ترجمه مقاله بررسی حالت گذرای الکترومغناطیسی و وفق¬پذیری حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور قدرتUHVبراساس محدودیت هارمونیکدوم
چکیده
اتوترانسفورماتور به صورت نوع اصلی ترانسفورماتور UHV استفاده میشود، با این حال، مدل خطای داخلیاتوترانسفورماتور که در اکثر نرمافزارهای شبیهسازی ارائه شده است وجود ندارد. برای حل مسائل موجود در زمینهکاربردحفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور UHV، ابتدا یک اتوترانسفورماتور با سه سیمپیچ و با استفاده ازمدل ترانسفورماتورِمدار معادل مغناطیسی یکپارچه موجود در محیط نرم افزار EMTDCساخته میشود. علاوه بر این،مدل خطای داخلی ترانسفورماتور UHV ایجاد میشود. با توجه به مدلهای فوق، برقدار کردن و خطاهای داخلی برای اعتباربخشی حفاظت دیفرانسیلکه بخوبی اعمال شده است با از بین بردنهارمونیک دوم شبیهسازی میشود. میتوان اثبات کرد که نسبتهای هارمونیک دوم [جریانهای] هجومی[1]ترانسفورماتور قدرتUHVهمگی در برخی از حالاتبرقدار کردن زیر 10% هستند. در این حالت، نمیتوان از عملکرد نادرست حفاظت دیفرانسیلی با استفاده از 15% الی 20% نسبت هارمونیک دوم اجتناب کرد. به بیان دیگر، نسبت هارمونیک دوم جریان خطا در ابتدای وقوع خطا برای برخی از خطاهای ضعیف بسیار بزرگ است،که منجر به تاخیر زمانی کوتاه مدتِ عملیات حفاظتی میشود. این یافته (کشف) انگیزه تحقیق و توسعه طرح جدیدحفاظت اصلی ترانسفورماتورUHVرا ایجاد کرده است.
واژگان کلیدی
اتوترانسفورماتور، EMTDC، هارمونیک، جریان هجومی، خطای داخلی،UHV.
مساله تمایز بین جریان هجومی مغناطیسی و جریان خطا برای حفاظت دیفرانسیلی ترانسفورماتور قدرت وجود داشته است [1]-[4]، و این چالشکه در حفاظت ترانسفورماتور مافوق فوق فشار قوی (UHV)1000 کیلوولت نیز وجود دارد خیلی مهمتر است. محیط الکترومغناطیسی سیستمهای UHVدر مقایسه با سیستمهای قدرت فشار قوی (EHV) پیچیدهتر است. همچنین، وضوحا ساختار و پارامترهای ترانسفورماتور UHVمتفاوت از ترانسفورماتور EHV است. در این حالت، پیششرطهای استفاده از حفاظت دیفرانسیلی ترانسفورماتوردقیقا به مدلسازیترانسفورماتور قدرت UHV و بررسی مناسبحالت گذرای الکترومغناطیسی بستگی دارد.
اتوترانسفورماتور نوع اصلی ترانسفورماتور UHV است. با این حال، مدل اتوترانسفورماتور در بسیاری از نرم افزارهای شبیهسازی وجود ندارد. یک معیار متقابل (متناقض) معمول استفاده از ترانسفورماتور به جای اتوترانسفورماتور به هنگام اجرای شبیه سازی گذرای الکترومغناطیسی است [5]. در این حالت، میتوان اثر تزویج مغناطیسی را در نظر گرفت، اما ارتباط الکتریکی بین سمت اولیه و ثانویه را نمیتوانمد نظر قرار داد. مدل ارائه شده در [6]از شار پیوندی به عنوان متغیر حالتاستفاده میکند و غیرخطی بودن هسته ترانسفورماتور را هم در نظر میگیرد. این امر از نظر مفهومی روشن است، اما در عمل بیش از حد پیچیده است. در [7]، یک مدل جدید شبیهسازی گذرا برای اتوترانسفورماتور سهفاز شرح داده شده است، که در آن منابعِولتاژ و جریان کنترل شده با استفادهاز روش ذوزنقهای میراییِتغییر یافته ایجاد شده است که برای تشکیل مدل شبیهسازی مصنوعی استفاده شده است. در این مورد، هم کارایی و هم دقت شبیهسازیها بهبود یافتهاند. با این حال، اگر غیرخطی بودنِ امپدانس مغناطیسشوندگی در نظر گرفته شود این مدل منطقیتر خواهد بود. علاوه بر این، شبیهسازی گذرای الکترومغناطیسی در محیط الکترومغناطیسی UHVچالشهای جدیدی هستند، به خصوص هنگامیکه خط انتقال UHV با پارامترهای توزیعی (گسترده) در نظر گرفته شوند.
