فهرست مطالب

مهندسی شیمی ایران - پیاپی 113 (بهمن و اسفند 1399)

دوماهنامه مهندسی شیمی ایران
پیاپی 113 (بهمن و اسفند 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/12/11
  • تعداد عناوین: 8
|
  • محمدعلی دهنوی صفحه 5
  • مرتضی نیک جو، منصوره سلیمانی*، علی کارگری، مریم تخت روانچی صفحات 6-17

    جداسازی الفین- پارافین با تعداد کربن برابر یکی از مراحل مهم و پرهزینه تولید الفین در صنعت پتروشیمی است. فناوری غشای مایع با استفاده از محلول های یونی می تواند جداسازی الفین- پارافین را به شکلی گزینش پذیر انجام دهد. در این مقاله، جداسازی اولفین- پارافین سبک با استفاده از غشای مایع حمایت شده در حالت ناپایا مدل سازی شده است. در این مدل، انتقال جرم در راستای ضخامت غشا بوده و اثر متغیرهای فشار خوراک، غلظت نقره، نوع حلال و زمان بر میزان شار بررسی شده است. برای صحت سنجی مدل، از داده های آزمایشگاهی جداسازی اتیلن- اتان با محلول آبی نیترات نقره و پروپیلن- پروپان با محلول های آبی نیترات نقره،  و  استفاده شد. نتایج مدل سازی با مقادیر تجربی تطابق قابل قبولی (اختلاف 2/12%) داشت. همچنین نتایج نشان داد که استفاده از حلال های گران رو یا یونی، که برای رفع مشکل تبخیر محلول جای گزین آب (حلال) شده اند، باعث کاهش شار و گزینش پذیری محصول می شود.

    کلیدواژگان: غشای مایع حمایت شده، انتقال تسهیل یافته، مدل سازی، جداسازی اولفین- پارافین سبک
  • مهدی زمانی، هانیه شکرکار*، سیروس ابراهیمی صفحات 18-27

    ریزجلبک ها به دلیل داشتن پروتئین با ارزش غذایی بالا، سرعت رشد سریع و توانایی زنده ماندن در شرایط سخت، جزء امیدوارکننده منابع پروتئین هستند. در این تحقیق، ابتدا کشت گونه های مختلف و نامعین ریزجلبک در فتوبیو راکتورهای صفحه ای تخت انجام شد و برای اولین بار، فرایند استخراج پروتئین از زیست توده ریزجلبک مختلط با استفاده از روش های مختلف پیش تیمار از قبیل اتولیز، آبکافت با اسید و باز، آبکافت به وسیله امواج فراصوت و ترکیب آن ها بررسی شد. در پیش تیمار اسیدی و بازی با استفاده از محلول هایی با غلظت های مختلف و در مدت زمان های متفاوت، بالاترین درصد استخراج پروتئین(در دمای 121 و مدت زمان 30 دقیقه) به ترتیب 83 و 93 درصد گزارش شد که نشان داد که استفاده از قلیا، بازدهی بالاتری در استخراج پروتئین دارد. همچنین، با استفاده از روش اتولیز و امواج فراصوت، بالاترین بازده استخراج به ترتیب 60 و 39 درصد از پروتئین کل بود. در این مطالعه، برای نخستین بار از روش اتولیز به همراه انجماد سریع برای استخراج پروتئین از ریزجلبک استفاده شد و بر اساس نتایج به دست آمده، بازدهی فرایند اتولیز به میزان 3 تا 10 درصد افزایش یافت.

    کلیدواژگان: اتولیز، استخراج، فراصوت، پروتئین، ریزجلبک مختلط
  • غزاله فریدی زاد، الهام عبدالله زاده شرقی*، بابک بنکدارپور صفحات 28-46

    در دهه های اخیر، افزایش جمعیت، کاهش منابع نفتی و تولید انبوه فاضلاب شهری نگرانی های زیادی را برای جوامع به وجود آورده است؛ با توجه به کمبود و محدودیت سوخت های فسیلی، منابع انرژی تجدیدپذیر از اهمیت ویژه ای برخوردار شده اند. فاضلاب شهری، با توجه به تولید و تصفیه پیوسته در سراسر جهان، به یک منبع انرژی قابل توجه تبدیل شده است. فرایند لجن فعال متعارف بیش از یک قرن است برای تصفیه فاضلاب شهری استفاده می شود؛ این فرایند با وجود برتری هایی همچون کیفیت پساب خروجی بالا و قابلیت اطمینان به دلیل مشکلاتی همچون نیاز به هوادهی زیاد واکسایش موادآلی موجود در فاضلاب و تولید پسماند، به سختی می تواند به عنوان یک روش پایدار برای تصفیه فاضلاب در نظر گرفته شود. به منظور جلوگیری از اکسایش موادآلی فاضلاب و بازیابی انرژی از آن ها، تغییر فرایند و تغلیظ مواد آلی موجود در آن ضروری است. چندین فرایند فیزیکی، شیمیایی و زیستی برای افزایش غلظت مواد آلی فاضلاب شهری و جذب بر سطح لجن، که سبب بهبود بازیابی انرژی از راه هضم بی هوازی می شود، استفاده شده است. با توجه به کاستی های خاص فرایندهای فیزیکی و شیمیایی، نگاه ها متوجه فرایند زیستی شده است. این مطالعه یک ارزیابی جامع پیرامون انرژی موجود در فاضلاب شهری و روش های استفاده شونده برای افزایش غلظت مواد آلی موجود در آن است. همچنین با ارزیابی محدودیت روش های فیزیکی و شیمیایی، به بررسی فرایند لجن فعال با نرخ بالا شامل سازوکار، مولفه های عملیاتی و مطالعات اخیر انجام شده بر این فرایند می پردازد.

