فهرست مطالب

مهندسی شیمی ایران - پیاپی 109 (خرداد و تیر 1399)

دوماهنامه مهندسی شیمی ایران
پیاپی 109 (خرداد و تیر 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/04/01
  • تعداد عناوین: 8
|
  • غزاله فریدی زاد، الهام عبدالله زاده شرقی* صفحات 6-26

    در سال های بازپسین، با صنعتی شدن جوامع، افزایش جمعیت و آلودگی در سراسر دنیا، تمایل به استفاده از سورفکتانت های زیستی افزایش یافته است. زیست توده ها طیف وسیعی از ترکیبات فعال سطحی به نام سورفکتانت های زیستی را، که ترکیبات دوگانه دوستی با سر آب دوست دم آب گریز هستند تولید می کنند. این ترکیبات به طور عمده براساس وزن مولکولی، خواص فیزیکی- شیمیایی و منبع میکروبی طبقه بندی می شوند. سورفکتانت های زیستی با وزن مولکولی کم، کشش سطحی آب/هوا یا آب/روغن را کاهش می دهند، درحالی که امولسیفایرهای زیستی با وزن مولکولی بالا، در تثبیت امولسیون ها موثر هستند. سورفکتانت های زیستی، باتوجه به ویژگی ها و برتری های بالقوه خود نسبت به انواع شیمیایی مانند سمیت کم، تجزیه پذیری زیستی بالا، غلظت بحرانی مایسل کم و تحمل دما، قدرت یونی و pH، در صنایع مختلفی همچون صنعت نفت، غذایی، پزشکی، آرایشی، شوینده، کشاورزی و پالایش زیستی محیط زیست کاربردهای گسترده ای یافته اند. با این حال کاربرد و تولید آن ها در مقیاس صنعتی به علت هزینه بالای تولید، محدود شده است. به همین دلیل صنایع و پژوهشگران در پی یافتن روش هایی همچون استفاده از بسترهای ارزان قیمت مانند ملاس، روغن های گیاهی و آب پنیر هستند؛ تا بتوانند هزینه بالای تولید این محصولات سبز را در مقیاس صنعتی کاهش دهند. از این رو شناخت ویژگی ها و مشخصه سازی سورفکتانت های زیستی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این بررسی به چند جنبه مهم سورفکتانت های زیستی همچون طبقه بندی ، ویژگی ها، عوامل موثر بر تولید، شاخص های ارزیابی و روش های آزمون و کاربرد آن ها در صنایع مختلف پرداخته شده است.

    کلیدواژگان: سورفکتانت زیستی، امولسیفایر زیستی، کشش سطحی، مشخصه سازی، کاربرد صنعتی
  • امید احمدی، هدا جعفری زاده مالمیری* صفحات 27-36

    آویشن یکی از داروگیاهانی است که بیشتر به شکل اسانس استفاده می شود. اسانس روغنی آویشن از جمله مواد کاربردی و دارای خواصی بی همتا است. روش های گوناگونی برای استخراج اسانس از مواد گیاهی وجود دارد که در پژوهش پیش رو باتوجه به اهمیت و کاربرد بالای روش تقطیر با آب و بخار، اسانس گیری به وسیله دستگاه کلونجر، به مدت 2 ساعت انجام شد و بازده استخراج 32/2% (حجمی/ حجمی) بود. در پژوهش پیش رو از مدل ریاضی بر مبنای پدیده انتقال جرم برای پیش بینی استخراج اسانس آویشن با استفاده از قانون دوم فیک برای مدل سازی انتقال جرم و استخراج اسانس آویشن با استفاده از فرایند تقطیر با بخار استفاده شد. در این مدل از اختلاف غلظت بین دو نقطه مختلف و با ضریب نفوذ 11-10×54/4 متر مربع بر ثانیه برای مدل سازی استفاده شد. نتایج حاصل از مدل سازی ریاضی مطابقت و همپوشانی بسیار مناسب 98% با داده های آزمایشگاهی از خود نشان داد. از تجزیه GC-MS برای مشخص کردن مواد تشکیل دهنده اسانس و همچنین ترکیب درصد آنها استفاده شد که دو ماده کارواکرول و تیمول بیشترین ترکیب درصد موجود در اسانس بودند. با بررسی خاصیت آنتی اکسیدانی اسانس روغنی آویشن استخراج شده، نتایج نشان داد این ماده میزان 1/95% خاصیت آنتی اکسیدانی دارد.

