فهرست مطالب

مهندسی شیمی ایران - پیاپی 99 (مهر و آبان 1397)

دوماهنامه مهندسی شیمی ایران
پیاپی 99 (مهر و آبان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/08/24
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مقالات
  • محمدرضا جعفری نصر، سیده سکینه چاوشی گیلانی نژاد صفحه 6
    از دیرباز، کاهش مصرف انرژی، افزایش ظرفیت تولیدی و افزایش سوددهی فرایند از لحاظ اقتصادی در واحدهای فرایندی مورد توجه بوده و برای اجرای آن، روش های مختلفی شامل روش های ترمودینامیکی و روش های ریاضی تدوین شده است.
    در تحقیق حاضر، بهینه سازی فرایند تقطیر اتمسفریک پالایشگاه تهران، به دو روش مختلف بررسی و نتایج حاصل از هر روش، گزارش شده است. در روش اول، با بهره گیری از نرم افزارAspen Analyzer، که بر اساس فناوری پینچ (روش ترمودینامیکی)، بهینه سازی انجام می شود، مقایسه بین طراحی موجود و طراحی آرمانی از پایه به عمل آمده و نتایج نشان می دهند که در وضعیت آرمانی میزان مصرف انرژی 34% کمتر از حالت موجود خواهد بود. تعداد واحدهای انتقال حرارت مورد نیاز در حالت آرمانی 21، مقدار مصرف انرژی kW 105×3/1 و مساحت مورد نیازm2 104×2/2 گزارش شده است. در روش دوم، با بهره گیری از نرم افزار GAMS که بر پایه مدل Synheat تدوین شده، بهینه سازی به روش ریاضی انجام گرفته است. تعداد واحدهای انتقال حرارت مورد نیاز، در نتایج حاصل از نرم افزار GAMS، 28، مقدار مصرف انرژی kW 104×2/5 و مساحت مورد نیاز m2 103×6/6 گزارش شده است.
    در این تحقیق با استفاده از نرم افزار Hevi، نتایج حاصل از بهینه سازی ریاضی، به شکل نمودار شبکه1 مبدل های حرارتی و جریانها، نمایش داده شده اند.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، پینچ، روش های ریاضی بهینه سازی، برج تقطیر اتمسفریک، شبکه مبدل های حرارتی، نرم افزار Hevi
  • بهزاد انتظاری، محمد کاظمینی، محمد کرمی صفحه 20
    ساخت تجهیزات در مقیاس ریز (میکرو) یکی از پیشرفت های اخیر در علوم مهندسی به شمار می آید. در این زمینه، ساخت ریزراکتورها از مواردی است که به پیشرفت چشمگیر در علوم شیمی و مهندسی شیمی منجر شده است. استفاده از ریزراکتور به جای راکتورهای متداول آزمایشگاهی باعث کاهش چشمگیر هزینه تحقیقات خواهد شد. این در حالی است که انجام برخی واکنش ها در راکتورهای متداول امکان پذیر نیست. به همین دلیل، در صنعت نیز در مواردی که نمی توان واکنش را در راکتورهای متداول انجام داد از ریزراکتورها بهره می گیرند. در این تحقیق مراحل ساخت ریزراکتور به طور کامل شرح داده شده است. انتخاب طرح، بررسی طرح، انتخاب جنس و ساخت، چهار مرحله اصلی در تولید هر ریزراکتور به شمار می آیند. با توجه به این که رفتار پدیده های انتقال حرارت، انتقال جرم، توزیع سیال و رژیم جریان با کاهش مقیاس تجهیز تغییر می کند، شبیه سازی ریزراکتور قبل از مرحله ساخت در انتخاب طرح مناسب برای راکتور از اهمیتی خاص برخوردار است.
    کلیدواژگان: ساخت، ریزراکتور، بررسی طرح، مقیاس میکرو، شبیه سازی، CFD
  • مینا نیلی اردکانی، گاگیک بدلیانس قلی کندی صفحه 30
    در دو دهه اخیر، فرایندهای اکسایش پیشرفته الکتروشیمیایی به عنوان فناوری های کارآمد و سازگار با الزامات محیط زیست برای ارتقای عملکردی و رفع محدودیت های فرایندهای متعارف تصفیه ی فاضلاب و لجن حاصل از آن مورد توجه ویژه  قرار گرفته اند.
