ویژگیهای فیزیکیای که در تقطیر بنزین موتور بایتس مورد اندازهگیری

کلیات تحقیق

مقدمه
دلایلی مانند رشد جمعیت، توسعهی صنعت، افزایش شهرنشینی و ارتقاء شاخصهای رفاه در زندگی بشر باعث افزایش روزمرهی مصرف انرژی در جهان شده است. در نتیجه تقاضای استفاده از سوختهای فسیلی نیز هر روز بیشتر شده که به نوبهی خود باعث ایجاد آلودگیهای متعدد میشود و عواقبی از قبیل گرم شدن کرهی زمین، ذوب شدن یخهای قطبی، بالا آمدن سطح آبهای جهان، از بین رفتن گونههای جانوری و گیاهی و … شده است. همچنین این آلایندهها علاوه بر تأثیرات مخرب فوق باعث ایجاد انواع بیماریها شده است. و این مسائل موجب نگرانی بشر شده و محققان را بر آن داشته است که برای مشکلات فوق چارهای بیاندیشند. بنا به دلایل فوق صرفنظر کردن از سوختهای فسیلی در حال حاضر ناممکن میباشد ولی میتوان ترتیبی اتخاذ کرد که وسایل مصرف کنندهی انرژیهای فسیلیِ بهینه شده با استفاده از سوختهای با کیفیت، آلایندههای کمتری تولید کنند. در این راستا محقق در زمینههای متعددی فعالیتهای مفیدی انجام دادهاند. که ازجملهی آنها میتوان به بهبود کیفیت سوختهای فسیلی از جمله بنزین موتور اشاره کرد. طبق اعلام سازمان محافظت محیط زیست بخش زیادی از آلودگی کلانشهرهای کشور مربوط به آلایندههای خودروهای سبک بنزین سوز میباشد.
بنزین یکی از مهمترین محصولات تولید شده در پالایشگاههای نفت میباشد که به عنوان سوخت خودروها مورد استفاده قرار میگیرد. بنزین مخلوط پیچیدهای از صدها ترکیب فرار و قابل اشتعال مشتق شده از نفتخام با 4 الی 12 اتم کربن و نقاط جوشی در محدودهی 30 الی 220 درجهی سانتیگراد است[1]. این ماده در کشورهای مختلف نامهای مختلفی ازجمله گاز، گازولین، پترول، اسپیریت و … دارد. مؤسسهی استاندارد ASTM1 تعریف زیر را برای بنزین ارائه داده است:” نفتای پالایش شدهای که ترکیبات آن اجازه میدهد بعنوان سوخت در موتورهای درونسوز مورد استفاده قرار گیرد.”
بطور معمول بیش از 45% نفتخام به بنزین تبدیل میشود که حاکی از اهمیت و تقاضای زیاد این ماده میباشدو این حجم مصرف، مسألهی کیفیت و کنترل کیفیت را جهت نیل به اهدافی از قبیل بهبود عملکرد موتورهای بنزین سوز، افزایش عمر قطعات و از همه مهمتر عرضهی سوخت استاندارد جهت کاهش آلایندههای خارج شده از موتور را با اهمیتتر مینماید.
این پایاننامه تلاشی ناچیز جهت ارتقـاء کنترل بر کیفیت فراوردهی بنزین موتور از طریق پیش بینی عدد آرام سوزی آن با استفاده از دادههای تقطیر به روش شبکهی عصبی مصنوعی میباشد.
در این فصل کلیات تحقیق بررسی خواهد شد بهطوریکه در بخش اول مقدمهای بر پایاننامه و در بخش دوم انگیزهی ما در مورد انتخاب این موضوع و اهمیت آن بیان خواهد شد. در ادامه و در بخش سوم مسألهی اصلی تحقیق معرفی خواهد شد. ضرورت انجام این رساله در بخش چهارم مطرح شده و در بخش پنجم، اهداف این پایاننامه که قصد داریم با انجام تحقیقات به آن دست یابیم بیان خواهد شد. در بخش ششم نوآوریای که برای حل مسألهی این تحقیق جهت رسیدن به اهداف پایان نامه انجام شده مطرح خواهد شد و در نهایت در بخش هفتم این فصل نحوهی فصلبندی این پایاننامه فهرست شده است.
اهمیت موضوع
همانگونه که بیان گردید حجم زیاد مصرف بنزین و تاثیر کیفیت آن بر عملکرد موتور و آلودگی محیط بر اهمیت کنترل نمودن شاخصهای کیفیتی آن میافزاید. یکی از مهمترین شاخص های کیفیتی بنزین، عدد آرام سوزی بوده و شامل اطلاعاتی در برابر مقاومت بنزین در برابر خوداشتعالی میباشد[2].این پدیده زمانی رخ میدهد که حرارت ایجاد شده در اثر متراکم شدن سوخت و هوا در داخل سیلندر، باعث خود اشتعالی مخلوط، بدون وجود جرقه شود. خود اشتعالی سوخت باعث ضربههای فشاری در سیلندر، افزایش مصرف سوخت، کاهش قدرت موتور، احتراق ناقص و ایجاد آلودگی بیشتر و در بدترین حالت حتی ممکن است باعث آسیب دیدن و خرابی موتور شود[1].
روشهای متنوعی برای تعیین شاخصهای کیفی فراوردههای نفتی (از جمله بنزین) وجود دارد که روشهای آزمایشگاهی متداولترین آنهاست. امروزه با پیشرفت علم رایانه، شاهد استفاده از آن در تمامی زمینههای علوم هستیم. یکی از خدماتی که این فنآوری جدید به پژوهشهای مبتنی بر روشهای آزمایشگاهی داده است ارائهی سختافزارها و نرمافزارهای مناسب میباشد. علوم مهندسی شیمی نیز از این خدمات بیبهره نمانده و استفاده از رایانه در این زمینهی علمی نیز منجر به کاهش هزینه و افزایش سرعت و دقت شده است. از جملهی این نرمافزارها که در سالهای اخیر رشدی زیاد همراه با کاربری فراوان داشته روشهای مبتنی بر هوش مصنوعی میباشد.
