دانلود پایان نامه بهینه سازی انرژی در فرآیند تولید روی

بهینه‌سازی انرژی در فرآیند تولید روی

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:154

پایان‌نامه کارشناسی ارشد

رشته مهندسی شیمی

فهرست مطالب :

مقدمه-------------------------------------- 2

فصل اول: خواص و کاربرد فلز روی

1-1- خواص عمومی--------------------------------- 5

1-1-2- خواص فیزیکی و مکانیکی----------------------- 5

1-1-3- خواص حرارتی--------------------------------- 7

1-1-4-خواص الکتریکی، مغناطیسی و الکتروشیمیایی------ 10

1-1-5- خواص اتمی و بلور شناسی---------------------- 12

1-2- موقعیت در جدول تناوبی------------------------- 13

1-2-1- شیمی فضایی---------------------------------- 13

1-2-2- حالت تک ظرفیتی------------------------------ 14

1-2-3- حالت دو ظرفیتی------------------------------ 14

1-2-4- حلالیت املاح---------------------------------- 15

1-2-5- واکنش پذیری--------------------------------- 15

1-2-6- اندازه‌گیری غلظت روی در محلول سولفات روی----- 18

1-3- مصارف فلز روی------------------------------- 19

1-3-1- روی جهت تولید گرد روی (خاکه روی)------------ 20

1-3-2- روش‌های تولید گرد روی------------------------ 21

1-3-3- ترکیب شیمیایی و خصوصیات فیزیکی گرد روی------ 23

1-3-4- مصارف گرد روی------------------------------- 23

1-3-5- کاربرد روی در باتری------------------------- 27

1-3-6- روی به عنوان رنگ دانه----------------------- 28

1-3-7- روی در تصفیه آب----------------------------- 30

1-3-8- مصرف روی جهت تندرستی انسان، جانوران و گیاهان 31

1-3-9- روی در ساخت اسباب بازی---------------------- 31

1-3-10- مصرف روی در گالوانیزاسیون------------------ 31

1-3-11- دیگر مصارف روی----------------------------- 32

1-3-12- مواد جانشین روی---------------------------- 32

فصل دوم: هیدرومتالورژی

2-1- مقدمه--------------------------------- 35

2-2- هیدرومتالورژی کانه یا کنسانتره اکسیدی روی  35

2-2-1- استفاده از کنسانتره اکسید روی--------------- 35

2-2-1-1- کنسانتره روی تکلیس نشده (خام)------------- 35

2-2-1-2- کنسانتره تکلیس شده (کلسین)---------------- 36

2-2-2- استفاده از کانه خردایش شده معدن ( روش انحلال مستقیم)   37

2-2-2-1- روش مرسوم--------------------------------- 38

2-2-2-2- روش ویژه---------------------------------- 38

2-3- لیچینگ-------------------------------- 39

2-4-خنثی سازی-------------------------------------- 45

2-5- کاهش غلظت آهن در محلول لیچ------------ 46

2-6- رسوب گذاری سیلیس موجود در محلول لیچ--- 47

2-7- عملیات حذف کلر از محلول سولفات روی---- 49

2-8- رسوب گذاری سولفات روی قلیایی------------ 51

2-9- تصفیه پساب---------------------------- 51

2-10-کاهش غلظت کادمیوم و نیکل در محلول لیچ 52

2-11- کاهش غلظت کبالت در محلول لیچ--------- 54

فصل سوم: الکترومتالورژی

3-1- مقدمه--------------------------------- 57

3-2- اصول الکترووینینگ--------------------- 58

3-2-1-الکترولیت---------------------------- 58

3-2-2- فرایند الکترولیتی------------------- 58

3-3-3- پتانسیل الکتریکی تجزیه-------------- 59

3-3-4- پتانسیل الکتریکی منفرد عناصر فلزی--- 60

3-3-5- پلاریزه شدن الکترودها---------------- 60

3-3-6- فراپتانسیل (فراولتاژ)--------------- 61

3-3-7- فراپتانسیل کاتدی-------------------- 61

