فهرست مطالب

مهندسی شیمی ایران - پیاپی 117 (مهر و آبان 1400)

دوماهنامه مهندسی شیمی ایران
پیاپی 117 (مهر و آبان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/08/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • راهنمای ارسال مقالات
  • سخن سردبیر
  • رحمت سدوده قره باغ، جعفرصادق مقدس صفحه 6
  • محمد مزیدی*، علی سراج، محمد ایازی صفحات 7-22

    در این مقاله عملکرد یک کلکتور خورشیدی صفحه تخت شیشه دار نمونه، در بستر آزمون طراحی و ساخته شده در پژوهشگاه صنعت نفت در شهر تهران به طور تجربی ارزیابی و نتایج پنج آزمون تجربی شامل ارزیابی عملکرد حرارتی، ظرفیت حرارتی موثر، ثابت زمانی، ضریب تصحیح زاویه تابش و افت فشار که بر اساس استاندارد 7129 سازمان ملی استاندارد ایران انجام شده اند، ارایه می شود. نتایج نشان می دهند که بیشترین بازده حرارتی این کلکتور بر مبنای سطح ناخالص و در شرایط ایده آل دمایی برابر با 5/42 درصد است. هم چنین، ظرفیت حرارتی موثر برابر با 42618 ژول بر کلوین و ثابت زمانی آن 106 ثانیه است. به علاوه، برای زاویه تابش 45 درجه، ضریب تصحیح زاویه تابش 85/0 و افت فشار کلکتور مورد آزمایش حدود 500 پاسکال در نرخ جریان جرمی کاری آن است.

    کلیدواژگان: کلکتور خورشیدی، ارزیابی عملکرد، بازده حرارتی، ثابت زمانی، ضریب تصحیح زاویه تابش، استاندارد ملی 7129
  • سیده مریم هاشمی، حدیثه معصومی، بهروز عباسی سورکی، حسین قنادزاده گیلانی* صفحات 23-35

    در این تحقیق،گیاه جعفری به صورت منفرد و توده ای، در دماهای 46، 58 و 68 درجه سلسیوس و در ضخامت های13/0 تا 17/0 میلی متر و بازه زمانی 0 تا 140 دقیقه در یک خشک کن سینی دار آزمایشگاهی خشک شد. نیز، تاثیر عواملی مانند دما و زمان بر نرخ خشک شدن بررسی شد. زمان و رطوبت تعادلی به ترتیب 140 دقیقه و 0003/0 مشاهده شد. هم چنین، منحنی جنبش شناسی فرایند نشان می دهد که خشک شدن بیشتر در مرحله نزولی اتفاق می افتد که به دلیل پایین بودن مقاومت خارجی در مقابل انتقال جرم و حرارت است. در مطالعه اثر دما، مشاهده شد که با افزایش دما از 46 به 68 درجه سلسیوس، گیاه جعفری با شیب بیشتر به رطوبت تعادلی می رسد. سپس، فرایند خشک شدن تک برگ و توده جعفری با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی پیش خور و پیش رو مدل سازی شد و داده های مدل با داده های تجربی مقایسه شدند، که مناسب ترین نتیجه به وسیله شبکه عصبی مصنوعی پیش خور برای تک برگ جعفری، با الگوریتم لونبرگ- مارکوارت و 13 نرون و ضریب تبیین 9987/0 و برای توده جعفری با 9 نرون بهینه و ضریب تبیین 9993/0 به دست آمد که نشان دهنده دقت بالای شبکه عصبی مصنوعی است.

    کلیدواژگان: خشک کن سینی دار، خشک کردن جعفری، شبکه عصبی پس انتشار، الگوریتم لونبرگ- مارکوارت
  • شهرام محبوبی زاده، مهدی حسن زاده*، فریبرز پناهی، زهرا ارزاقی صفحات 36-63

    در سال های اخیر پژوهشگران از ساخت چندسازه های پلی پروپیلن با استفاده از انواع مختلفی از تقویت کننده ها برای افزایش خواص مکانیکی آن ها استقبال کرده اند. در این مقاله، ابتدا چگونگی افزایش خواص مکانیکی چندسازه های پلی پروپیلن در اثر افزودن انواع مختلفی از تقویت کننده های ذره ای و الیافی با منشا های مصنوعی و طبیعی مرور شده است. در همین راستا مشخص شد که ساخت چندسازه های پلی پروپیلن باعث افزایش استحکام نمونه ها و افزایش خواص مکانیکی آن ها می شود. سپس راه های اصلاح سطحی و عمل آوری تقویت کننده ها و به ویژه الیاف طبیعی با روش های شیمیایی و فیزیکی مطالعه شده است. نتایج نشان دهنده افزایش چسبندگی سطح تقویت کننده ها در داخل زمینه پلی پروپیلن است که منجر به افزایش استحکام و ارتقای خواص مکانیکی چندسازه های پلی پروپیلن شده است. براساس نتایج این مقاله می توان انتظار داشت که با استفاده روزافزون از الیاف طبیعی اصلاح شده در چندسازه های پلی پروپیلن و افزودن سایر تقویت کننده های طبیعی یا مصنوعی به آن ها که منجر به شکل گیری چندسازه های هیبریدی می شود، بخش زیادی از پژوهش های آینده در این راستا متمرکز شود.