PSCAD/EMTDC نرمافزار شبیهسازی است که معمولادر زمینههای مختلف سیستمهای قدرت بکار برده میشود.به طور خاص، این نرمافزار برای شبیهسازیهای گذرای الکترومغناطیسی مناسب است. در این مقاله، مدل اتوترانسفورماتور UHV را براساسمدار معادل اتوترانسفورماتور سه سیمپیچه،و مدل خطاهای داخلی آن را با استفاده از مدلترانسفورماتور مدار معادل مغناطیسی یکپارچه (UMEC) که در نرمافزار EMTDCارائه شده است ایجاد میکنیم. این مدلِ جدید،منحصربفرد بودن ترانسفورماتور UHV و غیرخطی بودن هسته ترانسفورماتور را در نظر گرفته است. بر اساس این مدل، انواع آزمایشات شبیهسازی از جمله برقدار کردن، خطاهای اتصال-کوتاه داخل دورِ (سیمپیچ)، خطاهای اتصال کوتاه فاز به زمین، و خطاهای اتصال کوتاه فاز به فاز انجام شده است. در نهایت، شکلموجهای جریان را ارزیابی کردیم و مسائل مربوط به حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور را با استفاده از طرح مسدودسازی هارمونیک دوم در حفاظتهای ترانسفورماتورUHV استفاده کردیم.
[1]Inrushes
پایان نامه کنترل بهینه فیدبک حالت نوعی از آونگ وارون برپایه الگوریتم پرندگان و مقایسه ی آن با روشهای بهینه سازی دیگر
چکیده:
در این پایان نامه، با در نظر گرفتن چند معیار مهم در طراحی کنترل کننده ها، از قبیل محل قرارگیری قطب های حلقه بسته و سرعت پاسخ دهی و بیشینه نیروی کنترلی و ادغام آن ها در قالب یک تابع هدف، مسأله پیدا کردن ماتریس های وزنی برای کنترل کننده LQR، به صورت یک مسأله بهینه سازی فرمول بندی شده است. سپس با استفاده از الگوریتم ژنتیک و بهینه سازی ازدحام ذرات یا PSO، الگوریتم تکامل تفاضلی، الگوریتم رقابت استعماری مقادیر بهینه ماتریس های وزنی محاسبه شده اند. روش مذکور بر روی سیستم پاندول معکوس دورانی اعمال شده است. نتایج شبیه سازی برتری چشم گیر روش بهینه سازی ازدحام ذرات را بر سایر الگوریتم های بهینه سازی بیان می دارد.
مقدمه:
کنترل بهینه شامل مجموعه ای از روش ها و ابزارهای ریاضی است که برای طراحی کنترل کننده های سیستم های دینامیکی مورد استفاده قرار می گیرند و در این روش ها، معیاری برای بهینگی در نظر گرفته می شود، و در طراحی کنترل کننده مورد نظر، این معیار بهینه می شود. غالبا معیار بهینگی در ارتباط با عواملی همچون عملکرد، میزان مصرف انرژی کنترلی، زمان پاسخگویی، و چگونگی حالت نهایی تعریف می شود. به عنوان مثال، طراحی کنترل کننده ای که بتواند در کمترین زمان ممکن حالت یک سیستم دینامیکی را به یک حالت مطلوب برساند، مسأله ای است که می تواند در قالب یک مسأله کنترل بهینه تعریف شود.
تنظیم کننده درجه دوخطی یا LQR، رویکردی است که در طراحی کنترل کننده خطی برای سیستم های خطی، به وفور مورد استفاده قرار می گیرد. کنترل کننده LQR دارای قوام مناسبی است و دارای حداقل حد بهره 6- دسیبل، حداکثر حد بهره نامحدود، و حد فاز 60 درجه است. گزینه های تنظیمی مربوط به کنترل کننده LQR شامل ماتریس های وزنی موجود در تعریف معیار بهینگی است که تعیین این ماتریس ها بسته به سلیقه طراح است. مقادیر این ماتریس ها به طور مستقیم بر روی کنترل کننده بهینه به دست آمده در روش LQR تاثیر دارند. بر روی چگونگی تاثیر مقادیر ماتریس های وزنی بر کیفیت کنترل کننده LQR به دست آمده، بحث های فراوانی انجام شده است که غالبا با نام اختصاصی ساختار ویژه در حوزه کنترل بهینه مطرح شده است.
