پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
سال:1397 | دوره:2 | شماره:3 |تعداد مقالات:6

یکی از روش های کاهش اندازه تجهیزات انتقال حرارت، افزایش ضریب انتقال حرارت جابه جایی سیال است. هدف اصلی از این پژوهش طراحی و تولید نوعی نانوسیال بر پایه آب و اتیلن گلایکول است. بدین منظور ابتدا گرافن با استفاده از روش الکتروشیمیایی تولید و ساختار آن توسط طیف های واپاشی پرتو ایکس (XRD)، تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی انتقالی (TEM) مورد بررسی و تأیید قرار گرفت. با استفاده از درصدهای وزنی مختلف از نانوگرافن شامل 25/0، 5/0، 75/0، 1، 25/1 و 5/1% نانوسیال آب/اتیلن گلایکول/گرافن تولید گردید. سدیم دو دسیل سولفات (SDS) به عنوان فعال کننده سطحی جهت بهبود پایداری گرافن درون سیال پایه استفاده شد. سامانه آزمایشگاهی طراحی شده شامل لوله مارپیچ با دمای دیواره ثابت و مجهز به کنترل کننده دبی و نشانگر دما و فشار بود. عدد ناسلت و افت فشار برای آب خالص توسط سامانه آزمایشگاهی اندازه گیری و با مدل های تجربی موجود در این زمینه مقایسه گردید و مشخص شد که سامانه به خوبی قادر به پیش بینی نتایج است. ضریب انتقال حرارت جابه جایی، عدد ناسلت و نرخ انتقال حرارت با استفاده از سامانه مذکور برای آب/اتیلن گلایکول با نسبت وزنی 60 به 40 و نیز نانوسیال با درصدهای مختلف از گرافن در دبی های مختلف بررسی گردید. نتایج مشخص ساخت که با افزودن 1% وزنی گرافن به سیال پایه ضریب انتقال حرارت جابه جایی حدود 50% افزایش می یابد در حالیکه افت فشار نیز حدود 50% افزایش نشان می دهد. در نهایت یافته های این پژوهش پتانسیل استفاده از سامانه آب/اتیلن گلایکول/گرافن را در تجهیزات سرمایشی/گرمایشی مورد تأیید قرار می دهد.

رشد شدید تقاضای جهانی برای پروپیلن، موجب مطالعات و تحقیقات گسترده ای جهت یافتن روش های جایگزین به صرفه تر و با مصرف کمتر انرژی و بازده مناسب گردیده است. در این پژوهش از گاما آلومینا به عنوان پایه ی کاتالیست های مولیبدن در فرآیند هیدروژن زدایی اکسایشی پروپان، جهت تولید پروپیلن استفاده شده است. کاتالیست ها به روش تلقیح مرطوب تهیه شده است. به منظور ارزیابی و تعیین دقیق مشخصات کاتالیست های ساخته شده، آنالیزهای FTIR، XRD، BET، SEM و XRF انجام گرفته است. از طراحی آزمایش به روش مرکب مرکزی برای بررسی تأثیر پارامترهای دمای واکنش، درصد بارگذاری مولیبدن، نسبت پروپان به اکسیژن و همچنین بررسی تأثیر برهمکنش بین آن ها در تولید پروپیلن طی فرآیند هیدروژن زدایی اکسایشی پروپان استفاده شد. برای این منظور از بارگذاری مولیبدن در محدوده 16-4 درصد وزنی، نسبت پروپان به اکسیژن در محدوده 3-1 و دما در محدوده ی 540-380 درجه سلسیوس به عنوان متغیرهای ورودی روش مرکب مرکزی استفاده شد. پس از انجام آزمون راکتوری و تحلیل نتایج توسط نرم افزار طراحی آزمایش مشاهده شد، مدل های پیش بینی شده برای درصد تبدیل پروپان، درصد گزینش پذیری پروپیلن و درصد بازده هیدروژن زدایی اکسایشی با دقت 95% موردقبول است. حالت بیشینه درصد بازده هیدروژن زدایی اکسایشی با مقدار 02/14 درصد در دمای 487 درجه سلسیوس، 22/11 درصد بارگذاری مولیبدن و نسبت پروپان به اکسیژن 5/1 به دست آمد که در حالت آزمایشگاهی توانست با دقت 94% نسبت به حالت پیشنهادی بهینه مدل طراحی آزمایش حاصل شود.

