شیمی و مهندسی شیمی ایران
سال:1387 | دوره:27 | شماره:2 |تعداد مقالات:13

سدیم کلرات یکی از مواد شیمیایی است که به وسیله فرایند برق کافت تولید می شود و دارای کاربردهای زیادی در صنایع شیمیایی است. نوع طراحی سل برق کافت و جنس و ساختار الکترودها از مهم ترین عامل های تاثیرگذار بر میزان مصرف انرژی الکتریکی و در نتیجه اقتصادی بودن فرایند تولید محسوب می شوند. در این پژوهش، اثر پارامترهای فرایندی چگالی جریان، دما، و گذشت زمان بر اختلاف پتانسیل سل و نیز بر میزان تولید سدیم کلرات در یک سل آزمایشگاهی، از نوع سل های صافی پرسی با آندهای دارای ابعاد هندسی پایدار،(Dimensionally Stable Anodes)  مورد پژوهش تجربی قرار گرفت. خوراک محلول شامل 1000 میلی لیتر محلول نمک طعام با غلظت اولیه 300 گرم بر لیتر و آند مصرفی از نوع DSA با سطح مقطع 10 سانتی متر مربع مورد استفاده قرار گرفت. از روش تاگوچی برای طراحی سیستم آزمایش ها استفاده شد. نتیجه های این مطالعه نشان داد که در شرایط عملیاتی دمای سل 85 درجه سانتی گراد، pH=6.8-7، شدت جریان 4A و طی مدت زمان  2.5hمی توان به میزان تولید 86/163 گرم ClO-3  و میزان مصرف انرژی  7221.84kWhr/ton ClO-3دست یافت. همچنین ولتاژ سل 3/3 ولت بود که در زمان  2.5hدر حدود 2/0 تا 3/0 ولت افزایش یافت.

آسفالتین یکی از اجزای نفت خام است که به علت داشتن یک سیستم آروماتیکی در ساختار خود، در نرمال آلکان ها (مانند نرمال پنتان و نرمال هپتان) نامحلول است. آسفالتین باعث رسوب، گرفتگی و تشکیل کک در تجهیزات فرایندهای صنعت نفت می شود. بنابراین، برای بررسی روش های کنترل و رفع این مشکل نخستین قدم، شناسایی ساختار مولکولی آسفالتین است. در این پژوهش، پراش پرتو ایکس بر روی سه نمونه آسفالتین استخراج شده از نمونه های نفت خام مناطق نفت خیز جنوب ایران به منظور هویت شناسی و تعیین پارامترهای ساختاری آسفالتین  اندازه گیری و با یکدیگر مقایسه شدند. پارامترهای ساختاری مانند آروماتیسیته و پارامترهای بلورینگی شامل فاصله بین لایه های آروماتیکی، فاصله بین زنجیر های پارافینی، قطر هسته آروماتیکی خوشه آسفالتینی و تعداد لایه های آروماتیکی موجود در هر خوشه از جمله پارامترهای مهمی بودند که با استفاده از الگوی پراش پرتو ایکس نمونه های آسفالتین محاسبه شدند. مقایسه نتیجه های ساختاری به دست آمده، با نتیجه های حاصل از کروماتوگرافی نمونه های نفت خام نشان می دهد که افزایش میزان آروماتیسیته آسفالتین نمونه ها متناسب با افزایش نسبت هیدروکربن های با وزن مولکولی بالا به هیدروکربن های با وزن مولکولی پایین است.

امروزه ژل های پلیمری به منظور جلوگیری از تولید آب اضافی به صورت گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. پژوهش حاضر، به مطالعه و بررسی آزمایشگاهی عملکرد ژل پلیمرها روی کاهش تولید آب اضافی می پردازد. ترکیب های متفاوت ژل پلیمرها و تاثیر پارامترهای متفاوت (دما، فشار، pH، درصد شوری) به طور جداگانه مورد بررسی قرار گرفته است. ژل بهینه روی چندین مدل فیزیکی که دربرگیرنده شرایط مخزن مورد نظر (اهواز-آسماری) بودند، مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس نتیجه های به دست آمده، افزایش دما باعث کاهش زمان بندش ژل پلیمر می شود در حالی که فشار، اثر چندانی روی زمان بندش ژل ندارد و از طرفی شوری باعث کاهش زمان بندش ژل می شود. نتیجه های آزمایش های مدل فیزیکی بیانگر کاهش 40 الی 60 درصدی برش آب در شرایط مخزن است.

