فهرست مطالب

علوم و مهندسی جداسازی - سال هشتم شماره 2 (پیاپی 16، 1395)
  • سال هشتم شماره 2 (پیاپی 16، 1395)
  • تاریخ انتشار: 1395/11/23
  • تعداد عناوین: 8
|
  • میرمحمد خلیلی پور لنگرودی، جعفر صادقی، فرهاد شهرکی*، کیانوش رزاقی صفحات 1-12
    این پژوهش به طراحی ساختار کنترلی و مدلسازی پویای یک برج جداسازی نفت خام بر مبنای آرایه بهره نسبی (RGA) و آرایه بهره نرمال شده نسبی (RNGA) می پردازد. انتخاب ساختار کنترل چند متغیره در حالت غیرمربعی با استفاده از داده های واقعی برج جداسازی نفت خام تاکنون ارائه نشده است. در این تحقیق، برج جداسازی در دو ظرفیت عملیاتی 40،000 و 60،000 بشکه در روز مدلسازی شد تا عملکرد کنترلی ساختارهای پیشنهادی بررسی شود. عملکرد کنترلی متغیرهای خروجی این برج درحالت %5± تغییر پله ای در خوراک ورودی واحد مورد آزمایش قرار گرفت. بر مبنای نتایج بدست آمده، پاسخ خروجی سیستم کنترلی برای هر دو روش به خوبی تغییرات خوراک ورودی را در ظرفیت 60،000 بشکه در روز، کنترل می کند. این در حالی است که نتیجه آزمون خروجی در ظرفیت 40،000 بشکه در روز، تغییر ساختار کنترلی در هر دو روش آرایه بهره نسبی و آرایه بهره نرمال شده نسبی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: برج جداسازی نفت خام، کنترل چندمتغیره، سیستم غیرمربعی، RGA، RNGA
  • بهروز بیاتی* صفحات 13-20
    جداسازی ایزومرهای آلکانها توسط زئولیتها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این تحقیق روش مونت کارلو برای شبیه سازی مولکولی جذب ایزومرهای پنتان بصورت خالص و مخلوط دوجزئی روی زئولیت MFI مورد استفاده قرار گرفته است. اثر مقدار آلومینیم در زئولیت MFI (با نسبت سیلیسیم به آلومینیم 18، 31 و ∞ ) روی جذب ایزومرهای پنتان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد که ساختارهای با نسبت سیلیسیم به آلومینیم متفاوت دارای خواص جذب و انتخاب گری جذب متفاوتی هستند و این به ساختار حفرات مستقیم و زیگزاگی زئولیت مربوط است. همچنین نتایج نشان می دهد که با افزایش فشار میزان انتخاب گری ساختار زئولیت MFI نسبت به آلکان خطی در مخلوط ایزومرها افزایش می یابد. به دلیل فاکتور رقابت در جذب، انتخاب گری در جذب در حالت مخلوط از حالت خالص بالاتر است. با افزایش دما میزان جذب کاهش می یابد و میزان انتخاب گری وابسته به فشار عملیاتی می باشد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی مولکولی، مونت کارلو، ایزومرهای پنتان، نسبت آلومینیم به سیلیسیم، جذب سطحی
  • سجاد پرویزی مریدانی، سید عباس موسوی*، محمد رحیمی، مسعود صادقی صفحات 21-29
    در این پژوهش، روش تماس دهنده ی غشایی برای حذف گازهای CO2و H2Sاز مخلوط گاز طبیعی و به کمک مایع جاذب مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تلاش شد تا مدلی مناسب برای توصیف این فرایند ارائه گردد. بدین منظور، تاثیر پارامترهای شدت جریان مایع ورودی، نوع مایع جاذب استفاده شده و اثر خیس شدگی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج به دست آمده از این تحقیق نشان داد که با استفاده از مایع جاذب MEA حذف تا بیش از 95% انجام شده است. همچنین اثر خیس شدگی که در اکثر مطالعات گذشته نادیده گرفته شده، باعث کاهش درصد حذف گردیده است. به طوری که با 50%خیس شدگی میزان حذف تا 50%کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: تماس دهنده ی غشایی، H2S، CO2، مدل سازی، جذب گاز
