فهرست مطالب

مهندسی شیمی ایران - پیاپی 88 (آذر و دی 1395)

دوماهنامه مهندسی شیمی ایران
پیاپی 88 (آذر و دی 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/10/24
  • تعداد عناوین: 12
|
  • سخن سردبیر
  • ژورنال کلاب: ایستگاه هم افزایی، پژوهش های میان رشته ای، نوآوری و توسعه فناوری / (با نگاهی به تجربه دانشکده نفت، گاز و پتروشیمی دانشگاه خلیج فارس)
    رضا آذین صفحه 3
  • مقالات
  • سید محمودرضا حجتی* صفحه 6
    به منظور کاستن از هزینه محصولات تولیدی، کاهش مصرف انرژی یکی از اولیت ها به شمار می آید. بخش تقطیر پالایشگاه شیراز یکی از مهم ترین واحدهای مصرف کننده انرژی در پالایشگاه هاست. این بخش، شامل واحد تقطیر در اتمسفریک، واحد تقطیر خلا- واحد گرانروی شکن و واحد تثبیت بنزین است که شبکه مبدل های حرارتی آنها به هم مرتبط اند. کارهای ارزشمند متعددی در این خصوص انجام شده است، اما به دلیل رویکرد انحصاری صرفه جویی در مصرف انرژی، بدون در نظر گرفتن محدودیت های فرایندی و اجرایی، عملا برخی از این پیشنهادها نتوانسته است مشکلات شبکه مبدل های حرارتی این پالایشگاه را رفع کند. از این رو، پیشنهادهایی که در این مقاله برای بخش تقطیر ارائه شده، علاوه بر این که توانسته صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی بوجود آورد، به لحاظ فرایندی و اجرایی کاملا امکان پذیر است. به دلیل محدودیت های زوج تبادل گرهای ممنوعه، تعویض پمپ و مسائل مهندسی، دو سناریو برای اصلاح شبکه مبدل های حرارتی مبتنی بر آنالیز پینچ و با فرض افت فشار و مقدار ثابت  برابر 9/0، پیشنهاد شده است. نتایج مطالعه و تحلیل شبکه نشان می دهد با سرمایه گذاری های 313000 و 700000 یورویی می توان، به ترتیب، به کاهش مصرف انرژی معادل 7/13% و 6/15%، با نرخ برگشت سرمایه 05/1 و 06/1، برای هر یک دست یافت.
    کلیدواژگان: شبکه مبدل های حرارتی، اصلاح شبکه مبدل های حرارتی، آنالیز پینچ، واحد تقطیر در اتمسفریک
  • سید سعید حسینی*، جواد امینیان دهکردی، سارا نجاری صفحه 16
    قطبش غلظت در فرایندهای غشایی، پدیده ای است که بر اثر افزایش تدریجی غلظت ماده با تراوایی کمتر، در نزدیکی سطح غشا و ایجاد گرادیان غلظت تا فاز توده، به کاهش نیروی محرکه تراوایی و گزینشپذیری و سرانجام افت عملکرد و بازدهی جداسازی منجر می شود. با ورود نسل جدید غشاهای بسپاری با شار و تراوایی بالاتر، اثر قطبش غلظت به عنوان عاملی مهم و تاثیرگذار در مدل سازی و ارزیابی بازدهی غشاهای جداسازی گاز بیش ازپیش مورد توجه قرارگرفته است. در سالهای اخیر، معادلات متعددی توسط محققان مختلف به منظور تبیین قطبش غلظت و تحلیل آثار آن بر عملکرد جداسازی گاز توسعه یافته است. با توجه به پیچیدگی مباحث مربوط به پدیده قطبش غلظت، لزوم بررسی و بازنگری عمیق موضوع و ارائه نتایج و جمع بندی براساس رویکردی واحد ضروری به نظر می رسد. هدف از مقاله پیش رو، ارائه اصول نظری، نقد و بررسی مهمترین پژوهش های انجامشده درزمینه قطبش غلظت،ارائه معادلات حاکم و تحلیل و تفسیر آثار آن در مدل سازی عملکرد غشاهای بسپاری جداسازی گاز است.
