTEMI ممکن است درنتیجه آمبولی و تجمعات پلاکتی و یا تکه های کنده شده از پلاک آترواسکلروتیک نیز ایجاد شود.

2-انسداد دینامیک (مانند اسپاسم کرونر).             3- انسداد مکانیکی پیشرونده (مانند آترواسکلروز سریعأ پیشرونده کرونر یا تنگی مجدد به دنبال مداخله کرونروی از طریق پوست).       4-   UA ثانویه مربوط به افزایش نیاز میوکارد به اکسیژن و یا کاهش اکسیژن رسانی(مانند آنمی)(1و56و59)

1-6 تظاهرات بالینیSTEMI و UA/NSTEMI

فصل اول                                                                                                                                                                            2
1-1 اهمیت پروژه………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2
1-2 هدف…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3
1-3 کارهای مرتبط انجام‌گرفته………………………………………………………………………………………………………………………. 4

1-4 ساختار کلی پایان‌نامه……………………………………………………………………………………………………………………………… 6
فصل دوم                                                                                                                                                                               7
2-1 اهمیت سوخت‌های زیستی………………………………………………………………………………………………………………………. 7
2-2 بیوگاز………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 8
2-2-1 ……… فرایند تولید بیوگاز……………………………………………………………………………….. 8
2-3 اتانول و اهمیت تولید آن………………………………………………………………………………………………………………………. 10
2-4 سوبسترا و خوراک………………………………………………………………………………………………………………………………. 10
2-5 اطلاعات آماری از تولید جهانی الیاف……………………………………………………………………………………………………. 11
2-6 اثرات زیست محیطی الیاف نساجی پسماند………………………………………………………………………………………………. 11
2-7 راهکارهای مدیریت الیاف نساجی زائد…………………………………………………………………………………………………… 12
2-7-1 ……… استفاده مجدد…………………………………………………………………………………………… 12
2-7-2 بازیافت………………………………………………………………………………………………………. 12
2-8 طبقه‌بندی الیاف…………………………………………………………………………………………………………………………………… 15
2-9 الیاف پلی‌استر……………………………………………………………………………………………………………………………………… 15
2-10 خصوصیات فیزیکی و شیمیایی پلی‌اتیلن ترفتالات……………………………………………………………………………………. 16
2-10-1 ……. هیدرولیز قلیایی پلی‌استر…………………………………………………………………… 17
2-11 پنبه………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 18
2-11-1 ……. ساختار الیاف پنبه…………………………………………………………………………………… 18
2-11-2 ……. ساختار سلولز………………………………………………………………………………………………… 21
2-11-3 ……. حلال‌های سلولز………………………………………………………………………………………………… 23
2-12 پیش‌فرآوری……………………………………………………………………………………………………………………………………… 24
2-12-1پیش‌فرآوری با کربنات سدیم…………………………………………………………………………….. 24
2-13 هیدرولیز………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 25
2-13-1 ……. هیدرولیز اسیدی…………………………………………………………………………………………… 25
2-13-2 ……. هیدرولیز آنزیمی………………………………………………………………………………………… 26
2-14 تخمیر………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 26
 
 

فصل سوم: مواد و روش انجام آزمایش‌ها                                                                                                                               28
3-1 مواد مورد استفاده……………………………………………………………………………………………………………………………….. 28
3-1-1 پارچه پنبه-پلی‌استر و پنبه خالص……………………………………………………………….. 28
3-1-2 کربنات سدیم………………………………………………………………………………………………………………………………… 29
3-1-3 آنزیمهای مورد استفاده در هیدرولیز آنزیمی…………………………………………………………………………………………. 29
3-1-4 مخمر استفاده شده  در تخمیر…………………………………………………………………………………………………………….. 29
3-1-5 کیت گلوکز…………………………………………………………………………………………………………………………………… 29
3-1-6 سایر مواد مورد نیاز…………………………………………………………………………………………………………………………. 29
3-2 مخلوط میکروبی…………………………………………………………………………………………………………………………………. 29
3-3 تجهیزات به کار رفته…………………………………………………………………………………………………………………………….. 30
3-3-1 حمام روغن…………………………………………………………………………………………………………………………………… 30
3-3-2 حمام آب……………………………………………………………………………………………………………………………………… 30
3-3-3 اتوکلاو………………………………………………………………………………………………………………………………………… 30
3-3-4 کوره……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 30
3-3-5 آون…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 30
3-3-6 راکتور…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 30
3-3-7 شیکر انکوباتور………………………………………………………………………………………………………………………………. 30
3-3-8 سانتریفوژ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 31
3-3-9 اسپکتروفوتومتر………………………………………………………………………………………………………………………………. 31
3-3-10 دستگاه کروماتوگرافی گازی…………………………………………………………………………………………………………… 31
3-3-11……… دستگاه کروماتوگرافی مایع با بازده بالا                                     31
3-3-12……… سایر تجهیزات مورد نیاز……………………………………………………………………… 32
3-4 روش انجام

 آزمایش‌ها…………………………………………………………………………………………………………………………. 32

3-4-1 تعیین مقدار جامدات کل و جامدات فرار……………………………………………….. 32
3-4-2 آنالیز ترکیب‌ها……………………………………………………………………………………………………….. 33
3-4-3 ……… عملیات پیش‌فرآوری……………………………………………………………………………………… 33
3-4-4 آزمایش تولید بیوگاز در سیستم ناپیوسته…………………………………………….. 34
3-4-5 اندازه‌گیری و آنالیز بیوگاز تولید شده…………………………………………….. 35
3-4-6 هیدرولیز آنزیمی…………………………………………………………………………………………………….. 36
3-4-7 ……… تعیین میزان قند آزاد شده از هیدرولیز آنزیمی                   36
3-4-8 تخمیر…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 37
3-4-9 ظرفیت جذب آب…………………………………………………………………………………………………………………………… 37
3-4-10 ……. بررسی ساختار ترکیب‌ها…………………………………………………………………………… 37

فصل چهارم: ارائه و تحلیل نتایج                                                                           .
4-1 مشخصات مخلوط میکروبی…………………………………………………………………………………………………………………… 38
4-2 پیش‌فرآوری………………………………………………………………………………………………………………………………………… 39
4-2-1 ……… مقدار جامدات کل و جامدات فرار پنبه و پارچه                      39
4-2-2 ……… بررسی تغییرات سطح پنبه در اثر پیش‌فرآوری با بهره گرفتن از تصاویر میکروسکوپ الکترونی رویشی…………………………………………………………………………………………….. 40
4-2-3 نتایج حاصل از FTIR و بررسی بلورینگی و ساختار سلولز………………………………………………………………………. 42

نه

4-2-4 ……… نتایج میزان جذب آب نمونه ها………………………………………………………… 44
4-3 ترکیب درصد فاز جامد و مایع بدست‌آمده‌از پیش‌فرآوری…………………………………………………………………………. 46
4-3-1 موازنه جرم کلی فرایند……………………………………………………………………………………….. 46
4-3-2 ……… ترکیبات محلول حاصل از پیش‌فرآوری……………………………………………… 46
4-3-3 ترکیبات جامد باقی‌مانده از پیش‌فرآوری……………………………………………….. 46
4-3-4 ……… بررسی ساختار پلی‌استر…………………………………………………………………………… 47
4-4 تولید بیوگاز……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 48
4-4-1 ……… مقادیر متان حاصل از هضم بی‌هوازی……………………………………………… 48
4-4-2 کیفیت بیوگاز تولیدی………………………………………………………………………………………….. 52
4-5 نتایج تولید اتانول…………………………………………………………………………………………………………………………………. 53
4-5-1 ……… نتایج حاصل از هیدرولیز آنزیمی…………………………………………………… 53
4-5-2 ……… نتایج حاصل از تخمیر……………………………………………………………………………… 55

