فهرست مطالب

مهندسی شیمی ایران - پیاپی 118 (دی 1400)

دوماهنامه مهندسی شیمی ایران
پیاپی 118 (دی 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/10/01
  • تعداد عناوین: 8
|
  • سرمقاله
  • سیامک علی پور*، امیر حسین قافله باشی، چیا سواری صفحات 7-21
    اسید لویولینیک به عنوان یکی از ترکیبات واسطه تبدیل زیست توده به مواد با ارزش افزوده بالا معرفی شده است. در این مطالعه، فرایندهای تبدیل گلوکز و فرکتوز به اسید لویولینیک در محیط آبی و در حضور اسید کلریدریک به عنوان کاتالیست بر مبنای داده های منتشرشده طراحی شده اند. واحدهای تولیدی بر اساس آهنگ خوراک ورودی 300 تن در روز، 330 روز کاری در سال و عمر مفید 20 سال طراحی شده اند. برآورد حداقل قیمت فروش اسید لویولینیک با فرض 10% نرخ بازگشت داخلی سرمایه بررسی شده است. طبق تجزیه و تحلیل اقتصادی، حداقل قیمت فروش اسید لویولینیک تولیدی از فرکتوز و گلوکز به ترتیب 457/1 و 628/1 دلار بر کیلوگرم برآورد شده است. آنالیز حساسیت انجام شده بر روی حداقل قیمت فروش محصول بیانگر این موضوع است که در این فرایندها، قیمت خوراک و بازده تولید اسید لویولینیک دو متغیر مهم در تعیین حداقل قیمت فروش محصول هستند.
    کلیدواژگان: اسید لویولینیک، امکان سنجی فنی- اقتصادی، زیست توده، گلوکز، فرکتوز
  • مرتضی گل محمدی*، مهرداد رکنی، علیرضا محمدی صفحات 22-34
    نانوذرات دی اکسید قلع بهروش سبز با استفاده از افشره میوه زیتون تلخ به طور موفقیت آمیز تولید و به کمک تجزیه های XRD و SEM مشخصه یابی شد. نانوذرات تولیدشده برای تخریب رنگ اریو کروم بلک تی1 (EBT) محلول در آب در زیر لامپ UV استفاده شد. هم چنین با استفاده از طراحی آزمایش ها به روش رویه پاسخ، اثر مولفه های تاثیرگذار نظیر pH (2 تا 10) اولیه محلول رنگی، زمان واکنش (5/0 تا 4 ساعت) و مقدار کاتالیزور(05/0 تا 15/0 گرم) بر روی بازده حذف رنگ بررسی و بهینه شد. نتایج نشان داد که نانوذرات دی اکسید قلع خالص با اندازه ذرات نانومتری به کمک این روش سبز تولید شده است. هم چنین، با کمک طراحی آزمایش مشخص شد که عامل pH بیشترین تاثیر را بر بازده تخریب رنگ داشته است. با توجه به نتایج بهینه سازی، بیشترین بازده تخریب فتوکاتالیستی رنگ در حدود 94 درصد در pH برابر با 25/3، زمان 6/3 ساعت و 14/0 گرم از فتوکاتالیزور به دست آمد.
    کلیدواژگان: تولید سبز، زیتون تلخ، نانوذره دی اکسید قلع، اریو کروم بلک تی، طراحی آزمایش ها
  • توحید قزلقشلاقی، سعید زینالی هریس*، ماریا نوروزی گزکوه، یاشار اسلامیان صفحات 35-49

    اغلب تشکیل هیدرات در سامانه های انتقال و توزیع گاز نامطلوب است و معمولا به روش های مختلف از تشکیل آن جلوگیری می شود. در این پژوهش به بررسی امکان قطع موقت جریان گاز در خطوط از راه تشکیل هیدرات یا تشکیل یخ (به صورت کنترل شده) در محل مورد نظر از خطوط لوله گاز برای انجام تعمیرات، ارایه روش انجام این کار و نیز نحوه رفع آن پس از خاتمه عملیات تعمیرات و با در نظر گرفتن موارد ایمنی پرداخته شد و بهترین روش پیشنهادی بر اساس بهترین یا نزدیک ترین معیار عملیاتی و کاربردی شدن ارزیابی شد. کلیه داده های تجربی موجود برای گاز طبیعی جمع آوری و دمای تشکیل هیدرات با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی مدل RBF  (شبکه تابع پایه شعاعی) در محیط نرم افزار متلب شبیه سازی و این نتایج با داده های تجربی مقایسه شد. میانگین مربعات خطا برای این شبکه های عصبی مصنوعی کمتر از مقدار مطلوب است. در ادامه یکی از کاربردی ترین موارد بررسی شد و مورد تحلیل و بسط برحسب فرمول بندی ثابت ها و متغیرهای ریاضی برای کاربردی شدن قرار گرفت. برای تشکیل همزمان هیدرات و یخ در داخل لوله لازم است تا دمای گاز طبیعی از  °F60 به °F 32 رسانده شود؛ برای این منظور سیال خنک کننده دستگاه، مایع نیتروژن در دمای °C79/195- ضروری است.

