دانشگاه اصفهان

دانشکده علوم و فناوریهای نوین

گروه مهندسی بیوتکنولوژی

 

 

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی شیمی- بیوتکنولوژی

 

مدل­سازی فرآیند تولید ترکیبات آلی با استفاده از سیستم پیل سوختی میکروبی معکوس

 

اساتید راهنما:

دکتر داوود بی­ریا

دکتر حمید ریسمانی یزدی

 بهمن ماه 1392

چکیده

منابع انرژی رو به زوال سوخت‌های فسیلی، جامعه رو به توسعه انسانی را در آینده‌ای نه‌چندان دور دچار کمبود سوخت می‌سازند. در نتیجه نگرانی­های انتشار پیوسته و در حال افزایش دی­اکسید کربن به اتمسفر و همچنین وسعت آلودگی ناشی از سوخت‌های فسیلی که زندگی در کره خاکی را دچار مشکل ساخته است، نیاز به منابع انرژی از منابع تجدیدپذیر با حداقل تأثیر منفی زیست محیطی را افزایش می­دهد. پیل­های سوختی میکروبی معکوس با عملکردی در جهت عکس پیل­های سوختی میکروبی، باکتریها آب و دی­اکسید کربن  را با استفاده از الکترونهایی که در آند یا یک منبع الکتریکی خارجی به کاتد منتقل می­شوند، در فرآیندی شبیه به فتوسنتز به ترکیبات آلی تبدیل می­کنند. این ترکیبات آلی خود می­توانند به سوخت تبدیل ­شوند. در پژوهش پیش رو مدلی بر اساس هدایت مستقیم الکترون­ها در بیوفیلم ارائه شده است. خروجی­های مدل حاضر شامل پروفایل تغییرات غلظت سوبسترا، پتانسیل الکتریکی، توزیع باکتری­های فعال درون بیوفیلم، تغییرات زمانی چگالی جریان و ضخامت بیوفیلم می­باشد. به منظور بررسی اثر عوامل مختلف نسبت به یک حالت شاهد، حالت مرجعی با استفاده از مقادیر پارامترهای موجود و برای سوبسترای دی­اکسید کربن و جامعه میکروبی خالص اسپروموسا اواتا ایجاد شد. بازده کلومبیک در این مدل تابعی از غلظت سوبسترا و پتانسیل کاتد می­باشد. برای سوبسترای دی­اکسید کربن و با وجود گونه میکروبی اسپوروموسا اواتا، در صورت افزایش غلظت، بازده کلومبیک و چگالی جریان کاهش ولی ضخامت بیوفیلم افزایش یافت. از آنجا که ضریب هدایت الکتریکی بیوفیلم اسپوروموسا اواتا بسیار بالاست، بخش اعظم مقاومت­های پیل سوختی میکروبی با این جامعه میکروبی و سوبسترای دی­اکسید کربن ناشی از مقاومت­های انتقال جرم می­باشد. با وجود غلظت 025/0 میلی مول بر سانتی­متر مکعب سوبسترا در کاتولیت، بیشینه چگالی جریان مصرفی 3/0 آمپر بر متر مربع و بازده کلومبیک 75% خواهد بود.دلیل کم بودن بازده کلومبیک، مقاومت­های کاتدی و اهمی در عملکرد پیل می­باشد. از آنجا که بازده کلومبیک تابعی از پتانسیل الکتریکی و غلظت سوبسترا در کاتولیت است و ماکزیمم بازده کلومبیک در غلظت 025/0 میلی مول بر سانتی متر مکعب، 75% و در پتانسیل الکتریکی 13/1، 55% نمایان شد، در نتیجه با ایجاد حالتی بهینه در این غلظت و در این پتانسیل می­توان به بازده تولید بالایی از استات دست یافت.

 

کلید واژه ها: پیل سوخت میکروبی معکوس، الکتروسنتز میکروبی، الکتروسوخت، کاتد و مدل­سازی.

 

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                 صفحه

فهرست مطالب…………………………………………………………………………………………………………………………………………………و

فهرست شکل­ها……………………………………………………………………………………………………………………………………………….ح

فهرست جداول ………………………………………………………………………………………………………………………………………………ط

فصل اول: بررسی اهمیت موضوع و مفاهیم مرتبط با آن

1-1 مقدمه………………………………….. 1

1-2 چرخه انرژی تجدیدپذیر بر پایه زیست توده 3

1-3 تولید زیست توده توسط فرآیند فتوسنتز 4

1-4 هیدرولیز و تخمیر 4

1-5 نیاز به منابع آب و تصفیه پسابها 6

1-6 پیل سوختی 7

1-7 تعریف پیل‌سوختی 8

1-8 انواع پیل سوختی 8

1-9پیلهای سوختی میکروبی.. 9

1-9-1 کاربرد پیل سوختی میکروبی……… 11

1-9-1-1 تولید برق……………… 12

1-9-1-2 تصفیه پساب­ها……………. 12

1-9-1-3 تولید هیدروژن…………… 13

1-9-1-4 حذف مواد شیمیایی…………. 13

1-9-1-5 حسگرهای زیستی……………. 13

1-9-2 مقایسه پیل­های سوختی میکروبی با فرآیندهای بیواتانولی و متان زدایی…………………………………… 14

1-9-2-1 فناوری­های متان­زدایی و پیل سوختی میکروبی 14

1-9-2-2 فناوری­های بیواتانول و پیل سوختی میکروبی 14

1-9-3 بررسی جامعه میکروبی و زنجیره تنفسی در آن­ها   15

1-9-3-1 چگونگی انتقال الکترون­ها از سطح میکروب به سطح آند پیل سوختی……………………………………….. 17

