شیمی و مهندسی شیمی ایران
سال:1387 | دوره:27 | شماره:3 |تعداد مقالات:10

یکی از پارامترهای مهم در طراحی مخلوط کننده ته نشین کننده ها، بررسی توزیع اندازه قطره هاست، زیرا با به دست آوردن اندازه قطره ها در پراکندگی های مایع- مایع می توان به شرایط بهینه عملکرد دستگاه رسید. برای این منظور آزمایش های متعددی با یک دستگاه مخلوط کننده ته نشین کننده تک مرحله ای با همزنی از نوع حلزونی انجام شده است. تعداد سی آزمایش درماندگی ها و دورهای متفاوت همزن انجام شده است. در هر آزمایش، اندازه قطره ها و ماندگی هر مرحله اندازه گیری شده است. با توجه به نتیجه های به دست آمده می توان گفت که در ماندگی ثابت، با افزایش دور همزن، اندازه قطره ها کوچک تر می شود و در دور ثابت با افزایش ماندگی، اندازه قطره ها بزرگ تر می شود. بعد از به دست آوردن اندازه قطره ها در آزمایش های انجام شده، یک مدل تجربی برای به دست آوردن اندازه قطره ها ارایه شده است. مدل ارایه شده با چهار مدل متفاوت مقایسه شده که مدل ارایه شده با سه مدل تطابق قابل قبولی نداشته و فقط با یکی از مدل ها نتیجه های به نسبت مشابهی دارد.این مدل تاکنون برای همزن حلزونی ارایه نشده است.

در این مقاله، اثرهای وقوع وارونگی فاز بر میزان انتقال جرم در یک دستگاه مخلوط کننده ته نشین کننده افقی مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش ها نشان دادند که در سیستم های شیمیایی (تولوئن- استون- آب) و (نرمال بوتیل استات- استون- آب)، اگر آب (فاز آبی) فاز پیوسته باشد، میزان انتقال جرم و ضریب کلی انتقال جرم بسیار بیشتر از حالتی است که تولوئن یا نرمال بوتیل استات (فاز آلی) به عنوان فاز پیوسته باشند. چون وارونگی فازی سیستم های یاد شده درماندگی بالایی از فاز پراکنده رخ می دهد، لذا بعد از وقوع وارونگی فاز، میزان ماندگی فاز پراکنده ثانویه به شدت افت می کند. ماندگی پایین فاز پراکنده باعث افت مضاعف میزان انتقال جرم می شود. همچنین با مقایسه ضریب های کلی انتقال جرم در سیستم های شیمیایی یاد شده مشخص شد که سیستم شیمیایی اول دارای قطره های درشت تر است. قطره های درشت تر در سیستم نخست باعث حاکم شدن مکانیسم انتقال جرم از نوع نفوذ ادی ها می شود. در حالی که سیستم دوم، در بیشتر ماندگی ها به دلیل داشتن قطره های کوچک، دارای مکانیسم نفوذ مولکولی است. رسم نمودار تغییرهای قطر میانگین ساتر قطره ها بر حسب ماندگی نشان داد که در نزدیکی نقطه وارونگی فاز، سرعت پیوند قطره ها بسیار شدید است. سرعت بسیار بالای پیوند قطره ها باعث ایجاد بزرگ ترین قطره های هر پراکندگی در نقاطی درست قبل از وارونگی فاز می شود. بررسی اثر جهت انتقال جرم نشان داد که در انتقال جرم (c®d) پدیده مارانگونی باعث ایجاد قطره های درشت تر شده، لذا میزان انتقال جرم و ضریب های انتقال جرم در این حالت بیشتر از انتقال جرم (d®c) است.

