فهرست مطالب

عنوان …صفحه

: مقدمه

مقدمه………………………………………………………………2

 

مروری بر پژوهش­های انجام شده…………………………………………………8

2- 1- مطالعات فیتو شیمیای……………………………………………8

2- 2- مطالعات ضدمیکروبی و آنتی­اکسیدانی……………………………………………12

2- 3- مطالعات ساختاری و فراساختاری……………………………………………15

اهداف پژوهش…………………………………………………………..20

 

.22

3- 1 -انتخاب نمونه…………………………………………22

3- 2- آماده‌سازی نمونه‌ها جهت مطالعات سلولی تکوینی با بهره گرفتن از میکروسکوپ نوری (1978Roland, )……………………………………………………………….23

3- 2- 1- تثبیت (Fixation)…………………………….. 23

3- 2- 2- آبگیری (Dehydration)……………………………………………24

3- 2- 3- نفوذ پذیری (Infiltration)……………………………………………24

3-2 -4- قالب­گیری (Embedding)……………………………………….25

3- 2- 5- برش ‌گیری (Sectioning)……………………………………………25

3- 2- 6 – رنگ‌آمیزی (Staining)……………………………………………………26

3- 2- 7- مشاهده و عكس­برداری (Observation and Photography)………………………………………………26

3-3- آماده سازی نمونه ها جهت مطالعات میکرومورفولوژیک با بهره گرفتن از میکروسکوپ الکترونی نگاره (Bozzola and Russel,1998)………26

3-3-1- تثبیت (Fixation)………………………………………………………….27

3- 3- 2 – آبگیری (Dehydration)………………………………………………………27

3-3-3- چسباندن (Mounting)…………………………………………………………28

3-3-4- پوشش دادن (Coating)……………………………………………..28

3-3-5- مشاهده و عکس­برداری (Observation and Photography)…………………………28

 

نتایج………………………………………………..30

4- 1- ویژگی­های مورفولوژیک آویشن دنایی……………..30

4- 2- بررسی­های میکروسکوپی………………………………………………31

4-2-1- جوانه انتهایی……………………………………………..31

4- 2- 2- بافت شناسی و تغییرات تکوینی ساقه…………………………..33

4- 2- 3- ساختار درونی و تغییرات تکوینی در برگ………………….34

4- 2- 4- کرک­های اپیدرمی در برگ آویشن دنایی……………………36

4- 2- 4- 1- بررسی­های ساختاری………………………………….36

4- 2- 4- 2- تمایزیابی کرک­های غده­ای……………………………39

4- 2- 4- 2- بررسی­های میکرومورفولوژیک…………………………….41

 

بحث و نتیجه ­گیری………………………………………………………….98

5- 1- بررسی مورفولوژیک………………………………………..98

5- 2- مطالعات میکروسکوپی…………………………………………….99

5- 2- 1- جوانه انتهایی و بنیان گذاری برگ……………………99

5- 2- 2- ساختار و تغییرات تدریجی ساقه…………………………101

5- 2- 3- تغییرات تدریجی برگ……………………..102

5- 2- 4- کرک­های اپیدرمی…………………..105

 

 

5- 2- 4- 1- تنوع و پراکندگی…………………………105

5- 2- 4- 2- تمایز یابی کرک­های غدهای…………………….109

5- 2- 4- 3- رابطه بین نمو انواع کرک و تکوین برگ و ساقه …………..114

مقدمه

تیره نعناعیان (Lamiaceae) یکی از بزرگ­ترین تیره­های گیاهی و دارای 178 جنس و 3000 گونه است. گونه­ های این تیره تقریباً در سراسر جهان پراکنده­اند و به طور خاص در مناطق مدیترانه­ای تجمع دارند (قهرمان، 1373).

آویشن (Thymus) یکی از جنس­های تیره نعناعیان است که در زیر خانواده Nepetoideae قرار دارد و از نظر فیلوژنی با جنس های Origanum، Zataria و Micromeria قرابت و خویشاوندی دارد. مبدأ پیدایش این جنس دوران سوم زمین­ شناسی است و در فلور خشکی پسند این دوره آثار آن را یافته­اند و بدنبال توسعه مناطق خشک بخصوص در دوره پلیوسن و بعد از آن تا به امروز تکامل جنس صورت گرفته است (جم­زاد، 1388). در فلور ایرانیکا، برای سهولت شناخت جنس­های تیره نعنا، آنها را به پنج گروه تقسیم کرده ­اند و آویشن در گروه گیاهانی که دانه آنها لعاب­دار است قرار می­گیرد (قهرمان، 1373).

در مورد تعداد گونه­ های آویشن از نظر تاکسونومیک گزارش­های متفاوتی وجود دارد، تعداد گونه­ های آن در بعضی از گزارش­ها به 800 می­رسد، اما با در نظر گرفتن کمترین مقدار تنوع مورفولوژیک، 215 گونه از این جنس گزارش گردیده است. نام جنس Thymus از کلمه یونانی Thyo به معنای عطر گرفته شده است. تفسیر دیگری که در رابطه با نام این جنس وجود دارد کلمه یونانی Thymos به معنای قوت است و Thymus به گروهی از گیاهان اتلاق می­شده که دارای اثر تقویت کننده و محرک بوده ­اند (جم­زاد، 1388). آویشن ها به علت داشتن عطر و همچنین خواص دارویی در همه جای دنیا مورد استفاده قرار می­گیرند. وجود غده­های ترشحی در سطح برگ­ها و گل­های گیاه سبب و عامل اصلی عطر و بو و خواص دارویی در گیاه است (جم زاد، 1388).

این جنس در ایران 18 گونه معطر و چندساله دارد گونه­ های انحصاری آن در ایران عبارتند از:

1. persicus, T. marandensis, T. daenensis, T.lancifolius

و دیگر گونه­ های آن:

1. fallax, T. kotschyanus, T. transcaspicus, T. armeniacus
2. eriocalyx, T. nummularius, T. pubescens, T. carmanicus
3. caucasicus, T. transcaucasicus, T.linearis, T. armeniacus
4. fedtschenkoi, T. migricus

این گونه­ ها علاوه بر ایران در ترکیه، قفقاز، عراق، هند، آذربایجان شوروی، ارمنستان، ترکمنستان و پاکستان نیز می­رویند (جم­زاد، 1391).

آویشن دنایی(T. daenensis) در مناطق کوهستانی استان­های زنجان، کردستان، همدان، لرستان، اصفهان، کهگیلویه و بویراحمد، چهارمحال و بختیاری، فارس و مرکزی می­روید. گیاهان این گونه دارای ویژگی­های زیر می­باشند: خشبی، کوتاه قد، بالشتکی، به ارتفاع 15 تا 30 سانتی­متر، راست، بدون انشعاب، تقریبا بدون کرک تا کم و بیش کرکدار. برگ­ها به طول 10 تا 20 و به عرض 2 تا 5 میلی­متر، کم و بیش گسترده، از میان گره کوتاه­تر، خطی تا سرنیزه­ای باریک، بدون دمبرگ، نوک تیز، سطح زیرین برگ با رگبرگ میانی برجسته و 2تا 3 جفت رگبرگ جانبی برجسته، جفت سوم تا نیمه برگ امتداد یافته. با تعداد زیادی غده ترشحی قرمز رنگ در هر دو سطح. گل­آذین کله­ای انتهایی، گاهی کشیده، چرخه های پایینی دور از یک­دیگر و بندرت دارای دمگل­آذین. برگه­ها تقریبا شبیه به برگ­ها، کوتاه­تر و تقریبا پهن تر از آنها، سبز رنگ، به ندرت قرمز مایل به بنفش. کاسه به طول 3 تا 5/4 میلی­متر، لوله­ای یا استکانی، دندانه­ های لبه بالایی به طول 5/0 تا 1 میلی­متر، نزدیک به هم به طرف بیرون برگشته، مشخصاً کوتاه­تر از دندانه­ های لبه پایینی. جام گل به طول 5تا 6 میلی­متر، قرمز رنگ. زمان گل­دهی تابستان (جم­زاد، 1391).