  • علی نعمت الله زاده* صفحات 31-41
    رفتار جذبی اغلب فرایندهای جذب ناپیوسته با مدلهای ایزترم غیرخطی، مثل ایزترم ردلیش-پیترسون، رادکه-پرازنیتز، سیپس، کبله-کریگان و دیگر معادلات مشابه بیان می شود. برای تعیین ضرایب این مدلها می بایست از روش های مرسوم بهینه سازی مبتنی بر سعی و خطا استفاده شود که معمولا به لحاظ حساسیت این روش ها به حدس اولیه ی انتخاب شده، روشی زمانبر می باشند. بنابراین در مقاله حاضر برای تعیین پارامترهای مدلهای غیرخطی فرایندهای جذب، روشی مستقیم و بدون نیاز به سعی و خطا ارایه شده است. در این روش، نخست رابطه تفاضلی ایزوترمهای جذب بدست آمده، و سپس پارامتر توانی مدل مورد نظر مستقیما از روی عرض از مبدا این رابطه تعیین می شود. در ادامه با داشتن پارامتر توانی، سایر ضرایب این ایزترم از روی شیب و عرض از مبدا نمودار خطی تغییرات ظرفیت جذب و غلظت بدست می آید. به منظور ارزیابی این روش جاذب پلی سولفونی اصلاح شده با کتکول آمین برای جذب کروم (VI) ساخته شده و ایزترمهای مختلف بر روی نتایج جذب برازش شدند. در تعیین پارامتر توانی، خطای نسبی این روش در مقایسه با روش سعی و خطا کمتر از یک درصد تعیین شد.
    کلیدواژگان: ایزوترم های جذب، فرم دیفرانسیلی، خطی سازی، تعیین مستقیم پارامترها
  • امین حسنوند* صفحات 43-52
    در تحقیق حاضر بر مبنای نتایج حاصل از شبیه سازی CFDرابطه ای برای ضریب انتقال جرم بین فازی در جریان تیلور ارائه شده است. جهت شبیه سازی هیدرودینامیک رژیم تیلور در یک سلول واحد از این جریان از روش VOF استفاده شده است. در ادامه انتقال جرم از حباب تیلور به لخته مایع شبیه سازی شده است. در شبیه سازی های انجام شده، حباب تیلور با استفاده از یک روش تکراری در یک هندسه متقارن محوری ساکن شده و جریان مایع از روی آن عبور داده شده است. در رابطه ارائه شده، تاثیر پارامترهای حاکم بر جریان تیلور نظیر عدد موئینه، سرعت حباب گاز، کسر حجمی، طول سلول واحد و قطر لوله موئین بر انتقال جرم بین فازی دیده شده است. مزیت اصلی این رابطه کارایی آن در تخمین میزان انتقال جرم بین فازی در محدوده وسیعی از اعداد موئینه است. همچنین رابطه ارائه شده، تاثیر تغییر شکل حباب بر انتقال جرم بین فازی را در نظر می گیرد.
    کلیدواژگان: رژیم تیلور، انتقال جرم، شبیه سازی CFD، روش VOF
  • حمیدرضا باقری، علی محبی* صفحات 53-65
    استخراج فوق بحرانی یکی از جدیدترین روش های خالص سازی مواد اولیه و محصولات که امروزه مورد استقبال قرار گرفته است. در این مطالعه از معادلات حالت PRSV و SRK برای تخمین حلالیت 10 ماده جامد رایج در دی اکسیدکربن فوق بحرانی استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان داد معادله PRSV تطابق بهتری با داده های تجربی دارد. هر دو معادله برای پیش بینی حلالیت جامدات نیاز به پارامتر برهم کنش دوتایی داشتند. همچنین پارامتر برای مواد جامد و دی اکسیدکربن با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه شد. بدلیل نبود روابط جامع برای تخمین حلالیت مواد جامد در دی اکسیدکربن فوق بحرانی، یک رابطه برای پیش بینی حلالیت مواد جامد در دی اکسیدکربن فوق بحرانی پیشنهاد شده است. مهمترین ویژگی این رابطه سادگی و نیاز به حداقل داده ورودی یعنی دما و فشار است. کمترین درصد انحراف مطلق متوسط برای معادله PRSV و سیستم دی اکسیدکربن-نفتالین (77/2%) و بیشترین مقدار مقدار درصد خطا برای معادله SRK و سیستم دی اکسیدکربن-آنتراسن (38/19%) بود.
