up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله ماشينهاي شيميايي PDF
QR code - ماشينهاي شيميايي

ماشينهاي شيميايي

کميکار - ماشينهاي شيميايي

● مسابقات کميکار
در مسابقات کميکار دانشجويان در قالب گروه هاي چند نفره ماشين هاي شيميايي (Chem-E-Car) خود ، ماشين هايي که نيروي محرکه آنها از واکنش هاي شيميايي تامين مي شود، را به رقابت مي گذارند. رقابتي که مي تواند موجب توسعه علمي ، پژوهش و تحقيقات گروهي در دانشکده هاي مهندسي شيمي گردد.
در مسابقات کميکار دانشجويان با ساخت خودروهاي کوچک شيميايي سطح علمي خود را به رقابت مي گذارند. رقابت هايي که مي تواند موجب نزديک ترشدن ارتباط دانشگاه و صنعت، ايجاد انگيزه، خود باوري، نشاط تحصيلي، ارزيابي خلاقيت و ابتکار عمل تيم هاي دانشجويي و توجه بيشتر دانشکده هاي مهندسي شيمي به آموزش هاي کاربردي گردد.
نخستين دوره مسابقه کميکار(Chem-E-car) ايران نيز آذرماه امسال با حضور بيش از ۵۰ تيم از دانشکده هاي مهندسي شيمي دانشگاه هاي سراسر کشور در سالن حجاب علم و صنعت برگزار شد. در اين مسابقات دانشجويان ماشين هاي ساخت خود را که نيروي محرکه آن توسط انجام يک واکنش شيميايي تامين مي شد، به رقابت در آوردند. ماشين هاي کوچک و ساده دانشجويان نبايد از ابعاد ۳۳ در ۲۰ در ۱۲ سانتيمتر فراتر طراحي مي شد و تمام ماشين هاي شرکت کننده نيز از اين قانون تبعيت کردند. ماشين هاي کوچک با مکانيزم شيميايي خاص خود مي بايست مسافت ۲۰ متر را با حمل ۳۰۰ سي سي آب مي پيمودند. ماشين هايي که نزديک ترين فاصله را با ۲۰ متر داشتند به عنوان تيم هاي برتر شناخته مي شدند و ماشين هايي که از ۳۰ متر فراتر مي رفتند از دور مسابقات حذف مي شدند.
سوخت اين ماشين ها بايد به نحوي تنظيم مي شد که پس از رسيدن به ۲۰ متر از حرکت بايستند. در مسابقات کميکار ميزان مسافتي که بايد ماشين ها طي کنند و همچنين مقدار آبي که بايد در اين مسافت حمل کنند تا روز مسابقه مشخص نمي گردد، بنابراين دانشجويان خلاق و طراح بايد پس از اعلام اين دو مقدار قبل از شروع مسابقه، محاسبات لازم را بر اساس قدرت سوخت ماشين خود و مسافت محاسبه کنند. آنها با محاسبه سريع ميزان گرم سوخت مورد نياز در طول مسافت معين شده، سوخت لازم را به ماشين هاي خود وارد مي کنند.
بطري هاي نوشابه بي مصرف، ديسکت هاي فشرده (CD) سوخته و بسياري از مواد دورريختني ديگر در هيبتي جديد و عجيب به ماشيني تبديل مي شوند.
اسيد سيتريک، دي کربنات سديم، جوش شيرين، اسيد سولفوريک، دي اکسيد کربن، آب اکسيژنه، پرکلرات آمونيوم، يديد پتاسيم و ... بعنوان سوخت هاي ماشين هاي کوچک شيميايي استفاده مي شوند. در مسابقات کميکار بحث از بنزين و گازوئيل و ... نيست و اکثر سوخت ها، سوخت هايي سبز هستند بدون آلودگي زيست محيطي.
در مسابقات کميکار برخي تيم ها پس از حرکت، ماشينشان متوقف مي شود. برخي ماشين ها نيز منبع سوختشان تحمل فشار وارده از سوي سوخت ماشين را ندارد و منفجر مي شوند. برخي ماشين ها نيز انگار دوپينگ کرده باشند، اول با سرعت فزاينده اي حرکت مي کردند و به خط پايان که نزديک مي شوند آهسته آهسته حرکت مي کنند.
در مسابقات کميکار، محاسبات دقيق، خلاقيت و سطح علمي دانشجويان مهمترين ارکان موفقيت تيمها مي باشند.