فصل پنجم:نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات
5-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 57
5-2 نتایج کلی حاصل از تحقیق……………………………………………………………………………………………………………………. 57
5-3 پیشنهاد ها…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 59
مراجع…………………………………………. 60
 

 
فهرست شکل‌ها
 
 
عنوان…………………………………………. صفحه
 
شکل ‏1‑1-مراحل انجام این پروژه 4
شکل ‏2‑1-مراحل کلی تولید بیوگاز 9
شکل ‏2‑2-روند کلی مدیریت ضایعات نساجی 13
شکل ‏2‑3- نمودار طبقه بندی الیاف 14
شکل ‏2‑4- ساختمان شیمیایی پلی‌استرهای مورد استفاده در تهیه لیف 16
شکل ‏2‑5-مکانیزم هیدرولیز قلیایی پلی‌استر 17
شکل ‏2‑6- گیاه پنبه 18
شکل ‏2‑7- تصویر سطح مقطع طولی و عرضی الیاف پنبه 19
شکل ‏2‑8- ساختار لیف پنبه 19
شکل ‏2‑9- شمایی از پیوند هیدروژنی و اتصالات (1→4) بتا گلوکوسایدی 21
شکل ‏2‑10-ساختار سلولز 22
شکل ‏2‑11- واحد تکرارشونده تشکیل‌دهنده سلولز 22
شکل ‏3‑1- تصویر پارچه و پنبه مورد استفاده در پیش‌فرآوری قلیایی 28
شکل ‏3‑2- طراحی آزمایش به شکل فاکتوریل کامل برای پیش‌فرآوری قلیایی 34
شکل ‏3‑3-منحنی برازش خطی استاندارد متان و CO2 35
شکل ‏4‑1-تصویر SEM از نمونه  پنبه خام  با بزرگنمایی 500 و 1000 40
شکل ‏4‑2-تصویر SEM از نمونه پنبه پیش‌فرآوری شده 41
شکل ‏4‑3-تصویر SEM از نمونه الیاف پنبه موجود در پارچه پنبه-پلی‌استر 42
شکل ‏4‑4- تصویر SEM از نمونه الیاف پنبه باقیمانده از پارچه پنبه-پلی‌استر پیش‌فرآوری شده 41
شکل ‏4‑5- نمودار جذب بر حسب عدد طول موج حاصل از آنالیز FTIR نمونه‌های پنبه 42
شکل ‏4‑6- نمودار جذب حاصل از آنالیز FTIR نمونه‌های پلی‌استر 47
شکل ‏4‑7-نمودار میله‌ای تجمعی میزان تولید متان از نمونه پارچه 49
شکل ‏4‑8-نمودار میله‌ای تجمعی میزان تولید متان از نمونه پنبه 50
شکل ‏4‑9-نمودار  میله ای تجمعی تولید متان نمونه های پارچه، پنبه و نمونه ویسکوز 50
شکل ‏4‑10-نمودار میزان تجمعی متان تولیدی از نمونه پارچه 51
شکل ‏4‑11-نمودار میزان تجمعی متان تولیدی از نمونه پنبه 51
شکل ‏4‑12- بازده هیدرولیز آنزیمی نمونه‌های پیش‌فرآوری شده پارچه 63
شکل ‏4‑13- بازده هیدرولیز آنزیمی نمونه‌های پنبه 63
شکل ‏4‑14- بازده اتانول حاصل از تخمیر نمونه‌های پارچه و پنبه 56

یازده

 
فهرست جداول
 
عنوان…………………………………………. صفحه
 
جدول ‏2‑1- جدول گروه‌بندی حلال‌های سلولز[52] 23
جدول ‎4‑1-غلظت و درصد جامدات کل و فرار مخلوط میکروبی.. 39
جدول ‎4‑2-درصد جامدات کل و جامدات فرار مربوط به پنبه و پارچه پیش‌فرآوری شده و خام. 39
جدول ‎4‑3- میزان جذب بدست‌آمده از نمودار FTIR مربوط به گروه‌های عاملی مختلف…. 43
جدول ‎4‑4 شاخص بلورینگی نمونه‌های پیش‌فرآوری شده و پیش‌فرآوری نشده -. 44
جدول ‎4‑5- ظرفیت جذب آب مربوط به پنبه پیش‌فرآوری شده و خام. 45
جدول ‎4‑6- ظرفیت جذب آب مربوط به پارچه پیش‌فرآوری شده و خام. 45
جدول ‎4‑7- نتایج حاصل از آنالیز FTIR نمونه‌های پلی‌استر. 47
جدول ‎4‑8- نسبت‌های جذبی نمونه‌ِ‌‌های  پلی‌استر. 48
جدول ‎4‑9- کیفیت بیوگاز تولیدی از پارچه، پنبه و نمونه ویسکوز. 52
جدول ‎4‑10- غلظت اتانول تولیدی پس از 24 ساعت تخمیر پارچه و پنبه پیش‌فرآوری شده و نشده. 55

