فهرست مطالب

نشریه پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
سال پنجم شماره 4 (پیاپی 18، زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/02/21
  • تعداد عناوین: 8
|
  • حسین حیان الغیبی*، فروغ عاملی صفحات 3-13
    موضوع تحقیق

    یکی از ساده ترین و ارزان ترین روش های بهبود تولید، سیلاب زنی است. از جمله چالش های مهم در این فرایند ناهمگونی در ساختار مخزن است که موجب افزایش تولید آب و کاهش بازیافت نفت می شود. علاوه بر این، سیلاب زنی یا تزریق مواد شیمیایی در بلند مدت ممکن است به ناهمگونی های بیشتری در مخزن منجر شود. برای افزایش بازده در فرایندهای ازدیاد برداشت، مسدودسازی انتخابی مناطق با نفوذپذیری بالا و در نتیجه بهبود بهره وری جاروب در مناطق با نفوذپذیری پایین، اهمیت دارد. استفاده از هیدروژل در کنترل جریان تزریقی به ویژه در سال های اخیر، با موفقیت های میدانی مختلفی همراه بوده است که نشان دهنده کارایی بالای این روش می باشد. هیدروژل بعد از تزریق آب یا پلیمر مورد استفاده قرار می گیرد و موجب هدایت سیال تزریقی به سمت مناطق کم تراوا می شوند.

    روش تحقیق

     در این مقاله فرایند آزمایشگاهی تزریق هیدروژل در میکرومدل شیشه ای با استفاده از نرم افزار کامسول و معادلات فازی-میدانی شبیه سازی شده و عملکرد هیدروژل در بهبود ضریب بازیافت نواحی کم تراوا مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین سیلابزنی قبل از تزریق هیدروژل که معمولا با آب یا پلیمر انجام می گیرد، بررسی شده و با تعیین پارامترهای موثر بر ضریب بازیافت سعی شده است شرایط بهینه این فرایند بررسی شود. به این منظور پس از صحت سنجی مدل تهیه شده، حساسیت سنجی پارامترهای موثر بر این فرایند روی ضریب بازیافت انجام شده و یک مدل ریاضی جهت تعیین آن ارایه شده است.

    نتایج اصلی

    فاکتور بازیافت نفت حاصل از مطالعات، به ترتیب با مقادیر خطای مطلق 29/2 و 06/4 درصد در فرایند تزریق آب و هیدروژل بدست آمد. چهار پارامتر نرخ تزریق، زاویه تماس، گرانروی نفت و گرانروی سیال تزریقی به عنوان پارامترهای موثر بر ضریب بازیافت در فرایند سیلابزنی درنظر گرفته شدند. از این میان، بیشترین تاثیر را زاویه تماس داشت. در مدل مربوط به پیش بینی ضریب بازیافت در سیلابزنی، بیشترین اثر متقابل مربوط به گرانروی و زاویه تماس می باشد. در شبیه سازی سیلابزنی ضخامت سطح تماس معادل  hmax/5بدست آمد که مقدار ، 230 میکرومتر است. در شبیه سازی تزریق هیدروژل، اندازه ضخامت سطح تماس terpf.ep_default/5.65 حاصل شد. terpf.ep_default ضخامت سطح تماس و معادل 631 میکرومتر است.

    کلیدواژگان: ازدیاد برداشت، روش فازی-میدانی، هیدروژل، شبیه سازی، کامسول
  • ندا سادات سعادتی اردستانی، میترا امانی*، نوید یگانه مجد صفحات 15-37
    موضوع تحقیق

     حلالیت ضعیف ترکیبات دارویی در محیط آبی بدن موجب افزایش تاثیرات جانبی نامطلوب، افزایش مقدار داروی مصرفی و کاهش اثربخشی آن می شود. تولید میکرو/ نانوذرات ترکیبات دارویی با مرفولوژی و توزیع اندازه ی یکنواخت یکی از روش های تایید شده برای افزایش حلالیت این ترکیبات است. از این رو انتخاب وطراحی یک روش مناسب برای تولید میکرو/ نانوذرات ترکیبات دارویی یکی از مهمترین زمینه های تحقیقاتی در صنایع داروسازی است. در طول سه دهه گذشته، بکارگیری فرایندهای بر پایه دی اکسیدکربن فوق بحرانی در زمینه های مختلف داروسازی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. اما برای استفاده از این فناوری جهت تولید میکرو/نانوذرات دارویی و طراحی و توسعه ی واحدهای عملیاتی موردنیاز، تعیین میزان حلالیت این ترکیبات در دی اکسیدکربن فوق بحرانی الزامی است.