    در این تحقیق، ضمن مروری بر فرایندهای اکسایش پیشرفته ی الکتروشیمیایی بر پایه ی واکنش شیمیایی فنتون، فناوری فرد- فنتون که ترکیبی از دو فرایند فنتون و الکتروشیمیایی به شمار می آید و از کارآیی دامنه داری برخوردار است، بررسی می شود. در این ارتباط، نتایج تحقیقات گروه تحقیق در خصوص کارآمدی سامانه ی فرد- فنتون برای تصفیه ی لجن مازاد زیستی ارائه می شود. نتایج این تحقیقات که برای نخستین بار به طور جامع انجام شده، کارایی فرایند فرد- فنتون در حذف مواد آلی، فلزات سنگین، مواد مغذی و پادتن های موجود در لجن را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: فرایندهای اکسایش پیشرفته الکتروشیمیایی، فناوری فرد- فنتون، تصفیه فاضلاب، تصفیه لجن
  • محمدحسن خانی، علی اصغر قربانپور خمسه صفحه 43
    در چرخه تولید سوخت هسته ای توریم، رسوب گیری توریم اکسالات با استفاده از اسید اکسالیک، یکی از مراحل اصلی فرآوری به شمار می آید. در این تحقیق، هدف بررسی تاثیر متغیرهای دمای رسوب گیری، غلظت و دبی مواد، میزان همزدن، زمان و دمای هضم بر ابعاد ذرات توریم اکسالات و توزیع اندازه آن هاست. مشاهده شد که با افزایش غلظت و دبی مواد، ابعاد ذرات کمتر و توزیع ابعاد ذرات باریکتر شد. با افزایش میزان همزدن، ابعاد ذرات بزرگتر ولی یکنواختی آن ها ابتدا زیاد و سپس کمتر شد. همچنین با افزایش دمای واکنش و دمای هضم ابعاد ذرات بزرگتر اما یکنواختی ذرات کمتر شد. با تجزیه و تحلیل نتایج دمای بهینه 10 درجه سلسیوس، غلظت و دبی بهینه اکسالات اسید، به ترتیب، 5/1 مولار و mL/min 10 و سرعت همزدن rpm 150 به دست آمد. زمان و دمای بهینه هضم، به ترتیب، 6 ساعت و 75 درجه سلسیوس تعیین شد.
    کلیدواژگان: رسوب گیری، توریم اکسالات، ابعاد ذرات، توزیع ابعاد ذرات، راکتور همزن دار
  • فاطمه نوربخش، فهامه ذوالفقارزاده، محمد پازوکی، محمد جعفر رضایانی صفحه 54
    فاضلاب ها منشا اصلی بسیاری از آلودگی های آبی در ایران و جهان به شمار می آیند. آلودگی زیست محیطی گسترده، خطری است که موجودات کنونی و آیندگان را به شدت تهدید می کند. پیل سوختی میکروبی(MFC)  به عنوان فناوری انرژی تجدید پذیر چند منظوره به طور همزمان می تواند در تصفیه فاضلاب های مختلف و تولید برق یا زیست هیدوژن به طور گسترده مصرف شود. در این مقاله، عملکرد انواع  MFC از نظر تولید توان، حذف آلاینده های سمی نظیر فلزات سنگین و کارایی تصفیه فاضلاب با معیار پارامترهایی چون مصرف اکسیژن شیمیایی(COD)  و بازده کولونی (CE) مرور شده است. در این مقاله، فاضلاب ها در چند گروه کلی فاضلاب های سنتزی، صنایع غذایی، صنعتی، خانگی و شهری تقسیم بندی شده اند. توان خروجی پیل سوختی میکروبی و میزان تصفیه فاضلاب در آن به شرایط عملیاتی نظیر نوع فاضلاب و قدرت یونی آن، دبی ورودی، دما، pH، میزان بارگیری آلی، زمان ماند هیدرولیکی، نوع کنسرسیوم میکروبی و کارایی روی اندودی، و مقاومت درونی وابسته است.
    کلیدواژگان: پیل سوختی میکروبی، تصفیه فاضلاب، تولید الکتریسیته، زیست انرژی، فاضلاب صنایع غذایی، فاضلاب صنعتی، فاضلاب های خانگی و شهری
  • نیلوفر فاطمی پیام، نرجس کرامتی صفحه 74
    در چند دهه اخیر، راهبرد های بسیاری برای افزایش قابلیت جذب و فعالیت نورکاتالیستی1 تیتانیا به عنوان پرکاربردترین نورکاتالیست2 به کار گرفته شده است. یکی از مفیدترین راه حل ها، توزیع و افزودن این نانوذره بر نانومتخلخل های جاذب است. از جمله مهم ترین مزایای این راه حل، افزایش غلظت آلاینده در اطراف تیتانیا، جذب حد واسط های تولید شده و قابلیت بازیافت آسان تر نانونورکاتالیست است. امروزه از میان نانومواد متخلخل، مزومتخلخل های سیلیکاتی با توجه به ویژگی های منحصر به فردشان، مانند تخلخل یکنواخت، مساحت سطح زیاد، پایداری حرارتی مطلوب، قابلیت کاربرد مناسب، سازگاری با محیط زیست و ویژگی های دیگر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در این بررسی، سه روش متداول افزایش مساحت سطح تیتانیا به کمک مزومتخلخل های سیلیکاتی بررسی شده است. این روش ها عبارتند از: روش سل-ژل، تلقیح و آب گرمایی3. به علاوه، پارامترهای دمای واکنش، دمای تکلیس، درصد و منبع تیتانیا به عنوان پارامترهای موثر بر افزایش مساحت سطح تیتانیا بررسی شده اند.