عدد کروموزمی در جنس آویشن بسیار متنوع است. حالت­های پلی­پلوئیدی شامل تترا و هگزا پلوئید گزارش گردیده است. عدد پایه کروموزمی 7=x است. اعدا کروموزمی 24=n2 تا 90=n2 برای گونه­ های Thymus گزارش گردیده است، ولی معمول­ترین اعداد کروموزمی 60، 56، 30 و 28=n2 می­باشند (جم­زاد، 1388).

خواص داروئی و معطر بودن آویشن باعث شده است که این گیاه در زمره گیاهان ارزشمند قرار گیرد. اسانس گل و برگ­های آویشن دارای اثر ضد­اسپاسم، ضد­نفخ، ضد­روماتیسم، ضد­سیاتیک و ضد­عفونی کننده قوی است (Stahl-biskup, 2002). عمده­ترین ترکیبات موجود در اسانس آویشن­ها تیمول و کارواکرول می­باشند. این­ها دو ترپنوئید هستند که تنها در تعداد محدودی از گونه­ های گیاهی از جمله آویشن­ها وجود دارند. وجود غده­های ترشحی در سطح برگ­ها و گل­های گیاه عامل اصلی عطر و بو و خواص دارویی در گیاه است (جم­زاد، 1388).

ساختار­های ترشحی در بیشتر گیاهان آوندی وجود دارند و موقعیت مکانی، ساختار و مواد ترشحی متفاوتی دارند. مواد معمولا از سلول­های ترشحی به بیرون از گیاه رانده می­شوند یا در فضا­های درون سلولی تخصصی شده محدود می­شوند (Fahn, 1988).

ساختار­های ترشحی داخلی شامل: سلول­های ترشح کننده، مجاری و کیسه­های ترشح کننده و سلول­های شیرابه­دار هستند. ساختار­های ترشحی خارجی شامل هیداتود، نوشجای و کرک­های اپیدرمی می­باشند. کرک­های اپیدرمی زوائد تک سلولی و چند سلولی هستند و در دوگروه غیرغده­ای و غده­ای قرار می­گیرند (Fahn, 1990).

کرک­های غیر­غده­ای از لحاظ شکل و آناتومی متنوعند و ممکن است تک سلولی یا چندسلولی باشند و هر دو نوع این­ها می­توانند ساده یا منشعب باشند. کرک­های چند سلولی ممکن است منشعب، یک ردیفه، دو ردیفه یا چند ردیفه باشند. دیواره­ های عرضی بین سلول­ها مشخص و یا غیرقابل تشخیص است. ممکن است در طول، اندازه و حالت سلول متقارن و یا غیر متقارن باشند. می­توانند در پهنا متحدالشکل باشند و یا پهنایشان در طول تار تغییر کند و نوک آنها باریک شود و یا کند باشد. ضخامت دیواره می ­تواند متنوع باشد و یا مواد تزریق شده در دیواره آن­ها می ­تواند دیواره­ها را به حالت نرم سینوسی و یا سیخی درآورد. انشعابات در کرک­های چند سلولی منشعب، ممکن است چندسلولی و یا تک سلولی با طول­های مساوی یا متغیر، متناوب و یا متقابل و در یک یا چرخه­های بسیار، با ظاهری منگوله­ای باشند (Werker, 2000). کرک­های فلسی، Tشکل، چندسلولی ستاره­ای و کرک­های یک ردیفی، تک سلولی ساده یا چند­سلولی از انواع غیر­غده­ای هستند (Fahn, 1990).

 کرک های غده­ای بسیار متنوع­اند و در بسیاری از تیره­ها وجود دارند، ولی اغلب در تیره­های Solanaceae، Lamiaceae، Rosaceae و Cannabinaceae یافت می­شوند. براساس موارد زیر رده­بندی می­شوند: ترکیب شیمیایی موادی که ترشح می­ کنند، روش تولید آن­ها، ساختار، موقعیت (غده­هایی مشابه ولی روی اندام­های رویشی و یا زایشی) و وظیفه­ی آن­ها.

در کرک­های غده­ای تک­سلولی بین قسمت رأسی و قاعده­ای، تمایز مورفولوژیک وجود دارد. غده­های چندسلولی تیپیک شامل یک سرِ یک یا چند سلولی ترشحی، یک پایهِ یک تا چند سلولی، یک Base با تعداد کمی سلول و گاهی اوقات یک سلول گردنی (بین سر و پایه). تفاوت­هایی بین سلول­های پایه و سر ترشحی وجود دارد. در سلول­های پایه پایین­ترین سلول می ­تواند بسیار واکوئلی باشد درحالیکه سلول بالاتر ممکن است سیتوپلاسم متراکم داشته باشد، که به طور واضحی با عملکرد و نقش متفاوت آن­ها ارتباط دارد(Fahn, 2000) . کرک­های غده ای شامل کرک­های ترشح کننده نمک، کرک­های ترشحی شهد، غده ترشحی موسیلاژ، غده­های گیاهان گوشتخوار، تار ترشحی، کرک­های گزنده و کرک­های ترشح کننده مواد چربی دوست که روغن­های اسانس را در خانواده نعناعیان ترشح می­ کنند، می­باشند  .(Fahn, 1990)­کرک­های ترشح کننده مواد چربی دوست ممکن است پایه­ کوتاه یا بلند، منشعب یا بدون انشعاب، سر و پایه­ تک سلولی یا چند سلولی، سر سپری (peltate) یا تاجدار (capitate) داشته باشند و در ظرفیت خود برای ذخیره اسانس در فضای بین دیواره و کوتیکول متنوع می­باشند (Fahn, 2000). کرک peltate شامل یک سلول پایه، یک سلول ساقه کوتاه و یک سر گسترده متشکل از تعدادزیادی سلول­های ترشحی که در یک ردیف قرار گرفته­اند می­باشند. کرک­های capitate از یک سلول پایه، ساقه یک تا چند­سلولی و یک سر شامل یک یا دو سلول تشکیل شده اند. ترایکوم­های غده­ای دارای یک لایه کوتیکول می­باشند با بلوغ کرک لایه کوتیکولی از دیواره سلولزی فاصله گرفته و اسانس در فضای زیرکوتیکولی ذخیره می­ شود و در اواخر اندازه بزرگی در کرک­های peltate دارد. برخی از ترکیبات فرار اسانس ممکن است از کوتیکول عبور کنند اما بسیاری از مواد تنها پس از پارگی کوتیکول به بیرون راه پیدا می­ کنند (Fahn, 1988).

 

2- 1- مطالعات فیتو شیمیایی

ترکیبات شیمیایی موجود در اسانس آویشن به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته و شناسایی شده ­اند. دو گروه اصلی ترکیبات شیمیایی موجود در این جنس ترپنوئید­ها و فلاونوئید­ها هستند. این ترکیبات نقش اصلی را در اثر­های دارویی این گیاهان ایفا می­ کنند. اسانس ­ها در گیاهان خانواده نعنا در کرک­های غده­دار و یا در غده­های ترشحی چسبیده به سطح برگ آن­ها ذخیره می­گردند (جم­زاد، 1388).

بخش های هوایی گلدارT. daenensis  وT. Kotschyanus   از استان همدان جمع­آوری شد. اسانس آن­ها توسط GC و GC/MS مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. 26ترکیب از اسانسT. daenensis شناسایی شد، ترکیبات اصلی شامل تیمول 7/74%، پاراسیمن 5/6%، بتا­کاریوفیلن 8/3%، و متیل کارواکرول 6/3% می­باشند .(Nickavar et al., 2005)

همچنین سرشاخه­های گلدار T. daenensis، در 4 منطقه استان اصفهان با GC و GC/MS آنالیز شد. در میان 27 ترکیب شناسایی شده، پنج ترکیب تیمول، پاراسیمن، گاما-ترپینن، کارواکرول و بتا­کاریوفیلن بالاترین غلظت را به خود اختصاص می­ دهند (برازنده و باقرزاده، 1386).