در کنار الگوریتم ها و روش های کلاسیک که برای حل مسأله وزن دهی بهینه و تعیین ساختار ویژه کنترل کننده LQR ارائه شده اند، الگوریتم های بهینه سازی هوشمند و روش های محاسبات نرم نیز به مرور در حل این مسأله، مورد استفاده قرار گرفته اند. به عنوان مثال، الگوریتم ژنتیک، ترکیب الگوریتم ژنتیک و شبیه سازی تبرید، و الگوریتم مورچه ها برای حل مسأله تخصیص ساختار ویژه مورد استفاده قرار گرفته اند.
فصل اول
کلیات
1-1- هدف و اهمیت مسأله
در طراحی بسیاری از سیستم ها و حل بسیاری از مسایل نیاز داریم که از بین مجموعه وسیعی از جواب های ممکن یک جواب را به عنوان پاسخ بهینه انتخاب نماییم. اما به علت وسعت زیاد مجموعه جواب ها عملاً نمی توان تمام پاسخ ها را آزمود و باید این آزمایش را به صورت تصادفی انجام داد. از طرف دیگر این روند تصادفی باید به گونه ای انجام شود که به سمت بهترین جواب همگرا گردد. تئوری کنترل بهینه کوادرتیک خطی به این علت که به راحتی قابل پیاده سازی در مسائل مهندسی است و مبنای سایر تئوری های کنترلی می باشد، دارای اهمیت ویژه است. با این وجود در مورد خاصی که تابع هزینه یک تابع کوادرتیک خطی است، پاسخ بهینه به پاسخ رگولاتور کوادرتیک خطی همگرا می شود. روش LQR به طور گسترده در زمینه های مانند کنترل موتورهای القایی، کنترل میلنگ خودرو و غیره کاربرد دارد. سیستم مورد بررسی در این پروژه، نوعی از آونگ وارون می باشد.
آونگ وارون به طور وسیع به عنوان یک برنامه کنترلی جهت ارزیابی تئوری های کنترل مورد استفاده قرار می گیرد و یکی از سیستم های کلاسیک در دینامیک و کنترل است که به واسطه خواصی از قبیل غیرخطی بودن و ناپایداری ذاتی به عنوان یکی از مشکل ترین مسایل در مهندسی کنترل شناخته شده و به صورت وسیعی به عنوان یک محک برای تست الگوریتم های کنترل متفاوت مانند کنترل کننده های کلاسیک PID، شبکه های عصبی، کنترل کننده های فازی و… به کار می رود. از این سیستم شکل های مختلفی وجود دارد که از بین آنها می توان به ارابه، آونگ و آونگ های چرخشی افقط و عمودی اشاره کرد. هریک از اشکال مختلف آونگ وارون می تواند به صورت آونگ تکی و یا چندگانه وجود داشته باشد. این سیستم به عنوان یکی از سیستم های پایه آزمایشگاه های کنترل شناخته می شود.
در این پروژه به طراحی کنترلر LQR برای سیستم مورد نظر می پردازیم و با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات ماتریس های وزنی مناسب به منظور طراحی کنترلر LQR مطلوب انتخاب می نماییم. و آن را با دیگر روش های بهینه سازی معمول مقایسه می نماییم. مسئله اساسی اینست که بهترین ماتریس های وزنی را چنان تعیین کنیم که وضعیت مطلوب سیستم کنترلی را در کمترین زمان ممکن برآورده سازند. در این پروژه استفاده از روش الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات برای تعیین ماتریس های وزنی پیشنهاد می شود و نشان خواهیم داد که نتایج به دست آمده نیازهای سیستم کنترلی و مشخصات مطلوب سیستم را برآورده می سازند و برتری های روش مذکور را بر الگوریتم های بهینه سازی دیگر بررسی خواهیم کرد.
مقاله بررسی مدل سازه در حالت خطی
پس از جمع آوری اطلاعات لازم برای مدلسازی سازه جهت ارزیابی اولیه سازه تحت یک آنالیز خطی استاتیکی مطابق با آئین نامه 2800 قرار گرفت تا اولاً ضغف های آن مشخص گردد و ثانیاً نیاز به مقاوم سازی سازه بررسی گردد.
برای مدلسازی سازه از آنجا که طبقه زیرزمین سازه دارای دیوارهای آجری با کیفیت خوب و به ضخامت5/1 متر بوده و اطراف آن نیز خاک نسبتاً متراکم قرار دارد، و از طرف دیگر به دلیل پاره ای از مسائل دسترسی به تعدادی از اجزای سازه ای در طبقه زیرین ممکن نبوده و نیاز به عملیات سونداژ داشته است. به نحوی که اطلاعات کافی جهت مدلسازی دقیق غیرخطی برای سازه، فراهم نشده است. لذا در حالت خطی سازه در دو حالت با در نظر گرفتن طبقه زیرین و بدون در نظر گرفتن آن مورد بررسی قرار گرفته است و در هر حالت نیز بطور جداگانه اثرات سختی اتصال خورجینی روی رفتار سازه بررسی شده است.