    کلیدواژگان: چندسازه، پلی پروپیلن، اصلاح سطح، تقویت کننده
  • هانیه شکرکار*، امین کیقبادی صفحات 64-78

    ریزجلبک ها با داشتن ذخایر زیاد کربوهیدرات ها و سرعت بالای رشد، به عنوان یکی ازنوید بخش ترین منابع برای تولید بیواتانول معرفی شده اند. در این تحقیق، بعد از کشت گونه های مختلط ریزجلبک در فتوبیوراکتور، برای افزایش تجمع کربوهیدرات ها در ریزجلبک از راهبرد قحطی نیتروژن استفاده شد. سپس، استخراج قندهای موجود در زیست توده با استفاده از فرایند آبکافت آنزیمی به وسیله آنزیم سلولاز انجام شد. در این مقاله برای نخستین بار، فرایند آبکافت آنزیمی ریزجلبک با در نظرگرفتن شرایط هیدرودینامیکی سیال درون راکتور بررسی شد. نتایج نشان داد که افزایش همزدگی سامانه بیش از غلظت آنزیم، بر بازده آبکافت تاثیر می گذارد. در دورهای بالاتر از rpm 250 که رژیم جریان از آرام به متلاطم تغییر می کند، میزان قند آزادشده بسیار بیشتر از مقادیر در دورهای پایین همزن است. هم چنین، افزودن بافل با جلوگیری از تشکیل گردابه میزان انتقال جرم را و به تبع آن بازده آبکافت را افزایش می دهد؛ اما تغییر نوع همزن تاثیر قابل ملاحظه ای بر فرایند آبکافت ندارد. هم چنین در این تحقیق، تاثیر همزدگی در طول فرایند آبکافت از راه ارزیابی نرخ انتقال جرم بررسی شد.

    کلیدواژگان: انتقال جرم، بافل، ریزجلبک، شرایط هیدرودینامیکی سیال، همزن، آبکافت آنزیمی
  • علیرضا زارع، سید محمدصادق حسینی*، محمدمهدی کامیابی صفحات 79-93

    یکی از اهداف راهبردی در پالایشگاه نفت ستاره خلیج فارس تغییر کاربری واحد تصفیه نفت سفید با سرویس نفتای ترش بوده است. هدف از این پژوهش، شبیه سازی و ارزیابی مبدل های حرارتی پوسته و لوله خروجی راکتور واحد تصفیه نفت سفید برای سرویس نفتاست که به عنوان بخشی از پروژه عظیم تغییر کاربری مذکور بررسی شده است. نتایج شبیه سازی با نرم افزار اچ تی آر آی نسخه 32/6 نشان داد که در تغییر کاربری با سرویس جدید و در حالت بدون در نظر گرفتن رسوب، میزان سطح انتقال حرارت مبدل های مذکور برای انتقال حرارت به میزان 2/22 مگاوات، کافی است؛ اما از آنجا که رسوب گرفتگی مبدل های حرارتی و نیاز راکتور برای رسیدن به دمای 310 درجه سلسیوس و شرایط دمایی پایان عمر کاتالیست به دلیل کک گرفتگی، امری اجتناب ناپذیر بود، می بایست بدترین شرایط عملیاتی نیز بررسی می شد. نتایج شبیه سازی نشان داد که سطح انتقال حرارت مبدل های موجود برای رسیدن به شرایط عملیاتی واقعی باید 24 درصد افزایش یابد. پیشنهادهایی برای جبران سطح انتقال حرارت مطرح شد؛ از جمله افزایش تعداد لوله ها به 1370 شاخه برای هر یک از مبدل ها، افزایش طول لوله ها به 6400 میلی متر،تغییر ساختار پوسته از نوع E به F و یا افزودن یک مبدل مشابه با سامانه موجود به صورت سری، که مورد آخر به عنوان راهکار اقتصادی تر مورد توجه قرار گرفت.

