مهندسی صنایع و مدیریت (شریف ویژه علوم مهندسی)
سال:1387 | دوره:24 | شماره:41 (ویژه مهندسی شیمی) |تعداد مقالات:10

فرمالدیید یکی از ترکیبات شیمیایی با ارزش و پر مصرف در صنعت پتروشیمی است که همواره بررسی و بهینه سازی فرآیندهای تولید آن بخش وسیعی از تحقیقات را در برگرفته است. در نوشتار حاضر اکسایش جزیی متانول به فرمالدیید با استفاده از کاتالیزور کسید آهن - اکسید مولیبدن در محدوده دمایی 270-410°C در یک واکنشگر مداوم بستر سیال مورد بررسی قرار گرفته است. کاتالیزور مورد نیاز برای انجام فرآیند، طی یک فرآیند هم رسوبی از محلول های قطبی هپتامولیبدات آمونیوم و نیترات آهن تهیه شده است.به منظور افزایش استحکام و مقاومت مکانیکی کاتالیزور سنتز شده، عمل تلقیح با نیترات بیسموت روی آن صورت گرفته و سپس مجددا تکلیس شده است تا به منظور انجام واکنش در بستر سیال قابل استفاده باشد. در طی انجام واکنش تاثیر پارامترهای مختلف نظیر دما، سرعت ظاهری گاز و درصد خوراک، بر سرعت واکنش و ظرفیت عملیاتی واکنشگر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج تجربی حاصله با نتایج به دست آمده از مدل های ارایه شده برای راکتورهای بستر سیال مقایسه شده است. در نهایت بهترین مدل منطبق بر عملکرد واکنشگر مشخص شده است.

تفاله چغندر قند که از منابع غنی پلی ساکاریدی است، از ضایعات کارخانجات تهیه قند از چغندر قند حاصل می شود. نمونه هایی از این تفاله به صورت برگ های تر و خشک، از کارخانه قند شاهرود تهیه شد. نمونه های تر ابتدا برای انجام مطالعات در دمای -20°C نگه داری، و سپس در دمای 100-50 درجه سانتی گراد در سینی خشک کن با هوای داغ قرار گرفتند. نتایج حاکی از آن است دمای بهینه برای تولید تفاله خشک برگی مناسب 80 درجه سانتی گراد است؛ و کیفیت نمونه خشک شده در این دما از سایر نمونه ها بهتر است. مطالعات آماری نیز حاکی از اختلاف معنی دار بین نمونه های خشک شده در دماهای متفاوت بود.

در مطالعه رفتار خشک شدن مواد و طراحی خشک کن های صنعتی یکی از مهم ترین پارامترهای لازم منحنی های ایزوترم جذب و دفع است. این منحنی ها نشان دهنده رابطه بین مقدار رطوبت و رطوبت نسبی تعادلی فضای اطراف ماده (فعالیت آبی) هستند. تعیین ایزوترم های جذب و دفع رطوبت با دو سیستم استاتیکی و دینامیکی ممکن است. چون دست یابی به شرایط تعادل در سیستم استاتیکی ممکن است روزها و حتی هفته ها به طول بیانجامد. برای تعیین ایزوترم جذب و دفع رطوبت یک دستگاه آزمایشگاهی با متد دینامیکی طراحی و ساخته شد.آزمایش های جذب رطوبت بر نمونه آرد گندم در دستگاه مذکور و در سه دمای 25، 35 و 50 درجه سانتی گراد، و فعالیت های آبی مختلف انجام شد. به منور انطباق داده های آزمایشگاهی به دست آمده از فرآیند جذب مدل های جذبی GAB, BET، ازوین، اسمیت، ایگلسیاس - شریف، چانگ - فاست، هالسی و هندرسون با داده های آزمایشگاهی به خوبی مطابقت داشتند. مقدار خالص حرارت ایزواستریک جذب با استفاده از ایزوترم مدل هندرسون و رابطه کلاسیوس - کلاپیرون در رطوبت های مختلف به دست آمد. این مقدار با افزایش مقدار رطوبت از 0.02 تا 0.20 (کیلوگرم آب بر کیلوگرم جامد خشک) از مقدار 33.34 به 2.98 (کیلو ژول بر مول) کاهش یافت.