یکی از مهم ترین مشکلات صنعت نفت در زمینه های استخراج و بهره برداری، انباشت نفت خام در مخازن سطح الارضی، و خطوط انتقال نفت تشکیل مواد اورگانیک سنگین (آسفالتین و واکس) و به دنبال آن ایجاد رسوب درون سازندهای نفتی، تاسیسات و خطوط انتقال نفت خام است. علت این امر تغییر در شرایط ترمودینامیکی مانند تغییر در ترکیب نفت خام، درجه حرارت و تغییر در فشار است. به منظور پیش بینی شرایط تشکیل رسوب آسفالتین مدل سازی ریاضی با لحاظ کردن پدیده ترمودینامیکی شرایط تشکیل رسوب لازم و ضروری است. لذا در این پژوهش، تلاش برای ارایه مدلی است که افزون بر پیش بینی رفتار فازی سیال مخزن قادر به پیش بینی میزان و نقطه تشکیل رسوب آسفالتین باشد. در این پروژه معادله حالت SRK برای پیش بینی مقدار و onset آسفالتین استفاده شده است. در مدل توسعه یافته، فاز آسفالتین به صورت یک فاز جامد در نظر گرفته شده و معادله های تعادل دو فازی VLE برای تعیین نقطه حباب و دو فازی LSE و سه فازی VLSE برای تعیین نقطه ته نشینی آسفالتین در دماهای مختلف استفاده شده است. تفکیک جزء سنگین نفت به چند جزء بر مبنای تابع توزیع گاما صورت گرفته و ویژگی های اجزای آن محاسبه شده است. مدل توسعه یافته قادر به پیش بینی شرایط تشکیل رسوب آسفالتین در شرایط متفاوت از جمله دما، فشار و ترکیب های متفاوت و همین طور در اثر تزریق گاز است. نتیجه های حاصل از مدل با خطای قابل قبولی با داده های آزمایشگاهی مرتبط قابل مقایسه است.

وجود خطا در داده های پارامترهای اندازه گیری شده در یک واحد صنعتی مانند کوره های شکست حرارتی به علت خطای ناشی از دستگاه های اندازه گیری و اپراتور اجتناب ناپذیر است. در این پژوهش، روشی برای اصلاح داده های پارامترهای اندازه گیری شده در فرایند شکست حرارتی، ارایه و بررسی می شود. از روش های علمی ـ آماری اصلاح داده ها برای کشف خطاهای موجود در مجموعه متغیرهای اندازه گیری شده در یک فرایند و حذف یا کاهش آنها استفاده می شود. میزان خطای داده های اندازه گیری شده در یک راکتور شکست حرارتی صنعتی از حل سه مساله متفاوت اصلاح داده ها تعیین و نتیجه های حاصل مقایسه شده است. هر مساله از یک تابع هدف (تابع خطا) به همراه محدودیت های تساوی، موازنه های جرم، انرژی و مومنتم، و محدودیت های متغیرهای نابرابر تشکیل شده است. سه تابع هدف حداقل مربعات، Cauchy و M-Estimator در سه مساله اصلاح داده ها به کار رفته است. مکانیسم واکنش های شکست حرارتی مورد استفاده در موازنه ها از 400 واکنش رادیکالی به همراه 56 مولکول و 19 رادیکال تشکیل شده است. دقت معادله های موازنه های جرم، انرژی و مومنتم از راه مقایسه نتیجه های مدل سازی معادله های موازنه به کار رفته در راکتور صنعتی با عددهای طراحی مورد بررسی قرار گرفت و انطباق خوبی بین نتیجه ها و داده های طراحی مشاهده شد. از روش جستجوی Simplex برای حل مسایل اصلاح داده ها و از روش تجزیه LU و رانگ کاتا برای حل هم زمان معادله های حاکم بر مدل فرایند استفاده شد. به عنوان نتیجه می توان بیان کرد که اصلاح داده، عملکرد شایانی روی کاهش یا حذف خطا دارد و همچنین نتیجه های به دست آمده با استفاده از تابع هدف M-Estimator بر نتیجه های از قبل پیش بینی شده مطابقت دارد.

در این پژوهش، زئولیت  Lاز نوع پتاسیم سنتز شد و اثر عامل هایی مانند تغییر نسبت های مخلوط واکنش، استفاده از منابع متفاوت سیلیس و نیز به هم زدن مخلوط واکنش در طی سنتز زئولیت KL مورد بررسی قرار گرفت. کاتالیست هایPt/KL ، Pt/Cs-KL و Pt-Re/KL با استفاده از روش های تلقیح و تعویض یونی تهیه شد و ضمن مقایسه عملکرد آنها، اثر متغیرهایی مانند شکل و اندازه بلورهای زئولیت L در کاتالیست های تهیه شده، نسبت H2/HC  و میزان قلیایی بودن زئولیتL  در فرایند آروماتیک کردن نرمال هگزان مورد بررسی قرار گرفت. از روش هایXRD ،IR ،XRF ،AAS ،ICP  و SEM برای شناسایی فاز بلوری، آنالیز کیفی و کمی و نیز مورفولوژی زئولیت های سنتزی استفاده شد. آنالیز فراورده های حاصل از آزمایش های راکتوری به روش گاز کروماتوگرافی انجام شد.

