فهرست مطالب

نشریه پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
سال پنجم شماره 2 (پیاپی 16، تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/07/24
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مریم فره وشی، داریوش جعفری*، مرتضی اسفندیاری، حسین اسماعیلی صفحات 3-15

    گاز سنتز مخلوطی از گازهای هیدروژن و مونوکسیدکربن می باشد که معمولا شامل دی اکسیدکربن به عنوان یک ماده افزودنی است. این گاز ماده اولیه در تولید بسیاری از مواد پایه صنعت پتروشیمی از قبیل متانول است. برای تولید گاز سنتز مواد اولیه متفاوتی استفاده شده است که از آن جمله می توان به گاز طبیعی (متان)، هیدروکربن ها و زغال سنگ اشاره کرد. این گاز به عنوان یک ماده واسطه برای تولید فرآورده های صنعتی نیز بسیار مناسب است و بر اساس شرایط واکنش و کاتالیزور مورد استفاده، مواد شیمیایی متفاوتی در واحدهای بزرگ صنعتی ممکن است تولید شود. مدل سازی راکتور تولید گاز سنتز به عنوان قلب یک واحد عملیاتی در صنعت پتروشیمی از اهمیت خاصی برخوردار است. شبیه سازی واحدهای پالایشگاهی با توجه به پیچیدگی فرآیند و عدم وجود سینتیک مناسب، همواره با مشکلات فراوانی همراه می باشد. در سال های اخیر نرم افزارهایی مانند اسپن پلاس جهت شبیه سازی و بررسی فرآیندهای پالایشگاهی مورد استفاده قرار گرفته که در این خصوص تا حدودی موجب تسهیل و دستاورد مناسب شده اند. در این تحقیق شبیه سازی واحد تولید گاز سنتز با دو روش ریفرمینگ بخار و روش اکسیداسیون جزیی با استفاده از نرم افزار Aspen Plus V8.4 انجام شده است. و با بررسی پارامترهایی مانند میزان تبدیل، نسبت هیدروژن به CO، دما و فشار راکتورها در طول فرآیند تولید و متغیرهای دیگر، نتایج شبیه سازی نشان می دهد که پس از تنظیم ضرایب سینتیکی واکنش ها، حاکی از پارامترهایی نظیر دمای خوراک ورودی، طول راکتور و زمان ماند روی میزان تولید محصولات دلخواه تاثیر دارند که  استفاده از ریفورمینگ بخار از نظر میزان تولید گاز سنتز دارای بازدهی بالاتری نسبت به سیستم اکسیداسیون جزیی است.

    کلیدواژگان: گاز سنتز، واکنش اکسیداسیون جزئی، واکنش ریفورمینگ بخار، شبیهسازی
  • محمود ملکی، سینا محسنی رودباری، محمد فخرالاسلام*، قاسم زارعی صفحات 17-36

    ایران کشوری با پتانسیل های بالا در دسترسی به انرژی های تجدیدپذیر همانند انرژی خورشیدی، آبی، بادی و انواع زیست توده است. بیودیزل یکی از سوخت های تجدیدپذیری است که همواره به عنوان جایگزینی مناسب و پایدار (غیرسمی، ایمن و تجزیه پذیر) برای سوخت های فسیلی مطرح شده است. مرور تجربه کشور های مختلف در زمینه استفاده از منابع خوراکی برای تولید بیودیزل نشان می دهد که استفاده از منابع خوراکی موجب ایجاد معضلاتی از جمله کمبود منابع غذایی برای جوامع انسانی، کمبود خوراک دام ها و بر هم خوردن توازن در صنایع غذایی شده و می تواند منجر به افزایش چشم گیر قیمت این منابع شود. بنابراین بسیاری از محققان و پژوهشگران استفاده از منابع غیرخوراکی را به منظور رفع معضلات ذکرشده، مطرح کرده اند. تاکنون منابع غیر خوراکی بسیار گسترده ای برای تولید بیودیزل شناسایی شده است. در این مقاله، منابع غیرخوراکی بیودیزل که در ایران تولید و یا پتانسیل تولید آن ها وجود دارد، معرفی شده و مورد بررسی قرار گرفته و یک مطالعه پتانسیل سنجی برای آن ها ارایه شده است. در اینجا منابع غیرخوراکی بیودیزل در چهار دسته ضایعات کشاورزی، روغن های پسماند پخت وپز، ریزجلبک ها و دانه های غیرخوراکی دسته بندی می شوند و این منابع بر اساس پارامتر های مختلفی همچون درصد روغن موجود، میزان روغن در هر هکتار، راندمان تولید بیودیزل، ویسکوزیته، عدد صابونی شدن و طول دوره کشت مقایسه می گردد، که بر اساس نتایج به دست آمده، دانه های غیرخوراکی به خصوص دانه های نوروزک، کرچک و گلرنگ به عنوان منطقی ترین و پایدارترین منابع تولید بیودیزل در ایران، شناسایی شده اند. همچنین در کار حاضر به سیاست ها و مشوق هایی که نهاد های متولی می توانند جهت رونق صنعت بیودیزل اعمال نمایند، پرداخته شده است.