    کلیدواژگان: گاز طبیعی، هیدرات، تعمیرات، قطع کننده یخی جریان
  • جعفر قیدرخلجانی*، محمد حسین کریمی گوارشکی، مهسا بابایی، شهره مسجدی صفحات 50-65
    تولید امن و مقرون به صرفه اسید بنزوییک به عنوان یک ماده شیمیایی بسیار مهم و پرکاربرد از اهمیت ویژه ای برخوردار است؛ به ویژه این که درصد بالایی از خطرات کارخانه های صنایع شیمیایی، ریسک هایی هستند که در صورت بروز به انفجار و صدمات جبران ناپذیر انسانی، مادی و زیست محیطی منجر می شوند. هدف این مقاله، ارایه رویکردی برای شناسایی، بررسی و کنترل ریسک‏های عملیاتی و زیست محیطی و علت رخداد آن‏هاست. بدین منظور از روش تجزیه خطر و قابلیت عملیات (HAZOP) به عنوان یکی از روش‏های کیفی پرکاربرد در صنایع شیمیایی و محاسبه عدد ریسک به کمک ریاضیات فازی، به منظور ارایه یک مقدار کمی برای انواع ریسک استفاده شد. با تحلیل فرایند مجموعا 32 ریسک شناسایی شد که 25 ریسک (12/78%)، ریسک انفجار، آتش سوزی و آسیب های زیست محیطی جدی را به دنبال دارد که می توان با پیشگیری و کنترل، از صدمات مادی و انسانی وسیعی جلوگیری کرد. نتایج نشان داد که در دسته بندی ریسک ها بر مبنای احتمال وقوع، حدود 6 درصد از ریسک های این فرایند دارای احتمال زیاد، حدود 5/12 درصد دارای احتمال متوسط و حدود 81 درصد دارای احتمال پایین هستند. از منظر شدت اثر ریسک، 78درصد از خطرات اثر تخریبی خطرناک، 62/15 درصد اثر تخریبی متوسط و 25/6 درصد اثر تخریبی پایین دارند؛ این یعنی بیشتر خطرها در کارخانه های صنایع شیمیایی، اگرچه احتمال وقوع بالایی ندارند ولی در صورت بروز، فاجعه آفرین   خواهند بود و تاثیرجبران ناپذیری خواهند گذاشت.
    کلیدواژگان: ریسک، تکنیک HAZOP، اسید بنزوئیک، اعداد فازی
  • میثم محمدی سعادت، سمیه نوروزبهاری*، مجید اسماعیلی صفحات 66-77

    روند رو به افزایش انتشار گازهای آلاینده، به‌ویژه گازهای گلخانه‏ای مانند کربن‏دی‏اکسید (CO2) و نقش آن‌ها در گرمایش کره زمین، تحقیقات بسیار زیادی را برای جداسازی این گازها در پی داشته است. به این منظور، فناوری تماس‌دهنده غشایی الیاف توخالی (HFMC)، با داشتن برتری‌هایی نسبت به فرایندهای مرسوم جداسازی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از موارد برتری‌ این روش می‌توان به مصرف کمتر انرژی، نیازمندی به فضای کم، فراهم‌آوردن سطح تماس بالای انتقال جرم و افزایش مقیاس راحت ‏تر، اشاره کرد. از این رو در مقایسه با روش ‏های مرسوم جداسازی مانند جذب شیمیایی در برج ‏های پرشده، جذب سطحی و تقطیر تبریدی، HFMC را می ‏توان جایگزینی مناسب برای جداسازی گازهای آلاینده به‌ویژه CO2 که مهم‏ترین گاز گلخانه‏ای است، در نظر گرفت. در این مقاله، ویژگی های فنی و عوامل موثر بر عملکرد جداسازی HFMC به‌همراه نتایج تعدادی از مطالعات محققان خارجی و داخلی بررسی و چند شرکت خارجی فعال در این زمینه معرفی شده است.

