فهرست مطالب

  • سال یازدهم شماره 4 (زمستان 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/12/20
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سارا الماسی، برات قبادیان*، غلام حسن نجفی صفحات 1-13
    در طول سال های اخیر، با توجه به شرایط آب وهوایی مطلوب ایران، کشت کلزا به میزان قابل توجهی افزایش یافت، به طوری که در سال 2010 تولید کلزا در ایران به 145900 تن در سال بود که در سال 2013 به 174999 تن در سال رسید. هدف از این تحقیق بررسی امکان تولید بیودیزل از روغن کلزای غیرخوراکی با استفاده از سامانه فراصوت است. در این تحقیق، چهار فاکتور مختلف، ازجمله نسبت مولی، زمان واکنش، پالس و دامنه، در سه سطح درنظر گرفته شد. برای تجزیه و تحلیل آماری از نرم افزار Designe Exeprt، روش سطح پاسخ (RSM) و طرح  Box Behnken  برای شناسایی شرایط مطلوب روند استفاده شد. پس از تجزیه و تحلیل داده ها و بهینه سازی واکنش تولید بیودیزل نتیجه تحقیق نشان داد که در شرایط بهینه تولید بیودیزل در نسبت مولی 87/1:4، زمان واکنش77/3 دقیقه، پالس 58/99 درصد و دامنه 5/73 درصد، بازده واکنش 26/89 درصد به دست آمد. خواص فیزیکی و شیمیایی بیودیزل تولیدشده با استاندارد EN 14112 مطابقت دارد و نشان دهنده این است که بیودیزل تولیدشده دارای عملکرد قابل قبولی است و می توان به عنوان سوخت جایگزین در موتور دیزل استفاده کرد.
    کلیدواژگان: بیودیزل، ترانس استریفیکاسیون، روش سطح پاسخ، روغن کلزای غیر خوراکی، فراصوت
  • محمد زارعین، محمدهادی خوش تقاضا*، برات قبادیان، حسین عامری مهابادی صفحات 15-27
    استفاده از سامانه پایش کیفی بیودیزل تولیدی (به صورت برخط و ناپیوسته) همواره نیاز اساسی تولید این فرآورده است که نیازمند تحقیقاتی در این زمینه است. هدف از این تحقیق پیش بینی و بهینه سازی ویژگی های بیودیزل پالم با استفاده از خواص دی الکتریک آن است. متغیرهای خواص دی الکتریک بیودیزل (έ، ثابت دی الکتریک و ′′ε، فاکتور اتلاف) در فرکانس های مایکروویو (434، 915 و MHz 2450) به عنوان متغیرهای ورودی مورد استفاده قرار گرفت. ویژگی های بیودیزل پالم، محتوای متیل استر اسیدهای چرب و نقطه اشتعال در سه سطح مختلف زمان واکنش (7، 21 و 63 دقیقه) و غلظت کاتالیزور (1، 5/1 و %w/woil2)  به عنوان متغیرهای خروجی مدل درنظر گرفته شد. روش سطح پاسخ برای پیش بینی و بهینه سازی محتوای متیل استر و نقطه اشتعال مورد ارزیابی قرار گرفت. شرایط بهینه با استفاده از سطح پاسخ برای محتوای متیل استر به میزان 87/91 درصد و نقطه اشتعال به میزان C° 7/162 با مطلوبیت 999/0 به دست آمد. همچنین، با استفاده از این روش معادله درجه دو برای پیش بینی محتوای متیل استر و نقطه اشتعال به دست آمد
    کلیدواژگان: محتوای متیل استر، نقطه اشتعال، ثابت دی الکتریک، فاکتور اتلاف، شرایط بهینه
  • امیر امیدوار* صفحات 29-41
    در موتورهای دیزل سهم قابل توجهی از انرژی حاصل از احتراق سوخت از طریق اگزوز و سیستم خنک کننده موتور تلف می شود. استفاده از سوخت های زیستی می تواند بر میزان حرارت بازیافتی از موتور نیز اثر گذار باشد. در تحقیقی که به تازگی در این مورد منتشر شده، تاکید شده است که افزایش درصد بیودیزل در مخلوط سوخت پتانسیل بازیافت حرارت را کاهش می دهد. در تحقیق مذکور تنها سوخت های بیودیزل خالص و مخلوط 50 درصد بیودیزل با دیزل معمولی بررسی شده است. این در حالی است که معمولا در استانداردها استفاده از مخلوط های کمتر از 20 درصد بیودیزل توصیه شده است. در مقاله حاضر تاثیر استفاده از مخلوط های بیودیزل با درصدهای 10، 20 و 30 درصد حجمی بر پتانسیل بازیافت حرارت از اگزوز و سیستم خنک کاری یک مولد برق کوچک به کمک یک سامانه بازیاب ترموالکتریک تک ماژوله بررسی و با سوخت دیزل معمولی مقایسه شده است. نتایج نشان داد که تاثیر بیودیزل بر امکان بازیافت حرارت از موتور یک روند یکنوای کاهشی ندارد، به طوری که با افزایش درصد حجمی بیودیزل تا 20 درصد، پتانسیل بازیافت حرارت افزایش می یابد. افزایش بیشتر سهم بیودیزل در مخلوط سوخت باعث کاهش پتانسیل بازیافت حرارت خواهد شد. بیشترین پتانسیل بازیافت حرارت برای مخلوط B20 مشاهده شد. نتایج تجربی انجام شده با یک ماژول ترموالکتریک نشان داد که استفاده از مخلوط B20 نسبت به دیزل معمولی بسته به میزان بار موتور می تواند ولتاژ مدار باز ماژول را تا 12 درصد و بیشینه توان خروجی از آن را تا 25 درصد افزایش دهد.