    کلیدواژگان: پالایشگاه نفت ستاره خلیج فارس، تغییر کاربری، سرویس نفتا، رسوب گرفتگی، ارزیابی مبدل های حراراتی، اچ تی آر آی
  • راشد امانی، رضا بیگزاده* صفحات 94-109

    همزن های استاتیک تجهیزاتی برای آمیزش در راکتورهای شیمیایی و افزایش ضریب انتقال حرارت در مبدل های حرارتی هستند. در این تحقیق مشخصه های جریان سیال در لوله های مجهز به همزن های استاتیکی اصلاح شده با ابعاد هندسی متفاوت با روش شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی بررسی شده است. همزن های نوارپیچیده کلاسیک، نوارپیچیده حفره دار و نوارپیچیده V-Cut برای اعداد رینولدز 3000 تا 19000 بررسی شدند. الگوی جریان و افت فشار برای جریان سیال بر روی این همزن ها بررسی شد. هم چنین پس از تایید اعتبار نتایج شبیه سازی، داده های به دست آمده برای آموزش مدل شبکه عصبی مصنوعی استفاده شد. عدد رینولدز و مولفه های هندسی همزن ها به عنوان متغیرهای ورودی شبکه عصبی برای تخمین ضریب اصطکاک استفاده شدند. کارایی مدل ها در تخمین ضریب اصطکاک ارزیابی شد که نتایج بیانگر خطای نسبی کمتر از 1 درصد است. خطای نسبی برای کلیه داده ها در حالت کلاسیک، V-Cut و حفره دار به ترتیب 75/0%، 57/0% و 52/0% و برای داده های ارزیابی به ترتیب 1/1%، 92/0% و 62/0% به دست آمد. 30 درصد داده ها به طور تصادفی برای ارزیابی شبکه عصبی در نظر گرفته شد که دقت بالای تخمین آن ها اعتبار مدل را اثبات می کند.

    کلیدواژگان: همزن استاتیک، ضریب اصطکاک، نوارپیچیده، دینامیک سیالات محاسباتی، شبکه عصبی مصنوعی
  • صفحه 110
|
  • Rahmat Sotoudeh Gharebagh, Moghadas Jafar Sadegh Page 6
  • M. Mazidi Sharfabadi *, A. Seraj, M. Ayazi Pages 7-22

    In this paper, the performance of a typical glass flat plate solar collector is evaluated experimentally by the test bench designed and constructed at Research Institute of Petroleum Industry (RIPI) in the city of Tehran. The results of five experimental tests including thermal performance evaluation, effective heat capacity, time constant, radiation angle correction factor and pressure drop are presented according to the Iranian National Standardization Organization (INSO) standard 7129. The results show that the highest thermal efficiency of the tested collector based on the gross surface area is 42.5% in ideal temperature conditions.In addition, its effective heat capacity is 42618 J/K and its time constant is obtained equal to106 seconds. Furthermore, its radiation angle correction factor is 0.85 for incident angle of 45o and the pressure drop of the tested collector is about 500 Pa for its working mass flow rate.

    Keywords: solar collector, Thermal efficiency, Time constant, Radiation Angle Correction Factor, Pressure drop, Performance Evaluation, National Standard 7129
  • M. Hashemi, H. Masoumi, B. Abbasi Souraky, H. Ghanad Zadeh Gilani * Pages 23-35

    In this study, the single-leaf of parsley and also bulk of particles at temperatures of 46, 58, and 68°C and the thickness of 0.13 to 0.17 mm and the period from 0 to 140 minutes in a laboratory fixed bed dryer dried. Also, the single leaf of parsley and the mass dried in the sun. To dry the parsley in the dryer, five samples were considered for each temperature and the weight of samples during the drying process is continuously recorded until changes in the volume of samples to zero. Then the influence of parameters such as the temperature of the drying rate is examined. Equilibrium time and humidity were observed to be 140 minutes and 0.0003, respectively. Also, the process kinetics curve shows that more drying occurs in the descending phase due to the low external resistance to mass and heat transfer. In studying the effect of temperature, it was observed that with increasing temperature from 46 to 68℃, parsley reaches equilibrium humidity with a greater slope. Then drying process of a single leaf, and parsley mass, using feed-forward neural networks and leading, was modeled and the results of the neural network with the results obtained from experimental data were compared. The best result by a feed-forward neural network for single-leaf parsley with Levenberg - Marquardt algorithm, and 13 neurons and the coefficient of determination 0.9987 and parsley mass with nine neurons optimized and coefficient 0.9993obtainedwhich demonstrates the high accuracy of the artificial neural network.