    کلیدواژگان: قطبش غلظت، غشای بسپاری، مدل سازی، لایه پشتیبان متخلخل، جداسازی گاز
  • مهدی کمالی*، مجید پیروز، ناصر عادل پور، مسعود روح بخش صفحه 27
    در این تحقیق، با بررسی سامانه های چربی گیر نصب شده یا در حال اجرا در شهر مشهد نقاط ضعف و قوت آنها مشخص شد. سپس، یک سامانه چربی گیر جدید برای رفع مشکلات موجود در سامانه های متداول، طراحی و ساخته شد. این چربی گیر از جنس فلز گالوانیزه با پوشش داخلی و خارجی دولایه کامپوزیت، به شکل استوانه ای با قطر و ارتفاع یک متر و حجم مفید 800 لیتر ساخته شده است. به منظور جداسازی آشغال ها قبل از ورود به چربی گیر، یک آشغال گیر مکعبی در ابتدای سامانه با ابعاد 20×20×20 سانتی متر نصب شد. این آشغال گیر و نیز دو بافل نصب شده در سامانه، قابل جداشدن از سامانه اند که فرایند تخلیه و تمیزکردن سامانه را تسهیل می کند. یک پل چربی روب به طول 50 سانتی متر به صورت خودکار با موتور گیربکس 12 ولت 3 دور بر دقیقه و در دوره های زمانی قابل تنظیم، چربی های جمع شده در سامانه را تخلیه می کند. زمان ماند 30 دقیقه مبنای طراحی این سامانه قرار گرفت. از جمله مزایای این چربی گیر می توان به حجم و وزن کم، قابلیت نصب سریع و آسان، بی خطر بودن (برق مصرفی 12 ولت 1 آمپر) و کم هزینه بودن اشاره کرد. غلظت روغن پساب خروجی از سامانه کم تر از ppm 100 و مطابق با استاندارد تخلیه به شبکه جمع آوری فاضلاب است.
    کلیدواژگان: چربی و روغن، سامانه چربی گیر، انسداد خطوط فاضلاب، شهر مشهد
  • الهام محمدی، محمدرضا جعفری نصر* صفحه 36
    فرایند تولید ال ان جی، از جمله فرایندهای فشرده و پیچیده ای است که بیش از نیمی از هزینه ها، در بخش مایع سازی آن مصرف می شود. در سال های اخیر، مهندسان طراح تلاش های زیادی برای بهبود عملکرد این فرایند بخرج داده اند و هدف عمده آنها افزایش بازده، بالابردن ظرفیت تولید و کمینه سازی هزینه ها بوده است. مهم ترین تجهیزات فرایندی به کار رفته در بخش مایع سازی، مبدل های حرارتی صفحه پره دار1 یا حلزونی2 هستند. در این مقاله، ضمن تشریح شبیه سازی چرخه مایع سازی پروژه ایران ال ان جی که برای به دست آوردن سطوح سرد و گرم مبدل صفحه پره دار به کار رفته در آن انجام شده، به ارائه روشی جدید به منظور طراحی بهینه این مبدل حرارتی پرداخته شده است. همچنین، روشی ساده، برای انتخاب بهترین سطح ثانویه براساس توسعه مفهوم شاخص عملکرد حجم3 معرفی شده است. شبیه سازی، سطوح حرارتی سمت سرد، گرم و ضریب کلی انتقال حرارت مبدل صفحه پره دار به کار رفته در فرایند مورد نظر را، به ترتیب، 2m 3001، 2m 1933 و K2W/m 425 نشان می دهد. با طراحی این مبدل با استفاده از رمزنگاری در محیط نرم افزار متلب و ابداع شیوه طراحی سریع، کاهش چشمگیری در سطوح سرد و گرم به میزان 2/5 و 3/3 برابر و افزایش ضریب کلی انتقال حرارت 2 برابری حاصل شده است. مبدل طراحی شده، کمترین مساحت سطح را به دست داده که کاهش مساحت سطح تاثیر به سزایی بر کاهش هزینه های سرمایه گذاری فرایند تولید ال ان جی داشته است.
