نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران
سال بیست و پنجم شماره 3 (پیاپی 43، پاییز 1385)

به منظور گوگردزدایی بیولوژیکی از گازوییل، باکتری بومی Rhodococcus P32C1 روی پایه های پلیمری تثبیت شد. پایه های آلژینات و پلی اتیلن از میان انواع متفاوت پایه هایی که برای تثبیت سلول به کار می روند به دلیل ارزان تر بودن، روش تثبیت ساده تر، امکان دسترسی بهتر و سازگاری مناسب تر با باکتری انتخاب شدند. آزمایش های اولیه گوگردزدایی در حضور ترکیب گوگرددار مدل دی بنزوتیوفن و در فاز آبی انجام شد و در نتیجه میزان تبدیل دی بنزوتیوفن توسط سلول های تثبیت شده در آلژینات و روی پلی اتیلن به ترتیب 1.06 میلی مول در ساعت به ازای هر کیلوگرم جرم خشک سلولی و 0.18 میلی مول در ساعت به دست آمد. به منظور بررسی فعالیت گوگردزدایی سلول های تثبیت شده در محیط آلی، میزان کاهش گوگرد کل یک نمونه گازوییل اندازه گیری شد که در شرایط عملیاتی بهینه، سلول های تثبیت شده در آلژینات و روی پلی اتیلن باعث کاهش به ترتیب 10 و 4 درصد گوگرد کل نمونه گازوییل شده بودند.

یک ساختار دو فازی شامل جریانی از ذره های خوشه ایشکل و نیز جریان رقیقی از مواد معلق (ذره های جامد و گاز) در مجاور سطح انتقال حرارت برای مدل سازی ضریب انتقال حرارت تابشی در نظر گرفته شده است. توزیع شدت تابشی به صورت یک بعدی و ایزوتروپیک در دو جهت مخالف یکدیگر در امتداد عمود بر سطح انتقال حرارت (دیواره بستر) فرض شده است. توزیع دما و نیز توزیع غلظت ذره های جامد در لایه مرزی مجاور دیواره بستر در مدل لحاظ شده است. با استفاده از مدل بالا اثر پارامترهای موثر در ضریب انتقال حرارت تابشی بررسی شده است. نتیجه ها نشان می دهد که ضریب انتقال حرارت تابشی با افزایش پارامترهای دمای بستر، دمای دیواره، ضریب نشر دیواره و ضریب نشر ذره ها، افزایش می یابد. تاثیر اندازه ذره ها و نیز قطر رایزر بر ضریب انتقال حرارت تابشی به چگالی های مواد معلق پایین محدود می شود. مدل معرفی شده با نتیجه های آزمایشگاهی ارایه شده توسط سایر محققان سازگاری مناسبی دارد.

حذف رنگ و مواد آلی پیچیده یکی از مشکلات مهم در تصفیه پساب های صنعتی است. صنایعی مانند نساجی که دارای پساب حاوی مواد شیمیایی متفاوت، از جمله رنگ های مصنوعی (سنتتیک) هستند همیشه با مشکل از بین بردن رنگ و یا کاهش غلظت مواد آلی برحسب COD مواجه هستند. روش های تصفیه بیولوژیکی و یا جذب سطحی در حذف و یا جداسازی رنگ، اغلب ناموفق و یا تاحدودی موثر هستند. در این پژوهش، روش جذب سطحی و لجن فعال شده که به نام فرایند کربن زیستی شناخته شده است برای حذف رنگ و مواد آلی مورد مطالعه قرار گرفت. پساب واقعی یک کارخانه رنگرزی (نساجی) در حومه تهران در یک واحد پایلوت مورد آزمایش قرار گرفت. پایلوت که متشکل از دو دستگاه راکتور لجن فعال بود به صورت مداوم راه اندازی شد و پس از رسیدن به شرایط پایدار پساب صنعتی واحد نساجی جایگزین پساب مصنوعی شد تا میکرواورگانیسم ها به خوراک جدید تطبیق داده شوند. پس از راهبری دستگاه به مدت معین، کربن فعال گرانول (GAC) به مخزن لجن فعال اضافه شد و عملکرد دستگاه پایلوت با اندازه گیری رنگ، COD و BOD5 مورد ارزیابی قرار گرفت. در زمان ماند طولانی در راکتوری که بدون GAC راهبری می شد حداکثر کاهش COD به حدود 90 درصد و کاهش رنگ به 88 درصد رسید ولی در راکتور دارای GAC کاهش COD به 96 درصد و کاهش رنگ به 92 درصد افزایش پیدا کرد. این تفاوت در زمان های کوتاه تر بسیار متفاوت بوده و نقش فرایند کربن زیستی به طور کامل مشخص می شود. به این ترتیب مشخص شد که فرایند کربن زیستی می تواند کمک موثری در حذف آلاینده ها و رنگ پساب های نساجی بنماید.