مساله جداسازی کاتالیزوری فرآیند فیشر - تروپش از محصولات مایع آن (واکس)، هم اکنون به عنوان یکی از مهم ترین چالش های واکنشگرهای حبابی - دوغابی مطرح است. این جداسازی در واقع به دلیل گران روی بسیار بالای واکس خروجی از واکنشگر، و نیز دیگر خواص نامطلوب آن با نرخ پایین و مشکلات متعدد همراه است. در میان انواع روش های جدا سازی، فرآیند استخراج فوق بحرانی یکی از بهترین روش های پیشنهادی در سال های اخیر برای انجام این جداسازی است. کاربرد این شیوه اساسا به علت ویژگی های ممتاز سیال فوق بحرانی و نیز توانایی این سیال در بهبود خواص فیزیکی واکس - نظیر گران روی و چگالی - است. از سوی دیگر، باید دانست که مدل سازی و نیز انجام این فرآیند نیازمند دسترسی به اطلاعات خواص فیزیکی مذکور برای سیال در شرایط عملیاتی فوق بحرانی است؛ اگر چه محاسبات خواص فیزیکی در شرایط بحرانی و فوق بحرانی همواره با دشواری ها و خطای زیادی همراه بوده است.در این تحقیق، ضمن بررسی برخی انواع روابط نظری و پیشنهاد استفاده از بهترین معادلات حالت برای پیش بینی گران روی، چگالی و ضریب هدایت حرارتی هیدروکربن های سبک و سنگین و نیز مخلوط آنها، با استفاده از همین معادلات حالت این خواص برای هگزان و نیز برخی مخلوط هیدروکربن ها در اطراف ناحیه بحرانی و بالاتر محاسبه شده و نتایج حاصله با مقادیر تجربی مقایسه شده است. آنگاه مقادیر پیشنهادی چگالی، گران روی و ضریب هدایت برای واکس و نیز مخلوط آن با هگزان در محدوده عملیاتی اطراف نقطه بحرانی هگزان ارایه شده است. نتایج حاکی از آن است که افزودن هگزان به واکس در این محدوده عملیاتی (هنگامی که در فاز فوق بحرانی هگزان انجام می گیرد). نسبت به افزودن آن در حالت های گاز یا مایع، تاثیر بیشتری در بهبود خواص فیزیکی واکس و در نتیجه، بازده جدا سازی کاتالیزور/ واکس خواهد داشت.

شربت های قندی حاوی گلوکز و فروکتوز با محدوده غلظتی 60 تا 80 گرم در 100 میلی لیتر توسط آنزیم گلوکز ایزومراز در شرایط بهینه درجه حرارت، pH و زمان به شربت های قندی غنی شده از فروکتوز تبدیل می شوند. عملکرد آنزیم گلوکز ایزومراز تثبیت شده روی قند مایع حاصل از شیره خرما، تحت شرایط خاصی در سیستم ناپیوسته بررسی و بهینه شد. از آب کافت (هیدرولیز) ساکاروز موجود در شیره خرما، به دلیل ناچیز بودن مقدار، صرف نظر شد. فرآیند همپار شدن (ایزومریزاسیون) در محدوده دمایی 30-90°C و محدوده 6-8.5pH در سیستم ناپیوسته، برای مدت 30 دقیقه بررسی شد و محدوده دمایی 50-60°C به عنوان حرارت بهینه و محدوده 7-7.7pH به عنوان pH بهینه به دست آمد.

