فلزات سنگین و محیط زیست

 در دهه گذشته ورود آلاینده ها با منشاء انسانی مانند فلزات سنگین به داخل محیط های دریایی، به مقدار زیادی افزایش یافته است که به عنوان یک خطر جدی برای حیات محیط های آبی بشمار می آیند. فلزات سنگین در یک مقیاس وسیع، از منابع طبیعی و انسان ساخت وارد محیط زیست می شوند. میزان ورود این فلزات سنگین به داخل محیط زیست، متجاوز از میزانی است که بوسیله فرایندهای طبیعی برداشت می شوند. بنابراین تجمع فلزات سنگین در محیط زیست مورد توجه می باشد. سیستم های آبی به طور طبیعی دریافت کننده نهایی این فلزات هستند. 

آلاینده هایی که در آب یافت می شوند، ناشی از پساب های خانگی، تخلیه محصولات شیمیایی، سموم، حشره کش ها و علف کش ها، تخلیه صنعتی، پساب های رادیواکتیو، هیدروکربن های نفتی و رنگی می باشد.

         از نقطه نظر اکولوژیکی، آلاینده ها به دو نوع آلاینده های قابل تجزیه و غیرقابل تجزیه تقسیم می شوند. آلاینده های غیر قابل تجزیه نظیر ترکیبات و نمک های فلزات سنگین، ترکیبات شیمیایی فنلی با زنجیره طولانی، آفت کشها مثل DDT می باشند که در محیط، تجمع می یابند و بر روی زنجیره غذایی وبیولوژیکی موجودات در آب اثر می گذارند. ازدیاد غلظت این مواد روی ماهی ها، سایر موجودات آبزی و حتی گیاهان آبزی اثرات سوء دارد. آنها در ترکیب با مواد دیگر باعث تولید توکسین های اضافی می شوند. برای مثال ترکیب فلزات سنگین نظیر مس با کادمیوم و روی با نیکل، سمیت آنها را چندین برابر می کنند.

        فلزات سنگین در رسوبات کف تجمع می یابند. در نتیجه اکوسیستم هایی مثل بنادر یا مناطق ساحلی صنعتی که با ورود مزمنی از فلزات روبرو هستند، دارای بیشترین رسوبات آلوده می باشند. این ویژگی ها در محیط های واجد رسوبات، بعلت تاثیرات سمی و قابلیت تجمع زیستی فلزات در نمونه های بیولوژیکی موجود در رسوبات، منجر به تاثیرات اکولوژیکی زیاد می شوند. اولین عامل اثرات آلودگی فلزات در یک اکوسیستم، وجود فلزات سنگین در بیومس یک منطقه آلوده است که سلامت انسان را به مخاطره می اندازد.

         تجمع فلزات سنگین در آب، هوا و خاک، یک مشکل زیست محیطی مهم می باشد. در سالهای اخیر چندین تکنولوژی با هدف کاهش یا برداشت فلزات سنگین موجود در محیط آلوده، توسعه یافته است. در این میان تکنولوژی هایی که براساس استفاده از میکروارگانیسم ها، پایه ریزی شده است مورد توجه قرار گرفته اند.

نقش بیولوژیکی فلزات سنگین و خطرات سلامتی انسان

        بیشترین فلزات سنگین موجود در سیستم های آبی Pb, Hg, Cd, Zn, Cu و Ni می باشند. این عناصر در غلظت های بیش از حد آستانه، برای ارگانیسم ها، سمی می باشند. اما تعدادی از آنها (Cu و Zn) در غلظت های پائین تر، برای متابولیسم ضروری هستند. یکسری عناصر، شامل As،  Ag،  Se، Cr،  Al و آنتیموان در ایجاد مشکلات جدی در اکوسیستم های ساحلی- آب شیرین و مصب ها شرکت می کنند.

        در ستون آب، فلزات سنگین ابتدا توسط فیتوپلانکتون، باکتری ها، قارچها و ارگانیسم های کوچک دیگر جذب  می شوند. سپس به ترتیب، آنها توسط موجودات بزرگتر خورده شده و عاقبت وارد بدن انسان می شوند.

        فلزات سنگین زمانیکه بوسیله انسان مصرف می شوند، اغلب اثرات قوی و زیان آوری را دارند. مواد سمی تجمع یافته، به طور پیوسته غلظتشان زیاد می شود و ممکن است بیشترین فراوانی رادر یک بافت تنها داشته باشند. تجمع مواد سمی در زنجیره غذایی، ممکن است باعث افزایش غلظت ها در جانوران سطوح بالای زنجیره غذایی، شود. خلاصه ای از تجمع و نقش بیولوژیکی فلزات سنگین، در جانوران دریایی و امکان خطر برای سلامتی انسان در اثر این فلزات، در ذیل آورده شده است:

کادمیوم:

        غلظت کادمیوم در آب دریا در لایه های سطحی 10-3 نانوگرم در لیتر، در قسمت های عمیق تا 3500 نانوگرم در لیتر، در آب های شیرین 1/0 میکروگرم در لیتر و در مناطق آلوده 230 میکروگرم در لیتر می باشد و عموماً به صورت ترکیب آنیونی دیده می شود.

حلالیت کادمیوم در آب، تحت تاثیر عواملی نظیر نوع ترکیبات و pH آب است. غلظت بیش از چند میکروگرم در لیتر کادمیوم، احتمالاً ناشی از تخلیه فاضلاب آلوده به کادمیوم می باشد، آب های بامقادیر کمتر از 1 میکروگرم در لیتر کادمیوم، غیر آلوده اند.

میزان جذب کادمیوم در مواد غذایی، ناشی ازنحوه تغذیه جانوران است، کلیه و کبد محل مناسبی جهت تمرکز کادمیوم می باشند، صدف های دریایی نیز از تجمع بالایی ازکادمیوم برخوردارند. جذب کادمیوم از طریق پوست بسیار محدود است. نیمه عمر بیولوژیک کادمیوم در انسان، در بافت های نرم و استخوان، ده تا سی سال می باشد. سرعت متیلاسیون کادمیوم در مقایسه با عناصر جیوه، آرسنیک، سرب، بسیار کمتر بوده و تنها دو باکتری به نامهای Pseudomonas.sp و Staphylococcus aureus قادر به متیلاسیون کادمیوم، در محیط های آبی هستند (Who 1984).

کادمیوم معمولاً به طور طبیعی در آبهای سطحی و زیر زمینی وجود دارد . این عنصر ممکن است، بصورت یون هیدراته یا ترکیبات پیچیده معدنی، مانند کربنات، هیدروکسید، کلرید، سولفات و همچنین ترکیبات آلی همراه با اسید هیومیک یافت شود. کادمیوم از طریق فرسایش خاک و سنگ بستر، رسوبات آلوده اتمسفری ناشی از کارخانجات صنعتی، پساب مناطق آلوده و استفاده از لجن و کود در کشاورزی، وارد اکوسیستم های آبی می شود.

بیشتر کادمیوم ورودی به آبهای شیرین، ممکن است به سرعت جذب مواد معلق شده و در اکوسیستم های آبی منتشر شوند. رسوبات دریاچه ها و رودخانه ها، حاوی 9/0-2/0 و در آبهای شیرین کمتر از 1/0 میلی گرم در لیتر کادمیوم است. کادمیوم جذب شده در رسوبات و یا محلول در آب، می تواند وارد زنجیره غذایی شود. مسمومیت موجودات آبزی با کادمیوم، به عوامل دیگری نیز بستگی دارد، مثلاً کلسیم موجود در آب، اثرات سمی کادمیوم را کاهش می دهد.

رودخانه های بسیار آلوده با کادمیوم، از طریق آبیاری در کشاورزی، لایروبی رسوبات و یا سیلاب ها می توانند مناطق اطراف را آلوده کنند.

کادمیوم یک فلز بسیار سمی است که عامل یکسری مرگ ومیرها می باشد. بیماری جدی ناشی از آن در انسان بیماری به نام ایتایی- ایتایی (بیماری روماتیسم یا تغییر شکل دردناک اسکلتی) می باشد. اثرات اصلی سمیت کادمیوم بر روی ریه ها، کلیه ها، استخوان ها می باشد. اثرات حاد ناشی از استنشاق آن، شامل برونشیت، ذات الریه و مسمومیت در کبد است. استنشاق مزمن ترکیبات کادمیوم، به شکل بخارات یا گردو خاک، ایجاد ورم ریوی    می کند که در این حالت کیسه های کوچک هوایی بزرگ شده و عاقبت در اثر حجم کم ریه تخریب می شوند.  هر دو استنشاق مزمن و جذب کادمیوم از طریق دهان، ترشحات کلیه را تحت تاثیر قرار می دهد، که در اولین مرحله دفع پروتئین توسط لوله های پروکسیمال کلیه می باشد. 

به نظر می رسد کادمیوم، مقاومت دفاعی بدن را بخصوص مقاومت میزبان را در برابر باکتری ها و ویروس ها کاهش می دهد.

کادمیوم ممکن است باعث مینرال زدایی اسکلت و افزایش شکنندگی استخوان و خطر شکستگی شود.

سمیت حاد با کادمیوم، ممکن است باعث مرگ حیوانات و پرندگان شده و مسمومیت شدید در آبزیان ایجاد کند. جذب کادمیوم از ریه ها نسبت به روده موثرتر است و 50% کادمیومی که از طریق دود سیگار استنشاق شود، ممکن است جذب گردد. به طور میانگین در افراد سیگاری غلظت کادمیوم در خون 5-4 بار و در کلیه 3-2 بار بیشتر از افراد غیر سیگاری است.

نیکل:

 نیکل به طور گسترده در بیوسفر وجود دارد و از نظر فراوانی در پوسته زمین بیست و چهارمین عنصر نسبت به عناصر دیگر می باشد (Eisler 1998). بعلاوه نیکل یکی از عمومی ترین فلزات در آب های سطحی می باشد. (USEPA 1986). نیکل به طور طبیعی از 3 منبع اولیه شامل: 1) مواد ذره ای در آب باران 2) حلالیت مواد در بستر صخره ای 3) فاز ثانویه نفت، وارد آب های سطحی می شود (Eisler 1998). استفاده های صنعتی وتجاری از Ni شامل استنلس استیل، آبکاری، رنگ ها، سرامیک ها می باشد. نیکل همچنین از منابع آنتروپوژنیک (انسان ساز) وارد سیستم های آبی می شود. در جریانات آبی با حداقل عوامل مزاحم آنتروپوژنیک، غلظت نیکل به طور کلی زیر mg/L 10 می باشد. در مصب ها غلظت Ni کمتر از mg/L 10 است در حالیکه در اقیانوس های باز به کمتر از mg/L 7/0 می رسد .(Jenkins 1980, Eisler 1998) ورود منابع آلوده شهری ممکن است این مقادیر را به mg/L 50-10 افزایش دهد.

در سیستم های آبی، نیکل به صورت نمک های محلول جذب شده یا همراه با ذرات رسی، مواد آلی و مواد دیگر می باشد( Eisler 1998). نیکل ممکن است در رسوبات از طریق ته نشینی، کمپلکس سازی، جذب روی ذرات رس ته نشین یا ذخیره شود و یا بوسیله موجودات زنده (Biota) جذب گردد. چون فعالیت های میکروبی یا تغییر در پارامترهای فیزیکوشیمیایی شامل pH، قدرت یونی و غلظت ذرات، ممکن است فرایندهای جذب را معکوس کند، ممکن است آزادسازی نیکل از رسوبات رخ دهد.

براساس علائم متعددی که در اثر کمبود نیکل ایجاد می شود، (بیشتر در مهره داران خاکی) و نقش ضروری آن در آنزیم های متنوع در باکتری ها و گیاهان، ضروری بودن نیکل مورد قبول قرار گرفته است. ضرورت نیکل در سیانوباکترها، جلبکها و گیاهان آبی مربوط به نقش نیکل در متابولیسم اوره آز و هیدروژناز می باشد.

