فهرست مطالب

مهندسی شیمی ایران - پیاپی 71 (بهمن و اسفند 1392)

دوماهنامه مهندسی شیمی ایران
پیاپی 71 (بهمن و اسفند 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/12/22
  • تعداد عناوین: 12
|
  • سرمقاله
  • مقالات
  • علیرضا نصیری*، سید حسن حجی آبادی، محمد سلیمانی صفحه 8
    امروزه هرزرفت سیالات به درون سازندهای شکافدار، به چالشی بزرگ برای صنعت حفاری چاه های نفتی و گازی تبدیل شده است. هزینه های سنگین از قبیل از دست رفتن زمان حفاری، مصرف بی رویه مواد، تکنیک های بی ثمر کنترل، از دست دادن و متروکه شدن چاه ها و مخازن، از جمله مشکلاتی هستند که ضرورت مقابله با این فرایند را نشان می دهند. در این تحقیق، ضمن استفاده از مواد گرانولار جهت مقابله با این مشکل در سازندهای شکافدار، پارامترهای موثر بر کارایی این مواد در کنترل هرزروی از جمله غلظت و توزیع دانه بندی، مورد ارزیابی قرار گرفته است. آزمایش ها با پوکه های صنعتی و معدنی با غلظت ها و توزیع دانه بندی مختلف انجام شد و پس از تجزیه و تحلیل نتایج، مشخص گردید که تشکیل پلاگ مناسب توسط ترکیبی از پوکه های صنعتی با مقدار بهینه ذرات درشت تر که چارچوب اولیه ای را تشکیل داده و ذرات ریزتر که فضای خالی بین این چارچوب را پر نموده اند، حاصل شده است. همچنین اثبات کارایی مناسبتر مکانیزم مسدودسازی این مواد در مسدود نمودن حفرات و نیز سد ضعیف تر بوجود آمده از به کارگیری توسط پوکه های معدنی، از دیگر نتایج این تحقیق می باشد.
    کلیدواژگان: هرزروی، سیالات حفاری، پوکه های صنعتی، پوکه های معدنی
  • ترنم پرهیزگار، رامین روشندل*، عطیه حسینی صفحه 17
    خرابی ها در طول دوره کارکرد، شرایط عملیاتی بهینه (دما، فشار و رطوبت نسبی گازهای واکنش دهنده پیل سوختی) جهت بیشینه کردن توان خروجی را پیوسته تغییر می دهند. در این مقاله، هدف، افزایش بهره وری سیستم (به مفهوم کیلووات ساعت انرژی الکتریکی تولید شده) با در نظر گرفتن تاثیر خرابی ها در طول 10000 ساعت کارکرد پیل است. در این مطالعه در بررسی یک تک سلول، غشاء و لایه کاتالیستی (الکترود های آند و کاتد) به عنوان موثرترین اجزاء روی خرابی پیل سوختی در نظر گرفته شده است. مدل استفاده شده، تخریب پلاتین در لایه کاتالیستی، کاهش ضخامت و آب زدایی غشای بسپاری1 را بررسی می کند. مدل در قالب سه راهبرد بهینه سازی با دو روش آلگوریتم ژنتیک و پایش حل شده است. نتایج هر دو روش نشان می-دهند که با بهینه سازی و کنترل لحظه ای سیستم، بهره وری به میزان 2/3 درصد نسبت به کنترل لحظه اولیه (بدون لحاظ خرابی ها) افزایش خواهدیافت.
