فهرست مطالب

مهندسی شیمی ایران - پیاپی 110 (امرداد و شهریور 1399)

دوماهنامه مهندسی شیمی ایران
پیاپی 110 (امرداد و شهریور 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/07/13
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مهدی اسدالله زاده صفحه 5
  • محمدحسین احمدی، جعفرصادق مقدس*، اوین عطایی صفحات 6-18

    در این تحقیق اختلاط واکنشی خنثی سازی اسید- باز با واکنش اسیداستیک و آمونیوم هیدروکسید درون مخزن همزن دار برای مطالعه رفتار متقابل اختلاط و واکنش شیمیایی با استفاده همزمان از روش های لیزری القای صفحه ای نور شارندگی (PLIF)1 و سرعت سنجی تصویری ذرات(PIV)2بررسی شده است. همچنین مواردی همچون سرعت چرخش پره، فاصله پره از کف مخزن، وجود بافل و خواص روانه شناختی سیال درون مخزن که با تغییر و بهینه سازی آنها می توان شرایط حاکم بر عملکرد مخازن اختلاط را بهبود بخشید زمینه این بررسی بوده است. نتایج به دست آمده نشان داد که پیشرفت واکنش خنثی سازی اسید- باز در شرایط بررسی شده، تحت کنترل شرایط اختلاط واکنش دهنده ها بوده است. برای بررسی اثر فاصله پره از کف مخزن، نسبت های 25/0C/T= ، 5/0C/T= و 75/0C/T= انتخاب شدند که C فاصله پره از کف مخزن و T قطر مخزن است. همچنین این آزمایش ها در سه سرعت پرهrpm 100، rpm150 و rpm200 تکرار شدند. نتایج نشان داد که با افزایش فاصله پره از کف مخزن که معادل افزایش نسبت C/T است، زمان واکنش به طور چشمگیری کاهش می یابد. علاوه بر این، در نسبت های ثابت C/T، با افزایش سرعت چرخش پره، زمان واکنش به شدت کاهش می یابد. همچنین به منظور بررسی اثر تعداد بافل های درون مخزن، از یک مخزن بدون بافل، 2 بافل و 4 بافل در سرعت های rpm100،rpm 150 و rpm200 استفاده شد. بر اساس نتایج مشخص شد که با افزایش تعداد بافل درون مخزن، زمان واکنش کاهش می یابد. یکی دیگر از مولفه های مورد بررسی در این تحقیق، گرانروی سیال بود که آزمایش ها در گرانروی های mPa.s 35 µ= ، mPa.s55 µ= و mPa.s75µ= انجام شدند. نتایج حاصل از این آزمایش ها نشان داد که با افزایش گرانروی سیال از mPa.s 35 µ=، به mPa.s 55 µ=، زمان واکنش افزایش چشمگیری می یابد؛ اما افزایش گرانروی سیال به مقدار mPa.s 75 µ=تاثیر کمتری بر میزان افزایش زمان واکنش دارد.

    کلیدواژگان: مخزن همزن دار، واکنش اسید- باز، روش القای صفحه ای نور شارندگی، سرعت سنجی تصویری ذرات، پره توربین تیغه خمیده
  • حدیثه معصومی، رضا جمشیدیان، حسین قنادزاده گیلانی، بهروز عباسی سورکی* صفحات 19-32

    در پژوهش حاضر، جداسازی والریک اسید به روش جذب سطحی با کربن فعال در دماهای گوناگون ارزیابی شد. عوامل مختلفی شامل زمان، دوز جاذب، درجه حرارت،  pH، اندازه ذره و غلظت اولیه مطالعه شد. زمان تعادل، دوز جاذب و دمای مطلوب به ترتیب 120 دقیقه، 1 گرم و 45 درجه سلسیوس مشاهده شد. pH مناسب برابر 4 تعیین شد. با بررسی روابط هم دمایی، الگوی لانگمویر با نتایج آزمایشگاهی تطابق مناسبی داشت. طبق این الگو، بالاترین ظرفیت جذب 078/196 میلی گرم بر گرم حساب شد. به علاوه، الگوی شبه مرتبه دوم همبستگی بیشتری را در میان سایر روابط جنبش شناختی از خود نشان داد. علامت های منفی انرژی آزاد گیبس و مثبت آنتالپی به ترتیب، بیانگر خود به خودی و گرماگیر بودن فرایند است. هم چنین، علامت مثبت تغییرات آنتروپی در این پژوهش گویای افزایش فعالیت ذرات در حین جذب بر روی کربن فعال تسن.