1-10پیلهای سوختی میکروبی معکوس…….. 21

1-10-1 مکانیسم­های انتقال الکترون……….. 22

1-10-2 بیوفیلم­های کاتد………………… 24

1-10-3 الکترود کاتد……………………. 24

1-10-4 شیمی محلول………………………. 25

1-11هدف از پژوهش پیش رو………………………. 27

فصل دوم: بررسی پژوهش­های پیشین

2-1 مروری بر پیل­های سوختی از گذشته تا حال……… 28

2-2تاریخچه پیل سوختی میکروبی 29

2-3 تاریخچه مدلسازی پیل سوختی میکروبی 29

2-4 تاریخچه الکتروسنتز میکروبی 33

فصل سوم: بررسی معادلات و ساختار مدل

3-1 فرضیات انجام گرفته ……………………………………………………………………………………………………………………………36

3-2 معادلات سرعت…………………………….. 37

3-2-1 معادلات مصرف سوبسترا……………………. 37

3-2-2 معادله سرعت پدیده خود-اکسایی میکروبهای فعال. 40

3-2-3 معادله سرعت غیر فعال شدن میکروبهای فعال.. 41

3-3 معادله بقای جرم سوبسترا در بیوفیلم 41

3-4 بررسی ضریب انتقال جرم خارجی 43

3-5 معادله بقای جرم سوبسترا در حجم مایع کاتولیت 44

3-6 معادله پتانسیل الکتریکی و قانون اهم 45

3-7 بررسی مقاومتهای اهمی 47

3-8 معادله بقای جرم زیست توده 48

3-9 نیم واکنش­های انجام گرفته در بخش آند و کاتد پیل سوختی میکروبی معکوس 51

3-10 بررسی مدل مورد استفاده جهت تخمین پارامترهای طراحی …………………………………………………………51

3-11 روش حل عددی 52

3-11-1 روش تفاضلات محدود.. 53

3-11-1-1 تفاضلات پیشرو……………………… 53

3-11-1-2 تفاضلات پسرو………………………. 53

3-11-1-3 تفاضلات مرکزی……………………… 53

فصل چهارم: نتایج به دست آمده و تجزیه و تحلیل آن­ها

4-1 بررسی شرایط مرجع………………………… 57

4-2 اثر تغییر پتانسیل کاتد و غلظت سوبسترا در حجم مایع   61

4-3 مقایسه مقادیر واقعی با مقادیر حاصل از مدلسازی…………………………………………………………………………….68

4-4 جمع بندی و نتیجه گیری……………………. 69

4-4 پیشنهادات………………………………. 71

منابع و مراجع 72

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                                                      صفحه

 

شکل 1-1: انرژی تجدیدپذیر خورشیدی و انرژی­های سرچشمه گرفته از آن- [2] 2

شکل 1-2: نمایی کلی از چرخه تولید انرژی بر پایه زیست توده [5]   4

شکل 1-3: نمایی از فرآیندهای هیدرولیز، تخمیر، اسیدزدایی و متان زایی، محصولات و مواد اولیه هر            کدام [5]…………….. 6

شکل 1-4: شمایی از عملکرد پیل سوختی میکروبی [13]….. 10

شکل 1-5: زنجیره تنفسی درون سلول میکروب­ها و پتانسیل کاهشی متناظر با هر مرحله [2]……………………………………. 16

شکل 1-6: انتقال الکترون از سطح خارجی میکروب به سطح آند توسط مواد واسط درون­زا و برون­زا [26]……………………………… 18

شکل 1-7: انتقال مستقیم الکترون از سطح سلول میکروب به سطح آند با تماس مستقیم فیزیکی بین آن‌ها[26]…………………….. 20

شکل 1-8: انتقال الکترون از سطح سلول میکروب به سطح آند توسط نانوسیم رسانا [26]………………………………………… 20

شکل 1-9: گونه میکروبی از خانواده (الف) ژئوباکتر (ب) شوانلا و نانوسیم­های ایجاد شده [13]……………………………….. 21

شکل 1-10: شمایی از تفاوت بین پیل سوختی میکروبی و پیل سوختی میکروبی معکوس 22

شکل 2-1: مقایسه شبیه­سازی مدل [8] و نتایج آزمایشگاهی [9] در غلظت 1 میلی مولار استات- [8]…………………………………… 31

شکل 3-1: نمایی از نحوه افرازش الکترون­های تولید شده از منبع خارجی، تولید انرژی، تکثیر سلول­های جدید فعال و سازوکارهای نابودی آنها [1]   40

شکل 3-2: شمای ساده بیوفیلم چسبیده به کاتد و لایه مرزی غلظتی     42

شکل 3-3: الگوریتم حل معادلات مذکور در فصل سوم…….. 56

شکل 4-1: تغییرات پتانسیل الکتریکی در طول بیوفیلم در روزهای سوم، ششم، نهم، دوازدهم، پانزدهم و هجدهم…………………………………… 58

شکل 4-2: تغییرات غلظت سوبسترا در طول بیوفیلم در روزهای سوم، ششم، نهم، دوازدهم، پانزدهم و هجدهم…………………………………… 59                   ………………………………………………………