در نهایت با مقایسه نتایج برای دو حالت با درنظر گرفتن زیرزمین و بدون درنظر گرفتن زیرزمین مشاهده می شد به دلیل سختی زیاد طبقه زیرین عملاً می توان تراز پایه را از طبقه همکف فرض نموده و از طبقه زیرزمین در مدلسازی سازه صرفنظر نمود.
در آنالیز استاتیکی سازه مشاهده می شود که سازه در تحمل بارهای قائم مشکلی نداشته و قادر به تحمل بارهای مرده و زنده اختصاص داده شده باشد. از طرف دیگر سازه در تحمل بارهای جانبی بسیار ضعیف بوده و تنش های تعداد زیادی از تیرها، اتصالات، و بخصوص ستونها فراتر از حد قابل تحمل مصالح بوده و لذا ضعف مفرط سازه در تمل بارهای جانبی مشاهده می گردد. علاوه بر ضعف سازه در تحمل نیروهای جانبی با توجه به زمان تناوب سازه در جهت های مختلف مشاهده می گردد که سختی سازه بسیار کم بوده و عملاً زمان تناوب سازه بسیار بالاتر از حدود معمول برای قاب ساختمان ده طبقه است. همینطور تغییر مکانهای کلی ونسبی سازه تحت نیروهای زلزله بسیار فراتر از حدود مجاز آئین نامه می باشد. بنابراین با توجه به نتایج گرفته شده از آنالیز خطی سازه نیاز سازه به مقاوم سازی کاملاً مشخص می باشد.
در ادامه با توجه به گستردگی نتایج بدست آمده خلاصه اهم نتایج بدست آمده در حالت خطی ارائه می شود.
تحلیل غیرخطی سازه موجود:
پس از مدلسازی در حالت خطی، سازه در نرم افزار Perform بصورت سه بعدی مدلسازی شد و تحت آنالیز استاتیکی غیرخطی قرار گرفته است.
به این منظور کلیه مشخصات اعضای تیروستون شامل مشخصات پلاستیک مقاطع مطابق با ضوابط FEMA356 محاسبه شده، و در نرم افزار مورد استفاده قرار گرفته است.
جهت ارزیابی سازه المانهای سازه به دو گروه کنترل شونده توسط نیرو و کنترل شونده توسط تغییر شکل طبقه بندی می شوند. در این ارتباط در قسمت های بعدی توضیحات بیشتری ارائه می گردد.
در آنالیز اولیه غیرخطی سازه در جهت x مشاهده می شود که مفاصل پلاستیک در تیر لانه زنبوری در ناحیه ای بین دو ورق تقویتی تیر که در آنجا تیر فاقد ورق پرکننده جان است تشکیل می گردد، و از آنجا که انتظار نمی رود تیرهای لانه زنبوری در این قسمت ظرفیت لازم جهت تغییر شکل پلاستیک را داشته باشند، لذا در مدلسازی تیر و در ناحیه های با جان غیرپر، تیر کنترل شونده توسط نیرو در نظر گرفته شده است بطوریکه هنگامی که لنگرهای وارده در این نواحی از حد الاستیک تجاوز نماید، تیر در نقاط موردنظر مقاومت خود را از دست می دهد.
فرایندی بر تصفیه مس در حالت جامد
چکیده:
فرآیندی برای زدودن ناخالصی هل از کنستانتره مس قبل از گزارش ارائه شده است. کنستانتره در یک محفظه خلاء تحت تجزیه حرارتی در دمایی در حدود قرار گرفته است. این پیش عملیات زدودن کامل آرسنیک، آنتیموان، بیسموت، سرب و روی را بخوبی ناخالصی ها، از کنستانتره مس ممکن می سازد.
کلمات کلیدی: کانه های صنعتی، کانه سولفیدی، پیرومتالوژی، فرآیند معدنی، آلودگی
-Pollution
مقدمه
در متالوژی مس، زدایش ناخالصی ها برای تولید مس با کیفیت بالا بسیار بحرانی و حساس است. در تکنیک پروماتولوژی مس، که نزدیک به 80 درصد تولید مس در دنیا را به خود اختصاص می دهد، زدودن ناخالصی ها به کمک یک فرایند پر پیچ و خم که در هزینه نهایی تولید بسیار قابل توجه است، حاصل می شود. با مسلم فرض کردن ثابت ناخالصی ها در کانه مس و کاهش در مقدار مس موجود در کانه های در حال استحصال، انتظار می رود که حتی شرایط شراط بحرانی تری را در آینده داشته باشیم.