    کلیدواژگان: پیل سوختی غشای بسپاری، مدل سازی، بهینه سازی، روند خرابی، الگوریتم ژنتیک، روش پایش
  • امیرحسین قربان فرحی، قاسم نجف پور*، علی اصغر قریشی، مهسا نریمانی، مجتبی معصومی، مهری اصفهانیان صفحه 29
    سورگوم جارویی یکی از انواع گیاه سورگوم1 می باشد. از گیاه سورگوم جارویی برای تولید جارو استفاده می شود به این ترتیب که ابتدا دانه های آن ریخته شده و با بستن ساقه های آن جارو تهیه می شود. پس از تهیه جارو مقادیر زیادی دانه به عنوان پسماند باقی می ماند که مقداری از آنرا به عنوان خوراک دام استفاده کرده و مابقی را می سوزانند. نشاسته منبع اصلی کربوهیدرات های ذخیره شده در دانه های سورگوم جارویی است که حدود (75-70)% از وزن دانه را تشکیل می دهد که از آن بعنوان سوبسترا برای هیدرولیز و تولید شربت قند و اتانول می توان استفاده کرد. پس از پیش تیمار با سود و حذف پروتئین های ممانعت کننده، هیدرولیز آنزیمی نشاسته موجود در دانه های سورگوم جارویی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از آنزیم های آلفا آمیلاز مقاوم حرارتی و آمیلوگلوکوزیداز استفاده شد. برای یافتن شرایط بهینه هیدرولیز نیز از تکنیک RSM و نرم افزار DESIGN EXPERT استفاده گردید که این نرم افزار توانست با دقت بالایی هیدرولیز آنزیمی دانه های سورگوم جارویی را مدل سازی و شرایط بهینه را پیش بینی نماید. سپس در شرایط بهینه به محلول حاصله مخمر (که در این آزمایش ها ساکارومایس سروزیه می باشد) اضافه گردید. همچنین مواد دیگری نیز که به عنوان منبع ازتی و... برای رشد مخمر نیاز است به محلول اضافه شد تا عملیات تخمیر انجام و اتانول تولید گردد همچنین پس از بهینه سازی، تولید آنزیمی قندهای ساده از سورگوم جارویی با شبکه عصبی پس از انتشار پیشخورشبیه سازی شد. میزان سورگوم و آنزیم های آلفا آمیلاز و آمیلوگلیکوزیداز به عنوان ورودی شبکه عصبی و میزان قندهای ساده تولید شده به عنوان خروجی شبکه عصبی در نظر گرفته شد. تعداد گذر، تعداد لایه های پنهان و تعداد نرون در هر لایه پنهان شبکه عصبی برای رسیدن به بهترین عملکرد، بهینه شد. با توجه به نتایج بدست آمده، تطابق بسیار مطلوبی بین داده های تجربی و مقادیر پیش بینی شده حاصل گردید. لذا از شبکه عصبی می توان به عنوان ابزار قدرتمند برای شبیه سازی فرایند هیدرولیز آنزیمی دانه های سورگوم جارویی استفاده کرد.
    کلیدواژگان: دانه سورگوم جارویی، هیدرولیز آنزیمی، شربت قند، اتانول، شبکه عصبی
  • سید رضانبوی*، توحید محمودی بادکی، علیقلی نیایی صفحه 37
    کاربرد گسترده و روز افزون کاتالیزورهای ناهمگن در صنایع موجب شده است تا جهت کاهش هزینه ها و تسریع در امر تحقیق، توسعه و تجاری سازی، از روش های جدید در طراحی کاتالیزورها استفاده شود. کاربرد روش های کاتالیز ترکیبی به عنوان روش-های جدید در طراحی کاتالیزور رو به گسترش است. در این مقاله به بررسی انواع روش های کاتالیز ترکیبی شامل طراحی و تحلیل آماری آزمایش ها، آلگوریتم ژنتیکی و روش شبه مدل سازی پرداخته می شود.