    روش کار

    در این پژوهش، از پنج مدل تجربی مختلف (آداچی و لو، چ و مادراس، هژبر و همکارانش، بیان و همکارانش و مدل مندز سانتیاگو تیجا) و همچنین شبکه ی عصبی مصنوعی برای تعیین حلالیت شش ترکیب دارویی ضدسرطان (اپرپیتانت، 5-فلوروراسیل، ایماتینیب مسیلات، کاپسیتابین، لتروزول و داستاکسل) در دی اکسیدکربن فوق بحرانی استفاده شده است. سپس با استفاده از داده های تجربی موجود برای حلالیت این مواد و محاسبه ی معیارهای آماری مانند میانگین قدر مطلق خطای نسبی (AARD%)، ضریب هم بستگی تنظیم شونده (Radj) و مقدار پارامتر F (F-value)، میزان دقت و صحت این مدل ها در تخمین حلالیت ترکیبات دارویی مذکور بررسی شده است.

    مهم ترین نتایج حاصله

     بر اساس نتایج حاصله، مدل آداچی و لو با مقدار  AARD%معادل %12/12 و میانگین Radj معادل 97/0 می تواند پیش بینی قابل قبولی از میزان حلالیت این ترکیبات دارویی در دی اکسیدکربن فوق بحرانی داشته باشد. همچنین با مقایسه ی نتایج به دست آمده از شبکه ی عصبی مصنوعی و مدل های تجربی، شبکه ی عصبی مصنوعی با مقدار AARD% معادل %65/1 و میانگین Radj معادل 9960/0 را می توان به عنوان مناسب ترین مدل برای پیش بینیمیزان حلالیت این داروهای ضدسرطان انتخاب نمود.

    کلیدواژگان: دی اکسیدکربن فوق بحرانی، حلالیت، داروی ضدسرطان، شبکه ی عصبی مصنوعی، مدل های تجربی
  • مرجان حنیفه ئی، ابوالفضل شجاعیان* صفحات 39-54

    حلال ها ترکیباتی هستند که در صنایع صنایع شیمیایی، دارویی، نفت و گاز از جمله در فرآیندهای جداسازی کاربرد دارند. از جمله این حلال ها آلکانول آمین ها و مایعات یونی می باشد. مایعات یونی با نقطه ذوب زیر oC100 دسته جدیدی از ترکیبات شیمیایی هستند که خواص و ویژگی های منحصر به فردی دارا می باشند. طراحی و بهینه سازی سامانه های حذف گازهای اسیدی از گاز طبیعی و همچنین جداسازی گاز دی اکسید کربن از جریان مخلوط گازها از جمله گاز دودکش نیازمند داده های آزمایشگاهی مربوط به خواص فیزیکی حلال می باشد. با این حال اغلب انجام آزمایش ها کاری وقت گیر و پرهزینه است. بنابراین، از مدل‎ های ترمودینامیکی برای پیش بیتی خواص سیستم های خالص و مخلوط استفاده می شود. در این مطالغه ویسکوزیته 3 آلکانول آمین (مونواتانول آمین، متیل دی اتانول آمین، دی اتانول آمین) و 12 مایع یونی برپایه ایمیدازولیوم (تترافلورابورات، هگزافلورافسفات و بیس تری فلورومتیل سولفونیل آمید) توسط تیوری اصطکاک (FT) که بر اساس مفاهیم اصطکاک مکانیک کلاسیک می باشد همراه با معادلات حالت پنگ-رابینسون (PR) و سوآو-ردلیچ-وانگ (SRK) در محدوده وسیع دمایی و فشاری مورد بررسی قرار گرفته است. سپس با استفاده از داده های به دست آمده در قسمت قبل، ویسکوزیته مخلوط های مختلف مایع یونی-مایع یونی و مایع یونی-آلکانول آمین ها در شرایط غلظتی و دمایی مختلف مدلسازی شد. نتایج حاصل از این مدلسازی نشان داده است که تیوری اصطکاک در پیش بینی ویسکوزیته مواد خالص عملکرد خوبی داشته است و مقدار انحراف نسبی میانگین مطلق (AARD%) با استفاده از معادله حالت پنگ-رابینسون برای مایعات یونی خالص و آلکانول آمین ها به ترتیب 71/4% و 66/1 % می باشد. در معادله حالت سوآور-ردلیچ-وانگ این مقادیر 70/4% و 99/1%  است. در مخلوط ها مایع یونی-مایع یونی مقادیر ویسکوزیته پیش بینی شده با مقادیر تجربی تطابق خوبی داشته و در مورد مخلوط های مایع یونی-آلکانول آمین تیوری اصطکاک 5 و6 پارامتری کمترین میزان خطا را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: مایعات یونی، آلکانول آمین ها، مدلسازی، ویسکوزیته، تئوری اصطکاک
  • اسعد زندی، سمیه قاسمی راد* صفحات 55-67
    موضوع تحقیق

     در سال های اخیر مطالعات زیادی برای بهبود خواص چسبندگی چسب های فشار حساس (PSAهای) پلی یورتانی و اکریلیکی صورت گرفته است. به طور کلی، PSAهای پلی یورتانی از استحکام برشی بالاتر و PSAهای اکریلیکی از نوچی بالاتری برخوردارند. موضوع این پژوهش، امکان سنجی بهره برداری از خواص هر دوی این چسب ها از طریق روش ساده آمیخته سازی و ارزیابی دو خاصیت مذکور بود.