ترکیبات موجود در اسانس چهار گونه آویشن جمع­آوری شده از استان لرستان با GC و GC/MS آنالیز و مقایسه شد. ترکیبات اصلی موجود در اسانس T. daenensis سیس­سابینن­هیدرات (2/9%)، الفا­ترپینول (18/13%) و کارواکرول (38/12%) بودند (Safaei-Ghomi et al., 2009).

تنوع اسانس T. daenensis در 11جمعیت جمع­آوری شده از استان­های فارس و کهگیلویه و بویراحمد در مرحله کامل گلدهی مورد بررسی قرار گرفت با بهره گرفتن از GC و GC/MS 22 ترکیب جدا شدند که ترکیبات اصلی کارواکرول (1/80-3/47%)، تیمول (2/72-1/53%)، جرانول (7/75-6/65%)، بتا کاریوفیلن (9-7/1%)، پاراسیمن (9/10-1/0%)، گاما ترپینن (8/7-1/0%) بودند. بر اساس تنوع در ترکیبات اسانس جمعیت­ها به سه کیموتیپ دسته بندی شدند (Bahreininejad et al., 2010).

هاشمی و همکاران ترکیبات فرار از بخش­های هواییT. daenensis  جمع­آوری شده از منطقه الشتر را با روش headspace solvent microextraction و روش hydrodistillation بررسی کردند. ترکیبات اصلی موجود در عصاره ژرانیول (2/37-9/34%)، ژرانیل استات (7/18-3/15%)، ژرانیال (2/11-0/9%)، نرول (3/8-4/6%) و نرال (3/9-1/7%) بودند (Hashemi et al., 2010).

همچنین T. daenensis از ملایر در چهار مرحله نموی جمع­آوری شد. اسانس گیاه با روش hydrodistillation بدست آمد و با GC و GC/MS آنالیز شد. بیشترین اسانس (4/3%) در مرحله گلدهی بدست آمد. اجزاء اصلی اسانس در تمام مراحل رشد، تیمول، آلفا­ترپینن، پارا­سیمن، متیل­کارواکرول و آلفا­توجین بودند. درصد بالای تیمول (8/73%) در مرحله گلدهی، آلفا­ترپینن (59/9%) در مرحله رویشی، پارا­سیمن (0/9%) و متیل­کارواکرول (9/4%) در مرحله خواب دانه و آلفا­توجین (42/1%) در مرحله جوانه زدن بدست آمد (Rustaiee et al., 2010).

در تحقیق دیگری T. daenensis از 22 منطقه از استان­های اصفهان و چهارمحال­و­بختیاری جمع­آوری شد و عصاره توسط دستگاه HPLC آنالیز شد. نتایج نشان داد ارتفاع از سطح دریا بر میزان تیمول اثر معنی دار و مثبت دارد و بر میزان کارواکرول اثر معنی داری ندارد (کریمی و همکاران، 1389).

گل­پرور و همکاران اسانس T. daenensis کشت شده درگل­خانه و مزرعه تحقیقاتی را در دوره رویشی، ظهور آغازه­های گل، ظهور 50% گل­آذین­ها، گل­دهی کامل و زمان تشکیل بذر بررسی و مقایسه کردند. آنالیز اسانس به وسیله کروماتوگراف گازی صورت گرفت. بیشترین درصد اسانس 41/1% از مرحله گل­دهی و بیشترین میزان تیمول 1/84% از مرحله رویشی حاصل شد (گل­پرور و همکاران، 1390).

بخش­های هوایی T. daenensis در مرحله گل­دهی از 5 منطقه از کوه­های زاگرس جمع­آوری شد. ترکیبات شیمیایی اسانس بوسیله GC و GC/MS بررسی شد. همه اسانس ­ها حاوی مقدار زیادی مونوترپنوئید (0/83-4/75%) و مقدار کمی سس­کوئی­ترپن (0/4-7/1%) بودند و تیمول جزء اصلی تمام اسانس ­ها شناخته شد. بر­اساس درصد ترکیبات اسانس و مارکر­مولکولی RAPD این 5 جمعیت به دو دسته اصلی تقسیم شدند. خوشه اول (اراک و ملایر) شامل تیمول به عنوان جزء اصلی اسانس و خوشه دوم (الشتر، همدان، دنا) سرشار از کارواکرول بود (Rustaiee et al., 2011).

عنوان

صفحه

 
فهرست
 
فهرست مطالب…………………………………………………………………………………………………………………………………………………ح
فهرست شکل‌ها………………………………………………………………………………………………………………………………………………..ی
فهرست جدول‌ها……………………………………………………………………………………………………………………………………………….م
فهرست علایم و نشانه‌ها………………………………………………………………………………………………………………………………….ن
 
 

صفحه

عنوان

فهرست مطالب
فصل اول.. 1
کلیات… 1
1-1-مقدمه. 2
1-2-تعریف مسأله. 3
1-2-1-پساب اسیدی معدنی… 4
1-2-2- منشاء پساب‌های اسیدی معدن.. 4
1-2-3- واکنش‌های اکسیداسیون و تولید اسید.. 6
1-2-4- عوامل موثر بر نرخ اکسید شدن پیریت… 8
1-2-5- اثرات زیست ‌محیطی پساب‌های اسیدی معدن.. 8
1-3-مروری بر پیشینه مطالعات انجام شده. 11
1-4- ضرورت انجام تحقیق… 18
1-5-اهداف تحقیق… 19
1-6-سازماندهی پایان نامه. 19
فصل دوم. 21
سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی… 21
2-1-مقدمه. 22
2-2-منطق فازی… 23
2-2-1-تئوری فازی از دیدگاه ریاضی… 23
2-2-2-سیستم استنتاجی فازی… 23
2-2-3-سیستم استنتاجی فازی خالص….. 25
2-2-4-سیستم استنتاج فازی ممدانی… 25
2-2-5-سیستم استنتاج فازی تاکاگی-سوگونو و کانگ…. 26
2-3-شبکه‌های عصبی مصنوعی… 28
2-3-1-آموزش شبکه عصبی مصنوعی… 30
2-4-سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی… 30
2-4-1 -ساختار ریاضی انفیس….. 31
2-5-سیستم استنتاجی عصبی-فازی تطبیقی چند خروجی… 35
2-5-1-عملیات آموزش سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی چند خروجی… 37
2-5-2-پارتیشن بندی شبکه. 39
2-5-3- خوشه بندی کاهشی… 39
2-5-3- فازی  میانگین – c. 40
2-6-جمع ‌بندی… 41
فصل سوم. 42
معرفی و خصوصیات کلی معدن مس سرچشمه. 42
3-1- مشخصات عمومی معدن مس سرچشمه. 43
3-1-1- موقعیت جغرافیایی و شرایط اقلیمی كانسار پورفیری مس سرچشمه. 43
3-2- تاریخچه معدن مس سرچشمه. 44
3-4- كانی سازی در معدن مس سرچشمه. 45
3-5-مطالعات انجام شده بر روی سد باطله معدن مس سرچشمه. 45
3-5-1- احداث سد باطله. 46
3-5-2-هیدرولوژی منطقه. 47
3-6-باطله‌های معدن مس سرچشمه. 48
3-6-1-مقدمه. 48
3-6-2-سایت معدنی سرچشمه. 50
3-6-3- نمونه برداری و روش‌های صحرایی… 51
3-7-جمع‌بندی… 54
فصل چهارم. 55
مدلسازی و آنالیز نتایج.. 55
4-1-مقدمه. 56
4-2- پیش‌بینی فلزات سنگین در پساب اسیدی معدن با بهره گرفتن از مدل  سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی چند متغیره. 64
4-2-1-معیارهای ارزیابی عملکرد مدل.. 66
4-3-نتایج حاصل از سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی چندخروجی… 66
4-4-رگرسیون خطی… 78
4-4-1-رگرسیون خطی چندگانه. 79
4-5-نتایج حاصل از رگرسیون خطی چندگانه. 80
فصل پنجم.. 87
5-1-نتیجه گیری کلی… 88
5-2-پیشنهادات… 91
منابع.. 92
 