بیان مسأله
همانگونه که اشاره شد عدد آرام سوزی مهمترین شاخصهی کیفی بنزین موتور میباشد. عدد آرام سوزی بیشتر نمایش دهندهی بنزین مرغوبتر میباشد که نشان میدهد بنزین در مقابل ضربه مقاومتر بوده و موتور راحتتر کار میکند. اهمیت عدد آرام سوزی به ویژه در دهههای اخیر و با بالاتر رفتن ضریب تراکم2 موتور خودروها بیشتر شده است. [3]. عدد آرام سوزی بنزین مانند اکثر دیگر مشخصات آن از روابط غیر خطی تبعیت نمینمایدکه این غیر خطی بودن به درصدهای حجمی مخلوط تشکیل دهندهی بنزین بستگی دارد. بنابراین جهت مدلسازی آن بایستی از روشهای پیچیدهتری نسبت به روشهای خطی استفاده کرد. بطورکلی و در روشهای آزمایشگاهی، غالب شرکتهای تولید کنندهی بنزین موتور، عدد آرام سوزی آنرا با استفاده از دستگاه CFR3 که یک موتور تک سیلند دارای شمارشگر ضربه4 میباشد، اندازهگیری مینمایند.انجام این آزمایش صرفنظر از طول مدت زیاد آزمایش، بعلت استفاده از مواد خالص (نرمال هپتان،ایزو اکتان و تولوئن) دارای هزینهی نسبی زیاد و همراه با ایجاد آلودگی صوتی و شیمیایی است. از طرفی بهعلت هزینهی زیاد خرید دستگاه موتور CFR غالب آزمایشگاههای متوسط و کوچک امکان تهیهی آنرا ندارند که در نتیجه امکان اندازهگیری عدد آرام سوزی بنزین را ندارند.
یکی دیگر از آزمایشهای مهم انجام یافته روی بنزین موتور، آزمایش تقطیر5 میباشد که شامل اطلاعات مهمی در خصوص بازهی جوش ترکیبات تشکیل دهندهی بنزین موتور میباشد. انجام این آزمایش بعلت سهلالوصول بودن آن در اکثر آزمایشگاههای نفت مرسوم میباشد. هدف از انجام این تحقیق بررسی امکان پیشبینی عدد آرام سوزی بنزین موتور با استفاده از دادههای تقطیر همان نمونه بنزین به روش شبکهی عصبی مصنوعی میباشد.
ضرورت تحقیق
بحرانهای ناشی از مصرف روزافزون انرژی در کشور ما تبدیل به یک مشکل در مدیریت کلان کشور شده است که علاوه بر آثار سوء زیست محیطی و بهداشتی باعث آسیب جبران ناپذیر به اقتصاد ملی نیز شده است. و وزارت نفت بهعنوان بزرگترین تأمین کنندهی سوخت مایع در کشور ناگزیر از وارد کردن میزان مورد نیاز افزون بر تولید داخل از خارج میباشد[4]. آنچه قابل ذکر است علیرغم سیاستهای انقباضی دولت جهت خرج از بحران، مصرف فراورده های نفتی ازجمله بنزین روندی صعودی داشته و این به معنی رو به رشد بودن روند ایجاد آلودگیهای ناشی از مصرف اینسوخت فسیلی است. بنابراین لازم است تا علاوه بر مصرف بهینهی بنزین، با ارتقاء استانداردهای فعلی تولید بنزین بهEuro4 6و Euro5آلودگی حاصل از مصرف آن به سطوحی پایینتر تقلیل یابد. با توجه به موارد ذکر شده ضرورت تبیین و تعیین روشهای جدیدتری برای تولید فرآوردههای باکیفیت و تواماً نیاز به ایجاد روشهای جدید جهت آزمایش مشخصههای کیفی آن بیش از پیش احساس میشود.
در این راستا تلاش شده است با داشتن دادههای سریعالحصول و سهلالوصول به دست آمده از آزمایش تقطیر بنزین، عدد آرام سوزی آنرا که علاوه بر عدم امکان خرید دستگاه موتورCFR برای اکثر آزمایشگاهها، آزمایشی طولانی مدت، پرهزینه و آلاینده میباشد را با دقتی قابل قبول پیش بینی کرده و بهدست آوریم.
اهداف تحقیق
ویژگیهای فیزیکیای که در تقطیر بنزین موتور بایتس مورد اندازهگیری واقع شوند عبارتند از: IBP7، میزان برگشتی در 10%،50،90 و FBP8 که طبق استاندارد تعریف شده هر کدام باید از حدود معینی تجاوز ننماید[5].هدف ما از این تحقیق پیشبینی کردن عدد آرام سوزی بنزین موتور با استفاده از داده های فوق به روش شبکهی عصبی مصنوعی میباشد.

نوآوری تحقیق
همانگونه که قبلاً نیز مطرح شد، عدد آرامسوزی بنزین موتور یکی از مهمترین مشخصههای کیفی آن میباشد که جهت اندازهگیری آن بایستی از موتورCFR که یک دستگاه بسیار گران قیمت بوده و انجام آزمایش با آن مستلزم صرف وقت و هزینهی زیاد توأم با تولید آلودگی صوتی و شیمیایی میباشد. نوآوری موجود در رسالهی حاضر پیش بینی کردن عددآرام سوزی بنزین موتور با استفاده از دادههای تقطیر به روش شبکهی عصبی میباشد.
ساختار پایاننامه
مطالبی که در فصلهای آینده مورد بررسی قرار خواهند گرفت شامل مطالبی در رابطه با آشنایی با فراورده بنزین موتور و واحدهای تولید کنندهی آن در فصل دوم میباشد. در فصل سوم مطالبی جهت آشنایی با شبکههای عصبی مصنوعی، ویژگیها و کاربردهای آن بیان میگردد. در فصل چهارم نحوهی گردآوریو آنالیز آماری دادهها جهت استفاده در مدلسازیها ارائه میگردد و نیز بررسی ساختارهای مختلف شبکه، انتخاب شبکه بهینه و آزمایش آن توضیح داده میشود. در ادامه و در فصل پنجم در خصوص نتایج حاصله بحث شده و پیشنهاداتی جهت ادامهی کار ارائه خواهد شد.
شکل (1-1) ساختار پایاننامه

خلاصه فصل
در ابتدای این فصل برای معرفی کلی این تحقیق، مقدمهای ارائه شد و سپس به بیان کامل اهمیت موضوع پرداختیم. در ادامه و ضرورت انجام این تحقیق و همچنین نوآوری آن بیان گردید. مراحل انجام تحقیق نیز بیان گردید.

مبانی نظری و پیشینهی تحقیق

2-1. مقدمه
فراوردههای نفتی پیش از آنکه به بازار مصرف عرضه شوند مورد بررسی و کنترل قرار میگیرند. و چون تجزیه ترکیبات جهت شناسایی اجزای آن بسیار مشکل میباشد لذت عمل کنترل فقط با استفاده از خواص فیزیکی و یا شیمیایی ترکیبات نفتی انجام میگیرد.
امروزه معمولاً در قسمت انتهایی، یعنی در محل خروج مواد از دستگاهها، بهطور متوالی برخی از خواص را بوسیلهی دستگاههای اندازه گیری خودکار میسنجندو برای اینکه بطور منظم بتوان یک برش تهیه نمود، نباید شرایط عمل را تغییر داد تا درجه حرارت، فشار و سایر متغیرهای عملیاتی همواره ثابت بماند. پس نتیجه گرفته میشود که پیش از کاربرد مادهی نفتی که به هر دلیل باید شرایط فیزیکی آنها با اعداد استاندارد که از پیش تعیین و بررسی شده اند همخوانی داشته باشد. در غیر اینصورت تجدید عمل پالایش و یا تصفیه و یا هرگونه تغییری که لازم باشد باید انجام گیرد[4].