    کلیدواژگان: بیودیزل، منابع غیرخوراکی، دانه روغنی، سوخت تجدیدپذیر، پتانسیل سنجی
  • شریف حیدری، آزاده آصف نژاد*، ناهید حسن زاده نعمتی، وهاب الدین گودرزی، علی وزیری صفحات 37-50

    افزایش عفونت های باکتریایی به مشکلی جدی در جوامع بشری تبدیل شده است. براین اساس توسعه مواد نانوکامپوزیتی برپایه مواد زیست سازگار و بی خطر برای محیط زیست که علاوه بر قابلیت ضد میکروبی و زیست سازگاری یا عدم سمیت سلولی، خواص ساختاری منحصر بفردی نیز داشته باشد از اهمیت بالایی برخورداراست. در این پژوهش، سلولز باکتریایی (BC)/ پلی پیرول (PPy) و نانوذرات روی (ZnO) که همزمان دارای خواص ضدمیکروبی و قابلیت تکثیر سلولی باشند، به عنوان نسل جدیدی از ایروژل نانوکامپوزیتی که به روش خشک کردن انجمادی تولید شدند، معرفی شد. بر این اساس ابتدا ZnO با درصدهای وزنی مختلف 1 %، 3 % و 5 % به BC اضافه شد و سپس  PPy در مقدار mmol 2 به روش پلیمریزاسیون درجا در ساختار مذکور تعبیه شد. تصاویر FESEM اثبات کرد که ساختار نانولیفی و متخلخل BC، در حضور PPy و ZnO  نیز حفظ شده است. هرچند بعد از افزودن PPy و ZnO ساختار متراکم شده و ریزساختار خوشه انگوری تشکیل دادند. با افزودن mmol 2 به BC  و سنتز PPy، استحکام کششی و مدول یانگ BC به طور قابل توجهی کاهش یافته و به ترتیب به مقادیر MPa 71 و GPa 5/2 رسید. از سوی مقابل، با افزودن نانوذرات ZnO خواص مکانیکی افزایش قابل توجهی یافته (افزایش مدول یانگ و استحکام کششی در مقایسه با نمونه های BC/PPy) که این موضوع به دلیل فشرده شدن ساختار ایروژل نانوکامپوزیتی حاصل و همچنین تشکیل فصل مشترک نانوذرات ZnO با دو پلیمر BC و PPy است. مشاهده هاله و ناحیه ممانعت در محیط کشت حاوی دو باکتری گرم مثبت و منفی، به خوبی قابلیت ضدباکتریایی داربست های نانوکامپوزیتی سه جزیی را اثبات کرد. نتایج MTT مربوط به L929 بر روی داربست ها نشان داد که با افزودن 3 % از نانوذرات ZnO، چسبندگی و تکثیر سلولی در طی روزهای مختلف 1 روز، 5 روز و 7 روز از کشت افزایش قابل توجهی یافت.

    کلیدواژگان: سلولزباکتریایی، داربست نانوکامپوزیتی، پلی پیرول، نانوذرات روی، زیست سازگاری
  • حسین پیروان، محمدجواد صراف شیرازی*، علیرضا ایلخانی، علی شیبانی، سعیده هاشمیان صفحات 51-63