    کلیدواژگان: گاز طبیعی مایع شده، شاخص عملکرد حجم، شیوه طراحی سریع
  • امیرحسین نیکو، محمدرضا ملایری*، عبدالله الجنابی صفحه 48
    از مشکلات عمده تشکیل رسوب در مبدل های حرارتی، می توان افزایش افت فشار، توزیع نامناسب جریان، افت انرژی و کاهش بازده حرارتی را برشمرد. امروزه، اصلاح سطوح به عنوان یک روش جدید، موثر و سازگار با محیط زیست برای کم کردن میزان رسوب تشکیل شده روی مبدل های حرارتی مورد توجه فراوان است. در این روش، انرژی سطح و مولفه های آن از طریق روکش کردن سطوح در جهت کاهش رسوب اصلاح می شوند. در این مقاله، انرژی سطح و دو مولفه پخشی و قطبی آن با روش های Wu و OWRK محاسبه شده است. محاسبه مقادیر انرژی سطح و مولفه های آن برای رسوب تبلوری بر روی سطوح مختلف نشان می دهد که مقدار رسوب تشکیل شده بر روی سطوح انتقال حرارت با افزایش مولفه قطبی کاهش می یابد. مقایسه با داده های آزمایشگاهی انجام شده در این مطالعه بر روی رسوب کلسیم سولفات نیز این موضوع را تایید می کند.
    کلیدواژگان: مبدل حرارتی، رسوب، انرژی سطح، مولفه قطبی انرژی سطح
  • امیر ابراهیمی مقدم، محمود فرزانه گرد، مهدی دیمی دشت بیاض* صفحه 59
    در مقاله حاضر، با استفاده از نرم افزار فلوئنت به شبیه سازی عددی نشت گاز طبیعی از یک سوراخ کوچک پرداخته ایم که بر سطح لوله ای در خطوط توزیع گاز طبیعی درون شهری ایجاد شده است. هندسه مورد بررسی به کمک نرم افزار گمبیت طراحی و شبکه بندی شده و متان با فرض گاز کامل بودن، گاز طبیعی تلقی شده و جریان آشفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که در سوراخ هایی با قطر کوچک، سرعت تخلیه به سرعت صوت رسیده و به اصطلاح خفگی در جریان رخ می دهد. میزان نشت گاز با قطر سوراخ رابطه مرتبه دوم و با فشار نقطه ابتدایی رابطه خطی دارد. سرانجام، یک رابطه ساده کاربردی برای محاسبه شدت جریان حجمی گاز نشت یافته ارائه شده است. بررسی داده ها نمایانگر آن است که در اکثر موارد، درصد خطای نسبی میان نتایج حاصل از شبیه سازی و رابطه ای که ارائه شده، زیر 10 درصد است که بیانگر دقت بسیار مناسب رابطه ارائه شده است.
    کلیدواژگان: نشت گاز طبیعی، خطوط توزیع گاز، شبیه سازی CFD دو بعدی
  • سعید عینی*، رامین روشندل، داود رشتچیان صفحه 73
    مصرف سوخت های جایگزین در بخش های مختلف انرژی بر، بازدهی بیشتر استفاده از منابع و تخصیص بهینه آنها، امنیت انرژی و توسعه پایدار زیست محیطی نیز را به ارمغان می آورد. در این مقاله، فرایندی به منظور تولید همزمان متانول، هیدروژن و توان طراحی و بررسی و در این راستا، آثار تغییرات برخی پارامترهای موثر بر عملکرد فرایند نشان داده شده است. در فرایند موردنظر در حالت پایه، تولید متانول حدود 16 تن در ساعت، تولید هیدروژن حدود 4 تن در ساعت، میزان توان خالص تولیدی فرایند حدود 45 مگاوات، و سود خالص سالیانه واحد حدود 360 میلیون دلار در سال برآورد شده است که می تواند از جذابیت اقتصادی برخوردار باشد. با در نظر گرفتن تنها هزینه های واحد (بدون احتساب سود ناشی از فروش محصولات) که در حالت پایه معادل 40 میلیون دلار در سال است، قیمت تمام شده هر تن متانول معادل 300 دلار، قیمت تمام شده هر کیلوگرم هیدروژن معادل 2 دلار و قیمت هر مگاژول توان حدود 3 سنت بدست می آید. این قیمت ها با توجه به قیمت های روز این محصولات (به ترتیب، معادل 550 دلار به ازای هر تن متانول، 10 دلار به ازای هر کیلوگرم هیدروژن و 10 سنت به ازای هر مگاژول توان) از قابلیت رقابت در بازار برخوردارند.