2-2. خواص نفت خام9
نفت خام مایع غلیظ و قابل اشتعال به رنگ قهوهای سیر یا سبز تیره است که در لایههای بالایی بخشهایی از پوسته کره زمین یافت میشود. نفت خام شامل آمیزهی پیچیدهای از هیدروکربنهای گوناگون است. غالب این هیدروکربنها از زنجیرهی آلکانها هسنتد ولی ممکن است از دید ظاهر، ترکیب یا خلوص تفاوتهای زیادی داشته باشند[10].
2-3. پالایش نفت
مجموعه عملیاتی را که توسط آنها بسیاری از مواد گوناگون از جمله گازمایع، بنزین، نفت سفید، حلالها، نفتگاز، نفتکوره، گریس، قیر و غیره از نفتخام بهدست میآید پالایش نفتخام نامیده میشود. عملیات اساسی پالایش نفت را میتوان به سه دسته کلی تقسیم کرد:
جدا کردن مواد با استفاده از روش تقطیر جزء به جزء
تبدیل اجزاء نامرغوب و کممصرف به اجزاء مرغوب
تصفیهی فراوردههای نفتی (حذف ناخالصیها و تصفیه با حلال)
بیش از یک قرن از مصرف فراوردههای نفتی بهصورت غیر از سوخت میگذرد که به مرور زمان و با پیشرفت علم و فنآوری، انسان تعداد روزافزونی از هیدروکربنها را بطور خالص از سایر فراوردههای نفتی جدا کرده و به مصرف تولید سایر مواد شیمیایی و صنعتی رسانده است[4].
2-4. ویژگیهای فیزیکی و آزمایش کنترل کیفیت فراورده ها
آزمايشهايانجاميافتهبررويفرآوردههاينفتيبهمنظوردوهدفكليانجامميشود:
1-تشخيصدرستيكارواحدهايعملياتيبهطورسريع
2-اطمينانازهمخوانيماهيتفرآوردههاينهاييبااستانداردهايمربوط
پيشازاينكهويژگيشيمياييوآزمايشهايانجامشدهرويفرآوردههارابررسيكنيملازماستبهطورمختصرلزومرعايتويژگيهايفيزيكيموادنفتيرابررسيوعلترعايتبرخيازآنهارابيانكنيم.
درآزمايشهايفرآوردههاينفتيسهاصلدرنظرگرفتهميشود.
اينسهاصلعبارتنداز:
الف) رعایت کمینه یا مینیمم
دربرخيازفرآوردههارعايتحداقليكويژگيمهماست،مثلاًدرنفتسفيديكيازآزمايشهاييكه انجامميشود، سنجشنقطهاشتعالاست.اينمشخصهبايدحداقل43 درجه سانتیگراد باشد، چرا که اگر نقطه اشتعال كمتر ازاينمقدارباشد،احتمالخطرآتشسوزيمادهنفتيزيادوازطرفينشاندهندهعدمكاركرددرستدستگاه در فرایند مربوطميباشد.
ب) رعایت بیشینه یا ماکسیمم
دربرخيازفرآوردههارعايتبيشينهمقداريكويژگيمهماستونبايدازحداستانداردبيشترشود. مثلاًبازهمدرنفتسفيد، نقطهجوشپايانيآنمعمولاًبايستي حداکثر275 درجه سانتیگراد باشد،حالاگرازاينحدبيشترشودنشاندهندهايناستكهحينتصفيهنفتگاز ،واردنفتسفيدشدهوباعثبالابردننقطهیدود10 نفتسفيدميگردد.
ج) رعایت حداکثر و حداقل
دربرخيازفرآوردههارعايتهردواصلمهمبودهودرصورتعدمتوجهايجاداشكالخواهدشد .
مثلاًدرجهی آرامسوزیدربنزينموتوردرصورتيكهرعايتحداقلنشودايجادضربهوبدكاركردنموتورودر نتيجهپايينآمدنكاراييموتورخواهدشد. همچنينازآنجاييكهبالابردندرجهاکتانبااستفادهازمواد شيمياييمانند MTBE11انجامميشود ( حداکثر مقدار مجاز استفاده از آن 15% حجمی است)،پسعدمرعايتحداكثرنشاندهندهمصرفزيادمادهبودهواينامرباعثآلودگيهواواشكالدرسامانهسوخترساني خودروهاميشود.پسنتيجهگرفتهميشودكهدرآزمايشهر فرآوردهنفتياصولاستانداردبايدكاملاًرعايتشودتابتوانهمازدستگاهحداكثراستفادهرابردوهم فرآوردههايمناسبتهيهكردوهمچنينازمصرفبيرويهموادشيمياييجلوگيري نمود[8].
2-5. فرآورده های بدست آمده از نفت خام
دريكپالايشگاهكهمجموعهایازواحدهايتقطير،تبديلوسايرواحدهااست، اغلبسهنوعفرآورده توليدميگردد:
الف) فرآوردههاينيمهنهايي12
اينفرآوردهها،مواديهستندكهبايددوبارهعملياتيرويآنهاانجامگيردوبهطورمستقيمقابلاستفاده وياعرضهبهبازارنيستند.مانندبنزينسنگينوبنزينسبك
ب)فرآوردههاينهايي13
فرآوردههاييهستندكهبهطورمستقيمقابلعرضهبهبازارهستند.مانندنفتسفيد،نفتگاز ونفتكوره.
ج)فرآوردههايحدواسط14
اينفرآوردهها،مواديهستندكهبهعنوانمواداوليهدرصنعتپتروشيميبهكارميروند [10]:
فرآوردههايمهميكهازپالايشنفتخامدرپالايشگاهتبريزبهدستميآيندعبارتنداز:
1- گازمايع
2-بنزينموتور
3-نفتسفيد
4- نفت گاز(گازوئیل)
5-نفتكوره
6- قير
شکل (2-1): تفکیک برشهای مختلف نفتی در برج تقطیر در اتمسفر

2-5-1. گاز مایع(L.P.G)15
عملياتپالايشيكهرويموادنفتيانجامميگيردباعثميشودطيمراحلگوناگونپالايش،گازهاي سبكيازقبيلمتان،اتان،اتيلن،پروپان،پروپين،بوتان،بوتينو… و گازهاييمانند H2S حاصلشود.آنچه كهقابلمايعشدناستمانندپروپانوبوتانبهصورتگازمايعدرآمدهوباقيماندهدرحينعملياتبه مصرفميرسد.گازمايعمخلوطيازگازهايپروپانوبوتانومقداريناچيزيپروپيلنوبوتيلناستكه طيفرآيندسادهايازسايرگازهاجداشدهودرمخازنتحتفشاربهطورجداگانهذخيرهسازي ميشوندوپسازاينپروپانوبوتانباتوجهبهفصولمختلفسالبهنسبتهايمتفاوتباهممخلوط شدهوجهتاستشمام در صورت نشتی و جلوگيريازبروزحوادثانفجاروآتشسوزيمادهبدبوياتيلمركاپتانبهآنافزوده ميشود. معمولاًميزانپروپان درزمستان50درصدودرتابستان30درصدحجميمخلوطراتشكيل ميدهد[7-8].