    در این تحقیق وقوع پدیده طغیان به علت تجمع رسوبات در ناحیه ناودانی که منجر به افزایش بیش از حد مایع روی سینی های بالایی برج تقطیر شده بود در یک پالایشگاه مورد بررسی قرار گرفت. فشار خلاء در ناحیه بالای برج، دبی آب تغذیه بویلر ورودی به کندانسور و دبی محصول خالص خروجی به عنوان سه پارامتر عملیاتی بسیار مهم و تاثیر گذار در کنترل شدت پدیده طغیان و نیز میزان کک به عنوان یک پارامتر آزمایشگاهی مهم برای کاهش حجم رسوبات ورودی به برج تقطیر مد نظر قرار گرفت. داده ها و نتایج حاصل از تغییرات انجام شده بر روی هر یک از این سه پارامتر عملیاتی نشان دهنده موثر بودن آنها در کنترل شدت وقوع طغیان بود. به منظور کنترل و کاهش مشکلات ناشی از پدیده طغیان همزمان دور پمپ خلاء، دبی آب تغذیه بویلر ورودی به کندانسور و دبی محصول خالص خروجی تا نرمال شدن شرایط عملیاتی برج تقطیر به تناسب افزایش داده شد. در این تحقیق چگونگی کنترل پدیده طغیان و کاهش اثرات نامطلوب ناشی از آن به دلیل تجمع رسوبات در ناحیه ناودانی سینی شماره 22 و بالاتر از آن مورد بررسی قرار گرفت. برای غلبه بر این مشکلات ابتدا دور پمپ خلاء از rpm850 به  rpm1250 و دبی آب تغذیه بویلر ورودی به کندانسور از  m3/hr 1.95 به m3/hr 3.2 افزایش داده شد. از طرفی به منظور جلوگیری از آلوده شدن محصول خالص، دبی محصول خالص خروجی نیز از kg/hr 925 تا kg/hr 2300 افزایش یافت. همچنین با کنترل منظم و دقیق شاخص میزان کک به عنوان یک پارامتر آزمایشگاهی بسیار مهم، حجم روسبات کک موجود در خوراک قطران زغال سنگ ورودی به برج تقطیر پس از یک مرحله سانتریفیوژ در بازه زمانی 30 روزه از مقدار 37.5 درصد وزنی به 18.4 کاهش یافت.

    کلیدواژگان: قطران زغال سنگ، پدیده طغیان، آب تغذیه بویلر، فشار خلاء، شاخص میزان کک
  • مهدی شیوا، مرتضی گلمحمدی*، محمدرضا فکری صفحات 65-77

    شلتوک برنج، یک زیست توده ارزان قیمت است که توانایی انباشت مقادیر قابل توجه سیلیکای بی شکل در بافت خود را دارد. فرایند استحصال این سیلیکا سبزتر از فرایندهای معمول تولید سیلیکای بی شکل است. در این پژوهش تاثیر عوامل فرآیندی استحصال سیلیکا از شلتوک برنج به روش رسوبی، به همراه یک کاربرد ویژه آن در صنعت لاستیک مورد مطالعه قرار گرفته است. در فرایند استحصال، ابتدا شلتوک برنج در فضای آزاد سوزانده شده و سپس در یک کوره الکتریکی به خاکستر سفید تبدیل شد که در مراحل بعدی به کمک سود سوزآور به محلول سیلیکات سدیم تبدیل شده و درنهایت سیلیکا از این محلول به کمک اسیدسولفوریک رسوب داده شده است. در این مطالعه تاثیر نسبت جامد به حلال ؟(g/g 17/0-03/0) و مدت زمان مرحله انحلال قلیایی (h 2-1) و تاثیر pH (9-5) و دما در مرحله ترسیب اسیدی (°C 90-25) بررسی شده است. نشان داده شده که یک نسبت جامد به حلال کم در مرحله انحلال قلیایی و یک pH اسیدی در کنار دمای ترسیب بالا برای حصول بیشترین راندمان تولید و به دست آوردن سیلیکایی بی شکل با خلوص بالا لازم است. سیلیکای رسوبی با درصد خلوص و شیمی مشابه با نمونه تجاری مورداستفاده در صنعت لاستیک (؟) اما مساحت سطح و حجم حفرات کمتر (؟) از نمونه تجاری تولید شد. همچنین مشخص شد که طولانی تر شدن مرحله انحلال قلیایی موجب افزایش اندک راندمان تولید می شود. سیلیکای تولیدشده، در سیستم چسبندگی لاستیک به الیاف (RFS) عملکرد بسیار نزدیک به نمونه تجاری را نشان داد که نشان دهنده توانایی بالای آن برای جایگزین شدن با انواع تجاری است که عمدتا با فرایندهای با هزینه بیشتر و زیست سازگاری کمتر تولید می شوند.