فرایندی جدید برای زدودن ناخالصی ها با سبک و سیاق پیرومتالوژی در یان مقاله راائه شده است.
این فرایند تفاوت شگرف در این ناخالصی هایی نظیر آرسنیک، آنتیموان، بیسموت، سرب، روی و سایر ناخالصی ها قبل از گدازش کنسانتره زدوده می شوند، با فرآیند جاری و متداول دارد. این فرآیند شامل گازی کردن و زدایش ناخالصی ها توسط قرار دادن کنسانتره در معرض تجزیه حرایتی در یک محفظه خلاء در دمایی تقریباً 950 است. شیب فشار بوجود آمده توسط پمپ خلاء، توده گازی چند جزءای را به درون یک تونل با یک پروفیل دمایی کاهنده می راند، در نتیجه میعات و بازیابی گام به گام عناصر مختلف را ممکن می سازند. این مقاله بیشتر با جنبه های عملی فرآیندی، به ویژه آنهایی که مربوط به تاثیر فرآیند بر زدایش ناخالصی هایی مانند آرسنیک، آنتیموان، بیسموت، سرب، سلسیم و روی دارد، سر و کار دارد. مزایای این فرآیند نسبت به تکنولوژی معمول مورد تایید قرار گرفته اند. طراحی کوره برای انجام دادن فرآیند در مقیتاس صنعتی در اینجا بحث نشده است. همچنین سایر جنبه های بنیادی که نیاز به مطالعه دقیق تری دارند، در این مقاله مورد بحث قرار نگرفته اند.
زدایش ناخالصی ها
طرح اولیه ساده شده ای از تجهیزات استفاده شده در آزمایشگاه بریا زدودن ناخالصی ها در شکل 1 نشان داده شده است. کوره الکتریکی 1 از نوع لوله ای با سه بخش و مقطع است که هرکدام می توانند بطور مستقل به کمک ترموکوپل ها و میکروپروسسورها کنترل شوند. کنسانتره به شکل گرد در یک بوته از جنس کوارتز که در قسمت سمت راست لوله کوارتزی 2، ناحیه یا که بیشترین دما را دارد، جای گرفته بود، نشانده شده است.
بررسی مدل سازه در حالت خطی
بررسی مدل سازه در حالت خطی:
پس از جمع آوری اطلاعات لازم برای مدلسازی سازه جهت ارزیابی اولیه سازه تحت یک آنالیز خطی استاتیکی مطابق با آئین نامه 2800 قرار گرفت تا اولاً ضغف های آن مشخص گردد و ثانیاً نیاز به مقاوم سازی سازه بررسی گردد.
برای مدلسازی سازه از آنجا که طبقه زیرزمین سازه دارای دیوارهای آجری با کیفیت خوب و به ضخامت5/1 متر بوده و اطراف آن نیز خاک نسبتاً متراکم قرار دارد، و از طرف دیگر به دلیل پاره ای از مسائل دسترسی به تعدادی از اجزای سازه ای در طبقه زیرین ممکن نبوده و نیاز به عملیات سونداژ داشته است. به نحوی که اطلاعات کافی جهت مدلسازی دقیق غیرخطی برای سازه، فراهم نشده است. لذا در حالت خطی سازه در دو حالت با در نظر گرفتن طبقه زیرین و بدون در نظر گرفتن آن مورد بررسی قرار گرفته است و در هر حالت نیز بطور جداگانه اثرات سختی اتصال خورجینی روی رفتار سازه بررسی شده است.
در نهایت با مقایسه نتایج برای دو حالت با درنظر گرفتن زیرزمین و بدون درنظر گرفتن زیرزمین مشاهده می شد به دلیل سختی زیاد طبقه زیرین عملاً می توان تراز پایه را از طبقه همکف فرض نموده و از طبقه زیرزمین در مدلسازی سازه صرفنظر نمود.
تحلیل غیرخطی سازه موجود:
پس از مدلسازی در حالت خطی، سازه در نرم افزار Perform بصورت سه بعدی مدلسازی شد و تحت آنالیز استاتیکی غیرخطی قرار گرفته است.
به این منظور کلیه مشخصات اعضای تیروستون شامل مشخصات پلاستیک مقاطع مطابق با ضوابط FEMA356 محاسبه شده، و در نرم افزار مورد استفاده قرار گرفته است.
جهت ارزیابی سازه المانهای سازه به دو گروه کنترل شونده توسط نیرو و کنترل شونده توسط تغییر شکل طبقه بندی می شوند. در این ارتباط در قسمت های بعدی توضیحات بیشتری ارائه می گردد.