    کلیدواژگان: تماس دهنده غشایی، الیاف توخالی، کربن‏دی‏اکسید، جداسازی
  • مهوش انوری نژاد، هدا جعفری زاده مالمیری*، افشین جوادی، صدیف آزادمرد دمیرچی صفحات 78-87

    در تحقیق نانوذرات اکسید روی با استفاده ازعصاره هیدروالکلی میخک، به عنوان عامل طبیعی کاهنده و با استفاده از سه روش حرارت دهی هیدروترمال (دمای ° C 121 و فشار 5/1 بار به مدت15 دقیقه)، مایکرویو (توان 800 وات و برای مدت زمان 3 دقیقه) و حرارت دهی با هیتر همزن دار (دمای ° C 150 و مدت زمان 2 ساعت) سنتز شد. ویژگی های عصاره مذکور و نانوذرات سنتز شده با استفاده از تجزیه های GC-MS ،XRD،SEM  و خصوصیات آنتی اکسیدانی نانوذرات به روش DPPH و فعالیت ضدباکتریایی به روش انتشار چاهک ارزیابی شد. نتایج حاصل از GC-MS نشان داد که عصاره مذکور حاوی ترکیبات اصلی احیا کننده شامل اوژنول و بتاکاریوفیلن است. 4 گرم نمک نیترات روی و مقدار 20 میلی لیتر عطرمایه میخک با هم، مخلوط و پس از حرارت دهی با سه روش مذکور، در کوره با دمای ° C 400 و برای مدت 2 ساعت قرار داده شد تا پودر زردرنگ نانوذرات اکسید روی حاصل شود. نتایج نشان داد که متوسط اندازه بلورینگی نانوذرات سنتز شده با استفاده از مایکرویو، اتوکلاو و هیتر همزن دار به ترتیب 45، 50 و 52 نانومتر است. هم چنین با سه روش مذکور نانوذرات اکسید روی با خاصیت آنتی اکسیدانی 89، 85 و 80 درصد بازدارندگی رادیکال های آزاد و خاصیت رنگ بری متیلن بلو تا 79، 70 و 66 درصد است. هم چنین نتایج نشان داد که نانوذرات سنتز شده خاصیت ضدباکتریایی بالایی در برابر هر دو گونه باکتری های اشریشیاکلی و استافیلوکوکوس اوریوس، دارند.

    کلیدواژگان: خاصیت ضدمیکروبی، خاصیت آنتی اکسیدانی، سنتز سبز، عصاره میخک، نانوذرات اکسید روی، مایکرویو، اتوکلاو
  • صفحات 90-93
|
  • S. Alipour *, A. H. Ghafelebaashi, Ch. Savari Pages 7-21
    Levulinic acid (LA) has been reported as an important building block in the road map of converting biomass to value added compounds. Since LA is a versatile molecule, techno-economic analysis of its production from C-6 monosaccharides has been investigated. In this study, the process of glucose and fructose conversion to LA was designed in an aqueous solution in presence of HCl as the homogeneous acid catalyst based on published data. In order to perform the economic analysis, parameters were considered as feed mass flow rate 300 tons/day, working days per year 330, plant lifetime of 20 years, and 10% internal interest rate. Based on economic evaluations, the minimum selling price (MSP) of LA produced from fructose and glucose were 1.457 and 1.628 $/Kg, respectively. Sensitivity analysis was conducted to investigate different parameters impacts on MSP. Results indicate that feed price and product yield are major affecting parameters.
    Keywords: Levulinic acid, Techno-Economic Evaluation, Biomass, Glucose, Fructose
  • M. Golmohammadi *, M. Rokni, A. R. Mohammadi Pages 22-34
    Tin oxide nanoparticles were synthesis successfully using Melia Azedarach seed extract and was characterized by XRD and SEM analyses. SnO2 NPs were employed to degrade the Eriochrome Black T (EBT) dye in an aqueous solution under UV light. Moreover, the responsible surface method (RSM) was employed to investigate the effect of three parameters, including reaction time (0.5 to 4h), catalyst loading (0.05 to 0.15g), and initial pH of the dye solution (2 to 10) on the photocatalytic degradation yield as well as to optimize of EBT degradation reaction. The result demonstrated that pure tin oxide NPs were synthesized by applying this green route. Furthermore, the RSM results showed that the pH factor has the greatest effect on dye degradation. According to the optimization results, the highest photocatalytic degradation efficiency of the dye was about 94% at pH = 3.25, time = 3.6 h, and adsorbent dosage = 0.14g.
    Keywords: Green synthesis, Melia Azedarach, Tin oxide nanoparticles, EBT, Design Experiment
  • T. Ghezelgheshlaghi, S. Zeinali Heris *, M. Norouzi Gaz-Koh, Y. Eslamian Pages 35-49

