مهندسی شیمی ایران
سال:1403 | دوره:23 | شماره:132 |تعداد مقالات:9

طراحی بهینۀ مبدل های حرارتی به منظور کاهش مصرف انرژی در صنایع بسیار حائز اهمیت است. یکی از انواع مبدل ها، مبدل حرارتی لوله مارپیچ است که باتوجه به برتری های آن نسبت به انواع دیگر مبدل ها امروزه بسیار استفاده می شود. در مکان هایی با کمبود فضا، استفاده از مبدل های حرارتی مارپیچ کاربرد زیادی دارد؛ بنابراین مطالعۀ این نوع مبدل می تواند یکی از موضوعات جالب توجه باشد. در این تحقیق لوله های مارپیچ مخروطی با سطح مقطع های دایره ای، بیضوی و مربعی و با زاویه های مخروطی 10، 30 و 50 درجه و طول گام های 15، 30 و 45 میلی متر به منظور بررسی عملکرد حرارتی-هیدرودینامیکی با شگرد دینامیک سیالات محاسباتی مدل سازی شدند. داده های مربوط به عدد ناسلت و ضریب اصطکاک برای هر سه شکل هندسی مقایسه، تحلیل و بررسی شد. نتایج نشان داد که در بین هندسه های مختلف، مقطع بیضوی به صورت میانگین در تمام محدوده های عدد رینولدز در زاویه های مختلف به ترتیب 33/34 و 38/0 درصد از هندسه با سطح مقطع مربعی و دایره ای عملکرد انتقال حرارت بهتری دارد. هم چنین به سبب تغییر ضخامت لایه مرزی مقدار عدد ناسلت و ضریب اصطکاک برای هندسه با مقطع مربعی دارای مقادیر کمتری است.

جریان های سیال چندفازی زمانی رخ می دهند که دو یا چند سیال به آسانی با هم مخلوط نمی شوند (مانند هوا و آب) و یک سطح مشترک دارند. جریان های چندفازی می توانند شامل سیالات چندفازی تک جزئی؛ به عنوان مثال، آب و بخار خود و سیالات چند فازی چندجزئی؛ به عنوان مثال، نفت/ آب در محیط متخلخل باشند. روش های مدل سازی جریان های چندفازی به سه دستۀ میکروسکوپیک، مزوسکوپیک و ماکروسکوپیک تقسیم می شوند. در این مقاله، توصیف مهم ترین روش های مدل سازی جریان چندفازی در محیط متخلخل ازجمله موازنۀ جمعیت، تنظیم سطح، میدانی فازی، لتیس بولتزمن، ممانعت اندازه، ردیابی جبهه و حجم سیال و مقایسۀ بین آن ها مرور می شود. روش های ردیابی جبهه و میدانی فازی از دقت بسیار بالایی برخوردارند. روش های تنظیم سطح و حجم سیال ازنظر مفهومی ساده؛ ولی تجزیه وتحلیل محاسبات روش میدانی فازی پیچیده است. در روش های حجم سیال و میدانی فازی ایجاد ناپایداری عددی محتمل تر است، ولی این موضوع در روش لتیس بولتزمن اتفاق نمی افتد. روش لتیس بولتزمن به زمان اجرای کم و روش موازنۀ جمعیت به بیشترین مدت زمان نسبت به سایر روش ها نیاز دارد. روش ها دارای برتری ها و کاستی های مختلفی هستند، درنتیجه برای انتخاب روش مناسب باید شرایطی هم چون مفهوم مسأله، زمان، هزینه و دقت نتایج در نظر گرفته شود.

مواد شوینده یکی از پرکاربردترین مواد شیمیایی در زندگی روزمرۀ انسان­هاست. ورود آن­ها به محیط زیست به ویژه آب­ها می­تواند باعث بالارفتن COD آب و بروز مشکلات جدی برای موجودات زنده شود. روش­های گوناگونی برای کاهش COD وجود دارد. انعقاد الکتریکی به عنوان یک روش الکتروشیمیایی راهکار مناسبی برای کاهش COD است. در این مطالعه به بررسی تأثیر انعقاد الکتریکی برای کاهش COD ناشی از موادشویندۀ لباس شویی پرداخته شده است. ولتاژ فرایند و تعداد الکترود به همراه زمان انعقاد به عنوان مشخصه های تأثیرگذار بررسی شدند. نتایج نشان داد که حالت 2 الکترود در مدت زمان 40 دقیقه در ولتاژ 15 ولت، منجربه کاهش COD تا 70% می­شود. این مقدار بهینه ترین میزان مصرف انرژی ازنظر زمان فرایند و مقدار کاهش شاخصۀ آلودگی بود