مقادیر کم نیکل برای تولید سلول های قرمز خون در بدن انسان نیاز می باشد، هر چند در مقادیر بالا تا حدودی می تواند سمی باشد. بنظر می رسد نیکل در کوتاه مدت مشکلاتی ایجاد نمی کند اما در طولانی مدت می تواند باعث کاهش وزن بدن، صدماتی به قلب، کبد، تحریک و حساسیت بالا شود. نیکل می تواند در آبزیان تجمع یابد اما حضور آن در طول زنجیره غذائی بزرگنمائی ایجاد نمی کند.  

نیکل برای طیف وسیعی از گونه های جانوری شامل موش ها، جوجه ها، خوک ها، گاوها و ضروری می باشد. اثرات کمبود آن شامل تاخیر در دوره های حاملگی، نازایی، آنمی، جوش صورت، کاهش در میزان هموگلوبین و هماتوکریت و کاهش فعالیت در چندین آنزیم می شود. بیماری کمبود Ni در انسان شناسایی نشده و احتمالا به علت اینکه Ni در غذاهای ویژه، بیش از حد نیاز بکار می رود، ضروری می باشد.

اغلب نمک های نیکل، که از طریق غذا وارد بدن می شوند، دفع می گردند. نیمه عمر نیکل حدود 11 ساعت است. مقدار طبیعی نیکل در بدن، به طور متوسط حدود 3/7 گرم بر کیلوگرم است. بیشترین غلظت نیکل در استخوان، ریه، کلیه و کبد دیده می شود (Merian 1992). سمی ترین ترکیب نیکل که اغلب در کارخانه ها مشاهده می شود، کربونیل نیکل است. مقادیر نیکل موجود در آب دریا 5/0-1/0 نانوگرم در لیتر است. سمیت نیکل به صورت آلرژی، سرطان و اختلالات تنفسی دیده می شود.

 EPA حداکثر غلظت مجاز نیکل را، 20 نانوگرم در کیلوگرم در روز و حداکثر میزان قابل تحمل روزانه را 2/1 میلی گرم در یک انسان 60 کیلوگرمی پیشنهاد کرده است.

وانادیوم:

وانادیوم به صورت طبیعی به مقدار 015/0 درصد در پوسته زمین وجود دارد. حد نوسان آن در محیط های آب شیرین بین 2/0 تا 100 میکروگرم در لیتر و در محیط های دریایی بین 2/0 تا 29 میکروگرم در لیتر تخمین زده  می شود. غلظت وانادیوم در زغال سنگ و نفت خام در محدوده یک تا 1000 میلی گرم بر کیلوگرم است. برآوردها نشان می دهد که هرساله حدود 65 هزار تن وانادیوم به وسیله عوامل طبیعی ( آتش فشان ها و … ) ‌در محیط زیست رها می شود. فعالیت های انسانی نیز (بویژه صنایع فلزی) هر ساله 200 هزار تن وانادیوم را به محیط وارد می کنند. 

وانادیوم معمولاً از منابع طبیعی و همچنین سوخت های فسیلی وارد محیط می شود و در آب، خاک و هوا برای مدت طولانی می ماند. از خصوصیات دیگر این عنصر آن است که در آب با عناصر و مواد دیگر ترکیب شده و به رسوبات نفتی می چسبد و به مقدار بسیار کمی در گیاهان یافت می شود، ولی از لحاظ عملکرد، شباهتی به ساختارش در بافت های حیوانی ندارد. در محیط های آبی، پایدار می باشد و در طولانی مدت اثر زیان آوری روی ارگانیسم های آبی به جای می گذارد.

حداقل دوز مجاز برای بزرگساران، 3/0-1/0 میلی گرم در روز توصیه می شود. مقادیر 100-15 میلی گرم آن در روز ممکن است سمی باشد که با علائمی نظیر: کم خونی، التهاب و تورم چشم، التهاب ریه ها، آب مروارید، کاهش حافظه، اسهال، کاهش اشتها و در انتها مرگ همراه است. در بیشتر موارد وانادیوم سبب تغییرات بیوشیمیایی در سلول می گردد.

امروزه دلایلی مبنی بر اهمیت وانادیوم برای گیاهان و حیوانات و میکروارگانیسم ها وجود دارد. از علائم کمبود وانادیوم می توان به بیماری قلبی، افزایش میزان تری گلیسرید، کاهش رشد، تخریب ساختار دندان و استخوان ها، کاهش پایداری و مقاومت درمقابل سرطان و همچنین کاهش عمر اشاره کرد.

تفلون چیست؟

تفلون نام تجاری "پلی تترافلوئورواتیلن"، همان محصول چند میلیارد دلاری شرکت دوپون است که در موارد گوناگونی، از ماهیتابه های نچسب گرفته تا لباسهای فضایی و دریچه های مصنوعی قلب، استفاده شده است. کشف آن ناشی از تصادفی بود که "روی ج. پلانکت" ( Roy.J. Plunkett) ، شیمیدان جوانی در شرکت دوپون که تنها دو سال قبل از روز سرنوشت ساز 6 آوریل سال 1938 ، دکترای خود را از دانشگاه ایالتی اوهایو گرفته بود، مشاهده کرد. در این روز دکتر پلانکت مخزنی از "تترافلوئورَ واتیلن گازی" ، باز کرد به این امید که سرد کننده ای غیر سمّی از آن تهیه کند. اما پلانکت و دستیارش جک ریبوک با شگفتی دیدند که گازی خارج نشد. پلانکت نمی توانست این پدیده را توجیه کند، چون وزن مخزن نشان می داد که باید پر از "فلوئوروکربن گازی" باشد.

پلانکت تصمیم گرفت به جای آنکه برای ادامه پژوهش در زمینه مواد سرد کننده ، مخزن را دور بیندازد و مخزن جدیدی بگیرد، کنجکاوی اش را در باره آن مخزن " خالی" ارضاء کند. وقتی سیمی به دریچه مخزن وارد کرد و مطمئن شد که اشکالی ندارد، مخزن را اره کرد و به درونش نگاهی انداخت. در آنجا گرد سفید مومی شکلی پیدا کرد و چون شیمیدان بود، فهمید که ممکن است این مشاهده چه معنایی داشته باشد.

مولکولهای تترافلوئورواتیلن گازی به حدی با یکدیگر ترکیب ( پلیمریزه) شده بودند که ماده جامدی تشکیل دادند. هیچ کس تا آن هنگام پلیمریزاسیون این ترکیب بخصوص را مشاهده نکرده بود، اما با این حال واکنش به نحوی در مخزن "خالی" مرموز صورت گرفته بود. چندی نگذشت که این کشف تصادفی و ویژگی های عجیب پلیمر به دست آمده، پلانکت و دیگر شیمیدانان شرکت دوپون را واداشت تا راههایی پیدا کنند که "پلی تترافلوئور واتیلن" را برحسب نیاز تولید کنند.

واقعاً هم که این گرد سفید مومی شکل ویژگیهای عجیبی داشت: از شن هم خنثی تر بود. نه تحت تأثیر اسیدها و بازی های قوی قرار می گرفت، نه حرارت. هیچ حلّالی هم آن را حل نمی کرد اما بر خلاف شن بسیار" لیز" بود. با وجود این ویژگی های جالب وغیرعادی، اگر جنگ جهانی دوم در نگرفته بود، چه بسا به دلیل گرانی این پلیمر جدید، تا مدتها بعد کار دیگری در زمینه آن صورت نمی گرفت. اما چند ماهی نگذشته بود که دانشمندانی که مشغول ساختن نخستین بمب اتمی بودند ، احیتاج به ماده ای پیدا کردند تا بتوانند از آن واشرهایی بسازند که در برابر گازِ بسیار خورنده هگزافلوئورید اورانیم، که برای تولید اورانیم 235 بمب مصرف می شد، مقاوم باشد.

از قضا سرهنگ لزلی ر. گرووز، مسئول بخش طرح بمب اتمی در ارتش ایالات متحده، از طریق آشنایانی که در شرکت دوپون داشت از پلاستیک جدیدشان که فوق العاده خنثی بود، خبردار شد. وقتی به گرووز گفته شد ممکن است این پلاستیک جدید گران تمام شود، پاسخ داد که در این طرح ، قیمت به هیچ وجه مطرح نیست. بدین ترتیب این پلیمر لغزنده در واشرها و دریچه ها به کار رفت، و واقعاً هم نسبت به ترکیب خورنده اورانیم مقاوم بود. شرکت دوپون در طی جنگ، تفلون را برای این کاربرد تولید کرد و عموم مردم تا بعد از جنگ هم چیزی درباره این پلیمر جدید نمی دانستند.




در واقع در سال 1960 بود که نخستین ماهیتابه ها و ظروف شیرینی پزی پوشیده از تفلون به بازار آمدند. این فرآورده های تفلونی مانند بسیاری از محصولات پلیمری جدید موقعی که نخستین بار به مردم معرفی شدند، چندان نتایج امیدوار کننده ای نداشتند. گرچه این پلاستیک به عنوان یک سطح خوراکپزی نچسب بسیار مناسب بود، اما به سختی به ظروف فلزی پیوند می شد، بنابراین در برابر شست و شوی زنان خانه داری که عادت داشتند دیگ و ماهیتابه هایشان را محکم بسابند، مقاوم نبود. پس از آنکه روشهای گوناگونی امتحان شدند و چهار نسل پوشش تفلونی به تولید رسیدند، دوپون در سال 1986 اعلام کرد سیلورستون سوپرای آنان دو برابر مقاومتر از نسل سوم سیلورستون است. در همین ضمن کاربردهای متعدد دیگری کشف شده بودند که دیگر پوشاندن ظروف خوراکپزی را نسبتاً بی اهمیت جلوه می دادند.


تفلون به طرق گوناگون بر زندگی میلیونها نفر در سراسر جهان داشته است.پلانکت می گوید آن قدر کسانی که ضربانساز یا سرخرگ آئورت تفلونی در بدنشان تعبیه شده و امروز جانشان نجات یافته است برایش نامه می فرستند و تلفن می کنند که به قول خودش نمی تواند از پس آنها برآید. چون تفلون از معدود موادی است که بدن ، آن را در هنگام پیوند رد نمی کند. از آن می توان در ساخت قرنیه های مصنوعی، استخوانهای جایگزین برای چانه، بینی، جمجمه، مفاصل ران و زانو، قطعات گوش، نای مصنوعی، دریچه های قلب، زرد پی ها، بخیه ها، مجاری صفراوی و دندانهای مصنوعی، استفاده کرد.

از تفلون در پوشش بیرونی لباسهای فضانوردان استفاده شده است. تفلون ماده عایق کننده سیمها و کابلهای برقی است که در برابر تابش شدید خورشید بر سطح ماه مقاومت کرده اند. مخروطه دماغه و دیگر سپرهای گرمایی سفینه های فضایی و نیز مخازن سوخت آنها از تفلون ساخته شده اند.

همه این کاربردهای مهم و ارزشمند، ثمره کشف بخت یارانه روی پلانکت بوده اند. آری، تصادفی بیش نبود، اما فقط به سبب کنجکاوی و ذکاوت مردی که این تصادف برایش اتفاق افتاد، به اکتشافی تبدیل شد.

اشاره
آنچه باعث شد اصلاً وظیفه ترکیب سرد کننده ای از فلوئور به روی پلانکت داده شود، خود اتفاق بخت یارانه دیگری بود. در سال 1928، "چارلزف. کترینگ" ( ملقب به "رئیس") از بخش مواد سرد کننده جنرال موتورز، جست وجو به دنبال سرد کننده بی خطری را آغاز کرد- ترکیبی که بی رنگ، بی بو، بی طعم، غیرسمّی و غیر آتشگیر باشد، تا جایگزین مواد سمّی و زیانمندی نظیر آمونیاک و دی اکسید گوگرد که در آن هنگام در یخچالها استفاده می شدند بشود. "توماس میجلی" و "آلبرت هن" پس از بررسی دقیق منابع و مراجع شیمی نتیجه گرفتند که گرچه گاه گزارش شده بود ترکیبات فلوئور سمّی اند، اما شاید برخی از ترکیبات فلوئوروکلردارکربن مناسب باشند.

