روش حداقل مربعات

دانلود پایان نامه

تقدیم به پدر و مادرم
به پاس عاطفه و گرمای امید بخش وجودشان که در این سردترین روزگاران بهترین پشتیبان است.
تقدیم به خواهران و برادر عزیزم
به پاس محبتهای بیدریغشان که هرگز فروکش نمیکند.
و تقدیم به او که عاشقانه دوستش دارم.

سپاسگزاری
اکنون که به لطف الهی این تحقیق به پایان رسید وظیفه خود می‏دانم از زحمات و تلاش بی وقفه استاد راهنمای عزیزم جناب آقای دکتر فرشاد فرشچی تبریزی صمیمانه تشکر کنم. ایشان در مدت زمان انجام این پروژه از هیچ کمکی اعم از علمی و مالی به بنده دریغ نکردند و بنده حقیر چیزی جز تلاش و پشتکار و فداکاری از ایشان ندیدم. و نیز، از استاد راهنمای عزیزم جناب آقای دکتر حسین آتشی کاشی تشکر میکنم که مرا در انجام این پروژه یاری نمودند.
همچنین، از استاد مشاور عزیز و بزگوارم جناب آقای دکتر حسین عابدینی به خاطر کمکهای شایان ایشان در انجام این پروژه و مشاوره علمی بیدریغشان کمال تشکر و قدر دانی را دارم.
از خداوند منان طلب شادکامی و پیشرفت روز افزون برای این اساتید بزرگوارم دارم.
از پدرو مادر مهربان و دلسوزم که با فداکاریهای خود زمینه کمال و سعادت و آسایش مرا در لحظه لحظه زندگی فراهم ساختند کمال تشکر و قدر دانی را دارم و بوسه بر دستان پر از مهر و محبتشان میزنم.
از دوست عزیزم جناب آقای مهندس مهدی باقرزاده کمال تشکر و قدردانی را دارم که با مساعدت و همفکریاش کمک شایانی به بنده حقیر در انجام این پروژه نمود.
از دوستان بسیار عزیزم آقایان مهندس مجید یوسف نژاد، محمود پسندیده؛ مسلم دانش، سلمان جلالی فر، مهرداد منصوری، مصطفی محمدی، سعید دهقانی، سعید انصاری، ایمان لشنی، جواد عاشوری، محسن منصوری، محمد مهدی فدایی، بابک محمدیان فرد، احسان جهانیان و تمام دوستان همراه که هرگز فراموششان نخواهم کرد، مخصوصاً ورودی ۸۶ کارشناسی ارشد مهندسی شیمی کمال تشکر و قدردانی را دارم و محبتشان را سپاس میگویم.
در پایان، از دوست بسیار بسیار مهربان و فداکارم جناب آقای مهندس علیرضا نودهی که در طول این پروژه از الطاف بیپایان ایشان بسیار بهره بردم، و بهترین دوران تحصیلم را با ایشان گذراندم بسیار سپاسگذارم.

چکیده
بخش عمده ای از خواص نهایی محصول در پلیمریزاسیون امولسیونی توسط توزیع اندازه ذرّات تعیین می‌گردد. در این پروژه، یک مدل دقیق بر مبنای معادلات موازنه جمعیتی ( مدل صفر- یک) که دربرگیرند? پدیدههای هسته زایی و رشد ذرّه می‌باشد برای پیشبینی توزیع اندازه ذرّات انتخاب گردیده است. برای حل معادلات موازنه جمعیتی از روش حجم محدود استفاده شده است. در این مطالعه، اثر پارامتر غلظت اولیه ماده فعال سطحی روی درصد تبدیل و توزیع اندازه ذرّات بصورت تجربی و به کمک شبیهسازی بررسی گردیده است. بر اساس نتایج حاصله، با کاهش مقدار ماده فعال سطحی، اندازه ذرّات افزایش می‌یابد. در کلیّه موارد فوق، نتایج شبیهسازی و تجربی تطابق مطلوبی دارند. در این پروژه، روابط مناسبی برای محاسب? تجربی CMC با استفاده از دادههای آزمایشگاهی بهصورت y=A Ln(x) + B در دو دمای ۲۵ و ۶۰ درجه سانتیگراد ارائه شد، و نیز در دمای ۶۰ درجه سانتیگراد فرمول تجربی برای تلفیق دو الکترولیت Na2CO3 و KPS که در پلیمریزاسیون امولسیونی نانو ذرات پلیبوتادین بهترتیب بهعنوان بافر و شروعکننده استفاده میشود با روش حداقل مربعات به صورت z=A(x)m(y)n بهدست آمد که در تمام موارد فوق ضرایب بهگونهای بهدست آورده شد که با دادههای آزمایشگاهی بهترین تطابق را داشته باشد.
