شیمی و مهندسی شیمی ایران
سال:1387 | دوره:27 | شماره:1 |تعداد مقالات:16

آبکافت متیل استات، فرایندی است که طی انجام آن ماده ای با ارزش اقتصادی پایین را که به صورت فراورده فرعی در واکنش های تولید پلی وینیل الکل و ترفتالیک اسید تولید می شود، به دو ماده با ارزش افزوده به مراتب بالاتر یعنی استیک اسید و متانول، تبدیل می کند. در این مقاله روش فرایندی جدیدی که ضمن سهولت در طراحی، منجر به کاهش هزینه های ثابت و عملیاتی می شود، مورد بررسی قرار خواهد گرفت. استفاده از ظرف جمع آوری مایع برگشتی از چگالنده (Reflux Drum) به عنوان راکتور آبکافت، تضمین کننده دستیابی به مزایای فوق است. در این کار تجربی، پارامترهای موثر بر کل فرایند شامل نسبت مولی آب به متیل استات در خوراک (Rm)، دمای منطقه واکنش (Tr)، نسبت حجم خوراک ورودی به راکتور به حجم کاتالیست (LHSV) و نیز دمای جوش آور در برج متیل استات، برای بهترین جداسازی مورد بررسی قرار گرفته و مقدارهای بهینه تعیین شده اند. نتیجه های تجربی با مقدارهای پیش بینی شده به وسیله نرم افزارهای شبیه ساز فرایندی، مطابقت بسیار خوبی را نشان می دهند.

در این مقاله توسعه و بهینه سازی سیستم انحلال الکتریکی فلز رویم با چگالی جریان بالا (2 A.cm-2) بررسی شده است که به وسیله این سیستم می توان تکه های ریز رودیم، پودر، قطعه های کوچک از ورق و سیم ها را در زمان محدود و کنترل شده حل کرد. مینی راکتور انحلال الکتریکی رودیم به شکل استوانه گرافیتی ته پر شبیه لیوان که توانایی چرخش به دور محور خود را دارد و از نیروی گریز از مرکز پیروی می کند ساخته شد. درون سیستم به وسیله هیدروکلریک اسید 12N پر شده‏ دمای محلول 85oC، سرعت چرخش گرافیت 1000rpm‏، جریان کاربردی  30A متناوب تنظیم شده است.

در این پژوهش، روش میدان الکتریکی غیر یکنواخت دای الکتروفورز (Dielectrophoretic) با جریان سینوسی برای انعقاد و حذف ذره های کلوییدی پساب کارخانه فرش البرز بابلسر مورد مطالعه و مقایسه با سایر روش ها قرار گرفته است. در این مطالعه اثرهای دما، زمان و ولتاژ بر بازده جداسازی ذره های کلوییدی پساب های صنعتی بررسی شده است. مشخص شد که روش میدان الکتریکی غیر یکنواخت می تواند روش برگزیده ای برای جداسازی ذره های کلوییدی در پساب ها باشد. اندازه گیری کدورت در این کار آزمایشگاهی به وسیله دستگاه کـدورت سنج بـا واحـد «فورمزین نفلومتـری یونیت» (FNU=Formazine Nephelometry Unit) صورت گرفته است. در شرایط آزمایشگاهی و در ولتاژ 7500 ولت و در دمای 40 درجه سانتی گراد و با فرکانس 50 هرتز، میزان کدورت از مقدار FNU=1 به میزان کدورت FNU=0.04 یعنی بازده جداسازی 96 درصد به دست آمد.