    کلیدواژگان: طراحی کاتالیزورهای ناهمگن، طراحی و تحلیل آماری آزمایش ها، آلگوریتم ژنتیکی، شبکه های عصبی
  • مهدی قایی زاده، سید حسن هاشم آبادی*، محمود بیات صفحه 47
    در این مقاله یک هیدروسیکلون مدل (کولمن- تئو) به منظور جداسازی آسفالتین از نفت خام طراحی گردید و با استفاده از شبیه سازی سه بعدی CFD میدانهای سرعت و بازدهی عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفت. برای شبیه سازی CFD هیدرو سیکلون مدل اغتشاش بکار برده شده، مدل تنش رینولدز (RSM) و مدل برهمکنش بین فازی از نوع مخلوط بوده و قطر ذرات آسفالتین 30 میکرون در نظر گرفته شده است. برای صحت سنجی، نتایج حاصل از شبیه سازی، با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است. دیده می شود شبیه سازی می تواند با خطای متوسط 10% نسبت به نتایج آزمایشگاهی رفتار هیدروسیکلون را پیش بینی کند. در بررسی شرایط عملیاتی شدت جریان ورودی، قطر ذرات آسفالتین، گرانروی فاز پیوسته و نسبت جدایش مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج، نشان دهنده افزایش بازدهی جداسازی با افزایش شدت جریان ورودی و کاهش گرانروی می باشد. همچنین افزایش قطر ذرات آسفالتین به 50 میکرون باعث افزایش 133% در بازدهی کل هیدروسیکلون گردید. بررسی تاثیر نسبت جدایش نشان دهنده یک تاثیر دوگانه در عملکرد هیدروسیکلون بود. با افزایش نسبت جدایش، محصول فرایند کاهش یافته و از طرف دیگر بازدهی کل هیدروسیکلون افزایش می یابد. لذا در این خصوص بایستی بین کیفیت و کمیت محصول بهینه سازی انجام شود.
    کلیدواژگان: شبیه سازی CFD، نفت خام سنگین، آسفالتین، هیدروکربن سیکلون، بازدهی کل
  • علیرضا چکشیان خراسانی، سهیلا یغمایی* صفحه 56
    پیش بینی و کنترل فرایند زیست درمانی در ناحیه ریزوسفر مانند هر فرایند دیگری، نیازمند مدل سازی مناسب مبتنی بر واقعیات روی داده در فرایند است. شرایط حاکم بر زیست درمانی ریزوسفر بر پایه روابط بین ریشه گیاهان، ریزاندام 1 های موجود در خاک، مواد خاک و آلاینده مورد نظر استوار است. هدف از مطالعه حاضر، ارائه مدل های ریاضی است که قابلیت پیش بینی و توضیح فرایند زیست درمانی در خاک را دارند. این مدل ها، مدل های تکامل یافته ای هستند که با توجه به شرایط دلخواه می توانند بکار گرفته شوند و مطابق با هدف مورد نظر تغییر نمایند. موفقیت یک مدل در پیش بینی، تابعی است از شرایط و روابط حاکم بر چگونگی انجام فرایند که با شناخت دقیق از عملکرد هر بخش فرایند و استفاده از روابط و معادلات مناسب می توان مدل سازی کامل و موفقی انجام داد.
    کلیدواژگان: ریزوسفر، مدل سازی، زیست درمانی، خاک
  • آرمین حاجی بابا، محمود معصومی* صفحه 68
    از آنجاییکه اکثر آمیزه های بسپاری از نظر ترمودینامیکی امتزاج ناپذیر هستند، این مقاله سعی بر گردآوری اطلاعات و ارتباط بین ریخت شناسی و جریان سنجی1 این زوج بسپارها دارد. از این رو در این تحقیق، نظریه ها و مدل های مهم ریخت شناسی و جریان سنجی1 آمیزه های امتزاج ناپذیر بسپاری مورد بررسی قرار خواهد گرفت. نتایج مطالعات ریخت شناسی نشان می دهند که ساختار نهایی یک آمیزه بسپاری به دو پارامتر، نسبت گرانروی فازها و عدد کاپیلاری، ارتباط پیدا می کند. همچنین عدد کاپیلاری به گرانروی فاز ماتریس، نرخ کرنش و تنش بین سطحی وابسته است. از موارد دیگری که روی شکست قطرات فاز پراکنده و ریخت شناسی نهایی آمیزه بسپاری تاثیر می گذارد نوع جریان است. نتیجه تحقیقات نشان می دهد که شکست قطرات فاز پراکنده در میدان های کششی راحت تر از میدان های برشی اتفاق می افتد. مدل های پالیرن، کوران، جارزبسکی و (دویی- اوهتا) از معروفترین مدل هایی هستند که ارتباط بین جریان سنجی و ریخت شناسی در آمیزه های امتزاج ناپذیر بسپاری را به خوبی نشان می دهند. در مدل (دویی- اوهتا) مشخص است که افزایش اختلاف تنش های نرمال نوع اول که بیانگر افزایش ماهیت نظریه ویسکوالاستیک آمیزه بسپاری می باشد، سبب ریزترشدن قطرات فاز پراکنده می گردد. همچنین در مدل پالیرن مدول کمپلکس آمیزه امتزاج ناپذیر بسپاری به قطر قطرات فاز پراکنده و تنش بین سطحی دو بسپار ارتباط داده می شود.