همچنین، هدایت اولیه الکتریکی سیستم بر حسب غلظت یونها، در حضور الکترولیتهای موجود در پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین در دو دمای ۲۵ و ۶۰ درج? سانتیگراد با چهار روش بهدست آمده است. ابتدا با روش تجربی و با استفاده از دادههای آزمایشگاهی فرمولی بهصورت y=A(x) برای هدایت الکترولیتهای فوق در دو دمای ۲۵ و ۶۰ درجه سانتیگراد بهدست آمده است. سپس دو روش ارائه شده در مقالات بررسی شده است، و در نهایت روشی ابداعی برای محاسبه هدایت الکتریکی محلولهای فوق ذکر گردیده و درصد خطای هرکدام از روشها به صورت جداولی آورده شده است. در نهایت هدایت الکتریکی سیستم پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین بدون خضور مونومر و نیز به صورت Online در حضور واکنش بدست آمده است. صحّت این روابط از طریق دادههای آزمایشگاهی مورد تایید قرار گرفت.
کلمات کلیدی: پلیمریزاسیون امولسیونی، بوتادین، توزیع اندازه ذرّات، موازنه جمعیتی، مدلسازی

فهرست مطالب
فصل اول ۱
مروری بر فرایندهای پلیمریزاسیون ۱
۱-۱- مقدمه ۲
۱-۲- تقسیم بندی پلیمرها بر اساس مکانیسم پلیمریزاسیون ۳
پلیمریزاسیونهای زنجیرهای ۵
پلیمریزاسیونهای مرحلهای ۵
فقط مونومرهایی وارد واکنش میشوند که دارای مراکز فعّال (مانند رادیکال آزاد و یا یون) باشند. ۵
هردو مونومری که دارای دو عامل فعّال مختلف در دو سرخود باشند قابلیت وارد شدن در واکنش را دارند. ۵
غلظت مونومر به طور یکنواخت در طول واکنش کاهش مییابد. ۵
مونومرها بسرعت در مراحل اولیّ? واکنش از بین میروند. ۵
پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا به سرعت به وجود میآیند. ۵
وزن مولکولی زنجیرههای پلیمری همگی با هم به آهستگی در طول زمان افزایش مییابد. ۵
سرعت واکنش بسیار زیاد میباشد. ۵
سرعت واکنش آهسته و ک
ند است. ۵
از ابتدای واکنش، زنجیرههایی با درجه تبدیل بالا بدست میآیند. ۵
برای بهدست آوردن زنجیرههایی با درجه تبدیل بالا میبایستی واکنش را تا بیش از۹۰% ادامه داد. ۵
واکنش در چند مرحله، شروع، انتشار و اختتام انجام میپذیرد. ۵
واکنش فقط در یک مرحله صورت میپذیرد. ۵
فقط پلیمرهای خطی یا مولکولهایی با انشعابات کم را تولید میکند. ۵
مولکولهایی با ساختار متفاوت، از مولکولهای خطی ساد? بدون شاخه تا شبکههای حجیم با اتصالات عرضی زیاد به دست میدهد. ۵
۱-۲-۱- واکنشهای پلیمریزاسیون رادیکال آزاد ۵
۱-۲-۱-۱- آغاز ۶