    کلیدواژگان: معادله حالت PRSV، دی اکسیدکربن فوق بحرانی، مواد جامد، حلالیت، الگوریتم ژنتیک
  • جواد رهبر شهروزی اصل*، فرشاد بختی، سپیده شیخ رضا زاده، علی اکبر بابالو صفحات 67-74
    در این پژوهش فرآیند ریفورمینگ متانول در راکتور بستر کاتالیستی غشایی بر روی کاتالیستCu/ZnO/Al2O3 و با غشای پالادیومی برای تولید هیدروژن مدل سازی و شبیه سازی شده است. ابتدا مدل سازی ریاضی دو بعدی انجام شده و سپس نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی گزارش شده در منابع مقایسه شده است که مدل ارائه شده تطابق قابل قبولی با درصد خطای حدود %8 را نشان می دهد. سپس اثر برخی پارامترهای فرآیندی مانند فشار ناحیه واکنشی، نسبت واکنش دهنده ها و میزان فاکتور گاز جاروبی بر روی انتخاب پذیری هیدروژن در فرآیند مورد ارزیابی قرار گرفته است.نتایج نشان می دهد که با افزایش فشار از حدود 5/1 تا 5/2 بار، انتخاب پذیری هیدروژن در حدود %3 افزایش می یابد. همچنین با افزایش نسبت آب به متانول از 1 تا 3، انتخاب پذیری هیدروژن در حدود %13 افزایش می یابد. تغییرات فاکتور گاز جاروبی نیز برروی انتخاب پذیری اثر می گذارد بدین صورت که افزایش مقدار فاکتور گاز جاروبی به اندازه 7 واحد، انتخاب پذیری را حدود %5/4 افزایش می دهد. در ادامه توزیع غلظت دو بعدی در راستای طولی و شعاعی راکتور برای متانول نشان داده شده است که نشان می دهد تغییرات غلظت متانول در راستای شعاعی به دلیل کوچک بودن راکتور ناچیز است.
    کلیدواژگان: مدلسازی دو بعدی، راکتور غشایی، ریفورمینگ متانول، انتخاب پذیری، هیدروژن
  • جمشید بهین*، اکبر شریفی صفحات 75-86
    در این پژوهش از پسآب واحد مرآکس پالایشگاه نفت کرمانشاه، به عنوان مایع جایگزین در فرآیند موبری پوست گوسفند استفاده گردید. با افزودن مواد شیمیایی به پسآب، ترکیب مورد نیاز جهت دوغاب موبر تهیه شد. طراحی آزمایش با نرم افزار دیزاین-اکسپرت انجام و اثر عوامل تاثیرگذار شامل مقدار سولفید سدیم (2/0-2%)، کربنات کلسیم (4-6%)، دما (25-C°45) و زمان (30-90 دقیقه) در سه سطح بر روی بازده موبری بررسی شد. به کارگیری پسآب، بیشترین بازده (99%) را دربالاترین سطح متغیرهای مورد آزمایش در مقایسه با بازده (63%) در شرایط آزمایشگاهی مشابه و به هنگام استفاده از آب خام فراهم آورد. خصوصیات کیفی سالامبور حاصل هنگام استفاده از پسآب مشابه با حالت طبیعی (بدون پسآب) بود. افزودن کربنات کلسیم، به دلیل بالا بودن قلیائیت پسآب، تاثیر قابل توجهی بر روی بازده نداشت و استفاده از پسآب (با توجه به دارا بودن هیدروکسید سدیم)، افزایش بازده و کاهش قابل توجه مصرف کربنات کلسیم و نیز سولفید سدیم را به همراه داشت. به کارگیری پسآب مرآکس در صنایع تولید سالامبور، کاهش آلودگی های زیست محیطی ناشی واحدهای پالایشگاهی و نیز کاهش مخارج ناشی از مصرف مواد شیمیایی و آب خام و به طبع آلودگی در صنایع چرم سازی را به همراه دارد.