دی متیل اتر (DME) یکی از بهترین گزینه ها برای بهره برداری بهینه از منابع انرژی فسیلی (به عنوان جایگزینLPG ، سوخت دیزل و...) است که می تواند به دو روش مستقیم و غیر مستقیم تولید شود. به دلیل کم تر بودن قیمت نهایی این ماده در تولید به روش مستقیم ، این روش در سال های اخیر بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. در این روش گاز سنتز روی کاتالیست های ترکیبی که متشکل از دو بخش سنتز متانول و آب گیری از متانول است، به طور مستقیم به DME تبدیل می شود. از مهم ترین مزایای این روش، افزایش چشم گیر تبدیل CO و بازده تولید DME به واسطه ایجاد همکاری مثبت بین واکنش های درگیر در فرایند به سمت تولید بیشتر است. تلاش های زیادی برای اصلاح فرایند و کاتالیست های آن در حال انجام است. در این پژوهش، کاتالیست ترکیبی از اختلاط فیزیکی کاتالیست صنعتی متانول (ساخت شرکت KMT روسیه) و کاتالیست آب گیری H-MFI-90 تهیه شده است. کاتالیست ذکر شده ضمن شناسایی به روش هایی مانندBET ،XRF ،XRD ، در میکروراکتور دوغابی در گستره دمایی 200 تا 240 درجه سانتی گراد، گستره فشار 10 تا 50 bar، گستره نسبت H2/CO خوراک از 0.26 تا 1.52 و نسبت کاتالیست متانول به کاتالیست آب گیر در گستره 0.67 تا 4 با دور هم زن 1600rpm و دبی 500ml/gcat.h طبق برنامه ارایه شده به وسیله روش تاگوچی برای طرح آزمایش ها در 9 اجرا بررسی شد. بر اساس نتیجه های به دست آمده، برای کاتالیست یاد شده در گستره شرایط عملیاتی مورد بررسی، مقدارهای بهینه عملیاتی مثال: دما 240oC، فشار 33.3 bar، نسبت  H2/COدر خوراک برابر با 1.5 و نسبت کاتالیست متانول به کاتالیست آب گیر برابر با 3 به دست آمد.

انواع متفاوتی از ترکیب های شیمیایی به منظور پیشگیری، حذف و یا کاهش اثرهای نامطلوب ناشی از رسوبات واکسی به کار می روند. در این پژوهش، اثر این گونه مواد در غلظت های متفاوت روی نقطه ریزش روغن به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. نتیجه های به دست آمده از این پژوهش نشان می دهد که افزودن مواد افزودنی به روغن موجب کاهش نقطه ریزش می شود، اما کاهش نقطه ریزش متناسب با افزایش غلظت ماده افزودنی نیست. همچنین تاثیر استفاده هم زمان از ماده افزودنی و ماده رقیق کننده در کاهش نقطه ریزش بسیار بیشتر از استفاده ماده افزودنی به تنهایی است. نتیجه های حاصل از این پژوهش تجربی نشان می دهد که مواد افزودنی با ترکیب های متفاوت، اثرهای متفاوتی در کاهش نقطه ریزش دارند و به طور یکسان نقطه ریزش را کاهش نمی دهند.

در این پژوهش، یک الگوریتم جدید در مساله تجزیه سازی برای اصلاح شبکه مبدل های حرارتی به منظور کاهش مصرف انرژی ارایه شده است. در این الگوریتم، قوانین و فرض هایی به منظور کاهش هزینه های انتقال جریان (هزینه های لوله کشی و پمپ کردن سیال) و پیچیدگی های واحد در نظر گرفته شده و انعطاف پذیری خوبی برای استفاده در واحدهای صنعتی بزرگ فرایندی دارد. این الگوریتم دارای دو مرحله است: در مرحله نخست، با استفاده از مفهوم منطقه بندی در طراحی از پایه، شبکه مبدل های حرارتی موجود به دو یا چند زیرساختار (زیر شبکه) اولیه با در نظر گرفتن محدودیت های انتقال جریان تقسیم می شود. در زیرساختارهای اولیه به دست آمده، هر مبدل حرارتی می تواند متعلق به یک یا چند زیرساختار باشد. مرحله دوم، کاهش تعداد اجزای تشکیل دهنده هر زیرساختار با به کار بردن محدودیت های واحد از قبیل عملکرد بخش های متفاوت، جانمایی اجزا و جنس مبدل های حرارتی است. در نهایت زیرساختارهای ایجاد شده، زیرساختارهایی مستقل و بدون انتقال حرارت در بین یکدیگر به دلیل محدودیت های انتقال جریان هستند. وجود مسیر در هر زیرساختار، موقعیت های بازیافت حرارتی مناسب را فراهم می سازد. آنالیز مسیر ابزاری سودمند برای شناسایی جریان هایی که قابلیت پذیرش انتقال حرارت فرایند به فرایند و تشکیل مسیر را دارند، است. جریان های مذکور می توانند متعلق به یک یا چند زیرساختار متفاوت باشند. هر یک از زیرساختارهای نهایی بر اساس روش های اصلاح شبکه مبدل های حرارتی قابل اصلاح است. همچنین در این مقاله روندی جدید برای اصلاح شبکه مبدل های حرارتی به ویژه برای هنگامی که در شبکه، مبدل های حرارتی فرایند به فرایند وجود ندارد بیان شده است. مطالعه موردی انتخاب شده، واحد استیک اسید پتروشیمی فن آوران است که نخست شبکه مبدل های حرارتی به زیرساختارهایی تجزیه و سپس هر زیرساختار با روند اصلاحی جدید اصلاح شده است.