در این پژوهش، نمونه هایی از سیلیکای رسوبی که به عنوان پر کننده تقویت کننده در صنایع لاستیک به کار می رود، به وسیله خنثی سازی محلول سدیم سیلیکات صنعتی با محلول سولفوریک اسید ساخته شد و نحوه شستشو و خشک کردن آن مورد مطالعه قرار گرفت. سپس روی نمونه های خشک شده و دو نمونه سیلیکای رسوبی تجاری وارداتی (ولکاسیل) شاخص های فیزیکی مانند چگالی انباشتگی، جذب سطحی روغن، سطح ویژه، اندازه ذره ها و... اندازه گیری شد. با بررسی و مقایسه نتیجه های این آزمون ها با نمونه وارداتی، بهترین نمونه ساخته شده با کد PS-7 انتخاب شد و پس از استفاده به عنوان پر کننده در آمیزه لاستیکی از جنس آلیاژ لاستیک پلی بوتادین/لاستیک طبیعی (NR/PBR) مورد آزمون های عملکردی مانند رئومتری، مقاومت کششی، سختی و سایش قرار گرفت. مقایسه نتیجه ها نشان می دهد که نمونه ساخته شده در این پژوهش قابل رقابت با نمونه وارداتی بوده و دارای قابلیت جایگزینی است. به طوری که سختی آمیزه لاستیکی ساخته شده با نمونه PS-7 و سختی آمیزه لاستیکی ساخته شده با نمونه مشابه وارداتی با کد AKZO هر دو برابر 57 واحد Shore بوده و مقاومت سایشی آن نیز بهتر از نمونه خارجی است (mm3 56.59 کاهش حجم نمونه بهینه در مقابل mm3 56.76 نمونه وارداتی). همچنین ازدیاد طول تا پارگی آمیزه لاستیکی ساخته شده با این نمونه بهینه 484 درصد در مقابل 470 درصد مربوط به آمیزه لاستیکی ساخته شده با نمونه وارداتی است. درضمن پخت سریع تر این نمونه، 35.35 دقیقه در مقابل 36.74 دقیقه نمونه خارجی، نشان دهنده کیفیت مطلوب آن است.

میزان کل جذب شونده برای یک جامد ناهمگن به طور معمول به وسیله معادله های انتگرالی بیان می شود. معادله انتگرالی جذب، شامل یک کرنل و همچنین یک تابع توزیع است که تابع توزیع، بیان کننده میزان ناهمگنی سطح جامد است. کرنل مورد نظر در معادله مذکور، همان معادله هم دمای جذب است. حل معادله انتگرالی جذب در حالت کلی جواب پایدار نمی دهد. از این رو، در این مقاله از نظریه معکوس و روش رگولاریزاسیون برای غلبه بر این ناپایداری استفاده شده و جواب معادله انتگرالی به دست آمده است. همچنین عملکرد روش رگولاریزاسیون برای محاسبه تابع توزیع انرژی از روی معادله کلی جذب به وسیله داده های شبیه سازی شده مورد بررسی قرار گرفته است.