    روش تحقیق

     ابتدا کوپلیمر اکریلیکی (Ac) متشکل از 82 درصد حجمی بوتیل اکریلات و 18 درصد حجمی متیل متاکریلات به روش محلولی سنتز شد. از سوی دیگر، پلی یورتان گرمانرم (TPU) حاوی 5/17 درصد وزنی بخش سخت به روش توده تهیه شد. آمیخته سازی این دو پلیمر از طریق اختلاط محلول آن ها انجام شد. محلول پلیمرهای خالص و آمیخته های آن ها در ترکیب درصدهای متفاوت بر لایه پلی اتیلن ترفتالات ریخته گری و در دمای محیط خشک شد. برای شناسایی پلیمرهای TPU و Ac از آزمون های طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه، کروماتوگرافی ژل تراوایی و گرماسنجی پویشی تفاضلی استفاده شد. نوچی حلقوی، استحکام برشی استاتیک، رفتار دینامیکی مکانیکی، زاویه تماس قطره ایستا، ریخت شناسی (Morphology) و کدری PSAها مورد ارزیابی قرار گرفت.

    نتایج اصلی

    نوچی PSA اکریلیکی از پلی یورتانی بالاتر بود. نوچی PSAهای آمیخته ای حاوی 20، 40 و 60 درصد وزنی TPU بالاتر از نوچی اجزای خالص و در آمیخته حاوی 40 درصد وزنی TPU بیشینه بود. این آمیخته نسبت به سایر آمیخته ها کمترین زاویه تماس آب و نسبت به پلیمرهای خالص کمترین زمان آسودگی را نشان داد که نتیجه آن تر شوندگی (Wetting) بهتر زیرآیند و نوچی بالاتر بود. استحکام برشی PSAها با افزایش مقدار TPU به بالاتر از 40 درصد وزنی در آمیخته ها نسبت به PSA اکریلیکی افزایش یافت؛ به طوری که TPU خالص با بالاترین مدول در بسامدهای مختلف و در نتیجه قرارگیری در منطقه PSA با استحکام برشی بالا در پنجره گرانروکشسانی چانگ، از بیشترین استحکام چسبندگی برخوردار بود. امتزاج ناپذیری آمیخته ها با آزمون کدری سنجی و محاسبه پارامتر حلالیت هنسن تایید شد.

    کلیدواژگان: چسب فشارحساس، نوچی، استحکام برشی، آمیخته پلی یورتان، اکریلیک، گرانروکشسانی
  • حمید کرمی، سعید سلطانعلی*، شکوفه طیبی صفحات 69-78
    موضوع تحقیق

    در ده های اخیر روش های بهینه سازی مبتنی بر پدیده های طبیعی به دلیل عدم نیاز به انجام محاسبات سنگین ریاضی، عدم وابستگی به نقاط انتخابی اولیه و قابلیت بهینه سازی نسبت به سایر روش ها، در زمینه بهینه سازی ترکیبی جایگاه ویژه ای پیدا کرده است. علاوه بر این شبکه عصبی مصنوعی به عنوان یکی از ابزار قدرتمند هوش مصنوعی در شبیه سازی فرایندها به کار برده می شود. به کارگیری شبکه عصبی برای مدل سازی  فرایند آلکیلاسیون متاکروزل با ایزوپروپانول و روش فرا ابتکاری در به دست آوردن شرایط بهینه برای کاتالیست و واکنش می تواند گام موثری، در جهت انجام فرایند با بازده بالا فراهم سازد.

    روش تحقیق

    در این پژوهش شبکه عصبی برای پیش بینی فرایند آلکیلاسیون متاکروزل با ایزوپروپانول و الگوریتم کلونی زنبورهای عسل به منظور بهینه سازی بازده فرایند به کار گرفته شد. شبکه عصبی طراحی شده دارای 5 نرون در لایه پنهان می باشد. به منظور بررسی عملکرد الگوریتم پیشنهادی، شبکه عصبی مصنوعی برای پیش بینی تبدیل متاکروزل و گزینش پذیری آن به تیمول در فرایند آلکیلاسیون متاکروزل با ایزوپروپانول 120 داده استفاده شد. در این فرایند، سرعت فضایی (WHSV)، فشار و دما، به عنوان متغیرهای ورودی و تبدیل متاکروزل و گزینش پذیری تیمول به عنوان متغیرهای خروجی شبکه عصبی در نظر گرفته شده است.