دوازده

1        فصل اول

فصل اول: مقدمه

1-1              اهمیت پروژه

بشر از هزاران سال پیش از میلاد مسیح با اهداف گوناگونی از الیاف نساجی استفاده می‌کند. گرچه تاریخچه مستندی از تکامل صنعت نساجی در دست نیست اما در ابتدا الیاف نساجی برای حمل مواد غذایی و در تهیه حصیر به عنوان سرپناه به‌کار می رفتند. در مراحل بعدی تکامل، الیاف نساجی به عنوان البسه مورد استفاده قرار‌گرفتند و امروزه در زمینه‌های گوناگونی چون پوشاک، وسایل خانه و صنایع کاربرد دارند[1].
به دلیل افزایش جمعیت و ارتقاء سطح استانداردهای زندگی مصرف الیاف[1] در چند دهه اخیر به شدت افزایش یافته است. به طوری که در سال 2012 حجم تولیدات نساجی با 9/1 % افزایش به 5/88 میلیون تن رسید.گرچه ممکن است این الیاف پس از پایان طول عمر به نحوی دوباره در غالب محصولی دیگر مورد استفاده قرار گیرند، اما در نهایت دیر یا زود به عنوان زباله دور ریخته می‌شوند و الیاف جدید جایگزین الیاف فرسوده و کهنه می شوند]2و3[.
تولید بیشتر به معنی مواد پسماند بیشتر، و همچنین اثرات زیست‌محیطی مخرب‌تر است. امروزه مواد پسماند نساجی[2] عمدتا توسط: استفاده مجدد(کالاهای نساجی دست دوم)[3]، استفاده مجدد در تولیدات(به عنوان ماده پرکنندهو استفاده در سایر بخش‌های صنعت نساجی)[4]، بازیافت[5](پلی استر)، تهیه کود کمپوست، دفن و یا سوزاندن [6]مدیریت می‌شوند. برخی از کارشناسان روش سوزاندن را برای تبدیل مواد پسماند به انرژی پیشنهاد می کنند، اما این روش با آزادسازی مواد سمی چون دیوکسین‌ها[7]، فلزات سنگین، اسید، گاز و ذرات گرد و غبار همراه است که همگی برای سلامت انسان و محیط زیست مضر هستند. همچنین سوزاندن مواد پسماند نیاز به تجهیزات پیشرفته دارد و حذف کامل مواد خطرناک نیز غیر ممکن است. دفن مواد پسماند به سبب ایجاد گازهای سمی آلوده کننده محیط زیست و هزینه بالایی که دربر دارد، آخرین و ناکارآمدترین راهکار جهت دفع مواد پسماند نساجی است[2]. بیش از 90%  الیاف نساجی قابل بازیافت اند که یکی از راهکارهای دوستدار محیط زیست جهت دفع مواد پسماند نساجی است. اما فقدان روش مقرون به صرفه بازیافت در مقیاس وسیع و همچنین تنوع زیاد الیاف و رنگ های به کار رفته در پارچه از جمله محدودیت های این روش محسوب می شوند[3].
به دلیل نگرانی های اقتصادی و زیست محیطی در چند دهه اخیر تحقیقات بسیاری جهت یافتن منابع انرژی تجدید پذیر قابل جایگزینی با سوخت های فسیلی صورت گرفته است. بیوگاز یکی از سوخت های زیستی است که از طریق هضم بی‌هوازی[8] بسترهای آلی بدست می‌آید و می‌تواند در تولید حرارت و نیرو جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی باشد یا حتی به عنوان سوخت وسایط نقلیه گازسوز مورد استفاده قرار گیرد. این سوخت بیولوژیک مزایای فراوانی از جمله قابلیت تجدیدپذیری، کاهش آزادسازی گازهای گلخانه‌ای[9] و تخفیف گرم شدن زمین در اثراین گازها، کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، انعطاف‌پذیری در مصرف نهایی و استفاده از مواد پسماند به عنوان ماده اولیه به‌همراه دارد[4].
حدود 6/31 % از الیاف تولیدی نساجی را الیاف پنبه ای[10] تشکیل می دهند. الیاف جامدهای غنی از سلولز هستند که می توانند به عنوان خوراک در فرایند هضم بی‌هوازی مورد استفاده قرار گیرند. با این وجود، تولید مناسب بیوگاز از مواد پسماند نساجی نیازمند توسعه فرایند مناسب می‌باشد[5].
اگر مواد پسماند پنبه‌ای به طور مستقیم در فرایند بیوگاز به عنوان خوراک استفاده شود به بازده تولید متان مطلوبی بدست نمی‌آید. بنابراین جهت افزایش بازده لازم است که فرایند‌های مقدماتی پیش‌فرآوری[11] روی مواد پسماند صورت گیرد[6].
به کمک انجام عملیات پیش‌فرآوری مناسب بر روی مواد پسماند نساجی می‌توان به اهدافی چون تشکیل ساختاری سلولزی با بلورینگی کمتر، کاهش ناخالصی‌های موجود در کالا و همچنین افزایش سطح در دسترس سوبسترا دست یافت[7].

1-2               هدف

در این تحقیق پیش‌فرآوری کربنات سدیم جهت بهبود تولید بیوگاز از پارچه پنبه-پلی‌استر به عنوان هدف اصلی مورد نظر قرارگرفت و شرایط بهینه تولید بیوگاز حاصل گردید. نمونه پنبه‌ای جهت مقایسه تحت شرایط دمایی و غلظتی مشابه پارچه پنبه-پلی‌استر پیش‌فراوری شد. بررسی میزان بهبود تولید اتانول و افزایش سطح در دسترس آنزیمی نمونه‌های پنبه و پارچه در اثر اعمال پیش‌فرآوری از اهداف فرعی پروژه بود. بررسی میزان جداسازی جزء پنبه از پلی‌استر در عملیات پیش‌فرآوری در دمای 150درجه سانتی‌گراد و غلظت 5/0 مولار نیز از اهداف فرعی پروژه بود. نوآوری این پروژه اثر محلول قلیایی بر کاهش بلورینگی و ناخالصی جزء پنبه‌ای و همچنین هیدرولیز همزمان بیش از 97 درصد بخش پلی‌استری در دمای 150 درجه است. مراحل انجام کار در شکل ‏1‑1 ملاحظه می‌شود.

پنبه

پارچه

پیش‌فرآوری

تولید بیوگاز

هیدرولیز آنزیمی

تولید اتانول

پنبه فرآوری شده (ویسکوز)

