فهرست مطالب

مهندسی شیمی ایران - پیاپی 112 (آذر و دی 1399)

دوماهنامه مهندسی شیمی ایران
پیاپی 112 (آذر و دی 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/10/14
  • تعداد عناوین: 8
|
  • کامیار موقرنژاد صفحه 5
  • مهدی اسدالله زاده* صفحات 6-21

    در این مطالعه، مایعات یونی برای استخراج و جداسازی فلزات نادر خاکی سریم، ساماریم، گادولینیم و دیسپروزیم مطالعه و آزمایش شده اند؛ نتایج نشان داد که مایعات یونی خالص [C6MIM]PF6 و [C6MIM]NTf2 به عنوان حلال، بدون استخراج کننده قادر به استخراج فلزات نادر خاکی هستند؛ اما میزان درصد استخراج پایین است (54/19% برای استخراج سریم با [C6MIM]PF6 و 11/11% با [C6MIM]NTf2). استفاده از استخراج کننده TOPO در این دو مایع یونی موجب افزایش درصد استخراج فلزات شده است (بالاتر از 80% برای استخراج تمامی یون ها با ترکیب TOPO و [C6MIM]PF6). از آنجایی که مایعات یونی حلال هایی با گرانروی بالا هستند، امکان کاربرد آنها در ستون های استخراج مایع- مایع به مراتب سخت و مشکل خواهد شد، به همین دلیل ترکیب مایعات یونی به همراه TOPO و حلال TBp مطالعه و بررسی شد. نتایج نشان داد که ترکیب سه تایی TOPO، TBp و [C6MIM]NTf2 بهتر از ترکیب سه تایی با [C6MIM]PF6 است؛ اما در حالت ترکیب دوتایی، مخلوط TOPO و [C6MIM]PF6 برای استخراج یون ها مناسب تر است. نتایج نشان داد که در کاربردهای پیوسته با حجم زیاد، مخلوط این سه ماده می تواند موجب استخراج فلزات نادر خاکی با درصد استخراج بالا شود.

    کلیدواژگان: فلزات نادر خاکی، مایعات یونی، استخراج کننده، حلال، ایمیدازولیوم
  • احد قائمی، علیرضا همتی*، پوریا امانی صفحات 22-37

    در این تحقیق فرایند جذب زیستی فلز مس به وسیله قارچ میله ای رزوپوس اریزوس در یک بستر ثابت از پساب های صنعتی الگوسازی شده است. عملکرد سه ایزوترم لانگمویر، فروندلیچ و BET برای محاسبه شدت جذب مقایسه شدند. براساس نتایج الگوسازی، الگوی فرندلیچ با ضریب همبستگی 974/0 نسبت به دیگر الگو های ارایه شده تطابق بهتری با نتایج تجربی نشان داد. بیشترین تطابقات الگوی فروندلیچ با داده های تجربی برابر در مقادیر 855/01/n= و 991/0K= به دست آمد. در ادامه، اثر مولفه های الگوی انتخاب شده بر میزان جذب بررسی شد که مشخص شد در یک ضریب ثابت فروندلیچ، افزایش در مقدار توان الگو باعث افزایش ظرفیت جذب در دسترس برای غلظت کم املاح می شود. همچنین اثر شرایط عملیاتی در ستون از قبیل بده حجمی، قطر ستون، طول ستون، غلظت اولیه و چگالی جاذب بر میزان جذب بررسی شد. به طور کلی می توان گقت که الگوسازی فرایندهای زیستی برای حذف فلزات یکی از ابزار مهم در شناخت رفتار این فرایندها است و با کمترین هزینه می توان عملکرد فرایند را در شرایط مختلف عملیاتی ارزیابی کرد.

    کلیدواژگان: جذب زیستی، فلز مس، رزوپوس اریزوس، الگوی ایزوترم، ستون بستر ثابت
  • الهام جعفری، وحید محبی* صفحات 38-48

    این مطالعه به بررسی اندازه گیری حلالیت متان در دی اتیلن گلایکول خالص، آب خالص و محلول آبی دی اتیلن گلایکول می پردازد؛ در این تحقیق، اثرات فشار، دما و غلظت مخلوط برحلالیت و ثابت هنری بررسی شده است. از نرم افزار طراحی آزمایش برای کاهش و بهینه سازی تعداد آزمایش ها و بررسی تاثیر مولفه های مختلف بر روی داده های حلالیت استفاده شده است. برای پیش بینی ثابت های هنری آب و دی اتیلن گلایکول خالص، از الگوی کریچفسکی استفاده شده است. مولفه های الگو در دما ها و فشار های مختلف استخراج شده اند؛ برای الگو سازی و پیش بینی مقدار حلالیت در مخلوط با استفاده از نتایج انحلال در حلال های خالص، الگو های اکنل و مارگیولس به کار گرفته شده است. مقایسه نتایج الگو سازی و نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که الگوی پیشنهادی، توانایی خوبی در پیش بینی حلالیت متان در مخلوط آب و دی اتیلن گلایکول دارد.