    کلیدواژگان: آنتی اکسیدان، اسانس آویشن، انتقال جرم، مدل سازی
  • حسین اسفندیاری، بیژن هنرور*، نادیا اسفندیاری صفحات 37-49

    درهرگونهگیاهی صدها ترکیب شیمیایی با ترکیب درصدها و خواص متفاوت موجود است. جداسازی درست ترکیبات شیمیایی موجود در گیاه و ایجاد ارتباط بین خواص دارویی گیاه با ترکیب موثر آن می تواند هم زمینه تولید انبوه داروی مفید را فراهم سازد و هم از عوارض ناشی از مصرف مستقیم گیاه دارویی که گاهی از سایر ترکیبات مضر موجود در گیاه ناشی می شود، جلوگیری کند. در این تحقیق استخراج مواد موثره از گیاه خرنوب با استفاده از دی اکسیدکربن فوق بحرانی با ترکیبامواج فراصوت بررسی شد. بازده استخراج با سیال فوق بحرانی با افزایش فشار و کاهش اندازه ذرات افزایش یافت. استفاده از امواج فراصوت باعث افزایش میزان بازده استخراج شد. بهترین شرایط آزمایش در فشار 210 بار ،دمای 35 درجه سلسیوس و اندازه ذره 4/0 میلی متر و اندازه بسامد 37 کیلوهرتز به دست آمد. بازده استخراج در این شرایط مقدار 7825/3 به دست آمد. عطرمایه به دست آمده از روش کلونجر و استخراج با روش فوق بحرانی با روش کروماتوگرافی گازی و کروماتوگرافی طیف سنج جرمی تجزیه شد. پس از تجزیه و تحلیل عطرمایه استخراج شده، ماده استامید، نرولیدول، پیرولیدین و استیگمست به عنوان ماده موثره انتخاب شد. همچنین بازده استخراج با سیال فوق بحرانی (7825/3) به مراتب بهتر از روش کلونجر (02/1) به دست آمد.

    کلیدواژگان: استخراج با سیال فوق بحرانی، عصاره، گیاه خرنوب، بسامد امواج
  • راضیه جعفری، فرشاد یزدانی* صفحات 50-68

    به دلیل کاربرد لیتیم در صنایع مختلف تقاضا برای آن افزایش یافته است. آب دریا منبع بزرگی از لیتیم است ولی غلظت لیتیم در آن بسیار پایین است. روش های متداول جداسازی در چنین غلظت های اندک کارایی لازم را ندارد. تحقیقات اخیر نشان داده روش جذب تطبیق داده شده برای استخراج لیتیم از آب دریا و شورابه های با غلظت کم امیدوارکننده است. چالش های مهم استفاده از جاذب های یون لیتیم در عملیات صنعتی شامل استفاده زیاد از محلول، افت فشار در جذب، بازیافت دشوار جاذب های پودری و عملکرد احیاء ضعیف است. برای حل این مشکلات جاذب های پودری را با اصلاح سطح، افزودن قابلیت جداسازی مغناطیسی و تهیه کامپوزیت برای کاربرد صنعتی آماده می سازند. در این مقاله، مروری بر جاذب های متداول یون لیتیم شامل انواع غربال های یونی، کرون اتر، کربن فعال، زیولیت و کلرید هیدرواکسید دوگانه آلومینیم لیتیم لایه ای و پارامترهای تاثیر گذار روی جذب لیتیم انجام گرفته است. همچنین روش هایی که در کاربردهای عملی موجب بهبود عملکرد هر یک از جاذب ها می شود بیان شده است.