    کلیدواژگان: زیست توده، استحصال قلیایی، سیلیکای رسوبی، چسبندگی لاستیک به الیاف
  • علیرضا ردایی*، مریم محمدی صفحات 79-90

    فوق روان کننده ها را می توان به روش های مختلف سنتز نمود هدف پژوهش حاضر ارایه روش دو مرحله ای سنتز پلی کربوکسیلات اتر و بررسی تاییر دما در سنتز می باشد. در سنتز مرحله اول زنجیره اصلی و در سنتز مرحله ی دوم زنجیره های فرعی ایجاد می گردند. سنتز کوپلیمر اولیه به روش توده ای و با مکانیزم رادیکال آزاد صورت پذیرفت. آنالیز FTIR نیز برای شناسایی گروه های عاملی تشکیل شده مطابق پیش بینی ها و رسیدن به کوپلیمر مورد نظر انجام شد. سپس تعیین ویسکوزیته کوپلیمر به عنوان پارامتر تعیین کننده پیشرفت طول زنجیره اصلی در شرایط دمای مختلف سنتز صورت گرفت و در مرحله دوم توسط کوپلیمرتولیدی در مرحله اول  سنتز نهایی پلی کربوکسیلات اتر به روش محلولی انجام شد، این سنتز در سه سطح دمایی صورت پذیرفت و ازمحصول سنتزی ابتدا آنالیز FTIR جهت تایید ساختار و آزمون HNMR نیز جهت تایید نهایی سنتز انجام گردید. سپس آزمون GPC جهت تعیین مشخصات پلی کربوکسیلات اتر سنتز شده شامل وزن مولکولی متوسط پلیمر و منحنی توزیع وزن مولکولی انجام شد و مقادیر MW و PDI گزارش گردید و در نهایت آزمون اسلامپ جهت تایید عملکرد صورت پذیرفت. با افزایش دمای سنتز کوپلیمر، طول زنجیر اصلی نیز افزایش می یابد و شدت این افزایش در دماهای بالا بیشتر است ولی از طرفی دمای بیشتر از 70 درجه سانتیگراد نیز باعث تخریب کوپلیمر گردید که به صورت کاهش ویسکوزیته و تغییر رنگ محلول قابل تشخیص بود. بنابراین سنتز اولیه را باید در دمای 70 درجه سانتیگراد به مدت 8 ساعت انجام داد. سنتز پلی کربوکسیلات اتر با نسبت های مولی برابر و حفظ شرایط یکسان سنتز و تنها در دماهای متفاوت نشان داد که بهترین دمای سنتز 70 درجه سانتیگراد و به مدت 6 ساعت است. با افزایش وزن مولکولی پلی کربوکسیلات اتر از طریق افزایش زنجیره جانبی افت اسلامپ و روانی بهتری در بتن ایجاد شد.

    کلیدواژگان: فوق روان کننده ها، پلی کربوکسیلات اتر، سنتز محلولی، سنتز توده ای، بهینه سازی دمایی
  • طه قیامی، فرهاد شهرکی*، جعفر صادقی، مهدی بیات صفحات 91-104

    اتیلن یک ماده بسیار مهم در صنایع پتروشیمی است که کاربرد اصلی آن در تولید پلیمرها از قبیل پلی اتیلن می باشد. معمولا از کراکینگ بخار اتان یا نفتا جهت تولید اتیلن استفاده می شود. مقدار کمی استیلن نیز در این فرآیند تولید می شود. مقدار استیلن در محصول نباید از ppm 1 تجاوز کند، زیرا استیلن برای کاتالیست های پلیمر سازی واحدهای پایین دستی مضر می باشد. واحد هیدروژناسیون استیلن جهت حذف استیلن در واحدهای صنعتی طراحی شده است. در این واحد، حذف استیلن تا حداکثر ppm 1 در محصول خروجی و همچنین انتخاب پذیری اتیلن (Ethylene’s selectivity) از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. در این مقاله مدل سازی و شبیه سازی پویای راکتورهای هیدروژناسیون استیلن پتروشیمی مارون با در نظر گرفتن کاهش فعالیت کاتالیست ارایه شده است. سپس به بررسی تاثیر شرایط عملیاتی از قبیل دما، فشار و شدت جریان خوراک ورودی به راکتور بر مقادیر استیلن خروجی و انتخاب پذیری اتیلن پرداخته شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که برای جبران کاهش فعالیت کاتالیست ضروری است تا به تدریج دمای ورودی به راکتور افزایش یابد. با افزایش خطی دمای خوراک راکتورها از 55 تا 90 درجه سانتیگراد در یک دوره عملیاتی 720 روزه، مقادیر استیلن خروجی و همچنین انتخاب پذیری اتیلن کاهش می یابند. واکنش های استیلن به اتیلن و همچنین اتیلن به اتان با افزایش دمای ورودی به راکتورهای هیدروژناسیون استیلن افزایش می یابند. با افزایش شدت جریان خوراک از 50 تا 100 کیلوگرم بر ثانیه، مقادیر استیلن خروجی و انتخاب پذیری اتیلن افزایش می یابند. زمان اقامت با افزایش شدت جریان خوراک کاهش می یابد و این موجب کاهش تبدیل استیلن به اتیلن (افزایش استیلن خروجی در محصول) می شود. با کاهش فشار ورودی از 40 تا 33 بار نسبی، مقادیر استیلن خروجی و همچنین انتخاب پذیری اتیلن کاهش می یابند.