    کلیدواژگان: پالایشگاه نفت، پسآب واحد مرآکس، دباغی پوست، موبری، محیط زیست
|
  • Mir Mohammad Khalilipour, Jafar Sadeghi, Farhad Shahraki *, Kiyanoosh Razzaghi Pages 1-12
    This paper presents control structure design and dynamic modeling of atmospheric distillation column using relative gain array (RGA) and relative normalized gain array (RNGA). Nonsquare control structure selection for atmospheric distillation has not been addressed in the literature. The column has been modeled and simulated for 40,000 and 60,000 bbl/day capacities in order to examine the control performance of the column. Output performances of control structure were examined by ±5% step change in feed rate. Based on the results, the output responses for both RGA and RNGA methods show good control performance for 60,000 bbl/day capacity, while the output responses for 4,000 bbl/day capacity suggest change in control structure for both methods.
    Keywords: Atmospheric distillation, column, Multivariable control, Nonsquare system, RGA, RNGA
  • Behrouz Bayati * Pages 13-20
    Separation of alkanes isomers by zeolite has a special importance. In this study, Monte Carlo technique was employed to molecular simulate the adsorption of pure and binary mixtures of pentane isomers in MFI zeolite. The influences of the aluminium content on pentane isomers adsorption on MFI zeolites (Si/Al ratios 18, 31 and ∞) were investigated. Results of this study show different adsorption and selectivity properties with different Si/Al ratios that related to straight and zigzag channels structure of MFI zeolite. MFI selectivity for adsorption of linear alkanes was increased with increasing pressure. Due to adsorption competition, adsorption selectivity in mixture was more than pure. Increase the temperature result in decreasing adsorption amount and selectivity that related to the adsorption pressure.
    Keywords: Molecular simulation, Monte Carlo, Pentane Isomers, Si, Al ratio, adsorption
  • Sajjad Parvizi Moridani, Mohammad Rahimi, Seyyed Abbas Mousavi *, Masoud Sadeghi Pages 21-29
    In this study, membrane contactors are modeled for removal of CO2 and H2S from natural gas stream. In this modeling, the effects of different parameters such as the inlet flow rates, and different types of liquid, as well as wetting phenomenon are investigated. The results showed that NaOH and monoethanol amine (MEA) are the best candidates to remove H2S and CO2. Also, wetting - which was ignored in the previous studies - has a considerable effect on this process. As a result, in the case of 50% wetting, CO2 and H2S removal reduced down to 50%. Finally, it can be concluded that although NaOH showed the highest amount of gas removal, MEA could be a better absorbent from an economic point of view.
    Keywords: Membrane contactors, H2S, CO2, Modeling, Gas absorption
  • Ali Nematollahzadeh* Pages 31-41
    Adsorption behavior of most of the batch mode adsorption processes are defined by non-linear isotherms models such as Redlich-Peterson, Radke-Prausnitz, Sips, Koble–Corrigan- model, etc. To determine the isotherms’ parameters of this type of adsorption models, a trial and error based optimization methods are inevitable which are time consuming as usually are sensitive to the chosen first guess. Therefore, in the present paper an explicit method with no need to trial and error for the determination of the non-linear adsorption models’ parameters was presented. In this approach, first the differential form of the adsorption isotherm is achieved and then the exponential parameter is determined through the intercept of this equation. Having the exponential parameter in hand, the other constants of the isotherm are obtained from the slope and intercept of the linear plot of the concentration and the adsorption capacity. To validate the method, catecholamine modified polysulfone was synthesized for the adsorption of chromium (VI), and different adsorption models were fitted to the resultant data. In the exponential parameter determination, in comparison with the trial and error method, the relative error was less than one percent.
    Keywords: Adsorption isotherms, Differential form, Linearization, Explicit parameter, determination
  • Amin Hassanvand * Pages 43-52
    In the present study volume of fluid based (VOF) interface tracking method has been used for the simulation of hydrodynamics of Taylor bubble flow in one unit cell. In this case the stationary bubble is supposed in an axis symmetric domain and the liquid flows over it. Afterwards, the effects of different parameters such as capillary number, gas volume fraction, unit cell length and capillary diameter on interphase mass transfer in Taylor flow have been investigated. Finally based on CFD simulation results a correlation has been proposed for interphase mass transfer coefficient. The ability for prediction of mass transfer coefficient in wide range of capillary number is the great advantage of the proposed correlation. In this correlation the change of bubble shape with capillary number has been regarded.