    کلیدواژگان: والریک اسید، درصد حذف، ظرفیت جذب، جنبش شناسی، هم دمایی، ترمودینامیک
  • مهدی کسرایی، نادیا اسفندیاری*، بیژن هنرور صفحات 33-41

    روش استخراج به کمک دی اکسید کربن فوق بحرانی به دلیل دمای کم عملیات و نبودن حلال در محصول نهایی، جایگزین روش های قدیمی استخراج شده است. در این تحقیق تاثیر تغییر سه مولفه دما (35، 45، 55 درجه سلسیوس)، فشار (150،175، 200 بار) و اندازه ذره (074/0،149/0، 210/0 میلیمتر) بر بازده عطرمایه روغنی استخراج شده از گیاه دارویی کک گریز با دی اکسید کربن فوق بحرانی مطالعه شد. نتایج حاصل از آزمایش ها نشان داد که میزان استخراج با کاهش اندازه ذرات و افزایش فشار، افزایش یافت. افزایش دما تا 45 درجه سلسیوس تاثیر مثبتی در بازده استخراج دارد؛ اما با افزایش دما بیشتر از 45 درجه سلسیوس، کاهش بازدهی مشاهده شد. در شرایط فشار 200 بار و دمای 45 درجه سلسیوس و اندازه ذره 074/0 میلی متر، بیشترین میزان استخراج حاصل شده است.

    کلیدواژگان: استخراج، عطرمایه روغنی، دی اکسید کربن فوق بحرانی، کک گریز، روش تاگوچی
  • امید احمدی، هدا جعفری زاده* صفحات 42-53

    باتوجه به حساسیت اسانس های گیاهی به گاز اکسیژن- به دلیل اکسیدکردن و از بین بردن خواص مختلف آن- اکسیژن باید از فاز آبی که یکی از مواد اصلی تشکیل دهنده نانوامولسیون ها است حذف شود. اکسیژن محلول در فاز آبی با روش عبور گاز خنثی (نیتروژن) حذف و نانوامولسیون اسانس آویشن تحت شرایط آب مادون بحرانی (دمای 120 درجه سلسیوس به مدت زمان 2 ساعت) با امولسیفایر تویین 80 در دو حالت فاز آبی (اکسیژن حذف شده و اکسیژن محلول) تولیدشد. ویژگی ها و خواص گوناگون نانوامولسیون اسانس آویشن تولیدشده در دوحالت ارزیابی شد، که  با حذف اکسیژن محلول از فاز آبی، خواص اندازه گیری شده بهبود پیدا کرد؛ به طوری که میانگین اندازه ذرات از 170 به 83 نانومتر، شاخص پراکندگی از 562/0 به 201/0 به طور چشمگیری کم شد و پتانسیل زتا از 27/1- به 25/3- میلی ولت تغییریافت. با بررسی خاصیت آنتی اکسیدانی و ضدباکتریایی بر روی باکتری عامل پوسیدگی دندان (استرپتوکوک موتانس) نتایج نشان داد که خاصیت آنتی اکسیدانی از 3/31% به 45% افزایش و قطر هاله ایجاد شده در مهار رشد باکتریایی از 11 به 18 میلیمتر افزایش یافت. درپایان با نتایج به دست آمده از شبیه سازی شرایط عملیاتی، فشار 7/1 بار و انرژی مصرفی برای تولید محصول در دوحالت، مقدار 01/10 و 88/8 کیلوژول در ساعت به ترتیب برای حالت وجود و حذف اکسیژن محلول به دست آمد که نشان دهنده کاهش نسبی مصرف انرژی در حالتی است که اکسیژن محلول حذف شود.