صفحه

عنوان

فهرست اشکال
 
 
شکل ‏1‑1 -اکسید شدن پیریت و تولید اسید در یک معدن زغال‌سنگ………………………………………………………..6
شکل ‏1‑2-میکروگراف الکترونی از باکتری تیوباسیلوس فرواکسیدان…………………………………………………………….7
شکل ‏1‑3-آلودگی آب‌های سطحی درغرب ویرجینیا…………………………………………………………………………………….9
شکل ‏1‑4-مرگ ماهیان بر اثر تخلیۀ پساب اسیدی معدن حاصل از معادن رومانی در رودخانۀ دانوب……….9
شکل ‏1‑5-آلودگی آب‌های سطحی توسط پساب اسیدی حاصل از معادن زغال سنگ در غرب پنسیلوانیا.10
شکل ‏2‑1-ساختار یک سیستم فازی……………………………………………………………………………………………………………23
شکل ‏2‑2-ساختار سه سیستم استنتاجی فازی……………………………………………………………………………………………24
شکل ‏2‑3-سیستم فازی ممدانی…………………………………………………………………………………………………………………..25
شکل ‏2‑4-سیستم فازی TSK………………………………………………………………………………………………………………………26
شکل ‏2‑5-ساختار یک نرون مصنوعی…………………………………………………………………………………………………………..27

 

شکل ‏2‑6-ساختار نمونه انفیس در مدل فازی سوگنو………………………………………………………………………………….30
شکل ‏2‑7-ساختار دیگری از انفیس………………………………………………………………………………………………………………33
شکل ‏2‑8-سیستم استنتاجی عصبی-فازی تطبیقی چند خروجی مدل سوگنو مرتبه با یک ورودی و سه خروجی……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………36
شکل ‏3‑1-موقعیت جغرافیایی کانسار مس سرچشمه…………………………………………………………………………………..43
شکل ‏3‑2-سد باطله در معدن مس پورفیری سرچشمه……………………………………………………………………………….45
شکل ‏3‑3-محل معدن مس سرچشمه و رودخانه شور…………………………………………………………………………………50
شکل ‏3‑4-محل نمونه‌برداری رودخانه شور…………………………………………………………………………………………………..51
شکل ‏3‑5-محل‌های نمونه برداری و موقعیت معدن مس سرچشمه……………………………………………………………53
شکل ‏4‑1-رسوب سولفات مس و آهن مس سرچشمه…………………………………………………………………………………57
شکل ‏4‑2-رسوب کانی‌های ثانویه سولفات مس و آهن………………………………………………………………………………..57
شکل ‏4‑3-کلوئیدی شدن پساب و انحلال سولفیدها……………………………………………………………………………………58
شکل ‏4‑4-کلوئیدی شدن پساب و انحلال سولفات در پساب فرعی…………………………………………………………….58
شکل ‏4‑5-پساب خروجی از معدن، کدر و حاوی ذرات معلق آهن………………………………………………………………60
شکل ‏4‑6-رسوبات بی‌شکل پوشاننده پساب و رسوبات آهن در حواشی آن…………………………………………………60
شکل ‏4‑7-روند تغییرات غلظت(ppm)آلاینده‌های فلزی از بالادست به پایین دست روخانه شور……………….62
شکل ‏4‑8 -توابع عضویت به دست آمده توسط مدل MANFIS-GP………………………………………………………..68
شکل ‏4‑9-توابع عضویت به دست آمده توسط مدل MANFIS-SCM………………………………………………………69
شکل ‏4‑10-توابع عضویت به دست آمده توسط مدل MANFIS-FCM……………………………………………………70
شکل ‏4‑11-همبستگی بین مقادیر اندازه گیری شده و پیش‌بینی شده مس توسط مدل  MANFIS-SCM الف) مجموعه داده‌های آموزشی، ب) مجموعه داده آزمون……………………………………………………………………………72
شکل ‏4‑12-همبستگی بین مقادیر اندازه گیری شده و پیش‌بینی شده آهن توسط مدل  MANFIS-SCM الف) مجموعه داده‌های آموزشی، ب) مجموعه داده آزمون……………………………………………………………………………73
شکل ‏4‑13-همبستگی بین مقادیر اندازه گیری شده و پیش‌بینی شده منگنز توسط مدل  MANFIS-SCM الف) مجموعه داده‌های آموزشی، ب) مجموعه داده آزمون………………………………………………………………..75
شکل ‏4‑14-همبستگی بین مقادیر اندازه گیری شده و پیش‌بینی شده روی توسط مدل  MANFIS-SCM الف) مجموعه داده‌های آموزشی، ب) مجموعه داده آزمون……………………………………………………………………………75
شکل ‏4‑15-مقایسه بین اندازه گیری و پیش‌بینی شده Cu با بهره گرفتن از مدل MANFIS-SCM برای مجموعه داده‌های آزمون………………………………………………………………………………………………………………………………..76
شکل ‏4‑16-مقایسه بین اندازه گیری و پیش‌بینی شده Fe با بهره گرفتن از مدل MANFIS-SCM برای مجموعه داده‌های آزمون………………………………………………………………………………………………………………………………..76
شکل ‏4‑17-مقایسه بین اندازه گیری و پیش‌بینی شده Mn با بهره گرفتن از مدل MANFIS-SCM برای مجموعه داده‌های آزمون………………………………………………………………………………………………………………………………77
شکل ‏4‑18-مقایسه بین اندازه گیری و پیش‌بینی شده Zn با بهره گرفتن از مدل MANFIS-SCM برای مجموعه داده‌های آزمون……………………………………………………………………………………………………………………………..77
شکل 4‑19 -همبستگی بین غلظت فلزات سنگین اندازه‌گیری شده و پیشبینی شده با بهره گرفتن از MLR برای داده‌های آزمون و آموزش……………………………………………………………………………………………………………………85
 

صفحه

عنوان

فهرست جداول
 
 
جدول ‏3‑1-ماکزیمم و مینیمم پارامترهای فیزیکی و شیمیایی غلظت فلزات سنگین رودخانه شور 53
جدول ‏3‑2-محل و موقعیت جغرافیایی ایستگاه‌های نمونه‌برداری آب… 53
جدول ‏4‑1-ماکزیمم و مینیمم پارامترهای فیزیکی و شیمیایی غلظت فلزات سنگین رودخانه شور و استاندارد آب(همه نمونه‌ها بر حسبppm) 61
جدول ‏4‑2-ماتریس همبستگی بین غلظت فلزات سنگین و متغییرهای مستقل.. 65
جدول ‏4‑3-خصوصیات مدل‌های MANFIS. 67
جدول ‏4‑4-مقایسه بین نتایج حاصل از سه مدل برای مجموعه داده‌های آزمون.. 71
جدول ‏4‑5-مشخصات آماری از مدل رگرسیون چندگانه. 81

جدول4-6-مقایسه نتایج بدست آمده از روش MANFIS-SCMو MLR……………………………………………………86

 
فهرست علائم و نشانه‌ها
 
 
اختصار                             معادل فارسی                                     معادل انگلیسی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ANN	شبکه عصبی مصنوعی	Artificial Neural Network
AMD	پساب اسیدی معدن	Acid Mine Drainage
MNN	شبکه عصبی مصنوعی مدولار	Modular Neural Network
BP	شبکه عصبی مصنوعی پس انتشار	Back-propagation
MLR	رگرسیون خطی چندگانه	Multiple linear regression
TDS	کل جامد محلول	Total dissolved solids
RMS	ریشه میانگین مربع خطا	Root Mean Square Error
DO	غلظت اکسیژن محلول	Dissolved oxygen
COD	باقی مانده اکسیژن شیمیایی	Chemical oxygen demand
BPNN	شبکه عصبی مصنوعی پس انتشار	Back Propagation Neural Network
GRNN	شبکه عصبی مصنوعی رگرسیون عمومی	General Regression Neural Network
ANFIS	سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی	Adaptive neuro-fuzzy inference system
FL	منطق فازی	Fuzzy logic
MF	تابع عضویت	Membersip Function
TSK	سیستم فازی تاکاگی-سوگنو-کانگ	Takagi Sugeno Kang FIS
FIS	سیستم استنتاج فازی	Fuzzy Inference System
LSM	روش حداقل مربعات	Least square method
MANFIS	سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی چندخروجی	Multi-outputs Adaptive Neuro-fuzzy System
VAF	محاسبه واریانس بین دو چیز	Variance Account For
GP	پارتیشن‌بندی شبکه	Grid Partitioning
SCM	روش خوشه‌بندی کاهشی	Subtractive clustering method
FCM	روش فازی میانگین-c	Fuzzy C-means method