در این پژوهش، قدرت دو جاذب ارزان قیمت پوسته شلتوک برنج و خاک اره در مقایسه با یک نمونه خاک برای حذف فلزهای سنگین روی (Zn)، نیکل (Ni)، کادمیم (Cd)، سرب (Pb) و مس (Cu) از محلول های آزمایشگاهی بررسی شد. برخی ویژگی های شیمیایی پوسته شلتوک و خاک اره مانند ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC)، درصد عنصرها و سطح ویژه به ترتیب با روش های آمونیم استات،EDX  و SEM و N2-BET تعیین شدند. آزمایش های جذب در سوسپانسیون های 1:100 جاذب به محلول انجام گرفت. تاثیر pH و غلظت اولیه محلول، زمان، نوع جاذب و تغییر دانه بندی آن در جذب فلزهای سنگین از محلول ها بررسی شد. اثر افزایشpH  محلول در افزایش جذب کاتیون فلزی در سطح آماری 1 درصد معنی دار بود. pH=5 به عنوان کم ترینpH  که به طور میانگین بالاترین جذب را نشان داده برای انجام آزمایش های جذب انتخاب شد. در pH های بالاتر شدت جذب کاهش می یابد. در این pH، فلزهای سرب و کادمیم به ترتیب با میانگین های 0.87 و 0.77 میلی گرم در گرم نسبت به سایر فلزهای مورد آزمایش بالاترین مقدارهای جذب را به خود اختصاص دادند. مس، روی و نیکل به ترتیب در رده های بعد قرار گرفتند. مقایسه بین 3 جاذب نشان داد در جذب یون های فلزی، بعد از خاک، بیشترین جذب مربوط به پوسته شلتوک و سپس خاک اره است. تفاوت جاذب ها در جذب روی، نیکل و کادمیم در سطح 1 درصد معنی دار بود. افزایش غلظت اولیه یون فلز نیز موجب افزایش جذب شد. بررسی هم دماهای جذب سطحی این فلزها نشان داد که در هر سه جاذب، داده ها با مدل جذب سطحی فروندلیچ مطابقت می کنند. افزایش زمان تماس جاذب با محلول، مقدار جذب را افزایش داد. برای هر سه جاذب، بیشترین مقدار جذب در زمان 60 دقیقه به دست آمد که به عنوان زمان تعادل در نظر گرفته شد. هم چنین با ریز تر شدن دانه بندی مواد جاذب (ذره های کوچک تر از 0.5 میلی متر) مقدار جذب فلزها افزایش یافت.

در این پژوهش، حذف ترکیب های گوگردی از بنزین به وسیله کاتالیست بر پایه نانولوله های کربنی و در شرایط ناپیوسته مورد مطالعه قرار گرفته است. داده های سینتیکی و ایزوترم های جذب در حالت تعادل از داده های آزمایشگاهی به دست آمده و تاثیر پارامترهای متفاوت آزمایشگاهی از قبیل زمان تماس، غلظت اولیه ترکیب های گوگردی، مقدار کاتالیست استفاده شده و دما، روی سینتیک حذف ترکیب های گوگردی بررسی شد. نتیجه های به دست آمده نشان می دهد که پارامترهای اصلی که نقش مهمی در حذف این ترکیب ها بازی می کنند، غلظت اولیه ترکیب های گوگردی و نسبت کاتالیست استفاده شده به بنزین هستند. زمان لازم برای رسیدن به تعادل در این واکنش بسته به مقدار غلظت اولیه ترکیب های گوگردی 7 تا 11 ساعت است. برای محاسبه معادله سرعت واکنش از روش های دیفرانسیلی و انتگرالی استفاده شده است. درجه واکنش محاسبه شده از هر دو روش حدود 2.85 است و ثابت سرعت واکنش در دماهای مختلف متغیر است. با افزایش دما از -2 تا 40 درجه سانتی گراد مشاهده می شود که میزان حذف برای محلولی با غلظت اولیه 1000ppm از 76 درصد به 81 درصد افزایش می یابد، همچنین بررسی تطابق داده های جذبی ترکیب های گوگردی با ایزوترم های متفاوت نشان داد که مدل لانگمور برای این داده های آزمایشگاهی از مدل جذب فرندلیچ مناسب تر است.