2-5-2. بنزينموتور16
مشخصات و ترکیب شیمیایی بنزین موتوردر ادامه بهصورت کلی توضیح داده خواهد شد.
2-5-3. نفتسفيد17
يكيديگرازفرآوردههايبهدستآمدهازپالايشنفتخام،نفتسفيديانفتچراغمیباشدكهبيشترمصارفروشنايي،سوختچراغهاونيزسوختتوربينهاونيزسايرمصارفرادارد.
تركيباتاينفرآوردهازهيدروكربنهاييكهنقطهجوشاوليهونهاييآنهابين150تا300درجه سانتيگراداستتشكيل يافتهوبيشترشاملهيدروكربنهايپارافيني،نفتنيوآروماتيكميباشد. هيدروكربنهايپارافينيموجوددرنفتسفيددارايتعداد كربن10تا15هستندكهيابهصورتپارافينهاينرمالبودهويابهصورتايزومرهايشاخهدارهستند.هيدروكربنهاينفتنيموجوددرنفتسفيدبيشترازسيكلوپارافينهاماننددكالين، تترالین و هيدروكربنهايآروماتيكموجوددرنفتسفيد،بيشترازهيدروكربنهاييكحلقهايآروماتيكمانند آلكيلبنزنوياچندحلقهايمانندنفتالينتشكيليافتهاست[7-8].
2-5-4. نفتگاز
یکی دیگر از مهمترین و پرکاربردترین فراوردههای تولید شده در پالایشگاههای نفت، نفتگاز میباشد. که بهطور وسیعی بهعنوان سوخت در موتورهای دیزلی بهکار میرود.نفتگاز حاوی هیدروکربنهای C14-C20و حتی تا C25میباشد که عمدتاً از سه گروه پارافینیک، نفتنیک و آروماتیک تشکیل شده است. بدیهی است که نسبت اجزاء مختلف هر یک از سه گروه سبب میشود که نفتگاز مورد نظر، خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی نسبت به یکدیگر داشته باشند.بطور معمول نفتگاز با کیفیتهای مختلف در واحدهای تقطیر اتمسفریک18، تقطیر در خلاء19و آیزوماکس20 تولید میشود. نفتگاز و نفتسفید واحد آیزوماکس بسیار مرغوب بوده و بعد از اختلاط با نفتگاز و نفتسفید تولید شده در واحد تقطیر روانهی بازار میشود[10].
2-5-5.نفتكوره21
يكيديگرازفرآوردههاينفتخام،نفتكورهياسوختكورهاستكهازسوختهايعمدهكشتيها وواحدهايصنعتيبزرگوكوچكمانندنيروگاههايبرقميباشد.تركيباتاينفرآوردهبيشتراز هيدروكربنهايسنگينكهدارايتركيباتگوگرددار،اكسيژندار،نيتروژندارواملاحفلزاتهستندتشكيل يافتهاست.اينسوختبهعلتداشتنموادسنگينبهآسانيقابلسوختننيستوميبايدبااستفادهاز مشعلهايمناسبوبخارآبوهوايفشردهآنرابهصورتذراتريزدرآوردكهدراينحالتميتوان بهخوبيازآنبهعنوانسوختاستفادهكرد.اينفرآوردهازبازماندهتقطيرنفتخامدربرجهايتقطيردر فشارجووخلأويافرآوردههايبهدستآمدهازدستگاهكاهشگرانرويوشكستنكاتاليستي بهدست ميآيد.
ويژگيهاينفتكورهباتوجهبهشرايطمحيطكارونيازبازارمصرف،تعيينشدهودارايمشخصاتي متفاوتاست،بنابراينآنرابهسهدستهتقسيمكردهاند:
الف) نفتكورهیسبك:
نفتكورهیسبكدارايگرانرويپائينبودهوبرايتهيهآناز فرآوردههايسبكيمانندنفتسفيد،نفتاونفتگاز استفادهميشود.
ب)نفتكورهیمعمولي:
ايننفتكورهدارايگرانرويبيشترازقبليبودهوبرايدستگاههاييكهدارايسيستمگرمكنندههستند مناسببودهوبيشتردرمراكزحرارتيونيروگاههابهكارميرود.
ج)نفتكورهیسنگين:
ايننفتكورهنسبتبهدوحالتپيش،دارايگرانرويبيشتريبودهودردستگاههاييكههمداراي سيستمگرمكنندهوهممشعلهايمناسبميباشدمانندنيروگاههايواحدهايصنايعسنگينبهكار ميرود [4].
2-5-6. قیر22
قيريكيديگرازفرآوردههایی استكهازفرآورشنفتخامدرپالايشگاهها بهدستميآيد.قيراز تهماندهبرجتقطيردرخلأ بهدستمیآيد.هيدروكربنهايتشكيلدهندهیاينفرآوردهشامل هيدروكربنهايپيچيدهاياستكهدارايوزنمولكوليبالاييهستندومقاديركميتريبات گوگرددار، اكسيژندارونيتروژنداردارند.كيفيتقيربهدستآمدهازنفتخامهايمختلفمتفاوتاست.
قيربهخاطرويژگیهاييمانندچسبندگي،خاصيتپلاستيكيوضدرطوبتيكهدارد،دارايكاربردهای گوناگونیبودهكهازجملهميتواندرراهسازيازآناستفادهكرد.ويژگيبرگشتپذيري موجبميشودتاقيربتواندتحملفشاروتغييراتدرجهحرارت (گرما و سرما)رادرفصولمختلفسال داشتهباشدواينيكيازمواردمهمدركاربردقيردرامورراهسازيوجادهسازياست[6-7].
بهطوركليهرچههيدروكربنهايپارافينيتشكيلدهندهقيربيشترباشدتغييرخواصآنباتغييراتدما كمتروهرچههيدروكربنهايآروماتيكيقيربيشترباشدتغييرخواصبيشترخواهدشد.درحالتيكه هيدروكربنهايتشكيلدهندهقيرنفتنيباشندتغييراتخواصنسبتبهدمامابيندوحالتيادشده خواهدبود.
مهمترينآزمايشيكهنشاندهندهیكيفيتقيروردهبنديآنميشودگرانرويآناست.
قيرهابهطوركليبهسهگروهزيردستهبنديميشوند:
قیر نرم23
قیر مایع24
قیر جامد25
2-6. ترکیب شیمیایی بنزین موتور
بنزین موتور مایعی مشتق شده از نفت که عمدتاً شامل هیدروکربنها بوده و همچنین حاوی مقادیری بنزن می باشدو بهعنوان سوخت در موتورهای احتراق داخلی مورد استفاده قرار میگیرد. در غالب موارد جهت اصلاح مشخصات کیفیتی آن از مواد بالا برنده آرامسوزی مانندمتیل ترشیو بوتیل اتر(MTBE26) استفاده میشود. هیدروکربن ها شامل نفتنها ، پارافینها ، آروماتیکها و الفینها میباشند که از این میان نفتنها ، آروماتیکها و الفینها درجه آرام سوزی را افزایش و پارافینها برعکس در جهت کاهش آرامسوزی عمل مینمایند[9].