شکل 4-3: تغییرات جزء حجمی میکروب­های فعال در طول بیوفیلم   59

شکل 4-4: تغییرات ضخامت بیوفیلم با زمان………….. 60

شکل 4-5: تغییرات دانسیته جریان با زمان………….. 60

شکل 4-6: تغییرات بازده کلومبیک با غلظت سوبسترا در حجم مایع     63

شکل 4-7: روند تغییرات چگالی جریان با غلظت سوبسترا در حجم مایع  63

شکل 4-8: روند تغییرات ضخامت بیوفیلم با غلظت سوبسترا در حجم مایع    64

شکل 4-9: جمله نرنست-مونود نسبت به پتانسیل کاتد………… 64

شکل 4-10: تغییرات چگالی جریان با پتانسیل سطح کاتد… 65

نمودار 4-11: تغییرات چگالی جریان با زمان در پتانسیل اشباع و غلظت­های مختلف……………………………………………. 66

شکل 4-12: تغییرات چگالی جریان با زمان برای غلظت سوبسترای اشباع و پتانسیل­های مختلف……………………………………….. 67

شکل 4-13: توزیع میکروب­های فعال در بیوفیلم، پتانسیل کاتد محدود کننده 67

شکل 4-14: توزیع میکروب­های فعال در بیوفیلم، غلظت سوبسترای محدود کننده 68

شکل 4-15 شکل 4-15: مقایسه نتایح حاصل از مدلسازی با نتایج واقعی.  (a نتیجه حاصل از مدلسازی و (b نتایج واقعی …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..69

 

فهرست جدول‌ها

عنوان                                                                                                                                     صفحه

 

جدول 1-1: تفاوت بین واکنش­های انجام شده در بخش آند و کاتد پیل سوختی میکروبی و پیل سوختی میکروبی معکوس……………………… 22

جدول4-1: مقادیر عددی پارامترها برای حالت مرجع……. 58

جدول 4-2: محدوده تغییرات پتانسیل سطح کاتد و غلظت سوبسترا در حجم مایع    62

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

 

 فهرست مطالب

عنوان                                                                               صفحه

چکیده فارسی…………………………………………………………….. 1

فصل اول: مقدمه

1-1 پروتئین ALCAM. …………………………………………………………………. 3

1-2 سرطان ……………………………………………………………………………. 6

1-3 سرطان کولورکتال……………………………………………………….. 6

1-3-1انواع مختلف سرطان کوورکتال………………………………… 9

1-3-2 علائم شایع سرطان کولورکتال…………………………………….. 9

1-3-3 تعیین مرحله بیماری  ………………………………………………… 10

1-3-4 تشخیص سرطان کولورکتال ……………………………… 13

1-3-5 انواع ژنتیکی سرطان کولورکتال و تغییرات مولکولی انها ……………………………………. 15

1-3-6 عوامل خطرزا در ابتلا به سرطان کولورکتال………………………………………….. 20

1-3-7 درمان های رایج سرطان کولورکتال…………………………………………………………. 21

1-4 مساله تحقیق ……………………………………………………………………………………….. 23

فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده

2-1 ALCAM در درمان سرطان……………………………………. 24

فصل سوم: مواد و روش ها

3-1 مواد مورد استفاده…………………………………………………………………………………. 27

3-1-1 باکتری مورد استفاده…………………………………………………………………………………………… 27

3-1-2 پلاسمید………………………………………………………………………………………………………………………. 27

3-1-3 انزیم ها……………………………………………………………………………………………………………….. 28

3-1-4 کیت های ازمایشگاهی……………………………………………………………………………………………….. 28

3-1-5 انتی بیوتیک ها…………………………………………………………………………………………………. 28

3-1-6 محیط کشت ………………………………………………. 28

3-1-7 ژل ………………………………………………………………………. 28

3-1-8 مواد شیمیایی……………………………………………………………………………………………. 28

3-1-9 وسایل و تجهیزات ازمایشگاهی……………………………………………………………………………. 28

3-2  انالیز بیوانفورماتیکی ناحیه V پروتئینALCAM.. …………………………………………………………………… 34

3-2-1 استخراج توالی مورد نظر………………………………………………………………………………………………….. 34

3-2-2 بهینه سازی توالی یا Optimization………………………………………………………………………………………….. 35

3-3 سنتز شیمیایی DNA ناحیه V پروتئین ALCAM……………………………………………………………………………… 35

3-3-1 سنتز شیمیایی ژن نوترکیب……………………………………………………………………………………………….. 35

3-3-2 پایداری و شرایط نگهداری DNA سنتز شده………………………………….. 35

3-3-3 محلول سازی DNA لیوفیلیزه……………………………………………………………………………………. 36

3-4 کلونینگ پلاسمید- AMP⁺ pBSK  حاوی DNA ناحیهV پروتئین ALCAM ………………………………………………………………………. 36

3-4-1 اماده سازی باکتری شایسته………………………………………………………………………………………………. 36

3-4-1-1 مواد و محلول ها…………………………………………………………………………………………………………………………. 36

3-4-1-2 روش کار…………………………………………………………………………………………………………………….. 37

3-4-2 ترانسفورماسیون پلاسمید به سلول های مستعد TOP10  E.coli…………………………………………………………… 38

3-4-2-1 روش کار……………………………………………………………………………………………….. 38

3-4-3 ارزیابی کلونی ها………………………………………………………………………………………………………. 39

3-4-4 استخراج پلاسمید – AMP⁺ pBSK  حاوی DNA ناحیه Vپروتئین ALCAM………………………………………………… 39