برای آنکه میجلی و هن این گزارشها را تایید کنند، لازم بود نمونه هایی از کلروفلوئوروکربن های ساده تهیه و آنها را در آزمایش های جانوری امتحان کنند. آنان از یکی از انبارهای مواد شیمیایی تقاضای پنج بطری 30 گرمی تری فلوئورید آنتیموان کردند ( یعنی تمام ذخیره ای که از این ماده شیمیایی در ایالات متحده وجود داشت!). یکی از این پنج بطری را به طور اتفاقی برگزیدند و از آن برای تهیه کلروفلوئوروکربن استفاده کردند. یک خوکچه هندی را زیر ظرفی شیشه ای که ترکیب کلروفلوئوروکربن گازی در آن بود گذاشتند و دیدند که جانور به هیچ وجه تحت تأثیر گاز قرار نگرفت. این مشاهده گمان آنان را مبنی بر سمّی نبودن ترکیبات آلی فلوئوردار اثبات کرد.

شیمیدانان برای تأیید این آزمایش نمونه های دیگری از گاز کلروفلوئوروکربن را با استفاده از بقیه بطری های تری فلوئورید آنتیموان تهیه و همین آزمایش را روی خوکچه های هندی تکرار کردند. در همه این آزمایشها خوکچه ها مردند! بررسی دقیق تر نشان داد که در تمام بطری های تری فلوئورید آنتیموان جز یکی آب وجود داشت. آبی که در چهار پنجم نمونه ها بود منجر به تولید گاز مرگبار فسژن شد (کلرفسژن از کلرید آلی استفاده شده به همراه تری فلوئورید آنتیموان که ماده اولیه تهیه کلروفلوئوروکربن بود تأمین شد). بنابراین علت مرگ جانوران وجود فسژن بود.

اگر میجلی و هن تصادفاً در نخستین آزمایش جانوریشان شیشه ی تری فلوئورید آنتیموان خشک را انتخاب نمی کردند، چه بسا خیال استفاده از کلروفلوئوروکربن ها را به عنوان مواد سرد کننده ای از سر به در می کردند و گزارش های ( نادرست) قبلی را مبنی بر سمّی بودن این ترکیبات می پذیرفتند. اما سرمایه گذاری مشترک شرکت های جنرال موتورز و دوپون منجر به تأسیس بخش فرئون دردوپون برای تحقیق و توسعه شیمی کلروفلوروکربنها شد، و در آنجا بود که روی پلانکت تفلون را کشف کرد. 

منبع

واژگان شیمی تجزیه

معادل فارسی	تعریف	واژه لاتین
اسید سیستم حلالی	ماده ای که کاتیون حلال را می‌دهد.	salvent-system acid
باز سیستم حلالی	ماده ای که آنیون حلال را می‌دهد	solvent-system base
ماده آمفی پروتیک	ماده ای که می‌تواند به صورت یک اسید برونشتد عمل کند.	amphiprotic substance
خنثی کردن (شدن)	واکنش بین یک اسید و یا باز	neutralization
آبکافت	واکنش یک کاتیون یا یک آنیون با آب که PH را تحت تاثیر قرار می‌دهد.	hydrolysis
اثر یون مشترک	اثر ناشی از افزایش یک ترکیب روی یک سیستم در حال تعادل به طوری که ترکیب با ترکیب حاضر در سیستم ، در یک یون ، مشترک باشند.	common ion effect

ثابت تفکیکی آب‌	حاصلضرب غلظت +H و غلظت -OH در هر سیستم آبی در ۲۵ درجه سانتی‌گراد	dissociation constant of water
ثابت تفکیک اسید	ثابت تعادلی که به تعادل شامل یک اسید ضعیف و یونهای مشتق از آن در محلول آبی مربوط می‌شود.	dissociation constant of acid
ثابت تفکیک باز	ثابت تعادلی که به تعادل شامل یک باز ضعیف و یونهای مشتق از آن در محلول آبی مربوط می‌شود.	dissociation constant of base
درجه تفکیک	کسری از غلظت کل الکترولیت ضعیفی که در محلول آبی و در حال تعادل به شکل یونی باشد.	degree of dissociation
شناساگر اسید- باز	ترکیبی که با تغییر PH محلول ، رنگ آن تغییر می‌کند.	acid –base indicator
معادله هندرسون – هاسل باخ	معادله ای که محاسبه PH را میسر می‌سازد. {PH=PKa+Cog-{A-}/{HA که در آن ، PKa لگارییم منفی ثابت تفکیک اسید ضعیفی است که برای تهیه بافر مورد استفاده قرار گرفته است. {-A} غلظت یونها و {HA} غلظت مولکولهای اسید ضعیف است.	Hendrerson Hasselbalch equation
منحنی تیتراسیون	نموداری که نشان می‌دهد چگونه PH یک محلول در حین عمل تیتراسیون تغییر می‌یابد. PH در برابر حجم باز یا اسید اضافه شده رسم می‌گردد.	Titration Curve
نقطه پایانی	نقطه ای در تیتراسیون که شناساگر ، تغییر رنگ می‌یابد.	end point
نقطه هم‌ارزی	نقطه ای در تیتراسیون که مقدار هم‌ارزی از باز یا اسید به نمونه ای اسید یا بازی که تیتر می‌شود، اضافه می‌گردد.	equivalence point
PH	لگاریتم منفی (بر مبنای ۱۰) غلظت یونهای +H در محلول آبی	PH
PK	لگاریتم منفی (بر مبنای ۱۰) ثابت تعادل	PK
POH	لگاریتم منفی (بر مبنای ۱۰) غلظت یونهای -OH در محلول آبی	POH
آمفوتریسم	خاصیت هیدروکسید بعضی از فلزات که می‌توانند هم به عنوان اسید عمل کنند و هم به عنوان باز. مواد آمفوتر در آب نامحلولند.	amphoterism
اثر نمک	افزایش انحلال پذیری موادیکه کم محلولند. این افزایش به دنبال افزایش الکترولیت دیگر به محلول مشاهده می‌شود.	salt effect
ثابت ناپایداری	ثابت تعادل برای تفکیکی کامل یون کمپلکس به کاتیون فلزی و لیگاند. عکس این ثابت ، ثابت تشکیل نامیده می‌شود.	instability constant
حاصلضرب انحلال پذیری	ثابت تعادل برای سیستمی را گویند که شامل ماده ای کم‌محلول و در حال تعادل با محلول سیر شده نمکهایش است. این مقدار ثابت برابر حاصلضرب غلظت یونها است، به‌طوری که غلظتها به توان عددی که همان ضرایب معادله شیمیایی موازنه شده است، رسیده باشند.	solubility product
حاصلضرب یونی	مقداری است که از جایگزینی غلظتهای پیشنهاد شده در عبارتی مشابه عبارت حاصلضرب انحلال پذیری بدست می‌آید. با مطابقت دادن غلظت یونها با مقادیر پیشنهادی ، مقدار حاصلضرب یونی با مقدار ksp مقایسه می‌شود تا معلوم شود رسوب تشکیل می‌گردد یا نه. اگر حاصلضرب یونی از ksp باشد، رسوب تشکیل خواهد شد.	Ionic product
مول	مقدار ماده خالصی که عده واحدهای مستقل اصلی آن ، دقیقا برابر عده اتمهای موجود در ۱۲g کربن ۱۲ است. مجموعه ای که شامل عدد آووگادرو واحد مستقل باشد.	mole
حلال	جزیی از یک محلول که بیشترین مقدار موجود در محلول را دارد یا حالت فیزیکی محلول را مشخص می‌کند.	solvent
غلظت	مقدار ماده حل شده در مقدار معینی از محلول یا حلال	Concetration
ماده حل شده	ماده حل شده در حلال جزیی از یک محلول یا حلال.	solved substance
محصول	ماده ای که در یک واکنش شیمایی تولید می‌شود.	Product
معادله شیمیایی	نمایش یک واکنش شیمیایی با نمادها و فرمولهای عناصر و مواد مرکبی که در آن واکنش دخالت دارند.	Chemical equation
مولاریته	عده مولهای ماده حل شده در یک لیتر محلول	molarity
واکنش دهنده	ماده ای که در واکنش شیمیایی مصرف می‌شود.	reactant
تیتراسیون	فرایندی که در آن ، یک محلول استاندارد با محلولی با غلظت نامعلوم واکنش داده می‌شود تا غلظت محلول مجهول تعیین شود.	titration
رسوب کردن	تشکیل یک ماده نامحلول (موسوم به رسوب) در مخلوط یک واکنش به حالت محلول	precipitate
محلول استاندارد	مخلولی که غلظت ماده حل شده در آن ، دقیقا معین است.	Standard solution
نرمالیته	عده اکی والانهای جسم حل شده در یک لیتر محلول	normality
نمک	ترکیبی که از واکنش یک اسید و یک باز بدست می‌آید. این ترکیب شامل یک کاتیون از باز و یک آنیون از اسید است.	salt
نمک اسیدی	نمکی که از خنثی شدن ناکامل یک اسید چند پروتونی بدست می‌آید. آنیونهای این نوع نمکها ، یک یا چند هیدروژن یونش پذیر اسید اولیه را نگه داشته‌اند.	acidic salt
نمک خنثی	نمک حاصل از خنثی شدن کامل یک اسید چند پروتونی که در آن ، تمام پروتونهای اسید خنثی شده است.	neutral salt
وزن هم‌ارز	مقداری معین از هر ماده که بر اساس واکنش مورد بررسی ، به گونه ای محاسبه می‌شود که یک هم‌ارز از یک واکنش دهنده دقیقا با یک هم‌ارز از واکنش دهنده دیگر واکنش دهد.	equivalent weight
یون هیدرونیوم	یونی که از یک پروتون و یک مولکول آب تشکیل می‌شود و دارای فرمول +H۳O است.	Hydronium ion
بهره نظری	بیشترین مقدار محصولی که می‌توان از یک معادله شیمیایی بدست آورد و محاسبه آن با استفاده از نظریه استوکیومتری بر مبنای معادله شیمیایی واکنش باشد.	Theoretical yield
بهره درصدی	بهره واقعی تقسیم بر بهره نظری ضرب در ۱۰۰	percent yield
بهره واقعی	مقدار محصول بدست آمده از یک واکنش شیمیایی	actual yield

منبع

اثر حرارت بر آب

با تشکر از خانم  مهندس ترکاشوند

اسید فسفریک

فسفریک اسید از جمله پرمصرف ترین مواد شیمیایی در صنعت است. به عنوان ماده افزودنی در نوشابه های گازدار کاربرد دارد و در تولید کودهای شیمیایی، پاک کننده های صابونی و غیر صابونی،تصفیه آب،خوراک دام و دارو سازی، مکملهای غذای دام و طیور(دی و منو کلسیم فسفات) ،  مواد فسفاته شوینده ها ،تصفیه پسابها ، تولید کودهای فسفاته(مهمترین)، ضد حریق کردن برخی سطوح و عوامل بازدارنده اشتعال، ونیز جهت تمیز کردن و جرم گیری سطوح فلزی به کار می رود. فسفریک اسید خوراکی را از افزودن آب به P4O10 می سازند. اسید فسفریک اسید ضعیفی است و در شرایط عادی و مدت زمان کوتاه آنقدر نمیتواند خطرساز باشد .

کاربرد در صنایع غذایی
از اسید فسفریک در تولید غذاهای اسیدی و نوشابه های گازدار مانند انواع کولاها استفاده می‌شود. بکارگیری این ماده سبب دادن طعم تندی به غذا شده، و از آنجا که ماده شیمیایی با تولید انبوه است، با قیمتی ارزان و حجمی فراوان در دسترس میباشد. همانطور که ذکر شد، قیمت پایین و حجم زیاد تولید این ماده، آنرا در مقایسه با طعم دهنده های طبیعی نظیر زنجبیل برای دادن طعم تندی، یا اسید سیتریک که از لیمو (lemon) و عصاره لیموترش (lime) که برای دادن طعم ترشی بکار میرود، در رتبه بالاتری قرار داده است.