    نتایج اصلی

    سیستم شبیه سازی طراحی شده با ضریب رگرسیون (R2) بالاتر از %97.5، نشان دهنده دقت بالای شبکه عصبی طراحی شده برای این فرایند می باشد. میزان بیشینه بازده این فرایند با استفاده از الگوریتم کلونی زنبورهای عسل  28.9%   با متغیرهای قابل تنظیم  h-10.062 WHSV=، فشار  bar1.5 و دمای C 300 حاصل شد. هم چنین برای دستیابی به کارایی بهتر الگوریتم بهینه سازی، مقادیر مطلوب ضریب شتاب و جمعیت زنبورها با آزمون سعی و خطا 100 و 10حاصل شد.

    کلیدواژگان: شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم کلونی زنبورها، بهینه سازی، آلکیلاسیون متاکروزل، تیمول
  • آرتین ملکی، عباس کبریت چی*، امین امینی صفحات 79-90
    موضوع تحقیق

     در میان کاتالیست های نرخ سوزش (BRCs) در کامپوزیت های پرانرژی، کاتالیست های بر پایه فروسنی عملکرد بهتری داشته ولی دارای مشکلاتی همچون فراریت است. از این رو استفاده از مشتقات فروسنی با هدف سازگارگردن با پیش پلیمر پلی بوتادی ان خاتمه یافته با هیدروکسیل (HTPB) اخیرا در پژوهش های مرتبط با این حوزه مورد توجه قرار گرفته است.

    روش تحقیق

    در این پژوهش در بخش اول، مونومر وینیل فروسن (VFM) در سه شرایط مختلف با و بدون بنزوییل پراکساید (BPO) به عنوان آغازگر و با درصدهای مختلف مونومر وینیل فروسن) در حضور HTPB، به صورت درجا پلیمریزه شده تا پلی (وینیل فروسن) (PVF) تهیه گردد. سپس، آلیاژهای PVF/HTPB حاصل با استفاده از آزمون های FT-IR، 1H NMR و GPC شناسایی شدند. در بخش دوم این پژوهش، کامپوزیت های پرانرژی حاوی آلیاژ PVF/HTPB تهیه و خواص حرارتی آن ها توسط آزمون TGA با کامپوزیت های پرانرژی حاوی کاتالیست های رایج مقایسه شد.

    نتایج اصلی

    نتایج GPC نشان داد که پیک اصلی بزرگ تر و پهن تر شده است که به علت افزایش میزان متوسط وزن مولکولی در آلیاژ PVF/HTPB باشد. نتایج حاصل از مقایسه حرارتی نشان داد که کامپوزیت های پرانرژی برپایه آلیاژ PVF/HTPB نسبت به کاتالیست های مرسوم عملکرد بهتری داشته و دمای تجزیه آمونیوم پرکلرات (AP) را بیشتر کاهش داده است. آلیاژ PVF/HTPB  به عنوان یک کاتالیست نرخ سوزش در کامپوزیت های پرانرژی عمل می کند به نحوی که به رفع مشکل مهاجرت نیز به سبب آلیاژسازی درجا VFM به HTPB کمک نماید.

    کلیدواژگان: کاتالیست های نرخ سوزش، فروسن، وینیل فروسن، کاتالیست فروسنی، کامپوزیت پرانرژی
  • سعید فلاح رمضانی، محمد فخرالاسلام صفحات 91-103
    موضوع

    هیدروژن زیستی یک منبع انرژی تجدیدپذیر است که استفاده از آن به عنوان سوخت، مزایای اقتصادی و محیط‌زیستی زیادی دارد. کنترل غلظت سوبسترا در واکنشگاه، تاثیر چشم‌گیری بر میزان تولید هیدروژن دارد. فرایند تولید هیدروژن زیستی یک فرایند پیچیده و غیرخطی است که کنترل آن مستلزم به کارگیری روش‌های کنترل غیرخطی است. در این مقاله، به کنترل غلظت سوبسترا در یک واکنشگاه بی‌هوازی تولید هیدروژن با استفاده از روش خطی‌سازی پسخور پرداخته شده است.

    روش تحقیق

    مدل مورد استفاده برای شبیه‌سازی، یک مدل شناخته شده متشکل از سه متغیر حالت است. کنترل‌کننده پیشنهادی، یک کنترل‌کننده خطی‌سازی‌شده کلی (GLC) است که بر اساس روش خطی‌سازی پسخور (Feedback linearization) طراحی می‌شود. در این روش، سیستم غیرخطی از طریق انتقال دستگاه مختصات، به طور دقیق خطی‌سازی می‌شود. بنابراین، می‌توان سیستم خطی‌سازی شده را با استفاده از یک کنترل‌کننده خطی کنترل کرد. به منظور خطی‌سازی سیستم، با استفاده از مدل ارایه‌شده برای این فرایند و با به کارگیری مفاهیم هندسه دیفرانسیلی یک جبران‌کننده غیرخطی طراحی شده است. در صورت به کارگیری جبران‌کننده غیرخطی، می‌توان از کنترل‌کننده تناسبی-انتگرالی (PI) به عنوان کنترل‌کننده خطی استفاده کرد. عملکرد کنترل‌کننده GLC+PI در کنترل فرایند مذکور، در مقایسه با یک کنترل‌کننده غیرخطی (NC) و یک کنترل‌کننده PI، مورد سنجش قرار گرفته است. عملکرد کنترل‌کننده‌های مذکور با شبیه‎سازی عددی و بر اساس شاخص انتگرال زمان در مربع خطا (ITSE) مطالعه شده است.

