شیمی و مهندسی شیمی ایران
سال:1389 | دوره:29 | شماره:4 (59) |تعداد مقالات:16

در این پژوهش با به کارگیری مدل واندروالس ـ پلاتیو برای فاز جامد هیدرات و استفاده از معادله حالت SW برای فازهای بخار و مایع، فشار تشکیل هیدرات در مخلوط های گوناگون با سه قانون اختلاط واندروالس، قانون دانش و GNQ محاسبه شده و دقت این قانون های اختلاط با مقایسه نتیجه های به دست آمده و مقدارهای تجربی، تعیین شده است. سامانه های مورد بررسی شامل مخلوط های دوجزیی (آب و متان)، (آب و اتان)، (آب و پروپان)، (آب و ایزو بوتان)، (آب و کربن دی اکسید)، (آب و نیتروژن) و (آب و هیدروژن سولفید) هستند. اثرهای متقابل دوتایی در هر مخلوط با استفاده از داده های تعادل دو فازی (بخار-مایع) بهینه شده و سپس محاسبه تعادل سه فازی (VLWH) با استفاده از ضریب های بهینه شده در هر قانون اختلاط، انجام شده است. مقایسه فشار محاسباتی تشکیل هیدرات با فشار آزمایشگاهی نشان می دهد که در بیشتر مخلوط ها در شرایط دمایی و فشاری مورد مطالعه، قانون GNQ با خطای متوسط 7% از دقت بیشتری نسبت به دو قانون دانش و واندروالس، برخوردار است. بر اساس غلظت های تعادلی محاسبه شده برای متان در فاز مایع به نظر می رسد که قانون دانش برای پیش بینی کسرهای مولی اجزای در فاز مایع از سایر قانون های اختلاط مناسب تر است. قانون دانش از آن جایی که اثر قطبیت مولکول آب را در نظر می گیرد، برای پیش بینی غلظت های تعادلی دقت بیشتری دارد.

در این پژوهش، نقش پلیمر طبیعی کیتوزان در افزایش سرعت گرانول سازی در راکتور بی هوازی بافل دار حاوی پساب مصنوعی گلوکز مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور دو راکتور موازی (راکتور اول به عنوان شاهد و راکتور دوم با افزودن هفتگی کیتوزان) با حجم مفید 10 لیتر که هر کدام دارای 4 محفظه بودند، مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی ها نشان داد که افزودن پلیمر به راکتور، باعث تسریع تشکیل گرانول ها (30 درصد) و در نتیجه کوتاه شدن زمان راه اندازی می شود همچنین گرانول های چگال تر و مقاوم تری به دست می آید. در بررسی تاثیر غلظت COD ورودی بر کارایی حذف در راکتور شاهد در بارآلی83.5kg COD3.d  درصد و در راکتور حاوی پلیمر کیتوزان در بارآلی 6kg COD3.d حذف تا 96 درصد در سامانه دیده شد. در بررسی سهم مشارکت هر یک از 4 محفظه در حذفCOD ، به ترتیب 50-60، 30-40، 3-4 و 1-3 درصد در محفظه های اول تا چهارم در هر دو راکتور دیده شد. همچنین در بررسی تاثیر زمان ماند هیدرولیکی در راکتور دارای پلیمر کیتوزان در زمان ماند هیدرولیکی 24، 48 و 72 ساعت به ترتیب میانگین کارایی حذف COD برابر 86.9، 93.8 و 94.6 درصد و در راکتور شاهد 67.5، 80.8 و 81 درصد دیده شد.