کاربرد در مواد پاک کننده
در تولید پاک کننده ها اسید فسفریک برای نرم کردن آب بکار می رود.آب نرم بدون یونهای کلسیم (II) و منیزیم (II) که آب سخت را تشکیل می دهند،اگر ازبین نروند تشکیل آب سخت را می دهند که این یونها با صابون تشکیل رسوبات غیر قابل حل می دهند که سبب لکه بروی لباس ها در هنگام  شستشو می شوند.نمکهای فسفات از اسید فسفریک بطور وسیع در پاک کننده هابعنوان(builder) بکار می رود.بیشتر گستره ترکیبات فسفر درمخلوط پاک کنندهای جامد است که سدیم تری پلی فسفات یکی از آنهاست.Na5P3O10 ،بعنوان نرم کننده آب ،سدیم تری پلی فسفات با کلسیم (II) و منیزیم (II) یوند برقرار می کندو تشکیل اجزاء محلول را می دهد که کمپلکس یا کلیت است.این کمپلکس ها از واکنش کلسیم (II)  و منیزیم (II) با صابون ممانعت بعمل می آورندتا رسوب ایجاد نشود.

کاربرد در زدودن زنگ آهن
از اسید فسفریک میتوان مستقیماً برای زدودن زنگ آهن (اکسید آهن III) از ابزارهای آهنی یا فولادی و تبدیل آهن به فسفاتهای محلول در آب استفاده نمود. پس از زدودن زنگ آهن فسفات آهن تولید شده تبدیل به ترکیب فسفات آهن سیاه شده که خود به عنوان عامل جلوگیری از خوردگی میتواند مورد استفاده قرار گیرد. اسید فسفریک به عنوان کاتالیت در صنایع پتروشیمی کاربرد دارد.

کاربرد در پزشکی
از اسید فسفریک در دندانپزشکی و اورتودنسی به‌عنوان عامل قلم زنی (Etching) جهت تمیز کردن و زبر کردن سطح دندان خصوصاً در جاهایی که از اسباب و وسایل دندانپزشکی استفاده شده، بکار میرود. همچنین از اسید فسفریک به‌عنوان کاتالیست در ساخت آسپیرین بخاطر داشتن یون هیدروژن فراوان و آلایندگی کمتر در مقایسه با اسید کلریدریک و سولفوریک استفاده می‌شود.

کاربرد در کشاورزی
بیشتر اسید فسفریک در تولید کود بکار می رود.فسفر یکی از عناصر ضروری برای رشد گیاهان محسوب می شود.فسفاتهای آلی ترکیباتی هستند که انرژی لازم برای بیشتر واکنشهایی که در سلولهای زنده اتفاق می افتند را مهیا می کنند.بنابراین خاکهای غنی با کودهای فسفاتی رشد گیاهان را بالا می برند. افزایش غلظت فسفات در سطح آبها همچنین رشد گیاهان آبزی را بالا می برد.اضافات کودهای شیمیایی می توانند باعث تحریک رشد گیاهان در آبهای دریاچه ها و آبهای جاری بشوند.آب فاضلاب ها که شامل فسفات است می تواند تاثیر یکسانی داشته باشد.
دریاچه ها که از مواد مغذی غنی هستند از افزایش سرعت Eutrophication(انباشتگی خوراک آبی) تلف می شوند. وقتی گیاهان آبزی با این شرایط مغزی بودن محیط رشد می کنند پس از مدتی خواهند مرد. حال این گیاهان مرده برای تجزیه اکسیژن حل شده در آب را مصرف می کنند. این مصرف سطح اکسیژن حل شده را کاهش می دهد تا نقطه ای که برای حمایت حیوانات آبزی کافی نیست. برای کاهش تهدید Eutrophication دریاچه بسیاری از مناطق دارند فسفات ها را از پاک کننده ها حذف می کنند. در بعضی از موارد فسفاتها جای خودشان را با کربناتها عوض می کنند. به عبارت دیگر پاک کنندهای جدید به گونه ای تهیه می شوند که با کلسیم (II) و منیزیم (II)  یونهای سخت آب واکنش ندهند.

روشهای تولید اسید فسفریک در صنعت

روش تر(Wet process): در اثر اضافه کردن اسید سولفوریک روی فسفات کلسیم بدست می آید. طبق واکنش زیر:

در این روش کانیهای فسفات را با اسید سولفوریک ترکیب می کنند، علاوه بر تولید اسید فسفریک و برخی فسفاتها که ترکیبات اصلی هستند، سایر ترکیبات (CACO3CAF2)هم تولید می‌شوند، از طرف دیگر واکنشهایی که در آن با از بین رفتن اسید سولفوریک ، ترکیباتی تولید می‌شود که از نظر تجاری کم اهمیت هستند (واکنشهای پارازیتی)، یونهای مزاحمی تولید شده و باعث آلودگی مخلوط ها می‌شوند .

روش حرارتی(خشک)Thermal process:
این روش شامل احتراق فسفر و هیدراسیون P4O10  می‌باشد. مخلوط فسفر مایع و هوا به محفظه احتراق که شبیه برج است تزریق شده و با انجام واکنش اکسیداسیون فسفر،   تولید می‌شود. جنس محفظه احتراق نوعی فولاد مخصوص است که با H3PO4  غیرفعال شده است.  P4O10 به دست آمده را در برج بعدی هیدراته می‌کنند و بخارات باقیمانده  P4O10 را ، واحد شستشو به اسید فسفریک رقیق تبدیل کرده و به عنوان افشان در پایین آوردن دمای برج اول استفاده می‌شود.

روش های تولید در ایران
در ایران از اثر اسید سولفوریک بر کانیهای آپاتیتی اسید فسفریک تولید می شود . از آنجا که فسفر وآرسنیک در یک گروه(گروه 5) جدول شیمیایی (تناوبی) قرار دارند و در طبیعت نیز به احتمال زیاد در کانیهای مختلف با هم وجود دارند و فقط در درصد خلوص انها اختلاف می باشد.
چنانکه میدانید آرسنیک از عناصر سمی و کشنده به شمار می آید و وجود آن در کانیهای آپاتیتی که اسید فسفریک از آنها تهیه میشود و غالبا در صنایع خوراک دام و بهداشتی مصرف میگردد خطری مهم محسوب میگردد. البته روشهای تولید اسید فسفریک مثل احتراق فسفر خالص این مشکل را حل نموده اما قیمت تمام شده بسیار بالاتر از بهره گیری از کانی های آپاتیتی است. فلوئور یکی دیگر ازموادی است که سمیت دارند و جزء لاینفک کانی های آپاتیتی است. 

مرجع

مروری بر سیستم سوخت رسانی گاز فشرده

مروری بر سیستم سوخت رسانی گاز فشرده

تکامل و بهره گیری از موتورهای احتراق داخلی با چنان سرعتی صورت پذیرفته است که امروزه مهمترین ابزارهای تولید قدرت محسوب می شوند. اما عواملی مانند آلودگی محیط زیست به وسیله آلاینده های خروجی این موتورها و نیز به پایان رسیدن منابع نفت کره زمین در آینده نه چندان دور، ابهاماتی را فراروی استفاده از موتورها پدید آورده است. در راستای تأمین منابع جدید انرژی و توجه به مسائل آلودگی محیط زیست و استفاده بهینه از منابع سوخت موجود، موضوع استفاده از سوخت های جایگزین در موتورهای احتراق داخلی هر روز پراهمیت تر می شود.

یکی از سوخت های شناخته شده و جایگزین در این زمینه، گازطبیعی ( natural gas) است که به علت وجود منابع زیاد، می تواند پاسخی بر نگرانی های موجود باشد.

گازسوز کردن موتورهای درون سوز از همان بدو اختراع این موتورها مدنظر مخترعان آنها بوده است، به طوری که هم دیزل و هم اتو از سوخت گازی به عنوان سوخت اصلی موتورهای خود نیز استفاده نموده اند. امروزه مسأله گازسوز کردن موتورها ی احتراق داخلی، با روند فزاینده ای دنبال می شود.

در حال حاضر ۳۰ درصد سازندگان موتورهای احتراق داخلی، موتورهای گازسوز نیز تولید می کنند و بیش از پنج درصد خودروهای جهان نیز از سوخت گاز استفاده می نمایند.

هر چند که گازسوز کردن موتورهای احتراق داخلی امروزه در بعضی از کشورهای دنیا با موفقیت به انجام رسیده است، اما کار نظری و تحقیقاتی در این زمینه هم چنان ادامه دارد.

• انواع سوخت های گازی متداول

یکی از بهترین سوخت های جایگزین، سوخت گازی می باشد. این نوع سوخت ها در بعضی از مناطق جهان به میزان کافی در دسترس هستند و استفاده از آنها اقتصادی می باشد و نیز این سوخت ها مزایای جانبی دیگری نیز هم چون کاهش آلودگی محیط زیست به همراه دارند. سوخت های گازی متداول عبارتند از:

۱- گازطبیعی صنعتی Synthetic Natural Gas

۲- گازطبیعی مایع Liquid Natural Gas

۳- گازطبیعی متراکمCompressed Natural Gas

۴- گازنفتی مایع Liquified Petroleum Gas

۵- بیوگاز Bio Gas

علت اشاره به بیوگاز این است که آزمایش هاو تحقیقات موفقیت آمیزی برای به دست آوردنCNG از بیوگاز صورت گرفته است.

• گازطبیعی فشرده

عناصر اصلی تشکیل دهندهCNG متان و تا حدی اتان است و همیشه به صورت گازی می باشد. از آن جا که در فشار اتمسفر انرژی موجود در گاز نسبت به حجم آن پایین است، بنابراین به منظور استفاده از این سوخت در قوای محرکه باید متراکم گردد تا انرژی کافی برای به حرکت درآوردن در آن ذخیره شود. بنابراین برای بهره گیری از گازطبیعی باید انرژی آن در واحد حجم به حدی برسد که مخزن موجود در خودرو بتواند برای طی مسافت معقولی کفایت نماید. لذا با متراکم نمودن گازطبیعی، گاز CNG حاصل می شودکه حتی در فشارهای بالا نیز به صورت گاز باقی می ماند.

• مزایا ومعایب استفاده از سوخت های گازی

در بیان برتری سوخت های گازی می توان به مزایای زیر اشاره نمود:

۱- سوخت های گازی ارزان هستند و هم چنین ذخایر کشف شده آنها برای سال های متمادی پاسخگوی احتیاجات خواهند بود.

۲- به لحاظ بالا بودن عدد اکتان سوخت های گازی، این سوخت ها از خاصیت ضدکوبش بهتری برخوردارند و احتراق کامل به وسیله آنها امکان پذیر است.

۳- از آنجا که سوخت های گازی فاقد خاکستر ومواد زائد هستند واحتراق آنها کاملتر است، انتظار می رودکه آلودگی هوا کمتر شود.

۴- در هنگام استارت موتور در حالت سرد، سوخت های گازی بهتر عمل می کنند (درموتورهایی که صرفا گازسوز می باشند)، زیرا برخلاف سوخت های مایع نیازی به تبخیر آنها نیست.

ضمنا استفاده از سوخت های گازی، محدودیت ها و معایبی را نیز به همراه دارد که از آن جمله عبارتند از:

۱- مخزن گاز جای اضافی اشغال می کند و بر وزن کل خودرو می افزاید.

۲- محدوده عملکرد خودروها را محدود می سازد، ولی با توجه به این که در خودروهای بنزینی، گازسوز کردن خودور بدون هیچ گونه تغییری روی موتور صورت می پذیرد، می توان با استفاده از هر دو نوع سوخت به صورت بهینه، محدودیت ها را کاهش داد.

۳- قدرت خروجی موتور و راندمان حرارتی آن کاهش می یابد.

۴- این نوع موتورها (دوگانه سوز) که با کیت های مربوط همراه هستند، هزینه اول تقبل شده توسط خریدار را افزایش می دهند.

۵- در حال حاضر به لحاظ این که مراکز سوخت رسانی، کم می باشند، مشتری در استفاده از این نوع خودروها دچار مشکل می شود.