3-4-5 تایید آنزیمی پلاسمید استخراج شده……………………………………………………………. 41

3-4-5-1 هضم آنزیمی دوگانه یا Double digestion………………………………………………………………………………… 42

3-4-5-2 الکتروفورز………………………………………………………………………………………………………………….. 42

3-5 ساب کلونینگ ژن ناحیهV  پروتئین ALCAM…………………………………………………………………………………….. 44

3-5-1 تخلیص DNA ناحیه Vاز ژل……………………………………………………………….. 44

3-5-2 ………………………………………………………………………….. 46

3-5-3 ترانسفورماسیون…………………………………………………………………………………………………… 46

3-5-3-1 اماده سازی سلول های شایسته……………………………………………………………………. 47

3-5-3-2 ترانسفورماسیون سلول های شایسته E.coli BL21(DE3) با محصول لایگیشن…………………………………… 48

3-5-4 ارزیابی کلونی ها…………………………………………………………………………………………………. 48

3-5-5 استخراج پلاسمید بیانی pet-28aحاوی ژن ناحیه VپروتئیALCAM……………………………………………………. 49

3-5-6 تایید انزیمی پلاسمید استخراج ……….. 51

3-6  بیان پروتئین ناحیه V پروتئین ALCAM…………………………………………………………………………….. 52

3-6-1 القاء بیان پروتئین به کمک IPTG…………………………………………………………………………. 52

3-6-2 بررسی بیان به کمک تکنیک SDS-page………………………………………………………………. 52

3-6-2-1 محتویات کیت.    SDS-page     ……………………………………………………………………..53

3-6-2-2روش انجام  SDS_page………………………………………………………………… 54

فصل چهارم: نتایج

4-1نتایج حاصل از  انالیز بیوانفورماتیکی پروتئین ناحیه V پروتئین ALCAM…………………………………… 58

4-1-1 نتایج حاصل از بهینه سازی توالی یا Optimization…………………………………… 58

4-2 سنتز شیمیایی DNA ناحیه …………………………………………… 63

4-3 کلونینگ پلاسمید- AMP⁺pBSKحاوی DNA ناحیه VپروتئینALCAM……………………………………………………….. 65

4-4 ساب کلونینگ ژن ناحیه V پروتئین ALCAM………………………………………………………………………………. 66

4-5 بیان پروتئین ناحیه V پروتئین ALCAMو تائید ان به کمک تکنیک SDS-page………………………….. 69

فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری

بحث……………………………… 71

نتیجه گیری……………… 83

منابع……………………………………… 84

چکیده انگلیسی………………………………..91

برای دانلود پایان نامه اینجا کلیک کنید

 

فهرست مطالب

چکیده فارسی……………………………………………………………………………………………. 1

فصل اول: مقدمه

1-1 سرطان    .  .. ………………………………………………………………………………………… 3

1-2 سرطان ……………………………………………………………………………………………………… 4

1-3 کولورکتال…………………………………………………………………………………………. 4

1-4 سرطان کوورکتال…………………………………………………………………………….. 4

1-4-2- عوامل خطرزا در ابتلا به سرطان کولورکتال ……………………………………………………………… 5

1-4-3- تغییرات مولکولی در سرطان ……………………………………………………………. 7

1-3-4 تشخیص سرطان کولورکتال ……………………………………………………………………… 9

1-4-4- علائم و نشانه ها……………………………………. 11

1-4-6- روش های درمانی برای سرطان ……………………………………. 14

1-4-6-1- جراحی…………………………………………………………………….. 14

1-4-6-2- شیمی درمانی………………………………………………………………………14

1-4-6-3- درمان بیولوژیکی……………………………………………………………………14

1-4-6-2- پرتو درمانی (درمان با اشعه) ……………………………………………………………………….. 14

1-2 پروتئین CD166 …………………………………………………………………………………………………… 15

1-4 مساله تحقیق ………………………………………………………………………………… 17

فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده

2-1 ALCAM در درمان سرطان………………………………………………………………………………………… 19

فصل سوم: مواد و روش ها

3-1 مواد مورد استفاده………………………………………………………………………………………………… 24

3-1-1 باکتری مورد استفاده……………………………………………………………………………………. 24

3-1-2 پلاسمید…………………………………………………………………………………………………………………….. 24

3-1-3 انزیم ………………………………………………………………………………………. 25

3-1-4 کیت های ازمایشگاهی……………………………………………………………………………………… 25

3-1-5 انتی بیوتیک ها……………………………………………………………………………………………….. 25

3-1-6 محیط کشت باکتری………………………………………………………………….. 25

3-1-7 ژل الکتروفورز…………………………………………………………………………………………….. 25

3-1-8 مواد شیمیایی…………………………………………………………………………. 25

3-1-9 وسایل و تجهیزات ازمایشگاهی……………………………………………………………………… 25

3-2  انالیز بیوانفورماتیکی ناحیه ALCAM.. ………………………………………………………………………………………………… 31

3-2-1 استخراج توالی مورد نظر…………………………………………………………………………….. 31

3-2-2 بهینه سازی توالی یا Optimization………………………………………………………………………………………………………. 32

3-3 سنتز شیمیایی DNA  ALCAM………………………………………………………………………………….. 32

3-3-1 سنتز شیمیایی ژن نوترکیب………………………………………………………………………………………….. 32

3-3-2 پایداری و شرایط نگهداری DNA سنتز شده…………………………………………………………………….. 32

3-3-3 محلول سازی DNA لیوفیلیزه………………………………………………………………………….. 33

3-4 کلونینگ پلاسمید- AMP⁺ pBSK  حاوی DNA پروتئین ALCAM ………………………………………………………………………. 33