    کلیدواژگان: تولید همزمان متانول، هیدروژن و توان، زیست توده، سوخت های جایگزین
  • نادر نظافتی*، سعید حصارکی صفحه 83
    در سال های اخیر، نانوکامپوزیت ها به عنوان حامل های دارو برای رهایش موثر دارو، کاربرد گسترده ای در حوزه تحقیق و توسعه دانشگاهی و صنعتی یافته اند. اغلب، این خانواده جدید از مواد کامپوزیتی نانوساختار نسبت به مواد زمینه جامد تنها و یا میکرو/ ماکروکامپوزیت های متداول ویژگی های مطلوب تری دارند. ازجمله این ویژگی های برجسته می توان به ویژگی های مکانیکی، نفوذپذیری مولکولی و کنترل رهایش دارو و نیز ویژگی هایی از منظر مهندسی همچون پایداری حرارتی، مقاومت شیمیایی، ظاهر سطح، رسانایی الکتریکی و وضوح نوری اشاره کرد. رهایش کنترل شده داروها از سیستم های نانوکامپوزیتی، به رهایش بهینه مقدار دارو در مدت زمان های طولانی، افزایش کارایی دارو و نیز، رضایت مندی بیمار کمک می کند. این مقاله مروری، به معرفی و بیان کاربردهای دسته ای از نانوکامپوزیت های مورد استفاده در رهایش دارو پرداخته است.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، حامل های دارو، رهایش دارو
  • طیبه احمدپور، حبیب مهری زاده، علیقلی نیایی*، داریوش سالاری صفحه 98
    امروزه به دلایل راهبردی و حفاظت محیطی، یافتن جایگزین برای سوخت های فسیلی از اهمیت فراوانی برخوردار است. هیدروژن یکی از منابع انرژی جایگزین مناسب و بالقوه برای سوخت های فسیلی به شمار می رود و فناوری های مختلفی برای تولید این منبع سوخت ایجاد شده اند. فناوری های متداول برای تولید هیدروژن، مقدار زیادی گاز گلخانه ای کربن دی اکسید تولید می کنند که مشکلاتی زیست محیطی پدید می آورند. با توجه به اهمیت موضوع انرژی های تجدیدپذیر، بهره گیری از فوتوکاتالیست ها و نور خورشید روشی مطلوب برای شکافت آب و تولید هیدروژن به شمار می آید که در این روش آب به عنوان ماده اولیه و نور خورشید به عنوان منبع انرژی به کار می روند. در این مقاله مروری، فرایند شکافت آب برای تولید هیدروژن با استفاد از فرایند فوتوکاتالیزی مطالعه می شود و انواع فوتوکاتالیست های به کار رفته و نیز روش های لازم برای بهبود این فرایند بررسی شده و پژوهش های صورت گرفته اخیر برای انجام این فرایند مورد بحث قرار خواهند گرفت.
    کلیدواژگان: شکافت آب، فوتوکاتالیست، نور خورشید، هیدروژن، سوخت های فسیلی
  • اخبار و گزارش ها
  • صفحه 114
  • معرفی کتاب
    صفحه 117
|
  • S. M. R. Hojjati* Page 6
    In order to reduce the cost of production, reduction in energy consumption is one of the most important priorities. Distillation unit at the Shiraz refinery is one of the most energy consuming units. This section consists of atmospheric distillation, vacuum distillation, stabilizer and visbreaker. Several valuable works have been done in this regard, however, due to energy wise, actually some of these proposals have failed to solve the problems of heat exchanger networks. Nevertheless suggestions were presented in this paper for distillation section is practical and feasible. Due to restrictions such as constraint match, replacement pump and other engineering problems, two scenarios have been proposed assuming constant pressure drop and . The results show that, 313,000 Euros and 696,725 Euros will be invested in order to reduce energy consumption of 13.7% and% 15.6 %, respectively.