در دانشگاه هاي ايران عمده آموزش ها به صورت کلاسيک است و آموزش کلاسيک طبيعتا آموزشي از نوع بالا به پايين است. استاد درس مي دهد و دانشجو ياد مي گيرد و اندوخته علمي پيدا مي کند. دانشجويان ما خوشبختانه در سطح منطقه و بين المللي از لحاظ تئوري خوب و قابل قبول هستند اما نقطه ضعف عمده آنها به نوع آموزش در کشور ما برمي گردد.
در ايران به کارهاي گروهي توجهي چنداني نمي شود وخلاقيت، اعتماد به نفس و قدرت استدلال دانشجويان تقويت نمي شود. انجام مسابقات علمي گروهي و پژوهش هاي علمي گروهي مي تواند اين کمبودها را کم رنگ کند. مدتي که يک گروه دانشجويي روي يک موضوع خاص کار مي کنند و به مطالعه و تحقيق گروهي مي پردازند سبب مي شود ضمن انجام کار و تحقيق علمي، تجربه کار گروهي و تيمي را در زمينه فعاليت علمي را فرا گيرند. آنها با کار گروهي خود به باور و اعتماد علمي مي رسند، اين همان چيزي است که در ميان دانشجويان ما گم شده است و ديده نمي شود.
در دانشگاه هاي ايران نسبت به کشورهاي پيشرفته به کارهاي علمي، گروهي و پژوهشي اهميت کمتري داده مي شود. آنها از ابتدا دانشجويان را با کارهاي علمي گروهي و تيمي آشنا مي کنند. دانشجويان آن کشورها به هيچ وجه در قياس با دانشجويان ايراني از نظر تئوري برابري نمي کنند و در مسائل تئوري مطالب علمي ضعيف تر هستند اما چون کارگروهي علمي انجام داده اند جسارت پيدا کرده اند و با اينکه از لحاظ تئوري ضعيف تر از ما هستند، کارهاي بزرگ علمي و تحقيقات کاربردي سرنوشت سازي را انجام مي دهند. آنها از شکست نمي هراسند و در عمل موفق مي شوند. در صورتي که دانشجويان ايراني جسارت ندارد و از شکست مي ترسد. دانشجوي ايراني هراسان است و با اجراي برنامه هاي عملي و گروهي بايد اعتماد به نفس و جسارت را در آنها تقويت نمود تا با بهره مندي از آموزش هاي تئوري به موفقيت هاي بزرگ و اساسي عملي برسند.
● ديد کلي
تمام واکنشهاي شيميايي ، اساسا ماهيت الکتريکي دارند، زيرا الکترونها ، در تمام انواع پيوندهاي شيميايي (به راههاي گوناگون) دخالت دارند اما الکتروشيمي بيش از هر چيز بررسي پديده هاي اکسايش- کاهش است. روابط بين تغيير شيميايي و انرژي الکتريکي ، هم از لحاظ نظري و هم از لحاظ عملي حائز اهميت است.
از واکنشهاي شيميايي مي توان براي توليد انرژي الکتريکي استفاده کرد (در سلولهايي که سلولهاي ولتايي يا سلولهاي گالواني ناميده مي شوند) و انرژي الکتريکي را مي توان براي تبادلات شيميايي بکار برد (در سلولهاي الکتروليتي). علاوه بر اين مطالعه فرآيندهايي الکتروشيميايي منجر به فهم و تنظيم قواعد آنگونه از پديده هاي اکسايش - کاهش که خارج از اينگونه سلولها روي مي دهند، نيز مي شود. با برخي فرآيندهاي الکتروشيميايي آشنا مي شويم.
● رسانش فلزي
جريان الکتريکي جاري شدن بار الکتريکي است. در فلزات ، اين بار بوسيله الکترونها حمل مي شود و اين نوع رسانش الکتريکي ، رسانش فلزي ناميده مي شود. با به کار بردن يک نيروي الکتريکي که توسط يک باتري يا هر منبع الکتريکي ديگر تامين مي گردد، جريان الکتريکي حاصل مي شود و براي توليد جريان الکتريکي يک مدار کامل لازم است. تشبيه جريان الکتريسيته به جريان يک مايع ، از قديم متداول بوده است. در زمانهاي گذشته ، الکتريسيته به صورت جرياني از سيال الکتريکي توصيف مي شد.
