مهندسی شیمی ایران
سال:1399 | دوره:19 | شماره:109 |تعداد مقالات:7

پیشرفت و گسترش علم و فناوری در قرن 19 میلادی و لزوم تسلط بر دانش واکنش ها، انتقال جرم، فرایندهای جداسازی، اقتصادی مهندسی و مباحث موجب شد تا رشته مهندسی شیمی از مهندسی مکانیک جدا شوند و در دسته رشته های مادر مهندسی قرار گیرد. . . .

در سال های بازپسین، با صنعتی شدن جوامع، افزایش جمعیت و آلودگی در سراسر دنیا، تمایل به استفاده از سورفکتانت های زیستی افزایش یافته است. زیست توده ها طیف وسیعی از ترکیبات فعال سطحی به نام سورفکتانت های زیستی را، که ترکیبات دوگانه دوستی با سر آب دوست دم آب گریز هستند تولید می کنند. این ترکیبات به طور عمده براساس وزن مولکولی، خواص فیزیکی-شیمیایی و منبع میکروبی طبقه بندی می شوند. سورفکتانت های زیستی با وزن مولکولی کم، کشش سطحی آب/هوا یا آب/روغن را کاهش می دهند، درحالی که امولسیفایرهای زیستی با وزن مولکولی بالا، در تثبیت امولسیون ها موثر هستند. سورفکتانت های زیستی، باتوجه به ویژگی ها و برتری های بالقوه خود نسبت به انواع شیمیایی مانند سمیت کم، تجزیه پذیری زیستی بالا، غلظت بحرانی مایسل کم و تحمل دما، قدرت یونی و pH، در صنایع مختلفی همچون صنعت نفت، غذایی، پزشکی، آرایشی، شوینده، کشاورزی و پالایش زیستی محیط زیست کاربردهای گسترده ای یافته اند. با این حال کاربرد و تولید آن ها در مقیاس صنعتی به علت هزینه بالای تولید، محدود شده است. به همین دلیل صنایع و پژوهشگران در پی یافتن روش هایی همچون استفاده از بسترهای ارزان قیمت مانند ملاس، روغن های گیاهی و آب پنیر هستند؛ تا بتوانند هزینه بالای تولید این محصولات سبز را در مقیاس صنعتی کاهش دهند. از این رو شناخت ویژگی ها و مشخصه سازی سورفکتانت های زیستی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این بررسی به چند جنبه مهم سورفکتانت های زیستی همچون طبقه بندی، ویژگی ها، عوامل موثر بر تولید، شاخص های ارزیابی و روش های آزمون و کاربرد آن ها در صنایع مختلف پرداخته شده است.

آویشن یکی از داروگیاهانی است که بیشتر به شکل اسانس استفاده می شود. اسانس روغنی آویشن از جمله مواد کاربردی و دارای خواصی بی همتا است. روش های گوناگونی برای استخراج اسانس از مواد گیاهی وجود دارد که در پژوهش پیش رو باتوجه به اهمیت و کاربرد بالای روش تقطیر با آب و بخار، اسانس گیری به وسیله دستگاه کلونجر، به مدت 2 ساعت انجام شد و بازده استخراج 32/2% (حجمی/ حجمی) بود. در پژوهش پیش رو از مدل ریاضی بر مبنای پدیده انتقال جرم برای پیش بینی استخراج اسانس آویشن با استفاده از قانون دوم فیک برای مدل سازی انتقال جرم و استخراج اسانس آویشن با استفاده از فرایند تقطیر با بخار استفاده شد. در این مدل از اختلاف غلظت بین دو نقطه مختلف و با ضریب نفوذ 11-10×54/4 متر مربع بر ثانیه برای مدل سازی استفاده شد. نتایج حاصل از مدل سازی ریاضی مطابقت و همپوشانی بسیار مناسب 98% با داده های آزمایشگاهی از خود نشان داد. از تجزیه GC-MS برای مشخص کردن مواد تشکیل دهنده اسانس و همچنین ترکیب درصد آنها استفاده شد که دو ماده کارواکرول و تیمول بیشترین ترکیب درصد موجود در اسانس بودند. با بررسی خاصیت آنتی اکسیدانی اسانس روغنی آویشن استخراج شده، نتایج نشان داد این ماده میزان 1/95% خاصیت آنتی اکسیدانی دارد.

درهرگونهگیاهی صدها ترکیب شیمیایی با ترکیب درصدها و خواص متفاوت موجود است. جداسازی درست ترکیبات شیمیایی موجود در گیاه و ایجاد ارتباط بین خواص دارویی گیاه با ترکیب موثر آن می تواند هم زمینه تولید انبوه داروی مفید را فراهم سازد و هم از عوارض ناشی از مصرف مستقیم گیاه دارویی که گاهی از سایر ترکیبات مضر موجود در گیاه ناشی می شود، جلوگیری کند. در این تحقیق استخراج مواد موثره از گیاه خرنوب با استفاده از دی اکسیدکربن فوق بحرانی با ترکیبامواج فراصوت بررسی شد. بازده استخراج با سیال فوق بحرانی با افزایش فشار و کاهش اندازه ذرات افزایش یافت. استفاده از امواج فراصوت باعث افزایش میزان بازده استخراج شد. بهترین شرایط آزمایش در فشار 210 بار، دمای 35 درجه سلسیوس و اندازه ذره 4/0 میلی متر و اندازه بسامد 37 کیلوهرتز به دست آمد. بازده استخراج در این شرایط مقدار 7825/3 به دست آمد. عطرمایه به دست آمده از روش کلونجر و استخراج با روش فوق بحرانی با روش کروماتوگرافی گازی و کروماتوگرافی طیف سنج جرمی تجزیه شد. پس از تجزیه و تحلیل عطرمایه استخراج شده، ماده استامید، نرولیدول، پیرولیدین و استیگمست به عنوان ماده موثره انتخاب شد. همچنین بازده استخراج با سیال فوق بحرانی (7825/3) به مراتب بهتر از روش کلونجر (02/1) به دست آمد.