کلروفیل و کاروتنوئیدها را می توان با استفاده از حلال های مختلف از ریزجلبک ها استخراج کرد. در این تحقیق برای نخستین بار، بازده استخراج این رنگدانه ها از ریزجلبک مختلط در شرایط مرطوب و خشک بررسی و مقایسه شد. بازده استخراج کلروفیل a، b و کاروتنوئید با استفاده از حلال استون (بدون همزدگی) از جلبک مرطوب به ترتیب برابر 21/83%، 12/78%، 01/66% و از جلبک خشک به ترتیب برابر با 34/61%، 19/57% و 27/53% است. برای انتخاب حلال مناسب در استخراج رنگدانه ها از استون، اتانول، متانول، دی میتل اتر و سورفکتانت های غیریونی توئین (20% و 85%) استفاده شد. به دلیل شرایط سخت نگهداری جلبک مرطوب، از جلبک خشک در این آزمایش ها استفاده شد. نتایج نشان می دهد که بالاترین بازده استخراج کلروفیل a، b و کاروتنوئید با استفاده از توئین 85% در شرایط بدون همزدگی در روز دهم به ترتیب برابر با 70/91%، 12/87%، 90/79% است. نیز، بازده استخراج با استفاده از حلال متانول بعد از گذشت 10ساعت برابر70/82%، 12/65% و90/62% به دست آمد. برای کاهش مدت زمان استخراج با استفاده از توئین 85%، از همزدگی استفاده شد. براساس نتایج، استفاده از همزدگی، باعث افزایش سرعت استخراج رنگدانه ها می شود، به طوری که در مدت 50 دقیقه، بازده استخراج به 98% رسید.

میانگین مصرف آب خام در نیروگاه طرشت به میزان 2800m3/day چشم گیر است؛ از این رو ارائۀ راه کارهای اثربخش در راستای اصلاح الگوی مصرف و جلوگیری از اتلاف آب ضروری است. پس از بررسی­های فنی، راه کارهای مؤثر از قبیل بازچرخانی زهکش تمیز1 دمنده 2 دیگ بخار، زهکش شست وشوی صافی­های رزینی3، تصفیه و بازچرخانی دمنده برج­های خنک­کننده و غیره مطالعه شد. باتوجه به حجم و کیفیت پساب تولیدی نیروگاه، راه کار بازچرخانی زهکش­های تمیز به عنوان مؤثرترین روش انتخاب شد. در بین روش­های مختلف اجرایی راهکار بازچرخانی زهکش­های تمیز، دو روش استخر فواره­ای و مبدل حرارتی به عنوان روش های مؤثرتر ازنظر فنی-اقتصادی بررسی شد. مطالعات اقتصادی نشان داد که برای تهیۀ تجهیزات و اجرای راهکار بازچرخانی m3/h8 دمنده دیگ بخار، به میزان 1, 070, 000 هزار تومان برای روش استخر فواره­ای و1, 425, 630 هزار تومان برای روش مبدل حرارتی هزینه لازم است که روش استخر فواره­ای حدود 25% کمتر هزینه دارد. هم چنین بازگرداندن دمنده دیگ بخار (200m3/day ) به آب ورودی با روش فواره­ای (راندمان عملکردی 75%) منجربه کاهش 3/5% در مصرف آب و استفاده از روش مبدل حرارتی (راندمان عملکردی 95%) منجربه کاهش حدود 8/6% مصرف آب ورودی می شود. در کنار نتایج اقتصادی، مطالعات فنی نشان داد که روش استخر فواره­ای به دلیل سادگی عمل، امکان حذف آهن و هیدرازین برتری های بیشتری از سایر روش­های بازچرخانی دمنده دیگ بخار دارد.

در این مقاله شبیه سازی مولکولی مونت کارلو برای مطالعۀ حذف H2S و CO2 از جریان گاز طبیعی با زئولیت چابازیت بررسی شده است. ابتدا، منحنی ایزوترم جذب CH4، CO2 و H2S به صورت خالص برروی زئولیت Si-CHA در محدودۀ فشار 200-0 کیلوپاسکال در دماهای 298، 323 و 348 کلوین شبیه سازی و با نتایج تجربی مقایسه شد، به طوری که میانگین خطای حساب شده از شبیه سازی، نسبت به داده های تجربی برای گازهای مذکور در دمای 298 کلوین به ترتیب 3/18، 6/6 و 8/9 درصد به دست آمد. آنالیز گرمای جذب نیز حاکی از جذب فیزیکی هر سه گاز بود. در ادامه، ایزوترم های ترکیبات دوجزئی و سه جزئی گازهای فوق در محدودۀ ترکیب 90-70% گاز CH4 بررسی شد. نتایج نشان داد که تمایل زئولیت چابازیت به جذب CO2 و H2S به دلیل عامل قطبیت بالای آن بیشتر از گاز متان است؛ به طوری که انتخاب پذیری چابازیت هم در مخلوط های دوجزئی و هم سه جزئی برای CO2 و H2S نسبت به متان به ترتیب حدود 2 و 4 به دست آمده است.