2-6-1. تجزیه شیمیایی محصول
بنزین در پالایشگاههای نفت تولید میشود. مادهای که در تقطیر از نفتخام جدا میشود، بنزین برش مستقیم27 نامیده میشود که ویژگیهای مورد نیاز برای موتورهای امروزی را ندارد اما بخشی عمده از مخلوط را تشکیل خواهد داد. تودهی بنزین شامل هیدروکربنهای دارای 5 تا 7 اتم کربن در هر مولکول میباشد[10].
فراوردههای مختلف پالایشگاه با هم آمیخته شده و بنزین با خواص مختلف ایجاد میگردد. بعضی از جریانهای مهم تشکیل دهنده بنزین عبارتند از:
ریفرمیت28 که توسط واحد ریفرمینگ کاتالیستی29 با درجه آرام سوزی بالا و مقادیر بالای آروماتیک و الفین پایین تولید میگردد.
بنزینی که توسط کاتالیزور شکسته شده، نفتای شکسته شده نیز نامیده میشود و توسط واحد کراکینگ کاتالیستی تولید میگردد. این ماده از فرایند تجزیه کاتالیزوری با درجه آرام سوزی متوسط و محتوای آلکنها و الفینهای بالا و مقادیر متوسط آروماتیک تهیه میشود.
هیدروکرکیت30 ( سنگین، متوسط و سبک) توسط واحد هیدروکراکر31 با درجه آرام سوزی متوسط تا پایین و سطح ماده آروماتیک متوسط تهیه میشود.
بنزین برش مستقیم (که دارای نامهای زیادی از جمله بنزین خام است) مستقیماً از نفت خام و با درجه آرام سوزی پایین، مقادیر آروماتیک پایین( به نفت خام بستگی دارد)، مقداری نفتن و بدون الفین تولید میگردد.
آلکیلات32 تولید شده در واحد آلکیلاسیون33 دارای درجه آرامسوزی بالا و پارافینهای خالص است. عموماً دارای زنجیرهای شاخهدار میباشد.
ایزومریت34 (با نامهای مختلف) که توسط ایزومراسیون35پنتنها و هگزنهای نفتای سبک برش مستقیم جهت دستیابی به درجهی آرامسوزی بالا تولید میگردد[9].
نسبتهای دقیق این مواد به عوامل زیر بستگی دارد[4]:
پالایشگاه نفت که سازنده بنزین است. چون پالایشگاههای مختلف شرایط عملیاتی مشابه و یکسانی را ندارند.
نفتخام خوراک مورد استفاده برای پالایشگاه.
امروزه بسیاری از کشورها در مورد ترکیبات آروماتیک بنزین بهطور عام و بنزن بهطور خاص، و مقادیر الفینها محدودیتهایی را اعمال میکنند. افزایش تقاضا برای اجزای تشکیل دهندهی پارافینهای خالص با درجه آرامسوزی بالا، از قبیل آلکیلاتها،در حال افزایش است. همچنین پالایشگاهها مجبور به افزودن واحدهای عملیاتی جهت کاهش محتوای بنزن میباشند[10].
در شکل (2-1) ساختار تعدادی از هیدروکربنها نمایش داده شده است.
شکل 2-1 ساختار و نام برخی از هیدروکربنها
2-7. واحدهای تولید کنندهی بنزین
تعدادی از واحدهای تولید کننده بنزین عبارتند از: ریفرمینگ، کراکینگ کاتالیزوری، هیدروکراکینگ، آلکیلاسیون و ایزومریزاسیون. از آنجا این تحقیق بر روی بنزین موتور تولید شده درپالایشگاه تبریز صورت گرفته است، فقط واحدهای ریفرمینگ و هیدروکراکینگ موجود در پالایشگاه بهطور مختصر شرح داده میشوند.
2-7-1.ریفرمینگ
ریفرمینگ کاتالیزوری یکی از واحدهای اساسی هر پالایشگاه است که هدف آن افزایش درجه آرامسوزی بنزین میباشد.
خوراک واحد ریفرمینگ، بنزین سنگین و نفتاست. فاصلهی جوش این خوراک در محدودهی 80-210°C قرار داردکه با توجه به شرایط هر پالایشگاه میتوانداندکی تغییر نماید. ریفرمینگ برشهای سبک ( که پایینتر از 80°C میجوشند) به علت تمایلشان به تجزیه و ایجاد بوتان و گازهای سبکتر مقرون به صرفه نیست. همچنین هیدروکربنهایی که بالاتر از 210°C میجوشند، بعلت شکسته شدن پی در پی و تولید زیاد کربن، برای ریفرمینگ مناسب نیستند. اساس کار این واحد تغییر آرایش یا ساختار مولکولهای هیدروکربن نفتا میباشد که به ترکیبات حلقوی اشباع نشده تبدیل میگردد. فرایند شامل جدا کردن اتمهای هیدروژن میباشد که به دنبال آن مقدار زیادی گاز هیدروژن تولید میگردد.مجموعه واكنشهای كاتالیستی صورت گرفته در Cat Reformingكه ما آن را تبدیل كاتالیستی می نامیم به بیان ساده شامل فرآیندهائی است به منظور افزایش درصد تركیبات آروماتیك در بنزین. معروفترین كاتالیست پالایشگاهی مورد استفاده در این فرآیند كاتالیستی از جنس فلز پلاتین بر پایه آلومینا است.فراورده اصلی ریفرمینگ، بنزینی با درجه آرامسوزی بالاست كه اصطلاحاًReformateنامیده می شود، با سایر بنزینهای پالایشگاهی مخلوط میشود[9-10].
2-7-2. هیدروکراکینگ
هیدروکراکینگ برشهای نفتی همواره مورد توجه بوده است. در سالهای اخیر بهعلت تغییر ساختار پالایشگاهها، افزایش تقاضا برای فراوردههای سبک مانند بنزین، تولید هیدروژن فراوان و ارزان از واحد ریفرمینگ و بهبود کاتالیزورها، فرایند هیدروکراکینگ بهسرعت افزایش یافته است. همانند کراکینگ کاتالیزوری، هیدروکراکینگ نیز برش های هیدروکربنی سنگین و ارزان را به برشهایسبکتر و با ارزشتر میکند.
ویژگی اصلی هیدروکراکینگ عملکرد در فشار بالای هیدروژن میباشد. همچنین هیدروکراکینگ روشی است بسیار انعطافپذیر که امکان استفاده از خوراکهای مختلف را میدهد. البته خوراک معمول هیدروکراکینگ، نفتگاز سنگین است. در پالایشگاههای کشورمان، هدف اصلی هیدروکراکینگ تولید مواد میانتقطیر (نفت سفید و نفتگاز) از نفتگاز سنگین خلأ میباشد. همزمان با فراوردههایمورد نظر، گاز مایع، بنزین سبک و سنگین نیز تولید میشود[10].
