فهرست مطالب

مهندسی شیمی ایران - پیاپی 114 (فروردین و اردیبهشت 1400)

دوماهنامه مهندسی شیمی ایران
پیاپی 114 (فروردین و اردیبهشت 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/15
  • تعداد عناوین: 8
|
  • طاهر یوسحی امیری صفحه 5
  • سلمان احمدی اسبچین* صفحات 6-21

    اساس این تحقیق بر نمونه برداری از بخش های مختلف چشمه باداب سورت ساری، شامل آب، خاک و لجن استوار است. تاثیر مولفه هایی نظیر pH ، زمان تماس، مقدار زیست توده باکتریایی و غلظت اولیه یون فلزی نیکل بر میزان جذب بررسی شد. زمان تعادل نهایی در این آزمایش برابر هشت ساعت بوده؛ اما در نیم ساعت اولیه بیشترین جذب انجام گرفته و pH بهینه در حدود هشت بوده است. هم دمایی حذف یون از معادله مدل لانگمویر تبعیت کرده و بیشینه ظرفیت جذب یون فلزی مذکور به مقدار 51/0 میلی مول بر گرم وزن خشک سلول، ثابت لانگمویر 01/49، R2 در حدود 994/0 بوده است. با استفاده از طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR) زیست توده باکتریایی به تنهایی و زیست توده به همراه فلز مشخص شد، گروه های کربوکسیل، هیدروکسیل و آمین، گروه های اصلی درگیر در فرایند جذب هستند. سویه باکتری مورد مطالعه، میله ای شکل، رشته ای،گرم مثبت، دارای آنزیم کاتالاز، نامتحرک و بر اساس آنالیز ژن16S rDNA به جنس ویرجی باسیلوس تعلق دارد. بیشترین میزان جذب یون نیکل در زمان های اولیه رخ داده است؛ بنابراین به نظر می رسد که باکتری جداسازی شده برای استفاده در سطح صنعتی و همچنین برای مقاصد زیست فناوری مناسب خواهد بود. جذب در زمان های اولیه غیر فعال بوده، آن گاه با گذشت زمان جذب به آرامی و آهستگی به صورت فعال ادامه یافته است. باکتری به دو شکل زنده و مرده دارای کارایی جذب مناسبی بوده است.

    کلیدواژگان: باکتری ویرجی باسیلوس، نیکل، ایزوترم، گروه های سطحی، جذب زیستی
  • احد قائمی، علیرضا همتی* صفحات 22-36

    در این تحقیق ظرفیت جذب و ذخیره سازی دی اکسیدکربن و سولفید هیدروژن با استفاده از چارچوب های فلزی- آلی مطالعه و الگوسازی شده است. بررسی چهار نوع جاذب مختلف فلزی- آلی از نوع بسپارکویوردیناسیونیمیکرومتخلخل شامل MOF-2(Zn2(BDC)2)، MOF-74(Zn2(DHBDC))، IRMOF-1(Zn4O(BDC)3) وMOF-177 (Zn4O(BTB)2)  نشان داد که با توجه به ساختار و گروه های عاملی مختلف این جاذب ها باعث شده عملکرد متفاوتی از خود در جذب گازها ارایه کنند. داده های تجربی هم دما با الگو های هم دمای دو مولفه ای ارزیابی شد. برای محاسبه مولفه های الگو ها از روش عددی برازش غیر خطی استفاده شد. بر اساس نتایج الگوسازی، الگو های دو مولفه ای پیش بینی قابل قبولی از داده های تجربی جذب سولفید هیدروژن و دی اکسیدکربن نشان داد. الگوی هیل در مقایسه با دیگر الگو ها دقت بیشتری دارد. مقادیر مولفه انرژی الگوی دوبینین-رادوشکویچ برای تمامی جاذب ها نشان داد که فرایند جذب هر دو گاز فیزیکی است و جاذب IRMOF-1 برای گاز سولفید هیدروژن و MOF-74 و  MOF-2 برای دی اکسیدکربن، مناسب است.