    Keywords: Tray Dryers, Drying Parsley, Back Propagation, Neural Network, Levenberg–Marquardt Algorithm
  • Sh. Mahboubizadeh, M. Hasanzadeh *, F. Panahi, Z. Arzaqi Pages 36-63

    The fabrication of polypropylene composites using various types of reinforcements to improve the mechanical properties has received much attention in recent years. In this paper, enhancing the mechanical properties of polypropylene composites by adding different classes of natural and synthetic particle and fiber reinforcements were reviewed. Accordingly, it was found that the fabrication of polypropylene composites leads to an increase either in the strength of samples and corresponding mechanical properties. Moreover, surface modification and processing reinforcements, especially natural fibers via chemical and physical methods were studied. The results show an increase in the adhesion of reinforcements surface inside the polypropylene, which results in strength enhancement and improving the mechanical properties of polypropylene composites. The evidence from this study points towards the idea that the increased use of modified natural fibers in polylropylene composites and those natural or synthetic reinforcements which form hybrid composites provide promising research topics in the future.

    Keywords: Composite, polypropylene, Surface modification, Reinforcement
  • H. Shokrkar *, A. Keighobadi Pages 64-78

    Microalgae with reserves of carbohydrates, high growth rate have been introduced as one of the most promising sources for bioethanol production. In this study, after culturing mixed microalgae species in photobioreactors, a nitrogen starvation strategy was used to increase the accumulation of carbohydrates in microalgae. Then, the sugars in the biomass were extracted using enzymatic hydrolysis by cellulase enzyme. For the first time, the enzymatic hydrolysis of microalgae is investigated by considering the dynamic conditions of the fluid inside the reactor. The results showed that increasing the system agitation more than the enzyme concentration affects the hydrolysis efficiency. At high speeds of 250 rpm, where the flow regime changes from slow to turbulent, the amount of sugar released is much higher than the values at low speeds of the stirrer. Also, adding baffle increases the mass transfer rate by preventing the formation of vortices and consequently increases the hydrolysis efficiency. But changingthe type of stirrer does not have a significant effect onthe hydrolysis process. Also in this study, the effect of agitation during the hydrolysis process was investigated by evaluating the mass transfer rate.

    Keywords: Baffle, Mixed microalgae, Hydrodynamic Fluid Condition, stirrer, Enzymatic hydrolysis, Mass Transfer
  • A. R. Zare, S. M. S. Hosseini *, M. M. Kamyabi Pages 79-93

    One of the strategic goals in the Persian Gulf Star Oil Refinery has been to change the use of the Kerosene Hydrotreater with the Sour Naphtha service. The purpose of this study is to simulate and evaluate the shell and tube heat exchangers at the outlet of kerosene Hydrotreater unit’s reactor for Naphtha service which has been studied as part of a massive, change usage project. The simulation results with the HTRI software Version 6.32, showed that in change of useage with the new service andthe without considering fouling, the amount of heat transfer ofthe mentioned heat exchangers will be sufficient for heat transfer of 22.2 Mega Watt. However, due to the fouling of the heat exchangers andthe need of the reactor to reach a temperature of 310 degrees Celsius and the temperature conditions at the end of catalyst life due to coke, it was inevitable that worst operating conditions had to be considered.The simulation results showed that heat transfer surface area of heat exchangers must be increased by 24% to achieve the actual operating conditions.Suggestions for compensating the heat transfer surface area, including increasing the number of tube to 1370 branches for each of heat exchangers, Increase length of the tubes to 6400 mm, changethe shell structure from type E to F or adding a new heat exchanger similar to the existing system, in series with those, was proposed that latter was considered as a more economical solution.

    Keywords: Persian Gulf Star Oil Refinery, Change Usage, Naphtha Service, Fouling Formation, Heat Exchanger Evaluation, HTRI
  • R. Amani, R. Beigzadeh * Pages 94-109

    Static mixers are applied for increasing the mixing in chemical reactors as well as for increasing the heat transfer coefficient in heat exchangers. In the study, fluid flow characteristics in tubes equipped with modified static mixers with different geometric parameters were investigated by computational fluid dynamics. The classic twisted tape, perforated twisted tape, and V-Cut twisted tape were evaluated for Reynolds numbers between of 3000 to 19000. The fluid flow and pressure drop for the mixers were investigated. The validated simulation results were employed to train the artificial neural network model. Reynolds number and geometric parameters of the mixers were used as input variables of the neural network for predicting the friction factor. The model accuracy for estimating the friction factor was investigated and a relative error of less than 1% was obtained. The main relative errors for all data in classical, V-Cut, and perforated twisted tape were 0.75%, 0.57%, and 0.52%, respectively, and for validation data were 1.1%, 0.92%, and 0.62%. 30% of the data were randomly selected for the neural network to prove the model validity.

    Keywords: Static Mixers, friction factor, Twisted Tape, Computational Fluid Dynamics, Artificial Neural Network