    کلیدواژگان: آب مادون بحرانی، آنتی اکسیدان، اسانس آویشن، اکسیژن محلول، شبیه سازی، ضدباکتریایی، نانوامولسیون
  • زهره خلیفات، مرتضی زیودار*، رهبر رحیمی صفحات 54-65

    جداکننده های چندفازی گرانشی یکی از مهمترین تجهیزات برای جدایش فازهای با ارزش در صنایع مختلف به شمار می روند. به دلیل ضعف های مربوط به مدل های نیمه تجربی و هزینه های بالای انجام آزمایش برای یافتن طراحی بهینه برای این جداکننده ها، استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) رو به گسترش است. در این تحقیق پس از مرور کلی جداکننده های گرانشی به بررسی مروری بر کارهای انجام شده با استفاده از CFD برای انتخاب مدل مناسب در طراحی و بهینه سازی جداکننده ها،پرداخته شده است. نتایج نشا ن می دهد که اگرچه استفاده از CFD یک روش قدرتمند برای مدل سازی و بهبود طراحی جداکننده است ولی کاستی های آن همچون استفاده از مدل نادرست، فرضیات ساده کننده و روش بهینه سازی نامناسب، منجربه نبود دقت کافی در نتایج شبیه سازیو بهینه سازی شده است که باید در کارهای آینده بررسی شوند.

    کلیدواژگان: جداکننده گرانشی، شبیه سازی، دینامیک سیالات محاسباتی، جریان چندفازی
  • سجاد عبدالله پور، حسام احمدیان بهروز*، علی فاضلی صفحات 66-80

    طراحی یک برج تقطیر دیواره میانی برای جداسازی ترکیب سه جزیی بنزن، تولوین و زایلین برای رسیدن به میزان خلوص نهایی حداقل 99% مولی بررسی شده است؛ اثر تغییر در ترکیب درصد خوراک ورودی بر روی سه ساختار توالی مستقیم، توالی غیرمستقیم و برج دیواره میانی و انتخاب ساختار بهینه برطبق نتایج حاصل از بهینه سازی باهدف حداقل سازی هزینه های سالانه کل مطالعه شده است. برای ساختار تک برجی، در حالتی که کسر مولی اجزای خوراک مساوی باشند، نشان داده شده است که امکان کاهش هزینه انرژی مصرفی در جوش آور تا حدود 30% و هزینه سرمایه گذاری اولیه در حدود 27% نسبت به ساختار توالی مستقیم وجود دارد؛ ولی این امکان برای تمامی شرایط خوراک ممکن نیست. استفاده از ساختار دیواره میانی همواره باعث کاهش هزینه های انرژی مصرفی می شود ولی با درنظر گرفتن هزینه های سالانه کل به عنوان معیار تصمیم گیری، در حالتی که زایلین جزء غالب باشد ساختار غیرمستقیم مناسب تر است.

    کلیدواژگان: برج تقطیر دیواره میانی، بهینه سازی، کوپل حرارتی، بنزن، تولوئن، زایلین
  • صفحه 83
|
  • M. H. Ahmadi, J. S. Moghaddas*, A. Ataee Pages 6-18