 

 

فصل اول

 

کلیات

 

1-1-مقدمه

در سال‌های اخیر توسعه روزافزون فعالیت‌های كشاورزی و صنعتی و افزایش قابل توجه حجم فاضلاب‌های شهری موجب آلودگی منابع آب، خصوصا رودخانه‌ها گشته است. ورود پساب‌های صنعتی سبب افزایش دما، مواد آلی و معدنی، و تركیبات خطرناك فلزات سنگین در آب شده و این امر علاوه بر آلودگی محیط‌زیست آبزیان، سبب برهم خوردن تعادل تركیبات موجود در آب نیز می‌گردد. با توجه به مشكلات كمی و كیفی منابع آب كشور و واقع شدن ایران در منطقه خشك و نیمه‌خشك و رویارویی با بحران‌های كم آبی، تدوین برنامه‌های مدیریت كیفی برای كلیه منابع آبی، راهكاری ضروری و غیر قابل اجتناب در جهت حفاظت و بهره‌برداری پایدار از منابع آبی است.
با ظهور فناوری نوین اطلاعات و استفاده از رایانه، شاهد تحولی شگرف در تمامی علوم هستیم. در حقیقت رایانه به همراه سایر فناوری‌های پیشرفته، راه را برای ظهور روش‌های هوشمند فراهم كرده است. از آنجایی كه فرایندها و پدیده‌های موجود در مهندسی به متغیرهای بسیاری وابسته هستند و بین اجزاء هم روابط پیچیده‌ای حاكم است، لذا روش‌های هوشمند به عنوان یک ابزار بسیار قدرتمند در شبیه‌سازی موضوعات مختلف علوم مهندسی از جمله مهندسی معدن می‌توانند راهگشا باشند. با بهره گرفتن از این روش‌ها، داده‌های مربوطه را به شبكه آموزش داده و سپس این روش‌ها كار پیش‌بینی و شبیه‌سازی را با دقت مطلوب انجام خواهند داد[[i]].
در سال‌های اخیر، در کارهای معدنی و علوم زمین شناسی، به علت وجود ابهامات زیاد كوشش زیادی در استفاده از هوش مصنوعی شده است. به عنوان مثال؛ بررسی‌های ژئوشیمیایی به همراه عیار و تناژ آن­ها با بهره گرفتن از شبکه‌های عصبی مصنوعی، طبقه ­بندی مواد ارگانیکی رسوبی، عددی کردن داده‌های ژئوشیمیایی در سنگ‌های آتشفشانی و طبقه‌بندی آن­ها با بهره گرفتن از شبکه‌های عصبی مصنوعی[1]، تعیین ویژگی‌های آکیفر با بهره گرفتن از شبکه‌های عصبی مصنوعی، تعیین ویژگی‌های مواد ناخالص در معدن سنگ آهک با بهره گرفتن از شبکه‌های عصبی پسخور[2]، استفاده از شبکه عصبی مصنوعی برای یافتن موقعیت نهشته‌ها، تخمین عیار و ذخیره و مقایسه نتایج حاصله از کریجینگ و شبکه عصبی مصنوعی و منطق فازی، کارهای پیش بینی در معدن اشاره نمود.
به طور كلی مدل‌سازی یكی از ابزارهای مناسب برای تصمیم‌گیری و پیش‌بینی پدیده‌های محیط زیستی می‌باشد كه اغلب به صورت مدل‌های مفهومی با روابط ریاضی بیان می‌شوند. فرایندها و پدیده‌هایی كه در سیستم‌های محیط‌زیستی وجود دارد و مهندسین محیط‌زیست با آن در ارتباط هستند، اغلب دو خصوصیت عمده دارند: 1- وابسته به متغیرهای زیاد هستند، 2-روابط بسیار پیچیده‌ای بین اجزا وجود دارد كه تحلیل آن را بسیار مشكل می کند. این مشكل همواره باعث خطا در دقت و صحت پیش‌بینی مدل‌های مرسوم می‌شود. هوش مصنوعی از جمله روش‌های پیشرفته و نوین در شبیه‌سازی می‌باشد كه امروزه در تمام علوم مهندسی به عنوان یک ابزار قوی در شبیه‌سازی پدیده‌هایی كه تحلیل مفهومی آن‌ ها با مشكل مواجه است، كاربرد بسیاری پیدا كرده است؛ در این روش داده‌های مشاهده‌ای به مدل آموزش داده می‌شود و پس از آموزش مدل با دقت مناسب كار پیش‌بینی و شبیه‌سازی را انجام می‌دهد.

1-2-تعریف مسأله

پساب­های معدنی که در اثر فعالیت­های معدن‌کاری سولفیدی و زغال سنگ پدید می ­آید از جمله آلاینده­های زیست‌محیطی جبران ناپذیر می­باشد. در این میان پساب­های اسیدی به علت کاهش میزان pH محیط سبب انحلال بیشتر فلزات سنگین شده و با انتقال آب به درون آب­های سطحی و زیرزمینی اطراف معادن، باعث آلودگی آن­ها می­ شود[[ii]، [iii] و [iv]]. آلودگی زیست‌محیطی به این شکل در دراز مدت پس از تعطیلی معدن نیز موثر می­باشد. یکى از مواد مزاحم و مشکل­ساز در امر بازسازی معادن سولفیدی، پیریت موجود در باطله­های فلزی و احیانا غیرفلزی مى‌باشد که در اثر اکسیداسیون و وجود رطوبت و آب کافى تولید اسید سولفوریک نموده و محیط دمپ را اسیدی مى­نماید[[v] و[vi]].

1-2-1-پساب اسیدی معدنی

فعالیت­های استخراجی معادن مهم‌ترین عامل آلودگی آب­های زیرزمینی و سطحی به شمار می­روند. استخراج معادن سبب کاهش کیفیت آب شده و بسیاری از مشکلات زیست­محیطی را سبب می­گردند[[vii]]. از مشکلات مرتبط با عملیات معدنی، پساب­های اسیدی معدن[3] اهمیت اساسی داشته و چنانچه این پساب­های اسیدی که حاوی غلظت­های بالای آهن، سولفات و اسیدیته می­باشند به داخل منابع آب­های سطحی و زیرزمینی راه پیدا کنند سبب آلودگی این آب­ها می­شوند[[viii] و [ix]].
اکسید شدن کانی­های سولفیدی و تولید اسید سولفوریک به عنوان یک اثر منفی و نامطلوب عملیات معدنی شناخته شده است[[x]]. اسید تولید شده حاوی کانی­های محلول[4]و فلزات مختلف به منابع آب­های سطحی و زیرزمینی راه یافته و ضمن آلودگی آن­ها موجب آلودگی خاک­ها نیز می­ شود[[xi] و [xii]].
اگرچه فرایند اکسید شدن پیریت و سایر کانی­های سولفید فلزی در حضور هوا غیر قابل اجتناب است؛ اما مطالعه کانه­ها و کانی­های باطله، جنبه­ های هیدرولوژیکی، و طرح معدن‌کاری[5]می ­تواند در طراحی یک عملیات معدنی که کمترین اثرات زیست­محیطی را به همراه داشته باشد کمک موثری نماید[[xiii] و [xiv]].
اثرات زیست­محیطی مخرب که از پساب­های اسیدی معدن نتیجه می­شوند، به دلیل مدیریت ضعیف در طول طراحی، توسعه، عملیات و بسته شدن کارهای معدنی و همچنین به دلیل فهم ناصحیح از پساب­های اسیدی معدن در گذشته می­باشد[14].
[1] Artificial Neural Network(ANN)
[2]  Feed forward
[3] Acid Mine Drainage(AMD)
[4] Dissolved minerals
[5] Mine plan
[i] Molson J.W., Fala O., Aubertin M., Bussière B.  “Numerical simulations of pyrite oxidation and acid mine drainage in unsaturated waste rock piles,”  Journal of Contaminant Hydrology. 78:343-371. 2005
 