    کلیدواژگان: حلالیت، متان، دی اتیلن گلایکول، قانون هنری، آب
  • بصیر ملکی، سیامک اشرف طالش* صفحات 49-62

    با توجه به اهمیت مبدل های حرارتی در واحدهای عملیاتی، در این پژوهش از الگوریتم تکامل تفاضلی (DE) برای بهینه سازی مبدل حرارتی فشرده با هدف کمینه سازی تعداد واحدهای تولید آنتروپی استفاده شده است. تعداد واحدهای تولید آنتروپی کل حرارتی و فشاری در مبدل حرارتی به عنوان تابع هدف و شش متغیر تصمیم گیری شامل طول مبدل، بسامد پره، طول پره، تعداد لایه های عبور جریان در پره آفست، ارتفاع پره و ضخامت پره با مجموعه ای از قیدها، در نظر گرفته شده است .نتایج به دست آمده از بهینه سازی با الگوریتم تکامل تفاضلی، با دو روش الگوریتم ژنتیک (GA) و تجمع ذرات (PSO)، مقایسه و اعتبارسنجی شد. میزان این الگوریتم در کمینه سازی تولید آنتروپی (به میزان 5/1و 6/17درصد در مقایسه با روش تجمع ذرات و الگوریتم ژنتیک) نشان از توانایی بالای روش تکامل تفاضلی برای بهینه سازی مبدل های حرارتی فشرده دارد. همچنین، تاثیر تغییرات مولفه های کنترلی در الگوریتم تکامل تفاضلی بر هم گرایی و نیز میزان بهینه سازی تابع هدف بررسی شده است.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، الگوریتم تکامل تفاضلی، مبدل حرارتی فشرده، تولید آنتروپی
  • پریچهر شهنوازی، کبرا پورعبدالله* صفحات 63-73

    جذب سطحی با داشتن هزینه پایین، سادگی عملیات، ماهیت عمومی و بازدهی بالا یکی از رایج ترین و کارامدترین روش‎های جداسازی شناخته شده است؛ از این رو در این پژوهش، روش جذب سطحی با استفاده از کربن فعال، به عنوان جاذب، برای جداسازی سه آلاینده اتانول، استالدهید و استیک‎اسید از محلول آبی استفاده شد. این محلول شامل 5 درصد وزنی اتانول، 5/1 درصد وزنی استیک اسید و 2/0 درصد وزنی استالدهید بود و در این فرایند سه اثر زمان ماند، دمای محلول و مقدار جاذب بررسی شد. همچنین آزمایش‎ها با استفاده از روش RSM طراحی و بهینه سازی شد و مقدار بهینه زمان ماند، دمای محلول و مقدار جاذب به ترتیب 4 ساعت، °C30 و 8/2 گرم جاذب به ازای هر سی سی محلول به دست آمد. بیشترین میزان جداسازی برای اتانول، استیک اسید و استالدهید به ترتیب 65، 85 و 85 درصد و ظرفیت جذب آن ها نیز به ترتیب 4/144، 2/64 و 6/7 میلی گرم جذب شونده به ازای هر گرم جاذب حساب شد.