    کلیدواژگان: بیودیزل، بازیافت حرارت، مولد ترموالکتریک
  • رضا شریف زاده، اصغر افشاری* صفحات 43-63
    اختلاط هوا و سوخت در یک محفظه احتراق گردابه دربند با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ کوپل شده با تابع توزیع جرمی فیلترشده مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پژوهش اثر نسبت طول به عمق حفره (L/D) به عنوان یک پارامتر هندسی تاثیرگذار بر کیفیت اختلاط هوا و سوخت در جریان غیراحتراقی مورد ارزیابی قرار می گیرد. ساختار گردابه ای در داخل حفره به همراه معیارهای کمی مختلف همانند نسبت هم ارزی میانگین حفره و نسبت هم ارزی استوکیومتریک، توزیع کلی سوخت و منحنی های اختلاط به منظور بررسی نحوه تغییرات کیفیت اختلاط مورد استفاده قرار گرفته اند. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که با افزایش نسبت طول به عمق حفره از 60/0 به 85/0 به دلیل افزایش حجم گردابه اصلی، کیفیت اختلاط در داخل حفره افزایش می یابد. با افزایش بیشتر این نسبت تا نزدیکی 93/0 کیفیت اختلاط در داخل حفره افتی موقتی را تجربه می کند و سپس در نزدیکی 00/1 روند بهبود کیفیت از سر گرفته می شود. اما بهترین بازدهی اختلاط در همان نسبت طول به عمق حفره 85/0 رخ می دهد، به طوری که این نسبت دارای بیشترین تمرکز جرم سوخت در محدوده نسبت هم ارزی میانگین حفره و نسبت هم ارزی استوکیومتریک است. یافته ها با شواهد و قرائن برخاسته از ساختار گردابه ای جریان در داخل حفره هم خوانی دارد.
    کلیدواژگان: محفظه احتراق گردابه دربند، اختلاط هوا و سوخت، نسبت طول به عمق حفره، شبیه سازی گردابه های بزرگ
  • رضا جانبراری، حسام احمدیان بهروز* صفحات 65-83
    به دلیل مصرف بیش از حد منابع نفتی در کشور های در حال توسعه، تلاش های زیادی برای ایجاد یک سوخت جایگزین مناسب بر روی سیستم های انرژی و حمل ونقل فعلی انجام شده است که یکی از انتخاب های مناسب بیودیزل است. هدف در این مطالعه، ابتدا، شبیه سازی فرایند تولید بیودیزل از روغن مصرف شده توسط نرم افزار ASPEN PLUS و سپس بهینه سازی این فرایند با درنظرگرفتن شرایط سینتیکی مختلف در مرحله استریفیکاسیون است. به این دلیل که میزان اسیدهای چرب در خوراک فرایند بیشتر از یک درصد وزنی است، فرایند در دو مرحله، شامل مرحله اول استریفیکاسیون و مرحله دوم ترنس استریفیکاسیون، انجام می شود. تابع هدف بهینه سازی رسیدن به حداکثر میزان فروش بیودیزل و گلیسرول در مقابل حداقل هزینه های تولید است. با توجه به نتایج، حالت بهینه زمانی حاصل می شود که نسبت مولی متانول به روغن برابر 3 انتخاب شود. همچنین، دمای دو راکتور استریفیکاسیون و ترنس استریفیکاسیون، از آن جهت که بر میزان تولید بیودیزل و نیز انرژی مصرفی راکتورها تاثیرگذار بود، تاثیر زیادی در تعیین حالت بهینه اقتصادی این فرایند داشت. هزینه تولید برای این فرایند 24/16 میلیون دلار در سال و سود حاصل از آن 93/12 میلیون دلار در سال به دست آمد.