3-4-1 اماده سازی باکتری شایسته…………………………………………………………………………………….. 33

3-4-1-1 مواد و محلول ها…………………………………………………………………………………….. 33

3-4-1-2 روش کار…………………………………………………………………………………………….. 34

3-4-2 ترانسفورماسیون پلاسمید به سلول های مستعد TOP10  E.coli………………………………………………………….. 35

3-4-2-1 روش کار……………………………………………………………………………………………….. 35

3-4-3 ارزیابی کلونی ها…………………………………………………………………………………………………………….. 36

3-4-4 استخراج پلاسمید – AMP⁺ pBSK  حاوی DNAپروتئین ALCAM…………………………………………………………… 36

3-4-5 تایید آنزیمی پلاسمید استخراج شده…………………………………………………………. 38

3-4-5-1 هضم آنزیمی دوگانه یا Double digestion…………………………………………………………………………………… 39

3-4-5-2 الکتروفورز…………………………………………………………………………………………….. 39

3-5 ساب کلونینگ ژن پروتئین ALCAM……………………………………………………………………………………………………. 39

3-5-1 تخلیص DNA ناحیه CD166از ژل…………………………………………. 39

3-5-2 لایگیشن……………………………………………………………………………………………………………… 43

3-5-3 ترانسفورماسیون……………………………………………………………………………………………………….. 43

3-5-3-1 اماده سازی سلول های شایسته……………………………………………………………………. 44

3-5-3-2 ترانسفورماسیون سلول های شایسته E.coli BL21(DE3) با محصول لایگیشن…………………………………………. 45

3-5-4 ارزیابی کلونی ها…………………………………………………………………………………………………….. 45

3-5-5 استخراج پلاسمید بیانی pet-28aحاوی ژنپروتئین ALCAM……………………………………………………………. 46

3-5-6 تایید انزیمی پلاسمید استخراج شده…………………………………………………………. 48

3-6  بیان پروتئین پروتئین ……………………………………….. 48

3-6-1 القاء بیان پروتئین به کمک …………………………………………… 49

3-6-2 بررسی بیان به کمک تکنیک SDS-page……………………………………………………………………………………………………………. 49

3-6-2-1 محتویات کیت.    SDS-page     ………………………………………………………………………………………………………………… 50

3-6-2-2روش انجام  SDS_page………………………………………………………………………………………………………………. 51

فصل چهارم: نتایج

برای دانلود پایان نامه اینجا کلیک کنید

 

وزارت علوم، تحقیقات و فناوری

دانشگاه علوم و فنون مازندران

 

پایان نامه

مقطع کارشناسی ارشد

رشته مهندسی شیمی

عنوان

مطالعه تجربی و مدلسازی ریاضی خشک کن دوار صنعتی تولید دی کلسیم فسفات

استاد راهنما:

دکتر کامیار موقرنژاد

استاد مشاور:

دکتر سیدعلی قریشی

 

تابستان 1393

چکیده:

هدف از انجام این پایان نامه مدلسازی ریاضی خشک کن دوار برای خشک کردن دی کلسیم فسفات است. در این پروژه با شرایط مختلف دما و تعداد دور مختلف خشک کن، میزان رطوبت محصول خروجی از خشک کن بررسی شده است. در نتیجه 100 داده از خروجی خشک کن دوار بدست آمده است که آنالیز های متعدی بر روی آنها انجام شده است.نسبت رطوبت در هر دور خشک کن در زمانهای مختلف بدست آورده شده است و با استفاده از نرم افزار Table curve و گذراندن منحنی از داده های تجربی،7 مدل ریاضی بر روی داده های خروجی این خشک کن انجام شده است و ثوابت مربوط به این مدل ها، ضریب تعیین آنها، میانگین مربعات خطا و درصد خطای نسبی بدست آورده شده است. با کمک اطلاعات بدست آمده توسط مدل ها، به بررسی بهترین مدل با استفاده از بیشترین ضریب تعیین و کمترین میانگین مربعات خطا ودرصدخطای نسبی، پرداخته شده و بهترین مدل سازگار با بیشترین تعداد داده های تجربی را دارد مدل Modified Henderson and Pabis می باشد. در نهایت به بررسی این داده های تجربی به کمک شبکه های عصبی پرداخته شد که نتایج بدست آمده حداقل خطای مطلق(0.06) را داشته و از قابلیت تعمیم بالایی برخوردارند.

واژه های کلیدی: خشک کن دوار، خشک کردن، مدلسازی، دی کلسیم فسفات

 

فهرست مطالب

 

فصل اول:مقدمه و کلیات

1-1- مقدمه 2

1-2- اصول خشک کردن. 3

1-3- پدیده های انتقال در فرایند خشک کردن. 3

1-3-1- انتقال حرارت در فرایند خشک کردن. 4

1-3-2- انتقال حرارت بطریق همرفت.. 5

1-3-3- انتقال حرارت بطریق هدایت.. 6

1-3-4- انتقال حرارت بطریق تابش… 7

1-4- عوامل موثر در خشک کردن. 7

1-5- انتقال جرم در فرایند خشک کردن. 9

1-6- تعاریف در خشک کردن. 10

فصل دوم:پیشینه مطالعات خشک کن دوار و مدلسازی آن

2-1- مقدمه 14

2-2- اصول عملیات.. 14

2-3- خشک کن های مستقیم. 15

2-3-1- خشک کن های همسو. 15

2-3-2- خشک کن های ناهمسو. 16

2-3-3- سیستم حرارتی. 17

2-3-4-کاربردهای جریان همسو. 17

2-3-5- کاربردهای جریان ناهمسو. 18

 