در این پژوهش، استخراج ناپیوسته اسید آمینه ضروری فنیل آلانین، از یک محلول آبی با غلظت مشخص به وسیله غشای مایع امولسیونی انجام شد. غشای مایع امولسیونی (ELM) با استفاده از ماده استخراج کنندهD2EHPA ، امولسیفایرSPAN 80 ، رقیق کننده های پارافین و نفت سفید، محلول الکترولیت داخلی HCl آماده شد. پارامترهای موثر مانند pH فاز خارجی، غلظت الکترولیت در فاز داخلی، غلظت ماده استخراج کننده و سورفکتانت در امولسیون، نسبت حجمی فاز آلی به فاز آبی داخلی (Roi)، نسبت حجمی امولسیون به فاز خارجی (Rew) و زمان، مورد بررسی قرار گرفته و با استفاده از نرم افزار تاگوچی برای به دست آوردن شرایط بهینه، طراحی و بهینه سازی شد. این طرح پژوهشی نخستین مطالعه در رابطه با غشای مایع امولسیونی است که با این گستردگی تمام پارامترها را بررسی و بهینه سازی نموده است. نتیجه های به دست آمده نشان می دهد که با تهیه یک امولسیون پایدار و با انجام استخراج در بهینه شرایط می توان به میزان بالایی از استخراج اسید آمینه فنیل آلانین در زمانی کوتاه رسید.

در این پژوهش، یک بررسی سیستماتیک برای تعیین سینتیک واکنش HDS میعان های گازی با استفاده از یک کاتالیست تجاری CoMo/g-Al2O3 انجام و پارامترهای عملیاتی فرایند بهینه شد. آزمایش ها در یک میکرو راکتور بستر قطره ای (Trickle bed) در دمای  280-340oC، فشار 40-50 bar  و سرعت فضایی 1-5h-1 (LHSV) انجام شد. نسبت هیدروژن به خوراک مایع (H2/Oil) در این آزمایش ها برابر 125nl/l و مقدار  10cc کاتالیست استفاده شد. قبل از انجام آزمایش های مربوط به تعیین سینتیک، با انجام آزمایش های مقدماتی، اثرهای انتقال جرم روی واکنش شیمیایی ارزیابی و مشخص شد که در محدوده عملیاتی مورد نظر، مقاومت نفوذ حفره ای و مقاومت فیلمی تاثیری در سینتیک واکنش شیمیایی ندارند. سینتیک واکنش HDS با استفاده از ماده گوگرددار تیوفن و به صورت مدل توانی تعیین شد. نتیجه های حاصل نشان داد که درجه واکنش HDS تیوفن در خوراک میعان های گازی برابر 1.3 است. انرژی فعال سازی واکنش HDS نیز برابر 77.55kJ/mol تعیین شد.

سیلیکات های لایه ای مورد استفاده در نانو کامپوزیت های پلیمری اغلب از خانواده مونت موریلونیت هستند. در این کار پژوهشی از خاک های رس (بنتونیت) داخل کشور که حاوی مونت موریلونیت هستند، استفاده شد. در ابتدا معادن مربوط به این نوع خاک ها شناسایی و با بررسی ابتدایی 20 نوع خاک از شرکت های بهره بردار از این معادن، تهیه شد. پس از انجام یک سری عملیات فراوری، خاک مناسب انتخاب و سپس به کمک فرایند تبادل یون به خاک آلی مناسب برای مخلوط شدن با پلی پروپیلن تبدیل شد. خاک آلی تهیه شده به همراه یک ترکیب سازگار دهنده با نسبت های متفاوت با پلی پروپیلن مخلوط و صفحه های نانوکامپوزیت تهیه شد. برای شناسایی، بررسی ریخت شناسی و ویژگی های خاک های تهیه شده، خاک آلی و نانوکامپوزیت های ساخته شده از روش هایXRD ، تجزیه عنصری،SEM ،TEM ،AFM ، مقاومت مکانیکی، ضربه پذیری وHDT  استفاده شد. مناسب ترین فرمولاسیون نانوکامپوزیت ساخته شده شامل 5 درصد وزنی خاک آلی و 10 درصد وزنی سازگاردهنده است که مقاومت کششی، مقاومت به ضربه وHDT  آن در مقایسه با صفحات پلی پروپیلن به ترتیب به میزان 24، 17 و 55 درصد بهبود یافته است.