    نتایج اصلی

    نتایج شبیه‌سازی حاکی از این هستند که کنترل غلظت سوبسترا در این فرایند، به طور کلی، باعث افزایش مقدار تولید هیدروژن می‌شود. روش پیشنهادی در این مقاله (GLC+PI) برای کنترل غلظت سوبسترا در واکنشگاه زیستی تولید هیدروژن، در مقایسه با کنترل‌کننده‌های NC و PI، عملکرد بهتری در تعقیب مقدار مقرر دارد. در صورت تغییر 25 درصدی پارامترهای سینتیکی، عملکرد NC مختل می‌شود، اما روش های PI و GLC+PI در برابر این مقدار عدم قطعیت مقاوم هستند. عملکرد مناسب کنترل‌کننده می‌تواند تولید پایدار هیدروژن را تضمین کند. مقایسه نتایج شبیه‌سازی در حالت حلقه‌باز و حلقه‌بسته نشان می‌دهد که کنترل غلظت سوبسترا باعث افزایش 90 درصدی تولید هیدروژن می‌شود.

    کلیدواژگان: هیدروژن زیستی، واکنشگاه زیستی، کنترل فرایند، خطی سازی کلی، کنترل خطی سازی شده کلی
  • کیمیا صادقیان، شاهرخ شاه حسینی صفحات 105-117
    موضوع تحقیق

     امروزه و بدلیل شیوع ویروس کرونا و افزایش استفاده از محلولها و ژل‌های ضدعفونی، استفاده از گلیسرین نیز به شدت افزایش یافته است. ترانس‌استریفیکاسیون یکی از فرایندهای مهم در صنعت است که طی آن روغن خوراکی یا غیر خوراکی به بیودیزل و گلیسرین تبدیل می‌شود. تحقیقات زیادی در این زمینه به منظور بهبود این فرایند به منظور تولید بیشتر بیودیزل انجام شده است اما در هیچکدامیک بهینه سازی فرایند به منظور تولید بیشتر گلیسرین انجام نشده است.

    روش تحقیق

    در این مقاله به بررسی و شبیه سازی و بهینه سازی روش ترانس‌استریفیکاسیون پرداخته می‌شود. بدین منظور یک واحد تولید بیودیزل و گلیسرول با دبی خوراک 5.5 متر مکعب بر دقیقه ابتدا در نرم افزار Hysys شبیه سازی شد و سپس بدلیل اهمیت تجهیز راکتور ترانس‌استریفیکاسیون، با ورود اطلاعات فرایندی لازم، این تجهیز در نرم افزار Comsol MultiPhysics تحلیل عددی شده و پارامترهای موثر بر آن به منظور بهینه سازی درصد تبدیل محصول،  با دو دیدگاه یک پارامتر در لحظه و طراحی آزمایش مورد بررسی قرار گرفته است.  

    نتایج اصلی

     در نهایت مشاهده شد که پارامترهایی مثل دمای خوراک ورودی به راکتور استریفیکاسیون و هم چنین زمان ماند خوراک، تاثیر بسزایی بر کمیت و کیفیت محصول تولیدی دارد. بطوریکه در دمای 500 کلوین مقدار درصد تبدیل محصول به 100 درصد میرسد و در دمای 420 کلوین با افزایش دبی خوراک از 0.2 تا 0.4 مترمکعب برساعت مقدار درصد تبدیل محصول از 65 درصد به 25 درصد میرسد. همچنین ضمن ارایه یک مدل برای محاسبه میزان محصول گلیسرین تولیدی در واحد انرژی مصرف شده، پارامترهای تاثیرگذار مذکور نیز با روش سطح پاسخ بهینه سازی شده‌اند. که در شرایط بهینه مقدار تولید محصول به مقدار مصرف انرژی مقدار دما برابر 470.7 کلوین و مقدار دبی خوراک برابر 0.586 مترمکعب بر ثانیه شد همچنین با توجه به نتایج بدست آمده میتوان دریافت با تنظیم دبی در مقدار بهینه، استفاده از یک مبدل یا یک پیش‌گرم کن در فرایندهای تولید بیودیزل و گلیسرین میتواند تاثیر بسزایی در میزان محصولات تولید شده داشته باشد بطوریکه دمای بهینه برای خروجی این پیش گرمکن حداقل 470.7 کلوین درنظر گرفته شود.