)FTIR ,NREL SEM,Swelling (

آنالیز مواد توسط

شکل ‏1‑1-مراحل انجام این پروژه

1-3              کارهای مرتبط انجام‌گرفته

باتوجه به اهمیت افزایش زباله‌های نساجی در سال‌های اخیر، فعالیت‌های مقدماتی در این راستا انجام شده است. جیحانی‌پور و همكارانش[6]، از پیش‌فرآوری با حلال نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید[12] برای بهبود تولید بیوگاز از پارچه‌های زائد استفاده کردند. تاثیر پیش‌فرآوری با این حلال در 3 غلظت متفاوت شامل انحلال کامل (غلظت 85 % نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید)، بالونی شدن[13](غلظت 79 % نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید) و تورم[14](غلظت 73 % نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید) مورد مطالعه قرار گرفت. در نهایت شرایط بهینه در غلظت 85 % نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید و دمای 120 درجه سانتی‌گراد ،تحت فشار اتمسفریک و به مدت 5/2 ساعت حاصل شدکه تحت این شرایط بهینه بازده متان نمونه پنبه از 02/0 % نمونه پیش‌فرآوری نشده به 30 % رسید.
جیحانی‌پور و همكارانش[8]، اثر فرایند دو مرحله‌ای  استفاده از راکتور CSTR[15]  به همراه راکتور با بستر پوشانده شده از لجن بی‌هوازی(UASB) [16]را در تولید بیوگاز از الیاف نساجی زائد تحت شرایط بسته و نیمه مداوم مورد بررسی قرار دادند. استفاده از فرایند دو مرحله‌ای تولید متان را تا 80% بازده تئوری افزایش داد و فاز تاخیر[17]را از 15 روز به 4 روز کاهش داد.
جیحانی‌پور و همكارانش[9]، تولید اتانول از پنبه و پارچه‌ی جین[18] استفاده‌شده را مورد بررسی قرار دادند. در پارچه پیش‌فرآوری نشده پس از 24 ساعت هیدرولیز و یک روز تخمیر[19] بازده 25-26 %  برابر  بازده تئوری بود. پیش‌فرآوری با اسید فسفریک[20] غلیظ تولید اتانول را تا 66% بازده تئوری افزایش داد. هیدرولیز قلیایی با سود 0-20 % در دماهای صفر،23 و100 درجه سانتی گراد انجام گرفت. در نهایت تحت شرایط بهینه (NaOH 12%،  صفر درجه سانتیگراد و زمان 3 ساعت) پس از 24 ساعت هیدرولیز آنزیمی به 1/85 % بازده تئوری و پس از 4 روز هیدرولیز به 1/99% بازده تئوری دست یافتند.
غلامزاد و همکاران[10]، به منظور افزایش بازده تولید اتانول پیش‌فرآوری با حلال‌های قلیایی، پیش‌فرآوری با فسفریک اسید 85 % و پیش‌فرآوری با نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید را مورد بررسی قرار دادند. نتایج حاصله نشان داد که، بازده هیدرولیز آنزیمی نمونه های پیش ‌فرآوری شده با حلال‌های قلیایی بیش از 80 % و با حلال‌های فسفریک اسید و نرمال متیل مورفولین نرمال اکسید به ترتیب بیش از 99 و 94 % بود.در حالی که پارچه پیش‌فرآوری نشده این مقدار برابر 3/46 % بود.
شین و همکاران[11]، جهت افزایش میزان تولید قند آنزیمی و جداسازی پلی‌استر از الیاف نساجی زائد پنبه‌ای، از پیش‌فرآوری با حلال فسفریک اسید استفاده كردند. بررسی تاثیر شرایط پیش‌فرآوری چون غلظت فسفریک اسید، دما، زمان و نسبت سوبسترا به فسفریک اسید نشان داد که بازیافت کامل پلی استر با افزایش غلظت، دما، زمان و با کاهش نسبت جامد به حلال افزایش می‌یابد. میزان تولید قند و بازیافت 100% پلی‌استر در شرایط بهینه (غلظت فسفریک اسید 85%، دمای  50، به مدت 7 ساعت و نسبت 1 به 15 )بدست آمد.
مواد لیگنوسلولزی زائد ناشی از صنایع کشاورزی ( کاه گندم، تفاله ی نیشکر، علوفه ی ذرت )، جنگلداری ( چوب های سخت و نرم ) و شهرنشینی منابع ارزان‌قیمت، دردسترس و منابع تجدید پذیر انرژی هستند که می‌توانند در تهیه محصولات بیولوژیکی مورد استفاده قرار گیرند. این مواد عمدتاً از سلولز، لیگنین و همی سلولز تشکیل شده اند. سلولز و همی­سلولز دارای ساختار کربوهیدراتی می­باشند و می­توانند به راحتی به محصولات بیولوژیکی تبدیل شوند. اما لیگنین یک پلیمر آروماتیکی با ساختار پیچیده می­باشد که بصورت یک غشا اطراف ناحیه­ی کربوهیدراتی را احاطه کرده و مانع دسترسی به ناحیه­ی کربوهیدراتی است. لذا عموما یک مرحله ابتدایی پیش‌فرآوری پیش از استفاده از این مواد در مرحله تبدیل بیولوژیکی جهت حذف لیگنین و کاهش کریستالینیتی سلولز مورد نیاز است. پیش‌فرآوری مورد استفاده در این پژوهش تاکنون برای مواد سلولزی استفاده نشده‌است لذا در ادامه به معدود کارهای انجام شده در این زمینه روی مواد لیگنوسلولزی اشاره داریم[12] .
یانگ و همکاران[13]، از فرآوری کاه برنج [21]با کربنات سدیم و سولفات سدیم جهت بهبود بازده تولید اتانول استفاده کردند. نتایج تاثیر مثبت هردو نمک معدنی کربنات سدیم و سولفات سدیم را در زیست تخریب‌پذیری کاه برنج تایید کرد. آنها بازده تولید قند را هنگام استفاده از کربنات سدیم با نسبت وزنی 1 به صفر (نسبت به سولفات سدیم) در دمای 140 درجه سانتیگراد با نسبت وزنی سوبسترا به محلول 12 درصد و با بهره گرفتن از مقدار 20 FPU به‌ازای هر گرم سلولز، به ترتیب برای قند کل، گلوکان[22] و زایلان[23]، 1/67، 4/74 و 7/53 درصد و همچنین درصد تبدیل پلی‌ساکاریدها را 9/88 درصد گزارش کردند.
صالحی و همکاران[14]، از فرآوری کاه برنج با کربنات سدیم در فشار بالا جهت بهبود بازده تولید اتانول استفاده کردند. در نهایت شرایط بهینه فرآوری در غلظت 5/0 مولار کربنات سدیم و دمای 180 درجه سانتی گراد به مدت 120 دقیقه حاصل شد. تولید اتانول با بهره گرفتن از فرآوری مذکور از 2/90 گرم بر لیتر به 4/351 گرم بر لیتر رسید.
خالقیان[15]، از فرآوری با کربنات سدیم جهت جداسازی سیلیس از کاه برنج به منظور بهبود تولید اتانول از آن استفاده کرد. نتایج نشان داد که با افزایش دما بازده تولید اتانول افزایش داشت. شرایط بهینه در غلظت 5/0 مولار کربنات سدیم و دمای 100 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ساعت حاصل شد.تحت شرایط بهینه عمل پیش‌فرآوری بازده تولید اتانول را از 8/39 % تا 2/83 % افزایش نشان‌داد.
[1] Fiber
[2] Waste textiles
[3] Reuse (second hand clothing)
[4] Remanufacture (filling materials and other uses of textile pieces)
[5] Recycling
[6] Landfilling and incineration
[7] Dioxins
[8] Anaerobic digestion
[9] Greenhouse gases
[10] Cotton fiber
[11] Pretreatment

هفت

 

فهرست مطالب

 

  نه

 

فهرست جدول­ها

 

  یازده

 

فهرست شکل­ها

 

  1

 

چکیده……………………………………………………………………………………………

 

  ۲

 

مروری بر منابع…………………………………………………………….

 

فصل اول ۳

 

مقدمه…………………………………………………………………………………………………..

 

۵

 

معرفی سیستم پیشرانش…………………………………………………….

 

۱-۱- ۶

 

انواع تک­پیشرانه………………………………………………………………

 

۲-۱- ۸

 

مکانیسم تجزیه تک­پیشرانه هیدرازین……………….

 

 ۱-۲-۱ – ۹

 

مقدمات عمومی کاتالیست­ها………………………………………………………

 

۳-۱- ۱۰

 

خواص کاتالیست­ها………………………………………………………………..

 

۴-۱- ۱۰

 

ساخت کاتالیزورهای صنعتی……………………………………………………

 

۵-۱- ۱۱

 

فاکتورهای انتخاب پایه کاتالیزور…………………………………………………………………….

 

۶-۱- ۱۶

 

دسته­بندی سیستم­های کاتالیزوری…………………………………………………………………….

 

۷-۱- ۱۶

 

طبیعت کاتالیست­های ناهمگن………………………………………………………………………

 

۱-۷-۱- ۱۹

 

پارامترهای طراحی بستر کاتالیست………………………………………………………………..

 

۸-۱- ۲۰

 

فعالیت کاتالیست تجزیه هیدرازین…………………………………………………………….

 

۹-۱- ۲۲

 

شناسایی روش­های ساخت کاتالیستIr/γ-Al2O3 ………………………………………..

 

۱۰-۱- ۳۰

 

تحلیل روش­ها……………………………………………………………………………

 

۱۱-۱- ۳۳

 

مناسب­ترین روش ساخت کاتالیستIr/γ-Al2O3……………………………………………..

 

۱۲-۱- ۳۷

 

کاتالیست­های دو فلزی……………………………….  …………………………….

 

۱۳-۱- ۳۸

 

ساخت کاتالیست­های نیکل بر پایه آلومینا…………………………………………………………..

 

۱-۱۳-۱- ۳۹

 

سیستم تست کاتالیست……………………………………………………………………..

 

۱۴-۱- ۴۲

 

روش تحقیق………………………………………………………………………….

 

فصل دوم ۴۳

 

مواد مورد استفاده………………………………………………………………………

 

۱-۲- ۴۷

 

تجهیزات مورد استفاده……………………………………………

 

۲-۲- ۵۱

 

آنالیزهای انجام شده………………………………………………………………..