2-8- مشخصات بنزین
بررسی مشخصات بنزینها معمولاً با توجه به کاربردشان در موتور مطرح است. در این قسمت برخی از مهمترین این مشخصات ارائه میشوند.
2-8-1. چگالی
چگالی معمولاً به وسیله هیدرومتر در 15°C اندازهگیری شده و بر حسب Kg/l بیان میشود. تغییرات چگالی با دما برطبق رابطه زیر میباشد:
(2-1) ρt=ρ15-k(T-15) 2
که ρtوρ15به ترتیب چگالی در دمای T°C و 15°C می باشند.
K ضریبی است که در مورد بنزینها حدود00085/0 میباشد.
معمولاً مصرف کنندگان بنزین سنگین را ترجیح میدهند چون باعث کاهش مصرف سوخت میشود.
2-8-2. تقطیر
منحنی تقطیر ASTM معرف ترکیب بنزین است و بهطور مثال اطلاعاتی در باره سهولت راه اندازی موتور در سرما در اختیار قرار میدهد. اگر دمای 10% تقطیر بین 50-60°C باشد، مقدار حداقلی از برشهای سبک در بنزین وجود دارد که تبخیرشان برای راهاندازی موتور در سرما کفایت میکند. اگر مقدار50% برگشتی در حدود90-110°C باشد فراریت قسمت میانی بنزین مناسب است و تبخیر سوخت برای شتاب گیری و رانندگی پایدار مناسب است. این اجزاء دارای ارزش حرارتی بالای بوده و لذا در مصرف سوخت مؤثر میباشند. اگر مقدار برگشتی در 90% در حدود160-180°C باشد امکان به کارگیری حداکثر قدرت موتور فراهم میشود و درنهایت نقطهی جوش سنگینترین هیدروکربنها نباید از 200-210°C فراتر رود، چون برخلاف ارزش بالای حرارتی، تولید رسوب در اثر احتراق ناقص برای مصرف کننده مطلوب نمیباشد. و همچنین عوارضی از قبیل رقیق کردن روغن کارتر را رقم میزند. این اشکالات بلافاصله پس از روشن کردن موتور بهوجود میآید[4].
2-8-3. درجه آرام سوزی
قبل از بررسی مفهوم درجه آرامسوزی، نگاهی گذرا به وضعیت احتراق در موتور مینماییم.
وضعیت احتراق سوخت در موتور:
در حالت عادی، احتراق مخلوط هوا-بنزین با جرقه شمع شروع می شود و شعله به صورت امواج هم مركز با سرعت زیاد در داخل سیلندر منتشر می شود.
هرگاه پیشروی شعله در تمام حجم سیلندر به همین ترتیب ادامه یابد احتراق به آرامی صورت گرفته و با افزایش یكنواخت فشار، پیستون به سمت جلو رانده میشود. این روند شامل چهار مرحله مکش36، تراکم37، انفجار38 و تخلیه39 میباشد که در شکل(2-2)وضعیت احتراق در یک موتور چهار سیلندر به نمایش گذاشته شده است.
شکل (2-2) وضعیت احتراق در پیستون های یک موتور چهار سیلندر
با توجه به شرایط موتور و ماهیت شیمیایی سوخت، گسترش و پیشروی جبهه شعله گازهای سوخته نشده در سیلندر را متراكم می كند و باعثبالا رفتن دمای آن می شود، این پدیده باعث ایجاد احتراق های پیش از موعد مقرر همراه با حالت انفجاری در سیلندر شده كه از آن به كوبش یا تقه یادمی شود. علت آن هم احتراق خود به خودی سوخت تحت فشار تراكمی پیستون در سیلندر است. آثار مخرب این پدیده مكانیكی- حرارتی می باشد.
سیستم خنككنندهی خودروها اغلب توانایی حذف گرمای ناشی از انفجار را ندارد لذا با گذشتن از حد معین دمای سیلندرها شرایط برای تشكیل پراكسیدها و احتمال اشتعال رسوبهای كربنی (زغالی شكل) در سر پیستون مهیا می شود، این شعله مانند جرقه شمع عمل می كند و بدین ترتیب با از بین بردن لایه روانكار(Lubricant) باعث چسبیدن قطعات موتور می شود. در شرایط تنظیم شده و تحت كنترل، كیفیت احتراق سوخت در موتور بستگی به تركیب سوخت دارد و معیار سنجش آن درجه آرام سوزی است[11].
بهعبارت دیگر، عددآرامسوزی عددیاست که نمایانگرمقاومت بنزین در برابر پدیدهی خود اشتعالی میباشد. این پدیده زمانی رخ میدهد که مخلوط سوخت و هوا تحت تاثیر تراکم دخل سیلندر، بدون حضور جرقهی شمع دچار خود اشتعالی بشود[32].

معیار درجهی آرامسوزی با سابقه بیش از 80 سال، برای مشخص کردن کیفیت احتراق سوخت موتورهای درونسوز بهکار میرود. این معیار بر اساس مقایسه کیفیت احتراق سوخت مورد نظر با دو هیدروکربن خالص مبنا که دارای نقطه جوش نزدیک بههم هستند عمل مینماید:
نرمال هپتان هیدروکربن پارافینی با زنجیر مستقیم هفتکربنی که خاصیت انفجاریش زیاد است و به طور قراردادی برای آن درجهی آرام سوزی صفر در نظر گرفته شده است.
ایزواکتان که در حقیقت 4،2،2 تری متیل پنتان است ( و به اشتباه ایزواکتان نامیده میشود)، پارافین شاخه داری است که خاصیت غیر انفجاری دارد و درجهی آرام سوزیش را 100 قرار داده اند.
برای اندازهگیری درجهی آرام سوزی یک سوخت، از موتور CFR استفاده میشود. این موتور تک سیلندر با نسبت تراکم متغیر در سال 1930 توسط شرکت پژوهش سوخت40 ساخته شد. در این موتور تنظیم نسبت هوا و سوخت با تغییر سطح سوخت امکانپذیر میگردد.
شکل(2-3) نمایی از موتور CFR
در این موتور بالا رفتن ناگهانی فشار ناشی از انفجار، باعث پرش سوزنی میشود که بر روی یک غشای انعطافپذیر قرار دارد و به این ترتیب مدار الکتریکی مربوطه بسته میشود. در این مدار یک آمپر سنج وجود دارد که شدت جریان عبوری و در نتیجه، کوبش را نمایش میدهد. همچنین در این موتور کیفیت احتراق سوخت مورد نظر و مخلوطهای مختلفی از ایزواکتان و نرمال هپتان مورد آزمایش و مقایسه قرار میگیرند.
