–379

2-2-1- شرح فرآیند واحد استخراج پروپان....................................................................................................29
2-2-2- شرح فرآیند واحد استخراج بوتان.....................................................................................................30
2-2-3- شرح فرآیند واحد احیا کاستیک........................................................................................................32
2-3- واکنش‌های فرآیند مرکاپتان‌زدایی توسط سود......................................................................................33
2-3-1- واکنش‌های اصلی.............................................................................................................................33
2-3-2- واکنش‌های فرعی............................................................................................................................35
2-4- کاتالیست فرآیند مرکاپتان‌زدایی توسط سود.........................................................................................38
2-5- بررسی عوامل مؤثر بر فرآیند استخراج مرکاپتانها و تصفیه گاز مایع..................................................40
2-5-1- تعادل فازها و یونیزاسیون اسیدها و بازهای موجود..........................................................................40
2-5-1-1- تعادل اسیدها و بازهای موجود در فاز آبی...................................................................................41
2-5-1-2- تعادل بین فازهای هیدروکربنی و آبی.........................................................................................43
2-5-2- تأثیر نوع مرکاپتان بر فرآیند استخراج..............................................................................................48
2-5-3- تأثیر غلظت محلول هیدروکسید بر فرآیند استخراج و واکنش تبدیل مرکاپتان‌ها به مرکاپتایدهای‌سدیم...........................................................................................................................................50
2-5-4- مقدار سود مصرفی موردنیاز..............................................................................................................52
2-5-5- تأثیر دما بر فرآیند استخراج..............................................................................................................55
2-5-6- روابط تجربی ارائه‌شده برای ضرایب توزیع و استخراج....................................................................56
2-5-7- جمع‌بندی عوامل مؤثر بر فرآیند استخراج مرکاپتان از گاز مایع......................................................60
2-6- عوامل مؤثر بر فرآیند احیا سود..............................................................................................................61
2-6-1- تأثیر غلظت سود بر واکنش تبدیل مرکاپتایدهای‌سدیم به دی‌سولفیدها.........................................61
2-6-2- تأثیر غلظت سود بر حلالیت کاتالیست در محلول سود...................................................................63
2-6-3- تأثیر غلظت سود بر نفوذ مرکاپتایدها و رادیکال‌های آزاد................................................................64
2-6-4- تأثیر دما بر واکنش اکسیداسیون مرکاپتایدهای‌سدیم......................................................................65
2-6-5- تأثیر دما بر فعالیت کاتالیست در محلول سود..................................................................................66
2-6-6- تأثیر ساختار مولکولی مرکاپتان بر سرعت واکنش...........................................................................68
2-6-7- تأثیر روش تهیه محلول کاتالیست توزیع‌شده در سود بر سرعت واکنش........................................68
2-6-8- تأثیر محیط گازی بر فعالیت کاتالیست CoSPc و سرعت واکنش.................................................70
2-6-9- تأثیر سرعت اختلاط محلول کاتالیستی سود و هوا بر سرعت واکنش اکسیداسیون مرکاپتایدسدیم..................................................................................................................................................71
2-6-10- جمع‌بندی عوامل مؤثر بر فرآیند احیا سود.....................................................................................71
فصل سوم : نتایج تحقیقات پیشین روی فرآیند شیرین‌سازی گاز مایع با محلول فیزیکی سود...........................73
فصل چهارم : تشریح شبیه‌سازی و بررسی نتایج حاصل از آن..............................................................................77
4-1- مقدمه.....................................................................................................................................................78
4-2- تشریح شبیه‌سازی.................................................................................................................................81
4-3- مقایسه نتایج شبیه‌سازی با مقادیر طراحی............................................................................................89
4-4- بهینه‌سازی متغیرهای علمیاتی بخش احیاء سود...................................................................................91
4-4-1- مقدار بهینه هوای ورودی به بستر اکسیدایزر برای احیاء سود..........................................................91
4-4-2- مقدار بهینه غلظت محلول سود ورودی به بستر اکسیدایزر برای احیاء سود...................................93
4-4-3- مقدار بهینه برای دمای اکسیدایزر....................................................................................................95
فصل پنجم : جمع‌بندی مطالب و نتیجه‌گیری.......................................................................................................96
فهرست منابع فارسی............................................................................................................................................100
فهرست منابع غیرفارسی......................................................................................................................................101
چکیده انگلیسی....................................................................................................................................................104
صفحه عنوان به زبان انگلیسی............................................................................................................................105
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1- حداکثر غلظت مجاز برای مرکاپتان‌های سبک و سولفیدهیدروژن....................................................9
جدول 1-2- انواع جاذب‌ها یا حلال‌های مورداستفاده در فرآیندهای شیرین‌سازی گاز مایع...............................10
جدول 1-3- توانایی جاذب‌ها و حلال‌های مختلف در جداسازی ناخالصی‌های سولفور.......................................11
جدول 1-4- حلالیت نسبی گازهای مختلف در حلال سلکسول.........................................................................22
جدول 1-5- هزینه‌های عملیاتی و سرمایه‌گذاری موردنیاز برای شیرین‌سازی pbsd 10000 سوخت جت توسط دو فرآیند شیرین‌سازی با سود و شیرین‌سازی با کمک غربال‌های مولکولی........................................................27
جدول 2-1- ثابت تعادلی برای واکنش سولفیدکربنیل و آب................................................................................37
جدول 2-2- مقایسه فعالیت و پایداری انواع کاتالیست‌های مورداستفاده در شیرین‌سازی برش‌های هیدروکربنی سبک توسط محلول سودسوزآور............................................................................................................................39
جدول 2-3- ثابت یونیزاسیون اسیدهای موجود در ترکیبات نفتی در دمای 34 درجه سانتی‌گراد........................43
جدول 2-4- مقدار اکتیویته آب در غلظت‌های مختلف محلول سود در دمای 32 درجه سانتی‌گراد...................45
جدول 2-5- ضریب استخراج KE برای مرکاپتان‌ها و سولفیدهیدروژن بر اساس کار yabroff.........................47
جدول 2-6- ثابت‌های معادله (2-7)....................................................................................................................47
جدول 2-7- حلالیت مرکاپتان‌ها در آب خالص در دمای 20 درجه سانتی‌گراد...................................................48
جدول 2-8- ماتریس طراحی و نتایج آزمایشگاهی...............................................................................................54
جدول 2-9- مقدار ثابت A برحسب نوع مرکاپتان برای معادله (2-17)..............................................................57
جدول 2-10- مقدار ثابت B برای معادله (2-18)................................................................................................58
جدول 2-11- میزان جذب CO+2 به‌عنوان جزء فعال کاتالیست و مقدار تبدیل پروپیل مرکاپتایدسدیم به دی‌سولفید در محلول سود......................................................................................................................................64
جدول 4-1- مقایسه نتایج طراحی شرکت اکْسِنس با نتایج شبیه‌سازی فعلی برای جریان سود ورودی به اکسیدایزر و سود احیاشده خروجی از آن................................................................................................................89
جدول 4-2- مقایسه نتایج طراحی شرکت اکْسِنس با نتایج شبیه‌سازی فعلی برای سود احیاشده برگشتی به واحدهای استخراج..................................................................................................................................................90
جدول 4-3- مقایسه نتایج طراحی شرکت اکْسِِنْس با نتایج شبیه‌سازی فعلی برای جریان هوای خروجی از مخزن جداکننده دی‌سولفیداویل از سود.................................................................................................................90
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل 2-1- دیاگرام جریان بخش استخراج..........................................................................................................31
شکل 2-2- دیاگرام جریان بخش احیاء سود........................................................................................................32
شکل 2-3- ساختار مولکولی کاتالیست سولفونیتدکبالت‌فتالوسیانین....................................................................38
شکل 2-4- مقایسه بین مقادیر ضریب استخراج (KE) تجربی و تئوری به‌دست‌آمده از معادله (2-10).........46
شکل 2-5- حلالیت نرمال‌مرکاپتان‌ها در آب و توزیع مرکاپتان‌ها بین فاز هیدروکربنی ایزواکتان و فاز آبی محلول سود 5/0 نرمال..........................................................................................................................................49
شکل 2-6- اثر مقدار و غلظت محلول سود در استخراج مرکاپتان‌ها...................................................................51
شکل 2-7- تغییرات ویسکوزیته محلول سود با غلظت آن..................................................................................51
شکل 2-8- تأثیر غلظت سود بر واکنش پروپیل‌مرکاپتان و سود..........................................................................52
شکل 2-9- قابلیت اشباع سود توسط مرکاپتان‌ها (Y’2, Y2)، به‌عنوان یک عامل محدودکننده، برحسب غلظت محلول سود.............................................................................................................................................................53
شکل 2-10- اثر درجه حرارت بر روی ضریب استخراج متیل و اتیل مرکاپتان‌ها برای سیستم ایزواکتان و محلول سود 25/4 مولار.........................................................................................................................................55
شکل 2-11- اثر درجه حرارت بر روی ضریب استخراج بوتیل‌مرکاپتان در سیستم ایزواکتان و محلول سود 5/0 نرمال......................................................................................................................................................................56
شکل 2-12- مقدار متغیر B مربوط به معادله 2-18 برحسب مولاریته سود.......................................................59
شکل 2-13- ضریب استخراج KE برای مرکاپتان‌های C2,C1 در سیستم ایزواکتان و محلول سود..................60
شکل 2-14- تأثیر غلظت سود بر واکنش اکسیداسیون پروپیل مرکاپتایدهای‌سدیم به دی‌سولفیداویل.............62
شکل 2-15- طیف ماوراءبنفش کاتالیست CoSPc برای 100 میلی‌لیتر محلول سود با غلظت‌های مختلف.....63
شکل 2-16- تغییرات چسبندگی محلول سود با غلظت آن.................................................................................65
شکل 2-17- تأثیر دما بر واکنش اکسیداسیون پروپان مرکاپتایدسدیم (سایر پارامترهای عملیاتی ثابت)...........65
شکل 2-18- مقدار جذب جزء فعال کاتالیست (CO+2) و درنتیجه فعالیت کاتالیست بر اساس دما و زمان نگهداری کاتالیست.................................................................................................................................................66
شکل 2-19- تأثیر دمای نگهداری کاتالیست بر سرعت واکنش اکسیداسیون پروپان مرکاپتایدسدیم................67
شکل 2-20- تأثیر ساختار مولکولی مرکاپتایدهای‌سدیم بر واکنش اکسیداسیون آن‌ها.......................................68
شکل 2-21- مقایسه مقدار جذب امواج ماوراءبنفش و درنتیجه فعالیت کاتالیست برای محلول کاتالیستی سود تهیه‌شده به روش‌های مختلف...............................................................................................................................69
شکل 2-22- تأثیر روش تهیه محلول سود و کاتالیست بر سرعت واکنش اکسیداسیون پروپان مرکاپتایدسدیم........................................................................................................................................................69
شکل 2-23- فعالیت کاتالیست سولفونیتدکبالت‌فتالوسیانین در مجاورت محیط‌های گازی مختلف....................70
شکل 2-24- تأثیر سرعت اختلاط بر واکنش اکسیداسیون پروپان مرکاپتایدسدیم.............................................71
شکل 4-1- تکمیل اطلاعات ضروری در پوشه Setup.......................................................................................81
شکل 4-2- انتخاب مواد تشکیل‌دهنده جریان‌ها..................................................................................................82
شکل 4-3- انتخاب مدل ترمودینامیکی...............................................................................................................84
شکل 4-4- تکمیل پوشه مشخصات جریان‌ها.....................................................................................................85
شکل 4-5- تکمیل پوشه مشخصات تجهیزات....................................................................................................86
شکل 4-6- تعریف استوکیومتری واکنش‌ها.........................................................................................................87
شکل 4-7- تکمیل سربرگ مربوط به ضرایب تعادل واکنش‌ها...........................................................................88
شکل 4-8- تکمیل سربرگ مربوط به ضرایب تعادل نمک‌ها..............................................................................88
شکل 4-9- تأثیر مقدار هوای مورداستفاده بر راندمان احیاء سود.........................................................................93
شکل 4-10- تأثیر غلظت محلول سود بر مقدار احیاء سود..................................................................................94
شکل 4-11- تأثیر دمای اکسیدایزر بر میزان احیاء سود....................................................................................99
چکیده
حذف مرکاپتان‌ها از جریان‌های هیدروکربنی توسط روش‌های گوناگونی انجام می‌پذیرد. استفاده از محلول سودسوزآور و بسترهای غربال موکولی ازجمله پرکاربردترین روش‌ها هستند. در صنایع نفت و گاز کشور ما، اغلب جهت حذف مرکاپتان‌های سبک از روش شستشو با محلول کاستیک نسبتاً رقیق استفاده می‌شود. در این پروژه فرآیند احیا کاستیک شرح داده می‌شود و عوامل مؤثر بر این فرآیند بررسی می‌گردد. همچنین در مورد مقدار بهینه پارامترهای عملیاتی این فرآیند بحث می‌شود. غلظت سود مصرفی، دمای عملیات و دبی اکسیژن ورودی به راکتور (اکسیدایزر) مهم‌ترین پارامترهای عملیاتی می‌باشند. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که غلظت بهینه سود برای تبدیل مرکاپتایدهای‌سدیم به دی‌سولفیدها در حدود 9/1 مول بر لیتر است اما به دلیل چرخش محلول سود در سیستم، مقدار بهینه غلظت سود باید برای کل سیستم مشخص شود. با توجه به نتایج آزمایشگاهی مقدار بهینه غلظت سود برای مرکاپتان‌زدایی از گاز مایع بین 75/2 و 25/4 مول بر لیتر است. ضمناً دمای پیشنهادی برای خروجی اکسیدایزر 50 درجه سانتی‌گراد می‌باشد؛ بنابراین پروفایل دما در اکسیدایزر 10 درجه سانتی‌گراد خواهد بود. همچنین 06/1 الی 1/1 مقدار استوکیومتری اکسیژن برای سودی که در ورودی اکسیدایزر دارای ppm 8680 وزنی مرکاپتاید است، پیشنهاد می‌شود.
مقدمه
هدف از انجام این پروژه بررسی فرآیند احیا سود و عوامل مؤثر بر آن و بهینه‌سازی پارامترهای عملیاتی واحد مذکور می‌باشد. در فصل اول به‌منظور کسب اطلاعات پایه‌ای موردنیاز، انواع ناخالصی‌های گوگردی موجود در گاز مایع و لزوم جداسازی آن‌ها موردبررسی قرارگرفته و روش‌های مختلف شیرین‌سازی گاز مایع، موارد کاربرد هر یک و نیز مزایا و معایب مربوطه آورده ‌شده است تا در صورت نیاز با توجه به طراحی مجتمع پارس جنوبی و امکانات موجود، از تجهیزات مکمل برای بهبود عملکرد فرآیند استفاده شود به‌گونه‌ای که تغییرات اعمال‌شده ازلحاظ اقتصادی نیز توجیه‌پذیر باشد.
در فصل دوم به روش مورداستفاده در فازهای 4 و 5 پرداخته‌شده و فرآیند مرکاپتان‌زدایی از گاز مایع توسط حلال فیزیکی سود به‌تفصیل بررسی‌شده است.
در فصل سوم، نتایج تحقیقات پیشین روی فرآیند شیرین‌سازی گاز مایع با محلول فیزیکی سود آورده شده است.
در فصل چهارم، مراحل شبیه‌سازی تشریح شده و نتایج حاصل از شبیه‌سازی فرآیند آورده شده و مقادیر بهینه پارامترهای عملیاتی برای فرآیند احیا سود، مورد تجزیه‌وتحلیل قرارگرفته‌اند. لازم به ذکر است که شبیه‌سازی واحد مذکور توسط نرم‌افزارهای Plus Aspen و Aspen Dynamic و بر پایه نتایج آزمایشگاهی و روابط تجربی ارائه‌شده در فصل دوم صورت گرفته است.
درنهایت در فصل پنجم جمع‌بندی، نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌ها مربوطه آورده شده است.
فصل اول:
انواع ناخالصی‌های سولفور موجود در گاز مایع و روش‌های جداسازی آن‌ها
1-1- انواع ناخالصی‌های سولفور موجود در گاز مایع
گاز مایع به‌عنوان سوخت صنعتی، سوخت خانگی و ماده شیمیایی خام کاربرد فراوانی دارد و اغلب دارای ناخالصی‌های دی‌اکسیدکربن، سولفیدهیدروژن، سولفیدکربنیل، دی‌سولفیدکربن و مرکاپتان‌های نوع متیل و اتیل می‌باشد.
با توجه به مضرات ناخالصی‌های سولفور، یکی از مهم‌ترین فرآیندهای تصفیه گاز مایع در صنعت، فرآیند شیرین‌سازی آن می‌باشد. امروزه مقادیر مجاز سولفور موجود در گاز مایع به‌شدت کاهش‌یافته است. برای مثال مقدار سولفور مجاز در پروپان و بوتان مورداستفاده در تولید پلی‌پروپیلن و پلی بوتیلن کمتر از ppm 5 می‌باشد. این امر موجب شده تا در صنایع تولیدی بالادستی و نیز صنایع تصفیه پایین‌دستی مقادیر سولفور مجاز کمتری در طراحی فرآیندها مدنظر قرار گیرد [1].
ناخالصی‌های سولفور موجود در گاز مایع به دو گروه اصلی (عمده) و فرعی (محتمل) تقسیم می‌گردند که در ادامه آورده شده‌اند.
1-1-1- ناخالصی‌های اصلی و عمده
سولفیدهیدروژن
سولفیدهیدروژن به‌طورکلی از واکنش‌های کراکینگ مولکول‌های سولفور ناشی می‌شود و غلظت‌های بالای ppm 2 آن موجب خاصیت خورندگی شدید گاز می‌گردد. همچنین درصورتی‌که برش نفتی به‌عنوان ماده خام استفاده شود، سولفیدهیدروژن باعث تشکیل سولفور آزاد و مرکاپتان‌ها می‌گردد.
سولفیدهیدروژن مخرب‌ترین ناخالصی‌ای هست که می‌تواند در گاز مایع وجود داشته باشد.
سولفیدکربنیل
سولفیدکربنیل ممکن است در برش پروپان موجود باشد و اگرچه به‌خودی‌خود، خورنده نیست اما در حضور آب هیدرولیز شده و سولفیدهیدروژن تولید می‌کند و درنتیجه گاه موجب خاصیت خورندگی محصول می‌شود.
تشکیل سولفیدکربنیل اساساً توسط واکنش هیدرولیزی برگشت‌پذیر و تعادلی زیر صورت می‌گیرد:
COS + H2O ↔ H2S + CO2 (1-1)
هنگام برداشت از مخزن، به دلیل اینکه گاز طبیعی معمولاً با آب اشباع‌شده است، سولفیدکربنیل تشکیل نمی‌شود. البته در بعضی موارد در غیاب آب هم سولفیدکربنیل تشکیل می‌شود. مثلاً در غربال‌های مولکولی مخصوص آب‌زدایی، در اثر واکنش سولفیدهیدروژن با دی‌اکسیدکربن، سولفیدکربنیل تشکیل می‌شود. سولفیدکربنیل تشکیل‌شده در غربال‌های مولکولی که بالادست واحد گاز مایع قرار دارند، در محصول پروپان تجمع می‌کند. حتی مقادیر حجمی بسیار کم سولفیدکربنیل در صورت فراهم بودن شرایط تعادلی مناسب، با آب ترکیب‌شده و سولفیدهیدروژن تولید می‌کند.
حضور سولفیدکربنیل در محصول پروپان فروشی معمولاً بررسی نمی‌شود چراکه این ترکیب مستقیماً تست خوردگی را تحت تأثیر قرار نمی‌دهد. در صورت حضور آب در سیستم انتقال پروپان، وجود حتی مقادیر بسیار کم سولفیدکربنیل و هیدرولیز آن منجر به مردود شدن محصول دریافتی در مقصد (در تست خوردگی) خواهد شد. تشکیل سولفیدکربنیل در واحدهای آب‌زدایی که از غربال‌های مولکولی 4 یا 5 انگستروم استفاده می‌کنند، تسریع می‌شود. غربال‌های مولکولی ذکرشده تشکیل سولفیدکربنیل را به دلایل زیر تسریع می‌کنند:
سطح تماس زیاد کریستال‌های زئولیت موجود به‌عنوان کاتالیست
ساختار کریستالی
غلظت بالای سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدکربن در سوراخ‌های غربال به دلیل جذب سریع و کمبود آب
تکنولوژی‌های موجود برای جداسازی سولفیدکربنیل شامل شیرین‌سازی با آمین یا جاذب می‌باشد. درصورتی‌که سولفیدکربنیل تنها ناخالصی موجود در محصول پروپان باشد، شیرین‌سازی با جاذب اغلب اقتصادی‌تر است [2].
دی‌سولفیدکربن
دی‌سولفیدکربن اگرچه به‌خودی‌خود، خورنده نیست اما در حضور آب هیدرولیز شده و سولفیدهیدروژن تولید می‌کند و درنتیجه موجب خاصیت خورندگی محصول می‌شود.
مرکاپتان‌های نوع متیل و اتیل (CH3SH و C2H5SH)
مرکاپتان‌ها و محصولات حاصل از احتراق آن‌ها در صورت زیاد بودن باعث بوی بد محصولات نفتی سبک مانند گاز مایع و بنزین می‌شوند اما خاصیت خورندگی ندارند. مرکاپتان‌ها همچنین منشأ تشکیل صمغ‌ها هستند. غلظت مرکاپتان‌ها در محصولات نفتی بسته به مخزنی که نفت از آن برداشت‌شده و نیز نحوه توزیع سولفور در نفت خام متغیر است. مقادیر قابل‌توجهی از مرکاپتان‌ها از تجزیه سایر ترکیبات سولفور در خلال فرایندهای تقطیر و کراکینگ نفت، تولید می‌شوند [3].
برش پروپان تنها شامل متیل‌مرکاپتان می‌باشد و مقدار اتیل‌مرکاپتان موجود در آن بسیار کم است.
برش بوتان تنها شامل مرکاپتان‌های اتیل و متیل می‌باشد.
فرمول شیمیایی برای همه مرکاپتان‌ها R-SH می‌باشد که در آن R گروه هیدروکربن، S اتم سولفور و H اتم هیدروژن می‌باشد [4].
1-1-2- ناخالصی‌های فرعی و متحمل
سولفیدهای‌دی‌الکیل (RSR)
دی‌آلکیل‌ها در اثر واکنش بین مرکاپتان‌ها و اولفین‌ها تشکیل می‌شوند. این ترکیبات نامطلوب نیستند و تصفیه نمی‌شوند.
دی‌سولفیدها
منشأ تولید دی‌سولفیدها، اکسیداسیون مرکاپتان‌ها می‌باشد. این ترکیبات ازلحاظ حرارتی ناپایدار هستند و در دماهای بین 170-150 درجه سانتی‌گراد به مرکاپتان‌ها تجزیه می‌شوند.
عنصر سولفور
عناصر سولفور از اکسیداسیون سولفیدهیدروژن تولید می‌شوند:
H2S + 1/2 O2 ↔ H2O + S (1-2)
مخلوط سولفیدهیدروژن و گوگرد عنصری حتی در مقادیر کمتر از ppm 5/0 شدیداً خورنده است و باعث مردود شدن محصول در تست خوردگی می‌شود.
ترکیبات اکسیژن‌دار مانند اسیدهای نفتنیک
به‌غیراز موارد بسیار معدود، اسیدهای نفتنیک در برش‌های چگالیده با نقطه‌جوش نهایی کمتر از 160 درجه سانتی‌گراد حضور ندارند. در مقابل این ترکیبات در محصول گاز مایع به‌دست‌آمده از شکست حرارتی، حاضر هستند. حضور مبهم برش نفت سفید معمولاً با حضور اسیدهای نفتنیک گره‌خورده است. ترکیب این اسیدها با فلزات باعث تشکیل نمک‌هایی می‌گردد که ممکن است منجر به مسدود شدن فیلترها شوند. نمک‌های مذکور همچنین موجب تسریع تشکیل صمغ‌ها می‌شوند.
1-2- دلایل جداسازی ناخالصی‌های اصلی سولفور موجود در گاز مایع
متیل و اتیل مرکاپتان‌ها، سولفیدهیدروژن، سولفیدکربنیل و دی‌سولفیدکربن در صورت حضور در گاز مایع باید به دلایل زیر جداسازی شوند:
سولفیدکربنیل در حضور آب تمایل به هیدرولیز شدن و تولید سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدکربن دارد؛ بنابراین سولفیدکربنیل موجود در برش پروپان به‌منظور جلوگیری از خوردگی باید جداسازی شود.
سولفیدهیدروژن و مرکاپتان‌های C1 و C2 بسیار سمی هستند و دارای بوی بسیار بد و فراریت بالا می‌باشند. (نقطه‌جوش متیل‌مرکاپتان 6 درجه سانتی‌گراد و اتیل‌مرکاپتان 35 درجه سانتی‌گراد است). حضور این ناخالصی‌ها در گاز باعث بروز مشکلات اکولوژیکی در خلال انتقال، ذخیره‌سازی و به‌ویژه هنگام سرریز جریان هیدروکربنی می‌شود.
سولفیدهیدروژن و مرکاپتان‌های اتیل و متیل باعث خوردگی خط لوله و سیستم ذخیره‌سازی در خلال فرآیند تصفیه یا انتقال سیال، می‌شوند.
سولفیدهیدروژن و مرکاپتان‌های متیل و اتیل محلول در آب هستند (حلالیت متیل‌مرکاپتان در آب بالای 3 درصد حجمی است) و مشکلاتی را هنگام تصفیه آب پسماند تانک‌ها و واحدهای نمک‌زدایی ایجاد می‌کنند.
تجربه صنایع پالایش روسیه نشان می‌دهد که مرکاپتان‌ها در راکتورهای hydro treating نوع IB-180 ◦C باعث تشکیل سریع کک روی لایه کاتالیست می‌شوند. علت این پدیده سرعت بالای تجزیه حرارتی مرکاپتان‌ها در دماهای (2500-220) درجه سانتی‌گراد می‌باشد که قبل از ورود به راکتور صورت گرفته است [5].
بعضی از مرکاپتان‌های دارای نقطه‌جوش بالاتر موجود در برش بنزین با سایر ناخالصی‌ها واکنش داده و صمغ‌های غیر فرار تولید می‌کنند. این صمغ‌ها در داخل قسمت‌های مختلف موتور باقی می‌مانند [4].
جدول 1-1- حداکثر غلظت مجاز برای مرکاپتان‌های سبک و سولفیدهیدروژن [5]
نوع مرکاپتان فرمول شیمیایی نقطه‌جوش
(درجه سانتی‌گراد) MPCW.Z. (میلی‌گرم بر مترمکعب) MPCW.S. (میلی‌گرم بر مترمکعب) مقدار مجاز ازلحاظ بوی بد (میلی‌گرم بر مترمکعب)
متیل‌مرکاپتان CH3SH 6 8/0 9×10-6 2×10-5
اتیل‌مرکاپتان C2H5SH 36 1 3×10-5 6×10-5
ایزو پروپیل‌مرکاپتان I-C3H7SH 60 5/1 1×10-4 2×10-4
سولفیدهیدروژن H2S -61 10 8×10-3 2/1×10-5
1-3- روش‌های جداسازی ناخالصی‌های سولفور موجود در گاز مایع
برای جداسازی ناخالصی‌های گاز مایع، با توجه به نوع ناخالصی‌ها و مقدار آن‌ها روش‌های مختلفی وجود دارند. به‌طورکلی فرآیندهای سولفورزدایی از گاز مایع به دو دسته خشک و مرطوب تقسیم‌بندی می‌شوند.
فرآیندهای خشک شامل جاذب‌های احیاناپذیر، جاذب‌های احیاپذیر و جاذب‌های هیبریدی (ترکیبی از جاذب‌های احیاپذیر و احیاناپذیر) می‌شود.
فرآیندهای مرطوب شامل حلال‌های شیمیایی (آمین‌ها)، حلال‌های فیزیکی و حلال هیبریدی (ترکیبی از حلال‌های شیمیایی و فیزیکی) می‌شود.
در جدول (1-2) انواع جاذب‌ها و حلال‌های مورداستفاده برای شیرین‌سازی گاز مایع آورده شده است.
جدول 1-2- انواع جاذب‌ها یا حلال‌های مورداستفاده در فرآیندهای شیرین‌سازی گاز مایع
جاذب‌ها و کاتالیست‌های مورداستفاده در فرآیندهای خشک احیا‌پذیر جاذب‌های مورداستفاده در فرآیندهای خشک احیاناپذیر فرآیندهای مرطوب
اکسیدهای ترکیبی فلزات جامدات قلیایی حلال‌های شیمیایی حلال‌های فیزیکی حلال‌های هیبریدی (شیمیایی/ فیزیکی)
غربال‌های مولکولی اکسیدهای روی بهبودیافته هیدروکسیدسدیم جامد آمین‌های ترکیبی هیدروکسیدسدیم حلال‌های خانواده فلکسورب
مونو‌اتانول‌آمین آلومینای فعال اکسید آهن مانند آهن اسفنجی یا سولفاترت هیدروکسیدپتاسیم جامد دی‌اتانول‌آمین سلکسول LE-701
ژل سیلیکای فعال اکسیدهای ترکیبی دارای پایه اکسیدمس ترکیب از جامدات آلکالین شامل هیدروکسیدهای سدیم و پتاسیم جامد دی‌گلیکول‌آمین متانول سولفینول‌ام‌دی
دی‌ایزو‌پروپانول‌آمین حلال‌های شرکت DOW
کربن فعال اکسیدهای ترکیبی نیکل متیل‌دی‌اتانول‌آمین مورفری سرب اکسون
جدول (1-3) علاوه بر معرفی جاذب‌ها و حلال‌های مورداستفاده در صنایع شیرین‌سازی توانایی جاذب‌ها و حلال‌های مختلف را در جداسازی ناخالصی‌های سولفور ارائه می‌نماید.
جدول 1-3- توانایی جاذب‌ها و حلال‌های مختلف در جداسازی ناخالصی‌های سولفور
حلال یا جاذب توضیح توانایی جداسازی سولفیدهیدروژن توانایی جداسازی مرکاپتان‌ها و سولفیدکربنیل توانایی جداسازی انتخابی سولفیدهیدروژن امکان کاهش قدرت حلال
مونو‌اتانول‌آمین (MEA) حلال شیمیایی بله به‌طور نسبی خیر بله (توسط CO2 و COS و CS2)
دی‌اتانول‌آمین (DEA) حلال شیمیایی بله به‌طور نسبی خیر تا حدی (توسط CO2 و COS و CS2)
دی‌گلیکول‌آمین (DGA) حلال شیمیایی بله به‌طور نسبی خیر بله (توسط CO2 و COS و CS2)
متیل‌دی‌اتانول‌آمین (MDEA) حلال شیمیایی بله به‌طور نسبی بله خیر
آمین ترکیبی از نوع Dow's Gas Spec شامل MDEA/ DIPA حلال شیمیایی بله به‌طور نسبی بله خیر
آمین ترکیبی از نوع BASF's aMDEA حلال شیمیایی بله به‌طور نسبی بله خیر
آمین ترکیبی از نوع Exxon's Flexsorb دارای آمین پایه MDEA حلال شیمیایی بله به‌طور نسبی- سولفیدکربنیل را کاملاً حذف می‌کند. - خیر
آمین ترکیبی از نوع Union Carbide's Ucarsol دارای آمین پایه TEA حلال شیمیایی بله به‌طور نسبی - -
سلکسول (Selexol) حلال فیزیکی بله بله بله خیر
سود (هیدروکسیدسدیم) حلال فیزیکی بله بله بله خیر
سولفینول (Sulfinol) حلال هیبریدی بله بله اما نه کاملاً بله تا حدی توسط CO2 و CS2
حلال‌های شرکت DOW حلال هیبریدی بله بله (بازده بسیار بالا) بله -
حلال‌های خانواده فلکسورب Flexsorb SE or Felex sorb PS حلال هیبریدی بله بله اما نه تا مقدار زیر 30 ppm (برای برش گاز مایع) - -
غربال‌های مولکولی (Molecular Sieves) جاذب احیاپذیر بله بله (بازده بسیار بالا) بله -
آهن اسفنجی (اکسید آهن) (Iron Spange) جاذب احیاناپذیر بله به‌طور نسبی (بازده بسیار پایین) بله -
اکسیدهای روی بهبودیافته جاذب احیاناپذیر بله بله برای سولفیدکربنیل بله -
اکسیدهای ترکیبی دارای پایه اکسیدمس جاذب احیاناپذیر بله بله (بازده بسیار بالا) بله -
اکسیدهای ترکیبی دارای پایه اکسیدنیکل جاذب احیاناپذیر بله بله (بازده بسیار بالا) بله -
جامد قلیایی ترکیبی سافنولایم‌آرجی
(Sufnolime RG) جاذب احیاناپذیر بله به‌طور نسبی خیر -
هات‌پتاسیم‌بنفیلد
(Hot Potassium Benfield) جاذب احیاناپذیر قلیایی بله خیر خیر خیر
1-3-1- فرآیندهای خشک
فرآیندهای خشک بر اساس قابلیت احیای جاذب مورداستفاده به سه دسته احیاناپذیر، احیاپذیر و هیبریدی (ترکیبی از فرآیندهای احیاناپذیر و احیاپذیر) تقسیم می‌گردند که در ادامه هرکدام شرح داده می‌شوند.
1-3-1-1- فرآیندهای خشک احیاناپذیر
در این فرآیندها جداسازی سولفیدهیدروژن و مرکاپتان‌ها از جریان گاز توسط یک جاذب جامد و از طریق واکنش صورت می‌گیرد. اکثر این فرآیندها احیاناپذیر هستند اگرچه بعضی از آن‌ها قابلیت احیا نسبی دارند و در هر سیکل احیا، جاذب بخشی از فعالیت خود را از دست می‌دهد.
جاذب‌های احیاناپذیر شامل اکسیدهای فلزی، اکسیدهای ترکیبی فلزات و جامدات قلیایی می‌باشند.
در فرآیندهای احیاناپذیر دارای جاذب اکسید فلزی به دلیل اینکه مبنای فرآیند واکنش اکسیداسیون می‌باشد، ناخالصی‌های سولفوری که امکان اکسیده شدن در شرایط فرآیند را ندارند به این روش جداسازی نمی‌شوند. در این فرآیندها، گاز شور به درون بستر از گرانول‌های جاذب (اکسید فلزی) فرستاده می‌شود که این گرانول‌ها معمولاً با ناخالصی سولفور به‌ویژه سولفیدهیدروژن واکنش داده و سولفید فلزی پایدار تولید می‌کنند. تشکیل سولفید فلزی در جاذب یک واکنش غیرقابل‌برگشت است که ما را از یک محصول تصفیه‌شده با خلوص بالا مطمئن می‌سازد.