به دلیل کاربرد لیتیم در صنایع مختلف تقاضا برای آن افزایش یافته است. آب دریا منبع بزرگی از لیتیم است ولی غلظت لیتیم در آن بسیار پایین است. روش های متداول جداسازی در چنین غلظت های اندک کارایی لازم را ندارد. تحقیقات اخیر نشان داده روش جذب تطبیق داده شده برای استخراج لیتیم از آب دریا و شورابه های با غلظت کم امیدوارکننده است. چالش های مهم استفاده از جاذب های یون لیتیم در عملیات صنعتی شامل استفاده زیاد از محلول، افت فشار در جذب، بازیافت دشوار جاذب های پودری و عملکرد احیاء ضعیف است. برای حل این مشکلات جاذب های پودری را با اصلاح سطح، افزودن قابلیت جداسازی مغناطیسی و تهیه کامپوزیت برای کاربرد صنعتی آماده می سازند. در این مقاله، مروری بر جاذب های متداول یون لیتیم شامل انواع غربال های یونی، کرون اتر، کربن فعال، زیولیت و کلرید هیدرواکسید دوگانه آلومینیم لیتیم لایه ای و پارامترهای تاثیر گذار روی جذب لیتیم انجام گرفته است. همچنین روش هایی که در کاربردهای عملی موجب بهبود عملکرد هر یک از جاذب ها می شود بیان شده است.

در این پژوهش روشی برای بازیابی حرارتی گرمای بستر احیا شده یک سامانه نمک زدایی جذب سطحی با دو بستر ارایه شده است. اثر بازیابی حرارتی بسترها بر عملکرد سامانه بررسی شده است. اثر دمای آب گرم کننده و آب خنک کننده ورودی به بستر و چگالنده بر عملکرد سامانه و بازیابی حرارتی آن بررسی شده است. در دمای آب خنک کننده ثابت، افزایش دمای آب گرم کننده میزان آب تولیدی را افزایش می دهد و بر انرژی مصرفی تاثیر چشمگیری ندارد؛ به عنوان مثال در دمای آب خنک کننده 20 درجه سلسیوس، با افزایش دمای آب گرم کننده از 50 تا 90 درجه سلسیوس آب تولیدی 75/2 برابر می شود، حال آن که انرژی مصرفی 4/7 درصد کاهش می یابد. بازیابی حرارتی موجب کاهش انرژی مصرفی سامانه می شود. با افزایش دمای آب گرم کننده اثر بازیابی حرارتی افزایش می یابد. به گونه ای که درنتیجه بازیابی حرارت در آب گرم کننده 50 و 90 درجه سلسیوس مصرف انرژی سامانه به ترتیب 9/10 و 6/37 درصد کاهش پیدا می کند. افزایش دمای آب خنک کننده ورودی به بستر و چگالنده موجب کاهش آب تولیدی و افزایش انرژی مصرفی سامانه می شود. اثر دمای آب خنک کننده ورودی به چگالنده بر آب تولیدی و انرژی مصرفی بیشتر از دمای آب خنک کننده ورودی به بستر است. با افزایش دمای آب خنک کننده صرفه جویی انرژی در اثر بازیابی حرارتی کاهش می یابد. در دمای آب خنک کننده 10 درجه سلسیوس، بازیابی حرارتی مصرف انرژی سامانه را حدود 47 درصد کاهش می دهد؛ حال آن که این مقدار در 23 درجه سلسیوس حدود 12 درصد است. اثر دمای آب خنک کننده ورودی به چگالنده از دمای آب خنک کننده ورودی به بستر بیشتر است. با افزایش دماهای آب خنک کننده ورودی به چگالنده از 15 به 35 درجه سلسیوس، صرفه جویی انرژی مصرفی در اثر بازیابی حرارتی از 7/53 تا 3/9 درصد کاهش می یابد.

به تازگی روش های بهینه سازی، به طور گسترده در محاسبات تعادل فازی استفاده شده است. از بین این روش ها، می توان از الگوریتم ژنتیک برای محاسبه مولفه های برهم کنش دوتایی الگو های ضریب فعالیت در سامانه های تعادلی استفاده کرد. در این مطالعه، با استفاده از الگوریتم ژنتیک، مولفه های برهم کنش 5 الگو ضریب فعالیت شامل مارگولس 2-مولفه ای، 3-مولفه ای، ویلسون، NRTL و UNIQUAC برای 20 سامانه تعادلی سه جزیی (آب + اسیدهای کربوکسیلیک + حلال های آلی) شامل 126 خط رابط حساب شده است. اندازه های مولفه های برهم کنش دوتایی این الگو ها به همراه میانگین انحراف مربع ریشه (RMSD) گزارش شده است. مقادیر میانگین RMSD سامانه ها به ترتیب الگو های مذکور 0298/0، 0067/0، 0114/0، 0025/0 و 0052/0 شده است. نتایج حاکی از این است: به جز الگوی مارگولس 2-مولفه ای، بقیه الگو ها دقت نسبتا مناسبی دارند. با مقایسه میانگین RMSD مقالات در الگو های NRTL و UNIQUAC مقدارها به ترتیب از 0124/0 و 0181/0 به 0025/0 و 0052/0 بهبود یافته اند.