فرایند فیلتراسیون جریان رو به بالا با بستر لجن (USBF)، یک روش موثر و نوین در تصفیه پساب و در واقع یک نوع فرایند لجن فعال متعارف اصلاح شده می باشد. در این پژوهش، فرایند حذف بیولوژیکی فسفر در یک مجموعه آزمایشگاهی 60 USBF لیتری با جریان پساب مصنوعی پیوسته مورد بررسی قرار گرفت که برای تعیین زمان ماند هیدرولیکی بهینه بر اساس بیش ترین راندمان حذف فسفر در خروجی سامانه، جریان پساب با شدت جریان های 0.67، 0.8، 1، 1.33 و 2 لیتر در ساعت و با نسبت COD/P در حدود 50 در بازه pH، 6.5 تا 7.8 و دمای محیط (20±2oC) به سامانه اعمال شد. بر مبنای نتیجه های به دست آمده از آزمایش ها میزان فسفر در خروجی راکتور، در شدت جریان های ورودی 0.8 و 0.67، سامانه به سرعت به حالت پایدار رسیده و راندمان حذف بیش از %90 بود ولی در شدت جریان های ورودی 1.33 و 2 زمان بیشتری برای رسیدن به راندمان حذف مناسب در سامانه دیده شد. بنابراین با تحلیل های آماری انجام شده و در نظر گرفتن جنبه های اقتصادی هر پروژه که با افزایش زمان ماند در یک شدت جریان ورودی ثابت، افزایش حجم حوضچه ها را در بر دارد، زمان ماند هیدرولیکی بهینه برای مجموعه آزمایشگاهی USBF، 10 ساعت در زلال ساز با جریان رو به بالا از میان بستر لجن، تعیین شد.

در حال حاضر حذف گاز گلخانه ای کربن دی اکسید از هوا مورد توجه بسیاری از فعالان حفظ محیط زیست قرار دارد. در این راستا واکنش هیدروژن دارکردن کربن دی اکسید و تبدیل آن به متان و آب می تواند بسیار موثر بوده واز نظر زیست محیطی دارای اهمیت باشد. متان تولیدی از این واکنش می تواند در پیل های سوختی و یا توربین های گازی مورد استفاده قرار گرفته و بخشی از نیروی به دست آمده برای آبکافت آب و تولید دوباره هیدروژن به کار رود (چرخه بازیابی پویای کربن دی اکسید یاCCR ). روشن است که اجرای این چرخه و طراحی تجهیزات لازم، نیاز به مطالعات گسترده دارد. در این مطالعه، ابتدا یک کاتالیست مناسب از طریق تلقیح نیکل برروی پایه زئولیت Na-Y آماده شده و ویژگی های فیزیکی آن بررسی شد. سپس به منظور بهینه سازی شرایط انجام آزمایش ها، روش طراحی تاگوچی به کار رفت. واکنش در یک رآکتور بستر ثابت کاتالیستی انجام گرفت و شرایط بهینه فرآیند به این ترتیب مشخص شد: درصد نیکل موجود در کاتالیست 3%، دما 330 درجه سانتی گراد، فشار 20 بار ونسبت مولی کربن دی اکسید به هیدروژن در خوراک راکتور 65.35. همچنین مطالعات سینتیکی واکنش تبدیل کربن دی اکسید به متان به کمک کاتالیست سنتز شده صورت گرفت و مدل سینتیکی مناسب و ضریب های آن تعیین شد.