    کلیدواژگان: ریخت شناسی، جریان شناسی، آمیزه های امتزاج ناپذیر بسپاری، ویسکوالاستیک، تنش بین سطحی
  • امیر جودزاده* صفحه 79
    پدیده کری اور جزو مشکلات رایج در دیگ های بخار صنایع نیشکر می باشد که به نوبه خود سهمی قابل ملاحظه در بروز انواع خرابی، استهلاک، کاهش بازدهی، تریپ خوردن، از مدار خارج شدن دیگ بخار و حتی تجهیزات مصرف کننده پس از آن را نیز داراست. درک اینکه چگونه پدیده کری اور شکل گرفته و روی سطوح مخزن بخار، لوله های سوپرهیتر، ری هیتر، پره های توربین بخار و دیگر تجهیزات سبب خوردگی و رسوب می شود در طراحی و بهره برداری از یک دیگ بخار بسیار حائز اهمیت می باشد.
    در این مقاله در ابتدا به تشریح چگونگی شکل گیری عارضه کری اور پرداخته و علل موثر در این رابطه شناسایی می شوند. پس از آن انواع آن و اثرات مقتضی هر یک مورد بررسی قرار گرفته، سپس بحث اندازه گیری مقدار آن حین بهره برداری از دیگ بخار مطرح می گردد و دستورالعملی جهت نمونه گیری پیشنهاد می شود. در انتها نیز راهکارهایی جهت کاستن مقدار آن و کنترل عوارض مربوطه ارائه می گردد و سرانجام به اصلاحیه هایی که در بهره برداری از سیستم لازم است صورت گیرد، پرداخته می شود.
    کلیدواژگان: دیگ بخار، آب تغذیه، ناخالصی، رسوب، کری اور
  • مریم کرم الدین، فرشاد ورامینیان* صفحه 90
    در سال های اخیر هیدرات گازی در زمینه های مختلفی مانند ذخیره سازی انرژی و فرایندهای جداسازی کاربرد زیادی پیدا کرده است. از مصادیق فرایند جداسازی، استفاده از هیدرات گازی در نمک زدایی آب های شور است. زیرا در ضمن تشکیل، نمکها در ساختار هیدرات قرار نمی گیرند. بنابراین، این روش می تواند جایگزین مناسبی برای سایر روش ها از قبیل تبخیر و اسمز معکوس باشد. هدف از این مقاله بررسی فرایندهای شیرین سازی آب با استفاده از هیدرات گازی و به طور ویژه مطالعه بر روی مبردها است که توانایی تشکیل هیدرات گازی را در فشارهای پایین تر و دماهای بالاتر دارند. مشکلات این روش، دشواری جداسازی کریستال های تولید شده از آب باقی مانده به دلیل فشار بالای سیستم و ماندن آب شور در فواصل میان ذرات است. در مقاله موجود، به مرور تحقیقاتی پرداخته شده است که با حل مشکل مزبور موفق به انجام فرایند شیرین سازی آب مبتنی بر روش هیدرات گازی شده اند. همچنین مواد مناسب از نظر شرایط عملیاتی و مراحل کلی فرایند ارائه گردیده است.
    کلیدواژگان: مبرد، جداسازی کریستال، شیرین سازی آب، هیدرات گازی
  • اخبار و گزارش ها
  • صفحه 110
|
  • A. R. Nasiri*, S. H. Haji Abadi, M. Solymani Page 8
    Lost circulation of drilling fluids in fractured reservoirs is one the major chalenges in petroleum industrials. Economical problems related to such phenomena makes its prevention necessary. In this investigation, prevention of lost is studied using lightweight granular materials and the effect of their concentration and size is evaluated. Experiments were carried out using lightweight industrial and mineral granular materials. The results show that a proper mixture of fine and coarse lightweight industrial granules is suitable for minimizing the fluid loss. It is shown that the best mechanism for lost prevention is plugging of the fractures, which is in good agreement with the results of other investigations.