تزریق دوباره آب تولیدی از مخازن نسبت به بقیه روش های دفع آب تولیدی مطلوب تر است. این روش هم از دیدگاه محیط زیستی و هم اقتصادی بهتر از سایر روش هاست و همچنین یکی از روش های حفظ فشار مخازن است. وجود ذره های کلوئیدی در آب تولیدی باعث کاهش نفوذپذیری مخزن می شود که به طور معمول تخریب سازند را در پی دارد. فرایند تخریب سازند با صاف کردن با جریان موازی سطح سیال (Cross flow filtration) مشابه است. در این پژوهش، به مدل سازی تشکیل کیک خارجی در فرایند صاف کردن با جریان موازی سطح در چاه نفت برای شرایط پایدار پرداخته می شود و پروفایل های ضخامت کیک، سرعت نفوذ، سرعت سیال در چاه و فشار در چاه نسبت به ارتفاع چاه به دست آمده و در نهایت هم آنالیز حساسیت ضخامت کیک به پارامترهای متفاوت مدل انجام می شود. مزیت این مدل نسبت به مدل های قبلی این است که پیروی مکانی کمیت های ذکر شده در نظر گرفته می شود بر خلاف مدل های قبل که پروفایل های کمیت های مذکور را تنها تابع زمان در نظر می گرفتند.

سدیم مونوفلوئوروفسفات (SFP) Na2PO3F به عنوان یک ماده ضد باکتری و قارچ کش در ساخت خمیر دندان های فلوئوردار کاربرد دارد. روش های متعددی برای تولید این ماده مطرح است، اما در بسیاری از موارد بهره واکنش فراورده کم گزارش شده است. با توجه به تنوع انواع فسفات ها، در این پژوهش به منظور دستیابی به بهره عمل مطلوب، واکنش انواع فسفات ها و پلی فسفات ها با سدیم فلورید مورد بررسی قرار گرفته است. یافته های حاصل بیان گر آن است که از واکنش سدیم اورتوفسفات (1P) و سدیم پیروفسفات (2p) و سدیم تری پلی فسفات (3p) با سدیم فلورید، SFP با خلوص مورد نظر تولید نمی شود. وجود P2O5 موجب افزایش خلوص می شود همچنین، از واکنش فسفات های حلقوی و بلند زنجیره SPF, (n≥12) با خلوص مناسب به دست می آید. انجام واکنش در دمای بالا و مدت زمان طولانی به دلیل تجزیه حرارتی SFP موجب تشکیل پیروفسفات می شود. از نتیجه های آزمایش ها در گستره دمایی 800-600 درجه سانتی گراد مشخص شد که در مدت زمان کم تر از 15 دقیقه، بهترین شرایط برای تولید فراورده مورد نظر با بالاترین بهره عمل (به تقریب 100 درصد) و خلوص (بالای 95 درصد) به دست می آید. مناسب ترین شرایط دمایی حاصل از به کارگیری سدیم فسفات خطی بلند زنجیره، 600 درجه سانتی گراد و برای 3M و 4M با NaF و 2P و 3P همراه با P2O5،  660درجه سانتی گراد است. آنالیز نمونه ها بر مبنای روش استاندارد مرجع USP انجام شده است.

در این پژوهش، تاثیر خم 90o و 180o افقی بر افت فشار و الگوی جریان دو فازی برای مخلوط آب-هوا در داخل لوله با قطر داخلی 4/2 سانتی متر مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس داده های تجربی به دست آمده مدلی برای پیش بینی افت فشار در خم ها ارایه شده است. مقایسه مدل به دست آمده با سایر مدل های موجود نشان می دهد که مدل اخیر نتیجه های بهتر و قابل قبولی برای پیش بینی افت فشار در خم ها ارایه می کند. آزمایش های متعددی نیز برای مشاهده الگوی جریان در مجاورت خم ها انجام شده است. در گستره ای از جریان، الگوی جریان در ناحیه بازیافت به طور موقت به الگوی جریان حلقوی تبدیل می شود. بر پایه این مشاهده ها، دو نقشه الگوی جریان برای بیان تاثیر خم ها در تغییر الگوی جریان دو فازی پیشنهاد شده است.

امروزه با توجه به روند افزایش مصرف تیتانیم دی اکسید و نیز کاهش منابع اولیه آن برای این ماده معدنی، کشورهای متفاوت فعالیت هایی را برای بازیابی TiO2 از رسوبات صنعتی انجام داده اند. گل قرمز (Red mud) تولید شده در فرایند آلومینا (روش بایر) نمونه ای از این رسوب های صنعتی است، که حاوی مقدارهای قابل توجهی TiO2 است. نظر به این که در رسوب های صنعتی و لجن ها بیشتر عنصرها به صورت ترکیب های کمپلکس وجود دارند، لذا روش های هیدرومتالورژی برای بازیابی عنصرهای با ارزش از لجن ها بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. گل قرمز، باطل شستشوی قلیایی بوکسیت در فرایند بایر است که حاوی عنصرهای با ارزش همچون تیتانیم می باشد. در شرایط معمولی به ازای هر تن آلومینای تولید شده از فرایند بایر، یک تن باطله (گل قرمز) تولید می شود. بنابراین، با توجه به حجم زیاد گل قرمز در این فرایند، در صورت بازیابی اقتصادی TiO2 افزون بر کاهش آلودگی محیط زیست (گل قرمز خاصیت قلیایی دارد) می تواند نیاز به واردات این ماده را نیز کاهش دهد و سود فراوانی را هم به عنوان فراورده جانبی برای طرح به همراه داشته باشد. برای بازیابی تیتانیم دی اکسید از گل قرمز روش های متفاوتی وجود دارد که روش هیدرومتالورژی یکی از این روش ها بوده که از سادگی و هزینه کم تری برخوردار است. برای بازیابی تیتانیم دی اکسید از گل قرمز کارهای متفاوتی در مقیاس های آزمایشگاهی و یا نیمه صنعتی صورت گرفته است که به طور عمومی با روش های هیدرومتالورژی و ترکیبی از روش های هیدرو و پیرومتارلورژی بوده است. در این پژوهش، ضمن شناسایی گل قرمز تولید شده در فرایند تولید آلومینا در کارخانه تولید آلومینای جاجرم و بررسی ویژگی ها و کاربردهای آن، برخی از روش های بازیابی TiO2 از گل قرمز نیز مورد مطالعه قرار می گیرد.