جداسازی گاز دی اکسید کربن از فرآیندهای اصلی در پالایش گاز است. به منظور جدا کردن این گاز از جریان گاز طبیعی اغلب از روش جذب به همراه واکنش شیمیایی توسط حلال های آلکانل آمین استفاده می شود. در این تحقیق، مدل ترمودینامیکی حلالیت گاز دی اکسید کربن در مخلوط آبی از MEA و MDEA مورد مطالعه قرار گرفته، و پارامترهای مدل ارایه شده است. در این مدل برای محاسبه نیروهای برد کوتاه از مدل UNIQUAC-NRF به صورت یک مدل غیر الکترولیتی، و برای محاسبه برد بلند از مدل پیترز – دبای - هوکل استفاده شده است. با توسعه این مدل در دماهای مختلف، پارامترهای بر هم کنش برای سیستم مخلوط MDEA-MEA-H2O-CO2 به دست آمد. نتایج حاصل از این مدل (در مقایسه با مدل (Li-Mather از دقت خوبی برخوردار است.

برای خشک کردن پاششی پودر شوینده، یک گاز مثل هوای داغ با قطرات خوراک به صورت ناهمسو تماس داده می شود. طی این تماس پدیده های انتقال گشتاور، جرم و حرارت به صورت هم زمان انجام می گیرد. در این شبیه سازی مدلی برای پیش بینی پارامترهای عملیاتی، زمان خشک شدن و ارتفاع برج مورد نظر ارایه شده و تاثیر پارامترهای مختلف در عملکرد خشک کن پاششی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور معادلات موازنه جرم و انرژی و گشتاور حول یک المان کوچک از برج و برای هر دو فاز ذرات و گاز، نوشته شده و اعداد بدون بعد و ضرایب انتقال جرم و حرارت محاسبه شدند. سپس با نوشتن یک تفاضل اجرا محدود دستگاه معادلات حل شده و یک مدل ریاضی ارایه شد. به کمک این مدل یک پروفیل نزولی برای دمای گاز و روند صعودی برای دمای ذرات پیش بینی شد.پروفیل رطوبت گاز و ذرات نیز بررسی شد و روند کاهش برای ذرات و روند افزایشی برای رطوبت گاز به دست آمد. نتایج حاصله حاکی از آن است که سرعت شعاعی ذرات خروجی از اتم ساز در کسری از ثانیه به صفر، و سرعت محوری ذرات نیز به مقداری ثابت می رسد. اثر قطر ذرات خروجی از اتم ساز نیز مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی صحت این مدل از داده های یک برج خشک کن پودر شوینده استفاده شده و توافق خوبی بین نتایج تئوری و تجربی مشاهده شده است. از نتایج این شبیه سازی می توان در بهینه سازی واحدهای موجود، تغییر شرایط عملیاتی آنها، و نیز در طراحی واحدهای جدید استفاده کرد.

زندگی در عصر صنعتی کنونی با تغییر و تحول قابل ملاحظه ای در الگوی غذایی اجتماعات مختلف همراه بوده است. حجم نسبتا بالای مصرف آبمیوه مرغوبیت این دسته از محصولات را تابع پسند مصرف کننده کرده است. در صنایع آبمیوه سازی وجود کدورت از جمله مشکلات مطرح است و در مقوله تحقیقات، شفاف سازی آبمیوه ها با اقبال بیشتری مواجه است. انار از جمله میوه هایی است که ایران توان بالایی در تولید آن دارد، اما علی رغم کیفیت بالای انار تولیدی، کنسانتره این میوه به علت عدم توجه کافی به مقوله شفاف سازی در چرخه فعال اقتصادی قرار ندارد.در این پژوهش ابتدا تولید آب انار مورد بررسی قرار داده شد و آنالیز شیمیایی کاملی بر آب انار صورت پذیرفت. همچنین تاثیر روش های مختلف شفاف سازی بر کیفیت این آبمیوه مورد آزمایش و ارزیابی قرار گرفت. تاثیر استفاده از ژلاتین، کیزل سل و آنزیم پکتیناز بر خواص آب انار مورد آزمایش قرار گرفت و مقدار بهینه استفاده از هر یک از این عوامل، شفاف ساز برای دستیابی به آب انار شفاف پایدار تعیین شد.