    Keywords: Lost Circulation, Drilling Fluids, Lightweight Industrial Materials, Mineral Granular Materials
  • T. Parhizgar, R. Roshandel*, A. Hoseini Page 17
    Degradation mechanisms in fuel cell life time, changes the optimal operation conditions. The purpose of this paper is to maximize the productivity of system by considering degradation mechanisms in 10000 hours of fuel cell operation. In present work, a single PEM fuel cell is investigated. Membrane and catalyst layers (anode and cathode electrodes) are considered as the critical components that affect the degradation of the cell. The model used in this work, diagnosis degradation of those layers (platinum degradation in catalyst layers and membrane thinning and dehydration in polymer membrane), and model has been run for 3 strategies. Results showed that by optimizing operational condition continuously, productivity will increase 0.0622104 kw.hr in 10000 hr of fuel cell operation time.
    Keywords: PEM Fuel Cell, Modeling, Optimization, Degradation Mechanisms, Genetic Algorithm, Monitoring
  • A. H. Ghorban Farahi, Gh. D. Najafpour*, A. A. Ghoreishi, M. Narimani, M. Masomi, M. Esfahanian Page 29
    Grain sorghum is one species of sorghum plant. This plant is used for preparation of brooms. In a sequence of pretreatment; first the seeds (broomcorn seed) are separated from the stems. After making broom, some seeds are remained as surplus, some of them are used as animal feed stocks and the remaining burned. The primary raw material in this project is considered as waste material. This plant has many species: grassy, sweet and grain sorghum. In this article grain sorghum’s seeds (broomcorn) are used for production of syrup. Starch is the main source of stored carbohydrates in the broomcorn seed. It constitutes about 70-75% of broomcorn’s weight. It is used as substrate for hydrolysis and producing syrup. After pretreatment and elimination of protein inhibitor, enzymatic hydrolysis of starch in broomcorn was investigated. For this purpose, dual enzymes, alpha amylase and amyloglocosidase were used. For finding optimum conditions of hydrolysis, RSM technique and (DESIGN EXPERT) software were used. This software was able to model enzymatic hydrolysis of broomcorn and predicts optimum conditions. The effect of parameters on enzyme hydrolysis was investigated and optimized. The amount of sorghum grains and the enzymes were applied. In addition after optimization, production of reducing sugars from broomcorn was simulated by Artificial Neural Network. Amount of sorghum and alpha amylase and amyloglucosidase were considered as input of artificial neural network and amount of produced sugars was considered as output of neural network. The number of passage, hidden layers and Neron in each hidden layer of neural network was optimized for convergence of the best operation. According to acquired results, a desirable accommodation was produced between experimental data and predicted amount. Therefore neural network was used as a powerful tool for simulating the present process.
    Keywords: Broomcorn, Enzymatic Hydrolysis, Glucose Syrup, Artificial Neural Network
  • S. R. Nabavi*, T. Mahmoudi Badiki, A. Niaei Page 37
    The widespread and daily increasing application of heterogeneous catalysts in the industry has caused to using new techniques in catalysts design for reducing costs and accelerating research, development and commercialization. The application of combinatorial catalysis methods as new techniques in catalysts design are under development. At this paper, combinatorial catalysis methods including of experimental design, genetic algorithm and meta-modeling has been reviewed.
    Keywords: Design of Heterogeneous Catalysts, Experimental Design, Analysis of Experiments, Genetic Algorithm, Artificial Neural Networks
  • M. Ghaeizadeh, S. H. Hashemabadi*, M. Bayat Page 47
    In this work, a Colman-Thew hydrocyclone type has been simulated by CFD method for asphaltene separation from heavy crude oil. In CFD simulations, the Reynolds Stress Turbulence Model (RSM) and mixture model for multiphase simulation have been used and thirty micron is considered for diameter of asphaltene particles. The CFD simulation results have been compared with the experimental data. The CFD model can predict the hydrocyclone efficiency with ten percent average error. Effect of inlet flow rate, diameter of asphaltene particles, viscosity of continuous phase and hydrocyclone split ratio as operating conditions have been studied by CFD simulation. The results show that the performance of hydrocyclone could be improved with increasing of inlet flow rate and decreasing of continuous phase viscosity. Also 133% improvement on overall efficiency is observed with increasing the diameter of asphaltene particles to 50 micron. Changing the split ratio has the dual effect on performance of hydrocyclone. With increasing the split ratio, the overall efficiency of hydrocyclone is increased but the overflow (product) is reduced, so the optimization is needed.