    کلیدواژگان: بیودیزل، شبیه سازی، بهینه سازی، استریفیکاسیون، ترنس استریفیکاسیون
  • محمد جواد اکبری، آزاده کبریایی*، علیرضا رنجبران صفحات 85-100
    امروزه، استفاده از ترموکوپل با جنس مقاوم و نقطه ذوب بالا به عنوان ابزاری کارآمد و ارزان برای اندازه گیری دمای گازهای داغ در احتراق استفاده می شود. اندازه گیری دما توسط ترموکوپل دارای خطای ذاتی ناشی از اتلاف تابشی و هدایتی است و لازم است این خطا اصلاح شود. در این پژوهش، ابتدا، با استفاده از روش عددی ترموکوپل مدل سازی  می شود و صحت کد اولیه، با مقایسه نتایج پژوهش های پیشین، اعتبارسنجی می شود . سپس، اثر، قطر ترموکوپل و سرعت متوسط جریان بر مقدار خطای ترموکوپل بررسی می شود. نتایج نشان می دهد، با افزایش قطر ترموکوپل از 5/0 به 1 میلی متر، خطا 50 درصد افزایش یافته و با افزایش سرعت متوسط جریان از 1 به 5 متر بر ثانیه، خطا 41 درصد کاهش می یابد. در مقایسه با داده های یک کار تجربی، نتایج مدل سازی ترموکوپل نشان می دهد که بیشینه مقدار خطا برای ترموکوپل 300 و 500 میکرونی در شرایط مورد بررسی به ترتیب برابر 30/8 و 39/6 درصد است. در ادامه پژوهش، الگوریتمی به منظور محاسبه توزیع شعاعی همزمان دما و سرعت جریان پیشنهاد شده و نتایج بیانگر دقت قابل قبول این الگوریتم برای شرایط جریان با دمای بالاست. نتایج مربوطه نشان می دهد که خطای الگوریتم 2 درصد است.
    کلیدواژگان: ترموکوپل، توزیع دمای شعله، اصلاح خطای اندازه گیری
  • سعید عباسی زاده، رامین کریم زاده* صفحات 101-116
    در این پژوهش، زئولیت های HZSM-5 با استفاده از منابع آلومینیوم نیترات و آلومینیوم هیدروکسید و نسبت Si/Al برابر 20 سنتز شد و تاثیر توزیع آلومینیوم روی اصلاح زئولیت HZSM-5 با فسفر در واکنش شکست کاتالیستی سوخت گاز مایع بررسی شد. کاتالیست های تهیه شده با استفاده از تحلیل های طیف سنجی پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، جذب و دفع نیتروژن (N2-BET)، طیف سنجی فلورسانس اشعه ایکس (XRF)، و دفع برنامه ریزی شده دمایی آمونیاک (NH3-TPD) مشخصه یابی شدند. توزیع آلومینیوم شبکه زئولیت HZSM-5 با استفاده از آنالیز XRF و طیف سنجی فرابنفش-مرئی بازتابی (DR UV-Vis)، تعیین شد. بیشترین سهم آلومینیوم های منفرد برابر 90/6 درصد برای زئولیت سنتز شده با آلومینیوم نیترات و بیشترین سهم آلومینیوم های نزدیک به هم، برابر 47/8 درصد برای زئولیت سنتز شده با آلومینیوم هیدروکسید بوده است. آزمون های شکست کاتالیستی نشان دادند که پایداری کاتالیستی و بازده اولفین های سبک در شکست سوخت گاز مایع توسط زئولیت سنتز شده با آلومینیوم نیترات نسبت به زئولیت سنتز شده با آلومینیوم هیدروکسید بالاتر بوده است. پس از گذشت 240 دقیقه از انجام واکنش، بازده اولفین سبک برای زئولیت P/HZSM-5 سنتز شده با آلومینیوم نیترات از49/8 درصد به 41/5 درصد کاهش یافته است. همچنین، نسبت پروپلین به اتیلن، بازده محصولات سنگین C5+، درصد کک تشکیل شده و نرخ غیرفعال شدن برای P/HZSM-5 سنتز شده با آلومینیوم نیترات، به ترتیب، برابر 0/986، 2%، 6% و 21/31% بوده است.