در حال حاضر، تولید عمده روی دنیا از کانی های سولفیدی و توسط فرایند تشویه ـ لیچینگ ـ الکترووینینیگ صورت می پذیرد. اما مشکلات این فرایند مانند تولید فراوان گاز SO2 در مرحله تشویه و هزینه بالا، سبب شده است پژوهش گران به دنبال یافتن راه های جایگزین باشند. در این پژوهش، سینتیک لیچینگ اسفالریت توسط سدیم هیدروکسید و در حضور سرب نیترات بررسی شد. اثر پارامترهایی همچون دما، غلظت سدیم هیدروکسید، غلظت سرب نیترات، دور همزن، دانه بندی و نسبت جامد به مایع، بر میزان انحلال اسفالریت بررسی شد. در شرایط بهینه و در پایان 150 دقیقه حدود 73% روی استخراج شد. همچنین توسط مدل هسته انقباضی به سینتیک فرایند نیز پرداخته شد. افزون بر دو مکانیسم مدل هسته انقباضی (نفوذ و کنترل شیمیایی)، مدل جدیدی نیز بررسی شد که داده های آزمایشگاهی تطابق بیشتری با این مدل جدید نشان دادند. همچنین مرتبه واکنش نسبت به غلظت سدیم هیدروکسید، غلظت سرب نیترات، نسبت فازی و اندازه ذرات به ترتیب برابر با 3.612، 2.796 و 0.541- و 2.097- به دست آمد. انرژی فعال سازی به دست آمده برای فرایند انحلال نیز برابر با 28.15kJ/mol می باشد.راستی آزمایی نتیجه های به دست آمده از این مدل با نتیجه های آزمایشگاهی تنها 9% خطا را نشان می دهد. در پایان مدل زیر به عنوان مدل نهایی ارایه شد: 1/5 (1-x)-5/3 – ¼ (1-x) -4/3 + 1/20=1/66x104[NaOH]3/612 [Pb(NO3)2]2/796 [S/L]-05/41 ro -2/097 exp [-28150/836/RT] t

در این پژوهش، جریان درهم هوا در خم 90 درجه در 2 حالت ساکن و متحرک با دو سرعت نوسانی گوناگون به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفت. مساله های مورد بررسی با استفاده از مدلk-e  با تصحیح دیواره (تابع یونیورسال دیواره) و با کاربرد نرم افزار فلوئنت شبیه سازی شد. به منظور راستی آزمایی روش تحلیلی، مساله برای خم ساکن با مشخصات آزمایشگاهی موجود شبیه سازی گردید و با نتیجه های تجربی مقایسه شد. نتیجه های حل عددی و نتیجه های تجربی تطابق خوبی داشت. کانتورهای سرعت برای خم ساکن و کانتورها و بردارهای سرعت و کانتورهای فشار ایستا برای خم متحرک، در سطح مقاطع گوناگون خم ارایه شده است. در سطح مقطع ورودی خم به علت وجود نیروی گریز از مرکز جریان های جدیدی موسوم به جریان های ثانویه به وجود آمده و این جریان ها مرکز پروفیل های سرعت را به سمت دیواره داخلی خم منحرف می سازند. این جریان ها در طول خم رشد کرده و در سطح مقطع 60 درجه به علت کاهش اثر خم، مرکز پروفیل های سرعت در مرکز خم دیده می شود. همچنین روند تغییرهای سرعت محوری در خم ساکن و متحرک یکسان است.

در این پژوهش، تعدادی سطح فعال دوقلوی کاتیونی با پل ارتباطی متیلنی سنتز شدند و بعد از خالص سازی، ویژگی های فیزیکی-شیمیایی آنها مانند غلظت بحرانی تشکیل میسل (CMC)، دمای کرافت و نقطه ذوب مورد ارزیابی قرار گرفتند. تاثیر کند کنندگی این سطح فعال های دوقلوی کاتیونی در مقایسه با نمونه مونومری آنها، دو دسیل تری متیل آمونیوم برمید(DTAB) ، در جذب رنگزای بازی C.I. Basic Red 27 بر روی نمونه اکریلی در دمای جوش بررسی شد. سینتیک جذب این رنگزا بر روی پارچه اکریلیک در غلظت های گوناگون از سطح فعال ها با روش اسپکتروسکپی UV-Vis مورد مطالعه قرار گرفت. نتیجه ها نشان دادند که قدرت کند کنندگی سطح فعال های دوقلوی کاتیونی بیشتر از نمونه مونومری آنها است. در تمامی سطح فعال ها، قدرت کند کنندگی با بیشتر شدن غلظت سطح فعال افزایش یافت و ارتباط مشخصی بین طول پل ارتباطی و قدرت کند کنندگی سطح فعال های دوقلو دیده نشد.