3-3-8- فراپتانسیل آندی--------------------- 62

3-3- مقاومت اهمی الکترولیت و اتصالات-------- 62

3-4- پتانسیل لازم برای الکترولیز------------ 63

3-5- چگالی جریان--------------------------- 65

3-6- راندمان جریان------------------------- 66

3-7- الکترووینینگ روی---------------------- 67

3-8- الکترودها----------------------------- 67

3-9- واکنش های شیمیایی در الکترووینینگ روی- 68

3-10- روش های صنعتی الکترووینینگ----------- 69

3-11- اثر ناخالصی ها بر کمیت و کیفیت محصول الکترووینینگ روی-- 70

3-12- اثر افزودنی ها در الکترووینینگ روی--- 71

فصل چهارم: بررسی مقاله‌های ارائه شده

مقاله ارائه شده توسط‌‌ آقایان: دکتر محمد شیخ شاب بافقی و امیر شیخ غفور----------------------------------------------- 79

مقاله ارائه شده توسط M.Emre و S.Gurmen:--------------- 91

مقاله ارائه شده توسط: D.B.DREISINGER A.M.ALFANTAZI and--- 94

مقاله ارائه شده توسط IVANIVANOV--------------------- 101

فصل پنجم: مواد و روش آزمایش

5-1- مواد و تجهیزات مورد نیاز---------------------- 109

5-2- ساخت محلول استاندارد-------------------------- 109

5-2-1- ساخت محلول استاندارد سولفات روی------------- 109

5-2-2- ساخت محلول استاندارد اسید سولفوریک---------- 110

5-3- آزمایش تاثیر غلظتهای متغیر سولفات روی با غلظت ثابت اسید 110

5-3-1- محاسبه وزن تئوری و راندمان------------------ 111

5-4- تبدیل واحد غلظتهای اسید و سولفات روی به واحد حجم    112

5-5- آزمایش تاثیرات غلظتهای مختلف اسید سولفوریک با غلظت ثابت سولفات روی----------------------------------------- 113

5- 6- آزمایش تاثیر صمغ عربی ----------------------- 113

5-6-1- تبدیل واحد ppm به واحد گرم بر لیتر--------- 114

5-6-2- محاسبه مقدار حجم صمغ که از محلول استاندارد باید برداشته و در بالن‌ها ریخته شود-------------------------------- 114

5-7- آزمایش تاثیر سولفات منگنز--------------------- 115

5-8- آزمایش تاثیر صمغ در حضور منگنز با غلظت ثابت ppm200 115

5-9- آزمایش تاثیر صمغ در حضور پرمنگنات ------------ 116

5-10- آزمایش تاثیر‌آهن II -------------------------- 116

5-11- آزمایش تاثیر تلاطم---------------------------- 117

5-12- آزمایش تاثیر شدت جریان از 25/0 آمپر تا 5/1 آمپر    117

5-13- آزمایش تاثیر دما----------------------------- 117

5-14- مواد و تجهیزات مورد نیاز در روش آزمایشگاهی پیوسته

5-15- روش انجام آزمایش در حالت پیوسته

فصل ششم: نتایج و مدولاسیون

6-1- تاثیر غلظت اسید سولفوریک بر راندمان و انرژی مصرفی   121

6-2- تاثیر غلظت روی بر راندمان و انرژی مصرفی 122

6-3- بررسی تاثیر صمغ عربی بر راندمان و انرژی مصرفی- 124

6-4- تاثیر غلظت سولفات منگنز بر انرژی مصرفی و راندمان    125

6-5- بررسی غلظت صمغ در حضور سولفات منگنز بر راندمان و انرژی  127

6-6- بررسی تاثیر پرمنگنات بر راندمان و انرژی مصرفی- 128

6-7- بررسی تاثیر غلظت صمغ در حضور پرمنگنات بر راندمان و انرژی 130

6-8- بررسی تاثیر تلاطم الکترولیت بر راندمان و انرژی مصرفی     131

6-9- بررسی تاثیر غلظت آهن بر راندمان و انرژی 133

6-10- بررسی تاثیر غلظت اسید در دانسیته جریان مختلف بر راندمان و انرژی 134

6-11- بررسی تاثیر غلظت روی در دانسیته جریانهای مختلف بر راندمان و انرژی 136

6-12- بررسی تاثیر دانسیته جریان در غلظتهای مختلف پرمنگنات بر راندمان و انرژی 137

6-13- بررسی تاثیر دانسیته جریان در غلظتهای مختلف صمغ بر راندمان و انرژی در حضور پرمنگنات 138