شکل کلی طیف :ACT
برای تعریف طیف مطابق شکل تنها به مقادیر احتیاج می باشد. این ضراب که به ترتیب مربوط به ناحیه شتاب و سرعت می باشند، از روی جداول ارائه شده در فصل دوم40 ATC تعیین می گردند. برای این منظور براساس مقادیر شدت لرزش که بصورت ضرائب Z.E.N بیان می شود و در آن Z ضریب لرزه ای مربوط به منقطه E ضریبی است که برای زلزله طراحی یا سطح -1 برابر یک و برای زلزله حداکثر یا سطح خطر -2 برابر 5/1 و برای زلزله حد سرویس برابر 5/0 منظور می شود. N نیز ضریب مربوط به نزدیکی گسل می باشد، مقادیر براساس نوع خا ک موردنظر تعیین می گردند.
استفاده از میراگر ویسکو الاستیک:
سازه در جهات y,x هرکدام برای سه درصد میرایی مختلف تحت آنالیز دینامیکی غیرخطی قرار گرفته است میراگر ویسکوالاستیک بصورت فنر و میراگری موازی( مدل کلوین) در برنامه Perform مدلسازی شده است.
مطابق با روابط ارائه شده برای میراگرهای ویسکوالاستیک در فصل(؟)درصدهای میرایی با توجه به رابطه(؟) تعیین شده است.
استفاده از میراگرهای ویسکوز:
مطابق با توضیحات ارائه شده در فصل(؟) برای مدلسازی میراگرهای ویسکوز از مدل فنر و میرایی سری استفاده شده است. برای این منظور کافی است مقادیر«C » برای میراگر معرفی گردد. با فرض رفتار خطی میراگرهای ویسکوز، مقادیری برای C در نظر گرفته شده و رفتار سازه با این میراگر بررسی شده است.
عنوان صفحه
دیباچه 1
فصل اول: شناخت کلی اسید سیتریک 2
مقدمه 3
1-1) پیشینه 4
1-2) سوبستراهای استفاده شده بای تولید اسید سیتریک 6
1-3) خواص فیزیکی اسید سیتریک 7
1-4) خواص شیمیایی اسید سیتریک 11
1-5) منابع طبیعی اسید سیتریک 13
1-6) کاربرد اسید سیتریک 15
1-7) مشتقات اسید سیتریک 20
1-7-1) نمکها 20
1-7-2) استرها 21
فصل دوم: بیوشیمی تخمیر و متابولیسم تولید اسید سیتریک 23
2-1) بیوشیمی تخمیر 24
2-2) بیو شیمی تخمیر 24
2-2-1) تشکیل اسید سیتریک از پیرووات 27
فصل سوم: روشهای تولید اسید سیتریک 31
3-1) M.O های مولد اسید سیتریک 32
3-1-1) مخمرها 33
3-1-2) آسپرژیلوس نایجر 33
3-1-2-1) روش جداسازی سویه A.niger مولد اسید سیتریک 34
3-1-2-2) شناسایی اختصاصی A.niger 35
3-2) روش کشت سطحی 37
3-3) روش کشت غوطهور 37
3-4) تخمیر در بستر جامد 38
3-4-1) روش تخمیر کوجی 38
3-5) تأثیر شرایط محیطی بر تولید اسید سیتریک 39
3-5-1) شرایط تغذیهای A.niger 39
3-5-2) تأثیر فلزات trace در تولید اسید سیتریک 40
3-5-3) تأثیر نیتروژن و فسفر در تولید اسید سیتریک 40
3-5-4) تأثیر متانول در تولید اسید سیتریک 41
فصل چهارم: تخمیر در بستر جامد (SSF) 42
4-1) تعریف کشت حالت جامد 43
4-2) تفاوتهای اساسی بین کشت حالت جامد و کشت غوطه ور 44
4-3) مقایسة کشت حالت جامد با سایر فرآیندهای تخمیری 46
4-4) مزایایی سیستم کشت حالت جامد 48
4-5) معایب سیستم کشت حالت جامد 48
4-6) مراحل اصلی فرآیند کشت حالت جامد 49
4-7) پارامترهای مؤثر بر فرایند SSF در تولید اسید سیتریک 50
فصل پنجم: کاه گندم 52
5-1) تعریف کاه و ویژگیهای ساختاری 53
5-1-1) کربوهیدراتهای ساختمانی 54
5-1-1-1) سلولز 54
5-1-1-2) همی سلولز 55
5-1-1-2) لیگنین 55
5-2) ترکیب شیمیایی کاه گندم 59
5-3) پیش تیمار (Pretreatment) کاه گندم 59
5-3-1) روشهای فیزیکی پیش تیمار کاه گندم 60
5-3-1-1) پیش تیمار کاه گندم با بخار 60
5-3-2) روشهای شیمیایی پیش تیمار کاه گندم 61
5-3-2-1) پیش تیمار کاه با اوره 63
5-3-3) پیش تیمار بیولوژیکی کاه گندم 63
فصل ششم: جداسازی و خالصسازی اسید سیتریک 64
6-1) استخراج اسید سیتریک 65
6-1-1) فروشویی (Leaching) 65
6-1-2) روش رسوبگیری 66
6-1-3) روش استفاده از استخراج با حلال 68
6-1-4) روش استفاده از غشاء 69
6-1-5) مقایسه بین روشهای مختلف جداسازی اسید 70
6-2) خالص سازی اسید سیتریک 71
فصل هفتم: بررسی جنبة اقتصادی 73
7-1) کشورهای عمدة تولید کننده و مصرف کنندة محصول 74
7-2) اهمیت اقتصادی طرح 74
7-3) میزان واردات اسید سیتریک 75
7-4) واحدهای تولیدی و واحدهای در دست اجرای اسید سیتریک 78
منابع مورد استفاده 81
دیباچه
تولید اسیدهای آلی به دلیل کاربرد وسیع آنها در صنایع مختلف از دیرباز مورد مطالعه و بررسی بوده است.