۱-۲-۱-۲- رشد (انتشار) ۶
۱-۲-۱-۳- پایان ۶
۱-۲-۱-۴- انتقال زنجیر ۷
۱-۲-۲- طبقه بندی روشها و یا سیستمهای پلیمریزاسیون بر اساس محیط واکنش ۷
۱-۲-۲-۱- پلیمریزاسیون همگن ۸
۱-۲-۲-۱-۱- روش پلیمریزاسیون تودهای (جرمی) (Bulk Polymerization) ۸
۱-۲-۲-۱-۲- روش پلیمریزاسیون محلولی (Solution Polymerization) ۹
۱-۲-۲-۲- پلیمریزاسیون ناهمگن ۱۰
۱-۲-۲-۲-۱- روش پلیمریزاسیون تعلیقی (Suspension Polymerization) ۱۰
۱-۲-۲-۲-۲- روش پلیمریزاسیون امولسیونی (Emulsion Polymerization) ۱۰
روش پلیمریزاسیون ۱۴
مزایا ۱۴
معایب ۱۴
پلیمریزاسیون ۱۴
تودهای ۱۴
فرآیند ناپیوسته ۱۴
سادگی فرآیند، انعطاف پذیری، هزین? پایین جداسازی ۱۴
حرارت زایی واکنش، توزیع وزن مولکولی پهن، افزایش شدید ویسکوزیته و در نتیجه مشکل اختلاط و انتقال حرارت در حین واکنش ۱۴
فرآیند پیوسته ۱۴
قابل کنترل بودن واکنش توسط درجه حرارت، قابل کنترل بودن وزن مولکولی، خواص محصولات و در نتیجه هزینه جداسازی پایین ۱۴
درجه تبدیل پایین، جدایی مونومر از پلیمر، نیاز به درجه حرارت بالا و در برخی مواقع نیاز به فشار بالا، چسبندگی پلیمربه دیواره راکتور ۱۴
پلیمریزاسیون محلولی ۱۴
نسبت به سیستم تودهای ویسکوزیت? کمتر و در نتیجه اختلاط و انتقال حرارت بهتر، قابل کنترل بودن واکنش توسط کنترل دما، قابل مصرف بودن مستقیم محلول واکنش، چسبندگی کم پلیمر به بدنه راکتور ۱۴
هزین? استفاده از حلّال، آلودگی محیط به علت وجود حلّال، هزین? خشکسازی و جدا سازی، مشکل وجود پدیده انتقال رادیکال ۱۴
پلیمریزاسیون تعلیقی ۱۴
قابل کنترل بودن کیفیت محصول و واکنش توسط کنترل دما، قابل مصرف بودن مستقیم دانههای خشک جامد و در نتیجه هزینه پایین جداسازی، ویسکوزیته کم و درنتیجه انتقال حرارت مناسب ۱۴
عدم امکان استفاده از فرآیندهای پیوسته، نیاز به وجود همزن و افزودنیهای خاص، چسبندگی ذرات پلیمری به بدنه راکتور ۱۴
پلیمریزاسیون امولسیونی ۱۴
قابل کنترل بودن واکنش توسط دما، سرعت بالای واکنش، ویسکوزیته کمتر (نسبت به سیستم های محلولی و تودهای)، انتقال حرارت مناسب، قابل مصرف بودن لانکس تولیدی ۱۴
نیاز به غلظت بالای امولسیفایر، نیاز به پایدارسازی ذرات، چسبندگی ذرات به بدنه راکتور ۱۴
۱-۲-۳- اهمیت پلیمریزاسیون امولسیونی ۱۴
۱-۲-۴- مکانیسم پلیمریزاسیون امولسیونی ۱۵
۱-۲-۵- مراحل پلیمریزاسیون امولسیونی ۱۸
۱-۲-۶- مکانیسم ایجاد ذرّه ۲۲