    Keywords: Heat Exchanger Network, Retrofit of Heat Exchanger Network, Atmospheric Unit
  • S. S. Hosseini*, J. Aminian Dehkordi, S. Najari Page 16
    Concentration polarization in the membrane processes refers to the phenomena caused as a result of increasing the concentration of less permeable component at the close boundary of the membrane surface. This leads to the concentration gradient in between the surface and the bulk phases with negative effects on the permeation driving force as well as selectivity and process performance. Upon emergence of the new generation of polymeric membranes possessing accelerated flux and permeability, concentration polarization and its effects have gained more attentions in process modeling and performance evaluation. Accordingly, numerous mathematical models have been proposed by various researchers aiming to shed lights on the role and effects of concentration polarization in gas separation membranes. In-depth investigations and analysis of the subject toward reaching comprehensive and concluding remarks are necessary considering the complexities involved in the subject. The main purpose of this study is to provide an overview on the key principles of concentration polarization, to review and analyze the most important research studies carried out in this field in the past few years and to reinvestigate the governing equations associated to the concentration polarization and its effects on the performance of polymeric gas separation membranes.
    Keywords: Concentration Polarization, Polymeric Membrane, Modeling, Supporting Porous Layer, Gas Separation
  • M. Kamali*, M. Pirooz, N. Adelpour, M. Rouhbakhsh Page 27
    In this study, strengths and weaknesses of installed or under installation grease interceptors in Mashhad city were identified. A new grease removal system was then designed and built to resolve these weaknesses. The system was an 800 L cylinder
    (1 m diameter and 1 m height) from galvanized metal coated with two layers of composite at both sides. A cubic basket (20 × 20 × 20 cm) was installed at the system inlet to prevent entering trashes into the system. Removability of the basket and two baffles installed on the system facilitates discharge and cleaning process. A grease remover bridge of 50 cm length equipped with a gearbox motor (12 V, 3 rpm), discharges accumulated grease automatically in adjustable time periods. The system was designed based on retention of 30 min. This system offers several advantages including low volume and weight, easy and quick installation, safety and low costs. The oil concentration in the outlet stream is below 100 ppm which meets the standards for discharge to the sewage network.
    Keywords: Fat, Oil, Grease, Grease Interceptor, Sewer Lines Blockage, Mashhad City
  • E. Mohammadi, M. R. J. Nasr* Page 36
    LNG project is intrinsically a complex process that accompanied with liquefaction section. It almost dedicates the 50% of total project costs. Liquefaction section is the key point of this process and designers are commonly interested to keep the costs in lowest level and affect the process activeness. The most important elements in liquefaction process are heat exchangers that made by Plate Fin or Spiral Wounded types. In this paper, as a first step, a LNG liquefaction cycle with triple mixed refrigerator is simulated and then a new procedure for designing of plate fin heat exchanger is developed. A method also for selection of the best secondary surface based on volume performance index is presented. As a result the designed heat exchangers gives lowest volume and lower heat exchanger surface would have important role in reduction of investment costs. As a case study, a feedstock, belonging to pre-cooling unit of Iran LNG project, was used. The calculated surfaces by traditional simulation of cold and hot ends surfaces of heat exchanger and overall heat transfer coefficient (OHTC) are 3001 m2, 1933 m2 and 425 W/m2.K respectively. After designing an optimum geometry with new developed rapid design algorithm (RDA), the obtained surfaces for cold and hot ends and the overall heat transfer coefficient were 575 m2 and 842 W/m2.K respectively. The outcomes of this study revealed that a great significant reduction in design an industrial compact heat exchanger with cold and hot end surfaces about 5.2, 3.3 times lower respectively and about 50 percent increase in OHTC.
    Keywords: Liquefied Natural Gas, Volume Performance Index (VPI), Rapid Design Algorithm
  • A. H. Nikoo, M. R. Malayeri*, A. Al Janabi Page 48
    Deposit formation in heat exchangers causes increased pressure drop, flow non-uniformity, energy loss and deterioration of efficiency. A novel, efficient, and environmentally friendly approach to mitigate deposition in heat exchangers, is surface treatment. Surface energy and its polar and dispersion components are modified by coating of surfaces to mitigate fouling. In this study surface energy and its polar and dispersion components are calculated by Wu and OWRK approaches. The determination of surface energy and its polar and dispersion components for crystallization fouling showed that formation of precursor on substrates reduces by increased polar component of surface energy. Comparison with experimental data points associated with CaSO4 crystallization fouling confirm this propensity.