در ایروژل های باساختار گرادیانی، تغییر قطر حفرات در ضخامت بر هدایت حرارتی موثر تاثیر گذار است. از آنجا که قطر حفرات با چگالی رابطه ی عکس دارد، پارامتر نسبت هدایت حرارتی موثر به چگالی ایروژل(B) تعریف می شود. کمترین مقدار B نشان دهنده ی شرایط بهینه ایروژل است. هدف این پژوهش، بهبود و شبیه سازی انتقال حرارت در ایروژل های ساختار گرادیانی برای بررسی تأثیر تغییر ساختار در ضخامت نمونه نسبت به ساختار های هموژن است. بدین منظور از داده های خواص و ساختار ایروژل سیلیکا استفاده شده و همچنین اثر هدایت حرارتی بهم پیوستگی کلویید ها در نظر گرفته شد. تغییرات انتقال حرارت با استفاده از نرم افزار کامسول برای ساختار هموژن با کمترین چگالی (L)، بالاترین چگالی (H) و با کمترین مقدار پارامتر B که عنوان ساختار بهینه (OPT) معرفی شده، بررسی و با میزان انتقال حرارت در ایروژل های ساختار گرادیانی شبیه سازی شده مقایسه شد. ایروژل های ساختار گرادیانی شبیه سازی شده در دو حالت از چگالی بالا به پایین (HtL) و چگالی پایین به بالا (LtH) طراحی و روند تغییرات دما با زمان در هر دو حالت مطالعه شده است. در نتایج بدست آمده، ایروژل ساختار گرادیانیLtH کمترین میزان انتقال حرارت را نشان داده (افزایش بازده 2 درصدی ساختار گرادیانی(LtH) نسبت به ساختار بهینه(OPT)) و به عنوان بهترین ساختار برای ایجاد یک عایق حرارتی پیشنهاد می شود.

در این مقاله، تاثیر اصلاح شیمیایی پلیمر اسکلروگلوکان بر رفتار جذب آن روی سنگ کربناتی مخزن نفتی مورد بررسی قرار گرفت. اصلاح شیمیایی اسکلروگلوکان با هدف افزایش آبگریزی آن و از طریق پیوندزنی همزمان گروه های یونی و آبگریز در ساختار آن صورت پذیرفت. بررسی رفتار جذب نمونه ها بر سطح سنگ کربناتی، افزایش میزان جذب نمونه های اصلاح شده در مقایسه با نمونه اولیه را نشان داد. ارزیابی فاکتورهای مختلف موثر بر فرایند جذب نشان داد که ایزوترم لانگمویر بهتر از ایزوترم های فرندلیچ و تمکین می تواند رفتار جذب اسکلروگلوکان و نمونه اصلاح شده آبگریز را پیش بینی کند. اما توصیف رفتار جذب نمونه اصلاح شده یونی-آبگریز با استفاده از مدل یاد شده مشکل بود. مطالعه سینتیک جذب نمونه ها نشان داد مدلهای شبه مرتبه دوم و نفوذ درون ذره ای از هماهنگی قابل قبولی برای توصیف نتایج تجربی برخوردار بودند. مطالعات ترمودینامیکی دلالت بر وابستگی مقادیر انرژی آزاد، GΔ ، به دما و نیز غلبه مولفه های آنتروپیک، در مقایسه با مولفه های آنتالپیک، در فرآیند جذب نمونه ها داشت. همچنین، مقادیر آنتالپی جذب، HΔ ، نمونه های مختلف ( در حدود KJ/mol 6 برای اسکلروگلوکان اولیه، در حدود KJ/mol 5 برای اسکلروگلوکان آبگریز و حدود KJ/mol 9 برای اسکلروگلوکان یونی-آبگریز)، بیانگر جذب فیزیکی نمونه ها بر سطح ذرات کربناتی در هر دو محیط آبی و نمکی بود.