 

۳-۲- ۵۵

 

 

 

روش انجام آزمایشات………………………………………………………..

 

۴-۲- ۵۶

 

ساخت کاتالیست…………………………………………………………………………….

 

۱-۴-۲- ۵۸

 

روش تست کاتالیست………………………………………

 

۲-۴-۲- ۵۹

 

نتایج و بحث………………………………………………………….

 

فصل سوم

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

۶۰	تعیین درصد ایریدیوم……………………………. …………………………………………………………………………………………….	۱-۳-
۶۲	تعیین PH………………………………………………………………………………………………………………………………………………	۲-۳-
۶۲	ساخت کاتالیست……………………………………………………………………………………………………………………………………	۳-۳-
۶۶	بررسی پارامترهای موثر برساخت کاتالیست…………………………………………………………………………………………	۴-۳-
۶۶	نتایج حاصل از آنالیز XRD…………………………………………………………………………………………………………………..	۵-۳-
۷۴	اندازه کریستال­ها در آنالیز XRD………………………………………………………………………………………………………….	۶-۳-
۷۹	نتایج حاصل از آنالیزBET……………………………………………………………………………………………………………………..	۷-۳-
۷۹	نتایج حاصل از آنالیزSEM…………………………………………………………………………………………………………………….	۸-۳-
۸۲	نتایج حاصل از آنالیزEDS……………………………………………………………………………………………………………………..	۹-۳-
۸۳	نتایج حاصل از آنالیزTPR……………………………………………………………………………………………………………………..	۱۰-۳-
۸۴	نتایج حاصل از آنالیزTEM…………………………………………………………………………………………………………………….	۱۱-۳-
۸۵	نتایج حاصل از انجام تست­های راکتوری………………………………………………………………………………………………	۱۲-۳-
۸۵	شرایط عملیاتی هنگام تست راکتوری…………………………………………………………………………………………………..	۱-۱۲-۳-
۸۶	نتایج حاصل از انجام تست راکتوری و آنالیزUV…………………………………………………………………………………..	۲-۱۲-۳-
۹۶	نتیجه ­گیری و پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………
۹۶	نتیجه ­گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………………….
۹۷	پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………………………………………………..
۹۹		منابع
۱۰۲		پیوست­ها
۱۰۳	پیشرفت کاتالیستی تجزیه خودبخودی هیدرازین در کشورهای مختلف……………………………………………..	پیوستالف
۱۰۶	پیشرفت کاتالیستی تجزیه غیرخودبخودی هیدرازین در کشورهای مختلف……………………………………….	پیوست ب
۱۰۷	نکات ایمنی مربوط به نمک هگزا کلرو ایریدیک اسید………………………………………………………………………….	پیوست ج
۱۰۸	نکات ایمنی مربوط به هیدرازین……………………………………………………………………………………………………………	پیوست د
۱۰۸	نمودار کالیبراسیون………………………………………………………………………………………………………………………………..	پیوست ه
۱۱۰	آنالیز BET ……………………………………………………………………………………………………………………………………………	پیوست و

چکیده
در این تحقیق نانو کاتالیست­های­ Ir/γ-Al2O3 و Ir-Ni/γ-Al2O3 سنتز شدند و در تجزیه­ی هیدرازین مورد بررسی قرار گرفتند. روش­های مختلف سنتز مورد بررسی قرار گرفت و روش تلقیح به دلیل هزینه و تعداد مراحل کم­تر و قطر ذرات تولیدی مناسب به نسبت سایر روش­های مورد بررسی، انتخاب شد. کاتالیست­های ایریدیوم بر پایه­ آلومینا با بهره گرفتن از حل کردن اسید هگزاکلروایریدیک به  عنوان پیش­ماده­ی فاز فلزی فعال در آب دیونیزه و اسید کلریدریک آماده شد. قبل از اولین تلقیح، پایه در آون در دمای oC۱۲۰ به مدت ۱۶ ساعت خشک شد. بعد از هر تلقیح، نیز دانه­ها در آونی با دمای oC۱۲۰ قرار گرفتند. سپس در کوره با دمایی oC۳۸۰ و ۵۰۰ کلسینه شدند. بر روی کاتالیست­های سنتز شده، آنالیزهای SEM، TEM، XRD و TPR انجام گرفت. تست­های راکتوری برای واکنش تجزیه هیدرازین در دو دمای عملیاتی oC۱۰۰ و ۴۰ با میزان حدود ۰/۲ گرم کاتالیست انجام شد. نتایج نشان داد که کاتالیست ۲۰ درصد وزنی ایریدیوم بر پایه­ آلومینا بالاترین راندمان در تجزیه آمونیاک را دارد. لازم به ذکر است که این تفاوت در راندمان واکنش تجزیه آمونیاک، با دو کاتالیست ۱۰ و ۳۰ درصد وزنی ایریدیوم بر پایه آلومینا مقداری ناچیز است.
مقدمه
کاتالیست­ها که برخی صنایع دنیا بر پایه­ آن­ها استوارند، تولید بسیاری از محصولات را در طی فرایندهای شیمیایی تسهیل می­ کنند. کاتالیست­ها به علت خواص سطحی ویژه و با تعویض مسیر واکنش شیمیایی بر روی سرعت واکنش تاثیر می گذارند. با ورود فناوری نانو به صنعت تولید کاتالیست­ها، نانو کاتالیست­ها نمود بیش تری پیدا کردند. این کاتالیست­ها در اکثر موارد، خواص چشمگیری از خود نشان داده اند و پاره­ای از آن­ها به فرایندهای صنعتی راه یافته­اند.
برخی از کاتالیست­های مورد استفاده شامل کریستال­های فلزی قرار گرفته روی پایه­ای با مساحت سطح بالا می­باشند. این کاتالیست­ها توسط تلقیح[1]پایه با محلولی از ترکیبات فلزی می­توانند تولید شوند. در طول تلقیح و خشک کردن متوالی، نمونه­های فلزی روی پایه قرار می­گیرند]۱[. (البته باید توجه داشت که روش­های متفاوتی برای ساخت کاتالیست وجود دارد که یکی از این روش­ها، تلقیح می­باشد).
استفاده از کاتالیست­ها در زمینه­ پیشرانش قبل از جنگ جهانی دوم در آلمان با تجزیه­ی کاتالیستی  H2O2  (۸۰% وزنی) از طریق تزریق نمک­های پرمنگنات آغاز شد( مثلا: واحدهای کمک برخاست برای هواپیمای He – 176، V1 catapult، (V2 turbopump. همچنین هیدروژن پراکساید به همراه نفت دیزل[3] برای اژدر و پیشران زیردریایی به کار گرفته شد. بعد از جنگ جهانی دوم، در برنامه­ی راکت UK Black  Knight ، نفت سفید[4] با H2O2  و بستر کاتالیستی تورسیمی نقره­ای به کار گرفته شد (پیشرانه­ی دو جزئی). شروع برنامه ­های فضایی به جایگزینی H2O2 با هیدرازین پایدارتر که می تواند به تنهایی به عنوان تک­پیشرانه[6] استفاده شود، منجر شد؛  به منظور کنترل موقعیت (مدار) و طرز قرارگیری ماهواره­های پرتاب شده ازموتورهای خیلی ساده کوچک استفاده گردید. این موتورها تراستر نامیده شدند. امروزه نیز برای تأمین انرژی مورد نیاز تراست از تجزیه کاتالیستی تک­پیشرانه­هایی مانند هیدرازین استفاده می­ شود[۲].
استفاده از تک­پیشرانه هیدرازین در سیستم­های پیشرانه­ی ماهواره­ها، افق­های فکری جدیدی را در دانش بشری باز کرده است، که مستقیما مسایلی همچون اکتشاف منابع طبیعی در فضای میان سیاره­ای و روی زمین، پیش بینی آب و هوا، ارتباطات تلویزیونی و رادیویی و ناوبری دریانوردی را تحت تاثیر قرار می­دهد[۳]. اهمیت این مساله سبب شد که مطالعه­ ای پیرامون این موضوع تحت عنوان معرفی روش های ساخت، آنالیز، تعیین مشخصه و به کارگیری نانو کاتالیست Ir/ – Al2O3  برای تجزیه­ی هیدرازین، صورت گیرد. نتایج حاصل از  مطالعات و تحقیقاتی که در این زمینه شده است در فصل اول آورده شده است. علاوه بر آن در فصل اول مقدمات عمومی کاتالیست­ها مانند خواص و ترکیبات لازم برای ساخت آن­ها، پارامترهای انتخاب پایه­، مزایای استفاده از کاتالیست­های پایه­دار، تهیه­ کاتالیزورهای فلزی روی پایه، خصوصیات گاما-آلومینا، دسته­بندی سیستم­های کاتالیزوری، روش­های تهیه­ کاتالیزورهای ناهمگن، پارامترهای موثر بر روش ساخت کاتالیست مزبور، مقدمه­ای کلی بر انواع تراسترها و مکانیزم تراستر گرم، معرفی تک­پیشرانه­های به کار رفته در این زمینه، مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل دوم لیست مواد و تجهیزات آزمایشگاهی، روش انجام آزمایشات مربوطه، سیستم تست کاتالیست و روش آنالیز محصولات خروجی از راکتور بیان شده است. در فصل سوم نتایج و تحلیل آن­ها آورده شده است. در فصل چهارم نتیجه گیری کلی و پیشنهاداتی برای تحقیقات بعدی بیان گردیده است.     
۱-۱-معرفی سیستم­های پیشرانش
پس از پرتاب ماهواره و قرار دادن آن در یک مدار معین، سیستم ویژه­ای برای تصحیح و کنترل مدار مربوطه احتیاج می­باشد. برای این منظور از سه نوع سیستم پیشرانش استفاده می­ شود: سیستم­های گاز سرد، داغ و گرم. سیستم­های گاز سرد از یک گاز خنثی استفاده می­ کنند. این سیستم­ها ساده­ترین نوع سیستم پیشرانش هستند و شامل یک موتور می­باشند و بنا بر کاربردشان ممکن است به صورت چندگانه نیز ساخته شوند. در سیستم پیشرانش گاز سرد، ضخامت و به تبع آن وزن بالای مخزن ذخیره، استفاده از آن را محدود کرده است. به علاوه به دلیل اینکه فشار تانک ذخیره عموما کاهشی است( مثل خروج گاز از یک بالن) در نتیجه به مرور زمان بازدهی آن کاهش می­یابد. این سیستم­ برای کنترل مدار ماهواره­ها استفاده می­ شود. امروزه از این سیستم­ها وقتی به ایمپالس و یا سطح تراست پایین احتیاج است و جایی که به کارگیری پیشرانه­های شیمیایی دیگر به دلیل مسائل ایمنی دارای مشکلات خاصی است، استفاده می­ شود. سیستم­های پیشرانش گاز داغ، از اندازه بزرگتری نسبت به دیگر سیستم­های کنترل مدار برخوردار هستند و برای ماهواره­های بزرگ استفاده می­شوند. در واقع سیستم­های پیشرانش گاز داغ، دو پیشرانه­ای اند. بدلیل ایمپالس تولیدی بالاتر نسبت به سیستم پیشرانش گاز گرم، عموما وقتی به نیروی تراست بالاتر احتیاج باشد از آن­ها استفاده می­ شود. سیستم­های پیشرانش گاز گرم به سیستم­های تک پیشرانه معروف هستند. دو نوع سیستم پیشرانش گاز گرم، کاتالیستی