۱-۲-۶-۱- هسته‌زایی مایسلی ۲۲
۱-۲-۶-۲- هسته‌زایی همگن ۲۳
۱-۲-۶-۳- هسته‌زایی قطرهای ۲۳
۱-۲-۷- پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین ۲۴
۱-۲-۸- معرفی مونومر بوتادین ۲۴
۱-۲-۹- مواد مورد استفاده در پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین ۲۷
۱-۲-۹-۱- امولسیفایر ۲۷
۱-۲-۹-۲- شروع کننده ۲۸
۱-۲-۹-۳- بافر ۲۹
۱-۲-۱۰- مروری بر کارهای انجام شده در زمین? شبیه سازی وکنترل توزیع اندازه ذرّات ۲۹
فصل دوم ۳۵
سینتیک پلیمریزاسیون امولسیونی ۳۵
۲-۱- مقدمه ۳۶
۲-۲- رخدادهای فاز پیوسته ۳۶
۲-۳- رخدادهای فاز قطرات مونومری ۳۶
۲-۴- رخدادهای فاز ذرات پلیمری ۳۷
۲-۵- مایسلهای متورّم شده با مونومر ۳۸
۲-۶- مدلسازی ۴۲
۲- ۶-۱- واکنشهای آغازین ۴۲
۲-۶-۲- الیگومرهای فاز آبی ۴۳
۲-۶-۳- هسته‌زایی ۴۴
۲-۶-۴- موازن? منومرها ۴۵
۲-۶-۵- موازنه ماده فعال سطحی ۴۷
۲-۶-۵-۱- مدل صفر – یک ۴۸
۲-۶-۵-۲- مدل شبه توده ۴۹
۲- ۶-۶- معادلات مدل شبه توده برای موازنه جمعیتی ذرات پلیمری ۴۹
۲-۶-۶-۱- تعداد متوسط رادیکالها در ذّرات ۵۰
۲-۶-۶-۲- رشد ذرات پلیمری ۵۱
۲-۶-۶-۳- ورود الیگومرها به ذرّات ۵۱
۲-۶-۶-۴- دفع الیگومرها از ذرّات ۵۲
۲-۶-۶-۵- اختتام در داخل ذرّات ۵۲
۲-۶-۷- معادلات مدل صفر-یک برای موازن? جمعیتی ذرّات پلیمری ۵۲
۲-۶-۸- حل عددی معادلات موازنه جمعیتی ۵۵
۲-۶-۸-۱- المان محدود (Finite Elements) ۵۶
۲-۶-۸-۲- حجم/تفاضل محدود ۵۷
فصل سوم ۵۹
محاسب? CMC با استفاده از نتایج هدایت سنجی ۵۹
۳-۱- مقدمه ۶۰
۳-۲- آزمایش ۶۱
۳-۳- تأثیرات الکترولیتها بر روی CMC در دمای ۲۵?C ۶۲
۳-۴-۱- تأثیر تک تک الکترولیتها بر روی CMC در دمای ۶۰?C ۶۵
۳-۴-۲- تأثیر تلفیق الکترولیتها بر روی CMC ۶۸
فصل چهارم ۷۰
شبیهسازی امولسیونی پلیبوتادین و مقایسه با دادههای تجربی ۷۰
۴-۱- مقدمه ۷۱
۴-۲- مدلسازی ۷۳
۴-۲-۱- مقیاس مدلسازی ۷۳
۴-۲-۲- مراحل مدلسازی در واکنشها و فرآیندهای پلیمریزاسیون ۷۴
۴-۲-۳- روشهای انتخاب مدل در واکنشها و فرآیندهای پلیمریزاسیون ۷۵
۴-۳- مدلسازی سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین ۷۵
۴-۴- فرضیّات در نظر گرفته شده در طرح سینتیکی ارائه شده برای پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین ۷۶
۴-۵- حل معادلات حاصل شده
در مدلسازی سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین ۷۷
۴-۵-۱- گسسته سازی معادلات دیفرانسیلی جزیی موازنه جمعیتی ۷۸