جاذب مصرف‌شده ممکن است بازیافت شود و یا اینکه به‌عنوان زباله بی‌خطر دور ریخته شود. اگرچه واکنش جاذب با ناخالصی‌های گوگردی تحت تأثیر فشار نمی‌باشد اما در دماهای بالا بهتر انجام می‌شود. بنابراین به دلیل افزایش فعالیت جاذب با ازدیاد دما، بسترهای جاذب معمولاً در پایین‌دست کمپرسورها نصب می‌شوند.
در فرآیندهای دارای قابلیت احیا نسبی، سولفید فلزی تشکیل‌شده قادر است که با اکسیژن واکنش داده و درنتیجه سولفور عنصری به همراه اکسید فلزی احیاشده تولید کند. بنابراین این نوع از فرآیندهای خشک شیرین‌سازی دو دسته‌اند. در یک دسته در اثر واکنش اکسیداسیون، سولفور تولیدشده و در دسته دیگر اکسیدهای سولفوری تولید می‌شوند. فرآیندهای خشک سولفورزدایی با جاذب، بسیار ساده و تمیز هستند. جاذب مصرف‌شده (سولفید فلزی) ممکن است برای بازیافت فلز فروخته شود و درنتیجه هزینه‌های انهدام مواد مصرف‌شده و زائد کاهش‌یافته یا حذف می‌شود.
برای ظرفیت‌های سولفورزدایی بالا و در مقیاس صنعتی، استفاده از اکسیدهای فلزی بهبودیافته ضروری می‌باشد. همچنین به‌منظور جداسازی ناخالصی‌های سولفور آلی که دارای فعالیت کمتری هستند مانند مرکاپتان‌ها و نیز انجام فرآیند در دماهای عملیاتی پایین‌تر از 120 درجه سانتی‌گراد باید از اکسیدهای فلزی ترکیبی که شامل فلزاتی نظیر روی، مس، منگنز، آلومینیم، سرب، نقره و آهن هستند استفاده کرد [6].
اکسیدروی فعال بهبودیافته، اکسید آهن، اکسیدهای دارای پایه نیکل، اکسیدهای دارای پایه مس، اکسیدهای ترکیبی مس و روی، ترکیبی از اکسیدهای مس و روی درون پوشش آلومینا و نیز ترکیبی از اکسیدهای روی و مس و آلومینا به شکل قرص انواعی از جاذب‌های صنعتی هستند که امروزه بکار می‌روند.
جاذب‌های ترکیبی اکسیدهای فلزی، مانند آنچه ذکر شد، قادر به سولفورزدایی در دماهای پایین بوده (پایین‌تر از 120 درجه سانتی‌گراد) و فرمولاسیون آن‌ها به‌گونه‌ای است که دارای سطح‌فعال وسیعی هستند [7 و 1].
در فرآیندهای احیاناپذیر دارای جاذب جامد قلیایی، از جاذب‌های هیدروکسیدی، نظیر آنچه در فرآیندهای گاز با سودسوزآور به کار می‌رود، استفاده می‌شود. شکل بهبودیافتۀ جامدهایی که پایه قلیایی دارند مانند نوع سافنولایم‌آرجی که مخلوطی از هیدروکسیدها در یک جامد دانه‌ای می‌باشد، قادر است سولفیدهیدروژن، دی‌اکسیدکربن، سولفیدکربنیل، دی‌اکسیدگوگرد و ترکیبات گوگرددار آلی را حذف کند اما توانایی آن بیشتر در حذف سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدکربن است. بستر پرشده در میان دو‌لایه از ساچمه سرامیکی در بالا و پایین نگه‌داشته می‌شود و جهت جریان به سمت بالاست.
در این فرآیند واکنش‌های زیر صورت می‌گیرد:
2NaOH+H2S⟶Na2S+2H2O (1-3)
Ca(OH)2+CO2⟶CaCO3+H2O (1-4)
سافنولایم‌آرجی علاوه بر سولفیدهیدروژن، دی‌اکسیدکربن را حذف می‌کند. نوع دیگری از جاذب‌های جامد قلیایی، هیدروکسید‌پتاسیم جامد می‌باشد. هیدروکسید‌پتاسیم جامد، به‌عنوان باز جامد قادر به جداسازی تنها مقادیر کم سولفیدهیدروژن، سولفیدکربنیل و مرکاپتان‌ها از جریان پروپان و گاز مایع است و زمانی کاربرد دارد که شیرین‌سازی مقادیر کم پروپان ترش در عملیات ناپیوسته مدنظر باشد. چون ماده مورداستفاده در این فرآیندها یک نوع باز غیرقابل احیا می‌باشد. ممکن است پسماند آن موجب بروز مشکلاتی گردد [7].
1-3-1-2- فرآیندهای خشک احیاپذیر
جاذب‌هایی که در فرآیندهای خشک احیاپذیر بکار می‌روند عبارتند از غربال‌های مولکولی. در بعضی موارد در کنار غربال‌های مولکولی از آلومینای فعال، سیلیکاژل، کربن فعال و غیره به‌عنوان کاتالیست هیدرولیز استفاده می‌شود. غربال‌های مولکولی به‌عنوان جاذب‌های احیاپذیر طی سی سال اخیر کاربردهای بسیاری داشته‌اند. این انواع از جاذب‌ها علاوه بر جداسازی سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدکربن قادر به جداسازی ترکیبات سولفور آلی مانند سولفیدکربنیل، دی‌سولفیدکربن و مرکاپتان‌های سبک با بازده بالا می‌باشند. این جاذب‌ها معمولاً برای حذف آب از جریان‌های گازی فشار بالا و حذف مرکاپتان‌ها به همراه دیگر آلاینده‌ها از محصولات هیدروکربنی سبک به کار می‌روند و عموماً در مواردی استفاده می‌شوند که خلوص بسیار بالای محصول موردنیاز است؛ بنابراین درصورتی‌که از غربال‌های مولکولی مناسب استفاده گردد، امکان رطوبت‌زدایی و شیرین‌سازی گاز مایع در یک مرحله وجود دارد و محصولی با مشخصات رطوبتی و سولفور موردنیاز تولید خواهد شد که تست خوردگی را نیز برای سولفورهای فرار با موفقیت طی می‌کند.
به‌طورکلی رطوبت‌زدایی توسط غربال‌های مولکولی 3 و 4 انگستروم انجام می‌شود درحالی‌که حذف دی‌اکسیدکربن و ترکیبات گوگردی با غربال‌های مولکولی بزرگ‌تر از 5 انگستروم صورت می‌گیرد.
یکی از تکنولوژی‌های شیرین‌سازی برش‌های هیدروکربنی با استفاده از غربال‌های مولکولی تکنولوژی زئوکم می‌باشد. شرکت زئوکم معمولاً صدها تن در سال غربال مولکولی را برای موارد شیرین‌سازی مختلف در سرتاسر جهان، در مقیاس‌های بزرگی چون پالایشگاه، کارخانجات گاز و غیره تا مقیاس‌های کوچک تأمین می‌کند و تجربه زیادی در این زمینه دارد. این شرکت بر اساس مطالعات انجام‌شده بر روی فرآیندهای صنعتی و با تکیه‌بر نتایج آزمایشات صورت گرفته پارامترهای عملیاتی فرآیندهای شیرین‌سازی با غربال‌های مولکولی را ازلحاظ اقتصادی بهینه‌سازی نموده است. در بسیاری از موارد شیرین‌سازی برش‌های هیدروکربنی مایع سبک مدنظر که دارای ناخالصی‌های مرکاپتانی هستند. با توجه به اینکه سینتیک جذب در فاز مایع بسیار کندتر از سینتیک جذب در فاز گاز است، طبیعتاً بهره‌برداری از غربال‌های مولکولی برای شیرین‌سازی گاز مایع مشکل‌تر می‌باشد. درزمینهی افزایش سرعت جذب یا به‌عبارت‌دیگر افزایش ظرفیت غربال‌های مولکولی نیز، تکنولوژی زئوکم پیشرفت‌های زیادی داشته است و برای مثال ظرفیت جذب غربال‌های مولکولی برای جداسازی ناخالصی‌های گوگردی موجود در گاز مایع مانند مرکاپتان‌ها در حدود 13 الی 20 درصد افزایش‌یافته است.
همان‌گونه که قبلاً ذکر شد غربال‌های مولکولی احیاپذیر هستند و روش احیاء بستر غربال‌های مولکولی در هر دو مورد شیرین‌سازی گاز طبیعی یا گاز مایع مشابه است. معمولاً مقدار کمی از گاز طبیعی یا گاز مایع شیرین شده برای حرارت دادن و احیاء بستر به کار می‌رود. در فرآیند شیرین‌سازی گاز مایع مراحل پر کردن و تخلیه بستر از گاز مایع احیاء کننده به مراحل فرآیندی احیاء بستر اضافه می‌شود [10 و 9 و 8].
مزایای فرآیندهای خشک احیاپذیر به شرح زیر است:
فرآیندهای شیرین‌سازی با غربال مولکولی، ترکیبات گوگردی مانند سولفیدهیدروژن، سولفیدکربنیل و مرکاپتان‌ها را به‌طور گزینشی حذف می‌نماید.
در صورت استفاده از غربال مولکولی امکان رطوبت‌زدایی و شیرین‌سازی گاز طبیعی یا گاز مایع به‌طور همزمان وجود دارد.
در صورت زیاد بودن سولفیدکربنیل در برش هیدروکربنی پروپان، می‌توان با نصب یک بستر کاتالیستی هیدرولیز که تبدیل‌کننده سولفیدکربنیل به سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدکربن است، در بالادست بستر غربال مولکولی مقدار جداسازی سولفیدکربنیل را افزایش داد.
با افزایش تعداد دفعات احیاء بستر می‌توان ظرفیت گوگردزدایی را افزایش داد.
در کارخانه‌ای که دارای واحد غربال مولکولی برای رطوبت‌زدایی است و برای گوگردزدایی از روش‌های دیگری مانند حلال‌های فیزیکی استفاده می‌شود، در صورت نیاز با جایگزین کردن غربال‌های مولکولی رطوبت‌زدایی با انواعی که قادر به گوگردزدایی نیز هستند، ناخالصی‌های سولفور باقیمانده در محصول شیرین شده را می‌توان تا مقادیر بسیار پایین‌تر وزنی و حتی تا زیر ppm 5 وزنی کاهش داد.
1-3-1-3- فرآیندهای خشک هیبریدی
فرآیندهای هیبریدی مانند سلکسورب نوعی از فرآیندهای احیاناپذیر هستند که از فرآیندهای خشک احیاپذیر و احیاناپذیر توأماً استفاده می‌کنند، در این فرآیندها پس از بسترهای جاذب احیاناپذیر، بستری از غربال‌های مولکولی استاندارد درجه (4A) مانند Zeochem's 24-01 به‌منظور خشک‌کردن و حذف CO2 به کار می‌رود.
فرآیندهای هیبریدی دارای مزایای ذیل هستند:
با افزایش تعداد دفعات احیاء، امکان جداسازی بیشتر ترکیبات گوگردی وجود دارد.
همچنین گاز احیاء کننده می‌تواند دوباره به کار رود بنابراین فرآیند در تمام موارد اقتصادی است. علت امکان استفاده مجدد از گاز احیاء کننده غربال‌های مولکولی آن است که این غربال‌ها فقط برای رطوبت‌زدایی و حذف دی‌اکسیدکربن به‌کاررفته‌اند.
هزینه‌های عملیاتی طولانی‌مدت آن در مقایسه با دیگر فرآیندهای خشک پایین‌تر است.
عیب فرآیندهای هیبریدی آن است که چون پیچیده می‌باشند و بستر جاذب گوگرد باید هر 6 ماه یا در مورد مقادیر بالای گوگرد حتی سریع‌تر تعویض شود، هزینه‌های سرمایه‌گذاری برای تجهیزات بالاست.
1-3-2- فرآیندهای مرطوب
فرآیندهای مرطوب که البته احیاپذیر هستند، با کمک حلال‌های فیزیکی (مانند سود)، حلال‌های هیبریدی (فیزیکی- شیمیایی) یا حلال‌های شیمیایی (آمین‌ها) انجام می‌شوند.
حلال‌های فیزیکی مانند سود (هیدروکسیدسدیم)، سلکسورب و غیره برای جداسازی مرکاپتان‌ها و ترکیبات گوگردی سنگین‌تر و نیز مقادیر کم سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدکربن به کار می‌روند. حلال فیزیکی هیدروکسیدپتاسیم نیز در جداسازی سولفیدهیدروژن و متیل‌مرکاپتان از گاز مایع مؤثر می‌باشد.
حلال‌های شیمیایی یا آمین‌ها قادر به جداسازی سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدکربن از جریان گاز می‌باشند و برای جداسازی ترکیبات گوگردی سنگین‌تر مانند مرکاپتان‌ها، آمین‌ها به‌اندازه کافی قوی نیستند که بتوانند تمام مرکاپتان‌های اتیل و متیل را از جریان گاز مایع حذف کنند. درنتیجه حلال‌های شیمیایی (آمین‌ها) زمانی برای شیرین‌سازی جریان‌های گازی به کار می‌روند که ناخالصی‌های اصلی موجود و مشکل‌زا، سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدکربن باشند. اگرچه حلال‌های فیزیکی مقادیر بسیار زیاد مرکاپتان را از جریان گاز مایع جداسازی می‌کنند و از این نظر از حلال‌های شیمیایی (آمین‌ها) قوی‌تر هستند اما در عوض حلالیت فاز هیدروکربنی در حلال‌های فیزیکی بیشتر از حلالیت آن در حلال‌های شیمیایی است.
حلال‌های هیبریدی عملکردی مابین عملکرد حلال‌های شیمیایی (آمین‌ها) و حلال‌های فیزیکی دارند. حلال‌های هیبریدی این توانایی را دارند که در عین جداسازی مرکاپتان‌ها و برخی دیگر از ترکیبات آلی، مقادیر کمتری از برش هیدروکربنی را در مقایسه با حلال‌های فیزیکی در خود جذب ‌کنند. البته نباید فراموش کرد که ازلحاظ جداسازی مرکاپتان‌ها حلال‌های هیبریدی بازده حلال‌های فیزیکی را ندارند اما از حلال‌های آمینی قوی‌تر هستند [12 و 11 و 3].
1-3-2-1- سولفورزدایی با حلال‌های شیمیایی (آمین‌ها)
حلال‌های آمینی دهه‌هاست که برای جداسازی سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدکربن از برش‌های مختلف گاز استفاده می‌شوند؛ اما بازده آن‌ها در حذف مرکاپتان چندان مطلوب نیست. ازآنجاکه مرکاپتان‌ها نسبت به سولفیدهیدروژن یا دی‌اکسیدکربن اسیدهای بسیار ضعیف‌تری هستند، تنها به میزان کمی با آمین‌ها واکنش می‌دهند و به همین دلیل برای حذف مؤثر مرکاپتان‌های بازهای قوی‌تری چون محلول‌های سودسوزآور موردنیاز هستند [11].
روش‌های اولیه طراحی واحدهای شیرین‌سازی گاز با آمین طی سالیان متمادی اصلاح‌شده‌اند و اصلاح این روش‌ها با گذشت زمان و کسب تجربیات بیشتر همچنان ادامه دارد.
فرآیندهای آمینی تصفیه گاز مایع و تصفیه گاز طبیعی مشابه هستند چراکه در هر دو مورد یک فاز هیدروکربنی با چگالی پایین (مایع یا گاز) با یک فاز مایع سنگین‌تر و غیرقابل امتزاج (محلول آبی الکالونامین) تماس برقرار می‌کند. CO2، H2S و COS از فاز هیدروکربنی به فاز آبی منتقل می‌شوند و در آنجا با آمین واکنش می‌دهند. آمین مصرف‌شده، بازیافت شده و به سیستم بازگردانده می‌شود. در واحدهای تصفیه گاز، به دلیل حجم زیاد گاز موجود و ظرفیت محدود گاز در حالت طغیان کرده، فاز گاز معمولاً (نه همیشه) فاز پیوسته است؛ اما در مورد گاز مایع اگرچه دبی حجمی فاز هیدروکربن نسبتاً پایین است اما به‌هرحال دبی آن بالاتر از دبی حجمی فاز آمین است و در طراحی فرآیند هر یک از فازهای آمین یا هیدروکربن ممکن است به‌عنوان فاز پیوسته در نظر گرفته شوند [3].
آمین‌های متداول در شیرین‌سازی عبارتند از مونو‌اتانول‌آمین (MEA)، دی‌اتانول‌آمین (DEA)، دی‌اتیلن‌گلیکول‌آمین (DGA)، دی‌ایزو‌پروپانول‌آمین (DIPA) و متیل‌دی‌اتانول‌آمین (MDEA). همچنین آمین‌هایی ترکیبی که مخلوطی از چندین آمین با برخی افزودنی‌ها هستند در صنایع به کار می‌روند که بسیار مؤثرتر از متیل‌دی‌اتانول‌آمین به‌تنهایی هستند. این آمین‌های ترکیبی معمولاً دارای آمین پایه و سه‌تایی متیل‌دی‌اتانول‌آمین (MDEA) یا تری‌‌اتانول‌آمین (TEA) می‌باشند و آمین‌های دیگری نظیر مونو‌اتانول‌آمین یا دی‌‌‌ایزو‌پروپانول‌آمین به آن‌ها افزوده می‌شوند تا آمین ترکیبی ساخته شود. آمین‌های ترکیبی علاوه بر جداسازی سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدکربن قادر به جداسازی ترکیبات سولفور آلی نظیر سولفیدکربنیل و دی‌سولفیدکربن نیز می‌باشند.
حلال آمینی مناسب بر اساس نوع و مقدار ترکیبات اسیدی و همچنین مشخصات گاز تعیین می‌شود. تفاوت عمده در کاربرد حلال‌های آمینی مختلف، تفاوت در غلظت محلول، میزان جذب، نقطه‌جوش و تجزیه‌پذیری هر یک از آن‌هاست.
مونو‌اتانول‌آمین (MEA) معمولاً به میزان 10 تا 20 درصد وزنی در محلول آبی به کار می‌رود. دی‌اتانول‌آمین (DEA) نیز به میزان 10 تا 30 درصد وزنی در محلول آبی استفاده می‌شود. دی‌‌ایزو‌پروپانول‌آمین (DIPA)، دی‌اتیلن‌گلیکول‌آمین (DGA) و متیل‌دی‌اتانول‌آمین (MDEA) در غلظت‌های بالاتر به کار می‌روند. محدوده غلظتی که برای دی‌ایزو‌پروپانول‌آمین و متیل‌دی‌اتانول‌آمین به کار می‌رود معمولاً 30 تا 50 درصد وزنی در محلول آبی است.
پالایشگاه‌های قدیمی گوگردزدایی از گاز طبیعی عمدتاً از حلال‌های مونو‌اتانول‌آمین و دی‌اتانول‌آمین استفاده می‌کردند [13 و 12].
1-3-2-2- سولفورزدایی با حلال‌های فیزیکی
از حلال‌های فیزیکی برای حذف ترکیبات گوگردی مانند سولفیدکربنیل، دی‌سولفیدکربن، دی‌متیل‌دی‌سولفاید، متیل‌مرکاپتان، اتیل‌مرکاپتان و پروپیل مرکاپتان‌ها استفاده می‌شود. برخی ناخالصی‌های گوگردی، مانند مرکاپتان‌ها در آب به‌راحتی یونیزه نشده و اسید تولید نمی‌کنند یا اصطلاحاً مانند سولفیدهیدروژن فعال نیستند، درنتیجه حلال‌های آمینی قادر به جداسازی آن‌ها نمی‌باشند. برای جداسازی این ناخالصی‌ها از طریق روش‌های مرطوب باید از یک حلال فیزیکی استفاده کرد.
حلال‌های فیزیکی دارای فراریت کم، ویسکوزیته پایین تا متوسط، نقطه‌جوش بالا و پایداری شیمیایی و حرارتی بسیار خوبی می‌باشند.
حلالیت ناخالصی‌های سولفیدهیدروژن، دی‌اکسیدکربن، متیل‌مرکاپتان، دی‌سولفیدکربن و دی‌اکسیدگوگرد در حلال‌های فیزیکی بهتر از حلالیت متان، اتان، مونوکسیدکربن، هیدروژن، نیتروژن و اکسیژن در این حلال‌ها می‌باشد اما هیدروکربن‌های سنگین‌تر و آب نیز در این حلال‌ها حل می‌شوند؛ بنابراین حلال‌های فیزیکی به دلیل تفاوت حلالیت مواد مختلف در آن‌ها یک یا چند جزء از ناخالصی‌های موجود در جریان گاز را به‌طور گزینشی جذب می‌کنند [12].
تمایل حلال‌های فیزیکی برای جذب ترکیبات اسیدی باید بیش از تمایل آن‌ها برای جذب هیدروکربن‌ها باشد. این امر از طریق کنترل نحوه توزیع حلال و نیز کنترل آب موجود در آن و شرایط عملیاتی، امکان‌پذیر می‌گردد.
پس از بررسی تأثیر پارامترهای عملیاتی مختلف در محدود ساختن هم‌جذبی هیدروکربن‌ها به همراه ناخالصی‌ها توسط حلال فیزیکی، دبی حلال فیزیکی به‌عنوان مؤثرترین عامل شناخته‌شده است. با کاهش دبی حلال، جذب هیدروکربن‌های پروپان و بوتان توسط حلال حداقل می‌شود درحالی‌که جذب مرکاپتان‌ها توسط حلال در حد عالی حفظ می‌شود. علت این امر حلالیت کمتر پروپان و بوتان در حلال در مقایسه با حلالیت زیاد ناخالصی‌ها می‌باشد.
برخی طراحی‌های فرآیند از سیستم‌های اختلاط شدیدی استفاده می‌کنند که فازهای سود هیدروکربن را امولسیون می‌کند. در این موارد یک فیلتر شنی یا تجهیز شستشو دهنده با آب، قطرات آبی به دام افتاده در فاز روغنی را از محصول هیدروکربن جدا می‌کند. در فرآیندهای مدرن تماس میان فازها بدون نیاز به اختلاط انجام‌شده و درنتیجه بدون نیاز به مراحل پاک‌سازی ذکرشده فازها به‌خوبی از یکدیگر جدا می‌شوند [14].
1-3-2-2-1- حلال فیزیکی سلکسول
حلال سلکسول یک حلال فیزیکی و البته احیاپذیر است که قادر به حذف گزینشی یا ترکیبی ناخالصی‌هایی چون CO2، H2S، COS، CS2 و H2O و مرکاپتان‌ها از جریان‌های مختلف گاز طبیعی یا سنتزی می‌باشد.
ازجمله خصوصیات این حلال، نیاز به انرژی احیای اندک (احیاء اغلب با پایین آوردن فشار انجام می‌شود)، پایداری شیمیایی و حرارتی (حتی با اکسیژن)، خورندگی پایین، خاصیت ضد کف زایی و میزان پایین اتلاف حلال حین تصفیه گاز می‌باشد.
در جدول (1-4) حلالیت نسبی گازهای مختلف در حلال فیزیکی سلکسول آورده شده است. همان‌گونه که در این جدول مشخص می‌باشد، قابلیت انحلال ناخالصی‌های CO، COS، H2S، CS2 و مرکاپتان‌ها، حلال را برای کاربردهای وسیع تصفیه گاز مؤثر می‌سازد. آب نیز به‌راحتی توسط این حلال جذب می‌شود و درنتیجه امکان شیرین‌سازی همزمان با رطوبت‌زدایی از جریان گاز وجود دارد [15].
جدول 1-4- حلالیت نسبی گازهای مختلف در حلال سلکسول [16]
نوع ماده حلالیت در حلال سلکسول نوع ماده حلالیت در حلال سلکسول نوع ماده حلالیت در حلال سلکسول
هیدروژن 2/0 نیتروژن 3/0 مونوکسیدکربن 43/0
متان 0/1 اتان 5/6 اتیلن 2/7
دی‌اکسیدکربن 2/15 پروپان 4/15 ایزوبوتان 0/28
نرمال بوتان 0/36 سولفیدکربنیل 0/35 ایزوپنتان 0/68
استیلن 0/68 آمونیاک 73 نرمال‌پنتان 83
سولفیدهیدروژن 134 هگزان 167 متیل‌مرکاپتان 340
هپتان 360 دی‌سولفیدکربن 360 دی‌اکسید‌گوگرد 1400
بنزن 3800 آب 11000 با توجه به جدول (1-4) حلالیت زیاد مرکاپتان‌ها، سولفیدهیدروژن، سولفیدکربنیل و دیگر ترکیبات گوگردی در حلال نسبت به حلالیت کم اتان، متان، پروپان و تا حدی بوتان (حلالیت متیل‌مرکاپتان تقریباً 10 برابر بوتان است)، این حلال را برای شیرین‌سازی گاز طبیعی و برش پروپان مایع مناسب می‌سازد.
هم‌جذبی هیدروکربن‌های سنگین‌تر از پروپان نیاز به ملاحظات بیشتر در ارزیابی بازده حلال سلکسول و طراحی فرآیند دارد. این حلال قادر است که ناخالصی‌های گوگرد موجود در گاز طبیعی را به مقادیری کمتر از ppm 16 و مقدار دی‌اکسیدکربن موجود را به مقادیر کمتر از ppm 2000 برساند و گاز طبیعی شیرینی با نقطه شبنم گاز و نقطه شبنم آب مطلوب تولید نماید [15].
1-3-2-2-2- محلول‌های سودسوزآور
مدت زیادی است که در صنعت پالایش فرآورده‌های هیدروکربنی مایع، از محلول‌های سودسوزآور برای استخراج ناخالصی‌های اسیدی مانند سولفیدهیدروژن، مرکاپتان‌ها و سایر ترکیبات گوگرددار آلی استفاده می‌شود. هنوز هم فرآیندهای شیرین‌سازی با استفاده از حلال سودسوزآور پرطرفدارترین بین فرآیندهای مرطوب می‌باشند. حلال فیزیکی سودسوزآور درصورتی‌که به‌درستی بازیافت و تصفیه شود، هیچ‌گونه پسماند مضر و خطرناکی را به وجود نیاورده و مورد تأیید قوانین زیست‌محیطی نیز می‌باشد. گازهای پالایشگاهی، گاز مایع و نفتای سبک اغلب در سراسر جهان توسط حلال فیزیکی سود تصفیه می‌شوند. اگرچه پیش از فرآیند شستشو با سود ناخالصی‌های سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدکربن باید توسط حلال‌های آمینی یا جاذب‌های خشک جداسازی شده باشند.
سود استفاده‌شده در فرآیندهای شیرین‌سازی گاز مایع که غنی از مرکاپتان است، در یک سیستم تصفیه کاتالیستی بازیافت می‌شود [14].
متأسفانه، ترکیبات گوگردی موجود در برش‌های هیدروکربنی سنگین مانند نفتای سنگین، سوخت جت و دیزل نمی‌توانند با سود استخراج شوند و محلول‌های سود در این زمینه‌ تنها برای تبدیل مرکاپتان‌های بدبو و خورنده به روغن‌های دی‌سولفید مجاز بکار می‌روند.
با توجه به مطالب ذکرشده، حلال سود در صنایع پالایش برای حذف ترکیبات گوگردی از برش‌های هیدروکربنی سبک و یا اکسایش مرکاپتان‌های موجود در برش‌های سنگین‌تر به کار می‌رود.
در خلال فرآیندهای شیرین‌سازی برش‌های سنگین با سود محصولات جانبی آلی‌ای نظیر سود فنولی و محلول‌های سود نفتنی تولید می‌شوند که بایستی هنگام طراحی واحد تصفیه در نظر گرفته شوند. بخشی از فنول‌ها موجود در بنزین‌های حاصل از شکست به‌طور اتفاقی با حلال فیزیکی سود استخراج می‌شوند. محلول‌های سود فنولی و نفتنی ممکن است فروخته شوند یا به‌گونه‌ای مناسب در واحد به کار روند [14].
مزایای حلال فیزیکی سود‌سوزآور به شرح زیر است:
در میان حلال‌های فیزیکی، سود یکی از ارزان‌ترین بازهای غیرآلی موجود در صنایع پالایش هیدروکربن‌ها می‌باشد. در طولانی‌مدت قیمت سود با سرعت اندکی کمتر از تورم افزایش‌یافته است.
در واحدهای فرآیندی، پمپ کردن و کنترل سود آسان است. در دماهای عملیاتی زیر 93 درجه سانتی‌گراد، لازمه متالوژی معمولاً کربن استیلی است که هزینه پایینی می‌برد.
در مقایسه با فرآیندهای خشک احیاپذیری که در آن‌ها از غربال‌های مولکولی استفاده می‌شود، هزینه‌های سرمایه‌گذاری و عملیاتی فرآیندهای مرطوب استفاده‌کننده از سودسوزآور 80 الی 90 درصد پایین‌تر است. فرآیندهای شیرین‌سازی گاز مایع با سود در مقایسه با غربال‌های مولکولی نه‌تنها ارزان‌تر هستند بلکه اطمینان از حصول محصولی با مشخصات موردنظر در صورت استفاده از سود بیشتر است.
سود مصرف‌شده برای شیرین‌سازی برش هیدروکربنی سبک گاز مایع به‌راحتی توسط یک فرآیند اکسیداسیون کاتالیستی احیاشده و به برج استخراج مرکاپتان‌ها برگردانده می‌شود. ازآنجاکه سود در هیدروکربن‌ها محلول نیست، جداسازی کامل فازها می‌تواند در واحدی که به‌خوبی طراحی‌شده است، به دست آید.
در مقایسه با دیگر مواد شیمیایی مورداستفاده در صنایع پالایش و پتروشیمی، سود حین ذخیره، انتقال و در ارتباط با پرسنلی که با آن سروکار دارند، ایمنی بیشتری دارد و مقررات ایمنی مرتبط با سودسوزآور به‌سختی مقررات وضع‌شده برای مواد شیمیایی دیگر موجود در پالایشگاه‌ها مانند سولفیدهیدروژن، آمین‌ها، آمونیاک گازی، اسیدسولفوریک و اسیدهیدروفلوریک و غیره نمی‌باشد [14].
1-3-2-3- سولفورزدایی با حلال‌های هیبریدی
حلال‌هایی که به‌عنوان حلال «هیبریدی» دسته‌بندی می‌شوند، ترکیبی از حلال‌های شیمیایی و فیزیکی می‌باشند. این حلال‌ها معمولاً شامل (30- 20) درصد وزنی آب، (60- 40) درصد وزنی آمین و (40- 10) درصد وزنی حلال فیزیکی می‌باشند [14]. ترکیب آمینی مورداستفاده در حلال‌های هیبریدی معمولاً متیل‌دی‌اتانول‌آمین (MDEA) یا دی‌ایزو‌پروپانول‌آمین (DIPA) می‌باشد.
حلال‌های هیبریدی عملکردی مابین عملکرد حلال‌های شیمیایی (آمین‌ها) و حلال‌های فیزیکی دارند. اگرچه حلال‌های فیزیکی مقادیر بسیار زیاد مرکاپتان را از جریان گاز مایع جداسازی می‌کنند و از این نظر از حلال‌های شیمیایی (آمین‌ها) قوی‌تر هستند اما در عوض حلالیت فاز هیدروکربنی در حلال‌های فیزیکی بیشتر از حلالیت آن در حلال‌‌های شیمیایی است. حلال‌های هیبریدی این توانایی را دارند که در عین جداسازی مرکاپتان‌ها و برخی دیگر از ترکیبات آلی، مقادیر کمتری از برش هیدروکربنی را در مقایسه با حلال‌های فیزیکی در خود جذب می‌کنند. البته نباید فراموش کرد که ازلحاظ جداسازی مرکاپتان‌ها حلال‌های هیبریدی بازده حلال‌های فیزیکی را ندارند اما از حلال‌های آمینی قوی‌تر هستند.
از انواع مختلف حلال‌های هیبریدی می‌توان از سولفینول حلال‌های اختصاصی ارائه‌شده توسط شرکت داو و حلال‌های هیبریدی فلکسورب نام برد.
به‌هرحال باوجود توانایی این حلال‌ها در جداسازی مرکاپتان‌ها، درصورتی‌که مقدار مجاز سولفور در محصول گاز مایع کمتر از 30 میلی‌گرم بر مترمکعب در محل دریافت محصول باشد. مقدار سولفور قبل از عملیات انتقال باید کمتر از 20 الی 25 میلی‌گرم بر مترمکعب باشد. در این صورت پس از بازیابی ترکیبات اسیدی توسط حلال‌های هیبریدی باید عملیات شیرین‌سازی تکمیلی نیز صورت گیرد تا مرکاپتان‌ها و سایر ترکیبات در صورت حضور در گاز مایع جداسازی شوند [11 و 9].
1-3-3- جمع‌بندی فرآیندهای شیرین‌سازی گاز مایع
حلال‌های آمینی مدت‌هاست که به‌عنوان حلال‌های شیمیایی مؤثر در جداسازی سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدکربن به‌کاررفته‌اند اما این حلال‌ها برای جداسازی مرکاپتان‌ها چندان مؤثر نیستند.
آمین‌های ترکیبی علاوه بر جداسازی سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدکربن قادر به جداسازی ترکیبات سولفور آلی نظیر سولفیدکربنیل و دی‌سولفیدکربن نیز می‌باشند. حلال‌های آمینی معمولی سولفیدکربنیل را به میزان کافی جذب نمی‌کنند یا جذب سولفیدکربنیل به قیمت جذب همزمان هیدروکربن‌ها توسط آمین انجام می‌شود. حلال‌های ترکیبی مانند a MDEA متعلق به شرکت BASF می‌توانند مقدار سولفیدکربنیل زیادی را، تقریباً 99 درصد، جذب کنند درحالی‌که حلالیت کمی برای هیدروکربن‌ها دارند و این در‌حالیست که دبی حلال موردنیاز زیاد نیست. مطالعه بر روی این آمین‌ها برای افزایش قدرت آن‌ها در جداسازی مرکاپتان‌های موجود در گاز مایع (شامل متیل و اتیل مرکاپتان‌ها) و سایر ترکیبات آلی در حال انجام است.
مرکاپتان‌ها در مقایسه با سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدکربن اسیدهای بسیار ضعیف‌تری هستند واکنش آن‌ها با آمین‌ها بسیار کم انجام می‌شود. درنتیجه بازهای قوی‌تری مانند محلول‌های سود برای جداسازی مؤثر مرکاپتان‌ها به کار می‌روند.
حلال‌های هیبریدی در جذب مرکاپتان‌ها موفق‌تر از حلال‌های آمینی هستند اما درصورتی‌که محصولی با مشخصات سولفور زیر ppm 30 جرمی مدنظر باشد این حلال‌ها هم برای جداسازی مرکاپتان‌ها پاسخگو نیستند، اگرچه در جداسازی سولفیدهیدروژن، دی‌اکسیدکربن و ترکیبات گوگردی آلی نظیر دی‌سولفیدکربن و سولفیدکربنیل بازده بالایی دارند.
طراحی فرآیندهایی که از حلال‌های هیبریدی استفاده می‌کنند مانند فرآیندهای آمینی است؛ اما هزینه‌های سرمایه‌گذاری و نیازمندی‌های انرژی برای حلال‌های هیبریدی کمتر است و علت اصلی آن بازده بالای حلال هیبریدی در دبی‌های کمتر می‌باشد. در مقایسه با حلال‌های آمینی دبی حلال هیبریدی در حال چرخش 30 الی 50 درصد کمتر است.
غربال‌های مولکولی که احیاپذیر هم هستند، نیز قادر به جداسازی ترکیبات سولفور آلی و مرکاپتان‌ها هستند و البته این جاذب‌ها سولفیدهیدروژن و دی‌اکسیدکربن را نیز با بازده بالا جداسازی می‌کنند. غربال‌های مولکولی این مزیت را نیز دارا هستند که همزمان با فرآیند شیرین‌سازی، عمل رطوبت‌زدایی را نیز از جریان هیدروکربنی انجام می‌دهند.
از میان فرآیندهای خشک، ازلحاظ توانایی جداسازی ناخالصی‌ها، تنها فرآیندهای شیرین‌سازی توسط غربال‌های مولکولی قادر به رقابت با حلال‌های فیزیکی مثل سود هستند.
در مقایسه با فرآیندهای شیرین‌سازی مرطوب که در آن‌ها از حلال‌های فیزیکی نظیر سود استفاده می‌شود، استفاده از غربال‌های مولکولی نیازمند صرف هزینه‌های سرمایه‌گذاری بالایی بوده و هزینه‌های عملیاتی مربوط به احیاء بستر آن‌ها نیز زیاد می‌باشد.
در جدول (1-5) هزینه‌های عملیاتی و سرمایه‌گذاری به‌منظور شیرین‌سازی bpsd 10000 سوخت جت، برای فرآیند مرطوب سود و فرآیند خشک غربال‌های مولکولی باهم مقایسه شده است در مقایسه با فرآیند تصفیه توسط غربال‌های مولکولی، فرآیند شیرین‌سازی با سود نه‌تنها ارزان‌تر است بلکه امکان دستیابی به محصولاتی باکیفیت مطمئن‌تر ازلحاظ ناخالصی‌های گوگردی، بیشتر است.
جدول 1-5- هزینه‌های عملیاتی و سرمایه‌گذاری موردنیاز برای شیرین‌سازی pbsd 10000 سوخت جت توسط دو فرآیند شیرین‌سازی با سود و شیرین‌سازی با کمک غربال‌های مولکولی [14]
هزینه‌های سرمایه‌گذاری
(دلار آمریکا به ازای هر بشکه) هزینه‌های عملیاتی
(دلار آمریکا به ازای هر بشکه)
شیرین‌سازی با سود
(فرایند احیاپذیر) 100-200 0/0172 0/005 0/06 0/023
شیرین‌سازی با غربال‌های مولکولی
(فرایند احیاپذیر) 1500-2500 0/380 0/025 0/012 0/417
به‌هرحال توصیه می‌شود که پیش از مشخص کردن یک تکنولوژی خاص برای شیرین‌سازی گاز مایع یا برش‌های تشکیل‌دهنده آن، آنالیز کاملی برای تعیین میزان و انواع ترکیبات گوگردی، آب، دی‌اکسیدکربن و ترکیبات اولفینی مانند اتیلن، پروپیلن و بوتیلن در صورت وجود در برش پروپان یا بوتان انجام شود. این اطلاعات کمک می‌کند تا روشی بهینه برای برخورد با محصولات مختلف یا فروش آن‌ها در نظر گرفته شود.
فصل دوم:
فرآیند شیرین‌سازی گاز مایع با محلول فیزیکی سود
2-1- مقدمه
فرآیند شیرین‌سازی گاز مایع توسط محلول سود دارای حدود 50 سال سابقه در صنایع تصفیه گاز می‌باشد. به دلیل پیشرفت‌های صورت گرفته در فرآیند و کاتالیست شیرین‌سازی برش‌های گاز توسط سود، این فرآیند یکی از موفق‌ترین فرآیندهای تحت لیسانس شرکت‌های مذکور بوده است. علی‌رغم قوانین جدید که محدودکننده مقدار سولفور مجاز در محصول می‌باشند، فرآیند شیرین‌سازی با سود هنوز یکی از فرآیندهای کلیدی برای جداسازی مرکاپتان‌ها و یا شیرین‌سازی آن‌ها می‌باشد. در تمام انواع فرآیندهای مذکور، اکسیداسیون کاتالیستی مرکاپتان‌ها به دی‌سولفیدها در محیط بازی هیدروکسیدسدیم صورت می‌گیرد.
2-2- شرح فرآیند‌ مرکاپتان‌زدایی از گاز مایع
2-2-1- شرح فرآیند واحد استخراج پروپان
هدف این واحد حذف مرکاپتان‌ها و آب از پروپان است. خوراک ورودی، پروپان ترش از واحد 107 و محصولات، پروپان خشک (که به سمت واحد 147 هدایت می‌شود) و محلول کاستیک با مرکاپتان (که برای احیا به سمت واحد 113 هدایت می‌شود) می‌باشد.
در این واحد ترکیبات سولفور بخصوص مرکاپتان‌ها و آب موجود در جریان گاز ترش پروپان صادره از واحد 107 حذف می‌شود. بر اساس طراحی انجام‌شده از محلول کاستیک سودا با غلظت 15 تا %20 برای تصفیه پروپان ترش استفاده می‌شود و محلول سود پس از جذب مرکاپتان‌ها در واحد 113 دوباره تصفیه و بازیابی می‌شود و وارد سیکل می‌گردد. پروپان شیرین شده پس از خشک شدن برای ذخیره‌سازی به واحد 147 فرستاده می‌شود.
برای جداسازی مرکاپتان‌ها از پروپان در مرحله اول از فرآیند استخراج (extraction) استفاده می‌شود که در برجی به نام Extractor به‌صورت جریان متقابل با محلول کاستیک در تماس و انتقال جرم قرار می‌گیرد.
کاستیک از بالای سینی 15 و پروپان از پایین برج وارد می‌شوند. بعد از جداسازی مرکاپتان‌ها، پروپان از بالای برج خارج‌شده و در صورت داشتن کاستیک در یک settler شسته می‌شود و بعد از فیلتر شدن وارد خشک‌کننده شده و بعد از خشک شدن و آبگیری در خشک‌کننده‌ها دوباره فیلتر شده و جهت ذخیره‌سازی به واحد 147 ارسال می‌گردد. درصورتی‌که پروپان محصول واحد دارای کیفیت مناسب جهت ذخیره‌سازی نباشد از طریق یک پمپ به واحد 106 ارسال‌شده و به خط سراسری گاز می‌پیوندد.
جهت بازیابی خشک‌کننده‌ها از پروپان استفاده می‌گردد؛ بدین‌صورت که مقداری از پروپان وارد کوره شده و بعد از حرارت دادن تا C280 جهت خشک‌کردن ذرات مولکولی استفاده می‌شود.
همچنین به علت وجود COS همراه پروپان در این واحد بیش از % 90 از این ترکیبات در برج از گاز جدا می‌شود اما جهت جداسازی % 10 باقیمانده از COS از یک درام تمام‌کننده (finishing drum) با کاستیک % 7 استفاده می‌کنیم.
2-2-2- شرح فرآیند واحد استخراج بوتان
هدف این واحد حذف مرکاپتان‌ها، آب و CO2 از بوتان است. خوراک ورودی، بوتان ترش از واحد 107 و محصولات، بوتان خشک (که به سمت واحد 148 هدایت می‌شود) و محلول کاستیک با مرکاپتان (که به سمت واحد 113 هدایت می‌شود) می‌باشد.
بر اساس طراحی انجام‌شده، از محلول کاستیک (NaOH) با غلظت 15 تا %20 برای تصفیه بوتان ترش استفاده می‌گردد و محلول سود پس از جذب مرکاپتان‌ها در واحد 113 دوباره تصفیه و بازیابی می‌شود و وارد سیکل می‌گردد و بوتان شیرین شده پس از خشک شدن جهت ذخیره‌سازی به سمت واحد 148 هدایت می‌شود.
جهت جداسازی مرکاپتان‌ها از بوتان در مرحله اول از فرآیند استخراج استفاده می‌شود که در برجی به نام Extractor گاز بوتان و کاستیک به‌صورت جریان متقابل، انتقال جرم انجام دهند. این فرآیند که استخراج مایع از مایع می‌باشد در دمای C40 و فشار bar9 می‌باشد.
کاستیک از بالای سینی 15 و بوتان از پایین وارد برج می‌شود. بعد از جداسازی مرکاپتان‌ها، بوتان از بالای برج خارج‌شده (پس از انتقال جرم و جذب مرکاپتان‌ها توسط محلول کاستیک) و پس از شستشو در آب در settler برای جداسازی محلول کاستیک carry over شده احتمالی در فرآیند استخراج به سمت sand filter جهت فیلتر شدن هدایت می‌گردد. بعد از آبگیری و خشک‌کردن که در یک بستر پر از ذرات مولکولی انجام می‌شود، گاز فیلتر شده و جهت ذخیره‌سازی به سمت واحد 148 هدایت می‌گردد. درصورتی‌که بوتان محصول واحد دارای کیفیت مناسبی جهت ذخیره‌سازی نباشد از طریق یک پمپ به واحد 106 ارسال‌شده و به خط سراسری گاز می‌پیوندد.
دیاگرام جریان بخش‌های استخراج در شکل (2-1) ارائه‌شده است:

شکل 2-1- دیاگرام جریان بخش استخراج
2-2-3- شرح فرآیند واحد احیا کاستیک
کاستیک خروجی از واحدهای 114 و 115 که کاستیک سنگین نامیده می‌شود بعد از مخلوط شدن با یکدیگر خوراک واحد 113 را تشکیل می‌دهند. کاستیکی که در این واحد احیا می‌شود کاستیک % 15 وزنی بوده که برای تصفیه و بازیابی آن از اکسیداسیون در مجاورت کاتالیست مایع و هوا استفاده می‌شود که باعث تبدیل‌شدن مرکاپتان‌های محلول در کاستیک به DSO یا دی‌سولفاید و آب می‌شود.
البته این واکنش که با تزریق هوا در اکسیدایزر انجام می‌شود در مجاورت کاتالیستی با نام تجاری LCPS30 می‌باشد. بعد از واکنش به‌وسیله یک جداساز می‌توانیم دی‌سولفاید و کاستیک سبک را از یکدیگر جدا کنیم. دی‌سولفاید با دانسیته پایین‌تر از بالای جداکننده به واحد 146 برای ذخیره‌سازی فرستاده می‌شود و جهت استفاده در بعضی از کارگاه‌های شیمیایی به کار می‌رود. کاستیک سبک توسط بوتان شسته شده تا اگر ترکیبات مرکاپتان اضافی همراه آن باشد وارد فاز بوتان شده و کاستیک با غلظت مناسب و بالاتر از % 15 به سمت واحد 114 و 115 هدایت می‌شود. همچنین هوای اضافی و جداشده از کاستیک سبک که Spend Air نامیده می‌شود از بالای جداساز دی‌سولفاید جداشده و به سمت واحد 121 هدایت می‌گردد.
دیاگرام جریان بخش احیاء سود در شکل (2-2) ارائه‌شده است:

شکل 2-2- دیاگرام جریان بخش احیاء سود
2-3- واکنش‌های فرآیند مرکاپتان‌زدایی توسط سود
واکنش‌های فرآیند مرکاپتان‌زدایی توسط سود به دو دسته اصلی و فرعی تقسیم‌بندی می‌شوند که در ادامه آورده شده‌اند.
2-3-1- واکنش‌های اصلی
واکنش کلی به‌صورت زیر می‌باشد:
2RSH +12 O2 → RSSR + H2O (2-1)
(دی‌سولفیداویل) (مرکاپتان)
این واکنش فقط در محیط بازی انجام‌شده و به دلیل حضور کاتالیست سولفونیتدکبالت‌فتالوسیانین، واکنش در دمای محیط به‌سرعت پیشروی می‌کند. مرکاپتان‌های دارای وزن مولکولی پایین که در گاز مایع حضور دارند شامل اتیل و متیل‌مرکاپتان‌ها هستند و در محلول سود حلالیت زیادی دارند. وقتی‌که فاز هیدروکربن و فاز آبی سود در تماس با یکدیگر قرار گیرند، این مرکاپتان‌ها جذب فاز آبی می‌شوند [4].
پس از جذب مرکاپتان‌ها توسط فاز آب و سود واکنش زیر بین مرکاپتان‌ها و سود در فاز آبی انجام می‌شود:
RSH + NaOH → RSNa + H2O (2-2)
این واکنش در برج استخراج صورت می‌گیرد و درنتیجه برش سبک هیدروکربنی مانند گاز مایع یا بوتان یا پروپان تصفیه‌شده و از بالای برج استخراج خارج می‌شود.
مکانیزم واکنش به‌صورت زیر می‌باشد:
RSH → RS− + H+
NaOH → Na+ + OH−
RS− + Na+ → RSNa
H+ + OH− → H2O
فاز آبی شامل مرکاپتایدهای‌سدیم، خروجی از پایین برج استخراج، به‌منظور احیاء سود با هوا ترکیب‌شده و به اکسیدایزر فرستاده می‌شود، قطرات کاتالیست سولفونیتدکبالت‌فتالوسیانین در فاز آبی به‌صورت توزیع‌شده وجود دارد چراکه محلول آب و سود در سیستم در حال چرخش است. در اکسیدایزر، مرکاپتایدهای‌سدیم موجود در فاز آب، در حضور کاتالیست با اکسیژن موجود در هوا واکنش داده و درنتیجه سود احیا می‌شود. واکنش به‌صورت زیر می‌باشد:
2 RSNa+12O2+H2O⟶RSSR+2NaOH (2-3)
به دلیل حضور کاتالیست ذکرشده واکنش در دمای محیط به‌سرعت پیشروی می‌کند. مکانیزم واکنش در ادامه آمده است:
RSNa ↔ RS− + Na+
Kt + O2 ↔ [Kt … O2]
[Kt … O2] + RS− → RS◦ + Kt +O2°-RS◦ + RS◦ → RSSR
Kt + RSSR ↔ [Kt … RSSR]
O2°-+H2O⟶2OH-+12O2OH− + Na+ ↔ NaOH
معادله سرعت اکسیداسیون مرکاپتایدهای‌سدیم (سدیم‌متیل‌مرکاپتاید و سدیم‌اتیل‌مرکاپتاید) در حضور اکسیژن در فاز آب و سود به‌صورت زیر می‌باشد:
r RSNa =K1KpRSKtO21+KpO2+KrRSSR(2-4)
ثابت‌های معادله (2-4) در دمای 55 درجه سانتی‌گراد و غلظت سود 10 الی 20 درصد وزنی عبارتند از:
K1Kp = 2.07×10-2 m3/Pa.mol.s
Kp = 1.1×10-4 Pa-1
Kr = 950 m3/mol
غلظت یون مرکاپتاید [RS]، کاتالیست [kt] و دی‌سولفید [RSSR] برحسب مول بر مترمکعب (mol/m3) و غلظت اکسیژن [O2] برحسب پاسکال (Pa) می‌باشد [17 و 5 و 4].
نهایتاً، دی‌سولفیدها که نامحلول در فاز آب و سود هستند توسط نیروی جاذبه جداسازی می‌شوند.
2-3-2- واکنش‌های فرعی
درصورتی‌که سولفید‌هیدروژن، سولفید‌کربنیل و دی‌سولفید‌کربن در گاز مایع وجود داشته باشند و قبل از برج استخراج توسط فرآیند پیش شستشو با سود رقیق جداسازی نشوند، مشکلات متعددی به وجود می‌آید که ناشی از واکنش‌های فرعی و رقابتی زیر می‌باشد:
(استخراج) H2S + NaOH → NaHS + H2O
(استخراج) NaHS + NaOH → Na2S + H2O
(اکسیداسیون) 3Na2S + 4O2 + H2O → Na2 S2O3 + Na2 SO4 + 2NaOH
در اکثر واکنش سولفید‌هیدروژن با سود، بسته به PH محلول ممکن است که بی‌سولفید‌سدیم یا سولفید‌سدیم تولید شوند. در PH های پایین‌تر (12-10) تشکیل نمک بی‌سولفیدسدیم غالب است درحالی‌که در PH های بالاتر (بالاتر از 12) نمک سولفیدسدیم بیشتر تشکیل می‌شود. به دلیل اینکه سولفیدهیدروژن اسید ضعیفی است، در PH های کمتر از 8، محلول به‌اندازه کافی قلیایی نیست و درنتیجه سولفیدهیدروژن جداسازی نمی‌شود.
(استخراج) CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O
نباید فراموش کرد که در PH های بالای 10، دی‌اکسید‌کربن توسط محلول سود جذب‌شده و در اثر واکنش آن با سود نمک کربنات‌سدیم تشکیل می‌شود که مطلوب نیست. در اثر تشکیل این نمک علاوه بر بالا رفتن مصرف سود، به دلیل رسوب این نمک مشکلات گرفتگی در سیستم به وجود خواهد آمد.
بنابراین درصورتی‌که غلظت دی‌اکسیدکربن زیاد باشد (65 درصد)، مقداری دی‌اکسیدکربن توسط جریان گاز جذب‌شده و درنتیجه مقدار سود بیشتری مصرف می‌گردد و کربنات‌سدیم تولید می‌شود [19 و 18 و 4].
COS + 4NaOH → Na2S + Na2CO3 + 2H2O (استخراج)
مکانیزم واکنش سولفید‌کربنیل با سود به‌صورت زیر است:
COS + H2O ⇆ H2S+ CO2
H2S + 2NaOH → Na2S + H2O
CO2 + 2NaOH → Na2S + H2O
CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O
ثابت تعادلی برای واکنش تعادلی سولفیدکربنیل با آب در جدول (2-1) ارائه‌شده است.
جدول 2-1- ثابت تعادلی برای واکنش سولفیدکربنیل و آب [20]
Kp=H2O×[COS]CO2×[H2S]دما (درجه سانتی‌گراد)


1/38×10- 6 20
3/16×10-5 100
3/64×4-10 200
8/1×10-3 300
4/5×10-2 400
CS2 + 6NaOH → 2Na2S + Na2CO3 + 3H2O
درصورتی‌که ناخالصی‌های سولفیدهیدروژن، سولفیدکربنیل و دی‌سولفیدکربن در برج پیش شستشو جدا نشوند و همراه مرکاپتان‌ها وارد برج استخراج بشوند مشکلات زیر به وجود می‌آید:
سود به‌صورت بازگشت‌ناپذیر مصرف می‌شود چراکه بازیابی سود از اکسیداسیون سولفیدسدیم به‌راحتی امکان‌پذیر نیست و درنتیجه بخشی از محلول سود دائماً هدررفته و باید به سیستم اضافه شود.
در اثر حضور سولفیدهیدروژن همان‌گونه که واکنش‌ها نشان می‌دهند سولفات سدیم در اکسیدایزر تولید می‌شود. تولید سولفات سدیم و یا به‌عبارت‌دیگر اکسیداسیون سولفیدسدیم هشت برابر اکسیداسیون سدیم مرکاپتاید اکسیژن مصرف می‌کند. درنتیجه عدم امکان تزریق اکسیژن کافی یک عامل محدودکننده برای احیاء سود می‌باشد و این امر منجر به تجمع سولفیدهیدروژن در محلول سود احیاشده می‌شود.
حضور نمک‌های سدیم در سود، قدرت سود را در جذب مرکاپتان‌ها در برج استخراج کاهش می‌دهد.
چون نمک‌های سدیم در فرآیند تجمع می‌کنند، ته‌نشینی آن‌ها منجر به مشکلات گرفتگی در سیستم می‌گردد [19 و 18 و 4].
2-4- کاتالیست فرآیند مرکاپتان‌زدایی توسط سود
قدرت کاتالیست در تسریع واکنش اکسیداسیون مرکاپتان‌ها به دی‌سولفیدها، مبنای تمام انواع فرآیندهای مرکاپتان‌زدایی از گاز مایع توسط محلول سود می‌باشد. کاتالیست رایج در صنعت برای احیای محلول سود در کلیه فرآیندهایی که از سودسوزآور برای مرکاپتان‌زدایی استفاده می‌کنند عبارت است از سولفونیتد‌کبالت‌فتالوسیانین. این ماده شیمیایی در حالت طبیعی به‌صورت مایع بوده، خیلی سمی نیست و معمولاً محلول 30 درصد وزنی آن در آب با محلول سود ترکیب‌شده و در فرآیند بکار برده می‌شود [19 و 18]. شرکت‌های تأمین‌کننده کاتالیست‌های شیرین‌سازی، ازجمله کاتالیست سولفونیتدکبالت‌فتالوسیانین، عبارتند از شرکت اکسنس، شرکت اِل‌اِل‌سی و یواُپی. این کاتالیست دارای نام‌های تجاری مختلف می‌باشد و برحسب اینکه تولیدکننده آن شرکت یواُپی، شرکت اکسنس یا شرکت اِل‌اِل‌سی باشد، به ترتیب ممکن است کاتالیست مراکس یا اِل- سی- پی- اس و یا غیره نامیده شود. ساختار مولکولی کاتالیست مذکور در زیر آورده شده است.

شکل 2-3- ساختار مولکولی کاتالیست سولفونیتدکبالت‌فتالوسیانین [5]
-R: -So3H-, cl-, OH-, Br-
-R1: PhCH2-, NO2-, NH2-
فعالیت و پایداری انواع کاتالیست‌های فتالوسیانین‌های فلزی مورداستفاده در شیرین‌سازی گاز مایع توسط محلول سود در جدول (2-2) آورده شده است [4].
جدول 2-2- مقایسه فعالیت و پایداری انواع کاتالیست‌های مورداستفاده در شیرین‌سازی برش‌های هیدروکربنی سبک توسط محلول سودسوزآور [17]
فتالوسیانین‌های فلز (MePc) Without Catalyst فعالیت کاتالیست(اکسیداسیون PrSNa) پایداری(اکسیداسیون Mepc)
Keff-*104(S-1)Keff-×105S-1PcMn(SO3H)4 0/23 68/8
PcZn(SO3H)4 0/24 46/7
PcAlCl(SO3H)2 0/25 20/10
PcSbCl(SO3H)2 0/26 60/12
PcCrCl(SO3H)2 0/24 93/2
PcFe(SO3H)4 0/34 40/11
PcNi(SO3Na)2 0/29 44/1
PcCu(SO3H)2 0/52 22/0
PcCo(SO3Na)2 5/35 84/9
PcCo(COOH)8 25/40 39/40
PcCo(NO2)4(SO3H)4 20/71 7/55
PcCoNH(oct)CH2COOH 42/52 8/42
PcCo Sulfamoil 14/00 9/42
PcCo[SO2N(PhCH2)CH2COOH]2 58/03 8/65
PcCoBr7(OH)8 73/81 2/04
Meroxâ 2 14/20 7/51
PcCo(OH)4(SO3H)2 37/52 8/71
MOSKAZ-1 25/40 0/18
MOSKAZ-2 124/00 1/39
IVKAZ-2 187/00 4/54
IVKAZ 65/42 2/05
همان‌گونه که در جدول (2-2) مشاهده می‌شود امروزه انواع جدیدی از کاتالیست‌ها در محلول سود بکار می‌روند که فعالیت آن‌ها از کاتالیست مراکس (سولفونیتدکبالت‌فتالوسیانین) بیشتر است. ازجمله این کاتالیست‌ها، کاتالیست IVKAZ-2 می‌باشد که فعالیت آن بیش از 13 برابر کاتالیست مراکس می‌باشد [17].
2-5- بررسی عوامل مؤثر بر فرآیند استخراج مرکاپتانها و تصفیه گاز مایع
پیش از ورود گاز مایع به برج استخراج باید سولفیدهیدروژن و سایر ناخالصی‌های موجود در گاز مانند سولفیدکربنیل و دی‌سولفیدکربن در یک برج پیش شستشو توسط محلول سودی که رقیق‌تر است (معمولاً محلول سود 7 درصد) جداسازی شوند. در برج استخراج محلول سود و برش گاز مایع تحت تماس با یکدیگر قرار می‌گیرند و درنتیجه مرکاپتان‌های موجود در فاز روغن وارد فاز آب شده و با سود واکنش داده و به مرکاپتایدهای‌سدیم تبدیل می‌شوند، سپس فازهای روغن و آب از یکدیگر جداشده و درنتیجه گاز مایع تصفیه میشود. استخراج مرکاپتانها توسط محلول سود به نوع و مقدار آن‌ها، غلظت پایه محلول سود، تعداد مراحل استخراج و درجه حرارت عملیات و در فرآیند مداوم همچنین به مقدار مرکاپتان بازیافت شده توسط سود (که تابعی از شرایط احیا می‌باشد) بستگی دارد. در ادامه اثر هرکدام از این عوامل بر روی عملیات استخراج بررسی می‌گردد.
2-5-1- تعادل فازها و یونیزاسیون اسیدها و بازهای موجود
توزیع مرکاپتان‌ها بین یک‌فاز هیدروکربنی و فاز آبی سود به دلیل ماهیت فیزیکی شیمیایی عمل استخراج به شکل زیر بیان می‌گردد:
I II
RSH RSH RS-
(فاز آبی) (فاز آبی) (فاز روغنی)
بنابراین در این مجموعه آبی و آلی دو تعادل ایجاد می‌گردد.
تعادل I: تعادل بین فاز هیدروکربنی و فاز آبی.
تعادل II: تعادل در فاز آبی بین مقداری از اسید تفکیک نشده و یون‌های اسیدی.
تعادل (I) بستگی به حلالیت مرکاپتان‌های خنثی نشده در فازهای سود و هیدروکربن دارد درحالی‌که تعادل (II) به ثابت یونیزاسیون مرکاپتان‌ها و غلظت هیدروکسید آزاد و آب وابسته است.
2-5-1-1- تعادل اسیدها و بازهای موجود در فاز آبی
مرکاپتان‌ها اسیدهای مونو‌هیدریک می‌باشند که در فاز آبی طبق واکنش زیر تفکیک می‌گردند:
RSH⇌RS-+H+مقدار تفکیک توسط ثابت یونیزاسیون و به‌صورت زیر بیان می‌گردد:
KA=RS-H+RSHطبیعتاًً اثر نوع مرکاپتان‌ها در عملیات استخراج در مقدار ثابت تعادل آن‌ها منعکس می‌گردد.
هرچه ثابت یونیزاسیون بزرگ‌تر باشد غلظت یون هیدروژن H+ و یون اسیدیRS- در محلول بیشتر بوده و بنابراین اسید مقدار بیشتری از سود را خنثی می‌کند.
ناخالصی سولفیدهیدروژن در صورت حضور، در عملیات پیش شستشوی پروپان توسط محلول سود 7 درصد قبل از ورود به برج استخراج جداسازی می‌شود. این ماده، یک اسید دی‌هیدریک است که در دو مرحله تفکیک‌شده و دارای دو یون فعال هیدروژن می‌باشد. سولفیدهیدروژن در محلول‌های آبی طبق واکنش‌های زیر تفکیک می‌گردد:
H2S⇌HS-+H+HS-⇄H++S=و ثابت‌های یونیزاسیون عبارتند از:
KA1=H+HS-H2S &KA2=H+S=HS- ثابت تفکیک مرحله اول سولفیدهیدروژن خیلی بزرگ‌تر از ثابت تفکیک مرحله دوم آن است. (جدول 3-1) و درنتیجه می‌توان فرض کرد که سولفیدهیدروژن تنها در یک مرحله تفکیک‌شده و یک اسید مونوهیدریک است.
هیدروکسیدسدیم نیز یک باز یک ظرفیتی، با یک یون فعال هیدروکسید می‌باشد که در محلول‌های آبی طبق واکنش زیر تفکیک می‌شود:
NAOH⇄Na++OH-و ثابت یونیزاسیون هیدروکسیدسدیم در دمای 90 درجه فارنهایت برابر است با 100 و به‌صورت زیر محاسبه می‌شود:
KB=OH-Na+NaOH=1.0×102at900F آب نیز به‌صورت زیر تفکیک می‌گردد:
H2O⇄H++OH-و ثابت یونیزاسیون آن به شکل زیر تعریف می‌شود:
Kw=H+OH-H2O=H+OH-by conventionهنگامی‌که یک اسید یا باز در محلول آبی قرار می‌گیرند غلظت یون هیدروژن H+ و یون هیدروکسیدOH- که در تمامی ثابت‌های تعادل به کار می‌رود برابر غلظت کلی یون‌های H+ و OH- است که حاصل از تفکیک آب و اسید و باز می‌باشد.
جدول 2-3 ثابت یونیزاسیون را برای اغلب اسیدهایی که معمولاً در واحدهای فرآیندی هیدروکربن‌ها وجود دارند نشان می‌دهد [21].
جدول 2-3- ثابت یونیزاسیون اسیدهای موجود در ترکیبات نفتی در دمای 34 درجه سانتی‌گراد [21]
اسید KA
ثابت یونیزاسیون در 0F90
سولفیدهیدروژن (H2S) KA1=3/6×10-8KA2=3/1×10-12متیل‌مرکاپتان (CH3SH) اتیل‌مرکاپتان (C2H5SH) 04/4×10-11پروپیل‌مرکاپتان (C3H9SH) 62/3×10-11بوتیل‌مرکاپتان (C4H11SH) 54/3×10-11فنل (phenol) 0/1×10-11کرسول‌ها (Cresols) 8/0×10-11زایلنون (Xylenol) 5/0×10-7تایوفنول (Thiophenol) 5/1×10-7پنتان‌نفتنیک‌اسید (C5-Naphtenic acid) 2/1×10-5در اثر خنثی شدن مرکاپتان‌ها با سود نمک مرکاپتایدسدیم تشکیل می‌شود.
2-5-1-2- تعادل بین فازهای هیدروکربنی و آبی
برای به دست آوردن مدل ریاضی نحوه توزیع مرکاپتان‌ها بین دو فاز هیدروکربن و محلول سود ابتدا ضریب تقسیم Kp مطابق زیر تعریف می‌شود:
Kp=RSHaq.RSHoil Since RS-=0که Kp نسبت تعادلی کل اسید در فاز آبی به کل اسید در فاز هیدروکربنی می‌باشد وقتی‌که PH به‌اندازه کافی پایین نگه‌داشته شود که مانع از تفکیک اسید گردد. اکنون ضریب استخراج KE با در نظر گرفتن تفکیک اسید مطابق زیر تعریف می‌گردد:
KE=RS-aq.+RSHaq.RSHoil با ترکیب معادلات مربوط Kp و Kw با معادله KE روابط زیر به دست می‌آیند:
KE=RSHaq.+RSHaq.KAH+RSHoil KE=RSHaq.+RSHaq.KAKWOH-H2ORSHoil (2-5)
KE=KP+KPKA/KW×H2O (2-6)
در معادله فوق مقدار KP در مقایسه با KA/KW خیلی کوچک می‌باشد تا آنجائی که ازجمله اول معادله (2-6) در مقابل جمله دوم آن می‌توان صرف‌نظر کرد.
KE=KPKA/KWOH-/H2O (2-7)
غلظت نسبی آب در قلیا برحسب فعالیت آب (a) بیان می‌گردد:
KE=KPKA/KWOH-/a (2-8)
که
a=Vapor Pressure of water over CausticVapor Pressure of Pure Waterمعادله (2-8) توسط yabroff برای استخراج مرکاپتان از بنزین توسط قلیا به‌دست‌آمده است [13].
به‌منظور مشخص شدن واحدهای فیزیکی کمیت‌های معادله (2-8) این معادله به شکل زیر بسط داده‌می‌شود:
KE=KPH+A-HAH+OH-OH-a (2-9)
در معادله (2-9) اگر جمله‌های داخل کروشه‌ها بدون بعد باشند KE و KP هم بدون بعد خواهند بود. به دلیل این‌که a یک عدد بدون بعد می‌باشد بنابراین باقی‌مانده پارامترها نیز بایستی مجموعاً بدون بعد باشند. در مقالات مقدارKA و KW غیر متغیر بوده و برحسب گرم یون بر لیتر گزارش می‌شود پس [OH-] بایستی برحسب گرم یون بر لیتر باشد که در موارد عملی هم‌ارز با مولاریته محلول سود آزاد است [21].
KW=1.72×10-14 at 900FKE=KP0.582×1014KA/aCaustic Molarity (2-10)
مقدار اکتیویته آب در غلظت‌های مختلف در جدول (2-4) آورده شده است.
جدول 2-4- مقدار اکتیویته آب در غلظت‌های مختلف محلول سود در دمای 32 درجه سانتی‌گراد [21].
مولاریته سود آزاد اکتیویته آب در 2/32 درجه سانتی‌گراد
85/1 965/0
97/2 90/0
25/4 85/0
معادله (2-10) تعادل کلی بین فاز آبی و فاز هیدروکربن را بیان می‌کند. در به دست آوردن این معادله تلویحاً فرض شده است که اسید واکنش داده و نمک در فاز هیدروکربن نامحلول می‌باشند.
لازم به توضیح است که معادله (2-10) به مرکاپتان‌ها محدود نمی‌گردد و می‌تواند برای تمامی ترکیبات اسیدی که در فاز آبی و فاز هیدروکربن محلول می‌باشند به کار رود.
مقدار KE به‌دست‌آمده از کار Yabroff در شکل (2-4) و همچنین در جدول (2-5) برای مرکاپتان‌ها در دمای 0F90 آورده شده است.
در شکل (2-4) مقدار KE محاسبه‌شده از معادله (2-10) و مقدار تجربی آن برای مرکاپتان‌های مختلف در دمای 32 درجه سانتی‌گراد مقایسه شده است. Yabroff علت این اختلافات را ناشی از پدیده Salting-out می‌داند که درنتیجه افزایش غلظت سود است.