عنوان                   صفحه

 

1-1-  طرح مسئله. 2

1-2-  ضرورت انجام تحقیق.. 4

1-3-  سوالات تحقیق.. 6

1-4-  فرضیه ها 6

1-5-  اهداف تحقیق.. 6

1-6-  معرفی ساختار پایان نامه. 7

 

2-1-  مقدمه. 9

2-2-  منطقه مورد مطالعه. 9

2-2-1-    موقعیت جغرافیایی شهر کرمان.. 9

2-2-2-    گسل­ها 11

2-2-3-    سابقه لرزه خیزی.. 12

2-2-4-    نتیجه گیری: 13

2-3-                                                      مروری بر پیشینه تحقیقاتی  14

. 14

2-3-2-    مکان­ یابی و تخصیص با بهره گرفتن از هوش مصنوعی.. 18

 

3-1-  مقدمه. 25

3-2-  مدیریت بحران.. 25

3-2-1-    اهمیت و ضرورت مدیریت بحران.. 26

3-2-2-    چرخه مدیریت بحران و فازهای آن.. 26

3-2-3-    جایگاه اسکان موقت در مدیریت بحران.. 28

3-2-4-    برنامه ریزی اسکان موقت در مدیریت بحران.. 28

3-2-5-    مراحل کلی فرایند بهینه­سازی اسکان موقت… 29

3-3-  مفاهیم تخصیص و مکان­ یابی  30

3-3-1-    مکانیابی در GIS. 30

3-3-2-    مسئله مکان­ یابی و تخصیص…. 31

3-4-  روش­های حل مسئله مکان­ یابی و تخصیص…. 35

3-5-  بهینه یابی.. 37

3-5-1-    الگوریتمهای فراابتکاری   38

3-6-  هوش مصنوعی.. 39

3-6-1-    شاخه های هوش مصنوعی   39

3-6-2-    سیستم اطلاعات جغرافیایی و ارتباط آن با هوش مصنوعی.. 40

3-6-3-    نقش هوش مصنوعی در مدیریت بحران زلزله. 41

3-6-4-    هوش جمعی   41

3-7-  الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه  42

3-7-1-    منشاء زیست شناسانه الگوریتم کلونی مورچه­ها 42

3-7-2-    ساختار مسائل قابل مدلسازی برای حل با مجموعه الگوریتم­های مورچه. 45

3-7-3-    شبیه­سازی رفتار مورچهها در ACO.. 46

3-7-4-    ساختار عمومی الگوریتم های ACO.. 48

3-7-5-    حل مسئله TSP با بهره گرفتن از الگوریتمACO.. 49

3-7-6-    ترکیبات مختلف  و … 53

3-7-7-    مجموعه الگوریتم های ACO.. 54

 

4-1-  مقدمه. 57

4-2-  داده ­های مورد نیاز. 58

4-2-1-    معیارهای ناسازگاری.. 58

4-2-2-    معیارهای سازگاری.. 61

4-2-3-    بلوکهای جمعیتی(نقاط تقاضا) 64

4-2-4-    مکانهای امن(نقاط عرضه) 65

4-3-  محاسبه تناسب مکانی.. 66

4-4-  اجرای گام­های مکان­ یابی و تخصیص در تحقیق حاضر. 69

4-4-1-    گام اول:  انتخاب مکان­های امن.. 69

 