    کلیدواژگان: جذب گاز، چارچوب های فلزی- آلی، دی اکسیدکربن، سولفید هیدروژن، الگوسازی هم دما
  • مریم حلمی، علیرضا همتی، پرویز آبرومند آذر، کامبیز تحویلداری*، علی اکبر سیف کردی صفحات 37-48

    امروزه با توجه به انتشارگازهای سمی و گلخانه ای حاصل از احتراق سوخت های فسیلی، دانشمندان به دنبال سوخت های تجدیدپذیر و سازگار با محیط زیست هستند. بیودیزل نوعی سوخت سبز است و این ویژگی ها را دارد. در این مطالعه، فرایند تولید بیودیزل با استفاده از روغن بازیافت سرخ کردنی و کاتالیست اسیدی فسفومولیبدیک اسید (H3PMo12O40) انجام شد. به منظور بهینه سازی واکنش استریفیکاسیون از روش سطح پاسخ بر پایه طراحی مرکب (RSM-CCD)استفاده شد. اثر سه مولفه مستقل درصد وزنی کاتالیست (wt%)، نسبت مولی الکل به روغن و زمان (h) بر روی بازده بیودیزل بررسی و تمامی مراحل آزمایش در ولتاژ ثابت الکتریکی V 10 و دمای اتاق انجام شد. بالاترین بازده بیودیزل در حضور wt% 58/3 کاتالیست هموژن اسیدی فسفومولیبدیک اسید، نسبت مولی الکل به روغن 1: 84/7 و مدت زمان 24/8 ساعت برابر با 74/94% بود. خواص فیزیکی و شیمیایی بیودیزل تولید شده مطابق با استاندارد ASTMاست. مقدار 9933/0=R2  نشان می دهد که مدل پیش بینی شده دارای دقت و صحت کافی برای تخمین مولفه های شرکت کننده در واکنش است. هم چنین، فعالیت بالای کاتالیست فسفومولیبدیک اسید آن را گزینه مناسبی برای تولید بیودیزل در مقیاس صنعتی کرده است.

    کلیدواژگان: بیودیزل، فسفومولیبدیک اسید، روش برق کافت، طراحی آزمایش
  • زهرا اصفهانی بلندبالایی، خسرو رستمی* صفحات 49-75

    هیدروژن زیستی دارای بالاترین محتوای انرژی شناخته شده تا به امروزاست که بر اثر احتراق آن بخار آب تولید می شود و در تبدیل به الکتریسیته در پیل سوختی بازده زیادی دارد؛ در نتیجه منبع منتخب انرژی پایدار در آینده به شمار می رود. تولید هیدروژن زیستی با روش تخمیر در تاریکینسبت به روش های فتوسنتزی برتری هایی مانند بی نیازی از نور، قابلیت مصرف پیش ماده های متنوع ازجمله قندهای 5 و 6 کربنه و برخی از پساب ها و پس ماندهای تبدیلی با آهنگ و بازدهی زیادتری دارد. تولید هیدروژن تخمیری فرایندی پیچیده و متاثر از چندین عامل است که با روش آماری می توان تاثیر اندرکنش ها را به روش بهتری درک کرد. یکی از روش های افزایش آهنگ و بازدهی فرایند، بهینه سازی تاثیر عوامل انتخابی مانند دما، pH ، نوع و غلظت پیش ماده، تلقیح و عوامل دیگر است که تاثیرموثر بر پاسخ دارند و می توان با به کارگیری روش های آماری به آن دست یافت. برای غربالگری و رگراسیون از روش ANOVA استفاده شده است.در میان روش های آماری گوناگون، طراحی ها مانند تک عاملی، چندعاملی، تاگوچی، پلاکت- برمن، مرکب مرکزی، باکس-بن کن، روش تندترین صعود/ نزول و شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و الگوریتم ژنتیک و رویه پاسخ سطح (RSM) در تولید هیدروژن تخمیری استفاده می شود. مقاله گردآوری حاضر بعضی از برتری ها و کاستی ها و تجزیه و تحلیل روش های طراحی آزمایش و آماری را پوشش می دهد. انتخاب روش صحیح غربالگری، طراحی آزمایش و روش آماری باعث درک بیشتر اندرکنش ها می شود و این دانش عمیق در کاهش تعداد آزمایش ها، هزینه ها، افزایش بازدهی و بهینه سازی فرایند تولید هیدروژن زیستی تخمیردر تاریکیمفید است.