دفع ضایعات کشاورزی و مواد دور ریختنی صنایع غذایی به ویژه سبزیجات، یکی از مشکلات و معضلات بزرگ زیست محیطی جوامع امروزی است. فرایند خشک کردن یکی از راه حل های کارامد به منظور کاهش و تبدیل به موادی قابل استفاده و مفید برای خوراک دام و یا تقویت کننده خاک است. در این پژوهش، مدل سازی دینامیکی فرایند خشک کردن ضایعات سبزیجات در یک خشک کن دوار انجام شده است. با استفاده از بیلان جرم و انرژی برای ماده و هوا معادله های دیفرانسیل حاکم بر سیستم ارایه شده اند. این معادله ها با به کارگیری شرایط مرزی و اولیه مناسب و با استفاده از نرم افزار Matlab حل شده اند. سپس منحنی های توزیع دما و رطوبت برای ماده و هوا در زمان های متفاوت در خشک کن ترسیم شده و نتیجه های به دست آمده با نتیجه های تجربی حاصل از یک خشک کن دوار نیمه صنعتی مقایسه شد که نشان از پیش بینی و تطابق خوب مدل دارد. اختلاف نتیجه های حاصل از مدل و نتیجه های تجربی برای دمای گاز 2 درصد است. در حالی که تفاوت رطوبت مطلق هوا بین مدل و داده های تجربی حدود 22 درصد است که رطوبت مطلق قابل اندازه گیری نیست بلکه با اندازه گیری رطوبت نسبی و تبدیل آن به رطوبت مطلق با استفاده از معادله های ساده سازی شده امکان پذیر بوده که این مطلب تفاوت بین داده های تجربی و مدل را افزایش می دهد. همچنین اثر پارامترهایی مانند دبی، دما و رطوبت هوا و سرعت چرخش بستر خشک کن مورد مطالعه قرار گرفت. نتیجه ها نشان می دهد که دما و دبی حجمی هوای ورودی بیشترین تاثیر را روی شدت خشک شدن دارند.

امروزه فناوری های جدیدی برای استحصال، انتقال و به کارگیری از منابع گازی ابداع شده اند و بروز افکار جدید در مورد انتقال گاز طبیعی به صورت بلورهای هیدرات در راستای کاهش هزینه های تمام شده فراورده باعث شده تا مطالعات بیشتری در مورد شرایط تشکیل آن صورت گیرد. شرایط عملیاتی برای تولید بلور هیدرات از متان خالص به علت نیاز به کار کردن در فشارهای بالا بسیار پر هزینه است. بر اساس بررسی های انجام شده به منظور کاهش هزینه ها برای کاربردی شدن انتقال گاز طبیعی به صورت بلور هیدرات باید به دنبال افزودن موادی به سیستم متان آب بود که با ایجاد بلور H فشار تشکیل هیدرات را کاهش داده، در عین حال حجم ذخیره سازی گاز در بلور هیدرات هم مناسب باشد. در این پژوهش، اثر مواد متیل سیکلو هگزان، متیل سیکلو پنتان و اتیل سیکلو پنتان در کاهش فشار لازم برای تشکیل بلور H بررسی شده است. نتیجه ها نشان می دهد که متیل سیکلو هگزان بیشترین کاهش فشار (45 درصد) را موجب می شود. محاسبه های اقتصادی ساده و اولیه نشان می دهد که این میزان کاهش فشار می تواند تا 60 درصد هزینه های سرمایه گذاری را کاهش دهد.