    کلیدواژگان: نانو نورکاتالیست، افزایش مساحت تیتانیا، مزومتخلخل سیلیکا
  • حدیث عسکری، فرهاد خراشه، سعید سلطانعلی، امین شفقت صفحه 88
    کک مصرفی در صنایع آلومینیم باید دارای مقدار مشخصی گوگرد (کمتر از 3%) باشد. در صنایع آلومینیم، آندهای با گوگرد زیاد دارای طول عمر کمتر، مصرف انرژی بیشتر و همچنین آثار زیست محیطی گسترده ای در طول الکترولیز هستند. چندین روش برای حذف گوگرد کک‎نفتی در دسترس است. هدف اصلی این پژوهش، بررسی انواع روش‎های گوگردزدایی کک‎نفتی به‎منظور دست‎یابی به کک کم گوگرد است. علاوه بر حفظ محیط زیست، اهمیت کاهش گوگرد کک‎نفتی در تامین خوراک واحدهای آلومینیم‎سازی است. برای جداسازی پیوندهای C-S در کک‎نفتی از روش‎هایی مانند گوگردزدایی به روش استخراج با حلال، تکلیس، جداسازی با مواد مذاب و تصفیه هیدورژنی استفاده می کنند. بابررسی مطالعات انجام شده، گوگردزدایی کک به روش استخراج با حلال به حداکثر 35 درصد، تکلیس 90 درصد، جداسازی با مواد مذاب 93 درصد و تصفیه هیدروژنی 90 درصد رسیده است که باتوجه به  شرایط عملیاتی فرایندها و تغییراتی که در کک ایجاد می کنند در نهایت روش گوگردزدایی با تکلیس در مقیاس صنعتی استفاده می شود.
    کلیدواژگان: کک نفتی، گوگردزدایی، استخراج، تکلیس، نمک مذاب
  • صفحه 101
|
  • M. R. Jafari Nasr*, S. S. Chavoshi Page 6
    In a process unit, reducing the energy consumption, increasing the production capacity and economic profit of the process, have been always considered and various methods, including thermodynamic methods and mathematical methods, have been improved for this purpose. In present study, atmospheric distillation process of Tehran refinery has been optimized by two different methods and their results, have been reported. By the first method, in which optimization has been performed by Aspen Analyzer software, based on pinch technology (as the thermodynamic method), comparisons between real situation and based ideal design, show the difference about 34%. The required number of units by ideal design is reported 21, the utility consumption is 1.3´ 105 kW and required area is 2.2´ 104 m2. The second method, performed optimization by GAMS software which is based on synheat model as the mathematical method. The required number of units is reported 28, the utility consumption is 5.2´ 104 kW and required area is 6.6´ 103 m2. In present study with the use of HeVi software, the results of mathematical optimization is visualized in the form of grid diagram for heat exchangers and streams
    Keywords: Optimization, Pinch, Mathematical Optimization Methods, Atmospheric Distillation Column, Heat Exchanger Network, HeVi Software
  • B. Entezary, M. Kazemeini*, M. Karami Page 20
    In the recent years, microscale equipment has been one of the advantages in the engineering sciences. In this regard, manufacturing micro-reactors is one of the significant progress in chemical and chemical engineering science. Using the micro-reactor instead of conventional scale reactor leads to significant decrease in research expense. On the other hand, conventional scale reactors are not able to perform some reactions. Hence, micro-reactor is applied in industrial scale, when reaction is not performed in conventional scale reactor. In this study, micro-reactor manufacturing procedures are described. Selecting micro-reactor scheme, evaluation of design, selecting construction material, and manufacturing are four main step in micro-reactor manufacturing. According to property change of heat and mass transfer, flow distribution and flow regime in microscale, simulation of micro-reactor before manufacturing is one of the most important step inmicro-reactor-manufacturing.
    Keywords: Fabrication, Micro-Reactor, Design Evaluation, Microscale, Simulation, CFD
  • M. Nili Ardakani, G. Badalians Gholikandi Page 30
    In last two decades, electrochemical advanced oxidation processes have attracted scientists' attention as efficient and environmentally friendly technologies to upgrade and eliminate deficiencies of traditional wastewater and sludge treatment processes. In this study, besides an overview on electrochemical advanced oxidation processes based on Fenton's reaction chemistry, highly efficient Fered-Fenton technology which is a combination of Fenton and electrochemical processes is investigated. In this regard, results of the research group studies on a setup of Fered-Fenton system for waste-activated sludge treatment are presented. The results of these studies which have been conducted comprehensively for the first time, demonstrate Fered-Fenton process efficiency in degrading organics, heavy metals, nutrients and pathogens.