• معرفی اجزای مکانیکی سیستم سوخت رسانی گاز فشرده

اجزای سیستم سوخت رسانی گازفشرده به شرح زیر خلاصه می شوند:

مجموعه پرکن از بیرون و متعلقات - Rehueling Valve and related Part

پرکن یاشیر سوخت گیری وسیله ای است که از طریق آن سوخت به داخل لوله ها و مخازن گاز وارد می گردد.این قطعه همانند یک شیر یک طرفه عمل می کند و از برگشت گاز به سمت نازل سوخت گیری جلوگیری می نماید. این شیر می تواند در محفظه موتور یا به روی بدنه خودرو نصب گردد که در این صورت به آن پرکن از بیرون گفته می شود. محل نصب پرکن نباید در نزدیکی باطری باشد و باید به خوبی به بدنه محکم شود. ضمنا پرکن باید دارای درپوشی مناسب برای جلوگیری از ورود گردو غبار و ذرات خارجی باشد.

مجموعه مخزن گازطبیعی - CNG Cylinder

در حال حاضر با توجه به محدودیت حجم خودروها و لزوم کاهش فضای مورد نیاز، جایگاه های سوخت گیری گازطبیعی، سه روش برای ذخیره گازطبیعی موجود می باشد. بهترین این روش ها، روشی است که با صرف حداقل هزینه، فضا و وزن ممکن، مقادیر بیشتری از این گاز را با ایمنی بیشتر ذخیره نماید. فشرده کردن گازطبیعی و ذخیره ی آن در دمای محیط و فشار بین۲۰۷بار الی۲۵۰بار در مخازن تحت فشار یکی از رایج ترین روش ها می باشد. این مخازن اغلب به شکل استوانه ای می باشند و باید در محل مناسبی در خودرو و به دور از ضربات احتمالی نصب گردند که به طور معمول در خودروهای سواری مخازن در صندوق عقب خودرو یا در زیرخودر نصب می گردند.

شیریکطرفه - Non- Return Valve

این شیر در مسیر بین لوله های پرکن تا مخازن و در نزدیکی مخازن نصب می گردد تا در صورت بروز مشکلی در این مسیر یا شکستن لوله بین پرکن تا مخازن از برگشت گاز از مخازن جلوگیری نماید.

شیرسر مخزن - CNG Cylinder Valve

این شیر به صورت دستی است و روی مخزن نصب می گردد. توسط این شیر می توان جریان گاز به داخل مخزن یا از مخزن به خارج آنرا مسدود نمود.

لوله های فشار قوی گاز و اتصالات مربوط Hp Pipe با توجه به فشار بالایی که در سیستم وجود دارد، لوله و اتصالات به کار رفته در این سیستم همگی از نوع فولادی هستند و برای آب بندی مناسب از اتصالاتی که مجهز به ممگیهای تکی یا دوبل هستند استفاده شده است که قادر به تحمل فشارهای بالا می باشند.

شیردستی سرویس Manual Valve

این شیر در قسمت محفظه موتور و قبل از رگولاتور قرار می گیرد. وظیفه این شیر مقطع کردن جریان گاز به صورت دستی در هنگام تعمیر قطعات پایین دست است.

فشار سنج Gas Manometer

توسط این فشار سنج می توان فشار گاز داخل مخازن و سیستم را مشاهده کرد که به طور معمول بین صفر تا دویست و پنجاه بار درجه بندی شده است.

رگولاتور Regulator

رگولاتور در سیستم کیت گاز وظیفه کاهش فشار گاز را برعهده دارد واین کاهش فشار به طورمعمول دو یا سه مرحله داخل رگولاتور با استفاده از دیافراگم هایی، خنثی می شود. با توجه به کاهش فشار گاز در مراحل مختلف رگولاتور به همراه آن کاهش دما، این حلقه باید مجهز به سیستم جبران دما باشد تا از یخ زدگی آن جلوگیری شود. به همین دلیل از لوله های آب گرم رادیاتور برای گردش آب گرم استفاده می شود.

ریل انژکتور Gas Distributor

انژکتورها به طور معمول برروی یک بلوکه نصب می گردند و از طریق این بلوکه گاز ورودی آنها تأمین می شود. ریل انژکتور باید در نزدیکترین مکان ممکن نسبت به محل ورود سوخت موتور نصب گردد و طول تمامی لوله های خروجی از ریل انژکتور که به نازل ها متصل می گردند باید یکسان باشند.

نازل ها Gas Nazzles

نازل ها لوله هایی هستند که دارای قطر داخلی مشخصی می باشند و برروی منیفولد هوا یا سرسیلندر نصب می شوند. وظیفه آن رساندن سوخت به نزدیکترین محل در پشت سوپاپ ورودی هر سیلندر می باشد.

• معرفی اجزای الکترونیکی سیستم سوخت رسانی گازفشرده

اجزاء الکترونیکی سیستم سوخت رسانی گازفشرده را می توان به شرح زیر خلاصه نمود:

جعبه کنترل الکترونیکی ECU

این سیستم دارای یک جعبه کنترل الکترونیکی به صورت مجزا نسبت به حالت بنزینی می باشد.

ادوانسر Timing Advance Processor

به دلیل این که ماهیت سوخت به صورتی می باشد که نسبت به بنزین دارای احتراق کندتری است، بنابراین در خودروهای دوگانه سوز، زمانی که راننده سوخت گاز را انتخاب می نماید، باید سیستم جرقه ادوانس شود، لذا از چنین قطعه الکترونیکی استفاده می گردد که فرمان خود را از سنسور فلایویل دریافت می نماید.

امولاتور Emulator

درموتورهای دوگانه سوز، زمانی که راننده حالت گاز را انتخاب می کند، باید انژکتورهای بنزین از مدار خارج شوند تا سوخت بنزین به داخل موتور تزریق نگردد. این وظیفه برعهده ی امولاتور است که یک قطعه الکترونیکی می باشد.

سنسورها Sensors

این سنسورها اطلاعات خاصی را ثبت می کنند و به عنوان ورودی های ECU ارسال می نمایند.از جمله آنها می توان به سنسورهای فشار گاز ورودی رگولاتور، دمای گاز ورودی موتور، فشار گاز ورودی موتور و … اشاره کرد.

کلید تبدیل سوخت Fuel Change Over Switch این کلید به صورت یک مبدل برای تغییر نوع سوخت مصرفی استفاده می شود .

نقش رسوب دهنده های الکترواستاتیکی(ESP )در کنترل آلودگی هوا(Ele

نقش  رسوب دهنده های الکترواستاتیکی(ESP  )در کنترل آلودگی هوا(Electrostatic precipitator)

از مشکلات اساسی آلودگی هوا ناشی از صنایع وجود ذرات معلق است که از دودکش صنایع خارج شده و وارد هوا م شود . این مسئله در بسیاری از صنایع وجود دارد . سازمان بهداشت جهانی و سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا قوانین مربوط به انتشار ذرات معلق را وضع کرده اند لذا صنایع برای مقابله با این مشکل با وسایل مختلف کنترل واکنش نشان داده اند . یکی از وسایل عمده جمع آوری ذرات معلق که امروزه به کار م رود رسوب دهنده های الکترو استاتیکی است

آنها م توانند حجم زیاد گاز را با محدوده وسیعی از دما های ورودی –فشار – حجم غبار و شرایط گاز اسیدی را مهار کرده و ذرات را در محدوده وسیعی از اندازه با راند مان جمع آوری 99% مورد جدا سازی قرار دهند. برای آشنایی با کار رسوب دهنده های الکترو استاتیکی باید چگونگی عملکرد قوانین فیزیکی را در آن بررسی کرد.

تئوربی ترسیب :اصولا هر ذره بار مثبت یا منفی داشته و یا م توان به ان بار مثبت یا منفی داد. چنانچه به تمام ذرات در یک جریان گازی بار منفی داده شود و در مسیر حرکت یک جریان گازی یک صفحه متصل به زمین که بار مثبت دارد قرار بگیرد ذرات دارای بار منفی به سمت صفحه دارای بار مثبت حرکت کرده و گرفتار خواهند شد ذرات سریعاً رویه صفحه جمع شده و یک لایه غبار را تشکیل م دهند . لایه های غبار روی هم انباشته م شوند تا توسط زدن یک ضربه به صفحه و یا به وسیله شستن صفحه با یک مایع از روی صفحه جدا شوند

باردار کردن ذرات:در هر ESP از الکترودهایی استفاده م شود که م توانند الکتریسیته را هدایت یا منتقل کنند.یک جریان منفی مستقیم با ولتاژ بالا که دارای تناوب م باشد به الکترود تخلیه متصل م شود تا یک میدان الکتریکی منفی را به وجود آورد.

این میدان به سه ناحیه تقسیم م شود :

1-قویترین میدان دقیقاً در مجاورت الکترود تخلیه م باشد.

2- میدان در ناحیه ی بین الکترود های تخلیه و جمع آوری ضعیفتر است و ناحیه بین الکترودی خوانده م شود.

3-ضعیفترین میدان نزدیک الکترود رسوب دهنده است.

ناحیه اطراف الکترود تخلیه جایی است که فرایند باردار کردن ذرات آغاز م  شود .

 تخلیه (تولید الکترون آزاد):چندین حادثه خیلی سریع در ناحیه کوچکی در اطراف الکترود تخلیه رخ می دهد . ولتاژ اعمال شده افزایش داده می شود تا یک تخلیه را ایجاد نماید که م تواند مثل یک نور آبی درخشان در اطراف الکترود مشاهده شود . الکترون های آزاد به وجود آمده از میدان الکتریکی منفی که آنها را دفع می کند .سریعا می گریزند و الکترون ها هر چه سریعتر از الکترود تخلیه دور می شوند. این شتاب گرفتن موجب می شود که الکترون های آزاد دانه به دانه به ملکولهای گاز برخورد کنند و الکترون ها ی درون ملکولها را از بین ببرند.

به علت نابودی یک الکترون ملکولهای گاز دارای بار مثبت می شوند. پس از این مرحله ملکولهای گاز یونیزه می شوند و الکترون های آزاد بیشتر و بیشتر  یون های مثبت فراوان تری به وجود می آورند.

ملکولهای گازی دارای بار مثبت به طرف الکترود های تخلیه منفی عقب کشیده می شوند. گر چه ملکولها هزاران مرتبه بزرگتر از الکترون های کوچک می باشند و کند حرکت می کنند اما می توانند سرعت بگیرند و به طرف الکترود های تخلیه فلزی کشیده شده و به آن برخورد کنند.

جمع آوری ذره : وقتی یک ذره باردار به الکترود جمع آوری کننده متصل به زمین رسید بار روی زره فقط تا حدودی تخلیه می شود . بار به آهستگی به صفحه جمع آوری کننده نفوذ می کند بخشی از بار باقی می ماند و بر نیرو های چسبندگی و پیوستگی بین ملکولی که ذره را بر روی صفحه نگه می دارد تاثیر می گذارد . این نیرو های چسبندگی موجب می شوند ذرات به سطوح غیر مشابه شان روی یکدیگر نگه داشته شوند.

حذف ذره : گرد و غباری که در یک ضخامت معین بر الکترود جمع آوری کننده تجمع یافته است بسته به نوع الکترود جمع آوری کننده به وسیله یکی از دو فرایند زیر حذف می شوند:

1-در الکترود های جمع آوری کننده لوله ای شکل فرایند حذف معمولا بوسیله ی پاشیدن آب انجام می شود.

2- در الکترود های جمع آوری صفحه ای فرایند حذف توسط ضزبه زدن با یک وسیله مکانیکی انجام خواهد گرفت. 