    کلیدواژگان: تولید هیدروژن زیستی با تخمیر در تاریکی، طراحی آزمایش، روش های آماری، پلاکت- برمن، طراحی سطح رویه، شبکه عصبی
  • عباس هاشمی زاده*، مهدی فدایی، علیرضا دولتیاری صفحات 76-81

    بخش عمده ای از مخازن هیدروکربوری کشور را مخازن شکاف دار تشکیل می دهند. مدل های ارایه شدهبرایمدل سازی مخازن شکاف دار از جمله تخلخل دوگانه و تراوایی دوگانه پراکندگی شکاف ها را در مخزن به صورت همگن منظورکرده،ابعادشکافرانسبتبهابعادماتریکس بسیار کوچکتر در نظر می گیرند. اگر شکاف های ناهمگن با ابعاد بزرگ در مخزن وجود داشته باشد، استفاده از این مدل ها نتایج قابل قبولی برای شبیه سازی مخزن ارایه نمی دهد. در نرم افزاراکلیپس300، شبیه سازی مخزن شکاف دار ناهمگن با طول شکاف های زیاد با استفاده از دستور CONDFRAC برای مشخص کردن شکاف تراوای با طول زیاد استفاده می شود که در قسمت هایی از مخزن که خمیدگی دارد به دلیل تشخیص ندادن صحیح صفحه خاص عمود بر صفحه شکاف و هم پوشانی شکاف ها، در نتایج شبیه سازی مخزن خطا صادر می شود. در این مطالعه به منظور رفع کاستی های موجود، روش جدیدی با استفاده از تعریف جعبه ای مشخصات شبکه ماتریکس و شکاف در نرم افزاراکلیپس100 ارایه می شود؛ که باعث سهولت فرایند شبیه سازی مخزن و کاهش مدت زمان اجرای برنامه می شود. مخزن نفتی مورد مطالعه از نوع کربناته و در سازند عرب است که شامل شکاف های ناهمگن با طول زیاداست. نتایج شبیه سازی بین دو روش ارایه شده در این مطالعه، مقایسه می شوند. با مقایسه بین نتایج از روش ناحیه مجزا و روش جدید ارایه شده، مشاهده شد که مقدار اختلاف متوسط نتایج ارایه شده به وسیله این دو روش برای مقدار نفت در جای مخزن کمتر از 1/1% بوده و باعث کاهش حدود 40 درصدی زمان اجرای شبیه سازی شده که نشان دهنده عملکرد بهینه روش جدید ارایه شده است.

    کلیدواژگان: روش نوین، شبیه سازی، مخازن نفتی، شکاف دار ناهمگن، اکلیپس
  • امید احمدی، محمدجواد سیفی، هدا جعفری زاده مالمیری* صفحات 82-96

    روش سنتز سبز جهت تولید نانوذرات با استفاده از عصاره های گیاهی، روشی کارآمد، سریع و کم هزینه می باشد. جهت سنتز نانوذرات نقره از عصاره آبی گیاه آلوورا، با توجه به توانایی احیاکنندگی و پایدارکنندگی مناسب که توسط آنالیز FTIR وجود مواد مختلفی همچون فلاوونوییدها و اسیداستیک در آن تایید شد، و حرارت دهی تشعشعی مایکرویوو در توان های مختلف 480، 640 و 800 وات استفاده شد. پس از انجام آنالیز UV-Vis و DLS بروی نمونه نانوذرات نقره سنتز شده نتایج نشان داد که غلظت های 38.58، 61.52 و 91.35  ppmو همچنین میانگین اندازه ذرات 94، 74 و 61 نانومتر برای نانو ذرات نقره سنتز شده در توانهای مختلف بدست آمد. با شبیه سازی شرایط عملیاتی سنتز نانوذرات نقره با نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) در توان های مختلف (800-480 وات)، به منظور بهینه سازی زمان، انرژی و دمای اعمال شده جهت سنتز نانوذرات نقره با خواص مطلوب، میانگین دمای K 337، توان مناسب اعمال شده 800 وات و زمان فرآیند 175 ثانیه بدست آمد.