 

فهرست مطالب

 

2-4- چرخه(بازیافت)گاز و سیستم های جامع. 19

2-5- ویژگی های یک خشک کن دوار 20

2-6- طراحی یک خشک کن دوار 21

2-7- نمونه هایی از خشک کردن در صنایع مختلف.. 23

2-8- مدل های زمان اقامت.. 25

2-9- مدل های ارائه شده برای بدست آوردن ضریب انتقال حرارت.. 27

2-10- مدل های کلی(جامع)برای خشک کن های دوار 28

فصل سوم:روش تحقیق

3-1-مقدمه 32

3-2- خشک کن دوار 32

3-3-بررسی فرایند خشک کردن و عملکرد آن. 32

3-4-عملکرد بهینه خشک کن دوار 35

3-5- تعریف دی کلسیم فسفات.. 37

3-5-1- مشخصات ظاهری. 37

3-5-2- موارد مصرف دی کلسیم فسفات.. 37

3-5-3- روش های تولید دی کلسیم فسفات.. 37

3-5-4- فرایند تولید صنعتی دی کلسیم فسفات.. 38

3-5-5- خواص دی کلسیم فسفات.. 38

3-5-6- مزایای وجود کلسیم و فسفر در جیره طیور 38

3-5-7- مزایای وجود کلسیم و فسفر در جیره دام 39

3-5-8- علائم کمبود فسفر و کلسیم. 39

 

فهرست مطالب

 

3-6- خشک کن دوار کارخانه تولید دی کلسیم فسفات.. 39

3-6-1- ویژگی های خشک کن دوار مورد بررسی. 40

3-6-2- اجزای بیرونی خشک کن دوار 42

3-6-3-نمودار خطی خشک کن دوار مورد بررسی 47

3-6-4- محاسبه تعداد دور خشک کن. 48

3-7- روش نمونه برداری. 49

3-7-1- نتایج نمونه برداری. 50

فصل چهارم:بررسی مدل های ریاضی مختلف و مدل شبکه عصبی برای توصیف خشک کن دوار

4-1-مدلسازی ریاضی. 56

4-1-1- مقدمه 56

4-1-2-مدلسازی ریاضی فرایند خشک شدن. 56

4-2-شبکه عصبی. 67

4-2-1- مقدمه 67

4-2-2- اجزای یک شبکه عصبی. 68

4-2-3- ایده اساسی شبکه عصبی. 69

4-2-4- مدل مفهومی نرون. 70

4-2-5- شبکه های عصبی مصنوعی. 70

4-2-6- تعریف دانش و اطلاعات.. 71

4-2-7- توانایی های شبکه عصبی. 71

4-2-8- شبیه سازی شبکه های عصبی. 71

 

فهرست مطالب

 

4-2-9- عملکرد اجزای اصلی سازنده نرون. 71

4-2-10- انواع توابع فعالساز 72

4-2-11- ساختار مختلف شبکه عصبی. 75

4-2-12- شبکه عصبی پیش رونده 75

4-2-13-چگونگی عملکرد شبکه عصبی 76

4-2-14- یادگیری در شبکه های عصبی. 77

4-2-15- پارادایم های یادگیری. 77

4-2-16- شبکه عصبی پرسپترون. 77

4-2-16-1-پرسپترون چند لایه 77

4-2-17- کاربرد شبکه عصبی برای مدلسازی فرایند خشک کردن. 78

4-2-18- جمع آوری و پردازش داده ها 79

فصل پنجم:نتیجه گیری و پیشنهادها

5-1-مدلسازی. 84

5-2-مدل شبکه عصبی. 86

5-3- نتیجه گیری. 86

5-4-پیشنهادها 86

منابع. 87

چکیده انگلیسی. 90

 

 

 

 

 

فهرست جداول

 

جدول(2-1):پیش بینی زمان ماند در مدل های مختلف.. 26

جدول(3-1):ویژگی های خشک کن دوار مورد بررسی. 48

جدول(3-2):نتایج خشک کن در دور4/4. 50

جدول(3-3):نتایج خشک کن در دور5/4. 50

جدول(3-4):نتایج خشک کن در دور8/4. 51

جدول(3-5):نتایج خشک کن در دور5. 51

جدول(3-6):نتایج خشک کن در دور2/5. 52

جدول(3-7):نتایج خشک کن در دور3/5. 52

جدول(3-8):نتایج خشک کن در دور4/5. 53

جدول(3-9):نتایج خشک کن در دور6/5. 53

جدول(3-10):نتایج خشک کن در دور7/5. 54

جدول(3-11):نتایج خشک کن در دور8/5. 54

جدول(4-1):تعدادی از مدلهای ریاضی مختلف و معادلات مربوط به آنها 56

جدول(4-2):ثوابت مدل های مختلف برای خشک کردن دی کلسیم فسفات.. 57

جدول(4-3):مقایسه مدل های تجربی مختلف.. 58

جدول(4-4):نتایج بدست آمده از شبکهMLP دی کلسیم فسفات در خشک کن دوار 79

 

فهرست تصاویر و نمودارها

 