چکیده: فرایند جذب گاز با واکنش شیمیایی توسط حلال های مایع به طور گسترده ای در عملیات تصفیه گازهای اسیدی و خالص سازی گاز و همچنین در بسیاری از فرایندهای صنایع شیمیایی و نفت به کار می رود. در این مقاله، مدل سازی ضریب انتقال جرم کلی حجمی (KGa) برای فرایند جذب شیمیایی گاز CO2 توسط حلال های سدیم هیدروکسید (NaOH)، مونواتانول آمین (MEA) و 2-آمینو-2-متیل-1-پروپانول (AMP) در برجهای پرشده برای پنج سامانه با پرکن های مختلف انجام شده است. مدل تجربی ارایه شده برای این سامانه ها به صورت تابعی از پارامترهای متغیر عملیاتی اصلی فرایند می باشد. این پارامترها شامل شار حجمی مایع، غلظت اولیه محلول جذب، میزان بارگیری CO2 در محلول و کسر مولی CO2 در جریان گاز ورودی به برج می باشند. برای مدل سازی در این مقاله، از نرم افزار Eviews و همچنین از داده های تجربی به دست آمده از انجام آزمایش های جذب CO2 توسط حلال های NaOH و MEA و AMP در برج پرشده و با پرکن های متفاوت استفاده شده است. سرانجام پارامترهای ثابت این مدل برای پنج سامانه مورد بررسی تعیین شده است. تفسیر نتیجه های مدل سازی نشان می دهد که تطابق بسیار خوبی بین نتیجه های مدل های ارایه شده و نتیجه های تجربی برای این سامانه ها وجود دارد. همچنین در این مقاله اثر نوع حلال و نوع پرکن بر عملکرد فرایند جذب گاز CO2 و میزان ضریب انتقال جرم بررسی شده است.

وجود ویتامین ها، پروتئین ها و مواد آلی دیگر در شیر سبب شده است تا این ماده نسبت به عملیات تبخیر حساس شود و به همین دلیل تبخیر آن باید در تجهیزاتی با کمترین زمان اقامت و بیشترین راندمان صورت پذیرد. وجود این ویژگی ها در تبخیرکننده های لوله ای با فیلم ریزشی، آنها را برای تغلیظ شیر بسیار مناسب ساخته است.به طور کلی در این فرایندها کنترل غلظت جامد در فراورده خروجی مشکل بوده و از اهمیت ویژه ای در بهره برداری برخوردار است. در این پژوهش، برای افزایش سرعت پاسخ سامانه و حذف سریع تر خطای ماندگار، ساختاری متشکل از کنترل کننده پیشگوی خطی و پسخور ساده به منظور کنترل غلظت خروجی از تغلیظ کننده فیلم ریزشی چندمرحله ای پیشنهاد شده است. ابتدا این فرایند مدل سازی شده، سپس قابلیت کنترل کننده پیشنهادی برای کنترل فرایند مورد بررسی قرار گرفته و نتیجه ها با کنترل کننده پسخور ساده مقایسه شده است. نتیجه ها نشان می دهند کنترل کننده پیشنهادی توانایی بالایی در کنترل غلظت خروجی از تغلیظ کننده های فیلم ریزشی دارد.