    کلیدواژگان: سوخت گاز مایع، HZSM-5، آلومینیوم های منفرد، فسفر، اولفین سبک
|
  • Sara Almasi, Gholamhassan Najafi, Barat Ghobadian Pages 1-13
    In recent years, due to the favorable climate conditions of Iran, rapeseed cultivation has increased significantly. Iran's canola production was 145,900 tons per year in 2010, which reached 174,999 tons per year in 2013. The purpose of this study was to investigate the possibility of biodiesel production from non-edible rapeseed oil using ultrasonic device. In this research, four different factors such as molar ratio, reaction time, pulse and amplitude were considered at three levels. Statistical analysis using Designe Exeprt software, response surface method (RSM) and Box Behnken layout was used to identify the optimal conditions of the process. After analyzing the data and optimizing the biodiesel production process, the biodiesel yield was 89.26% under the optimized conditions, i.e., a methanol-to-oil molar ratio of 4.87:1, pulse of 0.99 s, amplitude 73.5%, and a reaction time of 3.77 min. The biodiesel prepared from None-edible rapeseed oil complies with the criteria dictated by EN 14112 standards. So, the produced biodiesel from none-edible rapeseed can be used as an alternative fuel for a diesel engine.
    Keywords: Biodiesel, Transestrificasion, RSM, None-edible rapseed oil, ultrasonic
  • Mohammad Zarein, Mohammad Hadi Khoshtaghaza *, Barat Ghobadian, Hossein Ameri Mahabadi Pages 15-27
    The usage of biodiesel quality monitoring system (online and batch) is always the basic requirement of its production which requires to research in this area. The purpose of this study is to predict and optimize the palm biodiesel characteristics using its permittivity properties. The parameters of biodiesel permittivity properties (ε’, dielectric constant and ε″, loss factor) at microwave frequencies of (434, 915 and 2450 MHz) were used as input variables. The palm biodiesel characteristics as fatty acid methyl ester (FAME) content and flash point (FP) at three different level of reaction time (3, 9 and 27 min) and catalyst concentration (1, 1.5 and 2 % w/woil) were selected as output parameters for the models. The response surface methodology was developed for prediction and optimization of FAME content and flash point. The optimum condition was obtained using RSM by FAME content of 95.87% and flash point of 162.7 °C with desirability of 0.999.
    Keywords: FAME Content, Flash point, Dielectric Constant, Loss factor, Optimum conditions
  • Amir Omidvar * Pages 29-41
    In diesel engines, a significant part of extracted energy from fuel combustion is lost through exhaust and engine coolant system. The use of biofuels can also affect the heat recovery of the engine. According to the Results of a recent research, the quantity and quality of heat recovered by exhaust gas decreases by increasing the percentage of biodiesel in blend. In the mentioned study, only pure biodiesel fuel and a mixture of 50% biodiesel with conventional diesel have been investigated. While, it is usually recommended to use blends less than 20% biodiesel in standards. In this paper, the potentiality of waste heat recovery of a small power generator has been investigated for B10, B20 and B30 and compared with custom pure diesel fuel. For this purpose, a single module thermoelectric generator (TEG) was used. Results showed that the effect of biodiesel on the waste heat recovery potential of the engine has not a monotonic decreasing trend. As the biodiesel volume increases by up to 20%, the waste heat recovery potentiality increases. Further increasing of biodiesel fraction in blend will reduce the potential of heat recovery. The highest potential for heat recovery was found for blend of B20. Single-module based experiment results showed that the use of the B20 mixture in comparison with conventional diesel fuel can increase the module’s open circuit voltage up to 12% and consequently increase the maximum output power of the module by 25%.
    Keywords: Biodiesel, Heat Recovery, Thermoelectric Generator
  • Reza Sharifzadeh, Asghar Afshari * Pages 43-63
    Turbulent mixing in a trapped vortex combustor (TVC) is investigated using large eddy simulation (LES) coupled with filtered mass density function (FMDF). The impact of cavity length-to-depth ratio (L/D) as a crucial geometrical parameter on fuel-air mixing quality is evaluated in non-reacting flow conditions. The vortical structure analysis along with various quantitative measures such as mean cavity and near stoichiometric equivalence ratios, global fuel distribution and mixing efficiency curves are invoked to compare different L/D ratios. The predicted results show that increasing L/D ratio from 0.60 to 0.85 improves mixing quality within the cavity due to expanding the main vortex. Further increment of L/D ratio to 0.93 temporarily impairs the mixing quality, whereas more increasing this ratio to 1.00 leads to resumption of mixing quality improvement. Nevertheless, L/D=0.85 provides the best mixing curves and fuel distribution about mean cavity and near stoichiometric equivalence ratios, and consequently the best mixing quality. These findings are commensurate with expectations based on the vortical flow structures inside the cavity.