از جمله اسیدهای آلی مورد استفاده، اسید سیتریک است که دارای مصارف متعددی در صنایع غذایی، دارویی، بهداشتی و سایر صنایع میباشد که به دلیل غیرسمی بودن، اسیدیتة مناسب، قابلیت بافری و . . . هر سال به مقدار %2-3 بر میزان مصرف آن افزوده میگردد.
از اولین کشورهایی که در این زمینه تلاش کردند، ایتالیا، آمریکا، انگلستان و چند کشور اروپایی بودند که در قرون 18 و 19 به روش شیمیایی اقدام به این عمل نمودند و تقریباً از اوایل قرن 20 روشهای بیوتکنولوژی در سراسر دنیا رایج شدند که هنوز هم کاربرد دارند.
ابتدا روش بستر جامد برای تولید آن استفاده میشد ولی به تدریج روش غوطه وری جایگزین روشهای قبلی شد زیرا در روش غوطهوری کنترل بهتر و آسانتر صورت گرفته و نیز شرایط کار بهتر و راندمان بیشتر میباشد. مجدداً پس از طی چند دهه روش بستر جامد برای تولید این اسید به دلیل امکان استفاده از ضایعات فراوان و ارزان کشاورزی به عنوان سوبسترا رواج یافت. به هر حال در سالهای اخیر تلاشهای فراوانی برای اصلاح گونههای میکروبی مولد اسید سیتریک مخصوصاً آسپرژیلوس نایجر صورت گرفته و از جهت افزایش راندمان تولید و استخراج اسید نیز مورد توجه بوده است.
مقدمه :
|
تاریخچه – امروزه از رنگهای طبیعی به ندرت استفاده می گردد زیرا به کمک روشهای سنیتک رنگهای ایده آلی از نظر کمی و کیفی تولید میشوند و چون ساختمان اصلی آنها را آروماتیکها تشکیل میدهند بنابراین ازذغال سنگ و نفت به عنوان مهمترین منابع طبیعی و اولیه برای آنها محسوب میشوند . بیش از یک قرن است که رنگهای آلی و مصنوعی برای بشر شناخته شده است . در سال 1856 وقتی شیمیدان 18 ساله انگلیسی به نام ویلیام هندی پرکین سعی میکرد کینون راسنتز نماید به جای محصول سفید رنگی که او انتظار داشت یک ماده بد شکل سیاه رنگ تولید نمود که برایش قابل توجه و قابل مطالعه بود . از استخراج این ماده رنگ ارغوانی زیبایی به نام ماوین بدست آمد که بر حسب تصادف کهنه نخی که در کنار میز آزمایش او قرار داشت توسط آن رنگی گردید و این ماده تا آن زمان تنها ماده رنگی بود که از واکنش شیمیایی حاصل شده و جزو رنگهای گیاهی و ظبیعی نبود و بدین سان تحول بزرگی در تهیه مواد رنگی آلی شروع گردید واکنش تهیه رنگ مزبور بصورت زیر است :
این رنگ چنانچه بعدا خواهیم دید به دلیل وجود گروه آزین ( Azine ) جزو این نوع شیمیایی میباشد ولی در آن زمان به دلیل تهیه اش از آنیلین رنگ آنیلین نامش نهادند .