    کلیدواژگان: لیتیم، جذب سطحی، غربال یون لیتیم، ظرفیت جذب، شورابه
  • محمد حجت* صفحات 69-80

    در این پژوهش روشی برای بازیابی حرارتی گرمای بستر احیا شده یک سامانه نمک زدایی جذب سطحی با دو بستر ارایه شده است. اثر بازیابی حرارتی بسترها بر عملکرد سامانه بررسی شده است. اثر دمای آب گرم کننده و آب خنک کننده ورودی به بستر و چگالنده بر عملکرد سامانه و بازیابی حرارتی آن بررسی شده است. در دمای آب خنک کننده ثابت، افزایش دمای آب گرم کننده میزان آب تولیدی را افزایش می دهد و بر انرژی مصرفی تاثیر چشمگیری ندارد؛ به عنوان مثال در دمای آب خنک کننده 20 درجه سلسیوس، با افزایش دمای آب گرم کننده  از 50 تا 90 درجه سلسیوس آب تولیدی 75/2 برابر می شود، حال آن که انرژی مصرفی 4/7 درصد کاهش می یابد. بازیابی حرارتی موجب کاهش انرژی مصرفی سامانه می شود. با افزایش دمای آب گرم کننده اثر بازیابی حرارتی افزایش می یابد. به گونه ای که درنتیجه بازیابی حرارت در آب گرم کننده 50 و 90 درجه سلسیوس مصرف انرژی سامانه به ترتیب 9/10 و 6/37 درصد کاهش پیدا می کند. افزایش دمای آب خنک کننده ورودی به بستر و چگالنده موجب کاهش آب تولیدی و افزایش انرژی مصرفی سامانه می شود. اثر دمای آب خنک کننده ورودی به چگالنده بر آب تولیدی و انرژی مصرفی بیشتر از دمای آب خنک کننده ورودی به بستر است. با افزایش دمای آب خنک کننده صرفه جویی انرژی در اثر بازیابی حرارتی کاهش می یابد. در دمای آب خنک کننده 10 درجه سلسیوس، بازیابی حرارتی مصرف انرژی سامانه را حدود 47 درصد کاهش می دهد؛ حال آن که این مقدار در 23 درجه سلسیوس حدود 12 درصد است. اثر دمای آب خنک کننده ورودی به چگالنده از دمای آب خنک کننده ورودی به بستر بیشتر است. با افزایش دماهای آب خنک کننده ورودی به چگالنده از 15 به 35 درجه سلسیوس، صرفه جویی انرژی مصرفی در اثر بازیابی حرارتی از 7/53 تا 3/9 درصد کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: نمک زدایی، جذب سطحی، بازیابی حرارت، سیلیکاژل- آب، هم دما
  • محمدجواد ابراهیم خانی، حسین قنادزاده گیلانی* صفحات 81-94

    به تازگی روش های بهینه سازی، به طور گسترده در محاسبات تعادل فازی استفاده شده است. از بین این روش ها، می توان از الگوریتم ژنتیک برای محاسبه مولفه های برهم کنش دوتایی الگو های ضریب فعالیت در سامانه های تعادلی استفاده کرد. در این مطالعه، با استفاده از الگوریتم ژنتیک، مولفه های برهم کنش 5 الگو ضریب فعالیت شامل مارگولس 2- مولفه ای،3- مولفه ای، ویلسون، NRTL و UNIQUAC برای 20 سامانه تعادلی سه جزیی (آب + اسیدهای کربوکسیلیک + حلال های آلی) شامل 126 خط رابط حساب شده است. اندازه های مولفه های برهم کنش دوتایی این الگو ها به همراه میانگین انحراف مربع ریشه (RMSD) گزارش شده است. مقادیر میانگین RMSD سامانه ها به ترتیب الگو های مذکور 0298/0، 0067/0، 0114/0، 0025/0 و 0052/0 شده است. نتایج حاکی از این است: به جز الگوی مارگولس 2- مولفه ای، بقیه الگو ها دقت نسبتا مناسبی دارند. با مقایسه میانگین RMSD مقالات در الگو های NRTL و UNIQUAC مقدارها به ترتیب از 0124/0 و 0181/0 به 0025/0 و 0052/0 بهبود یافته اند.