در این پژوهش، اثر سرعت هوادهی و خواص سیال روی نگه داشت گاز و اندازه حباب در یک بیوراکتور ایرلیفت با گردش داخلی (با حجم 01/0 متر مکعب) حاوی دیزل ایزوماکس و میکروامولسیون های متفاوت آب در برش نفتی دیزل واحد ایزوماکس پالایشگاه (دیزل ایزوماکس) به عنوان محیط مدل فرایند گوگردزدایی زیستی برش های نفتی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتیجه ها نشان می دهد، با افزایش سرعت هوادهی، نگه داشت گاز در محیط نفتی (با ناروانی پایین) نسبت به محیط های میکروامولسیون (با ناروانی بالا) افزایش بیشتری از خود نشان می دهد. محاسبه های قطر تعادلی حباب نشانگر تاثیرپذیری آن از ناروانی سیال و سرعت هوادهی است به طوری که در بیشتر موارد با افزایش ناروانی سیال، و نیز با افزایش سرعت هوادهی تا 6/0 سانتی متر بر ثانیه افزایش می یابد. تاثیر نگه داشت گاز و ناروانی سینماتیکی روی قطر حباب به صورت رابطه تجربی ارایه شده است که اندازه حباب را برای گستره مورد آزمایش به خوبی پیش بینی می کند.

در این مطالعه، عملکرد یک راکتور رشد چسبیده هوازی مستغرق در ارتقای عملکرد تصفیه خانه فاضلاب پرکندآباد مشهد در مقیاس پایلوت مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها در زمان های ماند هیدرولیکی 6، 12، 18 و 24 ساعت (بر مبنای حجم خالی راکتور) انجام شد و کارایی این راکتور در حذف مواد آلی، جامدهای معلق و نیتروژن آمونیاکی مطالعه شد. در این پژوهش، کارایی حذف مواد آلی به زمان ماند هیدرولیکی بستگی داشت، به طوری که با افزایش زمان ماند هیدرولیکی از 6 به 24 ساعت میانگین بازده حذف BOD5 از 0/83 به 2/92 درصد و بازده حذف COD از 7/80 به 7/90 درصد افزایش یافت. در محدوده بارگذاری 52/0 تا 10/2 کیلوگرم BOD5 بر مترمکعب بر روز، رابطه میان میزان بارگذاری و میزان حذف مواد آلی خطی بود و بیشترین میزان حذف مواد آلی 74/1 کیلوگرم BOD5 بر مترمکعب بر روز به دست آمد. میانگین بازده حذف جامدهای معلق در زمان های ماند هیدرولیکی 6، 12، 18 و 24 ساعت به ترتیب 8/81 ، 4/83 ، 0/82 و 1/87 درصد به دست آمد. با افزایش زمان ماند هیدرولیکی از 6 به 24 ساعت، میانگین بازده حذف NH4+-N از 7/53 به 3/63 درصد افزایش یافت. همچنین میزان حذف NH4+-N تابعی خطی از میزان بارگذاری NH4+-N بود. نتیجه های این مطالعه نشان داد که می توان از این راکتور برای ارتقای عملکرد تصفیه خانه فاضلاب پرکندآباد استفاده کرد.

در این پژوهش، سینتیک لیگنین زدایی با فرایند کرافت چوب گونه های صنوبر، ممرز و انجیلی ارزیابی شده است. معادله های سینتیک لیگنین زدایی هر یک از فازهای لیگنین زدایی توده ای و باقی مانده خرده چوب های با سه ضخامت 2، 4 و 6 میلی متر از چوب صنوبر، ممرز و انجیلی محاسبه شده و سپس مختصات محل تلاقی فازهای لیگنین زدایی توده ای و باقی مانده تعیین شد. درصد لیگنین باقی مانده در نقطه انتقال از لیگنین زدایی توده ای به باقی مانده چوب ممرز در کم ترین مقدار بوده و برای خرده چوب های به ضخامت 6 میلی متر معادل 8/2 درصد تعیین شده است که این مقدار معادل لیگنین باقی مانده در پخت خرده چوب های صنوبر با ضخامت 4 میلی متر (2.9 درصد) است. لیگنین باقی مانده در خمیر کاغذ از چوب انجیلی و با خرده چوب های با ضخامت 2 میلی متر بیشتر از این مقدار است (3.8 درصد). نتیجه ها نشان داده است که لیگنین زدایی چوب ممرز به مراتب آسان تر از چوب صنوبر و انجیلی بوده و چوب انجیلی دارای کم ترین سرعت لیگنین زدایی است. در اثر کم شدن ضخامت خرده چوب ها، سرعت لیگنین زدایی بیشتر شده و در اثر کم شدن ضخامت سرعت های لیگنین زدایی چوب های مورد بررسی تا حدودی به یکدیگر نزدیک شده است.