مرجع

تکنولوژی DMD / DMC (مرکاپتان زدایی از محصولات پالایشی)

با استفاده از این فرایند می‌توان CS2 , D2S , COS و مرکاپتانهای موجود در محصولات میان تقطیر از قبیل نفتا، بنزین و LPG و همچنین نفت خام و میعانات گازی را حذف نمود. این تکنولوژی بسته به میزان و نوع مرکاپتانهای موجود در خوراک انواع متفاوتی دارد. بنابراین، با توجه به کاهش گوگرد و مرکاپتان در مشخصات محصولات نفتی و نفت خام و میعانات گازی مورد نیاز در بازارهای داخلی (جهت مصرف) و بازارهای خارجی (جهت صادرات) نیاز به این چنین فرایندهایی در صنعت نفت و صنایع مرتبط را اجتناب‌ناپذیر می‌نماید.
این فرایند شامل مراحل زیر می‌باشد:
1- استخراج CS2 , D2S , COS و مرکاپتانهای سبک
در این مرحله، CS2 , D2S , COS موجود در خوراک یک برج Prewash و توسط محلول کاستیک از خوراک جدا می‌شوند و مرکاپتانهای سبک نیز در یک برج استخراج (Extractor) با استفاده از محلول کاستیک استخراج می‌شوند.

2- اکسیداسیون مرکاپتانهای سنگین
مرکاپتانهای سنگین موجود در خوراک توسط کاستیک استخراج نمی‌شوند، ولی به راحتی اکسید شده و به دی‌سولفید تبدیل می‌شوند. بنابراین خوراک حاوی مرکاپتانهای سنگین پس از مرحله استخراج، وارد یک راکتور اکسیداسیون (Demercaptanization Reactor) شده و در این راکتور، مرکاپتانهای سنگین خوراک، در حضور هوای غنی از اکسیژن (هوای 60 درصد وزنی اکسیژن) و محلول کاستیک و کاتالیست IVKAZ، تبدیل به دی‌سولفید می‌شوند. دی‌سولفید تولیدی در این مرحله، بدون خاصیت خورندگی یا بوی بد در خوراک باقی می‌ماند.

3- بازیابی (Regeneration) کاستیک مصرفی در مرحله استخراج
در این فرایند، کاستیک مصرفی در مرحله استخراج مرکاپتانهای سبک نیز در مرحله Regeneration در حضور هوا و محلول کاتالیست IVKAZ اکسید شده و مرکاپتانهای موجود در کاستیک به دی سولفید تبدیل و از محلول کاستیک جدا می‌شود. کاستیک بازیابی شده در این مرحله استخراج مرکاپتانها بازگردانده می‌شود.
در گذشته، نیاز به چنین واحدهایی را تنها تکنولوژی‌های متعلق به شرکت‌های UOP آمریکا و IFP فرانسه مرتفع می‌کردند. ولی تکنولوژی DMD / DMC در مقایسه با تکنولوژیهای مشابه فوق مزایایی به شرح زیر دارد:
1- کاتالیست مورد استفاده در این فرایند، کاتالیست هموژن IVKAZ می‌باشد که در مقایسه با کاتایست‌های مشابه UOP و IFP پایداری بیشتری دارد.
2- در این فرایند، به دنبال حذف H2S ترکیب سمی و مضر Na2S در پساب خروجی از واحد ظاهر می‌شود. تکنولوژی‌های مشابه IFP و UOP بدون هیچگونه اقدامی حذف و یا خنثی‌سازی این ترکیب، Spent Caustic خروجی از واحد را به محیط زیست می‌فرستند، ولی در تکنولوژی DMD / DMC بر اساس فرایند Serox سولفید سدیم خطرناک به نمک‌های خنثی سولفات و تیوسولفات سدیم تبدیل می‌شوند. بنابراین فرایند ِDMD/DMC به همراه فرایند Serox توانایی حذف ترکیبات گوگردی سمی و خطرناک از خوراک، بدون تولید پساب خطرناک و بدون هیچگونه خطر زیست محیطی، را دارد.  

مرجع

LPG) Liquefied Petroleum GAS )

گاز مایع LPG) Liquefied Petroleum GAS ) گاز مایع که بصورت مخفف LPG نامیده می شود معمولاً عمدتاً از دو ترکیب هیدروکربنی پروپان و بوتان با فرمول شیمیایی C4H10, C3H8 تشکیل شده است. بوتان خود شامل دو ترکیب ایزوبوتان ونرمال بوتان است. LPG که معمولاً در برخی نقاط دنیا به نام ترکیب عمده آن، پروپان، نیز شناخته می شود بعنوان محصول فرعی فرآیندهای تصفیه و تولید گاز طبیعی و پالایش نفت خام تولید می شود. LPG در آمریکا عمدتاً از 90% پروپان، 5/2% بوتان و هیدروکربنهای سنگین و مقدار کمی نیز اتان و پروپلین تشکیل شده است. گاز مایع فاقد رنگ، بو و مزه است و بطور کلی زیان آور نیست ولی در صورتیکه حجم زیادی از آن استشمام گردد باعث بیهوشی خواهد شد. به منظور آگاهی از نشت گاز مایع ترکیبات گوگرد دار بنام مرکاپتان شامل "اتیل مرکاپتان" و "متیل مرکاپتان" به گاز مایع افزوده می شود. LPG در شرایط فشار و دمای عادی بصورت گاز است و تحت فشار atm10-8 ، اجزا آن به مایع تبدیل می شود. بنابراین نگهداری و حمل و نقل این محصول به سادگی امکان پذیر است. البته ترکیبات LPG برای مکانهای مختلف و در فصول مختلف متفاوت است. برای مثال گاز مایع ارائه شده به مصرف کنندگان در ایران در فصول مختلف بین (90-50) درصد بوتان و (50-10) درصد پروپان و تا 2% ترکیبات سنگین تر مثلاً پنتان دارد. به علت کیفیت سوخت گاز مایع LPG و کاهش انتشار آلاینده ها، استفاده از این سوخت در جهان به صورت فزاینده ای مورد توجه بوده و در کشورهای مختلف مانند ایتالیا (با 1500000 خودرو)، ژاپن، امریکا، انگلیس استفاده از این سوخت جایگزین مورد حمایت و تشویق دولتها می باشد. مزایای LPG شامل در دسترس بودن ( درکشورهای تولید کننده)، ایمنی، نیاز به تغییرات جزیی در موتور خودروها و بازدهی مناسب سوخت می باشد. جهت مایع نمودن، این گاز در فشار حدود 8 تا 10 اتمسفر در مخازن فلزی با استحکام مناسب ذخیره می شود. چون این مخازن مجهز به شیر قطع جریان در صورت نشت از خطوط انتقال سوخت هستد استفاده از آنها ایمن تر از بنزین می باشد. LPG به موتور محفظه احتراق به صورت بخار وارد می شود، لذا روغن را از دیواره سیلندرها نمی شوید، یا در شرایط سرد بودن موتور، روغن را رقیق نمی کند. همچنین، مواد آلاینده مانند اسید سولفوریک، یاذرات کربن را وارد روغن موتور نمی نماید. بنابراین موتورهایی که با سوخت گاز مایع کار می کنند هزینه تعمیرات و نگهداری کمتری خواهند داشت. چون LPG دارای عدد اکتان بالا حدود (RON=105) می باشد قدرت موتور یا بازدهی سوخت بدون افزایش ضربه در موتور، با افزایش ضریب تراکم قابل افزایش است. معایب LPG: در مقایسه با بنزین، LPG دارای محتوای انرژی (energy content) کمتر است، لذا مخزن سوخت باید بزرگتر از مخزن بنزین بوده و بعلت اینکه مخزن تحت فشار می باشد سنگین تر خواهد بود و هزینه خودروهای با سوخت LPG بین 2000 –1000 دلار گرانتر از خودروهای بنزینی می باشد. البته قیمت LPG در سطح جهانی تقریبا" مشابه قیمت بنزین است. با توجه به اینکه گاز مایع بعنوان محصول فرعی پالایشگاههای گاز و نفت تولید می شود لذا فراوانی منابع آن کاملاً محدود است. لذا بعنوان راه حل اساسی در کاهش الودگی و جایگزینی سوخت در بسیاری از نقاط جهان نمی تواند مطرح باشد. به لحاظ ایمنی، چون گاز پروپان سنگین تر از هواست در صورت نشت، بصورت لکه روی سطح زمین باقی مانده و در آبهای زیرزمینی نیز نفوذ می کند. امکان شعله ور شدن آن روی سطح زمین نیز هست. لذا از این حیث باید در حمل و نقل و حین استفاده، نهایت دقت در جلوگیری از نشت LPG صورت گیرد. از سایر معایب این سوخت می توان به افت قدرت موتور در موتورهای تبدیلی به میزان 10-15 درصد و عدم توانائی مناسب موتور در عبور از سربالائی ها اشاره نمود. در موتورهای تبدیلی اگر موتور به طور مناسب تبدیل نگردیده باشد در تابستانها گاز بصورت خشک سوخته و باعث جوش آمدن موتور می گردد. و در زمستان نیز برای شروع و استارت موتور دارای مشکل بوده و باید با بنزین موتور تبدیلی روشن گردد. انتشار گازهای آلاینده: از دیدگاه زیست محیطی استفاده از LPG بصورت استاندارددارای کمترین چرخه حیات انتشار گازهای گلخانه ای در مقایسه با سایر سوختهای تجاری است. پتانسیل کاهش اوزون با استفاده از این سوخت به نصف بنزین کاهش می یابد، همچنین انتشار هیدروکربنهای نسوخته 3/1 اکسیدهای نیتروژن 20%، منواکسید کربن 60% در مقایسه با بنزین کاهش می یابد گاز طبیعی مایع (LNG) گاز طبیعی چنانچه در فشار اتمسفر تا دمای F º260- سرد شود، به حالت مایع تبدیل می شود. LNG شامل بیش از 95 درصد متان و درصد کمی اتان و پروپان و سایر هیدروکربورهای سنگین تر است. سایر ترکیبات و ناخالصی های گاز طبیعی مانند اکسیژن، آب، گازکربنیک و ترکیبات گوگردی طی فرآیند سرد کردن از گاز طبیعی جدا شده و گاز طبیعی در حالت مایع بدست می آید. البته LNG تا حد 100 درصد متان خالص نیز قابل دستیابی است. حجم LNG 600/1 حجم گاز طبیعی و دانسیته آن 42/0 دانسیته آب است. این ماده، مایعی بی بو، بی رنگ و غیر سمی است و نسبت به فلزات یا سایر مواد حالت خورندگی ندارد. LNG وقتی تبخیر یا با هوا ترکیب شود در دامنه غلظت 5 تا 15 درصد می سوزد. LNG یا بخار آن در محیط و فضای باز حالت انفجاری ندارد. کلیه آزمایشات انجام شده و خواص LNG، ایمن بودن این سوخت را کاملاً تائید می کند زیرا نشت مایع LNG یا ابربخارات آن به محض تماس با زمین یا در اثر حرارت محیط به سرعت در هوا تبدیل به گاز شده و چون در این حالت از هوا سبک تر است در محیط پراکنده و منتشر می شود. LNG در وهله اول برای خودروهای سنگین دیزلی (HEAVY DUTY VEHICLE) کاربرد دارد. به لحاظ ارزش حرارتی و دانسیته انرژی، مشابه سوخت دیزل (گازوئیل) هست. LNG در دمای ºF260- و فشار اتمسفریک در حالت مایع اشباع ( در دمای جوش مایع) است. بنابر این مانند هر مایع در حال جوش چنانچه در فشار ثابت نگهداری شود (حتی با افزایش حرارت) در دمای ثابت خواهد ماند. مادام که بخار LNG از مخازن خارج می شود (boil off)، دمای مخزن ثابت می ماند. اجزاء سیستم خودروهای با سوخت LNG: از لحاظ انتقال سوخت به موتور، مشابه موتورهای با سوخت CNG است و سوخت به صورت بخار وارد موتور می شود. فرق اساسی بین موتورهای CNG, LNG در نحوه نگهداری و تحویل سوخت است. مخازن ذخیره LNG دوجداره می باشند و برای فشار کاری حداکثر تا 230 psi یا 16bar طراحی شده است. این مخازن دارای لوله و اتصالات لازم برای خارج کردن گاز در صورت افزایش فشار ( با توجه به انتقال حرارت از محیط به مخزن) و یا انتقال سوخت در زمان مصرف هستند. این مخازن مجهز به سیستم اعلام پایان سوخت گیری (پرشدن مخزن) نیز هستند. موتور خودروها گاز را در فشار 4 الی 9 بار (60-120 psi) مصرف می کند. معایب استفاده از LNG: بسیاری از مردم به استفاده از مواد در دماهای پایین عادت نداشته لذا نیاز به آموزش خاصی در زمینه استفاده از سوخت در دمای خیلی پایین هست. در ایستگاههای سوخت گیری خطوط انتقال گاز از مخزن به خودرو ( شامل لوله ها شیرآلات و وسایل اندازه گیری) جهت انتقال LNG در حالت مایع باید پیش از شروع ، سوخت تا دمای ºF 260- سرد شوند در غیر اینصورت منجر به تبخیر بخشی از سوخت می شود. - حداکثر پرشدن مخزن دوجداره Cryogenic تا حد ماکزیمم ظرفیت، امکان پذیر نیست زیرا به اندازه لازم فضای خالی در بالای سطح مایع جهت تبخیر یا جوشیدن مایع باید در مخزن در نظر گرفته شود. مزایای استفاده از LNG: دانسیته انرژی بالاتری نسبت به سوختهای گازی دارد، زیرا به شکل مایع ذخیره می شود. مسافت پیمایش بیشتر و وزن کمتر مخازن ذخیره، استفاده از آن را در خودروهای کوچکترامکان پذیر می سازد. سرعت سوختگیری بالا به نحوی که در خودروهای بزرگ زمان سوختگیری 4 الی 6 دقیقه می باشد (10 الی 40 گالن در دقیقه). ارزیابی و کنترل ترکیب سوخت با دقت بالایی امکان پذیر است و با توجه به اینکه LNG تولید شده برای خودروها تا 99 درصد متان دارد، لذا کنترل و تعیین مناسب ترکیب سوخت بازدهی موتور و سوخت را نیز افزایش می دهد.