    In this study, the acid-base neutralization reaction of acetic acid and ammonium hydroxide reaction inside a mixing tank to study the mixing interaction and chemical reaction by using simultaneous planar laser-induced fluorescence (PLIF)1 and particle image velocimetry (PIV)2 methods has been examined. The blade rotation speed, the blade distance from the bottom of the tank, the presence of buffers and the rheological properties of the fluid inside the tank are all the parameters that can be changed and optimized to improve the conditions of performance of mixed tanks which they are investigated to test them effects. The results showed that the progress of the acid-base neutralization reaction in the studied conditions was under the control of the mixing conditions of the reactants. To investigate the effect of blade distance from the tank floor, the ratios C/T = 0.25, C/T = 0.5 and C/T = 0.75 were selected which C is the distance of the blade from the tank floor and T is the diameter of the tank. Also the experiments were repeated at three speeds of 100 rpm, 150rpm and 200rpm. The results showed that by increasing the distance of the blade from the bottom of the tank, which is equivalent to increasing the C/T ratio, the reaction time was significantly reduced. In addition, at constant C/T ratios, the reaction time decreases sharply by increasing blade rotation speed. Also, in order to investigate the effect of the number of buffles in the tank, a buffleless, 2 buffles and 4 buffles blades were used at speeds of 100 rpm, 150rpm and 200rpm. Based on the results, it was found that as the number of buffles in the tank increased, the reaction time decreased. Also, a comparison of experiments performed in each tanks with three different speeds showed that the time-reduction ratios in tanks with fixed number of buffles at different speeds have a similar downward trend. Another parameter studied in this study was fluid viscosity, which was tested in µ= 35 mPa.s, µ=55 mPa.s, µ=75 mPa.s. The results of these experiments showed that with increasing fluid viscosity from µ=35 mPa.s to µ=55 mPa.s, the reaction time increased significantly, However, increasing the fluid viscosity by µ=75 mPa.s has less effect on the reaction time.

    Keywords: Stirred Tank, Acid-Base Reaction, Planar Laser-Induced Fluorescence, Particle ImageVelocimetry, Curved-Blade Turbine
  • H. Masoomie, R. Jamshidian, H. Ghanadzadeh Gilani, B. Abbasi Souraki* Pages 19-32

    In this research, adsorption of valeric acid from aqueous solution was investigated at different temperatures (25, 35 and 45°C) by using activated carbon in a batch system. In order to determine the functional groups in structure of adsorbent and surface characteristics of adsorbent, FTIR and SEM analysis were used, respectively. In the adsorption experiments, the effect of important parameters such as effect of contact time, the amount of adsorbent, temperature and initial acid concentration were investigated. Equilibrium time was determined 120 min. The optimum amount of adsorbent was determined 1.0g (for 40ml of solution). Investigation of the temperature effect demonstrated that the percentage of removed valeric acid increased by increasing the temperature. Different types of adsorption isotherms models such as Langmuir, Freundlich, and Temkin models were applied to analyze the equilibrium data at different temperatures and Langmuir isotherm had the most agreement with experimental data at different temperatures (with maximum R2 values). The maximum adsorption capacity by using Langmuir isotherm model was determined 196.078 mg/g. Different kinetic models such as pseudo- first order, pseudo-second order, Elovich and intraparticle diffusion model were chosen to describe the kinetic of adsorption, and pseudo-second order model had the best agreement with experimental data for each adsorbents. Thermodynamic parameters like standard Gibbs free energy changes of adsorption ( Gads  ) , standard enthalpy changes of adsorption ( Gads  ) and standard entropy changes of adsorption ( Gads  ) were calculated by using equilibrium constant values at different temperatures. Negative value of (Gads) demonstrated that adsorption of valeric acid was spontaneity and positive values of ( Gads  ) showed that adsorption of valeric acid on adsorbent was endothermic.

    Keywords: Adsorption, Valeric Acid, Activated Carbon, Isotherm, Kinetic, Thermodynamics
  • M. Kasraei, N. Esfandiari*, B. Honarvar Pages 33-41

    Supercritical fluid extraction method is a replacement of conventional methods such as organic solvent
    extraction with hex
    temperature (35, 45, 55 °C), pressure (150, 175, 200 bar) a
    extraction yield in conditions of pressu
    ane and mechanical pressing. Because in this method the operation temperature is low and
    the solvent does not remain in the final product. In this study, the effect of changing three parameters of
    nd particle size (0.074, 0.149, 0.210 mm) on the
    extracted oil yield of the medicinal plant of Francoeuria undula using supercritical carbon dioxide was
    investigated. The results of the experiments showed that the extraction yield was increased by particle size
    reduction and increased pressure. Temperature up to 45 ºC has a positive impact on the extraction efficiency.
    However, increased efficiency was observed with increasing temperature more than of 45 °C. The best
    re was 200 bar, temperature 45 °C and particle size of 0.074 mm.

