وبلاگ

فشار بخار خاصیت ترمودینامیکی مهمی در بسیاری از فرایند های مختلف مهندسی شیمی نظیر تعادل شیمیایی، تقطیر ، تبخیر و مانند آنها به شمار می رود. تعیین این مشخصه می تواند به محاسبه مشخصات مهم دیگری نظیر انتالپی تبخیر بیانجامد. در صنایع نفت وگاز هم تعیین فشار بخار دارای اهمیت ویژه ای می باشد. در این حوزه در دو مورد عمده با فشار بخار برخورد می شود؛ یکی از این موارد، فشار بخار در مخازن می باشد. یکی از روش های مهم برای تقسیم بندی انواع مخازن نگهداری سیالات در صنعت نفت و گاز، تقسیم بندی آنها بر اساس فشار بخار سیالات مورد نظر می باشد. برای هر محدوده از فشار بخار مواد (فشار پایین، فشار متوسط، فشار بالا) از انواع مخصوصی از مخازن استفاده می شود. به عنوان مثال برای سیالات با فشار بخار پایین، از مخازن سقف ثابت استفاده می شود. برای سیالات با فشاربخار متوسط، مخازن سقف متحرک یا به عبارتی سقف شناور مورد استفاده قرار می گیرد.
فشار بخار محصولات مایع، از دیگر مواردی است که در صنعت مورد اندازه گیری واقع می شود. یکی از راه های اندازه گیری غیر مستقیم میزان سرعت تبخیر حلال های نفتی فرار، فشار بخار آن ها می باشد.محصولات تولیدی پالایشگاه نیز می بایست دارای مشخصات ویژه ای بوده و استانداردهایی در آن ها رعایت شده باشد تا در بازارهای جهانی امکان حضور و فروش خوب داشته باشد. بر همین اساس میزان فشاربخار از جمله مهمترین خصوصیت های مورد توجه است که علاوه بر کیفیت و قیمت از نقطه نظر ایمنی هنگام انتقال و ذخیره سازی نیز بسیار مهم می باشد و همواره مورد آزمایش و کنترل واقع می شود. از این رو اهمیت تعیین دقیق فشاربخار سیالات در حوزه صنایع نفت برکسی پوشیده نیست.
1-2-تعریف فشار بخار
فشار بخار به صورت فشار جزئی اعمال شده توسط بخار بالای سطح مایع تعریف می شود که این بخار در یک دمای معینی با مایع به تعادل می رسد. زمانی كه لحظه ی تعادل نزدیک می شود، تعداد مولكول های بخار شده با تعداد مولكول های متراكم شده برابر می شود. در واقع سرعت تبخیر با سرعت تراكم برابر می گردد و فشار مشخص شده در این حالت، فشار بخار آن مایع در آن دما است.] 1 [
1-3-عوامل مؤثر بر فشار بخار
در کل فشار بخار یک مایع به دو عامل زیر بستگی دارد:

• ماهیت و طبیعت مایع

• دمای مایع

1-3-1- ماهیت مایع
مایعاتی که دارای نیروهای بین مولکولی ضعیفی هستند، فرارترند و فشار بخار بالاتری دارند. برای مثال، فشار بخار اتیل الکل بیشتر از فشار بخار آب است.
1-3-2-دمای مایع
فشار بخار با افزایش دما، افزایش می یابد. این مسئله بدین علت است که با افزایش دما، سرعت تبخیر نیز، افزایش می یابد.
1-4-بیان مسأله
فشار بخار مواد مختلف  از جمله خواص مورد نیاز برای انجام محاسبات مهندسی شیمی نظیر محاسبات تعادلی و عملیات واحد مهندسی شیمی است که پژوهشهای فراوانی در مورد آن  در حال انجام است. رایج ترین روش های تعیین فشاربخار شامل اندازه گیری های

 آزمایشگاهی، معادله های حالت، روابط تجربی و روابط بر مبنای قانون حالت های متناظر می باشند. ضرورت محاسبه فشاربخار با بهره گرفتن از روابط ریاضی زمانی افزایش می یابد که داده های آزمایشگاهی در دسترس نباشد. از آنجایی که شرایط بسیاری از فرایندهای شیمیایی به گونه ای است که عملاً تعیین فشار بخار مواد به صورت تجربی امکان پذیر نمی باشد و اندازه گیری آن در برخی فشارها ودماهای خاص سخت ومقادیر به دست آمده خیلی قابل اعتماد نیست، لذا ارائه مدل ها و روش های پیش بینی فشار بخار، سهم عمده ای در تعیین این خاصیت ترمودینامیکی خواهند داشت. بنابراین روش های پرشماری برای پیش بینی این مشخصه  ارائه شده اند و هر ساله روش های جدیدتری معرفی و یا روش های قدیمی تصحیح می شوند. ] 5-2 [

 
1-5-توجیه ضرورت انجام تحقیق
از آنجایی که بسیاری از روابط تجربی ویا روابط حالت های متناظر دارای محدودیت هایی در تعیین فشار بخار هستند و برای تعیین فشار بخار در تمام محدوده دمایی مورد نیاز قابل استفاده نیستند ودقت قابل قبولی ندارند از این رو استفاده از روش های جدیدی كه به دور از این محدودیت ها باشند ،توصیه می گردد. یکی از روش های مدلسازی که در سالهای اخیر مورد توجه بسیاری از محققین در علوم مختلف واقع شده است، مدلسازی به روش شبکه عصبی مصنوعی می باشد. شبكه های عصبی مصنوعی به عنوان زیر مجموعه ای از روش های هوش مصنوعی، با ساختار و عملکردی شبیه به مغز انسان در طیف وسیعی برای حل بسیاری از مسائل شامل ارزیابی، بهینه سازی، پیش بینی، تشخیص و كنترل مورد استفاده قرار می گیرند.] 6 [ یكی از مزیت های استفاده از شبكه های عصبی مصنوعی نسبت به مدل های قدیمی این است كه نیازمند تعیین یک تابع خاص برای بیان رابطه میان داده های ورودی و خروجی نیست.  رابطه بین داده های ورودی و خروجی ازطریق فرایند آموزش به دست می آید. ] 7 [
 