[ii] BLOWES D.W., PTACEK J., JAMBOR J.L., WEISENER C.G., In: HOLLAND H.D. “The geochemistry of acid mine drainage,” Treatise on Geochemistry. Amsterdan vol. 9, :149-204. 2003
 
[iii] Price W.A. “Prediction manual for drainage chemistry from sulphidic geologic materials. Mining and Mineral Sciences Laboratories. Smithers,”  British Columbia V0J 2N0:576. 2009
 
[iv] Lottermoser B.G. “Recycling, Reuse and Rehabilitation of Mine Wastes,” the Mineralogical Society of America. 2011
 
[v] Amezaga J., Rotting T.S., Younger P.L., Nairn R.W. Noles A.J., Oyarzun R., Quintanilla J., A rich vein” Mining and the pursuit of sustainable development,”. Environ. Sci. Technol, vol 45, 21-26. 2011
 
[vi] Mayes W.M., Johnston D., Potter H.A.B., Jarvis A.P., “A national strategy for identification, prioritisation and management of pollution from abandoned noncoal mine sites in England and Wales,” Methodology development and initial results. Sci. Total Environ.,vol 407, 5435-5447, 2009
 
[vii]  Trois C., Marcello A., Pretti S., Trois P., Ross G.I., “The environmental risk posed by small dumps of complex arsenic, antimony, nickel and cobalt sulphides,”. J. Geochem., vol 92, 83–95. 2007

 

کلمات کلیدی: الکترود اصلاح­شده، حسگر الکتروشیمیایی، پیل زیست­سوختی،گلوکز، هیدرازین، نانوذرات آلیاژیFe-Pt ، نانوکامپوزیت Pt/N-Gr .
 
فهرست مطالب
  عنوان                              صفحه
فصل اول : مقدمه و تئوری
1-1 الکتروشیمی تجزیه. 1
1-1-1 اهمیت و مزایای روش های الکتروشیمیایی. 2
1-2 الکترود. 4
.. 4
1-2-1-1 الکترود کربن شیشه ­ای.. 5
1-2-1-2 الکترودهای فیبرکربنی. 6
1-2-1-3 الکترودهای خمیرکربن. 6
. 7
1-2-2-1 پولیش دادن. 7
1-2-2-2 فعال­سازی حرارتی. 7
1-2-2-3 فعال­سازی لیزری.. 8
1-2-2-4 فعال­سازی با امواج صوتی– رادیویی. 7
1-2-2-5 فعال­سازی با حلال. 8
1-3 الکترودهای اصلاح­شده 8
1-3-1الكترودهای اصلاح­شده شیمیایی(CME) 8
1-3-2 تهیه الکترودهای اصلاح شده 10
   عنوان                                      صفحه
10
1-3-3-1اصلاح الکترود توسط ترکیبات نانوساختار 10
1-3-3-2 اصلاح الکترودها توسط تک لایه ­های خود انباشته. 10
1-3-3-3 اصلاح سطح الکترودها توسط روش سل- ژل. 12
1-3-3-4 اصلاح الکترودها توسط مواد پلیمری.. 12
. 14
14
.. 14
.. 15
1-5-2-1 تثبیت زیستمولکول ها در سطح الکترود. 16
1-5-2-2 کاتالیز واکنش­های الکتروشیمیایی. 16
1-5-2-3 تسریع انتقال الکترون. 16
1-5-2-4 نشانه‌گذاری زیست­مولکول­ها 16
1-5-2-5 نانوذرات به عنوان واکنش­گر عمل می­ کنند. 16
1-5-3 سیستم دوفلزی-آلیاژی نانوذرات.. 18
19
1-6-1 حسگرهای الکتروشیمیایی. 20
1-6-2 خصوصیات حسگرها 21
21
1-7-1 گرافن تقویت شده 23
.. 23
    عنوان                           صفحه  1-8-1الکتروکاتالیست آلیاژی پلاتین. 24
1-9 پیل سوختی.. 25
1-9-1 مزایای پیل سوختی. 27
1-9-2 انواع پیل های سوختی. 27
1-9-3 غشاهای تبادل پروتون بری کاربرد در پیل سوختی.. 29
. 31
فصل دوم: مواد و تجهیزات مورد استفاده، سنتز و شناسایی نانوکامپوزیت­ها و جزئیات روش­ها وآزمایش­های انجام شده
2-1 مواد شیمیایی مورد استفاده 33
2-2- دستگاه­های مورد استفاده 34
2-3- سنتز Pt/N-Gr 34
2-4- روش تهیه الکترودهای کربن شیشه ­ای اصلاح­شده با گرافن دوپه­شده با نیتروژن و پلاتین (Pt/N-Gr) 36
2-4-1- آماده سازی الکترود. 36
2-4-2- اصلاح الکترود GC با گرافن. 36
. 37
2-5-1 اصلاح الکترود GC بانانوذرات Pt-Fe. 39
فصل سوم: بحث و نتیجه گیری
3-1 بررسی رفتار الكتروشیمیایی هیدرازین روی الکترود کربن شیشه­ا­ی اصلاح­شده با گرافن دوپه­شده با نیتروژن و پلاتین. 40
3-1-1-مقدمه. 40
    عنوان       صفحه 3-1-2 بهبود پاسخ الکترود کربن شیشه ­ای توسط اصلاح با نانو کامپوزیت Pt/N-Gr 41
3-1-3 بررسی اثر غلظت هیدرازین در رفتار الکتروکاتالیزوری الکترود اصلاح­شده با نانوکامپوزیت Pt/N-Gr 42
3-1-4  محاسبه حدتشخیص، حساسیت، و محدوده خطی الکترد اصلاح­شده با بهره گرفتن ازروش آمپرومتری.. 43
3-1-5 بررسی میزان پایداری پاسخ الکتروکاتالیزوری الکترود GC-Pt/N-Gr برای اکسیداسیون هیدرازین. 46
3-1-6 بررسی اثر سرعت روبش پتانسیل. 47
3-1-7 بررسی انتخاب­پذیری الکترود اصلاح­شده 48
3-1-8 کاربرد تجزیه­ای الکترود. 49
3-1-9 نتیجه ­گیری.. 52
 بخش دوم: طراحی پیل زیست سوختی گلوکز/اکسیژن. 53
3-2-1 اکسیداسیون الکتروشیمیایی گلوکز با بهره گرفتن از الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح­شده با نانوذرات  Fe-Pt 53
3-2-2 به کارگیری نانوکامپوزیت Pt/N-Gr برای احیای اکسیژن. 53
3-2-3 به کارگیری الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح­شده با نانوذرات Fe-Pt به عنوان آند پیل زیستی سوختی 54
3-2-3-1 بهبود پاسخ الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح با نانو ذرات  Fe-Pt نسبت به الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح­شده با کربن-پلاتین تجاری برای اکسیداسیون گلوکز. 54
3-2-3-2 بررسی اثر غلظت گلوکز در رفتار الکتروکاتالیزوری الکترود اصلاح­شده با نانو ذرات  Fe-P. 55

 