    کلیدواژگان: جذب سطحی، محلول چهار جزئی، کربن فعال، طراحی آزمایش
  • سید امیر ثابت، محمدرضا امیدخواه*، آرزو جعفری صفحات 74-85

    تحقیقات در مورد انواع روش های کاهش گران روی نفت خام سنگین نشان می دهد که روش های متداول، پر هزینه، با ایمنی پایین، نیازمند تجهیزات زیاد و حجیم، هزینه بالای تعمیر و نگهداری و در عین حال بازدهی کم است که این موارد بیشتر ناشی از دما و فشار بسیار بالای این روش هاست. کراکینگ گرمایی نخستین روش کاهش گران روی بود که حضور کاتالیست توانست مشکلاتی مانند نداشتن پایداری و دمای بسیار بالای آن را برطرف کند. هم چنین نتایج آزمایش های محققان نشان می دهد که حضور کاتالیست در کنار شکست گرمایی، کاهش گران روی نفت را بهبود می بخشد؛ اما به علت مشکلات اساسی مانند هزینه های بسیار زیاد، تلاش برای دست یابی به روش هایی با بازدهی بالاتر، افزایش یافت. استفاده از نانوکاتالیست های پراکنده، بازدهی واکنش های شکست را به طور چشمگیری افزایش داد و استفاده از نانوکاتالیست در روش شکست هیدروژنی در حضور هیدروژن و دمای بالا، درصد کاهش گران روی را تا 99% بالا برد. شایان ذکر است که نانوکاتالیست های بسیاری تاکنون آزموده شده اند و به عنوان مثال می توان از نانوکاتالیست های زیولیت، کربن، آهن و نیکل که نتایج خوبی از خود برجای گذاشته اند نام برد، اما این روش نیز با مشکلاتی مانند ساخت نانوکاتالیست و بستر واکنشی مناسب و جمع آوری آن ها روبه رو است. لذا فرایندهایی با فناوری نوین مانند پرتوافکنی، کاویتاسیون و امواج الکترومغناطیسی در مقیاس آزمایشگاهی در حضور نانوکاتالیست ها توانستند در دما و فشار بسیار پایین نتایج خوبی به همراه داشته باشند. در یکی از این آزمایش ها با استفاده از مایکروویو و در حضور نانوکاتالیست کربن، گران روی به میزان 7/99 % کاهش پیدا کرد. البته این روش ها نیز به علت شرایط پیچیده و تجهیزات خاص، هنوز تجاری سازی نشده اند و تحقیقات بر روی آن ها ادامه دارد.

    کلیدواژگان: گران روی، نفت خام سنگین، ارتقای کیفیت، روش های نوین، نانوکاتالیست
  • صفحات 88-89
|
  • M. Asadollahzadeh Pages 6-21

    In this study, ionic liquids for extraction and separation of rare earth elements such as cerium, samarium, gadolinium and dysprosium have been studied and tested. The results showed that pure ionic fluids [C6MIM]PF6 and [C6MIM]NTf2, as the solvent, could extract rare earth metals without an extractant. But, the extraction efficiency was low (19.54% for cerium extraction with [C6MIM]PF6, and 11.11% with [C6MIM]PF6). The use of TOPO extractant in these ionic liquids led to the higher extraction efficiency (higher than 80% for extraction of ions with a mixture of TOPO and [C6MIM]PF6. Since ionic liquids are high viscosity solvents, their application in liquid-liquid extraction columns will be complicated, so the combination of ionic liquids with TOPO and TBP solvent was studied. The experimental results showed that the mixture of three compounds TOPO, TBP, and [C6MIM]NTf2 was better than the mixture with [C6MIM]PF6. But, in the mixture of two components, TOPO and [C6MIM]PF6 was more appropriate for ion extraction. The result showed in continuous applications with high volume, the mixture of these three substances can lead to the extraction of rare earth metals with a high extraction efficiency.

    Keywords: Rare Earth Elements, Ionic Liquids, Extractant, Solvent, Imidazolium
  • A. Ghaemi, A. Hemmati*, P. Amani Pages 22-37

    In this research, the biosorption process of copper metal from industrial wastewater by Rhizopus Arrhizus has been modeled in a fixed bed column. The performances of the three isotherms of Langmuir, Freundlich, and BET were compared to calculate the adsorption rate. Based on the modeling results, the Freundlich model with a correlation coefficient of 0.974 showed better agreement with the experimental results than the other models. The highest agreement of Freundlich model with experimental data was obtained at k=0.991 and n= 0.8551. Then, the effect of the selected model parameters on the adsorption rate was investigated, and it was found that at a constant Freundlich coefficient, an increase in the power of the model enhances the available adsorption capacity for low solute concentrations. The effects of operating conditions in the column include volume flow, column diameter, column length, initial concentration, and adsorbent density on the adsorption rate were also investigated. In general, it can be stated that the modeling of biological processes for metal removal is one of the important tools in understanding the behavior of these processes with the least cost, and also the performance of the process can be evaluated at different operating conditions.