1-6-اهداف تحقیق

• مطالعه روش های مختلف برای محاسبه فشار بخار

• بررسی میزان دقت و چگونگی اعمال روش های موجود برای محاسبه فشار بخار مواد مختلف

• ارتقای روش های پیش بینی فشار بخار با اعمال روش نوین شبکه عصبی و مقایسه آن با روش های قدیمی

• ارزیابی نتایج حاصل از مدل سازی به وسیله شبکه ی عصبی با داده های تجربی و بررسی دقت آن

1-7-مراحل انجام تحقیق
در بخش اول این پایان نامه روش های مختلف برای محاسبه فشار بخار بصورت جامع و کامل مورد بررسی قرار گرفت و پارامترهای هریک از روابط ، دقت تخمین فشار بخار و محدوده مطلوب دمایی هرکدام از روش ها ذکر گردید.
در بخش دوم  به معرفی وبررسی روش شبکه عصبی  به عنوان یک روش محاسباتی دقیق برای پیش بینی فشار بخار مواد پرداخته شد. در این مرحله از پایان نامه، مدل شبکه عصبی مصنوعی به عنوان روش تحقیق، بررسی شد و توضیحات جامعی از این روش و کاربردها  و ویژگی های آن و چگونگی اعمال این روش برای پیش بینی فشاربخار مواد ارائه شد.
در بخش سوم پایان نامه، روش نوین شبکه عصبی برای پیش بینی دقیق تر فشار بخار چندین گروه از مواد اعمال شد و شبکه عصبی مطلوب طراحی و نتایج حاصل از مدلسازی توسط روش شبکه عصبی مصنوعی برای گروه های مختلف مواد ارائه گردید. در این بخش با بهره گرفتن از منابع معتبر و داده های تجربی مورد اعتماد، میزان دقت و چگونگی اعمال مدل های مرسوم مختلف برای تخمین فشاربخار بررسی شد. در ادامه سعی شد تا کارایی روش های مختلف پیش بینی فشار بخار مواد در شرایط و برای مواد مختلف مورد بررسی قرار گیرد . در خاتمه نتایج به دست آمده از تحقیق حاضر و پیشنهادهایی برای تحقیقات آتی ارائه شده است.
1-8-ساختار تحقیق
کاربردی ترین و معروف ترین روابط محاسبه فشار بخار در فصل دوم پایان نامه ذکر گردید. در این فصل، هشت رابطه معرفی وبررسی گردید. در ادامه، پیشینه استفاده از روش شبکه عصبی برای تعیین خواص ترمودینامیکی مواد از جمله فشار بخار ترکیبات  مختلف بیان شد. از مهم ترین ویژگی های شبکه های عصبی مصنوعی وابسته نبودن آن ها به فرضیه های اولیه درباره داده های ورودی است؛ به این معنا که داده های ورودی می توانند هرگونه توزیع آماری دلخواهی داشته باشند ] 8 [ این ویژگی مهم شبکه های عصبی امتیاز ویژه آن ها در مقابل روش های آماری است و به آن ها این توانایی را می دهدکه به طور یکسان از انواع مختلف داده های ورودی با هر توزیع دلخواه استفاده کنند.] 9 [حاصل تحقیقات و پژوهش های صورت گرفته طی سالهای اخیر برای پیش بینی و تخمین خواص فیزیکی و ترمودینامیکی با بهره گرفتن از انواع مدل های شبکه عصبی مصنوعی،در این فصل ارائه شده است.
در فصل سوم، ساختار شبکه عصبی به طور کامل تشریح گردید. انواع شبکه های عصبی ، الگوریتم های آموزش شبکه ومراحل کار با شبکه عصبی برای رسیدن به هدف مورد نظر بیان شد.
در فصل چهارم، مراحل آموزش و تست شبکه عصبی برای 4 گروه از مواد اعمال شد.تعداد 176 داده از گروه هیدروکربن های آروماتیکی، 254 داده از گروه آلکان ها و آلکن ها ، 202 داده از گروه الکل ها و 224 داده از گروه آلکیل سیکلو هگزان ها در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفته است. هرکدام از گروه های بالا به طور جداگانه به شبکه معرفی شد ونتایج عملکرد شبکه برای هر خانواده از مواد ارائه گردید. مراحل رسیدن به بهترین ساختار شبکه، به تفکیک بیان شد ونتایج حاصل از مدلسازی فشاربخار مواد توسط شبکه عصبی، با روش ها و روابط ریاضی موجود مقایسه گردید و میزان خطای هریک از روش ها و همینطور مدل شبکه عصبی مصنوعی، تعیین گردید. در ادامه بهترین نتیجه ازیافته ها ومحاسبات این تحقیق، ارائه گردید.
در فصل پنجم، از نتایج حاصل از پایان نامه، نتیجه گیری صورت گرفت و برای تحقیقات آتی، پیشنهادهایی بیان شد.