 

4-4-2-    گام دوم: انتخاب مسیر انتقال بلوک­های جمعیتی به مکان­های امن.. 74

4-4-3-    گام سوم: تخصیص جمعیت… 75

4-4-4-    بروزرسانی فرومون.. 81

4-5-  جمع­بندی.. 83

86

5-1-  مقدمه. 86

5-2-  ارزیابی عملکرد الگوریتم ACO با در نظر گرفتن مقادیر مختلف  و : 86

5-2-1-    بررسی تغییرات پارامتر : 87

5-2-2-    بررسی تغییرات پارامتر : 90

5-3-  بررسی تغییرات  ضریب تبخیر بروی تابع هدف.. 92

5-4-  بررسی نمودار همگرایی نهایی مدل.. 92

5-5-  ارزیابی پایداری نتایج.. 94

5-6-  بررسی نتایج تخصیص بلوک­های جمعیتی به مکان­های انتخاب شده. 94

5-7-  بررسی تاثیر محدودیت تعداد مکان حداکثر در نتایج تابع هدف.. 100

 

6-1-  مقدمه: 104

6-2-  جمع­بندی: 104

6-3-  آزمون فرضیات.. 105

6-3-1-    فرض اول.. 105

6-3-2-    فرض دوم: 106

6-3-3-    فرض سوم: 106

6-4-  پیشنهادات: 107

:               110

چکیده

ازجمله مسائل مهم در مدیریت بحران حوادث غیرمترقبه طبیعی به ویژه زلزله، مکان یابی بهینه به منظور اسکان شهروندان در هنگام و یا پس از بروز حادثه می‌باشد. یكی از مشكلات بزرگ سازمان‌های درگیر در مدیریت بحران شهری، فقدان یک مدل مكانی جامع به منظور اعمال مدیریت واحد در انتقال ساكنین شهر به مکان‌های اسكان موقت از پیش تعیین شده پس از وقوع حادثه می‌باشد. بهینه­سازی فرایند اسکان موقت در سه فاز تعیین مکان­های بهینه امن، تعیین مسیرهای بهینه و تخصیص جمعیت به اماکن امن صورت می گیرد. هدف از انجام این تحقیق پیاده سازی و بررسی نتایج الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه (ACO ) در مکان­ یابی پناهگاه اسکان موقت با تعیین مسیرهای بهینه و تخصیص جمعیت به مکان­های امن در شهر کرمان بعنوان منطقه مورد مطالعه می­باشد.

    با ایجاد تغییرات لازم در اجرای الگوریتم ACO در حل مسئله فروشنده دوره­گرد، مراحل مربوط به مکانیابی و تخصیص در قالب یک مدل مکانی طراحی شده است. این مدل بر اساس یک تابع هدف به منظور کمینه کردن هزینه انتقال جمعیت بلوک های ساختمانی و سه محدودیت میانگین سرریز/کمریز، حداکثر تعداد مکان­های انتخاب شده و میانگین تناسب مکانی، به گونه­ ای طراحی شده است که قیود مسئله  تضمین کننده کیفیت جواب­های مدل می­باشد. برای تصمیم گیری در مورد بهینه بودن راه حل ها در ACO از روش ارزیابی چند معیاره استفاده شد.

      به منظور بهبود نتایج، حساسیت مدل نسبت به تغییر پارامترهای فرومون و تابع ابتکاری الگوریتم ACO مورد ارزیابی قرار گرفت و مقادیر مناسب و بهینه آنها تعیین شد. با در نظر گرفتن قیود تعیین شده و همچنین نمودار همگرایی تابع هدف، بهترین عملکرد در کاهش نهایی تابع هدف توسط مدل مشخص شد و علاوه بر آن، نتایج حاصل از تست تکرارپذیری نشان دهنده پایداری و ثبات جواب­های الگوریتم مورد بررسی می­باشد. نتایج تخصیص جمعیت به مکان­های امن، وابستگی انکارناپذیری به نحوه توزیع اماکن امن و ظرفیت آنها و همچنین پراکندگی و جمعیت بلوک­های ساختمانی دارد. میانگین فاصله طی شده تا نزدیکترین مکان امن در مدل نهایی تخصیص برابر با 1200 متر می باشد اما به دلیل عدم توزیع مناسب این مکان­ها با توجه به توزیع جمعیت در سطح شهر، بیش از 40 درصد جمعیت فاصله ایی بیش از 1500 متر را تا نزدیکترین مکان امن انتخاب شده باید طی کنند. در نتیجه جستجو و تاسیس مراکز امن جدید برای کاهش این فاصله ضرورت دارد. نتایج نشان می­ دهند که استفاده از الگوریتم ACO، قابلیت­های زیادی برای ترکیب با سیستم­های اطلاعات جغرافیایی برای حل مسئله مکان­ یابی و تخصیص که نیازمند محیط شبیه­سازی پویا (تغییر ترکیب مکانهای امن – تغییر ظرفیت) می­باشند، دارا می با­شد.

کلمات کلیدی: مدیریت بحران، اسکان موقت، مکانیابی و تخصیص، الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه(ACO)، مسافت طی شده، مکان امن، شهر کرمان

 

1-       فصل اول: کلیات تحقیق

1-1-    طرح مسئله

 علیرغم پیشرفت‌های شگرف در تكنولوژی و دست‌یابی به ناممکن‌های قرون گذشته، هنوز انسان در برابر حوادث غیر مترقبه طبیعی چون زلزله، سیل و درمانده است و گاه و بی گاه در معرض تلفات و خسارت‌های مالی بسیاری قرار می‌گیرد .در دهه‌ای كه گذشت بیش از 200  میلیون نفر در سال به علت بروز بلایای طبیعی دچار صدمات جانی و مالی شده‌اند .در این میان ساخت و سازهای غیر اصولی و بی توجهی به قدرت خطر زایی یک منطقه، رعایت نكردن فاصله كاربری­های حساس و مناطق مسكونی از حریم گسل‌ها و رودخانه­ها و ، موجبات تشدید فجایع را فراهم می‌آورند (اسدی نظری , 1383). زلزله از جمله پدیده‌های طبیعی است که در اکثر مناطق جهان از جمله ایران به وقوع می‌پیوندد. در طی سال‌های 1900 تا 1990 میلادی، 1100 زلزله مرگبار در 75 کشور جهان رخ داده و بیش از 80 درصد مرگ و میرهای حاصله در شش کشور جهان اتفاق افتاده است. ایران با 120 هزار نفر تلفات انسانی در زمره این کشورهاست. همچنین در سال‌های 1361 تا 1370 کشور ایران بیشترین تعداد زلزله را تجربه کرده است. (عبدالهی، 1381)

کشور ما ایران در پهنه لرزه خیزی از دنیا واقع شده است. بیشتر نقاط شهری و غیرشهری كشور در نواحی با خطر نسبی زمین لرزه زیاد قرار گرفته است. اهمیت زلزله در ایران، با شدت یافتن روند توسعه کشور، گسترش شهر­ها، تمرکز جمعیت امروزه بیشتر درک می­ شود. با توجه به رویارویی مداوم كشور با پدیده زلزله، ضروری است همواره تلاش‌هایی جهت دست یابی عملی به روش‌ها و راه كارهای منسجم جهت مقابله منطقی و به حداقل رساندن ابعاد فاجعه آمیز چنین رخدادی صورت گیرد (اسدی نظری، 1383). اداره هماهنگی امداد سوانح سازمان ملل متحد اعلام می کند كه می‌توان با اطمینان اظهار داشت، در طول دهه‌ های گذشته، ارائه کمک‌های اضطراری در ارتباط با پزشكی، تغذیه و پس از سانحه پیشرفت چشمگیری داشته است، اما یک بخش مهم هم چنان بهبود ناچیزی داشته و آن سرپناه اضطراری یا به طور عام، سرپناه پس از سانحه است.( Fallahi, 2007)