سدیم پربورات به عنوان یک سفید کننده، نقش بسیار مهمی در صنایع متفاوت دارد و یکی از اجزای مهم در فرمول بندی پودرهای شوینده است. این ماده از واکنش سدیم متابورات با هیدروژن پراکسید به دست می آید که سدیم متابورات نیز از اثر بوراکس بر سود حاصل می شود. در این تحقیق واکنش تهیه سدیم متابورات و سدیم پربورات مورد توجه قرار گرفته است. در واکنش تهیه سدیم متابورات، اثر زمان افزایش بوراکس (شدت جریان) نسبت به سود، در مجاورت سه نوع همزن متفاوت مورد آزمایش قرار گرفته است که نتیجه ها نشان می دهد کم ترین تغییر در ویسکوزیته محلول واکنش با وجود تغییر زمان ریزش بوراکس هنگامی وجود دارد که از همزن لنگری در اختلاط مواد واکنش استفاده شده است، حتی اگر عمل اختلاط در دماهای متفاوت صورت پذیرد. در واکنش تهیه سدیم پربورات، اثر زمان ریزش متابورات بر آب اکسیژنه در مجاورت سه نوع همزن متفاوت روی دانه بندی و تخلخل دانه های سدیم پربورات حاصل مورد آزمایش قرار گرفته است. نتیجه ها نشان می دهد که افزایش سدیم متابورات در مدت زمان طولانی تر (شدت جریان کم تر) و استفاده از همزن لنگری باعث رسوب بیشتر سدیم پربورات و در نتیجه افزایش بازده عمل و یکنواختی ابعاد دانه ها می شود. تخلخل دانه ها زمانی افزایش می یابد که افزایش سدیم متابورات در مدت زمان کوتاه تری صورت گرفته (حداقل شدت جریان g/min 0.5) و همزدن مخلوط واکنش به وسیله همزن لنگری صورت گیرد.

چای سیاه، حاصل اکسایش پلی فنل های موجود در برگ سبز چای است. در این تحقیق با بررسی فرایند اکسایش آنزیمی و شیمیایی برگ سبز چای، امکان اصلاح فراوری تولید چای با افزودنی های مجاز آلومینیم سولفات و زئولیت مورد بررسی قرار گرفته است و در ادامه، اثر هر یک از این افزودنی ها بر رنگ چای، زمان اکسایش و زمان دم کشیدن بررسی شده است. این تحقیق نشان می دهد که افزودن هر یک از این افزودنی ها در مرحله اکسایش، موجب بهبود رنگ چای ایرانی و کاهش زمان اکسایش و دم کشیدن آن می شود. به طوری که افزودن ppm 200 از آلومینیم سولفات و زئولیت در مرحله اکسایش به ترتیب موجب کاهش زمان اکسایش به میزان 21 و 15 درصد می شود. همچنین افزودن ppm 190 از آلومینیم سولفات و زئولیت به ترتیب موجب افزایش مقدار جذب محلول چای به میزان 20 و 10 درصد می شود.

از فسفریک اسید تولید شده به روش مرطوب (فسفریک اسید صنعتی) برای تولید کودهای شیمیایی و مکمل خوراک دام و طیور استفاده می شود. در هر یک از این کاربردها، ناخالصی های موجود در فسفریک اسید باید در حد مجاز و استاندارد باشد. در این پژوهش تصفیه فسفریک اسید صنعتی با استفاده از فرایند استخراج با حلال بررسی شده است. حلال های مورد استفاده، متیل ایزوبوتیل کتون (MIBK) و ایزوآمیل الکل (IAA) هستند. در این تحقیق کارایی این حلال ها و مخلوط آنها برای بازیابی اسید و همچنین اثر نسبت حلال به خوراک (اسید) روی جداسازی ناخالصی ها ارزیابی شده است. نتیجه ها نشان می دهد که مقدار استخراج فسفریک اسید با حلال IAA بیش از دو حلال دیگر است به نحوی که تنها با انجام دو مرحله استخراج می توان 82.2 درصد از اسید را استخراج کرد در حالی که این مقدار برای حلال MIBK پس از سه مرحله استخراج 73.5 درصد است. در آزمایش های انجام شده با حلال های متفاوت، غلظت +CD2 و +Pb2 در همان مرحله اول به مقدار ناچیز (Trace) کاهش یافت. بررسی نتیجه ها درباره جداسازی +Mg2 نشان می دهد که جداسازی آن با حلال MIBK در نسبت حلال به خوراک برابر با 4 مقدار حداکثر 87.5 درصد است. درباره حلال IAA مقدار حداکثر جداسازی 91.7 درصد است که در نسبت حلال به خوراک برابر با 8 رخ می دهد. درباره مخلوط حلال ها نیز حداکثر جداسازی 92.6 درصد در نسبت حلال به خوراک برابر با 8 می باشد. نتیجه های به دست آمده درباره F- نشان می دهد که درصد جداسازی با افزایش نسبت حلال به خوراک کاهش می یابد و بهترین حلال برای جداسازی آن، مخلوط دو حلال است. درصد جداسازی F - با مخلوط حلال ها 90.78 درصد می باشد.