    کلیدواژگان: زیست سوخت، گلیسرین، شبیه سازی فرایند، بهینه سازی، روش سطح پاسخ، طراحی آزمایش
|
  • Hosein Hayatolgheibi*, Forough Ameli Pages 3-13
    Research Subject

     Global energy demand is increasing, so enhanced oil recovery techniques have incorporated in production processes. Water flooding is a common technique in oil recovery processes. One of the major challenges in this technique is heterogeneity of the reservoir structure which results in increased water production and reducing the oil recovery factor. Moreover, long-term water or chemical injection might lead to the increased horizontal and vertical heterogeneities in the reservoir. Selective blockage of high permeability areas and consequently improved production from low permeability regions is important for increasing the oil recovery factor. In recent years, using hydrogels in injection processes, has been associated with various field successes, indicating the ability of these materials for selectively blocking the areas of high permeability. Hydrogels are injected after water or polymer flooding to conduct the injected fluid to low permeability areas.

    Research Approach

     In this paper, hydrogel injection process was simulated in glass micromodels using Comsol Multiphysics software. Hydrogel functionality was studied in low permeability areas in porous media. Moreover, the optimized conditions for water flooding process was studies. For this purpose, after model validation, sensitivity analysis was performed on effective parameters on oil recovery factor and a mathematical model was presented to predict the oil recovery factor.

    Main Results

    Oil recovery factors obtained from experimental and simulation studies, were in good agreement with each other with absolute error values of 2.29% and 4.06%, for water and hydrogel flooding, respectively. Four parameters of injection rate, contact angle, oil viscosity, and injection fluid viscosity were considered as effective parameters on oil recovery factor. Among them, contact angle was the most important parameter. In water flooding, the most important interacting parameters are viscosity and contact angle and the least important parameters are injection temperature and rate. In water flooding simulation studies, the thickness of the contact surface was obtained hmax/5, where  is 230 micrometers. For hydrogel injection, the contact surface thickness was obtained terpf.ep_default / 5.65. Terpf.ep_default is the thickness of contact surface, equal to 631 micrometers

    Keywords: Enhanced Oil Recovery, Phase-Field Method, Hydrogel, Simulation, Comsol Multiphysics
  • Nedasadat Saadati Ardestani, Mitra Amani*, Navid Yeganeh Majd Pages 15-37
    Research subject

     Low solubility of pharmaceutical compounds leads to increasing the required drug dosage and their side effects as well as reducing their therapeutic efficiency. Producing pharmaceutical micro/nanoparticles with homogenous morphology and narrow size distribution is one of the confirmed approaches for their solubility enhancement. So, selection and designing an appropriate method for this purpose is one of the most important research fields of pharmaceutical industries. Over the past three decades, supercritical carbon dioxide (sc-CO2) based methods as a clean and green technologies have been received much attention in various fields of pharmaceutical industries. However, in order to design and development of these methods for producing micro/nanoparticles, determination of the compounds solubility in sc-CO2 is essential.

    Research approach

     In this research, well known empirical models (Adachi and Lu, Ch and Madras, Hozahzbr et al., Bian et al., Mendez-Santiago-Teja), as well as the artificial neural network model were applied for prediction the solubility of six anticancer drugs (Aprepitant, 5-Fluorouracil, Imatinib mesylate, Capecitabine, Letrozole, Docetaxel) in sc-CO2.  In order to evaluate the accuracy of these models, a comparison was made between the calculated solubility values and the available experimental data, based on several statistical criteria, such as the average absolute relative deviation (AARD%), adjusted correlation coefficient (Radj) and F-value.

    Main results

    According to obtained results, Adachi and Lu model with AARD% value of 12.12% and Radj value of 0.97 provided acceptable results for solubility of mentioned drugs in sc-CO2. Also, in comparison between empirical and artificial neural network models, the latter one with AARD% value of 1.65% and Radj value of 0.9960 was appointed as the most appropriate model for correlation of drugs solubility data.

    Keywords: Supercritical carbon dioxide, Solubility, Anti-cancer drug, Artificial neural network, Empirical model
  • Marjan Hanifehei, Abolfazl Shojaeian* Pages 39-54
    Research subject

     Solvents are compounds that are used in the chemical, pharmacy, oil and gas industries, including in separation processes. These solvents include alkanolamines and ionic liquids (ILs). ionic liquids with a melting point below 100oC are a particular class of chemical compounds that have unique properties and characteristics. Design and optimization of acid gases removal systems and separated CO2 from the gas stream requires experimental data of physical properties, However, performing an experiment is time consuming and costly. Therefore, thermodynamic models are used to predict the properties of pure and mixture materials.