روش های استخراج نفت

پس از عملیات حفر چاه و اصابت آن به مخزن نفت، به دلیل فشار زیاد موجود در مخزن، جریان نفت به سوی دهانه خروجی چاه سرازیر می شود. این مرحله از استخراج که عامل آن فشار داخل خود مخزن است به بازیافت اولیه نفت موسوم است. در برداشت اولیه نفت ، از انرژی خود مخزن برای تولید نفت استفاده می شود.البته این بدان معنا نیست که اگر نفت خود به خود به سطح زمین نیاید، برداشت اولیه وجود نخواهد داشت،بلکه وقتی از پمپ برای بالا آوردن نفت استفاده میکنیم،در واقع هنوز در مرحله اول برداشت نفـــــــت قرار داریم.در این مرحله انرژی خاصی وارد مخزن نمی شود.با افزایش تولید و کاهش فشار، سرعت تولید نیز کاهش می یابد تا اینکه فشار به حدی میرسد که دیگر نفت خارج نمی شود. در این مرحله ممکن است ار ۳۰ تا ۵۰ درصد کل نفت مخزن استخراج شود. علاوه بر فشار مخزن عوامل دیگری منند خواص سنگ مخزن و میزان تخلخل آنها و همچنین دمای مخازن نیز در میزان تولید مؤثرند.

به عنوان مثال، کل نفت مخازن آمریکا حدود۱۰۹*۴۰۰ بشکه بوده است که تا سال ۱۹۷۰ حدود ۱۰۹*۱۰۰ بشکه آن توسط روشهای اولیه استخراج شده اند.البته هر چه میزان گاز آزاد در مخزن بیشتر باشد مقدار تولید نفت توسط این روش بیشتر است، زیرا تغییرات حجم گاز در مقابل تغییر فشار بسیار زیاد است. به عنوان مثال در ایالت پنسیلوانیای آمریکا به دلیل پایین بودن نفوذپذیری (کمتر از ۵۰ میلی دارسی) و انرژی کم مخزن که ناشی از پایین بودن مقدار گاز طبیعی آزاد است، میزان نفت استخراج شده با روشهای اولیه بین ۵ تا ۲۵ درصد کل نفت بوده است و به همین دلیل در این ایالت روشهای مرحله دوم از سال ۱۹۰۰ شروع شده است.
وقتی مخزن تخلیه شد و ما نتوانستیم نفت را حتی با پمپاژ از مخزن به چاه و از چاه به سطح زمین انتقال دهیم،در این صورت استفاده از روش EOR از نوع بازیافت ثانویه شروع میشود که برای استفاده از این روش، امروزه در دنیا روش تزریق آب مرسوم است. در این روش از چاه تزریقی،آب به مخزن تزریق میشود و از چاه بهره برداری،نفت مورد بهره برداری قرار می گیرد.در این روش،ما با تزریق سیال در سیستم مداخله میکنیم و سیال تزریقی،نفت را به طرف چاه تولیدی هدایت میکند. البته به جای آب،میتوان گاز نیز تزریق کرد که به آن فرایند تزریق گاز می گویند. باید توجه داشت که استفاده از این دو روش تزریقی با تزریق آب یا گازی که به منظور حفظ و نگهداری فشار مخزن انجام میگیرد متفاوت است. چرا که در تزریق آب و گاز برای حفظ فشار مخزن، سیال تزریقی باعث حرکت نفت نمی شود،بلکه از افت سریع فشار مخزن در اثر بهره برداری جلوگیری می کند.
در حالت ثانویه برداشت زمانی فرا میرسد که، ما ضمن تزریق آب به مخزن،در چاه تولیدی با تولید آب مواجه می شویم. در این حالت، چون نسبت آب به نفت زیاد میشود و تولید در این صورت بازده اقتصادی ندارد،باید از روش دیگر برای افزایش برداشت بهره بگیریم.اگر تزریق آب را متوقف کنیم و از فرایند های دیگری نظیر تزریق گاز CO2 استفاده کنیم. از روشهای مؤثر در مرحله دوم یکی سیلابزنی آبی و دیگری سیلابزنی گازی یا تزریق گاز است.
در روش سیلابزنی آبی، آب با فشار زیاد در چاههای اطراف چاه تولید نفت وارد مخزن شده و نیروی محرکه لازم رای استخراج نفت را به وجود می آورد.معمولا در اطراف هر چاه نفت چهار چاه برای تزریق آب وجود دارد. در روش سیلابزنی گازی، گاز (مانند گاز طبیعی ) با فشار زیاد به جای آب وارد مخزن شده و نفت را به طرف چاه خروجی به جریان می اندازد. در کشور ونزوئلا حدود ۵۰% گاز طبیعی تولید شده دوباره به چاههای نفت برای استخراج در مرحله دوم برگردانده می شود. نحوه تزریق گاز شبیه تزریق آب به صورت چاههای پنجگانه است. در مواردی که گرانروی نفت خیلی بالا باشد از تزریق بخار آب برای استخراج مرحله دوم استفاده میشود. تزریق بخار آب، دما را افزایش و گرانروی را کاهش میدهد. در این روش که از بخار آب به جای آب استفاده میشود، با کاهش گرانروی نفت، جریان آن راحت تر صورت گرفته و سرعت تولید بالا می رود.
پس از استخراج به کمک روشهای مرحله دوم هنوز هم حدود ۳۰ الی ۵۰ درصد نفت میتواند به صورت اسنخراج نشده در مخزن باقی بماند. در اینجاست که استخراج نفت به کمک روش مرحله سوم صورت گیرد. یکی از روشهای مرحله سوم، تزریق محلول مایسلار (micellar solution) است که پس از تزریق آن، محلولهای پلیمری به عنوان محلولهای بافر به چاه تزریق می شود. در آمریکا ممکن است روشهای استفاده از محلولهای مایسلار تا ۵۰ درصد کل روشهای مرحله سوم را شامل شود. محلول مایسلار مخلوطی از آب، مواد فعال سطحی، نفت و نمک است. در روشهای جدید تهیه محلول مایسلار ، نفت، نمک و مواد کمکی فعال سطحی حذف گردیده اند. محلولهای مایسلار نیروی تنش سطحی بین آب و نفت را تا حدود dyne/cm 001/0 یا کمتر از آن کاهش میدهد.
گرانروی محلول پلیمری حدود ۲ تا ۵ برابر گرانروی نفـــــــــــت است. غلظت پلیمر حدود ppm1000 می باشد. در حال حاضر از پلی اکریمید ها و زیست پلیمر ها به عنوان پلیمر در محلول بافر استفاده می شود. مواد فعال سطحی معمولا سولفوناتهای نفتی سدیم هستند و از لحاظ خواص و ساختار شیمیایی شبیه شوینده ها می باشند. از الکلها برای مواد کمکی فعال سطحی استفاده می شود.هزینه تهیه محلولهای مایسلار برای تولید هر بشکه نفت در سال ۱۹۷۵ حدود ۵/۱ دلار آمریکا بوده است.
یکی دیگر از روشهای مرحله سوم، روش احتراق زیر زمینی است. طی این روش اکسیژن موجود در هوا در زیر زمین با هیدروکربنها می سوزد و مقداری انری و گاز تولید شده، فشار مخزن بالا میرود.گرما همچنین گرانروی را کاهش داده و جریان نفت راحتتر صورت میگیرد. یک روش دیگر مرحله سوم که اخیرا مورد توجه قرار گرفته است، روش تزریق گاز کربن دی اکسید می باشد که جزئی از روش جابجایی امتزاج پذیر است. گاز کربن دی اکسید بسیار ارزان بوده، در نفت نیز حل میشودو گرانروی ان را کاهش می دهد.از روشهای دیگر مررحله سوم انفجار های هسته ای در زیر زمین است که این انفجار ها شکاف مصنوعی در سنگها به وجود می آورد و جریان نفت را ساده تر میکند. به این گونه فراینـــــد ها، مرحله سوم برداشت نف‍ــت (Tertiary Oil Recovery) می گویند.
گفتنی است که مراحل برداشت نفت را به گونه ای دیگر میتوان تقسیم بندی کرد، یعنی به جای اینکه بگوئیم مرحله اول،دوم یا سوم، می توانیم بگوییم Primary Recovery ، مرحـله Improved Oil Recovery یا IOR و مرحله EOR یا Enhanced Oil Recovery.
برداشت بهبود یافته یا IOR فرایندی است که برای تعدیل کردن تکنولوژی های مورد استفاده برای افزایش برداشت بکار میرود. حال این فرایند می تواند در مرحله اول تولید انجام شود یا در مراحل دوم و سوم. تکنولوژی هایی چون حفاری افقی یا مشبک کاری انتخابی و یا تزریق ژل در جا (Insitu gelation) از نوع IOR میباشند.
بنابراین در IOR فرایند تولیـد عوض نمیشود، بلکه تکنولوژی به گونه ای تعدیل می شود که با همان فرایند قبلی،نفت بیشتری از مخزن تولید می گردد. در حالی که ازدیاد برداشت یا EOR به فرایندی اطلاق می شود که در آن سعی میشود تا میزان درصد اشباع نفت باقیمانده تا آنجا که ممکن است پایین بیاید و نفت باقیمانده در مخزن به حداقل ممکن برسد. فرایند هایی چون سیلابزنی شیمیایی، تزریق CO2 و احتراق درجا از این قبیل میباشند. بعد از عملیات تزریق آب میتوان فرایند را تغییر داد. روش دیگری این است که عملیات تزریق آب را تعدیل کنیم. بدین منظور در لایه های با خاصیت گذر دهی متفاوت، آب وارد لایه های با خاصیت گذردهی بالا شده و به سمت چاه تولیدی هدایت میگردد، لذا باید کاری کرد که این لایه ها بسته شوند. این کار با تزریق ژل در لایه های مورد نظر صورت می گیرد.فرایند جابه جایی امتزاجی (Miscible Displacement) به معنی بازیافت نفت به وسیله تزریق ماده ای است که با نفت قابل امتزاج باشد. در جابه جایی مذکور سطح تماس نفت و ماده تزریق شده از بین می رود و جابه جایی بصورت حرکت تک فازی انجام میشود. در صورتی که شرایط از هر لحاظ برای امتزاج ماده تزریق شده و نفت فراهم باشدبازیافت چنین فرایندی در مناطق جاروب شده ۱۰۰% میباشد.
گاز تزریقی دارای ویسکوزیته کمتر نسبت به نفت مخزن است و در نتیجه تحرک بیشتری نسبت به آن دارد.این خاصیت گاز تزریقی،یکی از دلایل امکان امتزاج آن با نفت مخزن است، زیرا تحرک زیاد گاز نسبت به نفت باعث می شود که گاز در مراحل مختلفی با نفت تماس پیدا کرده و در نهایت حالت امتـزاج بین نفت مخزن و گاز تزریقی حاصل آید.
مسئله ای که از تحرک زیــاد گاز ناشی می شود این است که گاز تمایل به Fingering و Channeling پیدا میکند و در نتیجه مناطقی از مخزن به وسیله گاز جاروب نمی گردد و لذا این امر باعث پایین آمدن Recovery Factor در جابه جایی امتزاجی میشود.