    کلیدواژگان: بازیابی انرژی، فاضلاب شهری، لجن فعال با نرخ بالا، توده سازی زیستی، هضم بی هوازی، بیوراکتور غشایی
  • نسیم طاهونی*، فربد آل عزیز، مهدی قاسمی، روح انگیز شیوایی صفحات 47-61

    با محاسبه مقدار اتلاف اکسرژی در تجهیزات یک واحد فرایندی می‏توان میزان بازگشت‏ناپذیری ترمودینامیکی را کمی کرد و در راستای اصلاح و بهینه سازی صنایع فرایندی گام هایی متقن برداشت. دراینتحقیقاز نمودارهایمرکبامگابه عنوانجدیدترینابزار گرافیکیبرایمحاسبهاتلافاکسرژیدرشبکه هایمبدلحرارتی استفادهشدهاست؛ این نمودار برخلاف نمودارهای رایج دیگر خطی است و محاسبه اتلاف اکسرژی به وسیله آن با کمک سطوح مستطیلی‏ شکل، بسیار ساده است. برای محاسبه اتلاف اکسرژی سایر تجهیزات فرایندی نیز از نمودار امگا- آنتالپی استفاده شده است. ابتدا نحوه رسم این نمودارها توضیح داده شده، سپس در محاسبه اتلاف اکسرژی دو نمونه مطالعاتی استفاده شده اند. در مطالعه اول هر یک از تجهیزات فرایند پریکو به محوریت مبدل حرارتی چندجریانه بررسی شدند. نتایج نشان داد که در کل فرایند 66/27 مگاوات اکسرژی تلف می شود. در مطالعه دوم، شبکه مبدل حرارتی نیروگاه شازند بررسی و اتلاف اکسرژی آن 14/8 مگاوات حساب شد.

    کلیدواژگان: اتلاف کسرژی، تحلیل ترکیبی پینچ و اکسرژی، منحنی های مرکب امگا، نمودار امگا- آنتالپی، فرایند پریکو، نیروگاه حرارتی شازند
  • علیرضا جبارپور، جعفر جوانمردی*، محمد روستایی، خشایار نصری فر، پیام پرواسی، فرزاد علوی، سید محمد جوکار صفحات 62-73

    در ایستگاه های تقلیل فشار برای پیش گرمایش گاز طبیعی از گرم کن های گازسوز و برای کاهش فشار از شیر فشارشکن استفاده می شود. پیش گرمایش به این دلیل انجام می شود که احتمال تشکیل هیدرات گازی حاصل از کاهش دما در خروجی شیر فشارشکن به حداقل برسد. در این تحقیق علاوه بر بررسی لزوم وجود سامانه پیش گرمایش در جلوگیری از تشکیل هیدرات گازی در روش متداول کاهش فشار در ایستگاه های تقلیل فشار معمول، چهار روش جایگزین در ایستگاه های پنج شهرستان گرمسیری استان فارس شامل داراب، لار، لامرد، مهر و فراشبند ارایه و شبیه سازی شده است. این روش ها عبارت اند از: استفاده از توربین انبساطی به جای شیر فشارشکن، استفاده از توربین انبساطی به جای شیر فشار شکن و گرمکن برقی به جای گرمکن گازسوز، استفاده از لوله گردابی به جای شیر فشارشکن، استفاده از گرم کن مبتنی بر سیکل تبخیر- میعان به جای گرم کن گازسوز. متعاقب آن، بار حرارتی و میزان گاز مصرفی مورد نیاز برای پیش گرمایش گاز طبیعی برای روش های پیشنهادی و روش متداول مقایسه شده است. همچنین میزان کار تولیدی در روش های پیشنهادی که شامل توربین انبساطی است، حساب شده است. روش های مبتنی بر توربین انبساطی بیشترین و استفاده از لوله گردابی کمترین مقدار بار حرارتی و میزان گاز مصرفی برای پیش گرمایش گاز را دارد. گرم کن مبتنی بر سیکل تبخیر-میعان به دلیل بالاتر بودن بازده حرارتی آن نسبت به گرم کن گاز سوز (حمام آب غیر مستقیم)، بار حرارتی کمتری نیاز دارد.