    Keywords: Extraction, Essential Oil, Supercritical Carbon Dioxide, Francoeuria Undula, TaguchiMethod
  • O. Ahmadi, H. Jafarizadeh-Malmiri* Pages 42-53

    Due to the sensitivity of plant essential oils to molecular oxygen which, that causes oxidation and destruction of oils and changes its properties, it can be removed from the aqueous phase, during preparation of oil in water nanoemulsions. In the present study, dissolved oxygen was removed by nitrogen purging, and the thyme essential oil nanoemulsions, under subcritical water conditions (temperature 120 oC for 2 h) and using Tween 80, were prepared by two types of aqueous phases having dissolved oxygen and without that. Obtained results indicated that by removal dissolved oxygen from the aqueous phase, characteristics of the prepared nanoemulsions were improved and their mean particle size and polydispersity index decreased from 170 to 83 nm and from 0.562 to 0.2012, respectively, and zeta potential changed from -1.27 to -3.25 mV. Evaluation of the antioxidant and antibacterial activities of the prepared nanoemulsions against Streptococcus mutans, bacteria strain that causes tooth decay, also indicated that antioxidant activity of the formed nanoemulsions increased from 31.3% to 45% and their bactericidal activity, as manifested in diameter of the created clear zone, increased from 11 to 18 mm. Finally, based on obtained results and simulation of the operation conditions for the nanoemulsion preparation process, indicated that pressure of 1.7 bar was necessary and by removal dissolved oxygen from the aqueous phase consumed energy decreased from 10.01 and 8.88 kJ/h.

    Keywords: Antibacterial Activity, Antioxidant Activity, Dissolved Oxygen, Nanoemulsion, SubcriticalWater, Simulation, Thyme Essential Oil
  • Z. Khalifat, M. Zivdar*, R. Rahimi Pages 54-65

    Gravity multiphase separators are one of the most important equipment in different industries. Due to the limitations related to semi-empirical models and the high-performance cost of experimental tests in finding the optimized design, computational fluid dynamics (CFD) has been widely used recently. In this research, after a total review on gravity separators, a review of CFD studies on these apparatuses, to find the appropriate model for simulation and optimization, are considered. Results show that, although CFD is a powerful technique for modeling and improving the separator design, some disadvantages like using incorrect models, simplified assumptions and inappropriate optimization methods lead to inaccurate simulation and optimization results, which should be considered in future works.

    Keywords: Gravity Separator, Simulation, Computational Fluid Dynamics, Multi-Phase Flow
  • S. Abdolahpour, H. Ahmadian Behrooz*, A. Fazeli Pages 66-80

    The design of a dividing wall distillation column for the separation of the mixture of benzene, toluene and xylene has been studied to produce 99 mol% pure products. The effect of changes in the feed composition on three structures including direct sequence, indirect sequence and dividing wall column and also selection of the optimal structure on the basis of the optimization results have been studied to minimize the total annual cost. For the single column structure and equimolar feed, it has been shown that it is possible to reduce the energy consumption cost in the reboiler by about 30% and the initial investment cost by about 27% compared to the direct sequence structure. However, this is not true for all feed conditions. The dividing wall column structure always reduces energy costs, however, the indirect structure is more appropriate considering the total annual cost as the decision-making criterion when the xylene is the dominant feed component.

    Keywords: Dividing Wall Distillation Column, Optimization, Thermal Coupling, Benzene, Toluene, Xylene