    کلیدواژگان: راکتور، هیدروژناسیون، استیلن، انتخاب پذیری اتیلن، شبیه سازی
  • امیر مهرعلیزاده، فهیمه درخشان فرد*، زهره قاضی طباطبایی صفحات 105-116

    پلی استایرن انبساطی کاربرد گسترده ای دارد این پلیمر به روش پلیمریزاسیون رادیکالی تهیه می شود. این ماده در صنایع بسته بندی و عایق کاری کاربرد فراوانی دارد. بعضی از ویژگی های این پلیمر از جمله استحکام مکانیکی پایین آن باعث شده تا کاربرد آن محدود شود. با اضافه کردن بعضی از مواد می توان ویژگی های این پلیمر را بهبود داد. استایرن بوتادین استایرن از جمله موادی هستند که با اضافه کردن آن بر پلی استایرن انبساطی می توان کیفیت پلیمر را بهبود داد. در این مقاله پلی استایرن انبساطی حاوی درصد های مختلف استایرن بوتادین استایرن (0، 01/0، 02/0و03/0) در درصد تبدیل های مختلف پلی استایرن انبساطی (60/0، 63/0، 66/0و 69/0 درصد) تهیه شده است. تست های مختلفی از جمله آزمون ضربه، شاخص جریان مذاب، سنجش میزان نرمی پلیمر، استحکام کشش در نقطه شکست،  K-value، سنجش میزان سختی پلیمر، میزان ازدیات طول تا نقطه شکست بر روی پلیمر تولیدی انجام یافته است. داده های به دست آمده از آزمایشات با شبکه های عصبی مصنوعی MLP شبیه سازی شده است و نتایج شبیه سازی بخوبی داده های آزمایشگاهی را پوشش داده است. مطالعه تست ها نشان می دهد که در درصد های ثابت استایرن بوتادین استایرن در پلی استایرن انبساطی، با افزایش درصد تبدیل پلی استایرن انبساطی به غیر از تست شاخص جریان مذاب (که پایین بودن آن نشان از کیفیت بالای پلیمر است)، مقدار عددی بقیه تست ها افزایش یافته است. افزایش درصد استایرن بوتادین استایرن در پلی استایرن انبساطی، در درصد تبدیل های ثابت پلی استایرن انبساطی ویژگی های پلیمر را بهبود بخشیده است. در ضمن نتایج شبیه سازی نشان می دهد که داده های آزمایشگاهی به خوبی نتایج شبیه سازی را پوشش می دهد. به کمک نتایج بدست آمده از شبیه سازی می توان در نقاطی که آزمایش انجام نشده با نتایج شبیه سازی داده های مربوط به دست های را پیشگویی کرد.افزودن استایرن بوتادین استایرن در درصدهای مختلف بر پلی استایرن انبساطی در درصد تبدیلهای مختلف جهت افزایش خواص پلی استایرن برای اولین بار در این مقاله مورد مطالعه قرار گرفته است و نتایج داده های آزمایشگاهی جهت پیشگویی در نقاطی که آزمایش صورت نگرفته با کمک شبکه های عصبی مصنوعی شبیه سازی شده است.

    کلیدواژگان: پلی استایرن انبساطی، استایرن بوتادین استایرن، استحکام مکانیکی، پلیمریزاسیون، شبکه های عصبی مصنوعی
|
  • Maryam Farah Vashi, Dariush Jafari*, Morteza Esfandyari, Hossein Esmaeili Pages 3-15