در فرآیند سنتز غشای زئولیتی یکی از مهمترین مراحل، بذردار کردن پایه به منظور نشاندن لایه زئولیتی روی آن است که به طور معمول به وسیله سه روش مالشی، غوطه وری و الکتروفورز انجام می پذیرد. در این پژوهش برای بررسی و مقایسه این روش ها، پایه های آلفا آلومینا با دو روش مالشی و غوطه وری در سوسپانسیون دانه نشانی شده و سپس با استفاده از روش هیدروترمال و در دمای 180 درجه سانتی گراد به منظور تهیه غشای زئولیتی تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند و سرانجام تاثیر این سه روش بر روی عملکرد غشای با استفاده از تراوش تبخیری ایزومرهای زایلن بررسی شد. به این دلیل از ایزومرهای زایلن برای ارزیابی عملکردی غشاهای سنتزی استفاده شد که اندازه منافذ غشای زئولیتی ZSM-5 (با قطری در حدود 0.54 nm) با قطرهای سنتیکی مولکول های زایلن که برای پارازایلن برابر 0.58 nm و برای متازایلن و اورتوزایلن برابر با 0.68 nm است یکسان و مشابه می باشد. پارازایلن به علت اندازه مولکولی کوچکتر نسبت به دو ایزومر دیگر و در حداندازه منافذ غشا می تواند به راحتی در منافذ زئولیت جذب سطحی شده و نفوذ نماید و این خود می تواند مقیاس مناسبی برای ارزیابی سنتز انجام گرفته محسوب شود.بنا بر نتیجه های به دست آمده، غشایی که از روش غوطه وری برای دانه گذاری پایه آن استفاده شد با داشتن ضریب جداسازی 2.66 بهترین عملکرد را نسبت به دو غشا دیگر از خود نشان داد.

در این مقاله، مدلی برای عبور هیدروژن از غشاهای نانوکامپوزیتی پالادیم/ آلومینا ارایه شده است. با در نظر گرفتن مخلوط گازی دوجزیی هیدروژن و نیتروژن به عنوان خوراک و همچنین ضخامت لایه نانوکامپوزیتی پالادیم، از بین مرحله های گوناگون عبور هیدروژن از غشا، سه مرحله دفع هیدروژن ازسطح پالادیم، نفوذ از میان لایه فلزی و همچنین عبور هیدروژن از لایه متخلخل سرامیکی به دلیل تاثیرگذاری آنها در نرخ کلی عبور هیدروژن، در مدل پیشنهادی مورد توجه قرار گرفته و مکانیسم های مربوطه با جزییات کامل در مورد غشاهای نانوکامپوزیتی پالادیم/ آلومینا بررسی شده است. مقدارهای متغیرهای قابل تنظیم مدل که در سرعت عبور هیدروژن از غشا موثر هستند، از منابع و مراجع معتبر در زمینه غشاها و جداسازی غشایی گازها به دست آمده است. در پایان با توجه به مقاومت های هر مرحله، مدل کلی نرخ عبور هیدروژن از غشاهای نانوکامپوزیتی پالادیم/ آلومینا ارایه شده است. برای اطمینان از صحت مدل ارایه شده، نتیجه های مدل با مراجع گوناگون مقایسه شد و تطبیق خوبی با نتیجه آنها دیده شد. نتیجه ها نشان دادند که در دماهای بالاتر، نفوذ از توده پالادیم و در دماهای پایین تر، دفع اتم های هیدروژن از سطح پالادیم مرحله های کننترل کننده برای عبور هیدروژن از غشاهای نانوکامپوزیتی پالادیم هستند.