اسپینل اکسید منگنز لیتیمی 0.4, 0.5 (LixMnO2)  و X-0.3 به وسیله الکتروشیمیایی به صورت لایه نازکی روی گرافیت به عنوان سوبسترا سنتز شد. در این روش ابتدا MnO2 به وسیله برق کافت روی گرافیت سنتز شد و سپس داخل سازی Li به MnO2 به روش برق کافت معکوس صورت گرفت و سپس تا دمای 650oC در مدت زمان 20 دقیقه در معرض عملیات حرارتی قرار گرفت. برای بررسی تبلور ذره های سنتز شده از XRD استفاده شد و برای درک بهتر ارتباط خواص الکتروشیمیایی و شکل شناسی آنها، تصویرهای SEM از نمونه های متفاوت تهیه شد. ویژگی های الکتروشیمیایی LixMnO2 سنتز شده و فرایند ورود و خروج لیتیم از ساختار آن، به وسیله کارایی کاتدی آن هنگام شارژ-دشارژ و همچنین به وسیله آزمایش های ولتامتری چرخه ای (CV) در محلول 1 مولار LiClO4 در حلال EC:DMC به نسبت حجمی 1:1، مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه ها نشان دادند که فیلم نازک کاتدی سنتز شده روی گرافیت به وسیله فوق، می تواند به صورت مستقیم در کاتد باتری و بدون استفاده از افزودنی های دوده و بایندر استفاده شود.

برنامه COMSIM با هدف شبیه سازی مدارهای آسیاکردن صنعتی متشکل از آسیاهای گلوله ای و هیدروسیکلون در محیط صفحه گسترده اکسل توسعه یافته است. در این برنامه برای شبیه سازی عملکرد آسیاهای گلوله ای از روش مدل سازی موازنه جمعیتی استفاده شده است. در مدل آسیای گلوله ای، پارامترهای مورد نیاز زمان های اقامت متوسط مربوط به مدل های توصیف کننده زمان اقامت ذره های درون آسیا، تابع انتخاب و تابع توزیع شکست هستند. برای شبیه سازی عملکرد هیدروسیکلون ها از دو مدل پلیت و ناگسوارارائو که از نوع مدل های تجربی هستند، استفاده شده است. این دو مدل بر اساس ویژگی های هندسی هیدروسیکلون و ویژگی های پالپ ورودی، عملکرد هیدروسیکلون را پیش بینی می کنند. در این برنامه می توان مدارهای با چیدمان های متفاوت تشکیل شده از آسیا و هیدروسیکلون را شبیه سازی کرد. نتیجه های به دست آمده از شبیه ساز با داده های واقعی اندازه گیری شده در کارخانه مقایسه شده، درستی و دقت آن مورد بررسی و آزمون قرار گرفته است. شبیه سازی و نتیجه ها، نشان دهنده عملکرد قابل اطمینان نرم افزار در شبیه سازی های متفاوت است. از ویژگی های این شبیه ساز کاربری آسان، تغییر سریع و آسان داده های ورودی، کنترل داده های اشتباه، نمایش چندگانه جریان های متفاوت و همچنین نمایش نموداری نتیجه های شبیه سازی است.

یکی از کلیدی ترین و حساس ترین مراحل تصفیه در واحد شناور سازی به کمک هوای حل شده (DAF) صورت می گیرد که در این واحد، ذره های معلق کلوئیدی و روغن از پساب حذف می شود. در این پژوهش، اثر پارامتر های گوناگون روی بازده جداسازی با استفاده از پلی آکریل آمید کاتیونی به عنوان لخته ساز مطالعه شده است. این پارامتر ها عبارت اند از: غلظت پلی آکریل آمید کاتیونی،pH ، زمان اختلاط سریع، سرعت همزدن، زمان اختلاط آهسته، زمان اقامت و دما. بعد از طراحی آزمایش، کدورت نمونه های ساخته شده به وسیله دستگاه اسپکتروفتومتر اندازه گیری شد. نتیجه ها نشان می دهد که در تصفیه پساب پالایشگاهی به وسیله فرایند فلوکولاسیون فلوتاسیون، میزان اثر pH و غلظت لخته ساز به ترتیب 75 درصد و 9 درصد و اثر دما در این فرایند قابل اغماض است. وجود لخته ساز کاتیونی موجب افزایش بازده جداسازی گشته است.