    Synthesis gas is a mixture of hydrogen gas and carbon monoxide, which usually contains carbon dioxide as an additive. This gas is the raw material in the production of many basic materials of the petrochemical industry such as methanol. Various raw materials have been used to produce synthetic gas, including natural gas (methane), hydrocarbons, and coal. This gas is also very suitable as an intermediate material for the production of industrial products, and depending on the reaction conditions and catalysts used, different chemicals may be produced in large industrial units. Modeling a synthesis gas production reactor as the heart of an operating unit in the petrochemical industry is of particular importance. Simulation of refinery units is always associated with many problems due to the complexity of the process and the lack of proper kinetics. In recent years, software such as Span Plus has been used to simulate and study refinery processes, which in this regard have to some extent facilitated and achieved the appropriate. In this research, the synthesis gas production unit is simulated with two methods of steam reforming and partial oxidation method using Aspen Plus V8.4 software. By examining parameters such as conversion rate, hydrogen to CO ratio, reactor temperature and pressure during the production process and other variables, the simulation results show that after adjusting the reaction coefficients, parameters such as inlet feed temperature, reactor length and time Residues affect the production of desired products that the use of steam reforming in terms of production of synthetic gas has a higher efficiency than the partial oxidation system.

    Keywords: : Synthesis gas, Partial oxidation reaction, Vapor reforming reaction, Simulation
  • Mahmoud Maleki, Sina Mohseni Roudbari, Mohammad Fakhroleslam*, Ghasem Zarei Pages 17-36

    Research subject: Iran is a country with high potentials for access to renewable energy sources such as solar, hydropower, wind, and biomass. Biodiesel is one of the renewable fuels that has always been proposed as a suitable and stable alternative (non-toxic, safe, and degradable) to fossil fuels.
    Research approach: The experiences of different countries in the use of edible sources for biodiesel production shows that the use of edible sources has caused problems such as lack of food resources for human communities, lack of feed for livestock, and upsetting the balance in the food industry, and it can lead to a significant increase in the price of these resources. Therefore, many researchers have proposed the use of non-edible sources to address these problems. So far, very large non-edible sources for biodiesel production have been identified. In this paper, non-edible sources of biodiesel that are produced or have the potential to be produced in Iran are introduced and studied and a potential assessment study is presented for them. Main results In this work, the non-edible sources for biodiesel production are classified into four categories: agricultural waste, waste cooking oils, microalgae, and non-edible seeds. These sources are compared based on various parameters such as oil percentage, oil content per hectare, biodiesel production efficiency, viscosity, saponification number, and cultivation period, which according to the results, non-edible seeds, especially Nowruzak seeds, Castor, and safflower have been identified as the most rational and sustainable sources of biodiesel production in Iran. The present work also deals with the policies and incentives that the responsible institutions can apply for the prosperity of the biodiesel industry.

    Keywords: Biodiesel, Non-edible sources, Oilseeds, Renewable fuels, Potential assessment
  • Sharif Heydari, Azadeh Asefnejad*, Nahid Hassanzadeh Nemati, Vahabodin Goodarzi, Ali Vaziri Pages 37-50

    The rise of bacterial infections has become a serious problem in human societies. As a result, the development of nanocomposite materials based on biocompatible and non-hazardous materials, besides having antimicrobial and biocompatibility or non-cytotoxicity, associated with unique structural properties, possesses a great importance. Research approach: In this study, bacterial cellulose (BC)/polypyrrole (PPy) and zinc nanoparticles (ZnO), which simultaneously have antimicrobial properties and cell proliferation, were introduced as a new generation of nanocomposite scaffolds produced by freeze-drying. To begin with, ZnO with different weight percentages of 1%, 3% and 5% was added to BC and then PPy in the amount of 2 mmol was embedded in the structure by in situ polymerization. FESEM images proved that the nanofibrous and porous structure of BC was also preserved in the presence of PPy and ZnO. However, after adding PPy and ZnO, they formed a dense structure and microstructure of grape clusters. By adding 2 mmol PPy into BC and upon in situ synthesizing, the tensile strength and Young modulus of BC were significantly reduced to 71 MPa and 2.5 GPa, respectively. On the other hand, with the addition of ZnO nanoparticles, the mechanical properties significantly increased (both of Young modulus and tensile strength compared to BC/PPy samples) due to the compaction of the nanocomposite aerogel’s structure and the formation of the interface of ZnO nanoparticles with both polymers of BC and PPy. The observation of the inhibition zone in the culture medium containing two gram-positive and negative bacteria, well proved the antibacterial ability of ternary nanocomposite scaffolds. The results of MT9 related to L929 on aerogels showed that by adding 3% of ZnO nanoparticles, adhesion and cell proliferation increased significantly during different days of 1 day, 5 days and 7 days of culture.