    Hydrate formation is often undesirable in gas transmission and distribution systems and is often prevented from forming by various methods. In this study, the possibility of interrupting the flow of gas through the formation of hydrates or the formation of ice (controlled) at the desired location pipelines for repairs, the method of doing this, as well as how to resolve it after completion of repairs and safety considerations has been considered and the best approach has been evaluated based on the best or the nearest operational and operational criteria. All experimental data for natural gas are collected and the hydration formation temperature is simulated using artificial neural networks of the RBF model in the software environment of MATLAB. These results are compared with the experimental data, the mean square error for these artificial neural networks are less than optimal. In this study, the effect of the presence of nanomaterials on the formation of natural gas hydrates on simulated temperature and pressure parameters using artificial neural networks RBF (time series) has been empirically derived from valid papers In the following, one of the most practical cases has been studied and analyzed and expanded according to the formulation of mathematical constants and variables to be applied. For the simultaneous formation of hydrate and ice inside the tube, it is necessary to raise the temperature of natural gas from 60°F to 32°F, for this purpose, the cooling fluid of the device is nitrogen liquid at a temperature of -195.79 °C.

    Keywords: Natural gas, hydrate, Repairs, Ice Flow Breaker
  • J. Gheidar-Kheljani *, M. H. Karimi Govareshki, M. Babaei, Sh. Masjedi Pages 50-65
    Safe and cost-effective production of benzoic acid as an important material in the production of industries such as food, pharmaceutical, plastic, iron and steel, military, etc. especially under sanctions conditions, has particular importance, especially that a high percentage of the risks of chemical industry factories are risks that lead to explosions and human irreparable, material and environmental damages. The aim was to present an approach to identify, investigate and control operational and environmental risks and the cause of these risks. For this purpose, HAZOP technique as one of the most widely used techniques in chemical industry and calculation of risk number was used by fuzzy mathematics to provide a numerical value for different risk types. A total of 32 risks were identified by process analysis, of which 25 (78.12%) have the risks of explosions, fires and serious environmental damages that we can avoid extensive material and human damages by prevention and control.
    Keywords: risk, HAZOP Technique, benzoic acid, Fuzzy Numbers
  • M. Mohammadi Saadat, S. Norouzbahari*, M. Esmaeili Pages 66-77

    The increasing trend of pollutant gases emission into the atmosphere, particularly greenhouse gases, such as carbon dioxide (CO2) and their role in global warming, has led to numerous investigations to separate these gases. For this purpose, the hollow fiber membrane contactor (HFMC) technology, possessing advantages over traditional separation processes, has drawn a great deal of attention. Some of these advantages include consumption of less energy, low footprint, providing high contact area for mass transfer, and easier scale up. Therefore, compared to traditional separation methods, such as chemical absorption in packed columns, adsorption, and cryogenic distillation, HFMC might be considered as a proper alternative for separation of pollutant gases, more specifically CO2, which is the most important greenhouse gas. In this paper, technical characteristics and effective parameters on separation performance of HFMC along with a number of studies conducted by foreign and internal researchers have been investigated and some active companies involving in this field have been also introduced.

    Keywords: Membrane Contactor, Hollow fiber, Carbon Dioxide, Separation
  • M. Anvarinezhad, H. Jafarizadeh-Malmiri *, A. Javadi, S. Azadmard-Damirchi Pages 78-87

    In the present study, zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) have been synthesized using hydroalcoholic clove extract and three accelerated heating methods namely, hydrothermal (at 121 °C and 1.5 bar), microwave irradiation (power of 800 W for 3 min) and conventional heating using a heater and stirrer (at 150 °C for 2 h). Characteristics of the  prepared clove extract and synthesized ZnO NPs have been evaluated using GC-MS, XRD and SEM analyses and their antioxidant and antibacterial activities have been measured using DPPH and agar diffusion techniques.   GC-MS analysis indicated that the provided extract had contained two main bioactive compounds of Eugenol and β-caryophyllene, which both of them are natural reductant agents. In order to synthesis ZnO NPs, 4 g of zinc nitrate and 20 mL of the provided clove extract had been mixed together  and after heating the mixture solutions using three different heating methods,the solutions have been placed into the laboratory furnace adjusted at 400°C for 2h to result in pale yellow powder. Obtained results indicated that the synthesized ZnO NPs using microwave, autoclave and heater and stirrer, had particle size of 45, 50 and 52 nm, antioxidant activity of 89, 85 and 80% and methylene blue degradation of 79, 70 and 66%, respectively. Furthermore, results indicated that the synthesized ZnO NPs have high antibacterial activity against both bacteria strains of Escherichia coli and Staphylococcus aerous.

    Keywords: Antimicrobial activity, Antioxidant activity, Clove Extract, Green Synthesis Zinc Oxide Nanoparticles