    Keywords: Heat Exchanger, Fouling, Surface Energy, Polar Component of Surface Energy
  • A. Ebrahimi Moghadam, M. Farzaneh Gord, M. Deymi Dashtebayaz* Page 59
    In this paper by using Fluent software, is paid to numerical simulation of natural gas leakage from a small hole located on the lateral surface of the urban distribution gas pipe lines. The geometry is designed and meshed by Gambit software and methane with Ideal-gas assumption considered as natural gas and flow is turbulent. The results indicate that for small hole diameters, discharge speed reaches the sound speed and at the so-called, choking occurs in the flow. The volumetric flow rate of leaked gas has a second order relation with hole diameter and linear relation with pressure of initial point. Finally a simple useful correlation is developed to calculate the volumetric flow rate of leaked gas. Also data analysis shows that in most of the investigated cases, the percentage of relative error is below 10% which implies high accuracy of the presented correlation.
    Keywords: Natural Gas Leakage, Distribution Gas Pipelines, Two, Dimensional Simulation, Fluent
  • S. Eini*, R. Roshandel, D. Rashtchian Page 73
    Using bio-fuels in energy intensive sectors not only has the potential to increase the efficiency of utilization of resources but also helps to have secure resources and to speed up sustainable development. In this paper a process to co-generation has been designed and its performance has been evaluated. In this regard, the effect of change of some of operational parameters has been presented on the process performance. The rates of methanol and hydrogen production in the base case are 16 and 4 tonne per hour, respectively. Besides, the process has the potential to generate 45 megawatts power and the net profit is calculated to be 360 million dollars that may have economic attractiveness. Considering the costs of the base case process (41 million dollars) regardless the profit due to sale of products, the costs of producing methanol, hydrogen, and power are 300 dollars per tonne, 2 dollars per kilogram, and 3 cent per megajoules, respectively. These costs are attractive in comparison with the market prices which are 549 dollars per tonne methanol, 10 dollars per kilogram hydrogen, and 3 cent per megajoules power.
    Keywords: Co-Generation of Methanol, Hydrogen, Power, Biomass, Alternate Fuels
  • N. Nezafati*, S. Hesaraki Page 83
    During recent years, nanocomposites as drug carriers for effective drug delivery has been extensively used in both academic and industrial research and development. This new type of composite materials frequently displays considerable improvements of material properties when compared to the matrix solid alone, or to conventional microcomposites. These outstanding characterisitcs include mechanical properties, molecular permeability and the control of drug release, as well as properties related to engineering points of view, such as thermal stability, chemical resistance, surface appearance, electrical conductivity, and optical clarity. The controlled release of drugs from nanocomposite systems aims at their delivery at optimum amount for long periods, at increasing the efficacy of the drug, and at improving patient satisfaction. This review paper has been discussed to introduce some nanocomposite systems and to state their application for drug delivery.
    Keywords: Nanocomposites, Drug Carriers, Drug Delivery
  • T. Ahmadpour, H. Mehrizadeh, A. Niaei*, D. Salari Page 98
    Today, because of safety and environmental reasons, the necessity to find the alternatives to fossil fuels is obvious. Hydrogen is a suitable and potentially alternative energy to fossil fuels and various technologies have been developed to produce this fuel source. Conventional technologies for hydrogen production cause large amount of the greenhouse carbon dioxide gas that are associated with environmental problems. Due to the importance of renewable energy, the use of photocatalyst and sunlight for water splitting and hydrogen production is a favorite method. In this process, water as a raw material and sunlight as an energy source are used. In this review paper, the process of water splitting to produce hydrogen by photocatalytic process will be studied and types of used photocatalysts in this process and also the ways to improve the efficiency of this process will be investigated and also recent researches in this field to develop this process will be discussed.
    Keywords: Water Splitting, Photocatalyst, Sunlight, Hydrogen, Fossil Fuels