قراردادهاي قديمي که سابقه آنها ممکن است به بنجامين فرانکلين برسد و پيش از آن که الکترون کشف شود، مورد پذيرش بوده است، بار مثبتي به اين جريان نسبت مي دهد. ما مدارهاي الکتريکي را با حرکت الکترونها توجيه خواهيم کرد. اما بايد به خاطر داشت که جريان الکتريکي بنا به قرارداد بطور اختياري مثبت و به صورتي که در جهت مخالف جاري مي شود، توصيف مي گردد.
جريان الکتريکي برحسب آمپر (A) و بار الکتريکي برحسب (C) کولن اندازه گيري مي شود. کولن مقدار الکترويسيته است که در يک ثانيه با جريان ۱ آمپر از نقطه اي مي گذرد: ۱C = ۱A.S و ۱A = ۱C S جريان با اختلاف پتانسيل الکتريکي که بر حسب ولت اندازه گيري مي شود، در مدار رانده مي شود. يک ولت برابر يک ژول بر کولن است. ۱V = ۱J C يا ۱V.C = ۱J يک ولت لازم است تا يک آمپر جريان را از مقاومت يک اهم بگذراند. I=&۹۴۹;=IR
● رسانش الکتروليتي
رسانش الکتروليت هنگامي صورت مي گيرد که يونهاي الکتروليت بتوانند آزادانه حرکت کنند، چون در اين مورد ، يونها هستند که بار الکتريکي را حمل مي کنند. به همين دليل است که رسانش الکتروليتي اساس توسط نمکهاي مذاب و محلولهاي آبي الکتروليتها صورت مي گيرد. علاوه بر اين براي تداوم جريان در يک رساناي الکتنروليتي لازم است که حرکت يونها با تغيير شيميايي همراه باشد. منبع جريان در يک سلول الکتروليتي ، الکترونها را به الکترود سمت چپ مي راند.
بنابراين مي توان گفت که اين الکترود بار منفي پيدا مي کند. اين الکترونها از الکترود مثبت سمت راست کشيده مي شوند. در ميدان الکتريکي که بدين ترتيب بوجود مي آيد، يونهاي مثبت يا کاتيونها به طرف قطب منفي يا کاتد و يونهاي منفي يا آنيونها به طرف قطب مثبت يا آند جذب مي شوند. در رسانش الکتروليتي ، بار الکتريکي بوسيله کاتيونها به طرف کاتد و بوسيله آنيونها که در جهت عکس به طرف آند حرکت مي کنند، حمل مي شود.
براي اين که يک مدار کامل حاصل شود، حرکت يونها بايد با واکنشهاي الکترودي همراه باشد. در کاتد اجزاي شيميايي معيني (که لازم نيست حتما حامل بار باشند) بايد الکترونها را بپذيرند و کاهيده شوند و در آند ، الکترونها بايد از اجزاي شيميايي معيني جدا شده و در نتيجه آن اجزا اکسيد شوند. الکترونها از منبع جريان خارج شده به طرف کاتد رانده مي شوند.
● عوامل موثر بر رسانش الکتروليتي
رسانش الکتروليتي به تحرک يونها مربوط مي شود و هر چند که اين يونها را از حرکت باز دارد، موجب ايجاد مقاومت در برابر جريان مي شود. عواملي که بر رسانش الکتروليتي محلولهاي الکتروليت اثر دارند عبارتند از : جاذبه بين يوني ، حلال پوشي يونها و گرانروي حلال. انرژي جنبشي متوسط يونهاي ماده حل شده با افزايش دما زياد مي شود و بنابراين مقاومت رساناهاي الکتروليتي ، بطور کلي با افزايش دما کاهش مي يابد. يعني رسانايي زياد مي شود. به علاوه اثر هر يک از سه عامل مذکور با زياد شدن دما کم مي شود.
● الکتروليز (برقکافت)
الکتروليز يا برقکافت سديم کلريد مذاب ، يک منبع صنعتي تهيه فلز سديم و گاز کلر است. روشهاي مشابهي براي تهيه ديگر فلزات فعال مانند پتاسيم و کلسيم بکار مي روند. اما چنانکه بعضي از محلولهاي آبي را برقکافت کنيم آب به جاي يونهاي حاصل از ماده حل شده در واکنشهاي الکترودي دخالت مي کند. از اينرو ، يونهاي حامل جريان لزوما بار خود را در الکترودها خالي نمي کنند. مثلا در برقکافت محلول آبي سديم سولفات ، يونهاي سديم به طرف کاتد و يونهاي سولفات به طرف آند حرکت مي کنند. اما بار اين هر دو يون با اشکال تخليه مي شود.