پرییکن رنگ بالا را در کارخانه ای نزدیک لندن از قطران ذغال سنگ در مقیاس صنعتی تهیه نمود البته قبل از آن در آزمایشگاه از اثر پتاسیم دی کرومات و سولفوریک اسید بر آنیلین ناخالص آنرا سنتز نموده بود از انجائیکه این رنگ در رنگرزی مزایای فراوانی نسبت به دیگر رنگهای طبیعی ، از نظر روشنی و ثبات داشت در اندک زمانی توجه رنگرزها را بخود جلب نمود . پریکن و دوستانش علاوه بر تهیه رنگ بالا فرایند ساده رنگرزی با تانیک اسید را نیز ابداع کردند و بالاخره بعد از مدتها تحقیق و بررسی اولین کارخانه رنگسازی توسط او تاسیس و به مرحله تولید رسید .
از انجا که در آغاز اغلب رنگهای مصنوعی اولیه از انیلین ساخته میشدند و انیلین در آن زمان فقط از منبع قطران ذغال سنگ تهیه میشد اینگونه رنگها به رنگهای آنیلین و رنگهای قطران ذغال سنگ معروف بودند هر چند که بعضی از این رنگها از آنیلین نیز مشتق نشده بودند . امروزه کلمه رنگهای مصنوعی با سینتیک ترجیح داده میشوند زیرا دیگر امروزه رنگها لزوما از منابع اولیه ذغال سنگ تهیه نمیشوند . بلکه منابع نفتی ( نفت خام و گاز طبیعی ) بجای آن جایگزین شده و این تعویض عمدتا در اثر جایگزینی گاز ذغال با گاز طبیعی در کشورهای صنعتی انجام گرفت .
در تهیه رنگها از نظر کلی فرایند عمومی زیر دنبال میشود :
نفت
مواد اولیه (هیدروکربنهای آروماتیک) منابع طبیعی
زغال سنگ
مواد حد واسط
رنگها
رنگ نمودی از تاثیر متقابل نور مرئی و ماده است و ماده به این ترتیب رنگی به نظر میرسد . خود پدییده دید نیز نتیجه جذب نور توسط شبکیه چشم میباشد . جذب نور سبب میشود که ساختمان پروتوئینهای چشم در اثر یکسری واکنشهای شیمیایی تغییر یابد و یک ردیف پاسخهای شیمیایی داده شود و درنتیجه ، علامت دریافت شده بوسیله عصب نوری به مغز انتقال می یابد .
تابش نور سفید به ماده بر حسب ساختمان و حالت سطحی ماده با پدیده های زیر پاسخ داده میشود :
الف : تمامی پرتوهای تابیده شده بازتاب یا پخش میگردند بدین ترتیب ماده سفید به نظر میرسد .
ب : تمامی پرتوها جذب میشوند ، ماده سیاه به نظر میرسد .
ج : قسمتی از پرتو ها بطور انتخابی جذب میشوند ماده رنگی به نظر میرسد .
باید تصریح کرد که نور سفید منتشر شده توسط خورشید تابشهای الکترو مغناطیسی در ناحیه 400 تا 800 n m را در بر میگیرد . در دو سوی طیف مرئی نور از تابشهای غیر مرئی برای چشم انسان تشکیل یافته است طول موجهای بیشتر از 800 n m نور در ناحیه زیر قرمز (I R ) و طول موجهای کمتر از 400 n m در ناحیه فرا بنفش ( U V ) قرار دارد . بنابر این رنگ هر جسم یک حالت ویژه از پدیده ای بسیار عمومی ، یعنی پدیده جذب انتخابی است .
در داخل حوزه مرئی ، نوارهای خیلی باریک طول موجها به رنگهای کاملا معین مربوط میگردند . این رنگها نه تنها از ایجاد نوری با طول موج کاملا مشخص ناشی میشوند بلکه آنها از نور سفیدی که توسط جذب پرتوی که طول موج رنگ مورد نظر را در بر نداشته باشد نیز حاصل میگردند بدین ترتیب است که بر اثر جذب « رنگهای تکمیلی » ما رنگها یاجسامی که ما را احاطه کرده اند می بینیم جدول زیر رنگهای جذب شده و دریافت شده را نسبت به طوول موج نور جذب شده نشان میدهد .
رنگ جذب شده رنگ دریافت شده طول موج دریافت شده طول موج جذب شده به n m
بنفش زرد آبی n m 435 – 400
آبی زرد 480 – 435
سبز – آبی پرتقالی ( نارنجی ) 490 – 480
آبی – سبز قرمز 500 – 490
سبز ارغوانی 560- 500
زرد – سبز بنفش 580 – 560
زرد آبی 595 – 580
نارنجی سبز – آبی 605 – 595
قرمز آبی – سبز 750 – 605