نشریه علوم و مهندسی جداسازی
سال چهارم شماره 1 (پیاپی 7، بهار و تابستان 1391)

در این تحقیق، اثر جداسازی اجزاء توسط غشاء زئولیتی FAU از محیط واکنش در فرآیند تبدیل سیکلوهگزان به بنزن با استفاده از مدلسازی ریاضی راکتور غشایی مطالعه شده است. مدلهای ریاضی تراوایی اجزاء واکنش از غشاء FAU بر اساس داده های آزمایشگاهی موجود نفوذپذیری از غشاهای زئولیتی نانوساختار در مدلسازی ریاضی فرآیند استفاده شده است. مدل تراوایی با روش حداقل مجموع مربعات برای سیکلو هگزان مدل نفوذ سطحی، برای هیدروژن مدل نفوذ آرایشی و برای بنزن معادله چند جمله ای درجه سه بدست آمد. به منظور بررسی تاثیر غشاء، درصد تبدیل سیکلوهگزان به محصول در سه نوع راکتور، شامل: بسترثابت، غشائی و هیبریدی بررسی شده و مشاهده شد که میزان تبدیل راکتور غشایی بیشتر از راکتور هیبریدی و راکتور هیبریدی بیشتر از راکتور بسترثابت است. نتایج نشان داد بیشترین میزان درصد تبدیل سیکلوهگزان در مقایسه با راکتور بستر ثابت، در راکتور غشایی در دمای K 466 و در راکتور هیبریدی در دمای K 481 قابل دستیابی میباشد. مطالعه شبیه سازی برای دو نوع شرایط خوراک، حاوی هیدروژن و بدون هیدروژن انجام شد و مشاهده شد که میزان تبدیل بستگی کامل با جداسازی و افزودن هیدروژن به خوراک و رقیق سازی خوراک با گاز بی اثر دارد.

تیکنرها از واحدهای کلیدی در فرآیندهای عملیاتی هیدرومتالوژی هستند و برای جداسازی جامد از مایع استفاده می شوند. در این تحقیق تیکنر باطله مجتمع مس سرچشمه توسط مدل ترکیبی دینامیک سیالات محاسباتی و موزانه جمعیتی، مدل سازی شد. از مدل دوفازی اولرین- اولرین به همراه مدل تلاطم k-ε در حالت پایدار استفاده شد. در مدل موازنه جمعیتی 15 دسته از اندازه ذرات در نظر گرفته شد. از کرل لئو برای بهم چسبیدگی/شکست ذرات استفاده شد. با استفاده از نتایج شبیه سازی میانگین اندازه ذرات در دبی 612 لیتر بر ثانیه (دبی عملکرد تیکنر در کارخانه)، 625 میکرون در تیکنر بدست آمد. برای جریان ورودی به تیکنر دو نوع چاهک خوراک در نظر گرفته شد و با استفاده از شبیه سازی قطر متوسط ذرات در داخل تیکنر برای این دو نوع چاهک خوراک بدست آمد. سپس با استفاده از نتایج شبیه سازی مشخص شد که استفاده از یک تیغه حلقوی در داخل چاهک خوراک موجب بهبود فرآیند فلوکولاسیون و افزایش سرعت ته نشینی می گردد. در نهایت با استفاده از شبیه سازی نیرو و گشتاور وارد بر ریک های بزرگ و کوچک تیکنر بدست آمد و اثر افزایش غلظت خروجی بر آنها بررسی شد.

در برخی شرایط تشکیل امولسیون ها نامطلوب است. بنابراین امولسیون باید به دو فاز آب و روغن جدا شود. در این تحقیق از امواج ایستای فراصوت با انرژی بالا برای شکستن امولسیون پایدار نفت در آب استفاده شد. بعد از طراحی و ساخت سامانه جداسازی، راندمان جداسازی در سه زمان صوت دهی و سه موقعیت قرارگیری امولسیون نسبت به منبع فراصوت بررسی شد. همچنین، ترکیب دو روش جداسازی دیگر(شیمیایی و تنظیم pH) با فراصوت نیز مطالعه شد. راندمان و مکانیزم جداسازی توسط اندازه گیری اندازه ذرات امولسیون و عکس های میکروسکوپی بررسی گردید. نتایج آزمایشات نشان داد که امواج ایستای فراصوت قادر به شکست امولسیون ها بودند. با این حال راندمان جداسازی به پارامترهای موقعیت نمونه و زمان صوت دهی وابسته است. همچنین ترکیب فراصوت با روش های تنظیم pH و نیز افزودن مواد منعقد کننده به امولسیون روش کارآمدتری را ایجاد می کند.