6-14- بررسی تاثیر اسید در دماهای مختلف بر راندمان و انرژی    139

6-15- بررسی تاثیر غلظت روی دردماهای مختلف بر راندمان و انرژی 140

6-16- بررسی تاثیر دما در غلظت‌های مختلف پرمنگنات بر راندمان و انرژی 141

6-17- بررسی تاثیر دما (درغلظتهای مختلف صمغ) بر راندمان و انرژی در حضور پرمنگنات 142

6-18- مدلسازی توسط نرم افزار SPSS  143

6-19- بررسی تأثیر دبی‌های مختلف بر راندمان و انرژی مصرفی در روش پیوسته

6-20- بررسی تأثیر دانسیته جریان بر راندمان و انرژی مصرفی در روش پیوسته

6-21- بررسی تأثیر غلظت اسید بر راندمان و انرژی مصرفی در روش پیوسته

فصل هفتم: نتیجه گیری

نتیجه‌گیری  146

مراجع    149

چکیده :

مصرف انرژی الکتریکی در فرآیندهای تصفیه الکتریکی و الکترووینینگ تاثیر بسیار زیادی بر روی هزینه تولید سایر پارامترهای محصولات تولید شده دارد. بنابراین کمینه کردن میزان انرژی مصرفی، میتواند از دیدگاههای مختلف ثمربخش باشد. در این پروژه توانستیم مصرف انرژی را حدود 18درصد نسبت به کشورهای پیشرفته‌ صنعتی و حدود 40 درصد نسبت به کارخانجات تولید روی در ایران کاهش دهیم.

در این پروژه به نتایجی رسیدیم که در ذیل به آن اشاره می‌شود:

1) افزایش دما باعث کاهش راندمان و افزایش انرژی مصرفی می‌شود.

2) دانسیته جریان به مقدار A/m2500 بهترین دانسیته برای این فرآیند در نظر گرفته شد.

3) غلظت محلول الکترولیت بهینه بصورت :50 روی، 140 اسید سولفوریک، PPm350 سولفات منگنز، PPm500 پرمنگنات و PPm100 صمغ بدست آمد.

4) با توجه به اینکه مقدار انرژی مصرفی در فرایند تولید روی در صنعت ایران حدود 5/4 و در صنعت کشورهای پیشرفته حدود 3/3 می‌باشد، در این تحقیق توانستیم مقدار انرژی مصرفی را تا 75/2 کاهش دهیم که با توجه به ارقام ذکر شده، حدود 17درصد نسبت به صنعت پیشرفته جهان وحدود 40 درصد نسبت به صنعت ایران، انرژی مصرفی را کاهش دهیم.

5) مدلسازی فرایند به کمک نرم افزار SPSS انجام گرفت به طوری که در نهایت مدلی با درجه اعتبار بالایی به دست آمد