شکل(1-1):منحنی سرعت خشک شدن نسبت به رطوبت آزاد بطریق جابجایی در شرایط خارجی ثابت

. 6

شکل(1-2):منحنی سرعت خشک شدن بطریق جابجایی(رطوبت آزاد نسبت به زمان) 6

شکل(2-1):نمودار خشک کن دوار حرارت مستقیم همسو. 16

شکل(2-2):نمودار خشک کن حرارت مستقیم ناهمسو. 16

شکل(2-3):جریان همسو ایجاد شده توسط یک منبع خارجی. 17

شکل(2-4):جریان همسو ایجادشده توسط یک مشعل داخلی. 18

شکل(2-5):جریان ناهمسو ایجادشده توسط یک منبع خارجی. 18

شکل(2-6):جریان ناهمسو ایجادشده توسط یک مشعل داخلی. 19

شکل(2-7):یک سیستم احیا کننده حرارتی. 20

شکل(2-8):نمودار خطی یک خشک کن دوار 21

شکل(2-9):پروفایل پره های رایج. 22

شکل(2-10):توزیع حالت پایا برای رطوبت جامد و هوای خشک در جاییکه .. 30

شکل(3-1):خشک کن دوار آبشاری. 33

شکل(3-2):حرکت آبشاری جامدات در داخل خشک کن دوار 36

شکل(3-3):نمایی از خشک کن دوار کارخانه تولید دی کلسیم فسفات مورد بررسی. 40

شکل(3-4):نحوه قرارگرفتن پره ها در خشک کن. 41

شکل(3-5):مشعل. 42

شکل(3-6):ترمومتر. 43

شکل(3-7):کانال مکش… 43

شکل(3-8):موتور گیربکس… 44

شکل(3-9):درایور اینورتر. 44

شکل(3-10):فن مکنده 45

شکل(3-11):ریل راهنما 45

 

فهرست تصاویر و نمودارها

    

شکل(3-12):چرخ دنده 46

شکل(3-13):نمودار خطی خشک کن دوار مورد بررسی با استفاده از نرم افزار اتوکد. 47

شکل(3-14):رطوبت سنج دیجیتالیSartorius MA35. 49

شکل(4-1): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور4/4 با تقریب مدلPageوModified Henderson & Pabis. 59

شکل(4-2): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور5/4 با تقریب مدلTwo-TermوModified Henderson & Pabis. 59

شکل(4-3): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور8/4 با تقریب مدل Two-Term وModified Henderson & Pabis. 60

شکل(4-4): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور5با تقریب مدلTwo-Term وModified Henderson & Pabis. 61

شکل(4-5): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور2/5با تقریب مدلPage وModified Henderson & Pabis. 62

شکل(4-6): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور3/5با تقریب مدلModified Henderson and Pabis وPage. 63

شکل(4-7): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور4/5با تقریب مدلModified Henderson and Pabis وTwo-Term.. 63

شکل(4-8): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور6/5با تقریب مدلModified Henderson and PabisوTwo-Term.. 64

شکل(4-9): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور7/5 با تقریب مدلModified Henderson and Pabis وTwo-Term.. 65

شکل(4-10): انحراف نسبت رطوبت اندازه گیری شده از خشک کن دوار به نسبت رطوبت پیش بینی شده در دور8/5با تقریب مدل Modified Henderson and Pabisو Two-Term.. 65

شکل(4-11):ساختار یک سلول عصبی. 69

شکل(4-12):مفهوم نرون. 70

 

فهرست تصاویر و نمودارها

 

شکل(4-13):تابع آستانه ای. 72

شکل(4-14):تابع آستانه ای دو مقداری. 73

شکل(4-15):تابع انتقال لگاریتمی. 73

شکل(4-16):تابع انتقال خطی مثبت.. 74

شکل(4-17):تابع انتقال تانژانت.. 74

شکل(4-18):شبکه چند ورودی یک لایه 75

شکل(4-19):شبکه چند ورودی چندلایه 76

شکل(4-20):شبکه های بازگشتی. 76

شکل(4-21):نمودار عملکرد شبکه عصبی. 76

شکل(4-22):مسیرسیگنال ها در شبکه عصبی. 78

شکل(4-23):مسیر سیگنال ها در شبکه عصبی طراحی شده برای خشک کن دی کلسیم فسفات.. 79

شکل(5-1):مقایسه ضریب تعیین7مدل برای دی کلسیم فسفات.. 84

شکل(5-2):مقایسه میانگین مربعات خطای 7 مدل برای دی کلسیم فسفات.. 85

شکل(5-3):مقایسه میانگین درصد خطای نسبی7مدل برای دی کلسیم فسفات.. 85

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

 