    Research approach

     In this study viscosities of 3 alkanolamines (Monoethanolamide (MEA), N-Methyldiethanolamine (MDEA), Diethanolamine (DEA)) and 12 ionic liquids based on imidazolium (imidazolium based families of tetrafluoroborate, hexafluorophosphate and bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide) were investigated by the well-known friction theory (FT) based on friction concepts of classical mechanics was coupled with two simple cubic equation of state (EoS) of the Soave-Redlich-Kwong (SRK) and Peng-Robinson(PR) at over wide ranges of temperatures and pressure and in different mole fraction (for mixture) for prediction of viscosity. The models presented in this work are based on the viscosity behavior of pure alkanolamines and ionic liquids.

    Main results

    The result shows friction theory has good operation in prediction of viscosity. The average absolute Relative deviation (AARD) is 4.71% and 1.66% for pure ILs and alkanolamine respectively when PR equation state is used and when SRK equation of state is used these values is 4.70% and 1.99% about IL-IL mixture, experimental and predicted values were well matched and for IL-alkanolamine mixture FT5- and FT6- have best result.

    Keywords: Ionic liquid, Alkanolamine, Modeling, Viscosity, Friction theory
  • As'ad Zandi, Somayeh Ghasemirad* Pages 55-67
    Research subject

    In recent years, several studies have been performed for improving the adhesion properties of polyurethane and acrylic pressure-sensitive adhesives (PSAs). Generally, polyurethane PSAs are of higher shear strength, while acrylic PSAs have higher tack. This research is a feasibility study of exploiting the properties of both of these adhesives through a simple blending method, and the adhesion properties were evaluated.

    Research approach

     First, acrylic copolymer (Ac) consisting of 82 vol. % butyl acrylate and 18 vol. % methyl methacrylate was solution polymerized. On the other hand, a thermoplastic polyurethane (TPU) containing 17.5 wt. % hard segment was prepared by bulk polymerization. Blending of these two polymers was performed by solution mixing. Solutions of the pure polymers and their blends at different contents were cast on polyethylene terephthalate backing and dried at room temperature. Fourier transform infrared spectroscopy, gel permeation chromatography, and differential scanning calorimetry were used to identify TPU and Ac. Loop tack, static shear strength, dynamic mechanical behavior, contact angle of sessile drop, morphology, and haze of the PSAs were evaluated.

    Main results

    Tack of the acrylic PSA was higher than TPU PSA. Tack of the blend PSAs containing 20, 40, and 60 wt. % TPU was higher than the pure components and that of the blend containing 40 wt. % TPU was maximum. This blend demonstrated the lowest water contact angle compared to the other blends and the shortest relaxation time compared to the pure polymers, which resulted in better wetting and higher tack. The shear strength of the PSAs increased with increase in the content of TPU to higher than 40 wt. % in the blends compared to the acrylic PSA; so that the pure TPU showed the highest modulus at various frequencies and hence exhibited high-shear PSA characteristics in the Chang’s viscoelastic window and the highest adhesion strength. The immiscibility of the blends was confirmed by measuring the haze and calculating the Hansen solubility parameter.

    Keywords: Pressure-sensitive adhesive, Tack, Shear strength, Polyurethane, acrylic blend, Viscoelasticity
  • Hamid Karami, Saeed Soltanali*, Shokoufe Tayyebi Pages 69-78
    Research subject

    In recent decades, hybrid optimizations methods based on natural phenomenon have placed special position according to their capabilities in finding optimal solutions without expensive computational loads and disassociation on choosing initial points. Artificial Neural Network is used as one of the powerful tools of Artificial Intelligence for process simulation. The employment of the neural network in the modeling of m-Cresol alkylation process of with isopropanol as well as meta-heuristic methods in obtaining the optimal conditions for the catalyst and the reaction can prepare an effective step towards a high efficiency process.

    Research approach

     In the present study, the artificial neural network is applied to model alkylation of m‐Cresol with isopropanol process. In addition, the bee colony is employed in order to optimize the process yield. To verify its performance, the proposed method is used in prediction of the m‐Cresol conversion and Thymol selectivity of the alkylation process with isopropanol 120 data. In this process, the input variables are Weight Hourly Space Velocity (WHSV), pressure and temperature; m-cresol conversion and thymol selectivity are considered as the output variables of the neural network. Five hidden neurons are considered for the proposed neural network. 120 data is used to train the neural network. The meta-heuristic approach based on bee colony (BC) is applied to maximize the yield of the process.

    Main results

    The results confirm that the proposed method develops the accurate model with an R2 value of greater than 97.5%. The maximum yield is obtained 28.9% by bee colony algorithm with adjustable variables that are WHSV of 0.062 hr-1, the pressure of 1.5 bar and the temperature of 300oC. In addition, in order to achieve the better performance of the optimization algorithm, the appropriate values of acceleration coefficient and population size are chosen 100 and 10 during the trial-and-error phase.