    کلیدواژگان: حرارت دهی مایکروویو، سنتز سبز، شبیه سازی، شرایط عملیاتی، عصاره آلوورا، نانوذرات نقره
  • صفحات 99-100
|
  • S. Ahmady-Asbchin* Pages 6-21

    The basis of this research is based on sampling of different parts of Badab Surt Sari spring, including water, soil and sludge. The effect of parameters such as pH, contact time, amount of bacterial biomass and initial concentration of nickel metal ion on the sorption rate was investigated. The final equilibrium time in this experiment was eight hours, but in the first half hour the maximum absorption was made and the number eight is related to the optimal pH. The ion removal isotherm follows the Langmuir model equation and the maximum adsorption capacity of the metal ion was 0.51 mmol/g, Langmuir constant is 49.01, R2 was about 0.994. The use of bacterial biomass without and with metal by means of FT-IR showed that the groups involved, including carboxyl, hydroxyl and the amine. The results indicate that this isolate of rod-shaped bacterium, medium gram-positive filament, containing catalase, methyl red positive, has no motility and belongs to the genus Virgibacillus based on 16 S rDNA gene analysis. The adsorption capacity of nickel metal is very significant in the initial minutes and therefore, the use of the studied bacteria is appropriate in industry and biotechnological processes. The ions studied were adsorbed in the early stages when they were inactive, then in the secondary stage they were actively adsorbed slowly. Therefore, this bacterium has the ability to absorb metal in both live and dead forms.

    Keywords: Bacteria Virgibacillus, Nickel, Isotherms, Surface Groups, Biosorption
  • A. Ghaemi, A. Hemmati* Pages 22-36

    In this research, the adsorption potential of carbon dioxide and hydrogen sulfide storage in metal organic frameworks has been studied and modeled. Studying four different type of micro porous coordination polymer adsorbents metal organic frameworks including MOF-2 (Zn2 (BDC)2), MOF-74 (Zn2 (DHBDC)), IRMOF-1 (Zn4O (BDC)3) and MOF-177 (Zn4O (BTB)2) showed that the adsorbent have different structure caused different performance in gases adsorption. For adsorption isotherm modeling of these adsorbents used two parameters isotherm models. For calculation parameters of the models was used nonlinear regression technique. The results showed that the models have good agreements with experimental data. Hill model has high accuracy to compare with other models. The parameter values of D-R model for all adsorbents showed that the processes were physical adsorption and IRMOF-1 for H2S and MOF-74 and MOF-2 for CO2 adsorption were suitable.

    Keywords: Gas Adsorption, Metal Organic Frameworks, Carbon Dioxide, Hydrogen Sulfide, IsothermModeling
  • M. Helmi, A. Hemmati, P. Aberoomand Azar, K. Tahvildari*, A. Safekordi Pages 37-48

    Today, due to emission of toxic and green gases from the combustion of fossil fuel, science look for renewable and eco-friendly fuels that biodiesel is kind of green fuel and has all properties. In these study, the biodiesel produced from waste cooking oil using phophomolybdic acid (H3PMo12O40). In order to optimize esterification reaction via electrolysis method response surface methodology based on central composite (RSM-CCD) was used. The effect of three main factors of catalyst weight (wt%), methanol to oil molar ratio and time (h) was investigated and all experimental runs were performed at constant electric voltage (10 V) and room temperature. The highest biodiesel yield in the present of 3.58 wt% catalyst, 7.84:1 at 8.24 h were 94.42%. the produced biodiesel in accordance with the ASTM standard. A value of R2=0.9933 indicates that the predicted model sufficient accuracy to estimate the parameters participating in the reaction. Also, the high activity of phosphomolybdic acid catalyst has made it a suitable option for biodiesel production on an industrial scale.