بدين معني که وقتي عمل برقکافت بين دو الکترود بي اثر در جريان است، در کاتد گاز هيدروژن بوجود مي آيد و محلول پيرامون الکترود قليايي مي شود:
(۲ H۲O + ۲e → ۲OH- + H۲(g
يعني در کاتد کاهش صورت مي گيرد ولي به جاي کاهش سديم ، آب کاهيده مي شود. بطور کلي هر گاه کاهش کاتيون ماده حل شده مشکل باشد، کاهش آب صورت مي گيرد. اکسايش در آند صورت مي گيرد و در برقکافت محلول آبي Na۲SO۴ ، آنيونها (۲-SO۴) که به طرف آند مهاجرت مي کنند، به سختي اکسيد مي شوند:
۲SO۴۲- → S۲O۴۲- + ۲e
بنابراين ترجيها اکسايش آب صورت مي گيرد:
۲H۲O → O۲(g) + ۴H+ + ۴e
يعني در آند توليد گاز اکسيژن مشاهده مي شود و محلول پيرامون اين قطب اسيدي مي شود. بطور کلي هر گاه اکسايش آنيون ماده حل شده مشکل باشد، آب در آند اکسيد مي شود. در الکتروليز محلول آبي NaCl در آند يونهاي -Cl اکسيد مي شوند و گاز Cl۲ آزاد مي کنند و در کاتد احياي آب صورت مي گيرد. اين فرآيند منبع صنعتي براي گاز هيدروژن ، گاز کلر و سديم هيدروکسيد است:
۲H۲O + ۲Na+ + ۲Cl- → H۲(g) + ۲OH- + ۲Na+ + Cl۲(g)
● سلولهاي ولتايي
سلولي که به عنوان منبع انرژي الکتريکي بکار مي رود، يک سلول ولتايي يا يک سلول گالواني ناميده مي شود که از نام آلساندرو ولتا (۱۸۰۰) و لوئيجي گالواني (۱۷۸۰) ، نخستين کساني که تبديل انرژي شيميايي به انرژي الکتريکي را مورد آزمايش قرار دادند، گرفته شده است. واکنش بين فلز روي و يونهاي مس II در يک محلول ، نمايانگر تغييري خود به خود است که در جريان آن الکترون منتقل مي شود.
(Zn(s) + Cu۲+(aq) → Zn۲+(aq) + Cu(s
مکانيسم دقيقي که بر اساس آن انتقال الکترون صورت گيرد، شناخته نشده است. ولي مي دانيم که در آند فلز روي اکسيد مي شود و در کاتد ، يونهاي Cu+۲ احيا مي شود و به ترتيب يونهاي Zn+۲ و فلز Cu حاصل مي شود و الکترونها از الکترود روي به الکترود مس که با يک سيم به هم متصل شده اند، جاري مي شوند، يعني از آند به کاتد.
Zn(s) → Zn۲+(aq) + ۲e
(Cu۲+(aq)+۲e → Cu(s
نيم سلول سمت چپ يا آند ، شامل الکترودي از فلز روي و محلول ZnSO۴ و نيم سلول سمت راست يا کاتد شامل الکترودي از فلز مس در يک محلول CuSO۴ است. اين دو نيم سلول ، توسط يک ديواره متخلخل از هم جدا شده اند. اين ديواره از اختلال مکانيکي محلولها ممانعت مي کند ولي يونها تحت تاثير جريان الکتريسيته از آن عبور مي کنند. اين نوع سلول الکتريکي ، سلول دانيل ناميده مي شود.
● نيروي محرکه الکتريکي
اگر در يک سلول دانيل ، محلولهاي ۱M از ZnSO۴ و ۱M از CuSO۴ بکار رفته باشد، آن سلول را با نماد گذاري زير نشان مي دهيم:
(Zn(s) ? Zn۲+(۱M) ? Cu۲+(۱M) ? Cu(s
که در آن خطوط کوتاه عمودي ، حدود فازها را نشان مي دهند. بنابر قرارداد ، ماده تشکيل دهنده آند را اول و ماده تشکيل دهنده کاتد را در آخر مي نويسيم و مواد ديگر را به ترتيبي که از طرف آند به کاتد با آنها برخورد مي کنيم، ميان آنها قرار مي دهيم. جريان الکتريکي توليد شده در يک سلول ولتايي ، نتيجه نيروي محرکه الکتريکي (emf) سلول است که برحسب ولت اندازه گيري مي شود.
هز چه تمايل وقوع واکنش سلول بيشتر باشد، نيوري محرکه الکتريکي آن بيشتر خواهد بود. اما emf يک سلول معين به دما و غلظت موادي که در آن بکار رفته است، بستگي دارد. emf استاندارد، ?&۹۴۹; معمولا براي اندازه گيريهايي که در ۲۵ C به عمل آمده است، معين شده است.