    کلیدواژگان: ایستگاه تقلیل فشار، شیر فشار شکن، توربین انبساطی، گرم کن برقی، لوله گردابی، گرم کن CWT
  • صادق علی حسینی، آرزو جعفری* صفحات 74-90

    در صنعت برای افزایش سطح انتقال حرارت غالبا از پره ها استفاده می شود؛ اما در برخی موارد به دلیل محدودیت در فضا و شرایط عملیاتی، دارای بازدهی محدودی است. با توجه به توانایی محیط متخلخل در افزایش بازدهی حرارتی، از راه افزایش سطح تبادل انرژی و تغییر در گرادیان سرعت، حضور مواد متخلخل به عنوان راهکاری نوین در افزایش انتقال حرارت مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش با هدف ارزیابی امکان استفاده از مواد متخلخل در کاربردهای صنعتی، ضمن بررسی آخرین مطالعات، عوامل موثر بر انتقال حرارت (عدد ناسلت (Nu)) در حضور این دسته از مواد (آرایش، هدایت حرارتی، گرادیان حفره ها، درصد تخلخل، تراوایی و عدد دارسی، ضخامت، سرعت سیال و حضور چشمه حرارتی) ارزیابی شده اند. آرایش های مختلف بررسی شده در دو دسته جزیی و کاملا متخلخل تقسیم بندی می شوند؛ در میان آرایش های بررسی شده، آرایش کاملا متخلخل غالبا بالاترین مقدار افزایش در میزان انرژی تبادل یافته و افت فشار را از خود نشان داده است. با توجه به افزایش افت فشار ضمن حضور محیط متخلخل، معیاری برای ارزیابی آرایش های مختلف گزارش شده است. در پایان به محدودیت ها و چالش های پیش رو در استفاده از این مواد پرداخته شده است.

    کلیدواژگان: محیط متخلخل، درصد تخلخل، انتقال حرارت، افت فشار، عدد ناسلت، عدد دارسی
  • صفحه 93
|
  • M. Nikjou, M. Soleimani*, A. Kargari, M. Takht Ravanchi Pages 6-17

    Olefin-paraffin separation with equivalent carbon number is an important cost-effective step in olefin production in petrochemical industries. Liquid membrane technology using ionic solutions can perform olefin-paraffin separation in a selective manner. In this paper, the separation of light olefin-paraffin mixtures using supported liquid membrane is modeled in an unsteady-state manner. In this model, mass transfer is considered in the direction of membrane thickness and the effect of feed pressure, silver concentration, solvent type and time on flux rate was investigated. For model evaluation, experimental data of ethylene-ethane separation with aqueous solution of silver nitrate and propylene-propane separation with aqueous solution of silver nitrate, AgNO3-NMP and AgBF4-BMImBF4 were used. There is a good agreement between experimental and modeling data (with 12.2% difference). Moreover, it was concluded that by using viscose or ionic liquids, which are substituted for water (solvent) in order to solve evaporation problems, cause a decrease in flux and product selectivity.

    Keywords: Supported Liquid Membrane, Facilitated Transport, Modeling, Light Olefin-ParaffinSeparation
  • M. Zamani, H. Shokrkar*, S. Ebrahimi Pages 18-27

    Microalgae are promising sources of protein due to their high nutritional value, rapid growth rate and ability to survive in harsh conditions. In this study, first, different and indeterminate species of microalgae were cultured in flat plate photobioreactors and for the first time, the process of protein extraction from mixed microalgae biomass using various pretreatment methods such as autolysis, hydrolysis with acidic and alkaline methods, ultrasound and their composition was investigated. In acidic and alkaline pretreatment using solutions with different concentrations and at different times, the highest percentage of protein extraction (at 121 temperature and duration of 30 minutes) was 83% and 93%, respectively, which showed that the use of alkali was more efficient in protein extraction. Also, using autolysis and ultrasound methods, the highest extraction efficiencies were 60% and 39% of total protein, respectively. In this study, an autolysis with freezing method was used for the first time and based on the results, the efficiency of the autolysis process increased by 3 to 10%.