    Keywords: CFD Simulation, Heavy Crude Oil, Asphaltene, Hydrocyclone, Operating Condition
  • A.R. Chackoshian Khorasani, S. Yaghmaei* Page 56
    Prediction and control of bioremediation in rhizosphere zone, such as each other process, needs appropriately modeling based on objectives happening in the process. Conditions dominating on rhizosphere bioremediation base on relations among plant roots, microorganisms in soil, soil materials, and relevant pollutant. Objective of this study is offering mathematical models which are able to predict and illustrate soil bioremediation. The models are improved that can be applied according to desired conditions, and be modified to the aims. Successfulness of a model in prediction is a function of circumstances and relationships which govern the process. Modeling can be comprehensive and successful with exactly understanding the function of each part, the proper use of relationships, and modeling equations.
    Keywords: Rhizosphere, Modeling, Bioremediation, Soil
  • A. Hajibaba, M. Masoomi* Page 68
    Due to immiscibility of the most polymer blends, the present article relies on review the theories and relation between morphology and rheology of immiscible polymer blends. The results of morphological investigation revealed that the ultimate structure of immiscible polymer blends relates to two parameters of viscosity ratio and capillary number. Capillary number connected to matrix viscosity, strain rate and interfacial tension as well. The other parameter which affects on drop break-up and morphology of polymer blends is type of flow. The outcomes indicated that droplet breaks-up in elongation flow easier than shear flow. The models of Palierne, Coran, Jarzebski and Doi- Ohta are very famous models in correlation between rheology and morphology of immiscible polymer blends. It was illustrated in Doi- Ohta model the more differences in first normal stresses of immiscible polymer blends the smaller of droplet size of dispersed phase. In Palierne model, the complex modulus of immiscible polymer blends relates to droplet diameter and interfacial tension.
    Keywords: Morphology, Rheology, Immiscible Polymer Blends, Viscoelastic, Interfacial Tension
  • A. Joodzadeh* Page 79
    Carry Over Phenomenon is one of the common problems in Sugarcane boilers that has a important effect at any type of failure, output loss, trip, out of ordering and other equipments (before and after boiler) failure. It’s very important to know how this phenomenon is raised and lead to corrosion failure and fouling on steam drum surface, superheater and reheater tubes, steam turbine blades, … during boiler design and operation.In this paper, we describe how carry over occur and identify its effective ingredient at first. After that survey any kind of them and related efficacy. Then suggest a scope for evaluation and sampling carry over during boiler operation. Finally, offer some solution to decrease occurrence possibility or percentage with some modification that should be performed in system operation.
    Keywords: Boiler, Feed Water, Impurity, Fouling, Carry Over
  • M. Karamoddin, F. Varaminian* Page 90
    Today the various attempts have been done for developing of water desalination. The significant amount of researches has been performed to improve the technologies and reduce the cost of desalination. In recent years, gas hydrate has been applied in different fields such as the energy storage and separation process. One of the separation applications by hydrate is use of hydrate process for salt remove from water, because salts and impurities were not placed in hydrate structures at hydrate formation process. This research is investigated the potential applications of gas hydrate technologies for water desalination processes. The refrigerants can be formed the hydrate crystals at high temperatures and low pressures, so they are specially recommended in the desalination process. The problems of hydrate formation in desalination are the crystals separation from residual brine. In this study, hydrate-based desalination is investigated with apparatus design to easily extract dehydrated high-density gas hydrates from a reactor containing hydrate slurries that may solve the separation difficulty between hydrate crystals and concentrated brine solutions. Also this paper is presented the suitable hydrate forming and stages of desalination based on hydrate formation.
    Keywords: Refrigerant, Separation of Crystal, Water Desalination, Gas Hydrate