عنوان                    فهرست مطالب                صفحه

فصل اول: کلیات

خلاصه فارسی.. 1

فصل اول: کلیات

1-1: تاریخچه. 3

1-2: خصوصیات عمومی جنس هموفیلوس: 4

1-3: نیازهای غذایی.. 6

1-4: دسته بندی و تیپ بندی هموفیلوس آنفلونزا 8

1-4-1: بیوتایپ های هموفیلوس آنفلونزا: 8

1-4-2: سروتایپ های هموفیلوس آنفلونزا: 9

1-4-3: دیگر سیستم های دسته بندی: 9

1-5: خصوصیات پاتوژنیک… 9

1-5-1: آنتی ژن کپسولی.. 9

1-5-2: فاکتورهای ویرولانس و آنتی ژن های دیگر: 11

1-5-3: عوامل تشکیل کلنی و ویرولانس…. 12

1-6: علائم کلینیکی عفونتهای هوفیلوس آنفلونزا تیپ b.. 13

1-6-1: مننژیت… 15

1-7:درمان: 15

1-7-1: واکسن های موثر و مقایسه آنها 15

1-8: تشخیص: 18

1-8-1: روش کشت… 18

1-8-2: روش آگلوتیناسیون لاتکس (LAT). 19

1-8-3: روش مولکولی.. 19

1-9: ژنوم هموفیلوس آنفلونزا: 19

1-9-1: ژنوم مولد کپسول پلی ساکاریدی.. 21

1-9-1-1: منطقه I. 22

1-9-1-3: منطقه II. 22

1-9-1-2: منطقه III. 22

1-9-1-4: قطعه IS1016 23

1-9-1-5: تعداد کپی جایگاه cap. 24

1-9-1-6: تکامل ژنوم سویه های کپسول دار هموفیلوس آنفلونزا 25

1-9-1-7: ژنوتیپ های Hib.. 27

1-10: روش های تعیین تعداد کپی جایگاه cap در ژنوم هموفیلوس آنفلونزا: 28

1-11: Real-time PCR.. 28

1-11-1: تعریف و مفهوم : 28

1-11-2: مزایای روش Real-time PCR: 29

1-11-3: انواع روش های Real-time PCR: 29

1-11-4: روش های تعیین کمیت با Real-time PCR: 32

1-11-4-1: Absolute Quantification : 32

1-11-4-2: چگونگی رسم یک منحنی استاندارد: 32

1-11-4-3: Relative Quantification.. 33

1-11-5: کاربرد های Real-time PCR: 34

1-12: بیان مساله. 34

1-13: ضرورت انجام تحقیق.. 35

1-14: اهداف پژوهش…. 36

فصل دوم: مروری بر متون گذشته

2-1: مطالعات انجام شده در ایران. 38

2-2: مطالعات انجام شده در خارج از ایران. 39

فصل سوم: مواد و روش ها

3-1: محیط های کشت… 43

3-1-1: محیط کشت شکلات آگار. 43

3-1-1-1: مواد و تجهیزات مورد نیاز. 43

3-1-1-2: روش تهیه 1000 میلی لیتر محیط کشت شکلات آگار. 43

3-1-2: محیط کشت آگار خون دار. 44

3-1-2-1: روش تهیه 1000 میلی لیتر محیط کشت شکلات آگار. 44

3-1-3: محیط کشت BHI+ supplement مایع.. 44

3-1-3-1: مواد و دستگاه های مورد نیاز. 44

3-1-3-2: روش تهیه 500 میلی لیتر محیط کشت  BHI+ supplemenمایع.. 44

3-2: کشت نمونه ها 45

3-3: فریز کردن باکتری.. 45

3-3-1: مواد و تجهیزات لازم. 45

3-3-2: روش فریز کردن. 45

3-4: شناسایی عمومی هموفیلوس آنفلونزا 46

3-4-1: تست نیاز های غذایی.. 46

3-4-2: رنگ آمیزی گرم. 46

3-4-2-1: مواد و تجهیزات لازم. 46

3-4-2-2: روش رنگ آمیزی گرم. 46

3-5: واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR). 47

3-5-1: استخراج DNA  از باکتری به روش جوشاندن. 47

3-5-1-1: مواد و تجهیزات لازم. 47

3-5-1-2: روش استخراج.. 48

3-5-2: پرایمرها 48

3-5-2-1: آماده سازی پرایمرها 49

3-5-3: برنامه PCR.. 49

3-5-4: تهیه مستر میکس PCR.. 50

3-5-4-1: مواد و تجهیزات لازم. 50

3-5-4-2: روش تهیه مسترمیکس…. 50

3-5-5: تهیه 500 میلی لیتر بافر TAE 10X.. 53

3-5-5-1: مواد و تجهیزات لازم. 53

3-5-5-2: روش تهیه بافر. 53

3-5-6: الکتروفورز محصول PCR.. 53

3-5-6-1: مواد و تجهیزات مورد نیاز. 53

3-5-6-2: تهیه ژل آگارز جهت الکتروفوز. 53

3-5-6-3: روش الکتروفورز محصول PCR.. 54

3-6: استخراج PRP. 54

3-6-1: مواد و تجهیزات مورد نیاز. 54

3-6-2: تهیه  ml50 محلول CTAB 0.5 M… 54

3-6-3: تهیه ml 50  محلول NaCl 0.4 M… 55

3-6-4: روش استخراج PRP. 55

3-7: اندازه گیری PRP به روش بیال. 56

3-7-1: مواد و تجهیزات لازم. 56

3-7-2: روش اندازه گیری PRP. 56

3-8:تعیین تعداد کپی cap با استفاده از Real-time PCR: 57

3-8-1: مواد و تجهیزات لازم: 57

3-8-2: شرایط واکنش: 57

3-8-3: کمیت سنجی مطلق(Absolute quantification): 59

3-8-3-1: انجام و تخلیص محصول PCR برای منحنی استاندارد. 59

3-8-3-2: تهیه منحنی استاندارد. 60

3-8-4: کمیت سنجی نسبی (Relative Quantification): 62

3-9: تعیین ژنوتیپ نمونه ها با استفاده از PCR : 62

فصل چهارم: نتایج

4-1: نتایج روش های تشخیص عمومی.. 65

4-1-1: نتایج نیاز غذایی.. 65

4-1-2: نتایج رنگ آمیزی گرم. 65

4-2: نتایج آزمون PCR.. 66

4-2-1: تایید هموفیلوس آنفلونزای کپسول دار بودن نمونه ها 66

4-2-2: تایید تیپ b بودن نمونه ها 68

برای دانلود پایان نامه اینجا کلیک کنید