شکل 2-4- مقایسه بین مقادیر ضریب استخراج (KE) تجربی و تئوری به‌دست‌آمده از معادله (2-10) [21]
شکل (2-4) نشان میدهد که با بزرگ شدن مقدار KE، اثر پدیده Salting-out کمتر می‌شود و مقدار تجربی و تئوری به هم نزدیک‌تر می‌شوند بنابراین در مورد سولفیدهیدروژن می‌توان انتظار داشت که اثر پدیده Salting-out حداقل و قابل صرف‌نظر باشد [21].
جدول 2-5- ضریب استخراج KE برای مرکاپتان‌ها و سولفیدهیدروژن بر اساس کار yabroff (معادله 2-10) [21].
ترکیب اسیدی نقطه‌جوش در فشار اتمسفریک (0F) KP در 0F90 (برای سیستم ایزواکتان و آب)
Wtvol.CausticWt/Vol.HCKE در 0F90Wtvol.CausticWt/Vol.HCمتیل‌مرکاپتان (CH3SH) 46 88/1×10-1860 1200 1390
اتیل‌مرکاپتان (C2H5SH) 95 26/4×10-2160 220 270
پروپیل‌مرکاپتان (C3H7SH) 155 40/9×10-328 35 5/36
بوتیل‌مرکاپتان (C4H9SH) 208 16/2×10-39/4 1/5 3/5
سولفیدهیدروژن (H2S) 76- 15/2×10-11,510,000 2,600,000 3,930,000
Ghorayeb و Manieh در سال 1981 معادله‌ای به شکل زیر برای تعیین ضریب استخراج KE ارائه نمودند [22].
KEi=AiBBi (2-11)
که M مولاریته محلول سود و ثابت‌های A و B برای مرکاپتان‌های مختلف و سولفیدهیدروژن در جدول 2-6 ارائه‌شده است.
جدول 2-6- ثابت‌های معادله 2-7 [21]
ترکیب اسیدی ثابت A ثابت B
سولفیدهیدروژن (H2S) 1/801678 084/1
متیل‌مرکاپتان (CH3SH) 5/549 674/0
اتیل‌مرکاپتان (C2H5SH) 9/100 727/0
پروپیل‌مرکاپتان (C3H7SH) 20 552/0
بوتیل‌مرکاپتان (C4H9SH) 8/3 543/0
کاربرد معادله (2-11) به غلظت‌های زیر 3 مولار سود محدود می‌گردد زیرا از غلظت 3 مولار به بعد تغییرات KE با مولاریته خیلی کم بوده و این معادله نمی‌تواند آن را پیش‌بینی کند ولی در غلظت‌های زیر 3 مولار این معادله مقدار KE را بسیار دقیق برآورد می‌کند.
2-5-2- تأثیر نوع مرکاپتان بر فرآیند استخراج
در ابتدا چنین تصور می‌شد که علت کم بودن ضریب استخراج مرکاپتان‌های سنگین نسبت به مرکاپتان‌های سبک در تماس با محلول‌های قلیایی نظیر سود ناشی از کاهش قدرت اسیدی با افزایش وزن مولکولی می‌باشد. اما yabroff در تجربیات خود در مورد اسیدهای کربوکسیلیک آلیفاتیک به این نتیجه رسید که افزایش وزن مولکولی اثر کمی بر روی ثابت یونیزاسیون دارد اما به مقدار قابل‌توجهی سبب کاهش حلالیت در آب می‌گردد. جدول 2-7 اثر وزن مولکولی را بر روی حلالیت مرکاپتان‌ها در آب نشان می‌دهد [21].
جدول 2-7- حلالیت مرکاپتان‌ها در آب خالص در دمای 20 درجه سانتی‌گراد [21]
نوع مرکاپتان حلالیت در آب (مول بر لیتر)
اتیل‌مرکاپتان 11200/0
نرمال‌پروپیل‌مرکاپتان 02500/0
نرمال‌بوتیل‌مرکاپتان 00661/0
ترت‌بوتیل‌مرکاپتان 01070/0
نرمال‌آمیل (n-Amyl) 00150/0
نرمال‌هپتیل (n-hepthyl) 00007/0
در شکل (2-5)، Kp و KE مرکاپتان‌های مختلف برای سیستم ایزواکتان و محلول سود 5/0 نرمال و همچنین حلالیت در آب، برای نرمال‌مرکاپتان‌های مختلف نشان داده‌شده است. در این شکل آشکار است که حلالیت مرکاپتان‌ها در آب با افزایش وزن موکولی به‌سرعت کاهش می‌یابد (منحنی 1 در شکل (2-5)). ضریب تقسیم (KP) مطابق منحنی (3) کاهش می‌یابد که متناظر با آن ضریب استخراج (KE) کاهش پیدا می‌کند (منحنی2). موازی و نزدیک بودن منحنی‌های (3 و 2) در شکل (2-5) نشان می‌دهد که ثابت یونیزاسیون نرمال‌مرکاپتان‌ها به مقدار خیلی کم متأثر از جرم موکولی آن‌ها است.
حلالیت مرکاپتان شاخه‌دار در آب بیشتر از مرکاپتان‌های مستقیم با همان تعداد کربن می‌باشد ولی KE مرکاپتان‌های شاخه‌دار کمتر از KE مرکاپتان‌های مستقیم است که این نشان می‌دهد ثابت یونیزاسیون مرکاپتان‌های شاخه‌دار کمتر از ثابت یونیزاسیون مرکاپتان‌های مستقیم می‌باشد و کارهای Ellis نیز این امر را تأیید می‌کند [21].

تعداد اتم‌های کربن در نرمال‌مرکاپتان‌ها
1- حلالیت نرمال‌مرکاپتان‌ها در آب (مول بر لیتر)
2- ضریب توزیع مرکاپتان‌ها بین فاز هیدروکربنی ایزواکتان و فاز آبی محلول سود 5/0 نرمال (KE)
3- توزیع مرکاپتان‌ها بین فاز هیدروکربنی ایزواکتان و آب (KP)
شکل 2-5- حلالیت نرمال‌مرکاپتان‌ها در آب و توزیع مرکاپتان‌ها بین فاز هیدروکربنی ایزواکتان و فاز آبی محلول سود 5/0 نرمال [21].
2-5-3- تأثیر غلظت محلول هیدروکسید بر فرآیند استخراج و واکنش تبدیل مرکاپتان‌ها به مرکاپتایدهای‌سدیم
با افزایش غلظت محلول هیدروکسید، ضریب استخراج (KE) افزایش می‌یابد. در مورد پروپیل و بویتل مرکاپتان‌ها این افزایش برای محلول سود تا غلظت حدود 3 مولار قابل‌توجه می‌باشد و از این غلظت به بعد با افزایش غلظت، ضریب استخراج در حد انتظار افزایش پیدا نمی‌کند که علت این امر همان‌طور که قبلاً توضیح داده شد مربوط به پدیده Salting–out می‌باشد که سبب کاهش KP و درنتیجه افزایش کم در مقدار KE با افزایش غلظت هیدروکسید می‌شود.
Setschenow اثر پدیده Salting–out را به‌صورت معادله زیر بیان کرده است [21].
LogSoSc=KC (2-12)
حلالیت در آب So:
حلالیت در محلول نمک Sc:
غلظت نمک در محلول آبی C:
ثابت پدیده K: Salting-out
K = 0/075for Ethyl Mercaptan
K = 0/181for n-Buthyl Mercaptan
شکل (2-6) نیز اثر غلظت و مقدار عامل استخراج‌کننده را در حذف مرکاپتان‌ها نشان می‌دهد. با افزایش غلظت عامل استخراج‌کننده اگرچه عملیات استخراج بهبود می‌یابد ولی این افزایش غلظت تا حدی مجاز می‌باشد، زیرا اگر غلظت عامل استخراج‌کننده بیشتر از مقدار معینی ازدیاد پیدا کند ویسکوزیته آن افزایش پیداکرده و در این وضعیت جداسازی فاز آبی و هیدروکربن خیلی مشکل می‌شود.

شکل 2-6- اثر مقدار و غلظت محلول سود در استخراج مرکاپتان‌ها
شکل (2-7) تغییرات ویسکوزیته محلول هیدروکسیدسدیم را با غلظت آن نشان می‌دهد. در دمای 0C 25 اگر غلظت محلول از 10% به 50% برسد ویسکوزیته آن 40 برابر می‌گردد.

شکل 2-7- تغییرات ویسکوزیته محلول سود با غلظت آن [21].
پس از استخراج مرکاپتان‌ها از فاز هیدروکربن توسط محلول سود، واکنش مرکاپتان‌ها با سود و تشکیل مرکاپتایدهای‌سدیم مطابق واکنش زیر صورت می‌گیرد:
RSH+NaOH⟶RSNa+H2OR:CH3, C2H5همان‌گونه که در شکل (2-8) نشان داده‌شده است، به دلیل اینکه واکنش فوق یک واکنش تعادلی است، مقدار تبدیل مرکاپتان‌ها به مرکاپتایدهای‌سدیم با افزایش غلظت سود، افزایش می‌یابد. با تغییر غلظت سود از صفر تا 75/2 مول بر لیتر، افزایش درصد تبدیل مرکاپتان‌ها به مرکاپتایدهای‌سدیم چشمگیر می‌باشد، اما پس‌ازآن با افزایش غلظت سود، تغییر درصد تبدیل واکنش چندان قابل‌توجه نمی‌باشد.

غلظت مرکاپتان: 915/0 مول بر لیتر
نسبت حجمی سود به هیدروکربن: 1/1
سرعت همزمان: rpm 1000
دما: 23 درجه سانتی‌گراد
شکل 2-8- تأثیر غلظت سود بر واکنش پروپیل‌مرکاپتان و سود
2-5-4- مقدار سود مصرفی موردنیاز
سود به‌عنوان ماده اولیه مورداستفاده در شیرین‌سازی گاز مایع و جداسازی مرکاپتان‌ها، دارای منابع بسیار محدودی است. مقدار سود مهم‌ترین عامل کنترل‌کننده اقتصاد فرآیند مرکاپتان‌زدایی با سود می‌باشد [23].
طبق مطالعات انجام‌شده مقدار سود مصرفی موردنیاز برای مرکاپتان‌زدایی از گاز مایع به مقدار اولیه مرکاپتان در گاز مایع، مقدار جداسازی مدنظر و غلظت اولیه سود بستگی دارد.
اطلاعات و آزمایشات انجام‌شده به همراه تست‌های انجام‌شده در واحدهای مرکاپتان‌زدایی از گاز مایع با سود، نشان داده‌اند که مقدار اشباع محلول سود توسط مرکاپتان‌ها مهم‌ترین معیار برای تشخیص بازده مرکاپتان‌زدایی آن محلول می‌باشد. مقدار اشباع (که به‌صورت مول S= به ازاء هر مول سود بیان می‌شود) به مقدار اولیه مرکاپتان موجود در گاز مایع بستگی نداشته و به غلظت محلول سود بستگی دارد به‌طوری‌که قابلیت اشباع محلول سود از مرکاپتان‌ها با افزایش غلظت اولیه سود کاهش می‌یابد. بنابراین همان‌گونه که در شکل (2-9) نشان داده‌شده است، برای یک محلول سود با غلظت مشخص و ثابت و مقدار معینی مرکاپتان‌زدایی، مقدار اشباع مشخص و ثابت است [23].

Breakthrough of treated product with respect to mercaptan content : ????
averaging of treated product with respect to mercaptan content : Δ
شکل 2-9- قابلیت اشباع سود توسط مرکاپتان‌ها (Y’2, Y2)، به‌عنوان یک عامل محدودکننده، برحسب غلظت محلول سود
بر اساس طراحی‌های آماری و تحلیل نتایج آزمایشگاهی مطالعات رگرسیونی زیر به‌دست‌آمده‌اند. درواقع این معادلات بر اساس داده‌های واحدهای عملیاتی شیرین‌سازی به‌دست‌آمده‌اند که نتایج آزمایشگاهی را نیز به‌دقت توصیف می‌کنند.

mex19

1-9- تقسیم بندی مطالب تحقیق7
فصل دوم: مفاهیم کلی اشاعه و شرکت مدنی
الف:درحقوق ایران9
2-1-مفهوم شرکت مدنی 11
2-1-1-مفهوم لغوی شرکت11
2-1-2- مفهوم اصطلاحی شرکت12
2-1-2-1- در فقه اسلامی12
2-1-2-1- 1- شرکت املاک13
2-1-2-1- 2- شرکت عقود14
2-1-2-2- در حقوق موضوعه ایران و مصر14
2-1-2-2-1- در حقوق موضوعه ایران14
2-1-2-2-2- در حقوق موضوعه مصر16
2-1-2-3- اثبات عقد شرکت و مفاهیم سه گانه شرکت عقدی 17
2-1-2-3-1- مفاهیم سه گانه شرکت عقدی18
2-1-2-3-2- شناسایی شرکت عقدی به عنوان عقدی مستقل18
2-1-2-3-3- شرکت عقدی به معنای شرکت حاصل از عقد21
2-1-2-3-4- شرکت عقدی به معنای اداره مال مشاع21
2-1-2-3-5- مفهوم شرکت عقدی در حقوق مصر22
2-1-3- ویژگی های شرکت مدنی در حقوق ایران 23
2-1-3-1- عقد23
2-1-3-2- معوض23
2-1-3-3- مستمر23
2-1-3-4- رضایی23
2-1-3-5- عهدی24
2-1-3-6- لازم24
2-1-4- ویژگی های شرکت مدنی در حقوق مصر26
2-2- مفهوم و ویژگی های حالت اشاعه در ایران و مصر28
2-2-1- مفهوم کلی حالت اشاعه در حقوق موضوعه ایران و مصر28
2-2-1-1- مفهوم اشاعه در حقوق مصر 32
2-2-2- اسباب و عناصر تشکیل حالت اشاعه33
2-2-2-1- واقعۀ حقوقی33
2-2-2-1- 1- ارث33
2-2-2-1- 2- امتزاج34
2-2-2- 2- عمل حقوقی35
2-2-2- 2- 1- عقد35
2-2-2- 2- 2- عمل شرکاء36
2-2-2-3- سبب پیدایش شرکت در حقوق مصر36
2-3- شرایط عمومی و اختصاصی صحت عقد شرکت 37
2-3-1- شرایط عمومی صحت عقد شرکت مدنی در حقوق ایران38
2-3-1- 1- قصد39
2-3-1- 2- رضا 40
2-3-1- 3- اهلیت شرکاء40
2-3-1- 4- موضوع شرکت41
2-3-1- 5- مشروعیت جهت شرکت 41
2-3-2- شرایط اختصاصی صحت عقد شرکت مدنی در حقوق ایران42
2-3-2- 1- آورده های شرکاء42
2-3-2- 2-آورده های نقدی42
2-3-2- 3- آورده های غیر نقدی43
2-3-2- 4- سود و زیان شرکت44
2-3-3- شرایط عمومی صحت عقد شرکت در حقوق مصر46
2-3-3-1- قصد46
2-3-3-2- اهلیت شرکا47


2-3-3-3- موضوع شرکت47
2-3-4- شرایط اختصاصی صحت عقد شرکت در حقوق مصر48
2-3-4-1- رسیدن به سود 48
2-3-4-2- آورده نقدی48
2-3-4-3- آورده غیرنقدی49
2-3-4-4- عمل یا حرفه 49
فصل سوّم - شخصیت حقوقی و تنوع پذیری شرکت مدنیدر حقوق ایران و مصر
3-1- شخصیت حقوقی شرکت مدنی در ایران و مصر52
3-1-1- بررسی وجود شخصیت حقوقی شرکت مدنی در ایران52
3-1-1-1- مخالفان اعطای شخصیت حقوقی شرکت مدنی52
3-1-2- طرفداران اعطای شخصیت حقوقی به شرکت مدنی55
3-1-2-1- دیدگاه اوّل55
3-1-2-2- دیدگاه دوم 57
3-1-3- شخصیت حقوقی شرکت مدنی در حقوق مصر 61
3-2- تنوع پذیری شرکت مدنی در ایران و مصر61
3-2-1- تقسیمات فقهی شرکت مدنی62
3-2-2- تقسیمات حقوقی شرکت مدنی 65
3-2-2-1- شرکت غیر عقدی65
3-2-2-2- شرکت عقدی 65
3-2-3- تنوع پذیری براساس آورده شرکت66
3-2-3-1- شرکت در اموال67
3-2-3-2- شرکت در اعمال67
3-2-3-3- شرکت وجوه یا اعتبارات68
3-2-3-4- شرکت مفاوضه 69
3-2-4- تنوع پذیری شرکت مدنی در حقوق مصر70
فصل چهارم: حقوق و تکالیف شرکاء در اداره و انحلال شرکت مدنی
4-1- -حقوق و تکالیف شرکاء در ادارۀ امور شرکت مدنی در ایران :75
4-1-1- اداره شرکت مدنی75
4-1-2- شناسایی مرحله اداره شرکت مدنی76
4-1-3- حقوق شرکاء در اداره شرکت مدنی77
4-1-3-1- حق بهره مندی از منافع77
4-1-3-2- حق نظارت و کسب اطلاعات79
4-1-3-3- تملیک مال المشارکه79
4-1-3-4- اختیارات مدیران شرکت80
4-1-3-5- تکالیف شرکاء شرکت مدنی در حقوق ایران 81
4-1-4- حقوق شرکاء در اداره امور شرکت در حقوق مصر 83
4-1-4-1- تکالیف شرکاء شرکت مدنی در حقوق مصر 85
4-1-5- وضعیت اداره امور شرکت و تقسیم سود و زیان ها87
4-1-6- تقسیم اموال شرکت در حقوق مصر 89
4-1-7- انواع تقسیم در حقوق مصر 91
4-1-7-1- تقسیم سود و زیان، تابعیت از تناسب سرمایه ها92
4-1-7-2- تقسیم سود وزیان در حقوق مصر 92
4-1-7-3 بررسی قرارداد خصوصی در تقسیم سود و زیان اضافی از نظر فقهی93
4-1-7-4- اثر شرط عدم ورود خسارت و ضرر به برخی از شرکاء94
4-1-8- وضعیت تصرفات مادی و حقوقی شرکاء در مال مشاع در ایران 96
4-1-8-1- تصرفات حقوقی شرکاء97
4-1-8-2- تصرفات مادی شرکاء98
4-1-8-2-1- تصرفات مادی شرکاء در حقوق ایران98
4-1-8-2-1-1- تصرف مادی بدون اذن شرکاء دیگر98
4-1-8-2-1-2- تصرف مادی با اذن شرکاء دیگر100
4-1-8-3- وضعیت تصرفات مادی و حقوقی در حقوق مصر 101
4-1-8-3-1- تصرفات مادی شرکاء در حقوق مصر102
4-1-8-3-2- حق شریک نسبت به سهم خود102
4-1-8-3-3-حق شریک نسبت به سهم سایر شرکاء103
4-1-8-3-4- وضعیت حقوقی وثیقه مال مشاع104
4-1-8-3-5- تقاضای تقسیم، قبل از فک رهن105
4-1-8-3-6- تقسیم ملک و بازداشت سهم احدی از وراث109
4-2- حقوق و تکالیف شرکاء در تقسیم اموال مشترک ( انحلال)113
4-2-1- جهات کلی تقسیم و انحلال شرکت113
4-2-1-1- تصفیه شرکت و بررسی تعاریف، مفاهیم و قلمرو تقسیم 114
4-2-1-1-1- تعریف تقسیم116
4-2-1-1-2- ماهیت تقسیم117
4-2-1-1-3- قلمرو تقسیم و شرایط صحت آن118
4-2-1-1-3-1- شریک بودن118
4-2-1-1-3-2- مالکیت مشاعی118
4-2-1-1-3-3- قابلیت تفکیک مادی119
4-2-1-1-3-4- حفظ مالیت سهام119
4-2-1-1-3-5- عدم ورود ضرر120
4-2-1-1-3-6- طلق بودن مال مشاع120
4-2-1-2- بررسی موارد اشتباه در تقسیم و بطلان آن121
4-2-1-2-1- اشتباه در شریک121
4-2-1-2-2- اشتباه در موضوع122
4-2-1-2-3- اشتباه در حصه122
4-2-1-2-4- اشتباه در سلامت حصه122
4-2-2- چگونگی تقسیم اعیان، منافع، حقوق تبعی و مطالبات و سر قفلی و عوامل پایان مدت
شرکت126
4-2-2-1- تقسیم عین126
4-2-2-1-2- تقسیم منافع (مهایات) 127
4-2-2-1-3- تقسیم حقوق تبعی129
4-2-2-1-4- تقسیم مطالبات و سرقفلی130
4-2-2-1-5- وجود دین نسبت به مال مشاع130
4-2-2-2- عوامل پایان مدت شرکت131
4-2-2-2-1- فسخ و اقاله عقد شرکت132
4-2-2-2-2- انحلال عقد شرکت132
4-2-2-2-3- تلف مال الشرکه132
4-2-2-2-4- غیر مقدور شدن هدف مشترک133
4-2-2-2-5- انحلال اذن در اداره133
4-2-2-2-5-1- رجوع از اذن133
4-2-2-2-5-2- انحلال شرکت و انقضای مدت مأذونیت134
4-2-2-2-5-3- فوت و حجر یکی از شریکان134
نتیجه گیری138
منابع142

نشانه های اختصاری
ق. م قانون مدنی
ق. ت قانون تجارت
ق. ا. ح قانون امور حسبی
ق. ا. د. د. ع. ا قانون آیین دادرسی دادگاه های عمومی و انقلاب
ق. م. م قانون مدنی مصر
ق. ش. ا. م قانون الشرکات المساهمه مصر
ق. م. و. ع. ل قانون موجبات و عقود لبنان
آ. ا. ق. ت. آ آئین نامه اجرایی قانون تملک و آپارتمانها
آ. ق. ع. ب. ب. ر آئین نامه قانون عملیات بانکی بدون ربا
ق. م. ف قانون مدنی فرانسه
ق. م. م. ا. ا. ب قانون منع مالکیت اراضی در ایران برای اتباع بیگانه

مقدمه:
با توسعه روابط تجاری خصوصاً تجارت بین الملل، این طرز تلقی امروزه باعث شده است که؛ شرکت های مدنی کمتر مورد توجه قرار بگیرند. این در حالی است که اکثر مشارکتهای مدنی در مبادلات اقتصادی جریان داشته و سعی در کاهش اختلافات اقتصادی از نوع مدنی آن برآمده است. تحقیق حاضر بعنوان تلاشی است در جهت کاستن اختلافات و یافتن وجوه اشتراک، شرکت های مدنی در حقوق ایران و مصر و نیز تبیین تکالیف و حقوق شرکاء اینگونه شرکتها در دو قانونگذاری مذکور می باشد. علاوه بر آن شرکت مدنی در کشور ایران و مصر دارای تاریخی به درازای تاریخ فقه اسلامی است و تقدم آن بر شرکت های گوناگون تجاری یکی از امور بدیهی حقوق موضوعه این دو کشور تلقی می شود، امروز در حقوق ایران در همه موارد اینگونه شرکت ها اتفاق نظر فقهی و حقوقی به چشم نمی خورد و اختلاف نظر در همه آثار فقها و حقوقدانان به روشنی مشهود است. اداره امور شرکت یکی از مهمترین مراحلی است که شرکای شرکت مدنی با دقت بسیار به رعایت نمودن حقوق خود از سوی دیگران توجه می کنند. چرا که اشاعه در مالکیت یک مال، که، شرکت مدنی بنابر تعریف ماده 571 ق. م از آن می کند ناشی از اشاعه چند مال است و در حقیقت به معنای اشتراک گذاشتن یک مال در مالکیت متعدد چند شخص است،و این مسئله باعث می شود که دارندگان حق مالکیت از نوع مشاع،در اداره امور شرکت مدنی، اراده خود را نیز کارساز بدانند و از این رو است که،احکام تصرفات مادی و حقوقی هر کدام از شرکاء در شرکت مدنی به گونه ای سنگین در کتب فقهی نگاشته شده است. شرکت مدنی دارای ویژگی مهمی است و آن اینکه با انعقاد عقد شرکت مدنی اموال مشاع دارای شخصیت حقوقی همانند اموال موقوفه یا آورده های شرکت های تجارتی نمی شوند. این مسئله را باید اینگونه شرح داد که زمانی که مالی به صورت شخصیت جداگانه مورد اداره قرار بگیرد و دارای دارایی جداگانه فرض شده باشد، حقوق و تکالیف هر کدام از دارندگان سهم الشرکه در اداره آن مال به گونه ی خاصی تنظیم شده است و کسی موظف به آن نیز می باشد. مالی که شخصیت جداگانه ندارد و به صورت مشاع مورد تملک دو یا چند نفر قرار بگیرد، بدیهی است که حقوق و تکالیف آنها در تصرفات مادی و حقوقی جهت اداره آن مال متفاوت خواهد بود. در حقوق برخی کشورها، خصوصاً حقوق مصر با تقنین مناسب، حداقل اجتهادات و اختلافات حقوق داخلی کاهش یافته و گاه نظریه های جدیدی در زمینه شرکت مدنی چهره قانونی پیدا کرده که پاسخگوی نیازهای جدید بوده و ضرورتاً در حقوق ما نیز باید مورد توجه قرار گیرد. تحقیق حاضر در جهت تبیین مسائل و اختلافات این چنین، تحت عنوان حقوق و تکالیف شرکاء شرکت مدنی در حقوق ایران و مصر نگاشته شده است که قاعدتاً مهمترین اهداف و موضوعاتی که در این تحقیق مورد توجه واقع شده، بررسی مفهوم شرکت مدنی و تأثیر آن بر حقوق و تکالیف شرکاء و شناسایی این حقوق در دوره اداره امور شرکت و نیز دوره انحلال آن است.
فصل اول
کلیات طرح
1-1 بیان مسئله
شرکت مدنی از جمله مهمترین تأسیسات حقوقی کشورهای مختلف بوده و دارای سابقه فقهی است که هم فقهای شیعه و هم فقهای اهل تسنن در خصوص حقوق و تکالیف شرکاء شرکت های مدنی بطور پراکنده مطالبی بیان داشته اند. شرکت مدنی هم در بین فقهاء و هم در بین حقوقدانان معاصر در زمینه شخصیت حقوقی آن و نیز بیشتر موضوعات آن شرکت اختلاف نظر وجود دارد.
از جمله مسئولیت های بحث برانگیز حقوق مدنی در زمینه شرکتهای مدنی، مسئولیت ناشی از امتزاج حقوق شرکاء در اموال مشاع بوده که یا ناشی از امتزاج قهری همانند ارث و یا ناشی از امتزاج اختیاری همانند اینکه،چند نفر دارایی خود را با اراده خود روی هم گذاشته تا بتوانند از طریق آن سودی حاصل شود. حال با توجه به مطالب بیان شده مهمترین موضوعی که در این مورد می توان به آن اشاره کرد این است که تأثیر این امتزاج بر حقوق و تکالیف شرکاء چه می تواند باشد؟ و شرکاء این شرکت در دوران اداره و انحلال شرکت چه تکالیفی نسبت به یکدیگر دارند؟ آیا قانون مدنی ایران با مقررات قانون مدنی مصر سیر یکنواختی را طی کرده است؟
1-2 هدف های تحقیق
هدف از نگارش متن پژوهش انجام مطالعه ای مفصل بر عقد شرکت مدنی در حقوق مدنی کشورمان و کشور مصر است.
تطبیق مسئولیت ها و حقوق و تکالیف شرکاء شرکت مدنی چه از لحاظ قانونگذار کشور ما و چه از لحاظ قانونگذاری کشور مصر و نیز بررسی دقیق نقاط ضعف و قوت این دو قانونگذاری در وضع مقررات و مواد قانونی مربوط به شرکت های مدنی هدف های دیگری هستند که در این پژوهش سعی در یافتن آنها و تطبیق آن دو بر یکدیگر شده است.
1-3 اهمیت موضوع تحقیق و انگیزش انتخاب آن
شرکت مدنی یا به تعبیر بهتر اشاعه در مالکیت ها خود بدین معناست که شرکاء در ذره ذره اموال، شریک یکدیگر هستند. بنابراین، شرکاء شرکت مدنی تکالیفی که در قبال سایر شرکاء خود دارند بیش از حقوق آنها نخواهد بود. این حقوق و تکالیف چه شرکت اختیاری باشد و چه به سبب مزج قهری به وجود آمده باشد مسئولیت های مختلفی را بر شرکاء این شرکت بار می نماید که طبیعتاً در نظام های حقوقی مختلف، متفاوت است که در پژوهش حاضر تطبیق اینگونه مسئولیت ها، خصوصاً از منظر قانونگذار مصر مورد بررسی واقع شده است.
1-4 سؤالات و فرضیه های تحقیق
- سؤالات تحقیق
مفهوم اشاعه و تأثیر آن بر حقوق و تکالیف شرکاء در اداره و انحلال شرکت در حقوق ایران و مصر چیست؟
تنوع پذیری شرکت مدنی از نظر قوانین جاری ایران و مصر و فقه اسلامی چگونه است؟
شرکای شرکت مدنی در فرایند اداره و انحلال شرکت در حقوق ایران و مصر از کدام حقوق و تکالیف برخوردارند؟
- فرضیه های تحقیق:
معمولاً مسئولیت شرکاء در مقررات موضوعه در شرکت مدنی بر میزان سرمایه یا سهم الشرکه است.
بطور کلی شرکت مدنی در حقوق موضوعه ایران و مصر به عنوان یک عقد مستقل شناخته شده است.
مقررات حقوق مدنی ایران در خصوص میزان حقوق و تکالیف شرکاء بصورت توازن نسبی میان شرکاء ایجاد می گردد.
1-5 مدل تحقیق
در پژوهش حاضر از مدل ها و روش های توصیفی، تحلیلی و نیز کتابخانه ای مورد استفاده واقع شده است.
1-6 تعاریف عملیاتی متغیرها و واژه های کلیدی
شرکت مدنی :
به عبارت ساده تر شرکت عبارت است از : تجمع و فراهم بودن حق مالکیت اشخاص مختلف در یک مال تقسیم نشده و غیر مجزا می باشد.و این یکی مال مشاع است که شرکاء در ذره ذره مال شریک هستند و هیچ قسمتی از مال به شخص خاصی متعلق نمی باشد.
تکالیف شرکاء :
تکالیف شرکاه در شرکت مدنی در غالب اداره نمو دن شرکت بیان شده است. و مطابق ماده 584 ق. م. شریکی که مال مشترک در ید اوست در حکم امین است.بنابرین یکی از تکالیف شرکاء در خصوص اموال شرکت حفظ و نگهداری از این اموال است.
حالت اشاعه :
حالت اشاعه که مرحله ناقص و تکامل نیافته اتحاد مالکیت هاست مالکیت هر یک از شریکان اصالت خود را از دست نمی دهد و در مالکیت جمعی منحل نمی شود.منتهی در عالم خارج امیخته با حق دیگران است.
حقوق :
مجموعه ای از اعلام اراده ازاد شرکاء مبنی بر تشکیل وانعقاد عقد شرکت است، و اثار حقوقی بوجود امده تابع اینگونه اراده ها میباشد.
1-7 روش تحقیق
آنچه در پژوهش حاضر مورد استفاده واقع گردید، مراجعه به کتابخانه، مقالات، و کتب و رویه قضایی و نظرات مشورتی بوده است و با بررسی قوانین دو کشور ایران و مصر نقاط ضعف و قوت و نیز تشابهات و تفاوتهای این دو قانون مورد تطبیق واقع شود.
1-8 محدودیت ها و مشکلات تحقیق
مهمترین مشکلات و محدودیت هایی که در طول نگارش تحقیق حاضر پیرامون موضوع پایان نامه با ان مواجه شدم ، کمبود منابع معتبر در حقوق مصر بوده است . هر چند که الوسیط فی شرح قانون المدنی استاد یزرگ حقوق مصر عبد الرزاق السنهوری و چند منبع دیگر کمک بزرگی بود لیکن منابع روز امد حقوق مصر در کتابخانه ها یافت نشد و در حقوق ایران هر چند اساتید عمدتا به مباحث حقوق شرکاء پرداخته اند لیکن در خصوص تکالیف شرکاء در شرکت مدنی کمتر محقق مطالب جامع و کامل نوشته است .
1-9 تقسیم بندی مطالب تحقیق
به منظور بحث و بررسی اهداف فوق الذکر این رساله در چهار فصل تدوین شده است .
فصل اول به بیان کلیات طرح پرداخته که در ان به بیان مسئله ، اهداف تحقیق ، سوالات و فرضیه ها مورد بحث واقع شده است .فصل دوم ان مشتمل بر مفهوم ، ویژگی ها ، شرایط عمومی و اختصاصی شرکت مدنی در حقوق ایران و مصر می باشد . فصل سوم به شخصیت حقوقی و تنوع پذیری شرکت مدنی در دو نظام حقوقی یاد شده اختصاص یافته ودر اخرین فصل این پایان نامه حقوق و تکالیف شرکاء اینگونه شرکتها در اداره و انحلال مورد بررسی واقع گردیده است و در خاتمه این پایان نامه اهم دستاوردهای ان در نتیجه گیری درج شده است .