پيل سوختي ، پيل الکتروشيميايي اوليه است که در آن ، الکتريسته مستقيما بر اثر واکنش سوخت گازي يا سوخت مايع توليد مي شود که اين سوخت با يکي از الکترودها ...

در صنعت دستگاه هاي زيادي موجود است اما دستگاه فرز مهمترين و دقيقترين دستگاه صنعتي ايست که داراي انواع متعددي نيز ميباشد. ابزار برنده اين دستگاه را تيغ ...

● خازن الکتروليت تحت فشار بالا اگر خازن الکتروليت تحت فشار ، لحظه اي زيادتر از حد مجاز قرار گيرد، انفجار بوجود ميآيد (يعني دو جوشن ، جرقه زده و صداي ا ...

ديد کلي عناصر شيميايي ، بر اساس خصوصيات شيميايي و فيزيکي ، در گروههاي مختلفي در جدول تناوبي طبقه‌بندي شده‌اند. در بين عناصر هر گروه نيز علاوه بر برخي ...

● ديد کلي اين نوع خازن ها شامل مايع يا خميري است که آن را الکتروليت مي نامند. در اين الکتروليت ، جوشن آلومينيومي جاي داده شده است که سطح نسبتا زيادي د ...

گاز طبيعي يک نوع سوخت فسيلي است که از يک مولکول گازي شامل دو اتم تشکيل شده است (ترکيب يک اتم کربن با چهار اتم هيدروژن). فرمول شيميايي اين گاز CH۴ است. ...

● طبقه بندي ۱) بر حسب حدود مصرف الف) فولادهاي زنگ نزن و ضد اسيد ب) فولادهاي مقاوم در حرارت و پوسته شدن ۲) بر حسب ساختمان مولکولي الف) فولادهاي فريتي ( ...

يکي از بهترين تعريف هايي که از مهندسي برق شده است, اين است که محور اصلي فعاليت هاي مهندسي برق, تبديل يک سيگنال به سيگنال ديگر است که البته اين سيگنال ...

دانلود نسخه PDF - ماشينهاي شيميايي