درجه آرامسوزی گزارش شده هر بنزین را می توان درصد حجمی ایزواكتان در مخلوط با نرمال هپتان دانست. درجه آرامسوزی معین می كند كه بنزین را در سیلندر تا چه اندازه قبل از آنكه دچار احتراق خود به خودی شود می توان متراكم كرد.درجه آرامسوزی را میتوان به دو روش تعیین کرد: روش پژوهش41 و روش موتور42. در هر دو روش از موتور CFR استفاده میگردد. تفاوت اصلی میان دو روش مربوط به شرایط عمل آنهاست. بدین نحو که روش موتور ( با سرعت دوران 900rpm) نشاندهنده رفتار یک سوخت در رانندگی با سرعت زیاد در جاده است در حالیکه روش پژوهش ( با سرعت دوران 600rpm ) معرف عملکرد سوخت در رانندگی شهری و با سرعت کم میباشد. هنگام گزارش درجه آرام سوزی باید روش بکار رفته را مشخص نمود.
درجه آرام سوزی موتور یک سوخت همیشه کمتر از درجهآرام سوزی پژوهش آن است. اختلاف این دو، حساست سوخت43(S) نامیده میشود که در واقع حساسیت سوخت را نسبت به تغییر شرایط به ویژه تغییر دما نشان میدهد[10-12].
در جدول (2-1) عدد آرامسوزي برخي تركيبات آورده شده است.
جدول (2-1) مقايسه عدد اكتان برخي تركيبات[13]

2-9. بهبود درجه آرام سوزی
درجه آرامسوزی هیدروکربنها ارتباط نزدیکی با ساختار شیمیایی آنها دارد. در مورد نرمال پارافینها درجه آرامسوزی با افزایش طول زنجیر کاهش مییابد و در مورد نرمال هپتان به صفر میرسد.
درجه آرامسوزی پارافینها با شاخهدار شدن افزایش مییابد. در مورد پارافینها درجه آرامسوزی موتور معمولاً 2 تا 3 واحد کمتر از درجه آرامسوزی پژوهش است. درجهی آرامسوزی الفینها بیشتر از پارافینهاست و همانند پارافینها بستگی به طول زنجیر و شاخهها دارد. درجه آرامسوزی موتور الفینها 10 تا 15 واحد کمتر از درجهی آرامسوزی پژوهش آنهاست.
درجه آرامسوزی نفتنها بیشتر از همولوگ زنجیریشان میباشد و در مورد آروماتیکها معمولاً بیش از 100 است (115 تا 120). درجه آرام سوزی موتور آروماتیکها نیز حدود 10 واحد کمتر از درجهی آرام سوزی پژوهش آنهاست.
بدین ترتیب در تولید بنزین جهت گیری باید به سوی جریانهای غنی از آروماتیک ( بنزین تولیدی از واحد ریفرمینگ) و ایزو پارافین ( بنزینهای حاصل از فرایند آلکیلاسیون) باشد. الفینهای موجود در بنزینهای کراکینگ نیز با توجه به برخی خصوصیات نامطلوب باید با احتیاط استفاده شوند. به غیر از تنظیم مناسب هیدروکربنها( که ساختار اساسی بنزین را تشکیل میدهند)، اضافه نمودن برخی مواد افزودنی به بنزین نیز موجب بالا رفتن درجه آرامسوزی آنها میشود که در ادامه مطرح خواهد شد[10].
2-10. مواد افزاينده درجه آرامسوزي
بنزين كه يك نوع مخلوط شيميايي ميباشد وقتي در موتورهاي احتراق داخلي با فشردگي فيزيكي بالا استفاده ميشود خيلي زود شعلهور يا منفجر ميشودكه موجب آسيب ديدن موتور ميشود.براي افزايش درجه آرامسوزي بنزين علاوه بر تركيبات موجود در نفتخام تقطير شده ميتوان از مواد ديگري نيز كمك گرفت كه بهطور مختصر به آنها اشاره ميگردد.
2-10-1. سرب
تحقيقات نشان داد كه افزايش مقدار كمي از تركيبات آلي-فلزي (آهن، قلع، يد و سلنيوم) به بنزين، موجب جلوگيري از تشكيل پراكسيدها شده و مانع حالت زود انفجاري بنزين ميشود. پس از آزمايشات متعدد مشخص شد كه آلكيلهاي سرب نظير تترا متيل سرب (TML) و تترا اتيل سرب (TEL) و نيز مخلوط اين دو ميتواند مانع احتراق خودبخود شده، با واسطه اكسيد سرب(PbO) مقاومت در برابر كوبش را افزايش دهند.
از ميان الكيلهاي سرب، تترااتيل سرب كه مايعي است سمي، نامحلول در آب به چگالي 66/1 و نقطه جوش 205°C ، بيشتر مورد توجه قار گرفت بهطوريكه به مدت طولاني درسراسر دنيا به عنوان ماده افزاينده درجه آرامسوزي بهكار ميرفت و در حال حاضر عليرغم محدوديتهاي زيست محيطي در برخی كشورهاي جهان سوم از اين ماده استفاده ميشود[9-12].
2-10-2. الكلها
مقارن با محدوديتهاي زيست محيطي براي استفاده از تركيبات سربدار،‌بررسيهايي جهت يافتن مادهی جايگزين انجام شد. يافتهها حاكي از آن بود كه برخي تركيبات آلي اكسيژندار نظير الكلها و اترها ( متانول، اتانول، پروپانولها، بوتانولها، متيل و اتيل اترها، متيل ترشيري بوتيل اتر، اتيل ترشيري بوتيل اتر، ترشيري آميل متيل اتر) با دارا بودن درجه آرامسوزي بالا ميتوانند در بهبود خاصيت آرامسوزي بنزينها مؤثر باشند. در اين مورد بيشتر از الكلهاي سبك نظير متانول و اتانول استفاده ميشود[9-12].
2-10-3. متيل ترشيري بوتيل اتر (MTBE )
متيل ترشيري بوتيل اتر هيدروكربن اكسيژنداري است كه به عنوان يك افزايندهیدرجهی آرامسوزي از دهه 80 ميلادي مورد توجه قرار گرفته است. اين ماده تركيبي آلي با فرمول شيميايي C5H12O، مايعي بيرنگ قابل اشتعال و با بويي شبيه به روغن سوخته است كه حلاليت نامحدودي در تمام حلالهاي آلي متداول و تمامي هيدروكربنها دارد. ارزش گرمايي متيل ترشيري بوتيل اتر بالا و نقطه انجماد آن در حدي مطلوب قرار دارد. ماده فوق در اثر افزايش متانول به ايزوبوتن در حضور كاتاليزور اسيدي توليد ميشود[9].