هدف از این مطالعه بررسی آزمایشگاهی تأثیر نمک­های متفاوت بر بهبود عملکرد سورفکتانت کاتیونی ازمنظر نیروی کشش بین سطحی آب و نفت به صورت دینامیکی است. افزایش تولید از مخازن نفتی از دغدغه های بزرگ شرکت های نفتی است. نیروهای مویینه درون حفره ها، باعث به دام انداختن نفت در میان آن ها می شود و به عنوان یک فاز تولیدناپذیر تلقی می شود. سیلاب زنی سورفکتانت یک فن ازدیاد برداشت نفت است که در آن می توان رفتار فاز را درداخل مخزن با تزریق سورفکتانت ها دست کاری کرد. نتایج، نشان دهندۀ تأثیر نمک­های دوظرفیتی بر بهبود عملکرد سورفکتانت بوده است. هم چنین براساس آزمایش ها، حضور نمک در آب سبب کاهش نیروی کشش بین سطحی می­شود. علاوه برآن نمک­های دوظرفیتی در مقایسه با نمک­های تک ظرفیتی تأثیر بیشتری در کاهش نیروی کشش بین سطحی داشته است،

سینیتیک و ترمودینامیک جذب زیستی اورانیوم به وسیلۀ میکروجلبک کلرلا ولگاریس در یک سامانۀ ناپیوسته در دماها و غلظت های مختلف مطالعه شد. اثر مشخصه های مؤثر همانند pH، زمان تماس، غلظت اولیۀ آلاینده و دما بر میزان جذب، مطالعه شد. با بررسی اثر pH مقدار بهینۀ آن 4/5 مشخص شد و در دامنۀ دما و غلظت مورد مطالعه بیشینۀ مقدار جذب در دمای 15 درجه سلسیوس و غلظت اولیۀ 500mg/L رخ داد. مشاهده شد که ظرفیت جذب میکروجلبک کلرلا ولگاریس برای اورانیوم با افزایش دما کاهش می یابد. برای مطالعۀ سینیتیک فرایند جذب از مدل سینیتیکی نوع اشباعی استفاده شد و ضرایب همبستگی نشان داد که این مدل برای جذب زیستی اورانیوم مناسب است. با مدل سازی ایزوترم جذب اورانیوم به وسیلۀ میکروجلبک با مدل های لانگمیر و فرندلیچ مشاهده شد که داده های آزمایشگاهی با ایزوترم لانگمیر تطابق مناسبی دارد. هم چنین با استفاده از ثابت های تعادل در دماهای مختلف، مشخصه های ترمودینامیکی (DS، DH و DG) تعیین شد که حاکی از گرمازایی و خودبه خودی بودن فرایند است.

در پژوهش حاضر، روشی ساده و سریع برای استخراج هم­زمان هیدروکربن­های آروماتیک چندحلقه ای (9، 10-دی متیل آنتراسن، دی بنزوتیوفن) با استفاده از نانوجاذب کربنی مغناطیسی به دست آمده از چارچوب فلز-آلی r-MMIL-88 به­طور موفقیت­آمیزی ارائه و به کار گرفته شد. در ادامه آنالیت­های تغلیظ شده با روش کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا با دتکتور فرابنفش (HPLC-UV) اندازه گیری شدند. جاذب سنتزشده با روش های مختلف شامل FT-IR, XRD, VSM و TEM شناسایی شد. سپس روش طراحی مختلط مرکزی (CCD) به منظور شناسایی و بهینه سازی مشخصه ­های مؤثر بر استخراج ترکیبات ذکرشده استفاده شد. تحت شرایط بهینه، حد تشخیص­ها و محدودۀ خطی منحنی کالیبراسیون به ترتیب در محدودۀ 0/1-0/05 و 500-0/25 میگروگرم بر لیتر به دست آمد. انحراف استاندارد نسبی روش به عنوان معیاری از دقت کمتر از 7/9 درصد برای یک روز کاری و 5/12 درصد برای چند روز کاری به دست آمد. درنهایت جاذب مورد نظر به منظور استخراج و تعیین مقدار سریع ترکیبات مورد نظر در نمونه­های آب چاه، آب دریای خزر و خلیج فارس استفاده شد. انحراف استاندارد در محدودۀ 10-6-6/7 درصد و درصد بازیابی نسبی در محدودۀ 94-15 درصد به دست آمد. نتایج حاصل از آنالیز نمونه­های حقیقی نشان داد که این روش می تواند با موفقیت برای استخراج و پیش تغلیظ ترکیبات مورد نظر در نمونه های با بافت پیچیده استفاده شود.