طی یکصد سال گذشته، سیزده زلزله به بزرگی بیشتر از هفت ریشتر در ایران اتفاق افتاده و این در حالی است که روستاهای ما در برابر زلزله 5 ریشتری و شهرهای ما در برابر زلزله 6 ریشتری به شدت آسیب پذیر هستند. کاهش اثرات جانبی زلزله یا به عبارت دیگر، کاهش آسیب‌هایی همچون اجتماعی و زیربنایی در زمان وقوع زلزله، زمانی به وقوع خواهد پیوست که فازهای مختلف مدیریت بحران در تمامی سطوح برنامه ­ریزی مد نظر قرار گیرد. اما هر تصمیم ­گیری و برنامه ­ریزی صحیح، نیازمند اطلاعات صحیح، دقیق و به روز و تحلیل آن‌ ها می‌باشد. به دلیل اینکه اکثر اطلاعات مورد نیاز در مقوله شهری و زلزله بیشتر ماهیت مکانی دارند، لذا علم و فناوری سیستم اطلاعات جغرافیایی با قابلیت جمع آوری داده‌های مکانی و غیر مکانی، ذخیره سازی، بروزرسانی، آنالیز، مدل‌سازی و نمایش اطلاعات مکانی می‌تواند به عنوان علم و فناوری بهینه، در جهت ساماندهی و تجزیه و تحلیل جامع و سریع اطلاعات و کمک به اخذ تصمیمات مناسب در مدیریت بحران، مورد استفاده قرار گیرد(آقامحمدی، 1379). از طرفی باید توجه داشت که محیط سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی، محیطی استاتیک می‌باشد و قابلیت شبیه سازی پویا را ندارد. هوش مصنوعی به ویژه عامل‌های هوشمند قادر به رفع نقاط ضعف بوده و می‌توانند در تعامل و حتی ترکیب با سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی نقشی موثر در مدیریت بحران ایفا کنند (رجبی، 1388).

الگوریتم‌های هوشمند در GIS قابلیت آن را در قاعده‌مند کردن تصمیمات به طور مناسبی ارتقاء بخشیده‌اند که برنامه ریزی مکانی پیچیده و بهینه سازی منابع از آن جمله می‌باشند (Birkin, et al., 1996; Bong, et al., 2004).  ازجمله روش­های هوش مصنوعی که از آن به عنوان یک روش فراابتکاری یاد می‌شود، الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه (ACO) می‌باشد. این روش اولین بار توسط دوریگو در رساله دکترا خود در سال 1992 به عنوان یک راه حل چند عامله برای حل مسائل پیچیده بهینه سازی توسعه داده شده است. اولین کاربرد موفق آن، حل مسئله فروشنده دوره گرد (TSP) می‌باشد(Dorigo, 1992) که سبب شد تا کارایی آن در حل سریع مسائل بهینه­سازی ترکیبی اثبات شود. در سال‌های اخیر کاربردهای فراوانی از بکارگیری در مسائل بهینه­سازی پیچیده نظیر انتخاب اشیاء و تشخیص حالت چهره، مسیریابی وسایل نقلیه(White, et al., 1998)، تخصیص(Maneizzo, et al., 1994)، طراحی و بهبود شبکه حمل و نقل و تکنیک‌های فراگیری ماشین(Parpinelli, et al., 2002) و… ارائه گردیده است.

با توجه به آنچه درمورد اهمیت و ضرورت توجه به بحران زلزله و لزوم برنامه ­ریزی برای مقابله با پیامدهای بعد از آن بیان شد، در این تحقیق با بهره گرفتن از قابلیت­های سیستم های اطلاعات جغرافیایی و الگوریتم ACO، مکانیابی پناهگاه­های اسکان موقت بعد از زلزله به منظور تخصیص جمعیت آسیب دیده، به عنوان یک مسئله بهینه سازی در دنیای واقعی انجام گرفته است.   

1-2-   ضرورت انجام تحقیق:

امروزه با توجه به روند رو به رشد جمعیت و تراکم جمعیتی در مناطق شهری علی‌الخصوص در شهرهای پر جمعیت و مستعد از نظر لرزه­خیزی، لزوم نگرشی همه جانبه و فراگیر به حوادث طبیعی و فجایع ناشی از بروز آن‌ ها بیش از پیش جلوه نموده است. اثرات زیان‌بار ناشی از تمرکز بیش از اندازه جمعیت در محدوده‌های خاص شهری در کنار فقدان برنامه ­ریزی پیشگیرانه و عدم آمادگی لازم جهت مقابله با حوادثی نظیر زلزله تهدیدی بسیار جدی و مهم برای جان شهروندان و تداوم حیات شهری به شمار می‌رود (باقرپور،1389).

ازجمله مسائل مهم در مدیریت بحران به ویژه در زمینه حوادث غیرمترقبه، مکان­ یابی بهینه به منظور اسکان شهروندان در مواجهه و یا پس از بروز حادثه می‌باشد. به دلیل دخالت عوامل و پارامترهای متعدد در این مسئله، مکان­ یابی این گونه اماکن دارای پیچیدگی زیادی است( صمدزادگان و همکاران, 1384). در ایران مکان­گزینی برای اسکان موقت به طور تجربی پس از بروز سانحه و بدون در نظر گرفتن استانداردهای لازم توسط سازمان‌های امدادرسان انجام می‌گیرد. تجربیات به دست آمده از موارد گذشته نشان می‌دهد که هنگام بحران اگر ضوابط برنامه ­ریزی و اجرای اسکان موقت از قبل معین نشوند، در ایجاد سکونتگاه موقت و تخصیص بلوک‌های جمعیتی به نواحی امن، عوامل غیرقابل پیش ­بینی دخالت کرده و به انواع مختلف بر کیفیت آن اثر می‌گذارند. عدم رعایت مکان­گزینی صحیح ممکن است فاجعه دیگری به مراتب وخیم‌تر از سانحه اولیه به دنبال داشته باشد(اشراقی, 1385). در راستای مدیریت اضطراری بحران ناشی از زمین­لرزه و جلوگیری از تلفات سنگین جانی با توجه به تراكم بالای جمعیتی و تنوع عوارض شهری، طراحی و پیاده سازی یک مدل بهینه سازی و جامع به منظور مكانیابی بهینه مکان‌های اسكان و تخصیص جمعیت به آن‌ ها در چهارچوب یک سیستم اطلاعات مكانی از اهمیت بالایی برخوردار است( صمدزادگان و همکاران, 1384).

زمانی که بخواهیم مکانیابی را در فضای ترکیبی داده‌ها و با لحاظ کردن اهداف متعدد اجرا و فرایند بهینه­سازی مکانی را بروی اهداف انجام دهیم، به دلیل وجود محاسبات پیچیده و زمان بر و علما در بعضی مواقع غیر ممکن بودن اجرای