    Keywords: Electrochemical Advanced Oxidation Processes, Fered-Fenton Technology, Wastewater Treatment, Waste-Activated Sludge Treatment
  • M. Hassan Khani, A. Gh. Khamseh Page 43
    In the thorium nuclear fuel cycle, precipitation of of thorium oxalate using oxalic acid is one of the main stages of processing. In this research, the aim of the study was to investigate the effects of sedimentation temperature, concentration and flow rate of the reactants, mixing rate, time and temperature of the digestion on the size of the thorium oxalate particles their distribution in a stirred tank reactor in a batch process. It was observed that with increasing concentrations and material fluxes, the particle size was reduced and the particle size distribution narrowed. By increasing the mixing rate, larger particles produced, but the uniformity of the particles increased first and then became smaller. With increasing the reaction and digestion temperature, the particle size was larger but the particles became even more uniform. Increasing the time of the digest resulted in the production of coarse particles but more uniform distribution. By analyzing the results, the optimum temperature was determined 10 °C, the optimal oxalic acid concentration and flow rate were 1.5 M and 10 ml / min respectively , and the optimum mixing speed was determined 150 rpm. The optimum time and temperature of the digestion were determined at 6 hr and 75 °C, respectively.
    Keywords: Precioitation, Thorium Oxalate, Particle Size, Particle Size Distribution, Stirred Tank Reactor
  • F. Nourbakhsh*, F. Zolfagharzadeh, M. Pazouki, M. Jafar Rezayani Page 54
    Wastewaters are the main source of many water pollutants in Iran and the world. Widespread environmental pollution is a danger that threatens future generations. Microfiber fuel cell (MFC) as a multi-purpose renewable energy technology can be used in the treatment of various wastewater and generation of electricity or bio-hydrogen, simultaneously. In this review paper, the performance of MFCs with the criteria of power generation, removal of toxic pollutants such as heavy metals and wastewater treatment efficiency with parameters such as chemical oxygen demand (COD) and coulombic efficiency (CE) are presented. According to the high diversity of wastewater that has been investigated over the past few years, the presented subjects in this paper has been divided into several groups of synthetic, food and food-processing, industrial, municipal wastewaters.
    Keywords: Microbial Fuel Cell, Wastewater Treatment, Electricity Generation, Bioenergy, Food Processing Industry Wastewater, Industrial Wastewater, Municipal Wastewater
  • N. Fatemi Payam*, N. Keramati Page 74
    In recent decades, many strategies have been used to increase photocatalytic activity and adsorption of Titania as one of the most applicable photocatalysts. One of the most useful method is distribution and adding of these nanoparticles on nano porous adsorbents. One of the most important advantages of this method is the concentration growth of pollutant around Titanium, adsorbing the produced intermediates and ability of easily recycling of nanophotocatalyst. Nowadays among all of mesoporous materials, mesoporous silica has attracted many attentions because of their unique properties like uniform porosity, high surface area, good thermal stability, suitable applicability, appropriate compatibility and etc. In this study three common methods of increasing surface area of titania with mesoporous silica was investigated. These methods include sol-gel, impregnation and hydrothermal. Besides, reaction temperature, calcination temperature, percentage and source of titania were explored as affective parameters of enhancement of titania surface area.
    Keywords: Nano Photocatalyst, Titania Surface Enhancement, Silica Mesoporous
  • H. Askari, F. Khorasheh, S. Soltanali*, A. Shafeghat Page 88
    The coke used in aluminum production should possess certain sulfur content (below 3 wt. %). The application of sulfur rich coke will have detrimental effects on the environment. In the aluminum production industry, high sulfur anodes have a lower life span and higher energy consumption, as well as high environmental effects during electrolysis, which are unfavorable to aluminum industry. Therefore, desulfurization of coke is very essential. There are several petroleum coke desulfurization methods. The main objective of this research is the investigation of different petroleum coke desulfurization methods in order to obtain low sulfur coke. The reduction of petroleum coke sulfur not only provides the feed for aluminum production units, but it also protects the environment. This doubles the importance of petroleum coke desulfurization. Different desulfurization methods such as solvent extraction, calcination, separation with molten compounds and hydrogen purification are used in order to remove C-S bonds in petroleum coke. Studies have shown that coke desulfurization by solvent extraction of 35%, calcination of 90%, separation with molten materials 93%, and hydrogenation of 90% have been achieved, which according to the operational conditions of the processes and changes in the coke eventually The desulfurization method is used industrially by calcination.
    Keywords: Petroleum Coke, Desulphurization, Extraction, Calcination, Molten salt