    Keywords: Biosorption, Copper Metal, Rhizopus Arrhizus, Isotherm model, Fixed bed Column
  • E. Jafari, V. Mohebbi* Pages 38-48

    In this study, the solubility of methane in pure diethylene glycol, pure water and in the aqueous solution of diethylene glycol has been investigated. The effects of pressure, temperature and mixture concentration on the solubility of methane in the aqueous phase were studied. Design Expert software has been used to reduce and optimize the number of experiments and investigate the effect of different parameters on the solubility data. Kricheveky’s model was used to predict the Henry’s constant of pure water and DEG. The model parameters have been extracted at different temperatures and pressures. In order to estimate the solubility of methane in the mixture from the pure data, O’Connell’s model has been applied. The model parameter has been evaluated using Margules equation. Results showed that the proposed model has good capability to predict the solubility in the mixture.

    Keywords: Solubility, Diethylene Glycol, Methane, Henry’s Law, Water
  • B. Maleki, S. S. Ashraf Talesh* Pages 49-62

    Considering the importance of heat exchangers in operational units, in this research, the differential evolution (DE) algorithm was used to optimize compact heat exchanger aim to minimize the number of entropy generation units. The number of total entropy generation units of heat and pressure in the compact heat exchanger as an objective function and six decision variables including heat exchanger length, fin frequency, fin length, number of layers of flow on both sides of the offset strip fin, fin height, and fin thickness with a series of restrictions were Investigated. The results obtained from DE optimization were compared and validated by genetic algorithm (GA) and particle swarm optimization (PSO). The level of this algorithm in minimizing entropy generation (by 1.5 and 17.6% compared to the PSO method and GA) revealed high ability of the DE method in optimizing compact heat exchangers. Moreover, the effect of changes in control parameters in the DE algorithm on convergence and the degree of optimization of the objective function was studied

    Keywords: Optimization, Differential Evolution Algorithm, Compact Exchanger, Entropy Generation
  • P. Shahnavazi, K. Pourabdollah* Pages 63-73

    Adsorption technology due to inexpensiveness, simplicity of operation, universal nature and effectiveness has been considered as one of the promising method of separation processes. Thereby in this study an adsorption process was applied by using activated carbon as adsorbent for separation of three pollutants of ethanol, acetaldehyde and acetic acid from aqueous solution. The solution contained 5 wt.% ethanol, 1.5 wt.% acetic acid and 0.2 wt.% acetaldehyde and in this work the effect of three parameters including retention time, solution temperature and adsorbent dosage were investigated. Moreover, the experiments were designed and optimized by RSM method and the results revealed that the optimal retention time, solution temperature and adsorbent dosage are 4 hr, 30°C and 2.8 g adsorbate/cc solution, respectively. The maximum amount of adsorption for ethanol, acetic acid and acetaldehyde was determined to be 65, 85 and 85%, respectively and their adsorption capacity was calculated to be 144.4, 64.2 and 7.6 mg adsorbate/ gr adsorbent.

    Keywords: Adsorption, Quaternary Solution, Activated Carbon, Experimental Design
  • S. A. Sabet, M. R. Omidkhah*, A. Jafari* Pages 74-85

    Investigations on a variety of methods for reducing the viscosity of heavy crude oil show that conventional methods due to their high temperature and pressure are expensive, unsafe, costly maintenance with huge utility and low efficiency. Thermal cracking was the first method of reducing viscosity, which presence of catalysts could improve some of its problems such as instability and extremely high temperatures. But temperature was still high and due to these basic problems, efforts are continuing to achieve better result and more efficiency. Usage of dispersed nanocatalysts greatly increased the efficiency of these reactions so that at presence of hydrogen and nano dispersed catalyst viscosity reduced up to 99%. Many nanocatalysts have been studied so far, for example, nano zeolite, carbon, iron, and nickel which have yielded good results, but these methods also have some special problems such as synthesis of nanocatalysts with appropriate surface and bed and collecting them after reaction. Processes with modern technology such as irradiation, cavitation and electromagnetic waves at a laboratory scale have been able to produce good results at very low temperatures and low pressures. In one of these experiments, the microwave could reduce 99.7% viscosity of heavy oil at the presence of nanoparticles of carbon nanotubes. Of course, these methods have not been commercialized yet because of complicated conditions and special equipment so this way is very good for continuing research on them.

    Keywords: Viscosity Reduction, Heavy Crude Oil, Nanocatalyst, Cracking