به منظور استفاده از روش زیست شناختی در بهبود عملکرد سیستم های لجن فعال برای تصفیه پساب کارخانجات لبنیات، از جمعیت میکروبی لجن فعال هوازی سیستم تصفیه شرکت سهامی صنایع شیر ایران (پگاه) ده باکتری جدا کرده و عملکرد هر یک از این ریزاندمگان را در کاهش بار آلی پساب، مورد بررسی قرار داده ایم. بعد از مدت 30 روز نمونه گیری، باکتری های BP3 و BP4 میزان اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) را به ترتیب 70.7 و 69.5 درصد کاهش دادند. با اعمال شرایط بهینه در دمای 30-35°C، pH برابر با 10-11، و نیز دور همزن 150(rpm) باکتری، میزان اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) توسط BP3 به میزان 84.70 درصد کاهش یافت.این باکتری از میزان کربوهیدرات، چربی و پروتیین پساب به ترتیب 98، 45.30 و 53 درصد کاسته است. مخلوط BP3 و BP4 به اندازه ی BP3 تنها کارایی نداشته است. بنابراین BP3 به عنوان بهترین باکتری در سیستم انتخاب شد و با افزایش آن به تانک هوادهی لجن فعال و غالب شدن بر مخلوط میکروبی می توان کارایی عملکرد سیستم لجن فعال را بالا برد.

آب یکی از منابع اساسی مورد نیاز بشر است. ممکن است در بعضی مناطق، منابع آب های سطحی محدود باشد یا دسترسی به آنها یکسان نباشد. در این شرایط می توان با حفر چاه، از آب های زیر زمینی بهره برداری کرد. با توجه به رشد جمعیت کشور و محدود بودن آب های سطحی، شاهد برداشت روزافزون از آب های زیر زمینی در نقاط مختلف کشور هستیم. نیاز مستمر به آب آشامیدنی و افزایش روزافزون منابع آلاینده، بررسی دقیق میزان آلاینده های ورودی به آب های زیرزمینی و مدل سازی ریاضی چگونگی پخش آنها را ضروری می سازد؛ زیرا اتکا به نمونه برداری و انجام آزمایشات در این زمینه، زمان بر و مستلزم صرف هزینه های زیاد است. از سوی دیگر، با توجه به محدود بودن تعداد نقاط نمونه برداری، می توان اذعان داشت که مطالعات بر روی مدل سازی ریاضی و تبدیل آن به نرم افزار، منجر به صرفه جویی قابل ملاحظه ای در زمان، نیروی کار و هزینه می شود.در این نوشتار، مدل سازی نحوه پراکنش آلاینده های محلول در آب زیر زمینی برای حالتی است که نشر آلاینده از منبع آلودگی به مدت 6 ماه به صورت پیوسته و به میزان 5000ppm صورت گرفته و سپس منبع آلودگی قطع شده است. در رابطه ریاضی مبنای مدل سازی، پدیده های انتقال آلاینده - اعم از نفوذ و انتقال توسط جریان آب زیر زمینی - لحاظ شده اند و حل معادله به صورت عددی و به روش تفاضل محدود انجام شده است.طبق نتایج مدل، چنانچه نشر آلودگی به طور مداوم ادامه یابد بیشینه غلظت آلاینده، در محل ورود آن به آب زیر زمینی و برابر با میزان ورودی آن (یعنی (5000ppm است، در حالی که اگر پس از ماه ششم منبع آلودگی قطع شود، بیشینه غلظت 2 ماه بعد از قطع آلاینده، در فاصله 50 متری از محل نشت و برابر با 3200ppm خواهد بود، و نیز 7 ماه پس از قطع آلاینده میزان آن در فاصله 50 متری از محل نشت و معادل 370ppm تخمین زده می شود. لازم به ذکر است که 7 ماه پس از قطع آلاینده، میزان آلودگی در فاصله 500 متری از محل نشت، حدودا برابر با 50ppm خواهد بود.