وابسپارش گرمایی…نفت

وابسپارش گرمایی رویه‌ای برای تبدیل مواد آلی پیچیده به نفت خام سبک است. این رویه تقلیدی از جریان طبیعی زمین‌شناختی است که در ساخت سوخت فسیلی اتفاق می‌افتد. در فشار و گرمای زیاد زنجیره‌های بلند بسپار هیدرو‌ژن، اکسیژن، و کربن متلاشی شده و به شکل زنجیره‌های کوتاه ترکیبات هیدروکربن با بیشینهٔ ۱۸ کربن درمی‌آیند.
از فوریه ۲۰۰۵ کارخانه‌ای آزمایشی در ایالت میسوری امریکا با استفاده از زائدات بوقلمون روزانه ۴۰۰ بشکه نفت خام سبک تولید می‌کند. هزینهٔ تمام شده ۸۰ دلار برای هر بشکه گزارش شده است. این هزینه برای موادی که دارای کربن بیشتری باشند، مانند بطری‌های پلاستیکی، کمتر خواهد بود.
نفت مایعی غلیظ و افروختنی به رنگ قهوه‌ای سیر یا سبز تیره است که در لایه‌های بالایی بخش‌هایی از پوسته کره زمین یافت می‌شود. نفت شامل آمیزه پیچیده‌ای از هیدروکربن‌هایی گوناگون است. بیشتر این هیدروکربن‌ها از زنجیره آلکان هستند ولی ممکن است از دید ظاهر، ترکیب یا خلوص تفاوت‌های زیادی داشته باشند. ریشه واژه نفت از واژه اوستایی «نافتا» است. در برخی منابع قدیمی به صورت نفط نیز آمده است. نفت از باقی مانده حیوانات وگیاهانی که میلیونها سال قبل از محیط دریا (آب)،قبل از دایناسور ها زندگی می کردند ،تشکیل شده است .در طی سالها ،باقی مانده ها توسط لپه های گل پوشیده شده است .گرما وفشار این لپه ها به این باقی مانده ها کمک کرد تا به چیزی تبدیل شوند که ما امروزه نفت خام می دانیم . نفت ها از کجا آمده است؟ نفت خام ،یک مایع زرد تا سیاه ،بودار می باشد ،معمولا در نواحی زیر زمینی که مخازن نامیده می شود ،یافت می شود .دانشمندان و مهندسان یک منطقه انتخاب شده تا مطالعه نمونه های سنگی زمین را مورد استخراج قرار می دهد .اندازه گیریها انجام می شود واگر مکان از لحاظ نفتی مکان موفقیت آمیزی باشد ،حفاری آغاز می شود .بالای چاه ساختاری که (گل)نامیده می شود ،برای جا دادن وسایل ولوله ها ی مورد استفاده در چاه ساخته می شود .زمانی که حفاری تمام می شود ،چاه حفر شده یک جریان ثابتی از نفت را به سطح زمین خواهد آورد .

تعیین مقدار اکسیژن محلول

مقدمه:
تمام موجودات زنده برای انجام متابولیسم و تهیه انرژی جهت رشد و تولید مثل نیاز به اکسیژن به فرمهای مختلف دارند. واکنشهای هوازی دارای اهمیت خاصی بوده زیرا به اکسیژن آزاد نیاز دارند. تمام گازخای موجود در هوا به مقدارهای مختلف در آب محلولند. نیتروژن و اکسیژن بعلت حلالیت کم در آب مورد توجه می‌باشند. زیرا با آب فعل و انفعال شیمیائی انجام نداده و حلالیت آنها مستقیماً به فشار جزئی آنها بستگی دارد. حلالیت اکسیژن دردرجه حرارتهای مختلف آب متفاوت است. مقدار حلالیت اکسیژن اتمفسر در آب نسبتاً خالص از 6/14 میلیگرم در لیتر در صفر درجه سانتیگراد تا 7 میلیگرم در لیتر در 35 درجه سانتیگراد تحت فشار 1 اتمسفر متفاوت است. اکسیژن به مقدار کم در آب محلول بوده و حلالیت آن با فشار اتمسفر و درجه حرارت متغیر است. کمبود حلالیت اکسیژن در آب یکی از فاکتورهای اصلی است که ظرفیت تصفیه طبیعی آب را کاهش می‌دهد. لذا تصفیه فاضلابها قبل از ورود به رودخانه‌ها ضروری می‌گردد. اکسیژن محلول رودخانه‌ها نیز می‌توان آلودگی آنها را کنترل نمود. اکسیژن فاکتور مهمی در ایجاد خورندگی آهن و فولاد بخصوص در سیستمهای توزیع آب و بویلرها می‌باشد. لذا تعیین مقدار اکسیژن محلول برای کنترل خورندگی آب به کار می‌رود.
اساس روش اندازه‌گیری:
معمولی‌ترین روش تعیین اکسیژن محلول بر اساس آزاد کردن ید توسط اکسیژن محلول می‌باشد. ید آزاد شده عموماً توسط یک محلول احیاءکننده مانند تیوسولفات سدیم اندازه‌گیری می‌شود. چسب نشاسته خاتمه عمل را نشان می‌دهد. نشاسته ید آزاد شده را جذب نموده و رنگ آبی ایجاد می‌کند و هنگامیکه تمامی ید احیاء گردید محلول بیرنگ می‌شود.
روش و نیکلر یا ید و متری روش استانداردی برای تعیین اکسیژن محلول می‌باشد. این روش بر اساس اکسیداسیون Mn2+ به ظرفیت بالاتر (Mn4+) در محیط قلیائی توسط اکسیژن می‌باشد. منگنز با ظرفیت چهار یون ید را در محیط اسیدی به ید آزاد اکسیده می‌کند و مقدار ید آزاد شده که برابر با اکسیژن محلول می‌باشد توسط تیتزاسیون با تیوسولفات استاندارد اندازه‌‌گیری می‌شود.
در این روش وجود بعضی از مواد مانند نیتویتها و آهن سه ظرفیتی قابلیت اکسیدکنندگی I- را به I2 دارند. و نتیجه آزمایش را زیاد نشان می‌دهد. و بر عکس مواد احیاء کننده مانند S2-, So32-, Fe2+ ید را احیاء کرده و به I- تبدیل می‌کنند و نتیجه آزمایش را کمتر از حد واقعی نشان می‌دهد. بنابراین روش تصحیح نشده چنانکه اکسیژن در محیط وجود نداشته باشد با افزایش سولفات منگنز و معرف یدور قلیائی (NaOH, KI) رسوب سفید رنگ 2Mn(OH) تشکیل می‌گردد.
Mn2+ + 2OH- Mn(OH)2 

رسوب سفید رنگ
اگر در محیط اکسیژن موجود باشد مقداری از Mn2+ به ظرفیت بالاتر اکسیده شده و رسوب قهوه‌ای رنگ Mno2 ظاهر می‌گردد.
Mn(OH)2 + ½ O2 Mno2 + H2O

رسوب قهوه‌ای رنگ
اکسیداسیون Mn2+ به Mno2 به آهستگی انجام می‌گیرد بدین منظور محلول تکان داده می‌شود تا تمام اکسیژن محلول به صورت ترکیب درآید. حرکت دادن محلول برای مدت حداقل 20 ثانیه لازم است در صورتیکه آب مورد آزمایش شور باشد. زمان تماس بایستی به مراتب طولانی‌تر باشد. پس از حرکت دادن، نمونه را برای ترکیب کامل اکسیژن در جائی ساکن گذاشته و پس از مدتی به آن اسید سولفوریک اضافه می‌کنند. در محیط اسیدی Mno2 یون I- را اکسید کرده و ید آزاد می‌کند. برای انجام واکنش بطور کامل بایستی درب بطری را بست و برای حداقل 10 ثانیه آن را حرکت داد تا ید به طور یکسان در تمام محلول پخش گردد. ید حاصله را با تیوسولفات سدیم استاندارد تیتر می‌کنند.
Mno2 + 2 I- + 4H+ Mn2+ + I2 + 2H2O
I2 + 2 Na2S2o3 Na2S4O6 + 2 NaI
همانطور که اشاره شد یون نیتریت یکی از مواد مزاحم در تعیین اکسیژن محلول مب‌باشد. یون نیتریت Mn2+ را اکسیده نمی‌کند ولی ‌I- را در محیط اسیدی به I2 اکسید می‌نماید. لذا اگر نیتریت در محیط وجود داشته باشد تشخیص نقطه پایانی مشکل خواهد بود. زیرا به محض اینکه رنگ آبی معرف نشاسته و ید محو می‌گردد نیتریتها مقداری از I- را به I2 اکسید کرده و رنگ آبی دوباره ظاهر می‌گردد. برای حذف دخالت نیتریتها از آز ید سدیم (Nan3) استفاده می‌شود.
NaN3 + 9H+ 3NH3 + Na+ + NH3 + NO2- + H+ N2 + N2O + H2O
HN3 + NO2- + H+ N2 + N2O + H2O
بدین طریق دخالت نیتریتها می‌گردد.

معرفهای لازم:
محلول سولفات منگنز: مقدار 480 گرمMnSO4.4H20 یا 400 گرم MnSO4. 2H2O و یا 364 گرم MnSO4.H2O را در آب مقطر حل کرده و حجم آن را به یک لیتر برسانید.
معرف یدور و آز ید قلیائی: مقدار 500 گرم از NaOH را با 150 گرم یدور پتاسیم در آب مقطر حل کرده و حجم آن را به یک لیتر برسانید. به آن مقدار 10 گرم آز ید سدیم که در 40 سی سی آب مقطر حل شده اضافه کنید.
- اسید سولفوریک غلیظ
- نشاسته: 2 گرم نشاسته و 2/0 گرم اسید سالیسیلیک را در 100 سی سی آب مقطر گرم حل کنید.
- سدیم تیوسولفات استاندارد M 025/0: 205/6 گرم از Na2S2O3. 5H2O را در آب مقطر جوشیده سرد شده حل کرده به آن 4/0 گرم سود افزوده و در بالن ژوژه یک لیتری به حجم برسانید. این محلول را در مقابل محلول استاندارد 025/0 نرمال بیکرمات پتاسیم و یا بی یدات پتاسیم استاندارد کنید.
روش کار:
به نمونه مورد آزمایش که در بطریهای 250 سی‌سی یا 300 سی‌ سی جمع‌آوری شده مقدار 1 سی سی محلول سولفات منگنز و 1 سی سی معرف یدور و آزید قلیائی اضافه کنید. سپس درب بطری را با دقت بسته چندین بار آن را تکان داده تا رسوب هیدروکسید منگنز ظاهر گردد. بعد از ته‌نشین شدن رسوب مقدار 1 سی سی اسید سولفوریک غلیظ به آن افزوده و آن را مخلوط کنید تا رسوب بطور کامل حل شود، 200 سی سی از محلول فوق را در یک ارلن ریخته و با تیوسولفات N 025/0 تا رنگ زرد کم رنگ تیتر کنید. سپس چند قطره چسب نشاسته به آن افزوده و تیتراسیون را تا بی رنگ شدن محلول ادامه دهید. حجم تیوسولفات مصرفی را یادداشت کنید. با استفاده از معادله‌های واکنش مقدار اکسیژن محلول نمونه را بر حسب میلیگرم در لیتر محاسبه کنید.