در این مقاله یک روش گرافیکی جدید به نام پینچ هیدرولیک برای طراحی شبکه بهینه توزیع آب از دیدگاه مصرف انرژی پیشنهاد شده است. این روش در شهرها، کارخانه ها، منطقه ها و کشورهایی که دارای منابع قابل ملاحظه آب برای انتقال به مصرف کننده ها هستند، قابل استفاده است. روش ارایه شده در این مقاله کمترین تعداد تجهیزات و کمترین میزان انرژی مورد نیاز عملیات پمپاژ را تعیین می نماید. در مرحله نخست روش ابداعی پینچ هیدرولیک، انتقال آب از منابع به مصرف کنندگان را با استفاده از نیروی جاذبه زمین انجام می دهد. سپس موقعیت بهینه پمپ ها و هد مورد نیاز آنها را با استفاده از تصمیم سازهای گرافیکی تعیین می نماید به طوری که کمترین میزان انرژی برای انتقال باقیمانده آب مورد نیاز مصرف کنندگان مصرف شود. در این روش اختلاف ارتفاع بین منابع و مصرف کنندگان آب، یک پارامتر مهم و کلیدی است. در پژوهش انجام شده بیش از 80 درصد نیاز آب مصرف کنندگان توسط نیروی جاذبه زمین انتقال داده شده و 20 درصد باقیمانده با استفاده از پمپ هایی که دارای موقعیت و مشخصات بهینه از دیدگاه مصرف انرژی هستند، تامین شده است. نتیجه های این بررسی، روش هیدرولیک پینچ را به عنوان روشی کارآمد و مناسب برای طراحی بهینه شبکه توزیع آب از دیدگاه معرفی می نماید.

تعیین بهترین مکان برای حفر چاه های جدید یک مساله پیچیده است که به ویژگی های سیال و مخزن، شرایط تجهیزات سطحی و چاه ها و معیارهای اقتصادی وابسته است. روش های گوناگونی برای حل این مساله پیشنهاد شده است. در این میان، روش های بهینه سازی مستقیم که از شبیه ساز برای محاسبه تابع هدف استفاده می کنند، روش های به نسبت دقیقی هستند. ولی در بیشتر موردها به علت تعداد بالای شبیه سازی های مورد نیاز، این روش ها غیر عملی هستند. برای رفع این مشکلات، در این پژوهش از الگوریتم بهینه سازی هیبریدی (HGA) استفاده شده است. اساس این روش بر پایه الگوریتم ژنتیک است که با تابع های کمکی شبکه عصبی مصنوعی و الگوریتم پلی توپ ترکیب شده است. ترکیب الگوریتم ژنتیک با روش پلی توپ، سبب افزودن اثر پالایش موضعی شده و سرعت همگرایی را افزایش می دهد. همچنین با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی می توان در طول اجرای برنامه، تابع نماینده شبیه ساز را تولید و کالیبره کرد. شایان ذکر است که در مساله بهینه سازی مکان چاه ها، مدل عددی ساخته شده بر پایه داده های همراه با عدم قطعیت است. بنابراین در چنین شرایطی، یک جواب عمومی قطعی برای مساله وجود نخواهد داشت. در این مطالعه، به منظور لحاظ کردن اثر عدم قطعیت موجود در داده ها بر روی تصمیم گیری، از سامانه استنتاج فازی استفاده شده است. خروجی این سامانه، میزان نامناسب بودن یک نقطه که برای حفر چاه جدید انتخاب شده است را با در نظرگرفتن اثرهای عدم قطعیت موجود در داده ها، دید مهندسی و ترجیح های تصمیم گیرنده تعیین می کند. در بیشتر مساله های مهندسی، از جمله مساله مکان یابی چاه، تابع هدف رایج در بهینه سازی، تابع سود به زمان حال بازگردانده شده (NPV) است. در این پژوهش، خروجی سامانه استنتاج فازی و NPV با هم ترکیب شده و یک تابع هدف جدید (NPV تصحیح شده یا CNPV) برای مساله بهینه سازی مکان چاه ها ساخته شده است. در پایان عملکرد الگوریتم پیشنهاد شده برای مساله مکان یابی چاه های تزریق آب در بخشی از یکی از مخازن غربی ایران بررسی شد. با توجه به نتیجه های به دست آمده از آزمایش های کنترل شده دیده شده که تعداد شبیه سازی های مورد نیاز برای یافتن مکان بهینه چاه ها در حالتی که از الگوریتم HGA استفاده شود تا حد زیادی کاهش می یابد. همچنین مکان و شدت جریان مناسب تزریق تا حداکثر چهار چاه تزریق آب در این مخزن با استفاده از الگوریتم پیشنهاد شده تعیین شد.