هدف از این مطالعه دستیابی به معیاری کمی برای تجاری سازی تکنولوژی غشایی و تعیین چشم اندازی به منظور ساخت غشا های مفید برای پالایشگاه های گاز کشور است. بنابراین، بر اساس نمودار مرزهای اقتصادی بین سیستم های آمین و ترکیبی (غشاء-آمین) برای مخلوط های سه جزئی CH4/H2S/CO2و با توجه به ترکیب و سرعت گاز ورودی به پالایشگاه های گاز کشور و جایگاه آنها در این نمودار، مشخصات غشاء به گونه ای تعیین می شود که تکنولوژی ترکیبی برای هر پالایشگاه بهینه شود. این عمل برای دو پالایشگاه ایلام و شهید هاشمی نژاد به دلیل نزدیکی آنها به مرز اقتصادی شدن واحد ترکیبی انجام گرفت. در پایان غشا های سازگار با این الگو جهت بکارگیری در سیستم ترکیبی (غشاء-آمین) به جای واحد آمین رایج معرفی شدند. نتایج نشان داد که عمده غشاهای مناسب از نوع پلی ایماید، PEBAX، غشاهای آلی – معدنی و غشاهای کربنی می باشند.

در مقاله حاضر خصوصیات مختلف محلول آب و یون های فلزی مانند سرعت یونها، نحوه آرایش مولکولهای آب حول یون فلزی و زمان شرکت مولکول های آب در لایه تشکیل شده حول یون فلزی به کمک شبیه سازی دینامیک مولکولی بررسی گردید. نتایج این تحقیق تشکیل یک آرایش پوسته مانند از مولکول های آب در اطراف یون های فلزی و تشکیل کمپلکس M(H2O) را نشان می دهد. تعداد مولکول های آب در این آرایش پوسته ای برای یونهای سرب، نیکل و کادمیوم بترتیب 8، 4/8 و 7 می باشد. مولکول های آب مجاور یون های سرب، نیکل و کادمیوم به ترتیب 162، 5/161 و 179 پیکو ثانیه در ناحیه پوسته مانند قرار دارند. همچنین مشاهده گردید که پایداری کمپلکس های M(H2O) برای کادمیوم بیشتر از نیکل، و برای نیکل بیشتر از سرب می باشد.

حضور فلزات سنگین در پسماند و فاضلاب های روان یکی از مشکلات اساسی است که باعث بروز مشکلات شده و بر روی سلامتی انسان، جانداران موجود در آن اقلیم و گیاهان تاثیر می گذارد. حذف فلزات سنگین به وسیله فرآیند جذب و رسوب دهی به عنوان سازوکارهای عمومی کاهش آسیب ناشی از فلزات سنگین مورد توجه است. در این پژوهش امکان ارزیابی حذف یون Cu2+ از محلول های آبی به وسیله نانو کامپوزیت گاما آلومینا-نانو لوله کربنی از دیدگاه ترمودینامیکی بررسی شد. نتایج نشان داد که اطلاعات تعادلی جذب به دست آمده، از مدل فرندلیش بهتر از مدل های لانگمیر و DKR پیروی می کنند و بیشینه ظرفیت جذب به دست آمده به وسیله مدل تک دمای جذب فرندلیش برابر با 20/17 میلی گرم بر گرم است. عامل های گوناگون ترمودینامیک، چون ∆G°، ∆H° و ∆S° محاسبه شد. عامل های ترمودینامیکی اندازه گیری شده در سیستم جذب در نظر گرفته شده، نشان داد که فرآیند جذب به صورت طبیعی خودبخود و گرماگیر می باشد.

در این تحقیق، ابتدا لایه های نازک غشایی از جنس کوپلیمر پلی آمید-پلی اتر روی پایه های سرامیکی نانوکامپوزیتی کشیده شد. سپس عملکرد این غشاها برای جداسازی CO2از CH4و N2مورد ارزیابی قرار گرفت. برای جداسازی CO2از CH4میزان انتخابگری غشا در فشارهای کمتر از bar5/3 بسیار بالا و در فشارهای بالاتر بین 25-20 به دست آمد. همچنین انتخابگری این غشاها برای جداسازی CO2از N2در کل محدوده فشار مورد آزمون (bar9-1) بسیار بالا بود. علاوه بر این، با توجه به نازک بودن لایه های غشایی ساخته شده، عبوردهی غشاهای حاصل در نوع خود بسیار مناسب (تقریبا GPU5 برای CO2) بوده طوریکه این غشاها می توانند به عنوان گزینه ای مناسب برای حذف گازهای اسیدی از جریان های گازی (گازطبیعی) در صنعت گاز کشور مطرح شوند.