    Keywords: Trapped vortex combustor, fuel-air mixing, length to depth ratio, Large Eddy Simulation
  • Reza Janbarari, Hesam Ahmadian Behrooz * Pages 65-83
    Due to excessive consumption of oil resources in developing countries, many efforts have been made to create a suitable alternative fuel for current energy and transportation systems, and biodiesel is one of the best choices. The first target in this study was the simulation of the biodiesel production process from waste cooking oils under different kinetic conditions in the estrification stage using ASPEN PLUS software and then the process was optimized. Due to the fact that the feed used in this process contains more than 1% by weight of fatty acids, the process has two successive steps. In the first and second stages the estrification and transestrification process are carried out, respectively. The goal of the optimization study was to achieve the maximum biodiesel and glycerol sales while the manufacturing cost was minimized. The optimal condition was achieved when the methanol to oil molar ratio of 3 was selected. Also, the temperature of the two reactors had a great influence on the optimality of the process, as both the biodiesel production and the energy consumption of the reactors were notably affected. The total manufacturing cost and profit for this process were calculated to be 16.24 and 12.93 million dollars per year, respectivly.
    Keywords: Biodiesel, Simulation, optimization, Esterification, Transesterification
  • Mohammad Javad Akbari, Azadeh Kebriaee *, Alireza Ranjbaran Pages 85-100
    Today, the use of resistant and high melting point thermocouples is considered as an efficient and inexpensive tool for measuring the temperature of hot gases produced by combustion. Temperature measurement by thermocouples has inherited errors due to the radiation loss and conduction loss. Therefore, it is necessary to correct this error. In this research, the thermocouple is firstly modeled using a numerical method. The validity of the original code is accredited by comparing the results with a similar previous study. Then, the effects of thermocouple diameter and average flow velocity are investigated on the thermocouple error. The error increases about 50% with increasing the thermocouple diameter from 0.5 to 1 mm. Besides, the error decreases about 41% with increasing the average velocity from 1 to 5 m/s. Based on a previous experimental study, the thermocouple modeling results indicate that the maximum errors for thermocouples with diameter of 300 and 500 microns are 30.8% and 39.6% in these conditions, respectively. In the following, a novel comprehensive solution is suggested to calculate the simultaneous distribution of temperature and velocity. Its results confirm that this algorithm has acceptable accuracy for high temperature flow conditions.
    Keywords: Thermocouple, Flame temperature distribution, Correcting measurement error
  • Saeed Abbasizadeh, Ramin Karimzadeh * Pages 101-116
     
    In this work, HZSM-5 zeolites with aluminum nitrate and aluminum hydroxide and Si/Al ratio 20 were synthesized and the effect of framework aluminum distribution on modification of HZSM-5 with phosphorous were investigated in catalytic cracking of LPG. The prepared catalysts were characterized by X-Ray Diffraction, Field Emission Scanning Electron Microscopy, Nitrogen Adsorption-desorption, X-Ray Fluorescence and NH3-Temperature Programmed Desorption analyses. Aluminum distribution in the framework of HZSM-5 was determined by chemical analysis of X-Ray Fluorescence and reflectance UV-Visible analyses. The highest proportion of single Al atoms was found to be 90.6% for HZAM-5 synthesized with aluminum nitrate and the highest proportion of close Al atoms in the zeolite framework was 47.8% for HZAM-5 synthesized with aluminum hydroxide. The catalytic cracking tests showed that the catalytic stability and the olefin yield in LPG cracking for HZAM-5 synthesized with aluminum nitrate, were greater than those of HZAM-5 synthesized with aluminum hydroxide. After 240 min,the olefin yield just decreased from 49.8% to 41.5% for P/HZSM-5 synthesized with higher single Al atoms. Also, the propylene to ethylene ratio, yield of C5+ heavy products, coke percent and deactivation rate for P/HZSM-5(Nitrate) catalyst were determined to be 0.986, 2%, 6% and 21.31%, respectively.
    Keywords: LPG fuel, HZSM-5, Single Aluminum, Phosphorus, Light olefin