در فرایند تولید مس به هنگام تصفیه الکترولیتی، مس آندی حل شده و روی کاتد رسوب می کند. برخی ناخالصی های همراه مس که نامحلول هستند در ته سلول آبکافت ته نشین می شوند که به این رسوب ها، لجن آندی گفته می شود. این لجن شامل طلا، نقره، سلنیم، تلوریم و سایر فلزهای گران بهای موجود در مس آندی است. بقیه لجن را فلزهایی مانند مس، سرب، نیکل و غیره تشکیل می دهند. روش های هیدرومتالورژی و پیرومتالورژی متعددی برای بازیابی این عنصرهای گران بها موجود است که در بیشتر این روش ها، ابتدا مس و تلوریم موجود در لجن را با استفاده از لیچ با سولفوریک اسید جدا کرده و سپس تلوریم را از محلول با استفاده از قراضه مس به صورت Cu2Te رسوب می دهند و در ادامه، عنصرهای با ارزش دیگر آن را بازیابی می کنند. در این پژوهش، ابتدا لجن آندی مجتمع مس سرچشمه کرمان تجزیه شد و مقدار عناصر با ارزش در لجن به دست آمد و سپس مقداری از لجن با سولفوریک اسید لیچ شد. محلول حاصل از لیچ شامل 103.6ppm  تلوریم بود. در ادامه اثر دما، زمان و مقدار پودر مس بر ترسیب تلوریم بررسی شد. نتیجه ها نشان داد که در دمای 105 درجه سانتی گراد، زمان 90 دقیقه و پودر مس 3 برابر مقدار استوکیومتری، مقدار ترسیب تلوریم حدود 90 درصد به دست آمد.

با کاهش دمای دیواره لوله های انتقال نفت خام به زیر دمای ابری شدن، رسوبات واکس روی سطح داخلی لوله شکل می گیرد. حذف رسوبات واکس به وسیله یکی از روش های مکانیکی، شیمیایی و حرارتی صورت می گیرد. با افزایش زمان تولید و افت دبی تولیدی زمان ماند نفت در لوله افزایش می یابد و در نتیجه احتمال تشکیل رسوب واکس افزایش می یابد. در این پژوهش، با استفاده از سیستم دینامیکی طراحی شده، میزان رسوب واکس برای چهار نمونه نفت خام (E، D، C، B) مربوط به مخازن ایران، مورد مطالعه قرار گرفته است. نمونه نفت های مورد استفاده دارای درصد وزنی واکس در گستره 2 الی 3 درصد هستند. نتیجه پژوهش ها نشان می دهد که تفاوت دمای سیال و دیواره لوله مهم ترین عامل روی میزان رسوب است. افزایش دبی سیال سبب خارج شدن بیشتر واکس از سیال می شود، ولی امکان رسوب گذاری روی لوله را کاهش می دهد. ویژگی های فیزیکی سیال نمی تواند به تنهایی بیان گر مقدار رسوب بر روی لوله باشد و میزان رسوب بستگی به شرایط عملیاتی دارد. مساله رسوب در لوله تنها به رسوب واکس ختم نمی شود، بلکه باید رسوب را از دید کلی و با توجه به کلیه اجزای نفت بررسی کرد.

با توجه به میزان انتقال حرارت بهبود یافته، یکنواختی بستر کاتالیست و عدم مقاومت نفوذ در راکتورهای بستر سیال، استفاده از این نوع راکتورها در تولید گاز هیدروژن با استفاده از فرایند تبدیل کاتالیستی متان در مجاورت بخار آب مناسب به نظر می رسد. در این پژوهش، مدلی ارایه شده تا بتوان با استفاده از شبیه سازهای موجود و ساختار هیدرودینامیکی بستر سیال، رفتار راکتور کاتالیستی متان را به عنوان یک راکتور غیر ایده آل در مجموعه یک فرایند پیچیده پیش بینی کرد. نتیجه های به دست آمده از شبیه سازی این مدل در محیط نرم افزار 1، Hysys 3 با داده های تجربی در تعداد تقسیم های کم تر برای این فرایند مطابقت بسیار خوبی دارد و در مقایسه با مطالعات اخیر در این زمینه نتیجه های بهتری را نشان می دهد.