فصل دوم:
مفاهیم کلی اشاعه و شرکت مدنی
در حقوق ایران و مصر

الف : در حقوق ایران
بنابر تعریف ماده 571 قانون مدنی که از شرکت های مدنی دارد: «شرکت عبارت است از اجتماع حقوق مالکین متعدد در شیء واحد به نحو اشاعه »، منظور این است که این ماده در جهت تبیین مالکیت های مشاع است.
با توجه به تعریف فوق می توان گفت: که مال مشاع مالی است که دارای مالکین متعدد است بدون آنکه مورد مالکیت آنان مشخص باشد و هر ذره و هر فرض از این مال متعلق به کلیه مالکین می باشد و در نتیجه اگر دو نفر هر یک مالک یک طبقه از یک ساختمان دو طبقه باشند چنین مالکیتی مشاع محسوب نمی شود و به آن مالکیت مفروز که مالکیت مربوط به شخص واحد است اطلاق می گردد.
از جمله مهمترین موارد اشاعه در مالکیت ها، اسباب و عناصر اشاعه است که دارای جنبه های استثنایی و بر اثر موجبات خاص بوجود می آید. این اسباب عبارتند از:
الف- ارث:
که بر اثر فوت، اموال شخص متوفی به ورثه منتقل می شود که مالکیت همگی ورثه در صورت تعدد در ترکه به صورت مشاع خواهد بود.
ب- عقد:
بر اثر عقد مالکیت مشاع به وجود می آید مثل اینکه دو نفر متفقاً هبه ای را قبول کنند.
ج- مزج:
در این مورد بر اثر امتزاج دو مال به صورتی که قابل تفکیک و تمیز نباشند شرکت بوجود می آید و امتزاج اعم از اینکه به صورت ارادی یا قهری باشد سبب پیدایش شرکت خواهد بود. (مواد 572 و 573 قانون مدنی).
امواع مشاع خصوصیت دیگری را نیز واجد هستند که در واقع از مهمترین خصایص اینگونه اموال نیز به شمار می آید و آن اینست که احکام و چگونگی تصرف در اموال مشاع و منافع حاصل از آنها است همانگونه که مواد 30 و 538 و 582 و ماده 475 قانون مدنی در خصوص تصرفات و اجاره و منافع اینگونه اموال بیان داشته اند.
اما در خصوص شرکت مدنی، می توان اذعان نمود که شرکت عقدی یا مدنی یکی از عقود معینه و به همین جهت قانون مدنی بحث شرکت را در باب عقد آورده است و باید علاوه بر کلیه شرایط اساسی برای صحت معامله (قصد و رضای طرفین و اهلیت، موضوع معین و مشروعیت جهت معامله)، دارای شرایط خاصه ای باشند که با اجتماع آن شرایط عقد شرکت حاصل می گردد. شرکت مدنی یا در اثر عمل حقوقی و یا واقعه حقوقی بوجود می آید.
در قوانین پاره ای از کشورها تعریف دقیقی از این عقد کرده اند از جمله ماده 1832 قانون فرانسه در تعریف آن بیان می دارد؛ شرکت عقدی است که به موجب آن دو یا چند شخص توافق می کنند اموال و یا صنعت خود را به منظور تقسیم سود و یا بهره مند شدن از وضعیت اقتصادی ناشی از آن به اشتراک گذارند، شرکاء متعهد می شوند که در زیان حاصله نیز مشارکت کنند.
موضوع شرکت نیز دارای حالت های مختلفی است که ممکن است آورده شرکاء وجه نقد باشد و یا اینکه شرکاء کالا و اموال غیرنقدی را موضوع عقد شرکت قرار داده باشند.
در مورد اداره شرکت مدنی و بر طبق قواعد حاکم بر اشاعه هیچ یک از شرکاء نمی تواند بدون اذن دیگران در حال مشترک تصرف کند، زیرا انتشار حق مالکیت شریکان در تمام اجزای مال مشاع باعث می شود تا هر تصرف بی اذن تجاوز به حقوق دیگران تلقی گردد.
بحث مهمی که در خصوص شرکت مدنی قابلیت طرح را داشت و هم در زمینه فقهی و هم در بین حقوقدانان معاصر اختلاف نظر وجود دارد بررسی این مطلب است که، آیا عقد مستقلی به نام عقد شرکت وجود دارد یا خیر؟ که همانگونه که بیان شد قانونگذار بحث مربوط به شرکت را در میان عقود معین ذکر کرده که در متن این پژوهش سعی بر آن شده این اختلاف نظرها را تحلیل و مورد بررسی قرار داده و نتیجه قابل قبولی در زمینه این موضوع و پاسخ مناسبی به این پرسش داده شود.
در این فصل ضمن بیان مفهوم و اسباب و عناصر اشاعه به مفاهیم لغوی، اصطلاحی، فقهی و حقوقی و تعریف عقد شرکت نیز پرداخته شده است و همچنین وضعیت عقد تلقی کردن شرکت مدنی و مفاهیم سه گانه شرکت عقدی یا حاصل از عقد، ویژگی های شرکت مدنی و اختلاف نظرهایی که در زمینه جایز یا لازم بودن عقد شرکت وجود دارد نیز مورد بررسی واقع گردیده است.
شرایط صحت عقد شرکت که علاوه بر شرایط عمومی، شرایط اختصاصی صحت این عقد از اهداف دیگری است که در این فصل مورد تحلیل واقع گردیده است.
2-1- مفهوم شرکت مدنی :
از مفاهیم جوهری و توصیفی شرکت مدنی، حالت اشاعه است و یکی از مفاهیم اساسی ایجاد شرکت مدنی نیز به شمار می آید.
با توجه به تعریف ماده 571 ق. م. که در تعریف شرکت بیان داشته است: «شرکت عبارت از اجتماع حقوق مالکین متعدد در شیء واحد به نحو اشاعه». مقصود از حقوق مالکین، قاعدتاً، حق مالکیت آنها است که در ذره ذره مال یا سهم الشرکه ی اموال مشاع که روی هم گذاشته اند مستقر است. یعنی مالکان در آن واحد مالک یک شیء می باشند.
در این مبحث ضمن بیان مفهوم لغوی شرکت به مفاهیم اصطلاحی آن و نیز به انواع شرکت مدنی از نظر فقهی و حقوقی نیز خواهیم پرداخت.»
که از لحاظ فقهی شرکت به شرکت املاک و شرکت عقود تقسیم می شود و در حقوق کنونی بنابر عقد دانستن شرکت مدنی که با توجه به تعریف شرکت در قانون و اینکه قانونگذار از آن بعنوان عقدی از عقود معین نام می برد و با توجه به بررسی و تحلیل های بعمل آمده در متن، شرکت مدنی را حاصل از عقد باید دانست، اینگونه شرکت را تحت سه مفهوم، شرکت عقدی به معنای شرکت حاصل از عقد و شناسایی شرکت عقدی به عنوان عقدی مستقل و شرکت عقدی به معنای اداره مال مشاع مورد بررسی قرار خواهیم داد.
2-1-1- مفهوم لغوی شرکت:
شرکت در لغت به کسرِ شین و سکونِ راء، مصدر فعلِ شرک و اَشرک به معنای نصیب، قسمت و سهم و جمع آن اشتراک است. البته نظر دیگری وجود دارد که می گوید: شرکت در لغت از ریشهُ « شرک » به معنای شریک شدن، انباز شدن، همدست شدن در کاری، انبازی، مشارکت، آمیزش و اختلاط است. اما در فقه به سهم و نصیب هر کس در مالِ مشاع و یا مشترک شرک گفته می شود ( سهم و سهم الشرکه و شرکت ). گاهی اوقات این واژه به معنای مشارک نیز آمده است.
2-1-2- مفهوم اصطلاحی شرکت:
مفهوم اصطلاحی شرکت برگرفته از مفهوم فقهی است که عبارت است از اینکه دو یا چند نفر سرمایه خود را معین نموده و روی هم گذاشته با این هدف که سودی عاید آنها گردد.در فقه اصطلاح شرکت از اصطلاحات عرفی آن بدور نمانده است و نصوصی دال بر اینگونه شرکت ها در فقه موجود می باشد.در قران کریم نیز ایاتی وجود دارد که خود مشروعیت شرکت مدنی از دیر زمان بر کتب فقهی نیز می افزاید.اصطلاحات فقهی شرکت که عبارتند از : شرکت املاک و شرکت عقود است .در ذیل ضمن بیان اصطلاحات فقهی به اصطلاحات حقوقی آن نیز خواهیم پرداخت.
2-1-2-1- در فقه اسلامی:
شرکت یکی از تأسیسات حقوقی ملل مختلف است و مبنای اصلی شرکت مرسوم بودنِ عرفی آن در میان ملل مختلف از دیر زمان می باشد، در قرآن کریم و در سنت نیز نصوصی دال بر مشروعیت شرکت وجود دارد و اجماع امت اسلامی نیز بر این تعلق گرفته است و حکم اسلام در اینِ زمینه امضایی است.
در خصوص پیشینه شرکت در اسلام و به ویژه در قرآن کریم از معمول بودن شرکت در زمان حضرت داود سخن می گوید : « و آن کثیراً من الخلطاء لیبغی بعضهم علیَ بعضِ إلاّ الذیّن آمنو و عملوا الصالحات و قلیلٌ ما هم... » که بسیاری از شریکان به همدیگر ستم می کنند مگر آنان که ایمان آورده اند و کارهای شایسته کرده اند و اینان اندک شمارند... در مورد برخی از میراث بران، در قرآن کریم نیز آمده است :« فإن کانوا اکثر من ذلک فهم شرکاءُ فی الثلث.../ و اگر بیشتر از این باشند، آنان در یک سوم شریکند » در حدیث نیز آمده است که رسول اکرم ( ص ) فرموده است. « یدالله علی الشریکین ما لهم یتخاونا. دست رحمت خداوند با شریکان است تا وقتی که دست خود را به خیانت نیالوده اند.» در تعلیق بر این حدیث نیز محقق حلی شرکت را چنین تعریف کرده است: شرکت فراهم آمدن حقهای چند مالک است، در یک چیز، بطریق مشاع بودن آنها. و چیز مشترک گاهی عین می باشد و گاهی منفعت، و گاهی حق غیر مالی. مانند قصاص و جنایت. از نظر فقهی عقد شرکت، عقدی است مستقل در میان سایر عقود پذیرفته شده است و فقها عقد شرکت را و انواع آن را بر دو نوع تقسیم وتعریف کرده اند: شرکت املاک و شرکت عقود.
2-1-2-1- 1- شرکت املاک:
شرکت املاک عبارت از شرکتی است که دو نفر یا بیشتر بدون عقد شرکت مالک مالی می شوند. که در واقع دو نفر مالک بدون اینکه عقد شرکتی منعقد نمایند سرمایه خود را روی هم گذاشته به این قصد که با آن کاسبی نموده وسودی حاصل گردد و در آن سود شریک شوند. که به نوبه خود این نوع شرکت بر دو نوع است ؛
الف) شرکت اختیاری : که خاستگاهِ آن عمل ( فعل ) شرکاست.
ب) شرکت جبر که منشأ آن فعلِ شرکا نیست مانند مالی که به طور مشترک به دو نفر به ارث می رسد، این نوع شرکت و انواع آن در حقوق مصر نیز اشاره شده است و در واقع حقوق مصر در زمینه شرکت مدنی بیشتر متکی و بر گرفته از نظرات فقها و اقدامات صورت گرفته درباره این نوع شرکت است. البته قانونگذار مصر شرکت ناشی از جبر که ناشی از اراده آزاد شرکاء تشکیل نیافته را، بعنوان عقد مستقل شرکت مدنی نمی داند و کمتر پیش می آید که شرکاء یا وراث بر بقاء اموالی که به آنها به ارث رسیده است را بصورت یک عقد شرکت اداره نمایند و بیشتر به دنبال تقسیم آن می باشند. در مقام مقایسه در خصوص شرکت جبر یا ناشی از ارث ماده 574 قانون مدنی ایران مقرر می دارد ؛شرکت قهری ، اجتماع حقوق مالکین است که در نتیجه امتزاج یا ارث حاصل می شود . قانونگذار مصر در خصوص اینگونه شرکت از تعبیر مالکیت مشاع خانواده نام می برد و در ماده 851 قانون مدنی بیان می دارد ؛اعضای خانواده واحدی که حرفه یا مال یا منافع مشترک دارند می توانند به طور کتبی (بصورت عقد شرکت)توافق و مالکیت مشترک خانوادگی ایجاد کنند. این مالکیت مشترک ، شامل ترکه ای که به ارث می برند و توافق می کنند کلا یا جزئا در مالکیت مشترک باقی بمانند یا هر مال دیگر متعلق به انان که توافق می کنند در مالکیت مشترک خانواده ، داخل شود، خواهد بود .
همچنین قانونگذار مصر در زمینه مقررات شرکت قهری یا ناشی از ارث را برای مدتی که بیش از پانزده سال نباشد را می توان ضمن توافق وراث ، ایجاد نمود . معهذا ، هر یک از وراث یا شرکاء می تواند در صورتی که دلیل موجهی داشته باشد از دادگاه اجازه خارج کردن سهم خود را از مال مشترک ، پیش از پایان مدت مقرر بخواهد .و در صورتی که برای این نوع مالکیت مشترک ، مدت تعیین نشده باشد ، هر یک از شرکاء می تواند پس از شش ماه از تاریخ اعلام قصد خود را به سایر شرکاء ، سهم خود را از شرکت خارج کند .و در مورد تقسیم اموال این نوع شرکت قانون مدنی مصر در ماده 853 بیان داشته است که ؛ شرکاء نمی توانند مادام که مالکیت مشترک خانوادگی ادامه دارد درخواست تقسیم کنند و هیچ شریکی نمی توانند حصه خود را به شخصی که عضو خانواده نیست ، بدون رضایت سایر شرکاء منتقل کند . هر گاه شخصی که عضو خانواده نیست در نتیجه انتقال اختیاری یا قهری ، سهم یکی از شرکاء را تحصیل نماید ، تنها در صورتی شریک خانواده خواهد سد که او و سایر شرکاء راضی باشند .
2-1-2-1- 2- شرکت عقود:
شرکت عقود عبارت از شرکتی است که منشأ آن عقد باشد، با این توضیح که با اراده و توافق شرکاء بوجود می آید. و اما از نظر حقوقی و آنچه که در قانون مدنی در خصوص تعریف شرکت آمده است باید گفت که ماده 571 قانون مدنی بیان می دارد : « شرکت عبارت است از اجتماع حقوق مالکین متعدد در شیء واحد به نحو اشاعه ». این تعریف به نوعی از فقه و قواعد فقهی گرفته شده است و بطور مطلق و به عبارت کلی است که شامل همه امور اشاعه از جمله دیوار مشترک و شرکت در حق عبور و غیره نیز میشود، ولی باید توجه کرد که همه، این موارد اشاعه دارای مشخصات مخصوص به خود بوده که علاوه بر وجود تشابه با عقد شرکت دارای تمایزاتی نیز می باشند.
2-1-2-2- در حقوق موضوعه ایران و مصر:
در حقوق ایران و مصر تعاریف مختلفی برای عقد شرکت بیان شده است که هم از لحاظ حقوقی و هم از لحاظ فقهی بین صاحب نظران و علمای حقوق اختلاف نظر بوده است. در حقوق مصر نیز در این خصوص علاوه بر وجود تعاریف مختلف از عقد شرکت حقوقدانان و خصوصاً قانونگذار مصر از اصطلاحات فقهی عقد شرکت استفاده کرده و به نوعی می توان گفت که در حقوق مصر عقد شرکت برگرفته از اقوال و نظرات فقها است که در ذیل ضمن بیان تعاریف شرکت مدنی در حقوق ایران به تعاریف آن در حقوق مصر نیز پرداخته می شود.
2-1-2-2-1- در حقوق موضوعه ایران:
شریک شدن در مالکیت که همان ملک شائع ( مشاع ) را گویند و در حقوق به هر یک از مالکان ملک مشاع به شریک در مالکیت تعبیر می شود. برخی در تعریف شرکت در اصطلاح فقهاء می نویسند: شرکت اصطلاحاً عبارت است از ؛ اینکه دو نفر یا بیشتر سرمایۀ تعیین و روی هم گذارند، که با آن کاسبی کنند.در حقوق چنانکه ماده 571 قانون مدنی در تعریف شرکت می گوید: « شرکت عبارت است از اجتماع حقوق مالکین متعّدد در شیء واحد به نحو اشاعه». حقوقدانان در تعریف شرکت بیان می دارند که شرکت عبارت از؛ « عقدی است که به موجب آن دو یا چند شخص، به منظور تصرف مشترک و تقسیم سود و زیان و گاه مقصد دیگر، حقوق خود را در میان می نهند تا به جای آن مالک سهمی مشاع از این مجموعه شوند. در این تعریف عمدتاً بر جهت شرکت و انگیزه شرکاء تکیه شده است، در حالی که جهت یا انگیزه نمی تواند مُعرَّف ماهیت حقوقی باشد، بلکه اثر ذاتی و اصلی هر عقدی می تواند ماهیت آن را تعریف کند.
حقوقدانی دیگر شرکت را چنین تعریف کرده است: مطابق تعریفی که ماده 571 ق.م. از شرکت می کند، شرکت، حقوق مالکین متعدد در شیئی واحد به نحو اشاعه جمع می گردد. واضح است که مقصود از حقوق مالکین متعدد، حقوق مالکیت ایشان است یعنی چند نفر در آن واحد، مالک یک شیء هستند. اجتماع حقوق در یک شیء به دو صورت قابل تصور است.
صورت اول آن است که هر یک از دو نفر، مالک یک قسمت مشخص از یک شیء باشند، مانند آنکه دو نفر مالک یک باغ محصور باشند به نحوی که هر یک از ایشان مالکیت قسمت مشخصی از آن را دارا باشد. این صورت از اجتماع حقوق مالکیت شرکت نخواهد بود، زیرا درست است که موضوع مالکیت همۀ شرکاء عرفاً، شییء واحد محسوب می شود، ولی در حقیقت هر یک نسبت به قسمت معینی از اجزاء آن شیء واحد، مالکیت دارند و ملک هر یک از دیگری جدا است.
صورت دوم، آن است که موضوع مالکیت هیچ یک از مالکان شیء واحد، مشخص نباشد بطوری که هر جزئی از اجزاء شیئی واحد در عین حال متعلق حق مالکیت هر یک از ایشان باشد. این صورت از مالکیت را در اصطلاح اشاعه می گویند که سبب پیدایش شرکت خواهد بود. شرکت عقدی مستقل، مانند سایر عقود معین است و در نتیجه یک عمل و ماهیت حقوقی است که در فقه به عقدی تعریف شده که نتیجه یا اثر ذاتی آن، جواز یا اباحه مالکین مال مشاع در آن می باشد.
به نظر می رسد که این تعریف تا حدود زیادی با قرار داد مدیریت شرکت در حقوق معاصر منطبق است، زیرا اثر ذاتی و اصلی قرارداد مدیریت، جواز تصرف مدیر در امور شرکت یا مال الشرکه می باشد. بنابراین، نباید عقد شرکت را با قرارداد اداره خلط نمود. البته در حقوق نیز بعضی تحت تأثیر این تعریف، معتقدند: « شرکت عقدی، عبارت از عقدی است بین دو یا چند نفر بر معامله نمودن به مالی که بین آنان مشترک می باشد... اثر عقد مزبور آن است که هر یک از شرکاء به نمایندگی از طرف دیگران می تواند به وسیله کسب سود و معامله نمودن در مال الشرکه تصرف کند. »لازم به ذکر است که این تعریف از دو دیدگاه فقهی و حقوقی، با ماهیت شرکت سازگار نیست، زیرا از دیدگاه فقهی، تصرف شریک مأذون، یعنی مدیر، محدود در انجام معامله نیست و شرکاء می توانند بر هر نوع تصرفی، اعم از معاملی یا حقوقی و مادی توافق کنند. در نتیجه، تعریف شرکت به تصرف حقوقی به نمایندگی از سایر شرکاء با نظریات فقهی مطابق نیست.
از دیدگاه حقوقی نیز، انجام معامله بوسیله مال مشاع توسط شریک مأذون، یعنی مدیر، غالباً به قصد فروش است و طبق بند 1 ماده 2 ق.ت. کسب هر نوع مال به قصد فروش یا اجاره عمل تجاری محسوب می شود. بنابراین، این شرکت از دیدگاه حقوقی تجاری است. از طرف دیگر طبق ماده 220 ق.ت. اگر شرکتی تشکیل شود ولی مطابق با تشکل های هفت گانه مذکور در ماده 20 ق.ت. نباشد، شرکت تضامنی محسوب می شود. بنابراین، اگر شرکتی مطابق با تعریف مذکور تشکیل شود، چنین شرکتی، از دیدگاه حقوقی، شرکت مدنی نیست، بلکه تضامنی محسوب می شود.
بنابراین، با توجه به اثر ذاتی و اصلی شرکت مدنی؛ « شرکت عبارت از تعهد دو یا چند نفر در قبال همدیگر جهت همکاری برای رسیدن به هدف مشترک با آورده معلوم می باشد. » در این تعریف سه رکن اصلی شرکت در نظر گرفته شده است : اولاً شرکت عقدی است عهدی که در نتیجه آن شرکاء تعهد می کنند تا با هم همکاری کنند. ثانیاً همکاری شرکاء مهمل و بی جهت نیست، بلکه آنان برای رسیدن به هدفی مشترک فعالیت می کنند. ثالثاً آورده و مال الشرکه لازم است، چون شخص تا زمانی که چیزی را به مشارکت نیاورده عرفاً عنوان شریک بر او صدق نمی کند.
2-1-2-2-2- در حقوق موضوعه مصر:
در حقوق مصر از شرکت مدنی تحت عنوان شرکت ملکی یاد می کنندکه: «عبارتست از مالکیت مشترکی بین اشخاص متعدد در مورد یک شیء واحد است.» به گونه ای که هر کدام از آنها سهامی معلوم داشته باشند که بیانگر سهم یا آورده آنها است و با دیگران در جزء جزء این سهام برابر است این نوع شرکت، اجازه مشترک را به هر شریکی نسبت به حقی که در آن شرکت دارد را داده است به شرط اینکه این شیوه تصرف مخالف ماهیت مشترک و یا هدف مشترک دیگر شرکاء نباشد و همچنین نباید متناقض با منافع شرکت و حقوق شرکاء باشد.
همچنین در حقوق مصر قصد و نیت شرکاء از تشکیل شرکت نیز که همانا کسب سود و منفعت است باید در قرارداد شرکت منجز باشد. بنابراین می توان گفت که: در حقوق مصر وجود دو رکن اساسی را لازم و ضروری برای انعقاد شرکت می داند؛
یکی از آنها آورده یا سهم الشرکه شرکاء در شرکت است و دیگری هدف و نیت از انعقاد شرکت، که همانا کسب منفعت است، در قانون مدنی مصر منظور از نیت و هدف شرکاء از کسب سود و منفعت که یکی از ارکان اساسی تشکیل شرکت عنوان شده این است که: این قصد و نیت همان عنصر روانی تشکیل عقد شرکت است که در واقع در پی این عنصر، سود یا بهره ای نصیب شرکاء شود.
بنابراین قانونگذار مصر در ماده 505 ق.م. شرکت را چنین تعریف نموده است؛( شرکت عبارت است از عقدی است که به موجب ان،دو یا چند شخص متهد می شوند با هم در یک طرح مالی، با تا مین حصه ای از مال یا کار، با هدف تقسیم منافع یا زیان حاصل از این کار،سهیم شوند.
2-1-2-3- اثبات عقد شرکت و مفاهیم سه گانه شرکت عقدی
در خصوص عقد تلقی نمودن شرکت مدنی در بین فقهاء و صاحبنظران علم حقوق اختلاف نظر موجود است.
در فقه، معدودی از فقهاء با انکار عقد شرکت به عنوان عقدی مستقل در کنار سایر عقود، معتقدند که حصول شرکت، تنها به سبب امتزاج بوجود می اید. خواه امتزاج اختیاری باشد و خواه قهری، اما برخی دیگر برای عقد شرکت، اصالت قائل شده و آن را برای ایجاد اشاعه در مالکیت ها مؤثر می دانند. به عقیده این گروه اراده طرفین عقد، بدون نیاز به مزج ، توان ایجاد شرکت را دارد. در حقوق نیز صاحبنظران علم حقوق برای عقد شرکت، اصالت قائل شده اند. چرا که چنانچه قصد مشترک طرفین عقد و هر آنچه که اطراف عقد اراده بکنند، مخالف روح و مفاد قوانین و نظم حقوقی و اخلاق حسنه نباشد. توان تبدیل مالکیت شخصی به مالکیت جمعی و مشترک را دارد. (ماده 10 ق. م)
قانونگذار مصر نیز در خصوص عقد تلقی کردن شرکت مدنی بر این نظر است که اراده آزاد طرفین عقد شرکت و قصد مشترک آنها اگر این باشد که سرمایه ای روی هم گذاشته و سودی حاصل آید و این سود را بین خود،تقسیم نمایند قطعاً،عقد شرکت مدنی محقق می شود. همچنین با توجه به تعریف شرکت در ماده 505 ق. م. مصر دیگر در عقد تلقی کردن شرکت مدنی از نظر قانونگذار مصر تردیدی باقی نمی ماند.
در ذیل ضمن بیان مفاهیم سه گانه شرکت به عقد شرکت و اینکه آیا عقد مستقلی به نام عقد شرکت در بین عقود معین قانون مدنی پذیرفته شده است یا خیر؟ نیز می پردازیم.
2-1-2-3-1- مفاهیم سه گانه شرکت عقدی:
برای روشن شدن تعاریف و ماهیت شرکت مدنی، لازم است ابتدا مفهوم شرکت عقدی بیان شود که با بررسی کتب حقوقدانان و فقهای عظام، می توان سه مفهوم جداگانه از شرکت عقدی به دست آورد. شرکت عقدی یا شرکت عقود که از تقسیمات فقهی شرکت است، عبارت از شرکتی است که منشأ آن عقد باشد، با این توضیح که به توافق شرکاء حاصل آید، چنانکه دو یا چند نفر به موجب عقدی که میان همدیگر منعقد می کنند، به این توافق می رسند، در این شرکت باید اندازه سودِ هر شخص ( شریک ) معلوم باشد و نیز سود باید جزء شایع و نه معینباشد و موضوع شرکت نیز از موارد قابل وکالت باشد که در ذیل به شرح و تفسیر بیشتر شرکت عقدی می پردازیم.
2-1-2-3-2- شناسایی شرکت عقدی به عنوان عقدی مستقل:
همانگونه که در مقدمه فصل بیان شد در این خصوص اختلاف نظر وجود دارد ؛ از یک سو این نزاع مطرح است که آیا اساساً در عقود معین، عقدی مستقل به نام عقد شرکت وجود دارد یا خیر،؟ و از سوی دیگر در این مسئله اختلاف است که آیا عقد شرکت به خودی خود توان ایجاد اشاعه را دارد یا لزوماً شرکت عقدی است که باید مسبوق به اختلاط و امتزاج اموال شرکا باشد؟
معدودی از فقها با انکار عقد شرکت به عنوان عقدی مستقل در کنار سایر عقود معتقدند: صرف انعقاد عقد، موجب اشاعه و ممزوج شدن اموال شرکا نمی شود بلکه شرکت با مزج و اختلاط اموال مالکین حاصل می گردد، خواه سبب امتزاج اختیاری باشد یا قهری. مقتضای تحقیق در کلام فقهای قدیم شیعه این است که از نظر آنها عقدی به نام شرکت در کنار سایر عقود وجود ندارد بلکه تنها سبب برای حصول شرکت، امتزاج است، چون مقتضای شراکت عدم جواز تصرف هر یک از شرکا بدون اذن شریک دیگر است و از طرفی هم هدف از شرکت این است که هر یک از شرکا با خرید و فروش و تحصیل سود در آن تصرف کند، پس لازم است هر یک از دو شریک دیگری را نسبت به جمیع تصرفات تجاری وکیل کند، و لفظ « تشارکنا » دخالتی در حصول شراکت ندارد.
به نظر می رسد از آن جا که، فقها در آثار خود انواع شرکت ها، از جمله شرکت در اعمال، وجوه، مفاوضه و اموال را بیان نموده و تنها نوع اخیر را صحیح دانسته اند، این امر خود دلیلی بر شناسایی عقد شرکت می باشد، علاوه بر این فقهاء نیز به عقد شرکت تصریح نموده اند، در باب شرکت از نوعی تراضی سخن به میان می آورند که موضوع آن اشاعه در مالکیت اموال و شرکت در منافع است. همچنین برخی از فقهاء دیگر می گویند: «شرکت صحیح نیست مگر در اموال، البته ایشان شرکت را تعریف نمی کند ولی ظاهراً مرادشان عقد شرکت است.» زیرا در چند سطر بعد می گوید: شرکت به صورت مدت معین و مؤجل باطل است و هر یک از دو شریک هر وقت خواست می تواند از شریکش جدا شود و وقتی یکی از دو شریک فوت نمود شرکت باطل خواهد شد. بنابراین بطلان به دلیل تأجیل یا معلوم کردن مدت یا فوت شریک به معنای اجتماع حقوق مالکین در شیء واحد به نحو اشاعه معنا ندارد، مگر این که، سبب این شراکت عقد باشد؛ به عبارت دیگر، شرکت به معنای اجتماع حقوق مالکین در شیء واحد به نحو اشاعه، قابل اتصاف به صحت و بطلان نمی باشد. بر موارد فوق می توان نظریات مشابه فقیهان دیگر را افزود. از استقرای در مجموع آرا و نظریات فقهای عظام چنین بر می آید که شرکت به عنوان یک عقد مستقل، در کنار دیگر عقود معین پذیرفته شده است. حال این سئوال مطرح است که آیا عقد شرکت به خودی خود می تواند سبب اشاعه شود؟ اکثر فقها می گویند: شرکت عقدی است که به صرف ایجاب و قبول بوجود نمی آید، بلکه شرط تحقق آن این است که مال دو شریک قبل یا بعد از عقد ممزوج شود. بنابراین مثل قبض و اقباض در وقف و رهن، در این عقد نیز امتزاج مؤثر است حال یا به عنوان علت تامه یا جزء اسباب تشکیل دهندۀ عقد.4
صاحب عروه نیز در این زمینه می گوید: در شرکت عقدی علاوه بر شرایطی نظیر ایجاب و قبول، بلوغ، عقل، اختیار و عدم حجر، شرط دیگری نیز وجود دارد که عبارت است از : امتزاج در مال یا اموال به نحوی که قابل تمیز از همدیگر نباشند و این امتزاجیا باید قبل از عقد صورت بگیرد یا بعد از عقد.5
اما برخی دیگر، برای عقد شرکت اصالت قائل شده و آن را برای ایجاد اشاعه مؤثر دانسته اند؛ اینان معتقدند که حاکمیت اراده توان ایجاد شراکت بین اموال شرکا بدون احتیاج به مزج را دارد. از جمله این دسته از فقها معتقدند: اشاعه و اشتراک در اموال با عقد شرکت حاصل می گردد و می گویند: مزج در شرکت عقدی زمانی ایجاد شراکت می کند که شرکت قبلاً انشاء نشده باشد، پس اگر اشاعه به واسطه عقد محقق شد، دیگر به عامل مزج نیازی نیست. اینان در این زمینه اجماعی را که از سوی بعضی از فقها ابراز شده است و مبنی بر این که مزج شرط صحت شراکت است. صراحتاً رد می کنند و بیان می دارد که شرکت عقدی بر دو مفهوم حمل می شود: یک مفهوم دیگر آن همان اذن در تصرف است که در این معنا امتزاج در اموال شرکا معتبر است که در آن اراده شرکا به تنهایی توان ایجاد اشاعه و اشتراک را دارد. بدون این که امتزاج در آن اعتبار داشته باشد.
مفهوم دیگر آن بر مبنای امتزاج قهری است که یا ناشی از ارث می باشد و یا ناشی از امتزاج، همانگونه که ماده 574 ق. م بیان می دارد تشکیل می گردد.
از متأخرین نیز که نظریه های فقهی وی مورد استفاده مراجع و فقهای اخیر قرار گرفته است در خصوص شرط امتزاج می فرمایند: این شرط، ثبوتاً و اثباتاً شرط انعقاد عقد لغو و بیهوده است چرا که اشاعه از قبل ایجاد شده است، ایشان بر خلاف برخی از علما، در اثبات شرط امتزاج برای عقد شرکت قائل به اجماع نیستند. از علما و نویسندگان حقوق نیز عده ای برای عقد شرکت، اصالت قائل شده اند و در این زمینه می گویند: « اگر بخواهیم از یک طرف به روح و مفاد عمومی قانون مدنی استناد کنیم که چون نص صریحی تحقق عقد مستقل شرکت را متوقف به مزج واقعی سهم الشرکه ها ننموده اند لذا باید حصول شرکت اختیاری را نتیجه عقد مستقل شرکت دانست، در هر حال اگر متابعت قصد اطراف معامله و قائل شدن به نص ماده 10 قانون مدنی قبول افتد، دیگر برای حصول شرکت در نتیجه عقد مستقل عایقی وجود نخواهد بود. ». در نهایت ایشان عقد شرکت را چنین تعریف می کنند: « شرکت، عقدی است که به موجب آن هر یک از اطراف معامله مقداری از مال خود را به شرکت می گذارد و در مجموع، آن ها پس از مزج ، هر یک نسبت به سهم الشرکه خود به نحواشاعه مالک می شود.»
با توجه به مطالب یاد شده امروزه باید این عقیده را تقویت نمود که هیچ مانعی برای نفوذ این خواست مشترک، یعنی تبدیل مالکیت انفرادی به مالکیت اشتراکی ( انشای مفهوم شرکت به وسیله عقد) به صرف ایجاب و قبول وجود ندارد، زیرا در حقوق ما ملاک انعقاد هر قراردادی، قصد مشترک متعاقدین و اراده باطنی آن ها است. بنابراین آن چه را طرفین اراده کنند ، در صورتی که خلاف قوانین آمره و نظم عمومی و اخلاق حسنه نباشد، می توان به حکم مواد 10 و 975 قانون مدنی انشاء و ایجاد کرد و قالب ها و صورت ها جنبه شکلی دارند.درقوانین بعد از انقلاب نیز مشارکت مدنی به عنوان یک عقد مستقل پذیرفته شده است؛ مقنن در فصل سوم آیین نامه قانون عملیات بانکی بدون ربا ( مصوب 8/12/1362 هیأت وزیران ) یکی از مهمترین عقود بانکی را مشارکت مدنی دانسته و آن را در کنار دیگر عقود مشارکتی ( مضاربه، مزارعه، مساقات ) پذیرفته است. ماده 18 مصوبه مذکور در این خصوص مقرر می دارد : « مشارکت مدنی عبارت است از در آمیختن سهم الشرکه که نقدی و غیر نقدی به اشخاص حقیقی با حقوقی متعدد به نحو مشاع به منظور انتفاع طبق قرارداد». با تصویب این قانون و قراردادهای متنوعی که امروزه بانک ها منعقد می نمایند، دیگر تردیدی در عقد بودن مشارکت مدنی به عنوان یک عقد مستقل وجود ندارد. از نظر حقوق تطبیقی نیز در قوانین مدنی اکثر کشورهای عربی مبحث جداگانه ای به عقد شرکت، به عنوان عقدی مستقل، اختصاص داده شده است.
2-1-2-3-3- شرکت عقدی به معنای شرکت حاصل از عقد :
قانون مدنی در ماده 573 عقد شرکت را یکی از اسباب اشاعه دانسته است؛ بدین معنا که می توان به وسیله یکی از عقود ناقله مثل بیع، صلح و هبه، اشاعه در مالکیت را ایجاد نمود. از این رو، برای تحقق شرکت لازم است دو یا چند حق مالکیت از طریق انعقاد یکی از عقود ناقله با هم به نحوی درآمیزند که تمیز آن از یکدیگر ممکن نباشد؛ به دیگر سخن، شرکاء توافق می کنند که مالکیت انفرادی خود را به مالکیت اشتراکی تبدیل نمایند به گونه ای که حق هر کدام در عین حال که به صورت عینی موجود و اصالت دارد، منتشر در مجموع باشد.
در این مفهوم، عقد شرکت جنبه معاوضی و تملیکی دارد؛ یعنی برای ایجاد اشاعه در مالکیت لازم است هر شریک به وسیله یکی از عقود ناقله سهم مشاع از ملک خود را به صورت معاوضی به دیگران تملیک کند و با این مفهوم، عقد شرکت عقدی لازم خواهد بود، زیرا شریک در مالی نمی تواند به دلخواه خود اشاعه را به هم زده و آورده خود را مطالبه کند؛ هر چند هر شریک بر مبنای قواعد حاکم بر مالکیت مشاع و طبق ماده 589 قانون مدنی می تواند تقاضای تقسیم مال مشترک را بنماید.
2-1-2-3-4- شرکت عقدی به معنای اداره مال مشاع:
بعضی از فقهای امامیه عقد شرکت را چنین بیان نموده اند: «عقدی است که ثمرۀ آن جواز تصرف هر کدام از مالکین است بر شیء واحد به صورت مشاع. برخی از حقوقدانان نیز در این زمینه می گویند: شرکت عقدی است که ثمره آن جواز تصرف مالکین متعدد شیء واحد، در مال مشترک است»؛ به عبارت دیگر، قراردادی است که تصرف مالکان مشاع در یک مال را ممکن می سازد. در این مفهوم، سمت شرکاء بعد از تحقق شرکت، وکالت و عاملیت است و بر مبنای این تعریف، شرکت عقدی اذنی و جزء عقود جایز محسوب می شود. حقوقدانان مصری شرکت را اختلاطی از یک مبادله می دانند که سبب آن اشاعه در مالکیت است. آنها با تلقی اعطای نیابت در تصرف به عنوان چهره ای دیگر از عقد، معتقدند: توکیل در تصرف و اداره و تقسیم سود و زیان، عقدی فرعی است که ضمیمه اشاعه در مالکیت می شود، بدون این که با عقد اصلی ترکیب گردد. بنابراین هیچ مانعی ندارد که هر کدام از این دو عقد آثار و طبیعت خاص خود را حفظ کند، یکی جایز باشد دیگری لازم.
به نظر می رسد اثر عقد شرکت، ایجاد اشاعه در مالکیت باشد که نتیجه آن اذن در تصرف است، زیرا شرکت در زمره عقود لازم است ولی اشاعه را می توان از طریق تقسیم مال مشاع زایل نمود ( ماده 589 قانون مدنی) البته شرکا می توانند ضمن عقد شرکت، اعطای نیابت در تصرف را برای یکدیگر شرط نمایند.
2-1-2-3-5- مفهوم شرکت عقدی در حقوق مصر
در حقوق مصر نیز قانون مدنی در ماده 505 در تعریف عقد شرکت بیان داشته است: « شرکت عقدی است که به موجب آن دو نفر یا بیش تر با پرداخت حصه ای از مال یا عملی ملزم می شوند که هر کدام در این مال سهمی داشته باشند و آن چه از سود یا زیان آن به دست می آید، بین خود تقسیم نمایند. هم چنین ماده 844 قانون « موجبات و عقود » لبنان در تعریف عقد شرکت می گوید: « شرکت عقد مبادله ای است که به موجب آن دو نفر یا تعدادی در یک چیز شریک می شوند، بااین قصد که آن چه از سود به دست می آید، بین خود تقسیم کنند.
شبیه این تعریف را می توان در مواد 494 قانون مدنی لیبی، 473 قانون مدنی سوریه، 626 قانون مدنی عراق و 582 قانون مدنی اردن ملاحظه کرد. در حقوق مصر قانونگذار بر این عقیده است که اراده متعاملین و قصد مشترک آنها مبنای ایجاد اشاعه است و این وجه رایج و متداول و به نوعی شایع از منظر قانونی است. اما برخی از حقوقدانان مصری بر این عقیده اند که عقد قرارداد شرکت با حالت اشاعه متفاوت است، چرا که انعقاد قرارداد بر مبنای قصد و اراده طرفین متعاملین و همراه با آثار قانونی حاکم بر آن منعقد می شود، در حالی که حالت اشاعه بدون اراده طرفین است. این نظر حقوقدانان مصری بیشتر شرکت قهری یا ناشی از ارث را تعبیر می نماید.
2-1-3- ویژگی های شرکت مدنی در حقوق ایران
با توجه به بیان مصادیق شرکت و اینکه شرکت یک واقعه حقوقی نیست بلکه عمل حقوقی است، بنابراین مانند سایر اعمال حقوقی باید ناشی از اراده طرف های آن باشد. بنابراین لازم است مورد بررسی واقع شود که این عقد چه خصوصیاتی و ویژگی هایی دارد که آن را از سایر اعمال حقوقی متمایز می کند.
2-1-3-1- عقد:

aslinezhad project

فصل اول: کلیات19
(1-1 هدف. 20
(2-1 پیشینه تحقیق20
(3-1روش کارو تحقیق22
( 1 – 3 – 1 بررسی هایبرید خط شاخهای فشرده باند پهن22
( 2 – 3 – 1 بررسی کوپلر خط شاخهای دو بانده(25(900/2000Mhz
( 3 – 3 – 1 شبیه سازی کوپلر دو بانده خط شاخه ای T شکل26
فصل دوم: تقریبی برای طراحی و بکار بستن کوپلر خط شاخهای
تک بانده و دو بانده πو T شکل28
(1-2مدار خط شاخهای اندازه فشرده T شکل29
(2-2طراحی و بکار بستن مدار T شکل و رسم منحنی مشخصه آن33
(3-2 کوپلر خط شاخهای36
(4-2 فرموله کردن با استفاده از ماتریس خطوط انتقال37
۶
(5-2 نتایج شبیهسازی مدار π شکل بدون استفاده از استاب41
(6-2 تحقق جهت دو بانده کردن مدار43
(1 -6-2 استفاده از استاب مدار باز ( ربع طول موج)43
λ
(2-6-2 استفاده از مدار اتصال کوتاه ( طول 44( 2

(7-2 آنالیز(تحلیل) مدار π شکل خط شاخهای دوبانده و مشاهده نتایج شبیهسازی46
فصل سوم: طراحی مدار میکرواستریپ فشردهT شکل دوبانده با
اندازه کاهش یافته.50
(1-3 دوبانده کردن مدار T شکل خط شاخهای کوچک شده با توجه به روند ارائه شده در
دو بانده کردن کوپلرπ شکل ( 900MHz و 51(2400MHz
(2-3 استفاده از برنامه کامپیوتری ساده جهت بدست آوردن پارامترهای مدار دو بانده52
(3-3 آنالیز(تحلیل) مدار T شکل دو بانده در چند محیط ( نرم افزار) مختلف و مشاهده
نتایج53
فصل چهارم: بررسی انواع مختلف DGS و اثرات آن بر روی
خطوط میکرواستریپ59
DGS (1-4 چیست60
( 2 – 4 مشخصات کلی 60 .DGS
( 3 – 4 کاربردهای 61DGS
٧
( 4 – 4 ویژگیهای 61DGS
( 5 – 4 اثر DGS دمبلی شکل بر روی خطوط میکرواستریپ....61
( 1 – 5 – 4 الگوی .DGSدمبلی شکل و ویژگی شکاف باند63
DGS ( 2 – 5 – 4 دمبلی پریودیک قویتر64
( 3 – 5 – 4 اندازهگیریهای مربوط به DGS دمبلی شکل..66
( 6 – 4 بررسی اثرات DGSهای هلزونی در تقسیم کننده توان بر روی هارمونیکها68
-7-4مدل مداری و هندسه DGS هلزونی غیرمتقارن70
( 8 – 4 حذفهارمونیکهادر مدار مقسم توان73
( 9 – 4 مشاهده اثرات DGS برروی کوپلر T شکل در یک باندفرکانسی78
( 10 – 4 مشاهده اثرات DGS برروی مدار دو بانده طراحی شده80
فصل پنجم:چگونگی استفاده از کوپلر بدست آمده در طراحی
سیرکولاتور82
(1-5طراحی سیرکولاتور83
(2-5مدار معادل برای سیرکولاتور با استفاده از یک ژیراتور و دو کوپلر83
فصل ششم:نتیجه گیری وپیشنهادات86
(1-6نتیجه گیری87
(2-6پیشنهادات88
٨
پیوست ها................................................................................................................................... 89
٩
فهرست مطالب
عنوان مطالبشماره صفحه

منابع و ماخذ. 93
سایتهای اطلاع رسانی97.
چکیده انگلیسی98
١٠
فهرست جدول ها
عنوانشماره صفحه

:(1-2)مشخصات الکتریکی وفیزیکی مدار در دو باند..47
(1-3) دو بازه فرکانسی و دو هدف مورد نظر پروژه..55
(2-3.) بازه بالا و پایین جهت optimom هدف.56
(1–4)مقایسه اثر DGSهای واحد و پریودیک با توزیع نمایی..66
١١
فهرست شکل ها
عنوانشماره صفحه

(a) ( 1 – 1) خط انتقال مرسوم (b) خط انتقال معادل با سری شدن یک خط و
استاب (c) مدل معادل المانهای فشرده برای محاسبه فرکانس قطع23
(a) ( 2 – 1) سرس خطوط انتقال کوچک شده با چندین استاب
باز (b) بزرگی پاسخ.25
( 3 – 1) نمایی از نرم افزار Serenade. RTL جهت بدست آورن طول
فیزیکی و پنهای خطوط.26
( 1-2 ) ساختار T شکل خط انتقال ربع طول موج30
( 2-2 ) منحنی رسم شده حاصل از برنامه کامپیوتری θ1)بر حسب32.(θ3
( 3-2 ) مدار چاپی خط شانهای T شکل34
S11 (a) ( 4-2)،S12،S13،(b) S14 پاسخ فازی مدار Tخط شاخهای35
(5-2) ساختار کوپلر خط شاخه ای یک بانده مرسوم.38
(a) ( 6 – 2) ساختار معادل پیشنهادی (b) خط شاخهای 38. λ4

S11 ( 7-2 )،S12،S13وS14 از کوپلر بدون استاب42
( 8-2 ) پاسخ زاویهS12وS14 برای مدار بدون استاب42
( 9-2 ) ساختار کوپلر پیشنهادی با استاب مدار باز44
١٢
( 10-2 ) ساختار کوپلر پشنهادی با استاب اتصال کوتاه ........................................................ 45
11-2 ) ) نتایج شبیه سازی .................................................................................. ...(S11) 47
12-2 ) ) نتایج شبیه سازی(S12و............................................................................ .(S13 48
( ( 13-2 نتایج شبیه سازی .................................................................................... .(S14) 48
14-2 ) )نتایج شبیه سازی (پاسخ فاز مدار با استاب باز) ................................................... 49
( (a) ( 1-3 شماتیک (b) مدار چاپی ................................ (designer, hfss) ansoft 55
( S11(a) ( 2-3،S12،S13وS14 مدار شبیه سازی شده در .....................................................................ADS (c) serenade (b) ansoft (a) 57
( 3-3 ) پاسخ فازی مدار دو بانده. ....................................................................................... 58
1-4 ) ) شمای مختلف H (a) DGS شکل T ( b)شکل (c)هلزونی شکل (d) دمبلی شکل. ......................................................................................................... 60
( 2-4 ) خط میکرواستریپ با εr = 15 و ................... ................................ h = 1/575 62
( 3-4 ) پارامترهای S مدار دوپورته.. ................................................................................ 62
( 4-4 ) مدار با DGS دمبلی شکل .. ............................................................................... 63
( 5-4 ) پارامترهای S مدار با DGS دمبلی شکل ............................................................ 63
( 6-4 (a) ( نوع (b) 1 نوع (c) 24 نوع DGS 3 دمبلی شکل ...................................... 65
( 7-4 ) پارامترهای S برای DGS دمبلی با انواع مختلف سایز. ....................................... 66
( 8-4 ) مقایسه پارامترهای S مدارهای (a) DGS نوع (b) نوع (c) 2 نوع 67 ............. ..3
١٣
( 9-4 ) خط میکرواستریپ با DGS هلزونی نامتقارن برروی زمین. ............................... 70
( 10-4 ) پارامترهای انتقال خط با DGS متقارن ( A = A' = B' = 3mm و نامتقارن A = 3/4m) و ............................................................................(B = 2/6 mm 71
11-4 ) ) فرکانس روزنانس ناشی از بر هم زدگی سمت چپ و راست خط بر حسب تابعی از ...................................................................................................................... .B/A 71
12-4 ) ) مدار معادل بخش DGS هلزونی نامتقارن ........................................................ 73
13-4 ) DGS (a) ( هلزونی نامتقارن برای حذف هارمونیک دوم و سوم (b) مدار معادل ساختار این ......................................................................................DGS 74
( 14-4 ) پارامترهای S مدار با DGS هلزونی بصورت EM و شبیه سازی شماتیک ........ 75
15-4 ) ) هندسیای از (a) مقسم توان ویل کنیسن معمولی (b) مقسم توان با DGS نامتقارن....................................................................................................................... 76
( 16-4 ) نتایج شبیه سازی (a) پارامتر S مقسم توان معمولی S (b) برای مقسم توان با ....................................................................................................................... ..DGS 77
17-4 ) ) مقسم توان willkinson با DGS هلزونی نامتقارن (a) روی مدار (b) پشت مدار...................................................................................................................... 77
( 18-4 ) نتیجه شبیه سازی مقسم توان با DGS هلزونی نامتقارن(.......... S12 ( b) S11 (a 78
( 19-4 ) مدار T شکل با استفاده از DGS هلزونی (a) یک بعدی (b) سه بعدی.......... 79
20-4 ) (a) ( نتیجه پاسخ شبیه سازی کوپلر با استفاده از اعمال (b) DGS بدون ١۴
استفاده از 80DGS
( 21-4 ) مدار چهار پورتی T شکل دوبانده با اعمال DGS دمبلی شکل در
شاخه خطوط..81
( 22-4) پارامترهای S حاصل از بکار بستن 81DGS
(1-5)نماد ژیراتور83
( 2-5)سیرکولاتور 4 پورته متشکل از دو مدار هیبریدی و زیراتور83
(3-5) سیرکولاتور ساخته شده با استفاده از دو کوپلر و یک ژیراتور84
(a)(4-5)،((b،((cو(:(dنتایج شبیه سازی سیرکولاتور85
(1-6)شبکه دو قطبی خطی. 91
١۵
چکیده:
در این پروژه سیرکولاتور دو بانده با ابعاد کوچک ارائه شـده اسـت. در طراحـی سـیرکولاتور مـورد نظـر از
کوپلر شاخه ای (BLC)1 میکرواستریپی دو بانده کوچک شده استفاده شده است . لذا در این پـروژه بیـشتر
بر روی چگونگی کوچک سازی و دو بانده کردن کوپلر شاخه ای میکرواستریپی با اسـتفاده از مـدارات T و
همچنین DGS2 متمرکز شده ایم . در کوپلر شاخه ای پیشنهادی از مدارات T در هر شاخه که دارای طـول
الکتریکی ±90 درجه در دو بانده می باشند ، استفاده شده است. از طرفی در صفحه زمـین در زیـر خطـوط
این کوپلر DGS هایی قرار دارند که با استفاده از این DGSها ، طول الکتریکی خطوط کاهش یافته و ابعاد
کوچکتر می گردند. کوپلر دو بانده کوچک شده توسط نرم افزارهایSerenadeوADS3وAnsoft تحلیـل
شده و نتایج شبیه سازی در این پروژه آورده شده اند. سپس با استفاده از کوپلرهای دو بانده کوچک شـده ،
سیرکولاتور مورد نظر طراحی گردیده است.

Branch line coupler١ Defected ground structure٢ Advance designe sys--٣
١۶
مقدمه:
امروزه تقاضا برای استفاده از عناصر دو بانده در صنعت مخابرات رو به افزایش است . سیستمهای مخابرات
با آنتن های دو بانده کاربرد زیادی دارند. سیرکولاتور یکی از عناصر اصلی در چنین سیستم هایی اسـت. بـا
استفاده از سیرکولاتور دو بانده می توان از یک تغذیه بین آنتن و سیستم مخـابراتی اسـتفاده نمـود. یکـی از
اجزای اصلی در ساخت سیرکولاتورهای چهار پورتی ، کوپلرهای هایبریدی و کوپلرهای شاخه ای((BLC
می باشند.
(BLC) از چهار خط انتقال به طول ربع طول موج مؤثر در فرکانس اصلی و هارمونیک هایی کار می کنـد.
.[1] ,[2]
معمولا این کوپلرها بزرگ هستند و سطح و فضای اشغال شده توسط آن ها زیاد است. در اکثـر کاربردهـای
امروز به خصوص در بردهای صفحه ای و میکرواستریپی ، این عیب محسوب می شود. لذا ، امـروزه روش
های مختلفی برای کوچک سازی و افزایش پهنای باند]٣[7- این کوپلرها ارائه شده است.
در مخابرات مدرن امروزی نیاز به اجزاء دو بانده بالاخص کوپلر BLC دو بانده ، می باشد تا مقدار عناصـر
مورد استفاده ،کاهش یابد.
] Hsiang٨[ از خطوط چپگرد برای دو بانده کردن کوپلر استفاده کرده است.BLC شامل خطـوط متـصل
شده به یک جفت المان موازی]١١[ گزارش شده است.
در این پروژه با استفاده از روشـهای کوچـک سـازیBLC و ترکیـب آن هـا بـا روشـهای دو بانـده سـازی
ابتداBLC با ابعاد کوچک در دو بانده 900Mhzو2400Mhz طراحی شده است سپس برای کاهش بیـشتر
سطحBLCصفحه ای ازDGS ها استفاده شده است.
١٧
گزارش ارائه شده از نمونه طراحی سیرکولاتور مورد نظر شامل قسمت های زیر می باشد:
در فصل اول کلیاتی در مورد مراحل انجام پروژه ،هدف از انجام مراحل کار ، پیشینه تحقیقهای انجـام شـده
در مورد مدارمورد نظر و روش کمی کار مورد بررسی قرار گرفته است.
در فصل دوم ابتدا نحوه افزایش پهنای باند کوپلرها ، کوچک سازی با استفاده از مدارT و استفاده از مـدارπ
بــرای دو بانــده کــردن کوپلربررســی شــده اســت. ســپس بــا اســتفاده از نــرم افزارهــای تخصــصی
مانندSerenadeوAnsoft مدارات ذکر شده تحلیل گشته و نتایج شبیه سازی آورده شده اند.
در ادامه کوپلر کوچک شده با استفاده از مدارT ، با توجه به روند ارائـه شـده در دو بانـده کـردن کـوپلر بـا
مدارπ ، در فصل سوم دو بانده شده و روابط حاصل برای دو بانده کردن آن به دست آمده است.
کوپلر به دست آمده با استفاده از نـرم افـزار ADSوSerenadeوAnsoft تحلیـل و بهینـه گـشته اسـت و
منحنی های مربوط به آن در این فصل آورده شده اند.
در فصل چهارم DGS به عنوان ابزاری برای کوچک سازی مدارات صفحه ای شرح داده شده و از آن برای
کوچکتر کردن ابعاد کوپلر دو بانده استفاده شده است . نتایج شبیه سـازی کـوپلر حاصـل ، نـشان داده شـده
است. چگونگی استفاده از کوپلر به دست آمده در طراحی سیرکولاتور در فصل پنجم شرح داده شده اسـت
و در آخر در فصل ششم نتیجه گیری و پیشنهاداتی برای ادامه کار آورده شده است.
١٨
فصل اول:
کلیات
١٩
(1-1 هدف
کوپلرهای شاخهای با بکار بستن استابها ( مدارباز – مدار کوتاه) نیزو با Cascade شدن یک سـری شـاخه
برکاستن حجم و بالا رفتن پهنای باند نقش بسازیی را دارند. همچنین المانهای فشرده به ما امکـان کـوچکتر
کردن مدار را میدهند و با عث افزایش باند میگردند منتهی برای ساخت مدار نهایی با کـاهش سـایز کلـی و
افزایش پهنای باند و بکار بردن کوپلینگ مناسب در سرهای مدار و ایزوله کردن پورتها از همدیگر مـیتـوان
از روش مناسب بکار بردن DGS و نتیجتاً افزایش اندوکتانس خطوط و در نتیجه اهداف مطلوب دسترسـی
پیدا کرد.
در این پروژه هدف کلی رسیدن به ساختار فشرده و نیز استفاده از مدار میکرواستریپی در دو بانـد فرکانـسی
دلخواه و نیز افزایش هر یک از باندهای فرکانسی می باشد. و عـلاوه بـر ایـن بـا بکـار بـستن ( defected
ground structure) DGS بر روی زمین مدار شاهد اثرات مثبت آن برروی دستیابی باند فرکانسی مورد
نظر و نتیجتاً کاهش سایز مدار و خواهیم بود.
(2-1 پیشینه تحقیق
با توجه به ساختار مدار این پروژه و هدف مورد نظـر تحقیقهـایی مـورد نظـر بـودهانـد کـه بیـشتر در بـاره
Compact و فشرده سازی المانها، افزایش پهنـای بانـد، از بـین بـردن هارمونیکهـای اضـافی و اسـتفاده از
DGS میباشد.
در[1] افزایش پهنای باند مدارهای هایبرید با استفاده از اتصال خطوط شاخهای و استفاده از اسـتابهای مـدار
λ
باز در دو انتهای خط میکرواستریپ و معادل قرار داده خط با خط انتقال 4 جهت کاهش ابعاد مورد بررسی

قرار گرفته است.
٢٠
فعالیتهای گستردهای در جهت طراحی و بکاربردن کوپلرها و سـیرکولاتورهای صـفحهای فـشرده دردو بانـد
مورد دلخواه بعنوان مثال در پروژه - ریسرچ[2]انجام گردیده است که در فصل دوم نتایج حاصل از شـبیه سـازی ایـن
گونه کوپلرها و استفاده از ماترسیهای انتقال و نوشتن برنامه کامپیوتری جهت استفاده در دو فرکانس دلخـواه
مورد بررسی خواهند گرفت.
در مورد کاهش بیشتر سایز کوپلرها در حدود 45% مقدار کوپلرهـای مرسـوم خـط شـاخه ای و بـا مـدل T
شکل فعالیتهایی در مقالات گوناگون [3] تنها در یک باند فرکانسی مطرح گردیده است که در فصل بعدی
نیز این پروژه - ریسرچو نتایج شبیه سازی آن با نرمافزارهای گوناگون مورد بررسی قرار می گیرند.
یکی از مسائل مهم در چند قطبیهای میکرواستریپ مسئله کاهش اندازه بـوده کـه بـا توجـه بـه اسـتفاده از
المانهای باند و کاهش حجم مدار نیز استفاده از (defected ground structure) DGS مـیباشـد. ایـن
کار باعث از بین بردن هارمونیکهای اضافی و نتیجتاً کاهش اندوکتانس مدار و بالا بردن پهنای باند و کاهش
سایز مدار با کم کردن المانهـای مـوازی مـیگـردد. در ایـن زمینـه نیـز فعالیـتهـای گـسترده و اسـتفاده از
DGSهای مختلف صورت گرفته است [2]و[4]و[21]و .[22]
که اثرات تک DGS و نیـز DGS دمبلـی پریـود یـک را بـر روی پارامترهـای اسـکترینگ یـک خـط
میکرواستریپ دو پورتی ،بررسی شده است.
همچنین در[21] کاربرد DGS برروی خطوط یک کوپلر و تأثیر آن برروی پاسخ شبیه سـازی بـرروی ایـن
مدار در نرمافزار Ansoft بررسی گردیده است.
علاوه[23] نیز اثرات DGS هلزونی برروی حذف هارمونیکها و پهنای باند در یک تقسیم کننده توان ویـل
کینسن را مورد بررسی قرار داده است که در این پروژه در انتهای از این نوع DGS در زیـر خطـوط کـوپلر
خط شاخه ای تک بانده استفاده گردیده و نتایج آن آورده شده است.
٢١
و اثرات شکلهای گوناگون [21]DGSو[22]و[23]و مدل کردن مداری آنها بـرروی کـوپلر، سـیرکولاتور و
تقسیم کنندههای توان و به طور کلی خطوط میکرواستریپ را بررسی میکنند که در فصلهای بعـدی در ایـن
مورد به طور مفصل توضیح داده شده و نتایج حاصل از شبیه سازی نیز آورده شده است.
( 3 – 1 روش کار و تحقیق
در این پروژه روش کار و تحقیقهای انجام شده جهت رسیدن به هدف مورد نظر یعنـی اسـتفاده از دو بانـد
فرکانسی دلخواه کاهش حجم مدار بالابردن ضریب کوپلینگ نیز بـه صـورت اسـتفاده از مراجـع و منـابع و
مشاهده نتایج حاصله از این کارها بوده و بعد از برقراری لینک مورد نظر این منبع مـورد بررسـی بـا هـدف
نهایی به آیتم بعدی پروژه - ریسرچمربوط به مرجعهای اولیه پرداخته شده است. در بخشهای بعدی این مراحل عنوان
میگردند.
( 1 – 3 – 1 بررسی هایبرید خط شاخهای فشرده باند پهن:
در این مرحله نیز خط میکرواسـتریپ Zc4 بـا طـول الکتریکـی θ نیـز کـه در شـکل (1 – 1) (a) مـشاهده
میگردد به صورت یک خط انتقال مرسوم با المانهای توزیع شده فشرده معادل آن نیز مدل گردیده است[9]
و با بکار بردن فرمول ماتریس ABCD5 مدار معادل مشاهده شده در شکل (1 – 1) ( b) میتوانـد اسـتنباط
گردد. با معادلات ماتریس ABCD در شکل (1 – 1) به نتایج زیر دسترسی پیدا میکنیم.
(1 – 1)
JB01  J tan θ01 / Z 01

امپدانس خط معادل
ماتریس انتقال خط
٢٢
که B01 امپدانس ورودی استاب مدار باز است و٠١θ طول الکتریکی استاب مدار باز است.
و با در دست داشتن ادمیتانس ورودی استاب مدار باز شکل (b ) ( 1 – 1) به معادلات زیر میرسیم
(2 – 1) cosθs −cosθ B01  Z c sin θ (3 – 1) Zc sinθ Zs  sinθs که ≤θs≤θ≤1٠ می باشد و همانطوری که در شکل((1-1 دیـده میـشود θs طـول خـط بـین دو اسـتاب در
مدارπ است.