    Keywords: Bacterial cellulose, Nanocomposite scaffolds, Polypyrrole, Zinc nanoparticles, Biocompatibility
  • Hosein Peiravan, Mohammad Javad Shirazi Sarraf*, Ali Reza Ilkhani, Ali Sheibani, Saeedeh Hashemian Pages 51-63
    Research subject

    In this study, the occurrence of flooding due to the accumulation of sediment in the downcomer area, which led to an excessive increase in liquid on the upper trays of the distillation column was investigated in a refinery.

    Research approach

    Vacuum pressure in the upper area of the column, boiler feed water flow from the inlet to the condenser and the discharge of the net product as three very important and effective operational parameters in controlling the severity of the flooding phenomena and the amount of coking value as an important laboratory parameter to reduce the volume of inlet sediments entering the distillation column. Data and results of changes made on each of these three operational parameters showed their effectiveness in controlling the severity of the flooding phenomena.

    Main results

    In order to control and reduce the problems caused by the simultaneous flooding phenomena around the vacuum pump, the boiler feed water flow of the inlet to the condenser and the flow of the net output product were proportionally increased until the operating conditions of the distillation column are normalized. In this study, how to control the flooding phenomena and reduce the adverse effects due to the accumulation of sediments in the downcomer area of tray No. 22 and above was investigated. To overcome these problems, first the vacuum pump rotation speed was increased from 850 rpm to 1250 rpm and the boiler feed water inlet to the condenser from 1.95 m3/hr to 3.2 m3/hr was increased. On the other hand, in order to prevent contamination of the pure product, the net output product flow rate also increased from 925 kg/hr to 2300 kg/hr. Also, with regular and accurate control of the coking value index as a very important laboratory parameter, the volume of coke sediments in the coal tar feed entering the distillation column was reduced from 37.5% by weight to 18.4% in a 30-day period after centrifugation.

    Keywords: Coal tar, Flooding phenomena, Boiler feed water, Vacuum pressure, Coking value index
  • Mehdi Shiva, Morteza Golmohammadi*, Mohammad Reza Fekri Pages 65-77
    Research subject

    As a low price biomass, rice husk is able to accumulate a large amount of silica in its texture. The process for extracting this silica is greener than the conventional ones. The present research addresses the effects of the different process parameters on amorphous silica extraction from rice husk through a precipitation method.

    Research approach

    In the extraction process, first the rice husk was burned in the open air and then turned into white ash in an electric furnace. This ash was converted into sodium silicate solution using NaOH, and finally the silica was precipitated from this solution by sulfuric acid. The effect of solid to solvent ratio, the duration of the alkaline dissolution step as well as the pH and temperature of acid precipitation step have been investigated. Moreover, a special application of the amorphous silica in rubber industry was also investigated.

    Main results

    The results showed that a low solid to solvent ratio at the alkaline dissolution stage as well as an acidic pH along with a high precipitation temperature are required to obtain the highest production efficiency and to obtain high purity amorphous silica. The purity and chemistry of obtained silica were quite similar to commercial sample in the rubber industry; however, the surface area and pore volume of obtained silica was less than the commercial one. It was also found that prolonging the alkali dissolution step slightly increases the production efficiency. The obtained silica exhibited very close performance to the commercial sample, in the rubber-to-fiber adhesion system (RFS). This indicates the high ability of precipitated silica to be replaced by commercial types, which are mainly produced by more cost-effective and less biocompatible processes.

    Keywords: Biomass, Alkaline extraction, Precipitated silica, Adhesion of rubber to fibers
  • Alireza Redaei*, Maryam Mohammadi Pages 79-90
    Research Subject

    Superplasticizers can be synthesized in different ways. The aim of this study is to present a two-step method for the synthesis of polycarboxylate ether and to investigate the temperature change in synthesis. In the first stage synthesis, the main chain and in the second stage synthesis, the side chains are created.

    Research Approach

    The synthesis of the primary copolymer was done by mass method and free radical mechanism. FTIR analysis was performed to identify the functional groups formed according to the predictions and to reach the desired copolymer. Then the copolymer viscosity was determined as a parameter determining the progression of the main chain length and in the second step, polycarboxylate ether was synthesized by solution using an optimized AA copolymer. First, FTIR analysis was performed to confirm the structure and HNMR test was performed to confirm the final synthesis. Then, GPC test was performed to determine the characteristics of the synthesized ether polycarboxylate, including the average molecular weight of the polymer and the molecular weight distribution curve, and MW and PDI values ​​were reported. Finally, the slump test was performed to confirm the performance.