    Keywords: Artificial Neural Network, Bee Colony Algorithm, Optimization, Alkylation of m‐Cresol, Thymol
  • Artin Maleki, Abbas Kebritchi*, Amin Amini Pages 79-90
    Research Subject

     Among the burning rate catalysts (BRCs), ferrocene-based ones have shown better performance; but show volatility problem. Therefore, the use of ferrocene derivatives in order to make compatible with hydroxyl terminated polybutadiene (HTPB) prepolymer, is a novel trend which is recently interested in the related researches.

    Research Approach

     In this research, at first, vinyl ferrocene monomer (VFM) were in-situ homopolymerized to prepare poly (vinyl ferrocene) (PVF)in the presence of hydroxyl terminated polybutadiene (HTPB) prepolymer at three different conditions(with and without BPO as initiator and different amounts of VFM).Then, blend of PVF/HTPB were characterized using FT-IR, 1HNMR and GPC analyzes. In the second part, energetic composites containing PVF/HTPB blend were prepared and thermal properties of prepared samples investigated and compared with energetic composites containing conventional catalysts using TGA.

    Main Results

    The GPC results showed that the main peak was larger and wider due to the increase in the average molecular weight of PVF/HTPB blend. Comparison of thermal analysis showed that energetic composites based on PVF/HTPB blend catalyst perform better than common catalysts and more reduces the AP decomposition temperature. PVF/HTPB blend act as a potential BRC in energetic composites in which migration problem reduce due to in-situ blending of VFM to HTPB.

    Keywords: Burning rate catalysts, Ferrocene, Vinyl ferrocene, Ferrocene based catalyst, energetic composite
  • Saeed Fallah Ramezani, Mohamad Fakhroleslam Pages 91-103
    Research subject

    Bio-hydrogen is a renewable energy source with many economic and environmental benefits as a fuel. Controlling the concentration of the substrate in the reactor has a significant effect on the amount of hydrogen production. However, bio-hydrogen production is a nonlinear process that requires the implementation of nonlinear control methods. In this paper, substrate concentration in an anaerobic bio-reactor is controlled using the feedback linearization method.

    Research approach:

     The model employed for the simulation is a well-known model consisting of three state variables. The proposed controller is a globally linearized controller (GLC) designed based on the feedback linearization technique. In this method, the nonlinear system is precisely linearized by a transformation of the coordinate system. As a result, the linearized system can be controlled using a linear controller. In order to linearize the system, a nonlinear compensator is designed using the design model and applying the concepts of differential geometry. Proportional-integral (PI) controller is adopted as a linear controller. GLC controller performance has been compared with a nonlinear controller (NC) and a PI controller. The performance of these controllers has been studied by numerical simulation based on the integral of time-square error (ITSE).

    Main results

    The simulation results show that substrate concentration control can contribute to the hydrogen production. The control method applied has better set-point tracking than the other two control approaches. The ITSE performance index for the feedback linearization method is lower than the other two methods. The nonlinear feedback controller fails if the kinetic parameters are changed by 25%, but the PI method and the feedback linearization are robust against model uncertainty. An efficient controller guarantees stable bio-hydrogen production. Comparing open-loop and closed-loop simulation results shows that controlling the substrate concentration increases hydrogen production by 90%.

    Keywords: Bio-hydrogen, Bio-reactor, Process contro, Feedback linearization, Global linearized control
  • Kimia Sadeghian, Shahrokh Shahhosseini Pages 105-117
    Research subject

    Nowadays, due to the prevalence of coronavirus and the increasing use of disinfectant solutions and gels, the use of glycerin has also increased dramatically. But the suggested processes in this field need to be optimized in terms of production and energy consumption.

    Research approach

     In this paper, the transesterification method has studied and simulated, during which vegetable oil is converted into biofuel, and glycerin is also produced as a by-product of this process. For this purpose, process simulation of a conventional unit with 5.5 m3/min feed has been done in Hysys. Also, due to the importance of equipping the transesterification reactor, by importing the necessary process information, this equipment has been simulated in COMSOL MultiPhysics and the effective parameters have been studied in order to optimize the of product conversion. After validation of model, to better understand the factors affecting the performance of the transesterification reactor, the effect of selected parameters first examined by one-variable at the time design of experiment approach.

    Main result

    Finally, it has been shown that the feed temperature and the flowrate both have significance impact on quantity and quality of product and while providing a model for calculating the amount of glycerol produced per unit of energy consumed, the effective parameters are optimized by the response surface method. In optimal conditions of the ratio of product production to energy consumption, the temperature value was 470.7 K and the feed flow rate was 0.586 m3/s. According to the gained results, it can be obtained by adjusting the flow rate in the optimal amount, using a preheater in the production processes of biofuels and glycerin can have a significant effect on the amount of products produced so that the optimal temperature for the output of this preheater is at least 470.7 K should be considered. In the current research an optimization scheme has been suggested which can be used for different Biodiesel-Glycerol production units with varies range of flowrate.

    Keywords: Biodiesel, Glycerin, process simulation, Optimization, Response surface method, Design on experiment