مهم ترین هدف از بسته بندی مواد غذایی، حفظ خواص و کیفیت اولیه ماده غذایی است. اساسی ترین مشکلی که در به کارگیری بسته بندی پلاستیکی وجود دارد، جذب عطر و طعم ماده غذایی به وسیله این مواد است. هدف از این تحقیق مطالعه جذب عطر و طعم نوشابه پرتقالی به داخل پلی اتیلن ترفتالات (PET) است. برای این منظور رفتار جذبی سه اسانس دلمونن، مایرسین و آلفا - پینن در دما (4، 25 و 40 درجه سانتی گراد) و زمان های متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. برای استخراج اسانس های جذب شده در PET از روش میکرو استخراج با فاز جامد (SPME) استفاده شده است. اندازه گیری میزان جذب به وسیله گاز کروماتوگرافی با آشکار ساز یونش شعله ای (FID) صورت گرفت. نتیجه ها نشان می دهد که میزان جذب بسته به تغییرهای دما در طول زمان تغییر می کند. از بین مواد طعمی تنها د-لمونن در PET به میزان 47 نانوگرم بر سانتی متر مربع جذب شد که میزان ضریب جذب آن با افزایش دما از 4 به 40 درجه سانتی گراد، ده برابر افزایش می یابد و از 12-10× 6.94به 5.207×10-11m2/s می رسد. همچنین برای تعیین اثر از دست رفتن مواد عطر و طعمی بر روی طعم نوشابه از آزمون چشایی نیز استفاده شده است.

آب و انرژی دو منبع مهم مورد نیاز صنایع فرایندی هستند. نتیجه های تحقیقات نشان می دهد در صنایعی که مصرف قابل توجه و توام آب و انرژی را دارند، کمینه سازی تک بعدی و جداگانه این دو، منجر به بهینگی کلی سیستم نمی شود. در زمینه تحلیل هم زمان مصرف آب و انرژی دو کار مهم یکی با بهره گیری از روش های مفهومی و ابزار ترسیمی و دیگری با استفاده از برنامه ریزی ریاضی صورت گرفته است. در این مقاله ابتدا با بررسی نقاط ضعف و قوت این دو روش و با طرح مباحث جدید در تحلیل سیستم های آب و انرژی نشان داده می شود که رویه به کار گرفته شده در دو روش مذکور همیشه به هدف گذاری بهینه منجر نمی شود. سپس یک روند درست برای تحقق این هدف پیشنهاد شده و بالاخره چند مدل برنامه ریزی ریاضی که بر پایه روش های مفهومی بسط یافته اند برای هدف گذاری و طراحی شبکه سیستم های آب و انرژی ارایه می شود.

اده های آزمایشگاهی برای سینتیک تشکیل هیدرات متان در محدوده دمایی 274.2 تا 278.2 کلوین و محدوده فشار 44.3 تا 87.4 بار در یک ظرف حجم ثابت به دست آمده است. روش مسیر ترمودینامیکی طبیعی در سینتیک واکنش های شیمیایی برای مدل سازی رشد بلورهای هیدرات در فرایند حجم ثابت به کار برده شده است. این روش از دیدگاه ترمودینامیکی و ماکروسکوپی به مساله می نگرد. نتیجه ها نشان می دهد که این روش با دقت خوبی می تواند داده های آزمایشگاهی در حجم ثابت را پیش بینی نماید. بررسی بیشتر نشان می دهد که ضریب این مدل را می توان به طور مستقیم از داده های آزمایشگاهی انجام شده در دستگاه آزمایشگاهی دیگر به دست آورد و احتیاجی به محاسبه ندارد.