۴-۶- پارامترهای استفاده شده در مدلسازی سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی بوتادین ۷۹
۴-۷- مقایس? نتایج حاصل از مدلسازی سینتیکی با دادههای آزمایشگاهی ۸۱
۴-۷-۱- شرح دستگاه و تجهیزات ۸۱
۴-۷-۲- روش آزمایش ۸۲
۴-۷-۳- خوراک هر آزمایش ۸۴
۴-۷-۴- پلیمریزاسیون با سدیم دودسیل سولفات ۸۴
فصل پنجم ۱۰۳
پیشبینی هدایت در طول فرایند پلیمریزاسیون ۱۰۳
۵-۱- مقدمه ۱۰۴
۵-۲- آزمایش ۱۰۵
۵-۳- پیشبینی هدایت الکتریکی محلولها بدون واکنش شیمیایی ۱۰۶
۵-۳-۱ پیشبینی هدایت الکتریکی محلولهای SDS در غلظتهای مختلفی از الکترولیتهای Na2CO3 و KPS در دمای ۲۵?C و ۶۰?C ۱۰۶
۵-۳-۲ پیشبینی هدایت الکتریکی محلولهای SDS در غلظتهای مختلفی از تلفیق الکترولیتهای Na2CO3 و KPS در دمای ۶۰?C ۱۳۵
۵-۴- پیشبینی هدایت الکتریکی واکنش پلیمریزاسیون امولسیونی نانو ذرّات پلیبوتادین (به صورت Online) ۱۴۶
فصل ششم ۱۴۸
نتیجه گیری و پیشنهادات ۱۴۸
۶-۱ نتیجهگیری ۱۴۹
۶-۲- پیشنهادات ۱۵۰
مراجع ۱۵۲
پیوستها ۱۵۸
محاسبه CMC در حضور ۵/۰ گرم Na2CO3 در محیط با تیتراسیون SDS در دمای ۲۵°C ۱۵۹
محاسبه CMC در حضور ۷۵/۰ گرم KPS در محیط با تیتراسیون SDS در دمای ۲۵°C ۱۶۰
محاسبه CMC در حضور ۵/۰ گرم Na2CO3 در محیط با تیتراسیون SDS در دمای ۶۰°C ۱۶۲
محاسبه CMC در حضور ۱ گرمKPS در محیط با تیتراسیون SDS در دمای ۶۰°C ۱۶۴

این مطلب مشابه را هم بخوانید :   دسیل

فهرست جدولها
جدول ۱- ۱. اختلافات موجود بین پلیمریزاسیونهای زنجیره ای و مرحله ای ۵
جدول ۱- ۲. مقایسه روشهای پلیمریزاسیون ۱۴
جدول ۱- ۳. خواص فیزیکی و ترمودینامیکی بوتادین. ۲۶
جدول ۱- ۴. خوراکهای استفاده شده در پلیمریزاسیون امولسیون بوتادین ۲۷
جدول ۱- ۵. لیست مقالات انجام گرفته در دهه گذشته براساس مدلهای موازنه جمعیتی . ۳۲
جدول ۲- ۱. رویدادهای سینتیکی داخل فاز پیوسته (آب) ۴۰
جدول ۲- ۲. رویداد های سینتیکی داخل فاز ذره پلیمر ۴۱
جدول ۲- ۳. معادلات سینتیکی پلیمریزاسیون امولسیونی ۴۲
جدول ۳- ۱. ضرایب به دست آمده برای فرمول (۳- ۱). ۶۳
جدول ۳- ۲. مقادیر CMC سدیم دو دسیل سولفات (SDS) برای غلظتهای مختلف الکترویتهای اضافه شده در ۲۵?C ۶۴
جدول ۳- ۳. ضرایب به دست آمده برای فرمول (۳- ۲). ۶۶
جدول ۳- ۴. مقادیر CMC سدیم دو دسیل سولفات (SDS) برای غلظتهای مختلف الکترویت اضافه شده در دمای۶۰°C ۶۷

دیدگاهتان را بنویسید