    کلیدواژگان: استخراج مایع- مایع، الگوریتم ژنتیک، مولفه برهم کنش دوتایی، الگو ی ضریب فعالیت، اسیدهای کربوکسیلیک
  • صفحه 97
|
  • Gh. Faridizad, E. AbdollahzadehSharghi* Pages 6-26

    In recent years, with the industrialization of societies, population growth, and pollution around the world, the tendency to the use of biosurfactants has increased.Microorganisms produce a wide range of surface-active compounds called biosurfactants, which are amphiphilic compounds with hydrophilic heads and hydrophobic tails. These compounds are mainly classified according to their molecular weight, physico-chemical properties, and microbial origin. Low molecular weight biosurfactants reduce the surface tension of water/air or water/oil, while bioemulsifier with high molecular weight are effective in stabilizing emulsions. Biosurfactants,due to their properties and potential advantages over chemical counterparts such as low toxicity, high biodegradability, critical micelle low concentration and tolerance of temperature, ionic strength and pH, are widely used in various industries such as petroleum, food, medicine, cosmetics, detergent, ariculture and environmental bioremediation. However, due to the high cost of production, their large-scale production and applications are limited. That's why industries and researchers are looking formethods such as using low-cost substrates such as molasses, vegetable oils, and whey to reduce the high cost of these green products in the industrial scale. In this study, several important aspects of biosurfactants, such as classification, characteristics, factors affecting production, evaluation indicators and test methods, and their application in various industries have been discussed.

    Keywords: Biosurfactant, Bioemulsifier, Surface Tension, Characterization, Industrial Application
  • O. Ahmadi, H. Jafarizadeh Malmiri* Pages 27-36

    Thyme (Thymus vulgaris L.) is a medicinal plant which its essential oil has been widely used due to its unique properties. Different extraction methods have been utilized to extract plant essential oil and in the present study, hydro distillation glass-Clevenger apparatus was used for extraction of thyme essential oil for 2 h. Obtained result indicated that thyme essential oil extraction yield was 2.32% (v/v). Furthermore, a mathematical model to predict and model the thyme essential oil extraction curve by Fick’s second law was utilized. This model was established based on difference of the concentration of points and the diffusion coefficient of 4.54×10-11m2/s. The result of the curve obtained by the proposed mathematical model, fitted very well (98%) with the observed experimental results. Chemical composition assessment of the extracted thyme essential oil using GC-MS technique indicated that thymol and carvacrol are two main bioactive compounds of thyme essential oil. Antioxidant activity ofthe extracted thyme essential oil was also 95.1%

    Keywords: Antioxidant, Mass Transfer, Modeling, Thyme Essential Oil
  • H. Esfandiari, B. Honarvar*, N. Esfandiari Pages 37-49

    In any plant, there are hundreds chemical compositions with composition of percent and different properties. Correct separation of chemical compositions in plant and making relationship between medicinal properties of plant with effective composition can make mass production of useful drugs and likewise can prevent effects of compositions directly medicinal plant that due from other harmful compositions in plant, sometimes it can prevent. In this research, extraction of effective substance from carob plant using supercritical carbon dioxide combined with ultrasonic waves, was investigated. The supercritical fluid extraction yield was increased with increasing of pressure and particle size reduction. The use of ultrasonic wave increased the efficiency of the extraction. The best experimental conditions were obtained at pressure 210 bar, temperature 35C, particle size 0.4 mm and frequency 37 kHz. In this condition, the amount of extraction efficiency is 3.7825. The gained essential oil by Clevenger and by extraction with supercritical fluid analyzed by GC and GC-Mass. After the analysis of the extracted essential oil, Acetamide, Nerolidol, Pyrrolidine, and Stigmast was selected as effective materials. Also, extraction yield (3.7825) by supercritical fluid was better than Clevenger method (1.02).