در این پژوهش اثر مقادیر مختلف دو نوع کاتالیست پخت رایج دی بوتیل تین دی لورات (DBTDL) و تری فنیل بیسموت (TPB) و نسبت هایمختلف NCO/OH (R) بر عمر کاربری و خواص فیزیکی سیستم بایندر پلی یورتانی بر پایه پلی بوتادین خاتمه یافته با هیدروکسیل (HTPB) مورد بررسی قرار گرفته است. با افزایش مقدار کاتالیست پخت برای هر دو نوع کاتالیست، سرعت افزایش ویسکوزیته سیستم بایندر بیش تر می گردد. همچنین با افزایش مقدار R از 8/0 تا 1 سرعت افزایش ویسکوزیته و دانسیته اتصالات عرضی زیاد می شود. سیستم بایندر برپایه ایزوفرون دی ایزوسیانات (IPDI) دو مرحله مجزا افزایش ویسکوزیته با دو ثابت سرعت متفاوت را نشان می دهد که این امر به حضور دو نوع گروه ایزوسیانات با واکنش پذیری های متفاوت در ساختار مولکولی این عامل پخت نسبت داده می شود. در ادامه خواص فیزیکی و تورم نمونه های بایندر مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس این نتایج، بایندری که دارای بیش ترین دانسیته اتصالات عرضی است، دارای کم ترین میزان تورم هم می باشد. مقدار عمر کاربری از R 1 به 1/1، بر خلاف انتظار افزایش می یابد. در هنگام استفاده از کاتالیستDBTDL، اثر تفاوت واکنش پذیری بین دو گروه ایزوسیانات IPDI به وضوح قابل تشخیص است ولی زمانی که از کاتالیست پخت TPBاستفاده می شود این تفاوت مشاهده نمی-شود.

قالب گیری مولکولی ازجمله روش های نوین در تهیه محصولات جاذب با عملکرد اختصاصی است؛ به صورتی که زمینه پلیمری نهایی دارای مکان هایی برای اتصال انتخابی به مولکول هدف باشد. در این پژوهش سنتز و عملکرد فیلم های قالب گیری شده مولکولی(MIM)، تهیه شده با روش الکتروریسی، به عنوان جاذبی اختصاصی برای استخراج آفت کش مکوپروپ (MCPP) مورد بررسی قرار گرفت. سنتز فیلم ها درحضور متاکریلیک اسید (MAA) به عنوان مونومر و پلی اتیلن ترفتالات (PET) به عنوان جزء اصلی مورد نیاز برای تشکیل محلول پلیمری و با استفاده از حلال های دی کلرومتان (DCM) و تری فلورواستیک اسید (TFA) صورت گرفت. فیلم ها توسط حلال شسته شدند تا مولکول قالب از ساختار آن ها حذف و نواحی اتصال آزاد شود. سپس قدرت فیلم های قالب گیری شده در جذب اختصاصی آفت کش مکوپروپ بررسی شد. با توجه به نتایج به دست آمده، محلول با غلظت 20 درصد وزنی حجمی از PET به عنوان محلول بهینه برای الکتروریسی تعیین شد. بین قدرت جذب فیلم قالب گیری شده (MIM) و فیلم شاهد (NIM) در نسبت های مختلف از MCPP و MAA (1 به 2، 1 به 4، 1 به 6 و 1 به 8) اختلاف معنی داری وجود داشت (05/0p<) و نسبت 1 به 4 بیشترین قدرت جذب را نشان داد. همچنین گزینش پذیری فیلم های تولیدی در جداسازی آفت کش توفوردی به عنوان ترکیبی با ساختار مشابه مکوپروپ و دیازینون به عنوان آفت کش با ساختاری متفاوت مورد سنجش قرار گرفت. قابلیت فیلم ها در پاک-سازی MCPP از محیط های آبی (آب معدنی و آب چاه) نیز بررسی شد که نتایج، نشانگر عملکرد موفق فیلم های قالب گیری شده نسبت به انواع NIM بود.