    Keywords: Taylor regime, mass transfer, CFD simulation, VOF
  • Hamidreza Bagheri, Ali Mohebbi * Pages 53-65
    Prediction of solubilities of industrial solid compounds in supercritical carbon dioxide (SC-CO2) have been a challenge since the last two decades. In this study, the Peng-RobinsonStryjek-Vera equation of state (PRSV EoS) and the SoaveRedlich-Kwong equation of state (SRK EoS) were applied to estimate the solubilities of 10 common solid compounds in supercritical carbon dioxide. Simulation results showed that the PRSV EoS had good agreement with experimental data. Both EoS needed binary interaction parameter for prediction of phase behavior of solid-supercritical. In addition, with use of genetic algorithm, parameter for solid compounds and SCCO2 were calculated. Due to the lack of comprehensive correlations for prediction of solubilities of CO2 solids, in this work a correlation to predict the solubility of solid in SCCO2 was proposed. The main advantage of this correlation is its simplicity and having only two inputs, namely temperature and pressure. Minimum value of the average absolute percent deviation (AAPD) was for PRSV EoS and carbon dioxidenaphthalene system (2.77%) and maximum value of this parameter was for SRK EoS and carbon dioxide- anthracene system (19.38%).
    Keywords: PRSV equations of state, Supercritical carbon dioxide, Solid compounds, Solubility, Genetic algorithm
  • Javad Rahbar Shahrouzi *, Farshad Bakhti, Sepideh Sheykh Rezazadeh, Aliakbar Babaluo Pages 67-74
    In this study the modelling and simulation of methanol steam reforming in a membrane reactor is investigated. The palladium based membrane with Cu/ZnO/Al2O3 catalyst are carried out as the model system for hydrogen production. For modelling a rigorous 2-dimensioanl mathematical model is considered and then the results of simulation are compared with the experimental data. The result shows a very good agreement between the simulation and experimental results with mean relative error of almost 8%. Furthermore, the influence of some effective parameters such as the pressure of retentate zone, steam to methanol ratio and sweep gas factor on the hydrogen selectivity were studied. The results perform that increasing of pressure from 1.5 to 2.5 bar can increase the selectivity about 3%. Also, increasing the ratio of water to methanol from 1 to 3 can increase the selectivity of hydrogen nearly 13%. Change in the sweep gas factor affects the hydrogen selectivity in the way that increasing of sweep gas factor up to 7 can increase the selectivity about 4.5%. Furthermore, the 2D concentration profile analysis for methanol concentration in the radial and axial directions has shown that the changes in the radial direction is negligible because of the small reactor diameter.
    Keywords: 2D Modelling, Membrane Reactor, Methanol Reforming, Hydrogen Production
  • Jamshid Behin*, Akbar Sharifi Pages 75-86
    In this work, the effluent of Merox unit of Kermanshah Oil Refinery was used for un-hairing (tanning) regional sheep skin in leather production process. Four main factors influencing the hair removal process were studied in three levels including: the weight percentage of sodium sulfide (0.2-2%), calcium carbonate (4-6%), temperature (25-45°C) and time (30-90 min). Design of experiments (Design Expert software) was conducted with four mentioned variables and their effect on un-hairing efficiency (response factor) was investigated. The results showed the highest efficiency (99%) was achievable under optimum conditions of highest level of variables, while the 63% efficiency was obtained using tap water (instead of wastewater) under similar experimental conditions (level of variables). Moreover, the qualitative characteristic of un-haired hide was the same in two experiments. Adding calcium carbonate had no significant effect on un-hairing due to high alkalinity of wastewater. Using wastewater, considering 2% content of sodium hydroxide, increased efficiency and decrease the needs for calcium carbonate and sodium sulphide significantly. Using wastewater of Merox unit in skin-tanning leads to a decrease in unpleasant effluents of oil refineries and therefore the needs for chemicals and raw water in leather production industry, and as a consequence a reduce in environmental pollution generation.
    Keywords: Oil refinery, Wastewater, Merox unit, Skin tanning, Un-hairing, Environment