3-2-3-3 محاسبه سطح فعال آند (الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح­شده با نانوذرات Fe-Pt) 56
3-2-3-4 بررسی پایداری الکترود اصلاح­شده با نانوذرات Fe-Pt 57
3-2-3-5 بررسی اثر مزاحمت اکسیژن برای اندازه ­گیری گلوکز در آند. 58
3-2-4 به­ کارگیری الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح­شده با/N-Gr  Pt به عنوان کاتد پیل                  زیست­ سوختی       58
3-2-4-1 بهبود پاسخ الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح­شده با نانو کامپوزیت  Pt/N-Gr نسبت به الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح­شده با کربن-پلاتین تجاری برای احیای اکسیژن. 58
3-2-4-2 محاسبه سطح فعال کاتد (الکترود کربن شیشه ­ای اصلاح­شده با Pt/N-Gr) 60
3-2-4-3 بررسی مکانیسم احیای الکتروکاتالیزوری اکسیژن به روش ولتامتری هیدرودینامیک.. 61
3-2-4-4 بررسی پایداری الکترود اصلاح­شده با Pt/N-Gr 62
3-2-5کاربرد آند و کاتد طراحی شده جهت ساخت پیل زیست­سوختی گلوکز/ اکسیژن. 63
3-2-5-2 آماده سازی غشای نافیونی. 64
3-2-5-3 نتایج حاصل از بستن پیل گلوکز/ اکسیژن. 64
3-2-5-4 نتیجه ­گیری.. 67
1 الکتروشیمی تجزیه
الکتروشیمی تجزیه­ای، شاخه­ای از مجموعه وسیع شیمی تجزیه است که راه­های تجزیه­ای مبتنی بر فرایندهای الکتروشیمیایی را مورد بررسی قرار می­دهد. برگزیدگی واکنش­های الکتروشیمیایی و دقت بالایی که با آن می­توان پارامترهای مرتبط با این واکنش­ها را اندازه گرفت، روش­های الکتروشیمیایی تجزیه را در ردیف حساس­ترین و انتخابی­ترین روش­های تجزیه­ای تشخیص و تعیین مقدار قرار می­دهد.
یکی از ویژگی­های کم­نظیر روش­های الکتروشیمیایی تجزیه­ای، گسترش دامنه کارایی آن­هاست، به طوریکه علاوه بر امکان کاربرد آن­ها به صورت روش­های مستقل، می­توان از آن­ها برای آشکارسازی نتایج بسیاری از پدیده­های فیزیکی و شیمیایی استفاده کرد. در حال حاضر، محدوده الکتروشیمی تجزیه از معدود روش­های کلاسیک نظیر پتانسیومتری، آمپرومتری، پلاروگرافی، هدایت­سنجی و ترسیب الکتریکی فراتر رفته و روش­های جدیدتری که ثمره تلفیق اطلاعات الکتروشیمیایی با تکنولوژی مدرن الکترونیک است، به میان آمده­اند [1]. از نظر تاریخی کار در زمینه ولتامتری با کشف پلاروگرافی توسط شیمیدان اهل چک­اسلواکی، ژروسلاو هیروسکی [1] در اوایل دهه 1920 آغاز شد. وی با انجام ولتامتری تجزیه­ای درسطح الکترود جیوه)پلاروگرافی) در این زمینه جایزه نوبل را دریافت کرد [2].  در سال 1964 طبقه ­بندی جالبی توسط نیکولسن[2] و شاین[3] با بهره گرفتن از نتایج حاصل از ولتامتری چرخه­ای[4] ( (CVو روبش خطی[5] (LSV) روی واکنش­های الکترودی صورت گرفت، به علاوه آن­ها ولتامتری چرخه­ای را شبیه­سازی[6] کردند[3]. در سال1950 ولتامتری به صورت یک روش کاملا پیشرفته به نظر می­آمد. به هر حال دهه­ 1955 تا 1965 شاهد بروز چندین روش اصلاحی اساسی از روش اولیه بود که به کمک آن­ها بر بسیاری از محدودیت­های روش­های اولیه غلبه شد. تقویت­کننده­ های عملیاتی با قیمت کم، ابداع دستگاه­های تجاری نسبتا ارزان را ممکن ساخت، که از این اصلاحات مهم بهره می­گرفتند.
1-1-1 اهمیت و مزایای روش­های الکتروشیمیایی
روش­های الکتروشیمیایی در مقایسه با روش­های شیمیایی دارای مزیت­های ویژه­ای هستند که در زیر برخی از این مزایا بیان شده است:

1. یک روش الکتروشیمیایی می ­تواند انتخابی باشد، در انجام فرایند الکترولیز با اعمال یک مقدار پتانسیل معین به الکترود مورد نظر می­توان واکنش اکسیداسیون و احیا را تا مرحله­ مورد نظر پیش برد. این در حالی است که در واکنش­های شیمیایی، یافتن یک اکسیدکننده و یا­کاهنده خاصی که دارای نقش انتخابی باشد و بتواند واکنش اکسیداسیون و احیا را تا مرحله­ خاصی پیش ببرد مشکل است. به عنوان مثال با اعمال ﭘﺘﺎﻧﺴﯿﻞ 52/0– =E‪ در محیط اسیدی و در سطح الکترود جیوه می­توان نیتروبنزن را به فنیل هیدروکسیل آمین تبدیل کرد.

C6H5NO2 + 4H+ + 4e–                               C6H5NHOH + H2O
 حال آنکه اگر کاهش نیتروبنزن به طریق شیمیایی عملی شود، محصول واکنش آنیلین می­باشد.

2. محصولات واکنش­های الکتروشیمیایی اغلب خالص­ترند و بنابراین نیاز کمتری به انجام مراحل خالص­سازی دارند.
3. انتخاب یک محیط مناسب برای انجام الکترولیز خیلی آسان­تر از روش­های شیمیایی است. به دلیل این­که با بهره گرفتن از اکسید کننده­ها و یا کاهنده­ها به عنوان معرف در روش­های شیمیایی مسئله انحلال این مواد در محیط نیز مطرح می­ شود.
4. از نظر زیست محیطی، واکنش­های الکتروشیمیایی تحت شرایط ملایم نظیر دمای اتاق و فشار اتمسفر با بهره گرفتن از جریان الکتریکی انجام می­شوند.

در مقایسه با روش­های طیف­سنجی، دستگاه­های مورد استفاده در الکتروشیمی ارزان­تر هستند. یک آنالیز طیف­سنجی تنها در مورد ملکول­هایی می ­تواند انجام شود که دارای گروه­های رنگ­ساز باشند، در غیر این صورت باید مراحل زمان­بر و پیچیده مشتق­سازی آنالیت را طی کرد. برخلاف روش­های طیف­سنجی که اغلب در محلول­های همگن انجام می­ شود، واکنش­های الکتروشیمیایی در حد فاصل الکترود-محلول انجام می­شوند. در اغلب روش­های طیف­سنجی نیاز به تهیه محلول­های شفاف و همگن است درحالی که روش­های الکتروشیمیایی در محلول­های کدر نیز قابل اجرا هستند.
روش­های الکتروشیمی تجزیه­ای، تاثیر متقابل شیمی و الکتریسیته، یعنی اندازه ­گیری کمیت­های الکتریکی مانند پتانسیل، جریان، بار و ارتباط آن­ها را با پارامترهای شیمیایی شامل می­شوند. چنین استفاده­ای از اندازه ­گیری­های الکتریکی برای اهداف تجزیه­ای، گستره وسیعی از کاربرد­ها را به وجود می­آورد که بررسی­های زیست­محیطی، کنترل کیفیت صنعتی و تجزیه­های زیست پزشکی را در بر می­گیرد.
 در دهه­های اخیر روش­های الكتروشیمیایی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این روش­ها در شیمی تجزیه كاربرد­های فراوانی دارند از جمله:

1. تعیین مقادیر ناچیز مواد زیست­محیطی
2. جداسازی و خالص­سازی تركیبات
3. تعیین ثابت­های سینتیكی و ترمودینامیكی