شکل (a ) (1 – 1) خط انتقال مرسوم (b) خط انتقال معادل با سری شدن یک خط و استاب (c) مدل معادل المانهای فشرده برای محاسبه فرکانس قطع
٢٣
ما همچنین میتوانیم فرکانس قطع برای ساختار فیلتر مانند شکل (b ) ( 1 – 1) و مـدار معـادل آن در شـکل
(c) (1-1) به صورت زیر بدست آوریم:
(4 – 1)
1 Wc  Leq Ceq
(5 – 1)
1  Wc )ZsSinθs tan(θs / 2)  Cosθs − Cosθ 2( W0 Zs Zc Sinθ
که در Wc فرکانس قطع مدار معادل نشان داده شده شکل (b ) ( 1 – 1) و Wo فرکانس کار مرکـزی مـدار
مورد نظر با المانهای فشرده معادل 7Ceq, Leq6 میباشند.
حال در اینجا برای بالا رفتن پهنای باند و عریض کردن باند فرکانسی دلخواه، با استاب مدار بـاز بـه خـوبی
طول واحد خطوط سری با یکدیگر بوده و مدل کردن خط میکرواستریپ با خطوط معـادل بـا اسـتابهـای
مدار باز سری همانطور که در شکل (2 – 1) نشان داده شده باعث کم شدن امپدانس استاب بـاز و افـزایش
فرکانس قطع (fc) میگردد.

۶ سلف ٧خازن معادل
٢۴

شکل((a) ( 2 – 1 سری خطوط انتقال کوچک شده با چندین استاب باز (b) بزرگی پاسخ
با مشاهده پارامترهای S این مدار در شکل (b ) (2 – 1) از این مدارات میتوان جهت بالا بردن باند فرکانس
و نیز استفاده مدار دو باند فرکانسی دلخواه،اسنفاده گردد.
( 2 – 3 – 1 بررسی کوپلر خط شاخهای دو بانده(:(2000/900
در اینجا نیز با ایده گرفتن از کار قبلی و استفاده از ماتریسهای ABCD که در فصل بعدی آورده شده زمینه
جهت استفاده از کوپلر خط شاخهای Tشکل با حجم کم و باند فرکانسی دو بانده کـه در فـصل سـوم آمـده
فراهم میگردد.
٢۵
( 3 – 3 – 1 شبیه سازی کوپلر دو بانده خط شاخهای T شکل
در این قسمت با ایده گرفتن از روشهای قبلـی کـه در فـصلهای بعـد توضـیح داده مـیشـود از ماتریـسهای
ABCD استفاده شده و بعد از نوشتن برنامه کامپیوتری زمینه جهت استفاده از المانهای فـشرده در دو بانـد
فرکانسی دلخواه فراهم گردیده است. از بدست آوردن مقادیر Z و θ که امپدانس مشخصه خطـوط و طـول
الکتریکی آنها هستند با استفاده از فرمولهای موجود در بازههای مختلف که در منابع مختلـف هـم آمـدهانـد
طول و پنهای خطوط چند پورتی مورد نظر بدست میآید که در این پروژه از serenade استفاده شده است
و این مقادیر با دادن فرکانس کار، مشخصه دی الکتریک مورد نظر و امپدانس و طول الکتریکی خط نیـز بـه
سادگی بدست میآیند. در شکل (3 – 1) شمای کلی این نرم افزار آمده است.

شکل :(3 – 1) شمایی از نرمافزار serenade جهت بدست آوردن طول و پنهای خطوط
٢۶
با بستن مدار فوق در نرم افزارهای مختلف نتـایج شـبیهسـازی را مـشاده و در صـورت عـدم نتیجـهگیـری
همانطور که در فصل سوم آمده آنرا optimum میکنیم. در نهایت با ایده گرفتن از کارهای انجـام شـده در
مقالات مختلف DGS های گوناگون را بکار گرفته و نتایج حاصل از آن را آوردهایم.
٢٧
فصل دوم:
تقریبی برای طراحی و بکار بستن کوپلر خط شاخهای
تک بانده و دو بانده وTشکل
٢٨
(1-2 مدار خط شاخهای اندازه فشردهT شکل
دراینجا هدف طراحی کوپلر و در نهایت سیرکولاتور خط شاخهای بهم پیوسـته بـدون اسـتفاده از المانهـای
توده میباشد. اندازه کـوپلر پیـشنهادی تنهـا 45درصـد کوپلرهـای خـط شـاخهای مرسـوم در فرکـانس 2/4
گیگاهرتز میباشد.
اندازه المانهای این نوع کوپلر میتوانند به راحتی با استفاده از عمل قلم زنـی بـرد مـدار چـاپی بـه صـورت
واقعی کشیده شده و برای سیستمهای ارتباطی بیسیم بسیار مفید و پرکاربردند. چرا که اخیراً سیستم ارتبـاط
بیسیم در جهت اهداف کوچک کردن و پائین آوردن هزینه بـه قطعـات کـوچکتری نیـاز دارنـد. از ایـن رو
کاهش اندازه از اهداف قابل توجه در بکاربستن این طراحی میباشد. در پایینترین باند فرکانس مایکروویو،
اندازه کوپلر خط شاخهای مرسوم جهت استفاده عملی بسیار پیچیده و بزرگ است. تکنیکهای زیادی جهـت
کاهش سایز این گونه کوپلرها گزارش شده است. ترکیب خط انتقال با امپدانس بالا و خازنهای فشرده شنت
شده به آنها نیز مورد بررسی قرار گرفته اند.در این موارد خازنها با عایقهایی خاص، مورد نیاز مدارهای شنت
میباشند که در بحث بعدی جهت دو بانده کردن کوپلرهای خط شاخهای πشکل توضیح داده میشود.
مرجع[11] کوپلر خط شاخهای درخطوط میکرو استریپ تک لایه از فلز بدون هیچ گونه المان فـشرده شـده
واضافی ̦ سیمهای اتصال را پیشنهاد می کند.اندازه این گونه کوپلرها حدود 63درصـدطراحی هـای مرسـوم
میباشد. هرچند که قسمتهایی که ناپیوستگی در داخل کوپلر بوجود میآورند نیز همان ناپیوستگیهای ناشی
از اتصال مدارهای استاب شنت مدار باز یا کوتاه میباشند کـه باعـث بوجـود آمـدن مـشکل (over lap)8
میگردند. بنابراین ما در فصل بعدی روی طراحی یک کوپلر خط شـاخهای T شـکل جمـع و جـور جدیـد

٨هم پوشانی
٢٩
متمرکز خواهیم شد و در قسمت بعدی آنها را در کوپلرهای واقعی بکار برده و به تحلیـل و بهینـهسـازی آن
میپردازیم.
این نوع کوپلرها بدون استفاده از هیچ گونه المان فشرده، سـیم و قطعـه ای، مـیتواننـد بـه سـادگی بـرروی
سابستریتها ساخته شوند و در مقایسه با مدارات مرسوم طراحی شده اطلاعات را بخـوبی آشـکار مـیکننـد،
همچنین هماهنگی نزدیک و خوبی ما بین نتایج شبیهسازی و اندازه گیری شده مشاهده می گردد.
روش مرسوم ومعمولی جهت آنالیز کوپلر T شکل خط شاخهای بر روی استفاده از آنالیز مد نرمال است کـه
در اینجا ما از آن استفاده کردیم و این بدلیل ساختار هندسی آن نیز میباشد.
هر چند که خط با سایز کاهش یافته با طولی کمتر از λ / 4 اندوکتانس و ظرفیت پائینتـری را دارد، منتهـی
جبران اندوکتانس بوسیله افزایش امپدانس مشخصه خط و جبران ظرفیت نیـز بوسـیله اضـافه کـردن خـازن
شنت متصل شده [15] C میباشد. در این پـروژه خـازن C نیـز بوسـیله یـک خـط اسـتاب مـدار بـاز [9]
جایگزین گردیدهاست و معادل آنرا در مدار T شکل قرار دادهایم.

شکل(:(1-2ساختار T شکل خط انتقال ربع طول موج
ساختار T شکل معادل معمولی از یک خط کاهش یافته در شکل (1-2)نـشان داده شـده اسـت کـه در ایـن
شکل Z1،Z2،Z3وθ1،θ2وθ3 امپدانس مشخصه خطوط و همچنین طول الکتریکی آنها را نـشان مـیدهنـد.
لزومی ندارد که جایگاه خط با طول الکتریکـی((θ2 مـدارباز در وسـط خـط کـاهش انـدازه یافتـه مـا بـین
٣٠
Z1وZ2قرار داشته باشد. روابط ما بین این عناصر یعنی امپدانس مشخصه و طولهای الکتریکی را مـیتـوانیم
بوسیله ماتریس ABCD آنها تخمین بزنیم.
با استفاده از روابط قبلی برای طراحی یک کوپلر خط شاخهای πشکل مرسوم در اینجا با معـادل قـرار دادن
ماتریس آن با امپدانس مشخصه خط با طول θ = ±90° و ±ZT داریم:
3 Sinθ 3 JZ 3 Cosθ 1 0 Sinθ JZ Cosθ A B (1-2) j 1 1 1 j Cosθ3 Sinθ3 1 JB Cosθ1 Sinθ1 D  C Z3 2 Z1 (1-2) jB2  jTanθ2 / Z 2 (3-2) N Z1 Z3 (4-2) K Z1 Z 2 (5-2) M Z1 ZT از طرفی با معادل قرار دادن ماتریس فوق با ماتریس خط 90° داریم.
JZT
0(6-2)

0 JZT Sinθ j  Cosθ Z T
Cosθ B A Sinθ j  D C T Z و پس ساده سازی چهار معادله به صورت زیر خواهیم داشت:
(7-2) Cosθ1Cosθ3 − KTanθ2 Sinθ1Cosθ3 − NSinθ1 Sinθ3  0 (8-2) N Cosθ1Sinθ3 − KTanθ2Sinθ1Sinθ3  NSinθ1Cosθ3  M ٣١
(9-2) Tanθ2Cosθ1Sinθ3  Cosθ1Cosθ3  0 K Sinθ1Sinθ3 − 1 − N N (10-2) Sinθ1Cosθ3  KTanθ2Cosθ1Cosθ3  NCosθ1Sinθ3  M با ساده سازی روابط فوق دو معادله زیر را خواهیم داشت:
N 2 M 2 2 − N M 3  Tanθ Tanθ Tanθ N) ,Cotθ ) Tanθ Cotθ 2(11-2) M N N 1 3 1 3 1 (12-2) ( 2 − N 2 M 3 ( Tanθ 2  ) Tanθ 2 − N 2 M 3 ( 3  Sinθ Tanθ2Cosθ K KN MN M معادلات (11-2) و (12-2) نیز مقادیر θ1 و θ2 وθ3 را تحت شرایطی که M و N را داشـته باشـیم بـه مـا
میدهند. برای سادگی کار در اینجا Z1 را برابر Z3 در نظر میگیریم. طـول الکتریکـی θ1 بـر حـسب طـول
الکتریکی θ3 برحسب مقادیر مختلف M رسم گردیده است که در شکل (2-3) نیز آمـده اسـت. در اینجـا
نیز برنامه سادهای با نرم افزار مطلب نوشـته شـده(پیوسـت الـف-(1 و بـه ازای مقـادیر مختلـف N و M
میتوان به ازای θ1 های مختلف مقادیر θ2 و θ3 را بدست آورد.
١θ

٣θ
شکل θ1:(2-2) بر حسبθ3
٣٢
واضح است که طول الکتریکی کل خط کوچک شده( (θ= θ1 + θ3 با افزایش مقدار M نیز کاهش مییابد.
جایگاه خط استاب مدار باز شده در داخل کوپلر خط شاخهای تحـت شـرایط خـاص نیـز تحمیـل گردیـده
است. مقدار طول الکتریکی (θ2) ما بین مقادیر θ2 و θ میباشد. جهت جلـوگیری از مـشکل هـم پوشـانی

(Over lab) خط استاب باز را به انتهای خط اتصال کوتاه وصل میکنیم. θ1 و θ3 به ازای مقادیر شناخته
شده M به یکدیگر تبدیل شده در حالیکه حالت معادله (12-2) تحت N = 1 بدون نغییر باقی میماند. ایـن
نتایج به توانایی دو رابطه بدست آمده اشاره دارد. با بدست آوردن مقـادیر θ1 و θ3 و بـا داشـتن معادلـه
(12-2) مقادیر θ2 وZ2 محاسبه میگردند.
(2-2 طراحی و بکار بستن مدار T شکل و رسم منحنی مشخصه آن
با روشی که در بالا توضیح داده شد به سادگی میتوان انـدازه کـوپلر خـط شـاخهای مرسـوم را کـاهش داد
سابستریت مدار فوق دارای ویژگیهای زیر میباشند:
metal thickness =0 .02mm و h = 0.8mm و Tanδ  0.022 و εr  4.7
امپدانس مشخصه کوپلر خط شاخهای مرسوم 35 اهم در خط اصلی و در شاخه عمودی 50 اهم میباشند.
جهت کاهش دادن اثر افت هادی، افت تشعـشعی و جلـوگیری از مـدهای مـزاحم انتـشار نیـز پهنـای خـط
میکرواستریپ محدود شده و این امر با محدود کردن مقدار امپدانس مشخصه موثر واقع میگردد.
در ابتدا پارامترهای خط کوتاه شده اصلی ( افقی) را بـرای M=1/7 و بـا درنظـر گـرفتنθm1=17° بدسـت
میآوریم که از شکل θm3 = 48 °(2-2) حاصل میگردد. با قراردادن اطلاعات فـوق در رابطـه (12-2) و
٣٣
در نظر گرفتن k=2/6 مقدار θm2=39° (طول الکتریکی استاب باز خط اصـلی) بدسـت مـیآیـد. بـه طـور
مشابه پارامترهای خط شاخهای کاهش یافته را هم بدست میآوریم.
θb2=31 ْ θb3=58 ْ M=1/5 k=3/3 θb1=16
با در دست داشتن مقادیر فوق از نرمافزار Serenade جهت بدست آوردن ابعـاد مـدار چـاپی ) W پهنـای
خطوط) و ) L طول خطوط) اسـتفاده مـیکنـیم. بعـد از بدسـت آوردن ابعـاد فـوق، مـدار را بـا نـرمافـزار
Ansoft designer ترسیم نموده و بعد از تحلیل مدار فوق نیز نتایج اندازهگیری شده را بدست میآوریـم.
مدار چاپی آن در شکل (3-2) نشان داده شده است. و نتایج شبیهسازی در شکلهای (a) (4-2) و (b) نشان
داده شده است.

شکل :(3-2)مدار چاپی خط شانهای T شکل
٣۴

(a)

(b)
شکل S11:(a)(4-2)،S12،S13وS14 و(:(bپاسخ فازی کوپلر خط شاخه ای
مشاهده می شود S11 وS14 در فرکانس مرکزی کمتر از -20dB وS12 وS13 حدود -3dB میباشند.
حال با توجه به نتایج شبیه سازی اندازه گیری شده مستقیم و توان کوپل، افت بـالا بوسـیله سـاختار فلـزی و
افت تشعشعی دیده نمیشود . حوزه مدار کاهش یافته در مقایسه با کوپلر خط شاخهای مرسوم بـشتر از 55
درصد میباشد.
٣۵
مادر بخشهای بعدی مدار فوق را با اسـتفاده از بکـار بـستن (Defected ground structure)
DGS نیز مورد بررسی قرار خواهیم داد و اثرات DGS بر روی نتایج شبیهسازی مورد بررسی قرار خواهند
گرفت.
٢( 3 – کوپلر خط شاخهای π شکل
طراحی یک کوپلر خط شاخهای جدیدی که میتواند در دو فرکانس دلخـواه کـار کنـد از ویژگیهـای مـدار
پیشنهادی اندازه فشرده و ساختار شاخهای میباشد. فرمولهای طراحی روشن و واضـحی از ایـن مـدار بیـان
گردیده، چرا که موضوع مجهولات آن از قیبل امپدانس شاخههای خط مشخص گردیده اند.
فعالیتهایی جهت بررسی و رسیدگی نتایج شبیهسـازی شـده و انـدازه گیـری شـده از عملکـرد کـوپلر خـط
شاخهای میکرواستریپ در فرکانسهای 0/9 الی 2 گیگا هرتز انجام شده است.
کوپلرهای خط شاخهای از معروفترین مدارات پسیو استفاده شده در کاربردهای موج میلیمتری و میکرویـو
میباشند.
هایبریدهای λ / 4 طول موج [10] ,[9] مثالهای خوبی هستند که در باند فرکانسی مناسب دامنـه مـساوی و
فاز 90° در خروجی ایجادی میکنند. آنها عموماً در تقویت کنندههای بالانس شده و میکسرها برای بدسـت
آوردن یک افت برگشتی خوب استفاده شده و در جهت حذف سیگنالهای ناخواسته بوده، اگرچه بـه خـاطر
طبیعت ذاتی باند باریک ، طرح مرسوم بر روی خط انتقال λ / 4 بنا نهـاده شـده، کـاربردش در سیـستمهای
چند بانده و باند وسیع محدود گردیده است.
در سالهای اخیر، گزارشهای متفاوتی در رابطه با افزایش و بالا بردن پهنـای بانـد[11] و تکنیکهـای مـوثر در
کاهش سایز [14] ,[12] در مقالات مختلف عنوان گردیده اسـت. طراحـی کـوپلر خـط شـاخهای بـر روی
٣۶
المانهای توزیع شده فشرده بنا گردیده و همچنین برای کاربردهایی در دو باندفرکانسی نیز پیـشنهاد گردیـده
است. در [16] مولف یک ساختار صفحهای جدید را برای طراحی کوپلرهای خط شـاخهای دو بانـد عنـوان
کرده است هرچند مدار پیشنهاد شده از اشکالات زیر برخوردار می باشد:
-1 پهنای باند محدود ( کمتر از (10MHz
-2 افت داخلی و برگشتی بهینه نشده
-3 فضای اشغالی سابستریت آن خیلی بیشتر از کوپلرهای مرسوم بوده ( برخی از خطوط شاخهای، طولی به
اندازه 0/5λ را دارند)
درطرح پیشنهادی، تمام خطوط شاخهای تنها دارای طول λ / 4 بوده ( اندازه فشرده) و در فرکانس میـانی دو
تا باند فرکانسی بکار بسته شده، همچنین در مقایسه با طرح ذکر شده قبلی پهنای باند عملکرد وسیعتـری را
( > 100MHz ) ایجاد میکند، همچنین ایزولاسیون بین پورتهای بهتر و افت داخلی و برگشتی بهینـه تـری
را دارد ( بخش بعدی).
در قسمت بعد جهت آنالیزکردن، فرمولهای یک کوپلر خط شاخهای با فرمولهای واضح و روشـن نـشان داده
شده، در نهایت جهت رسیدگی و تحقیق، نتایج اندازهگیری و شبیهسازی شده ساختار کوپلر خـط شـاخهای
درباند فرکانسی (900/2000)Mhzکه با تکنولوژی میکرواستریپ ساخته شده آورده شده است.
( 4 – 2 فرموله کردن با استفاده از ماتریس خطوط انتقال
٣٧
شکل (5-2) طرح یک کوپلر خط شاخهای تک باند مرسوم توسط بخشهای خطوط انتقال بـا طـول λ / 4 را
نشان میدهد. در شکل (6-2) مدار معادل برای یـک خـط انتقـال λ / 4 پیـشنهاد شـده کـه شـامل خطـوط
شاخهای به طول الکتریکی θ و امپدانس مشخصه ZA بوده و به جفت المان موازی (jY)9 متصل گردیده.

شکل(:(5-2ساختار کوپلر خط شاخه ای یک بانده مرسوم

(a)

(b)
شکل((a):(6-2ساختار معادل پیشنهادی (b).خط شاخه ای λ / 4

٩ مقدار ادمیتانس خط
٣٨
حال جهت تحلیل ساختار پیشنهادی با در نظر گرفتن عدم افت و بکار بردن فرمـول ماتریـسها، پارامترهـای
ABCD ساختار پیشنهادی نشان داده شده در شکل((a)(6-2 بصورت زیر بیان میگردد.
(13-2) 0 jZ A Sinθ 1 0 Cosθ 1 Cosθ 1 jY 1 jYA Sinθ jY که این ماتریس در نتیجه به ذیل منتج می گردد.
jZASinθ Cosθ −ZAYSinθ (14-2) Cosθ −ZAYSinθ 2ZAYCotθ) 2 2 (1−ZA Y jYASinθ و نیز ماتریس بالا به صورت زیر خلاصه میگردد.
±jZT 0 jZASinθ 0 (15-2) 0 ±j  1 0 j Z T A Z Sinθ با معادل قرار دادن ماتریسهای بالا داریم:
Z A Sinθ ±ZT(16-2)
Cotθ
Y(17-2)
Z A
معادله (15-2) نشان میدهد که ساختار پیشنهاد شده معادل با بخشی از خط انتقـال بـا امپـدانس مشخـصه
ZT± و طول الکتریکی θ = ± 90° میباشد. مطابق با عملکرد یک مدار دو بانده (Dual – band) شـرایط
لازم ممکن است به صورت زیر داده شود.
٣٩
(18-2) Z A Sinθ1 ±ZT
(19-2) Z ASinθ2 ±ZT
کهθ1 و θ2 طولهای الکتریکی معادل شده خط شاخهای در باند فرکانسی مرکزی f1 و f2 میباشد.
روش معمولی حل معادلات (18-2) و (19-2) به صورت زیر میباشد:
3.......و2وn=1
(20-2) θ2  nπ −θ1 (21-2) f1  θ1 f2 θ2 (22-2) (1 −δ) nπ θ1  2 (23-2) (1 δ) nπ θ2  2 (24-2) f2 − f1 δ  f 2 f 1 در نتیجه طول الکتریکی خط شاخهای معادل شده در فرکانس مرکزی (θo)به صورت زیر تعیین میگردد
(θ0 ) = θ1 2θ2  n2π(25-2)

با قرار دادن معادلات (22-2) و (23-2) در معادلات (16-2) و (17-2) خواهیم داشت:
(26-2) ZT Z A  ( nδπ Cos( 2 ۴٠
nδπ ( tan( 2 f1 , f  Z A (27-2) y  nπδ ( − tan( 2 f2  , f Z A برای مقادیر 5.....و3وn=1 (28-2) ZT Z A  ( nδπ Sin( 2 nδπ ( −Cot( 2 f1  , f ZA (29-2) y  nπδ ( Cot( 2 f2 , f  ZA برای مقادیر..... 6و4وn=2 در معادلات بالا مقادیر مدار معادل داده شده بـرای دو بانـد فرکانـسی دلخـواه f1 وf2 کـه همـان y و ZA
هستند به دست میآیند.
(5-2 نتایج شبیهسازی مدار π شکل بدون استفاده از استاب
با در نظر گرفتن امپدانس خطوط عمودی zo=50Ω وخطوط افقی35 و طول الکتریکی 90درجه و نیـز قـرار
دادن آنها در serenade مقادیر طول(( L و پهنای خطوط (w) را بدست آورده و بادر نظـر گـرفتنf=1/45
و بستن مدار در قسمت شماتیک نتایج حاصل را می بینـیم.در شـکلهای((7-2 الـی (8-2) نتـایج حاصـل از
شبیه سازی کوپلر بدون استفاده از المانهای شنت در فرکانس مرکزی نشان داده شده است.
۴١

شکل(S13 ̦S12 ̦ S11:(7-2 وS 14 کوپلر بدون استاب
مشاهده می کنیم مادیرS11و S12 در فرکانس مرکزی کمتر از -20dB بوده یعنی پورت 1 از 4 ایزوله است
وS13وS12 حدوداً dB٣- می باشد .

شکل(:(8-2زاویهS 12 و S14 برای مدار بدون استاب
۴٢
(6-2 تحقق جهت دوبانده کردن مدار
دربخش قبل روش مشخصی برای طراحی یک کوپلر دو بانده (dual – band) به صورت فرمـولی تحلیـل
و تجزیه گردید. نتایج نشان میدهند روشهایی جهت انتخاب مقدار n و همچنین راههای مختلف در بدسـت
آوردن مقادیر المان شنت با ادمتیانس ورودی (Y) که در معادلات (27-2) و (29-2) توضیح داده شده بودند
وجود دارد.جهت معادل سـازی و نـشان داد ن توپولـوژی دو تـا مـدار در اینجـا مقـدار n را یـک در نظـر
میگیریم.
(1 -6-2 استفاده از استاب مدار باز ( ربع طول موج)
با استفاده از معادلات (22-2) و (23-2) ادمیتانس ورودی یک استاب مدار باز بـه صـورت زیـر مـیتوانـد
باشد.
δπ ( Cot( f1 , f  2 ZΒ (30-2) yoc  ( δπ −Cot( f2 , f 2 ZΒ که در اینجا ZB نیز امپدانس مشخصه استاب مدار باز میباشد . از ایـن رو بـا ترکیـب معـادلات (27-2) و
(30-2) مقدار ZB به صورت زیر بدست میآید: (31-2) Z T ZB  δπ δπ ( )Tan( Sin( 2 2 ۴٣

شکل (9-2) ساختار کوپلر پیشنهادی با استاب مدار باز
در شکل (9-2) ساختار نهایی ( با ساده سازی بوسیله ادغام استابهای شنت موازی شده ) از یـک کـوپلر دو
بانده (dual – band) با تمام خطوط شاخهای جایگزین شده بوسیله مدار پیشنهاد شده شکل (6-2) نـشان
داده شده است و نتیجتاً مقادیر Z3, Z2, Z1 بوسیله معادلات زیر تعیین میگردند.
(32-2) 1 . Z0 Z1  ( δπ Cos( 2 2 (33-2) 1 Z2  Z0. ( δπ Cos( 2 (34-2) 1 . 0 Z Z3  δπ δπ 2 1  ( )Tan( Sin( 2 2
(2-6-2 استفاده از مدار اتصال کوتاه ( طول ( λ2

به طور مشابه ادمیتانس ورودی یک استاب اتصال کوتاه میتواند به صورت زیر بیان گردد:
۴۴
f1 , f Cotδπ Z B (35-2) ysc  Cotδπ − f2  , f Z B شکل (10-2) (مدار چاپی) Layout یک کوپلر اصلاح شده با اتصالات شنت کوتاه شده نشان میدهد کـه
امپدانس مشخصه استاب شنت به صورت زیر محاسبه میگردد.
(36-2) 1 . 0 Z Z3  δπ 2 1  )Tanδπ Sin( 2
شکل (10-2) ساختار کوپلر پیشنهادی با استاب اتصال کوتاه
در تئوری نیز کوپلر پیشنهاد شده میتواند در هر دو باند فرکانسی دلخواه عمل کرده، اما در عمل تعیین رنـج
امپدانسی ساختار کوپلر میتواند مقداری حقیقی پاشد.
۴۵
واضح است که با انتخاب مناسبی از شکل مدار برای رنجهای متفاوتی از کـسر پنهـای بانـد ( 0/2 تـا 0/3 و
همچنین 0/3 تا ( 0/5 کوپلر پیشنهاد شده ممکن است امپدانس خطوط که تنها 30 الی 90 اهم تغییر میکنـد
در آنها بکار برده شود.
( 7- 2 آنالیز(تحلیل) مدار π شکل خط شاخهای دو باند و مشاهده نتایج شبیهسازی :
جهت اثبات و تأیید عملکرد، یک کـوپلر خـط شـاخهای میکرواسـتریپ دو بانـده در فرکانـسهای 0/9 و 2
گیگاهرتز طراحی و شبیهسازی شده و روی کسری از پهنای باند محاسبه شده((δ= 0/38 بنا نهاده شدهاست.
ساختار فشرده یک استاب مدار باز با طول λ / 4 جهت بکار بستن نیز مورد استفاده قـرار گرفتـه اسـت . از
معادلات (32-2) الی (35-2) مقادیر Z3, Z2, Z1 حدود 42/7 و 60/6 و 54/4 اهم نیز بدست آمـده اسـت.
جهت بهتر کردن دقت کار، پاسخ فرکانسی ساختار کامل شـامل ناپیوسـتگی و اثـر زیـر لایـه (Substrate)
بهینه شده با استفاده از یک مدار شبیه سازی شده اشکال (11-2) الی (14-2) پاسـخ فرکانـسی شـبیهسـازی
شده مدار نهایی از یک کوپلر دو بانده را نشان میدهند. مطابق با اثر یـک اسـتاب شـنت تلفـات داخلـی در
فرکانس مرکزی (1.45GHz) صفر گردیده که به حذف هر سیگنال مداخله کننده کمک میکند. کوپلر فوق
سابستریتی با ثابت اللکتریک εr = 3/38 و ضخامت h = 0/81mm میباشد. حال با اسـتفاده از نـرم افـزار
Serenade ابتـدا مقـادیر خطـوط یعنـی پهنـای خطـوط W1 ،W2،W3و طـول آنهـا L1،L2،L 3 را در
فرکــانس مرکــز 1/45 بدســت مــیآوریــم و بــا بــستن مــدار در ایــن فــرمافــزار مقــادیر پارامترهــای
S11،S12،S13وS14را برای باند فرکانسی دوبل شبیهسازی کردهایم.
۴۶
جدول(:(1-2مشخصات الکتریکی وفیزیکی مدار در دو باند امپدانس طول الکتریکی پهنای خط طول خط Z1=42.7 θ1=90 W1=2.38mm L1=31.25mm Z2=60.4 θ2=90 W2=1.36mm L2=31.95mm Z3=54.4 θ3=90 W3=1.63mm L3=31.73mm
شکل(:(11-2نتایج شبیه سازی(افت برگشتی(S11
۴٧

شکل(:(12-2نتایج شبیه سازی(S12و(S13

شکل(:(13-2نتایج شبیه سازی((S14
پارامترهای تشعشتی در این شبکه آنالایزر روی رنج فرکانسی از 0/1 الی 4 گیگاهرتز انجام میگردد.
۴٨

شکل(:(14-2نتایج شبیه سازی(پاسخ فازمدار با استاب)
شکلهای (11-2) الی (14-2) پاسخ اندازهگیری شده کوپلر در فرکانـسهای مرکـز دو تـا بانـد عملکـرد کـه
0/9GHz و 2GHz میباشد نشان میدهند..افت برگشتی و ایزولاسیون پورت بهتر از -20dB در فرکانسی
مرکزی دو باند بدست آمده است هر چنـد تـضعیف سـیگنال بـالا تـر از 50dB جـذب شـده در فرکـانس
1/41GHz نیز میباشد.
درمقایسه با طراحی یک کوپلر تک بانده، افت داخلی اندازهگیری شده دردو پـورت خروجـی تنهـا 0/4dB
بالاتر از مقدار واقعی آن((-3db میباشدو این بـاور وجـود دارد کـه ایـن اخـتلاف اساسـاً ناشـی از وجـود
ناپیوستگیهای اتصالات و اثر انتهای باز نشان داده شده در شبیه سازی میباشد.
طراحی و بکار بستن کوپلر خط شاخهای فشرده صفحهای بالا نیز درطراحی کـوپلری بـا دو بانـد فرکانـسی
کوچک و بزرگ بکار میرود.
۴٩
فصل سوم:
طراحی مدار میکرواستریپ فشردهT شکل با اندازه کاهش
یافته در دو باند فرکانسی
۵٠
(1-3 دوبانده کردن مدار T شکل خط شاخهای کوچک شده با توجه بـه رونـد
ارائه شده در دو بانده کردن کوپلرπ شکل ( 900MHz و (2400MHz
در این بخش ابتدا با روش دستی و استفاده از ماتریسهای ABCD کوپلرخط شاخهای و معـادل قـرار دادن
آن با ماتریس ABCD یک خط ±90°، طول الکتریکی و امپدانس مشخصه کوپلر خط شـاخهای بـا تبـدیل
θ به ' θ θ) f 2  ' (θ بوده را در حالت دو بانده معادل ساخته و در نهایت بوسیله برنامه ساده کامپیوتر که f1 بر اساس اطلاعات موجود نوشته شده، خطای موجود را در بدست آوردن θ و امپدانس مشخصههـایی کـه
برای هـر دو فرکـانس دلخـواه بـالا و پـائین 0/9GHz)و(2/4GHzصـدق کنـد بـا کمتـرین درصـد خطـا
0/4)درصد) درنظر میگیریم و با شرایط در نظر گرفته شده مقادیر θ و Z را بدست میآرویم.
همانطور که در بخش قبل نیز گفتیم با معادل سازی مدل T شکل خطوط استاب شنت متـصل شـده از نـوع
مدار باز بوده و این استاب خود باعث کاهش طول خط می گردد.
3 Sinθ' 3 jZ 3 Cosθ' 0 1 Sinθ' jZ Cosθ' A B (1-3) j − 1 1 1 j 3 Cosθ' 3 Sinθ' 1 jβ'2 Cosθ' Sinθ'  Z3 1 1 Z1 C D در بخش قبل مقادیر β2 و Z1 و Z1 ، Z1 بـا مقـادیر معـادل آن آورده شـده انـد و در اینجـا θ f2 θ' Z Z Z f 3 2 T 1 میباشد.
با معدل قرار دادن ماتریس فوق با خط -90 درجه داریم:
− jZ 0 Sinθ' jZ Cosθ' B A (2-3) T − j  T j 0 Cosθ' Sinθ'  ZT ZT C D ۵١
وبا ساده سازی روابط فوق داریم:
(3-3) Cosθ'1Cosθ'3 −kTanθ'2 Sinθ'1 Cosθ'3 −NSinθ'1 Sinθ'3  0 (4-3) N Cosθ'1 Sinθ'3 −kTanθ'2 Sinθ'1 Sinθ'3 NSinθ'1 Cosθ'3  − M (5-3) K 1 Cosθ'1 Sinθ'3 Cosθ'1 Cosθ'3  0 Tanθ'2 Sinθ'1 Sinθ'3 − − N N (6-3) Sinθ'1 Cosθ'3 KTanθ'2 Cosθ'1 Cosθ'3 NCosθ'1 Sinθ'3  −M در روابط بالا f2  θ'3 f2  θ'2 f2  θ'1 f 3 θ f 2 θ f θ 1 1 1 1 مقادیرf1 =900MHz و f2 =2400MHz می باشند. با ساده سازی روابط (3-3) و (4-3) به معادلا ت زیر میرسیم. (7-3) Cosθ'3 '1  − Sinθ M (8-3) Sinθ'3 − M Cosθ'1  N (2-3 استفاده از برنامه کامپیوتری ساده جهت بدسـت آوردن پارامترهـای مـدار دو
بانده
حال نیز برنامه ای با نرم افزار مطلب نوشتهایم و میخواهیم طولهـای الکتریکـی و امپـدانس مشخـصههـای
کوپلر و درنهایت سیرکولاتور موردنظر را در شرایطی بدست آوریم که خطاهای زیر حـاکم باشـند یعنـی در
آن واحد شرایط برای فرکانسهای بالا و همچنین پائین (استفاده از دو باند فرکانسی) موجود باشد.
۵٢
(9-3) N f 2 θ1 )Tan( f 2 Tan( 0.4 θ3 ) − M 2 f1 f1 (10-3) 0.4 θ3 ) f2 Tan( 2 − N 2 M θ2 ) − f2 Tan( f1 kN f1 (11-3) 0.4 θ3 ) f 2 Sin( M θ1 )  f 2 Cos( f1 N f1 برنامه نوشته شده در نرم افزار مطلب در پیوست الف ارئه شده است.
طول الکتریکی و امپدانس مشخصههایی که در شرایط خطای بالا بر قرار باشند جوابها میباشند کـه شـرایط
برای استفاده درحالت دو باند فرکانسی را دارند. θ1و θ2 وθ3 وZ1وZ2وZ3 در شرایط فـوق را مطـابق بـا
برنامهای که آورده شده بدست میآیند.
(3-3 آنالیز(تحلیل) مدار T شکل دو بانده در چند محـیط ( نـرم افـزار) مختلـف و
مشاهده نتایج حاصل
با قرار دادن مقادیر بدست آمده از برنامه نوشته شده که برای استفاده در دو باند فرکانـسی دلخـواه در نظـر
گرفته شده در روابط زیر و یا با استفاده از محیط serenade طولهای Lm1و)Wm1پهنا وطول خط شاخه
اصلی)Lm3و)Wm3پهنا وطول خط متصل به Zm1 در خط اصلی)Lm2و)Wm2پهنا وطول استاب مـدار
بــاز در خــط اصــلی)Lb1 و )Wb1پهنــا وطــول خــط متــصل بــهZm2در خــط عمــودی)وLb1
،Wb1،Lb2وWb2را بدست میآوریم.
۵٣
(12-3) 4 π εr −1 1 Z 0 2(εr 1) 1 (1/ εr )Ln π )  2 (εr 1)(Ln 2  119.9  H (13-3) −1 1 1 exp H W ( − ( 4 exp H 1 8 h (14-3) −2 4 Ln 1  π )(Ln 1 εr − 1 − 1 εr  ε eff  ) ) 1 π εr 2 1 εr  2H ' 2
با در دست داشتن مقادیر فوق مدار را در نرم افزارهـای Serenade و Advance designer (ADS)
sys-- ترسیم و نتایج شبیهسازی راعلاوه در ansoft مشاهده میکنیم منتهی در نهایت مقدار پهنـای بانـد
را حدوداً در Optimom 10% کرده و نتایج حاصل در زیر آورده شده اند.
h = 0/762mmεr =3/55 Tanδ  0. 022
در شکلهای((1-3و((2-3و((3-3 شماتیک ومدارچاپی و پاسخ مـدار شـبیه سـازی شـده در نـرم افزارهـای
مختلفی نشان داده شده است.