    Main Results

    With increasing the temperature of copolymer synthesis, the length of the main chain also increases and the intensity of this increase is higher at high temperatures, but on the other hand, temperatures higher than 70 ° C also caused the destruction of the copolymer, which was detectable in the form of viscosity reduction and discoloration of the solution. Therefore, the initial synthesis should be performed at 70 ° C for 8 hours. The synthesis of polycarboxylate ether with equal molar ratios and maintaining the same conditions and only at different temperatures showed that the best synthesis temperature is 70 ° C for 6 hours. By increasing the molecular weight of polycarboxylate ether, by increasing the side chain, a better slump and flow in concrete was created.

    Keywords: superplasticizers, polycarboxylate ether, bulk synthesis, solution synthesis, temperature optimization
  • Taha Ghiyami, Farhad Shahraki*, Jafar Sadeghi, Mehdi Bayat Pages 91-104
    Research subject

    Ethylene is a very important material in petrochemical industries, whose chief application is producing polymers such as polyethylene. The steam cracking of ethane or naphtha is commonly used to produce ethylene. A small amount of acetylene is produced in this process. The amount of acetylene in the product stream should not exceed 1 ppm, because it is harmful to polymerization catalysts in downstream units. The acetylene hydrogenation unit is designed for acetylene removal in industrial plants. In this unit, the removal of acetylene up to 1 ppm in the product stream and ethylene’s selectivity are of great importance.

    Research approach

    In this paper, the modeling and the dynamic simulation of acetylene hydrogenation reactors of Marun petrochemical complex with considering catalyst deactivation are presented. Then, here investigated is the effect of the operating conditions such as temperature, pressure and flow rate of the reactor feed on the amount of outlet acetylene as well as ethylene’s selectivity.

    Main results

    The simulation results show that in order to compensate for catalyst deactivation, it is necessary to gradually increase the reactor inlet temperature. With a linear increase in the inlet temperature of the reactors from 55 to 90 ˚C in a period of 720 operating days, the amount of outlet acetylene and ethylene’s selectivity are decreased. The reactions of acetylene to ethylene and ethylene to ethane are increased by increasing the inlet temperature of acetylene hydrogenation reactors. By increasing the feed flow rate from 50 to 100 kg/s, the amount of outlet acetylene and ethylene’s selectivity are increased. The residence time is decreased by increasing the feed flow rate and thus the conversion of acetylene to ethylene is decreased (increasing the outlet acetylene in the product). The amount of outlet acetylene and ethylene’s selectivity are decreased by decreasing the inlet pressure from 40 to 33 barg.

    Keywords: Reactor, Hydrogenation, Acetylene, Ethylene selectivity, Simulation
  • Amir Mehralizadeh, Fahimeh Derakhshanfard*, Zohreh GhaziTabatabaei Pages 105-116
    Research subject

    Expandable Poly Styrene (EPS) has many applications. This polymer prepared by the radical polymerization. This material has many uses in packaging and insulation industries Some of the properties of this polymer like low mechanical strength caused its applications to be limited. By adding some materials, these properties can be improved. Styrene Butadiene Styrene (SBS) is from the materials that which by adding it to the EPS it can improve its quality.

    Research approach

    In this research, EPS having different percentages of SBS (0, 0.01, 0.02, 0.03) in different conversion percentages (0.6, 0.63, 0.66, 0.69) has been prepared. Different tests like Impact Test, Modular Melt Flow test, Vicat Softening Temperature test, Tensile at Break test, K-value test, Rochwell Hardness test and Elongation at Break test are done on the prepared polymer. Laboratory gained data has been simulated by Multi-Layer Perceptron (MLP) method of artificial neural networks (ANN) and the simulated data covers the laboratory data perfectly.

    Main Results

    Investigating the tests show that in constant percentages of SBS in EPS with increase in conversion percentage of EPS, the numerical amount of the tests increases except MFI test (low MFI number means better quality). Increase in SBS percentage in the EPS, increases the properties of polymer. In addition, the results of simulation show that the laboratory data covers the the simulated data perfectly. The data obtained from the results of this reasearch can be used for predicting the data for the points which has not been tested. Adding SBS in different weight percentages of poly styrene in different conversion percentages in order to increase the properties of poly styrene has been used for the first time in this research and the laboratory data results in points which has not been tested has been acquired by applications of ANN.

    Keywords: Expandable Poly Styrene, Styrene Butadiene Styrene, Mechanical Strength, Polymerization, Artificial Neural Networks