 الکترود به عنوان واسطه انتقال الکترون در واکنش­های الکتروشیمیایی ایفای نقش می­ کند. موفقیت یک حسگر الکتروشیمیایی، به انتخاب مناسب الکترودها بستگی دارد. یک الکترود ایده­ال بایستی دارای ویژگی­هایی هم­چون پایداری مکانیکی، غیرفعال بودن شیمیایی، محدوده­ وسیع پتانسیل کاری و سطح تکرار­پذیر باشد.
استفاده از الکترودهای جامد بدون اصلاحگر[7] به تدریج باعث تغییراتی در سطح الکترود به علت جذب گونه­ های موجود در محلول و یا محصولات تولید شده از واکنش­های الکتروشیمیایی می­گردد. این امر به تدریج موجب غیر فعال شدن سطح الکترود می­ شود که آن نیز به نوبه خود منجر به کاهش حساسیت و تکرارپذیری به علت ممانعت از انتقال بار می­گردد. یکی از راه­های فایق آمدن بر مشکلات مذکور استفاده از الکترودهای اصلاح­شده می­باشد.
1-2 الکترود
درسنجش­های الکتروشیمیایی، الکترود یکی از مهم­ترین اجزای یک سلول الکتروشیمیایی است. الکترود با الکترولیت در تماس بوده و باعث انتقال الکترون از مواد داخل سلول (مواد عمل­کننده، یونیزه­کننده و ) به مدار خارجی و یا از مدار خارجی به مواد داخل سلول می‌شود. هر سلول الکتروشیمیایی دارای دو الکترود، کاتد و آند می­باشد. واکنش­های اکسایشی و کاهشی در سطح الکترودها صورت می‌­گیرد. الکترودها را به وسیله رابط­های فلزی که عبور جریان الکتریکی را بین آن­ها ممکن می‌­کنند، به هم وصل می‌کنند.
1-2-1 الکترودهای کربن
تاریخچه الکتروشیمی نشان می­دهد که تا سال 1963 در فرایند­های الکتروشیمیایی تنها از الکترودهای فلزی مانند پلاتین، نقره، جیوه و… یا غیر فلزات رسانا مانند گرافیت استفاده شده­است. مشکل عمده این الکترودها (به جز جیوه) عدم تکرارپذیری رفتار سطح الکترود و توانایی کم آن­ها در انجام انتخابی یکی از چند واکنش شیمیایی ممکن می­باشد. امروزه با بهره گرفتن از اصلاح­کننده­ های گوناگون توانایی در انتخاب الکترود مناسب برای تشخیص الکتروشیمیایی یک فرایند خاص یا دسته­ای از فرایندهای مشابه افزایش یافته­است. از الکترودهایی که امروزه کاربرد فراوانی پیدا­کرده می­توان الکترودهای کربنی را نام برد. از عوامل گسترش کاربرد این الکترودها می­توان به هدایت الکتریکی خوب، مقاومت الکتریکی و جریان­های زمینه پایین، پنجره پتانسیل وسیع، قیمت پایین، سازگاری با بافت­های بیولوژیکی، بی­اثر بودن شیمیایی، شیمی سطح غنی[8](از نظر امکان حضور گروه­های عاملی مختلف(، ساختار تکرارپذیر سطح، قابلیت شکل­دهی آسان و مناسب بودن آن­ها برای شناسایی گونه­ های متنوع اشاره کرد ]3[.
کربن به شکل­های مختلفی در الکتروشیمی کاربرد دارد. از مهم­ترین آن­ها می­توان کربن شیشه ­ای[9]، فیبرهای کربنی[10]، نانولوله­های کربنی [11] و خمیرکربن [12] و الماس دوپه­شده با بور[13]را نام برد.
1-2-1-1 الکترود کربن شیشه ­ای
این نوع الکترودهای جامد خواص مکانیکی و الکترونیکی خوبی دارند، از نظر شیمیایی بی­اثرند و در روش­های الکتروشیمیایی پاسخ­های نسبتاً تکرارپذیری را ارائه می­ کنند ]4[. ساختمان کربن شیشه ­ای شامل نوارهای ظریف در هم پیچیده متشکل از صفحات شبه گرافیتی با اتصال عرضی می­باشد. مزیت اصلی این الکترودها اندازه­ کوچک آن­هاست که در محیط­های با حجم کوچک مورد توجه قرار می­گیرد، به عنوان مثال می­توان به تشخیص آزاد شدن انتقال­دهنده­های عصبی درفضای بیرون سلول مغز اشاره کرد ]5[.
الکترود کربن شیشه ­ای اولین بار توسط زیتل[14] و میلر[15] در الکتروشیمی مورد استفاده قرار گرفت. آن­ها نشان دادند که محدوده پتانسیل قابل استفاده در پتانسیل­های مثبت نسبت به الکترود پلاتین برای این نوع الکترود گسترش می­یابد. این اختلاف شدید به خصوصیت پلاتین که پیوند کووالانس Pt-H را پایدار می­ کند، نسبت داده می­ شود. برای اصلاح این الکترودها از ایجاد گروه­های کربونیلی یا کربوکسیلی بر سطح الکترود به وسیله گرما یا حرارت، برای اتصال انواع گروه­های عاملی استفاده می­ شود.
خصلت مقاومت در برابر حملات شیمیایی استفاده از این الکترود­ها در محیط­های به شدت خورنده را ممکن ساخته است. برای به­دست آوردن سطوح مناسب، سطح الکترود بایستی با کاغذ سنباده و پودر آلومینا صیقل داده شود. الکترود آماده شده به این روش عاری از گروه­های عاملی است. زمانی که الکترود در محلول قرار می­گیرد، حملات شیمیایی و الکتروشیمیایی می­توانند روی سطح انجام شوند. اگر لازم باشد هیچ گروه اکسیژن­داری در سطح نباشد، الکترود پس از صیقل دادن بایستی در اسید­هایی که خصلت اکسیدکنندگی ندارند، مانندHCl  شسته شود. محلول باید عاری از اکسیدکننده باشد و در پتانسیل منفی نسبت به SCE نگه داشته شود، به محض مثبت شدن پتانسیل و یا ورود عوامل اکسنده گروه­های کربونیلی یا کربوکسیلی در سطح ایجاد می­شوند. روبش متعاقب آن در جهت منفی منجر به کاهش گروه­های کربونیل و ایجاد گروه­های هیدروکسیل می­ شود. هیچ عریان­سازی از گروه­های اکسیژن­دار انجام نمی­ شود و بنابراین تنها راه تمیز کردن سطح الکترود که یک بار اکسید شده، صیقل دادن مجدد آن است. الکترود آلوده شده به وسیله جذب سطحی واکنش­دهنده­ها یا محصولات واکنش را می­توان با اتانول یا کلروفرم تمیز کرد. به علاوه در این­گونه موارد، استفاده از چند چرخه پلاریزاسیون توصیه می­ شود.
شکل1-1 مدل Jenkins-Kawamura کربن شیشه ­ای La و Lb طول­های ابعاد افقی و عمودی گرافیتی نسبت به محور c گرافیت
1-2-1-2 الکترودهای فیبرکربنی
الکترودهای فیبرکربنی از یک سری دسته­های موازی رشته­ای گرافیت ساخته می­شوند. عمده­ترین کاربرد این الکترودها در ساخت میکروالکترودهاست ]6 و 7[. موادی با چنین استحکام بالا از طریق تجزیه­ی حرارتی منسوجات پلیمری در دماهای بالا، از طریق لایه نشانی کاتالیزی بخار شیمیایی تهیه می­شوند.
1-2-1-3 الکترودهای خمیرکربن
در سال 1958 آدامز [16] نوع جدیدی از الکترود را گزارش کرد که این الکترود از مخلوط کردن پودر گرافیت و یک مایع غیرالکتروفعال [17] به عنوان اتصال­دهنده (خمیرکننده[18]) تشکیل می­شد که آن را خمیرکربن نامیدند ]8[. ایده

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