    Keywords: Autolysis, Extraction, Ultrasound, Protein, Microalgae
  • Gh. Faridizad, E. Abdollahzadeh Sharghi*, B. Bonakdarpour Pages 28-46

    In recent decades, population growth, declining oil resources, and high production of municipal wastewater have raised many concerns for communities. Due to the shortage and limitations of fossil fuels, renewable energy sources are of particular importance. Municipal wastewater has become a remarkable source of energy due to its continuous production and treatment worldwide. The conventional activated sludge process has been used for more than a century to treat municipal wastewater. This process, despite its advantages such as high effluent quality and reliability, due to problems such as aeration, oxidation of organic matter present in the wastewater and waste production can hardly be considered as a sustainable method for wastewater treatment. In order to recover the energy present in the wastewater efficiently, it is necessary to change the process and up-concentrate the organic matter in it. Several physical, chemical and biological processes are used to increase the up-concentration of organic matters present in the wastewater and capture them onto the sludge surface, which improve energy recovery through anaerobic digestion. Due to the special disadvantages of physical and chemical processes, attention is drawn to the biological process. This study will provide a comprehensive assessment of the energy available in municipal wastewater and the methods used to increase the concentration of organic matter. It will also assess the limitations of physical and chemical methods and examine the biological process of high rate activated sludge, mechanisms, operational parameters, and recent studies on this process.

    Keywords: Energy Recovery, Municipal Wastewater, High-Rate Activated Sludge, Bioflocculation, Anaerobic Digestion, Membrane Bioreactor
  • N. Tahouni*, F. Aleaziz, M. M. Ghasemi Ali Abadi, R. Shivaee-Gariz Pages 47-61

    Having calculated the exergy loss for all pieces of process equipment, it is possible to show the thermodynamic irreversibility, which makes certain guidelines for modifying the process industries and improving their performance. In this study the exergy loss is calculated using Omega Composite Curves, which is a novel graphical tool for calculating exergy loss in heat exchanger networks. Unlike other current tools, this graph is linear and calculation of exergy loss using the rectangular shaped area is so easy. The Omega-Enthalpy diagram is used to calculate exergy loss for other unit operations. First, how to achieve this diagram is explained and then the diagrams are used for exergy loss calculation in two case studies. In the first study, each of a PRICO process (LNG production) equipment was investigated especially the multi-stream heat exchanger. The results showed that in the whole process 27.66 MW of exergy is wasted. In the second study, the heat exchanger network of Shazand thermal power plant was investigated and exergy loss of this network was calculated by 8.14 MW.

    Keywords: Exergy Loss, Combined Pinch, Exergy Analysis, Omega Composite Curves, OmegaEnthalpy Diagram, PRICO Process, Shazand Power Plant
  • A. R. Jabarpoor, J. Javanmardi*, M. Roostaei, Kh. Nasrifar, P. Parvasi, F. Alavi, S. M. Jokar Pages 62-73

    In common natural gas pressure reducing stations, gas heaters and throttle valves are used for pre-heating and pressure reducing. The gas heaters are used to prevent the hydrate formation after the station because of temperature reduction. In this work, in addition to study the existence of gas heaters in common stations, four substitute methods are presented and together with the commonly used method are simulated for 5 hot-climate cities in Fars province, i.e., Darab, Lar, Lamerd, Mohr and Farashband. These four methods are comprised of: 1- Use of an expansion turbine in place for the throttle valve, 2- Use of an expansion turbine for pressure reduction and an electric heater instead of the gas-burning heater, 3- Use of a vortex tube for the throttle valve, 4- Use of an evaporation-condensation cycle instead for the gas-burning heater. Heating loads and gas consumption for the commonly used method and suggestive methods are compared. Furthermore, the work gained through the use of the expansion turbine was calculated and reported. The expansion turbine and vortex tube need most and least heating loads and gas consumptions for preheating, respectively. The expansioncondensation cycle need lower heating load because of its higher efficiency in comparison of the direct gasburning heater.

    Keywords: City-Gate Gas Stations, Throttle Valve, Expansion Turbine, Electrical Heater, Vortex Tube, CWT Heater
  • S. Alihosseini, A. Jafari* Pages 74-90

    Expanded surfaces are considered as the common way to heat transfer increment in the industry, but due to their operating conditions and lack of footprint, their use in some situations is limited. Because of its ability in thermal efficiency increment using increasing available area and change in velocity gradient, the porous medium has been considered as a novel solution in heat transfer increment. During this investigation the effective parameters on heat transfer (Nusselt number (Nu)) in the presence of porous medium (configuration, thermal conductivity, pore gradient, porosity, permeability and Darcy number (Da), thickness, fluid velocity, and heat source) were studied. The studied configurations can be classified in partial and fully porous categories. Among the investigated papers, the fully filled configuration usually has shown the maximum exchanged energy and pressure drop. Because using a porous medium leads to pressure drop increase, an index was reported to compare between different configuration can be applied. Finally, limitations and challenges in this field were investigated.

    Keywords: Porous Medium, Porosity, Heat Transfer, Pressure Drop, Nusselt Number, Darcy Number