    Keywords: Biodiesel, Phosphomolybdic Acid, Electrolysis Method, Response Surface Methodology(RSM)
  • Z. Esfahani Bolandbalaei, Kh. Rostami* Pages 49-75

    Hydrogen has high energy content known to date, which produces water vapor due to combustion and is converted to electricity by fuel cells with high efficiency, therefore is considered as a candidate of future energy source. Production of bio- hydrogen through dark fermentation can ferment sustainable renewable substances such as C5 and C6, wastewater and converted waste, compared to photosynthetic methods requires no light, has higher production rate and yields. Fermentative hydrogen production is a complex process and is influenced by several factors, statistical methods of optimization offer relatively understandable interaction among the factors. One of the approach to increase the rate and yield of reaction is to screen, model, and optimize factors which have strong influence on the response comprising inucolum, operating temperature, pH, type and concentration of substrates etc by employing appropriate method. For screening factors and performing regression ANOVA is used. The experimental design method used for screening and understanding the effect of factors are one-factor-at-a-time, full factorial, fractional factorial, Taguchi, Plackett–Burman,central composite and Box–Behnken design, steepest inclined or declined, neural network ANN, genetic algorithms and, for optimization response surface methodology is frequently applied. The overview, presents appropriate advantages and disadvantages of analyzing abilities of modeling of experiments and addresses few statistical methods of optimization to understand complex effect of factors on fermentative dark hydrogen production. Such deep knowldge leads in understanding more in details the interactions of complex reactions involved and to select sound statistical method of optimization, resulting in reasonable reduced number of experiments to achieve higher rate and yield of production at lower cost of operation.

    Keywords: Biohydrogen Production by Dark Fermentation, Design of Experiments, Plackett–BurmanDesign, Response Surface Methodology, Neural Network
  • A. Hashemizadeh*, M. Fadaei, A. Dolatyari Pages 76-81

    Fractured reservoirs form a major part of the country's hydrocarbon reservoirs. The proposed models for modeling fractured reservoirs, including dual porosity and dual permeability, consider the dispersion of the fractures in the reservoir to be homogeneous and consider their dimensions to be much smaller than the matrix dimensions. If there are large heterogeneous fractures in the reservoir, the use of these models does not provide acceptable results for reservoir simulation. In Eclipse 300 software, simulation of heterogeneous fractured reservoir with long fracture length is conducted by using CONDFRAC keyword to identify long permeable fractures which causes an error in the parts of the reservoir that have a curvature, due to the lack of correct detection of a specific plate perpendicular to the fracture plate and the overlap of the fractures, causes an error in the reservoir simulation results. In this study, in order to eliminate the existing shortcomings, a new method is presented by using the box definition of matrix and fractures network properties in Eclipse 100 software, which simplifies the reservoir simulation process and reduces the program execution time. The studied oil reservoir is carbonate type in the Arabian Formation, which includes heterogeneous fractures with long length. The simulation results are compared between the two methods presented in this study. Comparing the results of the single medium method with the new method for field oil in place (FOIP), revealed that the average difference between the two methods is less than 1.1% and reduces the simulation execution time by about 40%, which indicates the optimal performance of the new method.

    Keywords: Novel Method, Simulation, Heterogeneous, Fractured Oil Reservoirs, Eclipse
  • O. Ahmadi, M. J. Seifi, H. Jafarizadeh-Malmiri* Pages 82-96

    Green synthesis of metal nanoparticles using plant extracts is an efficient, fast and low cost method. In order to synthesis of silver nanoparticles (AgNPs) using aqueous leaf extract of Aloe vera, due to its reducing and stabilizing agents, such as flavonoids and acetic acid which those were detected by FTIR analysis, and microwave heating, at different powers of 480, 640 and 800 W were used. Synthesized AgNPs were characterized by UV-Vis and DLS analysis, and results indicated that AgNPs with concentrations of 38.58, 61.52 and 91.35 ppm, as well as mean particle sizes of 94, 74 and 61 nm, were obtained, at different powers of microwave, respectively. After simulating the synthesis conditions of the AgNPs using COMSOL Multiphysics in different powers (800-480 W), in order to optimize the time, energy and temperature applied for synthesizing AgNPs, results indicated that AgNPs with desirable properties were fabricated at average temperature, power and processing time of 337 ºK, 800 W and 175 s, respectively.

    Keywords: Aloe Vera Leaf Extract, Green Synthesis, Microwave Heating, Synthesis Conditions, SilverNanoparticles, Simulation