    Keywords: Extraction of Supercritical Fluid, Essence, Carob Plant, Frequency Waves
  • R. Jafari, F. Yazdani* Pages 50-68

    Due to the applications of lithium in various industries, the demand for it has increased. Seawater is a great source of lithium, but its lithium concentration is very low. Conventional separation methods are not effective in such low concentrations. Using the absorption method adopted for extracting lithium from seawater and brines with low concentration, is promising. The main problems for the practical application of lithium-ion sieve include excessive solution use, loss of adsorption pressure, difficulty in recycling powder adsorbents and poor recycling performance. Therefore, powder adsorbents have been modified for practical application by surface modification, add magnetic properties and preparing composites of them. In this review paper, different types of lithium-ion adsorbents, including types of ion sieve, crown ether, activated carbon, zeolite, and lithium aluminium layered double hydroxide chloride (Li/Al LDH) have been investigated. Various methods that improve the performance of each sorbent in practical applications have been provided.

    Keywords: Lithium, Adsorption, Lithium Ion Sieve, Adsorption Capacity, Brine
  • M. Hojjat* Pages 69-80

    This study aims to propose a method for the thermal recovery of regenerated bed in a two-bed adsorption desalination system. It investigates the affection of thermal recovery, heating water temperature, and cooling water temperature entering the bed and condenser on the performance of the system. The analysis demonstrated that at a constant temperature of cooling water, the amount of water that is produced increases by raising the temperature of hot water and the energy consumption does not change significantly. For example, at a cooling water temperature of 20 °C, by increasing the temperature of heating water from 50 to 90 °C, the water that is produced is 3.75 times more and the energy consumption is reduced by 7.4 %. Heat recovery reduces the energy consumption of the system. As the temperature of the hot water increases, the effect of thermal recovery increases. As a result of heat recovery at a heating water temperature of 50 and 90 °C, the energy consumption of the system decreases by 10.9 % and 37.6 %, respectively. Increasing the temperature of the inlet cooling water to the bed and the condenser reduces the production of water and increases the energy consumptionof the system. The effect of the temperature of cooling water entering the condenser on the water that is produced and the energy consumption is greater than that of the cooling water entering the bed. As the cooling water temperature increases, the energy-saving as a result of thermal recovery decreases. For example, At a cooling water temperature of 10 °C, thermal recovery reduces the energy consumption of the system by about 47 %, while at 23°C it is about 12 %. Again the effect of cooling water temperature that enters the condenser is more than that enters the bed. By increasing the temperature of cooling water entering the condenser from 15 to35°C, energy savings due to the heat recovery reduces from 53.7 to 9.3 %.

    Keywords: Desalination, Adsorption, Heat Recovery, Silica gel-Water, Isotherm
  • M. J.Ebrahimkhani, H. Ghanadzadeh Gilani* Pages 81-94

    Recently, optimization methods have been extensively applied in phase equilibrium calculations. Among these methods, Genetic Algorithm (GA) can be used to calculate the interaction parameters of activity coefficient models in equilibrium systems. In this study, based on the genetic algorithm, the interaction parameters of 5 activity coefficient models (2-suffix Margules, 3-suffix Margules, Wilson, NRTL and UNIQUAC) have been calculated for 20 ternary extraction systems (water + carboxylic acids + organic solvents) including 126tie-lines. The values of binary interaction parameters of these models along with the root mean square deviations (RMSD) are reported. The mean values of RMSD of the systems in the order of the mentioned models have been calculated 0.0298, 0.0067, 0.0114, 0.0025 and 0.0052, respectively. The results show that all models except 2-suffix Margules model have relatively good accuracy. By comparing the RMSD values in literature and the values determined by GA for NRTL and UNIQUAC models, the RMSD values of the models improved from 0.0124 and 0.0181 to 0.0025 and 0.0052, respectively

    Keywords: Liquid-Liquid Extraction, Genetic Algorithm, Binary Interaction Parameters, Activity Coefficient Model, Carboxylic Acid