انحلالپذيري اين ماده در آب بسيار بالا و در حدود 540mg/lدر دماي 25°C گزارش شده است[12]. و در تمامي نسبتها ميتواند با بنزين مخلوط شود،‌بههمين دليل مسأله جدايي فازها پيش نميآيد. متيل ترشيري بوتيل اتر در مقابل اكسيداسيون بسيار پايدار بوده و مشخصات فيزيكي مناسب و درجه آرامسوزي بالا، آنرا به يك افزودني عالي بدل مينمايد. تنها اشكال آن گراني است(6 تا 7 برابر گرانتر از تترااتيل سرب براي رسيدن به درجه آرامسوزي مناسب)[10].
در سالهاي اخير و با توجه قوانين محدود كننده استفاده از متيل ترشيري بوتيل اتر بعلت حلاليت بالا در آب و مشکل بودن جداسازي آن از آب، سياستهاي توليد به سمت اعمال تغييرات در فرايندها جهت افزايش هرچه بيشتر درجه آرامسوزي معطوف گرديده است.
2-11.پيشينهی تحقيق
درجهی آرام سوزي بيان كننده خواص ضد ضربه اي و بعبارتي توانائي بنزين در مقابل ضربه هنگام سوختن در محفظه احتراق مي باشد. از آنجائيكه درجه آرام سوزي اختلاط بنزين از حالت غير خطي تبعيت مي نمايد روش هاي مختلف و پيچيده اي براي پيش بيني دقيق درجه آرام سوزي مورد نياز مي باشد.
2-11-1.مدل ايدهآل44 (مدل خطي)
در اين مدل درجه آرام سوزي اختلاط به صورت تركيبي از درصدهاي حجمي اجزاي تشكيل دهنده بنزين در مقادير درجه آرام سوزي مربوزه به دست مي آيد. رابطه مربوطه به صورت زير است:
〖(ON)〗_blend=∑_(i=1)^n▒〖u_i (ON)_i 〗 (3-2)
كه 〖(ON)〗_iدرجه آرام سوزي (موتور يا پژوهش) مخلوط، u_i درصد حجمي جزء i و 〖(ON)〗_iدرجه آرام سوزي (موتور يا پژوهش) جزء i مي باشد [7-16].
2-11-2. مدل اتيل آر تي
مدل اتيلآرتي يكي از روشهاي بسيار قديمي موجود در منابع است كه هلي45 در سال 1959 آن را بيان نمود. از اين روش بهعنوان شاخص براي تاييد روشهاي جديد استفاده ميشود. اين مدل هم غيرخطي بوده و هم غير خطي بودن اختلاط صريحاً به صورت تابعي از حساسيت، مقادير الفين وآروماتيك هر جزء بيان گرديده است.
〖RON〗_blend= ¯r+a_1 (¯rs-¯r ¯s)+a_2 (¯(O^2 )-¯O^2 )+ a_3 (¯(A^2 )-¯A^2 ) (4-2)
〖MON〗_blend= ¯m+a_4 (¯ms-¯m ¯s)+a_5 (¯(O^2 )-¯O^2 )+ a_6 [(¯(A^2 )-¯A^2)/100]^2 (5-2)
كه r، mو s به ترتيب بيان كننده مقادير RON و MON و حساسيت ميباشند. O و A نيز مقادير الفين و آروماتيك را به صورت درصد حجمي و a1, a2, … a6 براي تعيين RON و MONهستند كه براي تخمين اين پارامترها اطلاعات زير مورد نياز ميباشند:
RON و MONو مقادير الفين و آروماتيك هر برش خالص
RON و MON هر اختلاط.
يكي از مزاياي اين معادله توانايي گسترش آن ميباشد. بهعنوان مثال ميتوان تاثير عوامل ديگر نظير گوگرد را در درجه آرام سوزي اختلاط با اضافه كردن عبارتي مشابه عبارت غيرخطي مربوط به مقادير آروماتيك و الفين به رابطه، در نظر گرفت. انحراف استاندارد خطاي پيش بيني براي اختلاط بدون سرب، 82/0 و 79/0 درجه آرام سوزي براي RON و MON در حالت برون يابي و 92/0 و 61/0 درجه آرام سوزي براي RON و MON در حالت برون يابي مي باشد [6].
2-11-3. مدل اثر متقابل46
اين روش در ابتدا توسط موريس47 در سال 1975 بيان گرديد. در اين روش، غيرخطي بودن توسط جملهی اثرمتقابل بيان ميگردد. اين جمله درواقع تأثير يك عامل را بر روي عامل ديگر به نمايش ميگذارد و بهصورت تجربي بيان گرديده است. در اين روش غير خطي بودن درجهیآرام سوزي مخلوط بر روي اثر متقابل بين اجزاي شركت كننده در اختلاط توزيع شده است و درجهیآرام سوزي مخلوط با اضافه كردن جمله اثر متقابل به ميانگين حجمي درجهیآرام سوزي بيان مي گردد. فقط اثر متقابل بين دو جزء در نظر گرفته شده است و از اثر متقابل بين سه جزء و بيشتر صرفنظر شده است[7]و [11-9]. براي يك سيستم با تعداد n جزء، درجه آرام سوزي اختلاط (پ‍‍ژوهش يا موتور) بدين ترتيب مقايسه ميگردد.
〖(ON)〗_blend= ∑_(i=1)^n▒〖[u_i (ON)_i ]+∑_(k=i+1)^n▒〖(u_i u_k I_(i,k))〗〗 (6-2)
كه I_(i,k) ضريب اثر متقابل دوگانه بين هر جفت از اجزا ميباشد كه با استفاده از درجه آرام سوزي هر جفت خالص و درجه آرام سوزي مربوط به اختلاط 50-50 آنها و با استفاده از رابطه زير به دست ميآيد:
I_(i,k)=4(ON)_(i,k)-2[(ON)_i+(ON)_k ] (7-2)
كه (ON)_(i,k) درجه آرامسوزي اختلاط 50:50 اجزا ميباشد.
بنابراين براي يك سيستم n جزئي تعداد ضرايب اثرمتقابل بين هر جفت از اجزاء n(n-1)/2تعداد براي درجهیآرامسوزي موتور و پژوهش ميباشدو در كل بايد تعداد n(n-1) پارامتر تعيين گردند.دادههاي تجربي مورد نياز براي تعيين اين پارامترها عبارتند از:
درجهی آرامسوزي موتور (پژوهش) براي هر جزء خالص.
درجهی آرامسوزي موتور (پژوهش) براي اختلاط 50:50 هر جفت از اجزا.
بنابراين چه براي درجهی آرامسوزي موتور و چه براي درجهی آرامسوزي پژوهش در يك سيستم nجزئي تعداد نمونه هايي كه بايد آزمايش گردند عبارتند از: n تا براي اجزاي خالص+n(n+1)/2 مربوط به اختلاط 50:50 آنهاست كه در مجموع برابر n(n+1)/2 ميباشد. بنابراين تعداد كل آزمايشات مورد نياز براي RON و MON برابر n(n+1) ميگردد.
برعکس روش اتیلآرتی، روش اثر متقابل به راحتی قابل تنظیم نمیباشد زیرا ضرایب اثر متقابل ضرایب حاصل از



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه

پاسخ دهید