(a)
۵۴

(b)
شکل((a ) 🙁 1-3شماتیک (b)مدارچاپی (designer,hfss)ansoft
در جدول((1-3و(2-3 )با در دست داشتن مقادیر ابتدایی از المانهای مدار که توسط روابـط((12-3 الـی(-3
(14بدست آمده اند بازهای جهت حد بالا وپایین المان ها در نظر گرفته شده است و به سمت اهدافی که در
جدول((2-3 امده optimom انجام می گردد
.جدول(:(1-3دو بازه فرکانسی ودو هدف مورد نظر پروژه 905mhz 895mhz Frange1 باند فرکانس اول
2.45ghz 2.35ghz Frange2 باند فرکانس دوم
-20db lt ms12=-3.5db w=3 ms13=-3.5db w=3 ms14 -20db lt ms11 Goals1 هدف اول
-20db lt ms12=-3.7db w=3 ms13=-3.7db w=3 ms14 -20db lt ms11 Goals2 هدف اول
۵۵
جدول(:(2-3بازه بالا وپایین جهت optimom هدف بازه بالا مقدار اپتیمم شده بازه پایین نام المان
7MM? 5.69180mm ?5mm lb1
12.5MM? 11.35000mm ?10mm lb2
41MM? 39.57900mm ?37mm lb3
11.5MM? 10.77600mm ?9.5mm lm1
16.5MM? 15.36700mm ?14.5mm lm2
40MM? 38.67200mm ?37mm lm3
0.8MM? 0.16152mm ?.08mm wb1
1.2MM? 0.95112mm ?0.6mm wb2
2.5mm? 1.45870mm ?0.8mm wb3
2.1MM? 1.65260mm ?1mm wm1
0.5MM? 0.20507mm ?0.1mm wm2
3.5MM? 2.70090mm ?2mm wm3
2.5MM? 0.20010MM ?0.1mm wp

(a)
۵۶

(b)

(c)
شکل(S 11 :(2-3، S12،S13و S14 مدار شبیه سازی شده در ADS(c) SERANADE(b) ANSOFT(a)
۵٧

شکل(:(3-3پاسخ فازی مدار 2بانده
مشاهده میگردد که مقدار پارامترهای تضعیف در 0/9 و 2/4 گیگاهرتز -3dBو -20dbمیباشند.
در بخش بعدی در مورد اثرات DGS و مشاهده تاثیرات آن بروی این کوپلر بحث میکنیم.
۵٨
فصل چهارم:
بررسی انواع مختلف DGS و اثرات آن بر روی خطوط
میکرواستریپ
۵٩
DGS (1-4 چیست؟
DGS نیز شبکهبندی قلم زده شده ای است با شکل اختیاری که بر روی صفحه زمین قـرار مـیگیـرد و در
شکلهای T ، H ،دمبلی و حلزونی و...بکار میروند.
در شکل (1-4) انواع مختلف DGS نشان داده شده است.

شکل(H(a) :(1-4 شکل T(b) شکل (c) هلزونی شکل (d) دمبلی شکل
(2-4مشخصات کلی DGS
در ساختار DGS مشخصه های زیر رامی توان عنوان کرد:
-1 تغییر اندازه شکاف باند نوری . (PBG)10
-2 دارا بودن ساختارهای پریودیک وغیر پریودیک.
-3 به سادگی نیز مدار معادل LC را میسازد.

10 Photonic band gap
۶٠
(3-4 کاربردهای DGS
-1 در تشدید کنندههای صفحهای
-2 بالا بردن امپدانس مشخصهخط انتقال
-3 استفاده در فیلتر ،کوپلر و سیرکولاتور، اسیلاتور، آنتن و تقویت کنندهها
(4-4 ویژگیهای DGS
-1 پوشش میدان روی صفحه زمین را مختل میکند.
-2 بالا بردن ضریب گذردهی موثر.
-3 بالابردن ظرفیت موثر و اندوکتانس خط انتقال
-4 از بین بردن هارمونیکهای اضافی با تک قطب کردن ویژگی ) LPF11 فرکانس قطع و تشدید)
(5-4اثر DGS دمبلی شکل بر روی خطوط میکرواستریپ
DGS نیز بوسیله الگوی کـم کـردن قلـم زنـی، در صـفحه زمـین مـدار ایجـاد مـی گـردد.. در ابتـدا خـط
میکرواستریپی با الگوی DGS از نوع دمبلی شکل نشان داده شده است و تـأثیر شـکاف بانـد خـوبی را در
بعضی ار فرکانسهای معین نیز ایجاد می کند .[21]
DGS در طراحی مدارات امواج میلیمتری و مایکرویو خیلی زیاد بکار میرود . اخیراً DGSهای متوالی بـا
کاستن الگوهای مربعی از مدارات صفحهای کـه ویژگیهـای Slow wave و stop band بـسیار خـوبی را

11 Low pass filter
۶١
تولید میکنند مورد بررسی قرار گرفته که در تقویت کنندهها و اسیلاتورها بیشتر مورد استفاده قرار گرفتهانـد
.[23] [ ,22]
در مقایسه با DGS پریودیک قبلی [21] و [22] یک نـوع DGS پریودیـک بهتـر و قـویتـر نیـز پیـشنهاد
1
گردیده که ابعاد مربعات کاسته شده متناسب با توزیع دامنه تابع نمـایی ) e n کـه n عـدد صـحیح اسـت)

میباشد.
در شکل((2-4مدار دو پورتی بدون DGS نشان داده و پارامترهـایS حاصـل از آن بـا ansoft در شـکل
(3-4) آمده است.

شکل(:(2-4خط میکرواستریپ دو پورته باεr=10 وh=1.575

شکل(:(3-4پارامترهایSمدار شکل((2-4
۶٢
به منظور بررسی این اثرات توسط DGS پریودیک نیز یک عدد مدار DGS پریودیک متحدالـشکل و دو
تا مدار DGS پریودیک قوی شده نیز در اینجا طراحی و اندازهگیری شدهاند. اندازهها نـشان مـیدهنـد کـه
نمایشهای اخیر اجرای نقش دقیقی توسط متوقف شدن رپیل و بزرگ کردن پهنـای بانـد را ایفـا مـیکنـد.در
شکل((4-4 دو پورتی با DGS دمبلی شکل نشان داده شده و نتیجه شبیه سازی شده این خـط بـا ansoft
در شکل((5-4رسم گردیده است.

شکل(:(4-4مدا با DGS دمبلی شکل

شکل(:(5-4پارامترهایS مدار باDGS دمبلی شکل
در بالا می بینیم فرکانس قطع ومقدار تضعیف کاهش می یابند.
( 1 – 5 – 4 الگویDGSدمبلی شکل و ویژگی شکاف باند
۶٣
نمای شماتیک مدار دمبل شکی DGS در شکل (4-4) نشان داده شده است .خـط میکرواسـتریپ رو قـرار
گرفته و DGS نیز در زیر صفحه فلزی زمین قلم زده شده است. طرح DGS توسط خطوط دش مـشخص
شدهاند. پهنای خط نیز برای امپدانس مشخصه 50 اهم تعیین گردیده است. ضـخامت سابـستریت زیـر لایـه


1/575 میلیمتر و ثابت دی الکتریک εr = 10 میباشد. در [20] آمده که شـکاف قلـم زده شـده و کاسـتن
مربعی قلم زده شده با ظرفیت موثر خط و اندوکتانس خط نیز متناسب میباشد و وقتی ناحیه قلـم زده شـده
کاسته شده مربع شکل کاهش می یابد و فاصله شکاف نیز 0/6 میلیمتر نـشان داده شـده اسـت، انـدوکتانس
موثر کاهش یافته و این کاهش اندوکتانس نیز فرکانس قطع (fc) را بالا میبرد که این قضیه در شکل (7-4)
نشان داده شده است. در اینجا ما نیز این کار را با Ansoft انجام دادهایم.
( 2 – 5 – 4 ایجاد DGS دمبلی پریودیک قویتر
نمایش شماتیک DGS پریودیک با الگوهای مربعـی واحـد بـرای مـدارات صـفحهای [21] نـوع 1 نامیـده
میشود که در شکل (6-4)(a) آمده است.مدار ما در اینجا نیز خـط میکرواسـتریپ 50 اهمـی و نیـز5 عـدد
الگوهای مربع متحدالشکل با دوره یکسان d = 5mm میباشند.پهنای طرفین مربعها و فاصله شکاف هـوایی
ما بین آنها 4/5 (g) میلیمتر و 0/6 میلیمتر میباشند.
براساس نوع 1 ، متحدالشکل بودن توزیع پنج عدد الگوی مربعی توسط یک شکل غیر واحد توزیع میگردد.
حوزه المانهای مربعی نیز متناسب با توزیع دامنه تابع نمایی e1/ n میباشد.در اینجا دامنه سـوم از پـنج المـان
مربعی شکل نیز 4/5mm میباشد.پس نوع دوم بوده و دامنه المـان توزیـع شـده بـر اسـاس زیـر مـشخص
میگردند.
2/3mm2/7mm4/5mm(1-4)
۶۴

شکل (a) :(6-4) نوع1 ، (b) نوع2، (c) نوع3
استفاده از توزیع ارتفاع غیر واحد DGSهای پریودیک، نوع دوم را تشکیل می دهند که در شکل (6-4)(b)
نشان داده شده است. براساس نوع دوم، دیگر مدار DGS پریودیک قوی شـده، یـک خـط میکرواسـتریپ
جبرانی را دارد که نوع سوم نامیده میشود. در شکل (6-4)(c) آمده است.خط میکرواستریپ جبرانی شـامل
۶۵
یک خط 50 اهمی و یک خط عریض میباشد. همچنین بزرگی المانهای DGS توسط رابطه سوم مشخص
گردیده است. المانهای الگوی مربعی غیر هم شکل نیز دارای دوره مساوی d=5mm بوده و فاصـله هـوایی
ثابت d = 0/6mm دارند که در شکل (6-4) نوع دوم و سوم خطوط میکرواستریپ رو قـرار دارد و DGS
ها نیز در صفحه زمین فلزی کنده شده و توسط خطوط دش مشخص شدهاند.
(3-5-4اندازهگیریهای مربوط به DGS دمبلی شکل
سه نوع مدار DGS پریودیک که ذکر شدند مورد بررسی و اندازهگیری قرار گرفتهاند، نتایج اندازهگیری نیـز
در شکل (8-4)((a)-(c)) نشان داده شده هستند . این نتایج به طور خلاصه در جدول (1-4) آمده است.
جدول(:(1-4مقایسه DGS های واحد وپریودیک وتوزیع نمایی

شکل(:(7-4پارامترهایS برای DGS دمبلی شکل
۶۶

(a)

(b)

(c)
شکل(:(8-4 مقایسه پارامترهای S مدارهای (a) DGSنوع(b) 1نوع(c) 2 نوع3
۶٧
سابستریت این مدارات دارای h = 1/575 و εr = 10 هستند. این اندازه گیـریهـا توسـط Ansoft انجـام
شده و نشان داده شدهاند.
همان طوری که در جدول آمده، 20dB ایزولاسیون پهنای باند برای انواع 1و 2و 3 نیز در فرکانسهای 3/05
و 4/18 و 4/26 گیگاهرتز میّاشند.
مدارهای DGS پریودیک پیشنهاد شده نوع 2و 3 پهنـای بانـد ایزولاسـیون 20dB را بهتـر 37% و (39/7%
میکند.در ناحیه پائین گذر، اولین افت برگـشتی و پیـک افـت برگـشتی بـرای نـوع 3، مقـادیر -46/7dB و
-30/9dB بوده و در صورتیکه این مقادیر در نوع 1 نیز -10/8dB و -4/9dB هستند.اولین افت برگشتی و
ماکزیمم افت برگشتی نیز در 4 بار (لحظه) بهتر شده و بنابراین ر پیلها به صورت موثری از بـین رفتـهانـد و
پهنای باند موثر برای نوع سوم افزایش و فرکانس قطع 3dB به صورت مختصر و کم تغییر پیدا میکند.
(6 – 4بررسی اثرات DGS های هلزونی بر روی هارمونیکهای تقسیم کننده توان
در اینجا نشان خواهیم داد تکنیکهای موثری از حذف هارمونیک دوم و سوم برای یـک تقـسیم کننـده تـوان
ویل کینسون (WILLKINSON)با استفاده از DGS هلزونی شکل را، که ما در مدار کـوپلر از ایـن نـوع
DGS استفاده کردهایم.
شکاف باند الکترومغناطیسی و برهم زدن ساختار زمین اخیـراً نیـز کـار بردهـای متفـاوتی را در مـایکرویوو
فرکانس موج میلیمتری با شکلهای مختلف دارند [22] و [24] و DGS خط میکرواستریپ نیـز بـا بـر هـم
زدن مصنوعی صفحهای زمین در ویژگی رزونانس مشخـصه انتقـال تغیراتـی ایجـاد مـیکنـد. در یـک خـط
میکرواستریپ مطابق با اندازه DGS یا بر هم زدگی که روی صفحه زمین ایجاد میگردد، حذف باند بیـشتر
۶٨
در فرکانس رزونانس صورت میگیرد. همچنین DGS باعث بوجود آمدن اندوکتانس موثر اضـافی در خـط
انتقال میگردد. افزایش اندوکتانس موثر از ایجاد DGS باعث افزایش طول الکتریکی خط انتقال نـسبت بـه
یک خط متداول میگردد که خود نیز باعث کاهش اندازه مدارات موج میلی متر و مایکرویو میگـردد. [21]
، در طراحی فیلترها ،تقسیم کنندههای توان و تقویت کنندهها، ویژگی حذف باند و اثر موج آهـسته (Slow
wave) توسط DGS نیز بسیار مورد نظر می باشد [22]و [23]
هارمونیک های ناخواسته تولید شده با ویژگی غیر خطی مدارات اکتیو نیاز به حذف کردن دارند. در مدارات
مایکرویو و فرکانس بالا ویژگی حذف باند توسط DGS میتوانـد در متوقـف کـردن هارمونیکهـای مـورد
استفاده قرار گیرد [22] و .[23] با یـک DGS هلزونـی شـکل متقـارن، (یـک تـک ( DGS حـذف تـک
هارمونیک را خواهیم داشت، وDGS پریودیک در جهت حـذف هارمونیـک دوم و سـوم بکـار مـی رونـد.
DGS های آبشاری و پشت سرهم باعث افزایش افت داخلـی شـده و بهمـین دلیـل در مـدارات بـا انـدازه
کوچک نیز استفاده از ان محدود گردیده است. در اینجا ساختار DGS هلزونی شکل غیر متقارن نیز جهـت
حذف هارمونیکهای دوم و سوم بطور همزمان پیشنهاد گردیدهاند. به طور مـوثر یـک تـک DGS هلزونـی
غیرمتقارن باعث از بین بردن باند فرکانس دوم میگردد و نیاز به ناحیه کوچکی هم جهت نقش بـستن دارد.
تقسیم کننده توان ویل کینسن با بکار بستن یک DGS هلزونی غیـر متقـارن در خطـوط λ4 باعـث حـذف

هارمونیک دوم شده و اندازه آن نیز با اثر موج آهسته کاهش مییابد. مشاهده میگردد به دلیل ذکـر شـده در
این پروژه ما از این گونه DGS استفاده ننمودهایم. تقسیم کننده Willkinson پیشنهاد شده به خـوبی یـک
تقیسم کننده توان مرسوم، در فرکانس کار خواهد بود.
۶٩
(7-4مدل مداری و هندسه DGS هلزونی نا متقارن
در شکل (9-4) هندسه DGS هلزونی روی صفحه زمین خط میکرواستریپ که ابعـاد کنـده شـده هلزونـی
شکل در سمت راست و چپ متفاوت از یکدیگر هستند آمده است. برای هندسه این DGS نامتقارن مطابق
با کنده شدهگی سمت چپ و کندهشدگی سمت راست دوتا فرکانس عملکرد متفاوت وجود دارد. مشخـصه
انتقال خط میکرواستریپ با هندسه DGS نامتقارن ویژگی حذف باند در فرکانس تشدید را دارد.

شکل (9-4) هندسه DGS هلزونی روی صفحه زمین خط میکرواستریپ
فرکانس تشدید ممکن است با تغییر کردن ابعاد DGS عوض گردد. مقایسه مشخصه انتقال DGS هلزونـی
با ابعاد مختلف متقارن و غیرمتقارن در شکل (10-4) آمدهاست. امپدانس مشخصه خط 50 اهـم مـیباشـد.
برای هندسه هلزونی متقارون ( A=A'= 3mm و (B=B' = 3mm تنها یـک فرکـانس تـشدید (
(f=2/93GHz وجود دارد در صورتی که در یک DGS غیر متقارن فرکانس تشدید به دو فرکانس مختلـف
تبدیل میگردد. برای یک DGS نامتقارن با A = A' = 3/5mm و B = B' = 2/6mm همان طوری که در
شکل (10-4) مشاهده میگردد دو فرکانس تشدید مختلف دیده میشـودf=2/56GHz وf=4/22GHz کـه
این نتایج نشان میدهند DGS هلزونی نا متقارن با اندازههای متفاوت روی صفحه زمین در دو طرف خـط،
٧٠
فرکانسهای رزونانس مختلف را میتوانند ایجاد کنند.در هندسه نا متقارن DGS نیز میخواهیم بدانیم که بـه
چه صورتی فرکانس تشدید مطابق با بر هم زدگی چپ و راست خط با تغییـر انـدازه بـر هـم زدگـی رفتـار
میکند.

شکل(:(10-4پارامترهای انتقال خط با DGS متقارن( ( A = A' = B' = 3mm ونامتقارن A = 3/4m) و (B = 2/6 mm

شکل(:( 11-4 فرکانس روزنانس ناشی از بر هم زدگی سمت چپ و راست خط بر حسب تابعی از B/A
٧١
فرکانس تشدید ناشی از بر هم زدگی سمت چپ خط و سمت راست خط در شکل (11-4) بعنوان تابعی از
اندازه بر هم زدگی سمت راست وقتی که اندازه سمت چپ ثابت باشد (A = A' = 2mm) رسم گردیـده
است. اندازه این آشفتگی هلزونی به صورت یک مربع در نظر گرفته شده (B = B' , A = A') .وقتـی کـه
اندازه برهم زدگی سمت راست از مقدار سـمت چـپ کـوچکتر اسـت (B/A<1)، فرکـانس رزونـانس در
سمت راست نیز بزرگتر از مقدار سمت چپ خواهد بود. هنگامیکه مقدار A با B برابر گردد دو تا فرکـانس
رزونانس ازهم پاشیده شده و به یک فرکانس تبدیل میگردد DGS) متقارن). باز وقتی کـه بـر هـم زدگـی
سمت راست افزایش پیدا کند B/A) زیاد شود)، فرکانس تشدید ناشی از بر هم زدگـی سـمت راسـت نیـز
کاهش مییابد. از این رو اندازه سمت چپ ثابت شده و مشاهده میگردد که فرکانس رزونانس ناشـی از بـر
هم زدگی سمت چپ تغییرات آهستهای خواهد داشت تا وقتی که B/A مقدار واحد شود.
مشخصه فرکانسی یک DGS متقارن با مدار رزوناتور RLC موازی میتواند مدل گردد. پارامترهای مـداری
معادل نیز از مشخصه انتقال شبیهسازی شده میتواند گرفته شود.
DGS نا متقارن نیز میتواند با دو تا رزوناتور RLC موازی که به صورت سدی متصل شدهاند مدل گـردد.
شکل((12-4، به همین جهـت مشخـصه انتقـال آن دو تـا فرکـانس تـشدید متفـاوت دارد. در مـدار معـادل
پارامترهای مدار اولین رزوناتور از مشخصه فرکانسی رزونانس بر هم زدگی سمت چپ گرفتـه مـیشـود در
حالیکه رزوناتور دوم بوسیله مشخصه رزونانس بر هم زدگی سمت راست مشخص می گردد. از نتـایج شـبیه
سازی پارامترهای اسکترینگ، پارامترهای مدار رزوناتور برای بر هم زدگی سمت چپ و راست بـه صـورت
زیر مشخص میگردند.
(۴-٢) C L,R W CL,R  ( 2 −W 2 (W 0 2Z C L,R 0 L,R ٧٢
(۴-٣) 1 LL,R  4π2 f02 L,R CL,R (۴-۴) 2zo RL,R  1 1 ))2 −1 − (2Z0 (W0 L,R CL,R − W0 L,R LL,R S11 (W0 L,R )2
شکل( 🙁 12-4 مدار معادل بخش DGS هلزونی نامتقارن
در اینجا اندیس R, L نیز پارامترهای برهم زدگی سمت چپ و راست را بیان می کنند. W0 فرکانس تشدید
و WC فرکانس قطع -3db را مشخص میکنند. Z0 امپدانس مشخصه خط انتقال می باشد.
(8-4حذف هارمونیکها در مدار مقسم توان
مقسم توان کاربردهای گوناگونی از قبیل توزیع توان سیگنال ورودی از آنتن و تقویت کنندههای توان بـالای
مایکرویو دارد. با قرار دادن فیلتر حذف هارمونیک در داخل مقسم توان ناحیه خروجـی فیلتـر کـاهش پیـدا
میکند .[23] جهت حذف هارمونیک نیز میتوان از استاب مدار باز در مرکز شاخههای بـا طـول λ4 مقـسم

توان استفاده نمود.
اگر DGS را بعنوان فیلتر هارمونیک اضافی استفاده کنیم میتوانیم با در نظر گرفتن کاهش سایز مقسم تـوان
که منجر به اثر (Slow – wave) میگردد نیز هارمونیک را حـذف نمـود. از ایـن رو یـک DGS متقـارن
٧٣
میتواند تنها یک سیگنال هارمونیک را حذف کند. ما نیاز به قرار دادن دو تا DGS به صـورت آبـشاری در
λ
هر شاخه ( ( 4 داریم تا هارمونیک دوم و سوم را حذف کنیم. هر چند ناحیه مقسم توان جهت گذشتن دو تا

DGS به صورت پریودیک در هر شاخه مقسم توان نیز محدود میگردد. DGS غیر متقارن هم، سـاختاری
موثر در جهت حذف هارمونیک دوم و سوم به صورت همزمان می باشد. [22]
شکل (13-4) (a) هندسه یک DGS هنرونی نامتقارن جهت حذف هارمونیـکهـای سـوم و دوم را نـشان
میدهد. در اینجا فرکانس عملکرد مقسم توان نیز 1/5 گیگاهرتز میباشد.

شکل(DGS (a): (13-4 هلزونی نامتقارن برای حذف هارمونیک دوم و سوم (b) مدار معادل ساختار این DGS
ناحیه بر هم زده شـده سـمت چـپ و راسـت رزونـانس هارمونیـک دوم و سـوم طراحـی شـدهانـد. 3) و
4.5گیگاهرتز). ابعاد طراحی شده این سـاختار D=2/4mm و A = 3 mm D' = S = G = 0/2mm و
A' = 3/2 mm، B = 2/4 mm و B' = 2/6 mm و امپدانس مشخصه خـط نیـز 70/7 Ω مـیباشـد.
٧۴
شکل (13-4) (b) مدار معادل DGS نامتقارن در شکل (13-4) (a) را نشان مـیدهـد. پارامترهـای مـدار
بوسیله پارامترهای اسکترینگ سیموله شده بوسیله روابط (2-4) تا (4-4) محاسبه میگردند.
شکل (14-4) نیز پارامترهای S محاسبه شده بوسیله شبیه سازی (EM) بـرای DGS نامتقـارن شـکل (a)
.(13-4) و محاسبه شده مدار معادل شکل (13-4)(b) را نشان میدهند. در هر دو تا شـبیه سـازی مـشاهده
میگردد که بوسیله DGS نامتقارن واحد، هارمونیکهای دوم و سـوم در فرکانـسهای 4. 5 , 3 گیگـا هرتـز
حذف میگردند.

شکل( ( 14- 4 پارامترهای S مدار با DGS هلزونی به صورت EM و شبیه سازی شماتیک
مشاهده میگردد که S12 موافق رنج فرکانسی پهن و S11 نیز در جهت حذف هارمونیک مقسم تـوان اصـلی
بکار میرود. یک مقسم توان معمولی در شکل (15-4)(a) مشاهده میگردد و نیز مقسم توان پیـشنهاد شـده
با DGS غیر متقارن در شکل (15-4)(b) آمده است. در اثر موج آهـسته (slow – wave) بـودن DGS
نیز اندازه مقسم توان پیشنهادی کاهش یافته است. اندازه L' = 17/3 mm در مقایسه L = 19mm حـدود
9/1 % کاهش یافته است.
٧۵
پارامترهای S شبیه سازی شده مقسم توان معمولی و پیشنهادی در شکل (16-4) آمده است.

شکل( ( 15- 4 هندسیای از (a) مقسم توان ویل کنیسن معمولی (b) مقسم توان با DGS نامتقارن
در (16-4) (b)، فرو نشاندن حدود18 dB برای هارمونیک دوم و سـوم بـا وارد کـردن DGS نامتقـارن در
خط انتقال ( ( λ4 مقسم توان مشاهده میگردد. افـت برگـشتی بـرای فرکـانس 1/5 GHZ در هـر دو مـشابه

یکدیگر می باشند، حتی با وارد کردن DGS نامتقارن در مدار.
شکل (17-4) نیز قسمت رو و زیر از یک مقسم توان ویل کینسن با وارد DGS هلزونی نامتقـارن را نـشان
میدهد. در شکل (a) (18-4)، S11 اندازهگیری شـده را نـشان مـیدهـد. افـت برگـشتی در فرکـانس 1/5
گیگاهرتز – 40dB بوده. S21 نیـز در شـکل (18-4)(b) بعنـوان تـابعی از فرکـانس آمـده اسـت. توقیـف
هارمونیک دوم (3 GHZ) نیز 18dB و هارمونیک سوم در فرکانس (4/5 GH) نیز 15dB میباشد.
٧۶

شکل ( ( 16- 4 نتایج شبیه سازی (a) پارامتر S مقسم توان معمولی S (b) برای مقسم توان با DGS

شکل( ( 17-4 مقسم توان willkinson با DGS هلزونی نامتقارن (a) روی مدار (b) پشت مدار
٧٧

شکل( ( 18- 4 نتیجه شبیه سازی مقسم توان با DGS هلزونی نامتقارن(S12(b)S11(a
( 9 – 4 مشاهده اثرات DGS برروی کوپلر T شکل در یک باندفرکانسی
ابتدا مدار شکل (3-2) را با اسـتفاده از DGS هلزونـی شـکل نیـز آنـالیز و نتـایج آن را در شـکل((19-4
مشاهده میکنیم
٧٨

شکل(:(19-4مدار بااستفاده از (a) DGSیک بعدی((bدو بعدی
در شکل (a)(20-4)و((b نتایج شبیه سازی حاصل از مدار قلم زده شده DGS و بدون استفاده از آن را
نشان میدهند.
٧٩

شکل((a):(20-4نتیجه شبیه سازی کوپلر با استفاده ار (b) DGSبدون استفاده از ((a)(3-2)) DGS
با مشاهده نتایج بالا به پایین آمدن فرکانس قطع و slow wave شدن پاسخ نیز پی می بریم.
(10-4مشاهده اثرات DGS روی مدار طراحی شده در این پروژه
در شکل (21-4) نوع DGS استفاده شده در این کوپلر آورده شده است.ونتیجـه ansoft در شـکل((22-4
مشاهده میگردد.
٨٠

شکل(:(21-4کوپلر باH DGS شکل در شاخه خطوط

شکل(:(22-4پارامتهای Sحاصل از به کار بستن DGS
٨١
فصل پنجم
چگونگی استفاده از کوپلر بدست آمده در طراحی سیرکولاتور
٨٢
(1-5 طراحی سیرکولاتور
یک سیرکولاتور 4 پورته فشرده نیز می تواند به وسیله یک کوپلر خط شاخه ای و شیفت دهنده فاز( پیوست
پ) نیز ساخته شود.این شیفت دهنده فازی همراه با ورودی و خروجی خط همواره مچینگ امپدانسی داشته
و دارای تضعیف صفر می باشد.در اینجا ما از زیراتور به عنوان شیفت دهنده فازی استفاده کرده ایمر .[26]
یکی از ترکیبات نا متقابل استاندارد ژیراتورها هستند که دارای 2 پورت بوده وشیفت فاز تفاضلی 180 درجه
ایجاد می کنند.نماد شماتیک برای یک ژیراتور در شکل (1-5)آمده است و ماتریس اسکترینگ برای یک
ژیراتور واقعی در زیر آمده است.
(1-5)

π
شکل(:(1-5نماد ژیراتور
که این ماتریس نشانه عدم افت ،مچ شده ونا متقابل بودن آن است.

s−0 11 0
(2-5مدار معادل برای سیرکولاتور با استفاده از یک ژیراتور و دو کوپلر

۴ ١
٢ π ٣
شکل(:(2-5سیرکولاتور 4پورته متشکل از دو مدار هایبریدی و ژیراتور
٨٣
استفاده ژیراتور به عنوان بنا ساخت در ترکیب با مقسم دو طرفه و کوپلرها میتواند منجر به ایجاد مدارات
مفید همچون سیرکولاتور گردد .در شکل (2-5) مدار معادل سیرکولاتور 4 پورته متشکل از دو مدار