انرژی:                        Y

اسید:            X1

روی:            X2

دانسیته جریان:           X3

صمغ:            X4

پرمنگنات:           X5

آهن:                             X6

دما:                               X7

راندمان:                         X8

یکی از برجسته‌ترین صفات بارز روی، محافظت از فولاد در برابر خوردگی است. خوردگی جزء مسائل مهم تاثیرگذار در اقتصاد می‌باشد و عاملی است که باعث کند شدن حرکت روبه رشد اقتصاد می‌گردد، تخمین زده شده است که حداقل 4 درصد از درآمد ناشی از تولید ناخالص ملی در کشورهای صنعتی به خاطر مسئله خوردگی از دست میرود. زمانی که فولاد توسط روی پوشانده می‌شود دوام و پایداری آن بسیار بیشتر می‌شود. جهت پوشاندن فولاد برای مقابله با خوردگی، مناسب‌ترین پوشش، لایه‌ای از روی می‌باشد و تا به حال هیچ ماده دیگری نتوانسته جایگزین مناسبی برای آن باشد.
ضمناً با توجه به استفاده زیاد فولاد در جهان، بیشتر شدن زمان ماندگاری آنها و جایگزین نشدن در آن مدت لازم، سبب صرفه‌جوئی در ذخایر معدنی، انرژی و آلودگی کمتر محیط زیست میشود. برای مثال، آماری که برای این صرفه جوئی در کشور سوئد گرفته شده است، هر ساله، میزان انرژی صرفه جوئی شده به جهت استفاده از فولاد با پوشش روی، معادل با انرژی یک کارخانه برق هسته‌ای می‌باشد.
بنابراین با توجه به اهمیت فلز روی، پژوهشی را بر روی تاثیرات پارامترهای مختلف بر بازده جریان الکترووینینگ و انرژی مصرفی انجام داده‌ایم که با توجه به نتایج بدست آمده نشان از موفقیت آمیز بودن پروژه را دارد.
حال به توضیح فصلهائی که در این پایان‌نامه، ارائه گردید می‌پردازیم:
فصل اول، مربوط به خواص فیزیکی و شیمیائی فلز روی و مصارف این فلز می‌باشد.
فصل دوم، راجع به استخراج روی به روش هیدرومتالورژی توضیح داده شده است بطوری که در این روش، ابتدا مواد خام حاوی روی در یک حلال مناسب حل شده و سپس بوسیله الکترووینینگ، روی از محلول بازیابی می‌گردد.
در فصل سوم، فرایند الکترومتالورژی که مبحث اصلی این پروژه است به تفصیل بیان شده است.
و فصل چهارم، به بررسی مقاله‌های ارائه شده در موضوع الکترووینینگ پرداخته است.
در فصل پنجم، روش آزمایش و کارهای عملی برای انجام این پروژه به طور کامل توضیح داده شد. و در فصل ششم، تفسیر و مدلاسیون و نمودارهای بدست آمده ارائه شده است.
و نهایتاً در فصل هفتم، نتیجه گیری کلی و مراجع نگارش شده است.

خواص عمومی

فلز روی به رنگ سفید مایل به آبی یا نقره‌ای می‌باشد. روی خالص خیلی نرم است. در درجه حرارت‌های معمولی ترد و شکننده بوده و با ضربات چکش به راحتی می شکند و آن را نمی‌توان نورد کرد. در درجه حرارت‌های 100 الی 150 درجه سانتی گراد می توان آن را به راحتی نورد و تبدیل به ورق نمود و ورق هایی به ضخامت تا 1/0میلی‌متر از آن ساخت؛ ولی در 250 درجه سانتی گراد مجددا به حالت ترد و شکننده در آمده و به شکل گرد در می‌آید؛ ولی برای ضخامت‌های کم قابلیت تورق ومفتول کشی را دارا می باشد. سختی و مقاومت تسلیم فلز روی وقتی که با هیچ عنصری آلیاژ نشده باشد، از قلع و سرب بالاتر است و نسبت به آلومینیوم و مس پایین تر می‌باشد. در مکان‌هایی که تنش‌های زیادی به فلز وارد می شود نبایستی از فلز روی استفاده نمود؛ چرا که روی در مقابل خزش، مقاومت کمی از خود نشان می دهد. مصارف این فلز تابع شکل پذیری آن است. وقتی که این فلز با 4 درصد آلومینیوم آلیاژ شود، مقاومت تسلیم و سختی آن به اندازه قابل توجهی افزایش خواهد یافت. چنین آلیاژی از قابلیت ریخته‌گری برخوردار بوده و به خصوص ریخته گری تحت فشار برای آن زیاد رایج است. سایر طرق ریخته گری کمتر مصرف می شوند.

فلز روی با خاصیت الاستیسیته زیاد، شکل پذیر بسیار خوبی دارد. خاصیت الکترونگاتیوی روی سبب استفاده وسیع آن در باتری های خشک شده است. از خواص مهم و تکنیکی روی در صنعت، حفاظت خیلی خوب پوشش های آن در مقابل خوردگی است.

1-1-2- خواص فیزیکی و مکانیکی

در جدول 1-1 خواص فیزیکی و مکانیکی فلز روی آورده شده است.

و...

NikoFile