فهرست مطالب

علوم و مهندسی جداسازی - سال سیزدهم شماره 2 (پیاپی 26، پاییز و زمستان 1400)

نشریه علوم و مهندسی جداسازی
سال سیزدهم شماره 2 (پیاپی 26، پاییز و زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/18
  • تعداد عناوین: 8
|
  • محمود برفه ای، غلامعباس پارساپور* صفحات 1-12

    در فلوتاسیون کانی های سولفیدی، تنظیم pH و میزان مصرف مواد شیمیایی بسیار مهم است. در بیشتر مدارهای فلوتاسیون مس میزان مصرف آهک و درنتیجه میزان pH با توجیه رسیدن به پایداری بیشتر کف، بسیار بیشتر از حالت استاندارد است. از این رو در این تحقیق با هدف تعیین تاثیر pH و مواد شیمیایی بر پایداری کف، آزمون های فلوتاسیون مس بر روی خوراک تهیه شده از کارخانه فرآوری مس محمدآباد دلیجان با روش تاگوچی طراحی و پایداری کف در این آزمایش ها با تعیین نیمه عمر کف بررسی گردید. نتایج نشان داد که بر خلاف نظر معمول در بیشتر کارخانه ها، تاثیر pH بر پایداری کف بارز نیست. در مقابل مشخص شد که کلکتورهای Z11 و TC15 تاثیر بارزی بر پایداری کف دارند. علاوه بر این مشخص شد که در محدوده مصرف عملیاتی، تاثیر کف ساز Dowfroth250 بر خلاف کف ساز MIBC بر پایداری کف بارز می باشد. در نهایت مشخص شد در صورتی که pH برابر 2/11، میزان مصرف کلکتورهای Z11 و TC15 به ترتیب برابر 20 و 15 گرم بر تن و میزان مصرف کف سازهای MIBC و Dowfroth250 نیز به ترتیب 20 و 15 گرم بر تن باشد، بالاترین پایداری کف حاصل می شود.

    کلیدواژگان: فلوتاسیون، آهک، pH، کف ساز، پایداری کف
  • جعفر عبدی* صفحات 13-26
    در پژوهش حاضر، به منظور مطالعه و پیش بینی فرآیند جذب سطحی آلاینده دارویی کتورولاک ترومتامین (KTC) بر روی جاذب متخلخل چارچوب فلز آلی UiO-66 یک مقایسه جامع بین مدل های مختلف سینتیک جذب و انتقال جرم صورت گرفته است. در ابتدا یک مدل سینتیکی جدید توسعه داده شده و با مدل های سینتیکی الوویچ و چهار شکل مختلف از مدل شبه مرتبه دوم مقایسه شده است. علاوه بر این، مدل های مختلف انتقال جرم از جمله وبر و موریس، نفوذ فیلمی مایع، بانگهام و بورت و مک کی و همکاران جهت تعیین مکانیسم انتقال جرم مولکول های دارو بر روی جاذب مورد بررسی قرار گرفته است. داده های تجربی اندازه گیری شده در آزمایشگاه با مدل های فوق تطبیق داده شده و نتایج بدست آمده نشان دادند که مدل شبه مرتبه دوم-1 و پس از آن مدل سینتیکی توسعه داده شده به ترتیب با ضرایب همبستگی (R^2) 999/0 و 994/0 می توانند به عنوان بهترین مدل برای توصیف سرعت فرآیند جذب مورد استفاده قرار گیرند. همچنین بررسی نتایج مدل های انتقال جرم نشان داد که نفوذ فیلمی و نفوذ درون ذره ای هر دو در کنترل مکانیسم انتقال جرم نقش دارند و با افزایش غلظت آلاینده دارویی، ضخامت لایه مرزی و تاثیر آن در فرآیند جذب سطحی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: تصفیه آلاینده دارویی، چارچوب های فلز آلی، مدلسازی انتقال جرم، مدلسازی سینتیکی، فرآیند جذب سطحی
  • سلیمان مصلح*، حدیث خاکسار صفحات 27-38
    در این پژوهش با طراحی و ساخت یک راکتور تجزیه نوری بستر ثابت، عملکرد تخریب تولوین مورد ارزیابی قرار گرفته است. نقش عوامل موثر بر فرآیند بررسی شد و نتایج نشان داد که در شرایط بهینه، سامانه طراحی شده قادر است تولوین را تا میزان 30/95 % تخریب نماید. شبیه سازی راکتور بر اساس دینامیک سیالات محاسباتی با هدف پیش بینی رفتار هیدرودینامکی جریان و تعیین غلظت تولوین در طول راکتور انجام شد. یافته ها نشان داد که مدل پیشنهاد شده قادر است با دقت بالایی نرخ تخریب تولوین را در طول راکتور پیش بینی نماید. مقایسه عملکرد سامانه طراحی شده با سایر سامانه ها نشان داد که سامانه حاضر نه تنها می تواند غلظت بالاتری از تولوین را در زمان کمتری تخریب نماید، بلکه به مقدار کاتالیزگر نوری کمتری در واحد سطح نیاز دارد که این مساله به لحاظ اقتصادی بسیار حایز اهمیت است. نتایج حاصل از این پژوهش می تواند در طراحی راکتورهای تجزیه نوری برای عملکرد در مقیاس صنعتی مفید واقع شود.
    کلیدواژگان: تخریب، شبیه سازی، راکتور تجزیه نوری، ترکیبات آلی فرار، دینامیک سیالات محاسباتی
  • داوود خفری نژاد، الهام عامری، سید حمید اسماعیلی فرج* صفحات 39-51
    در این تحقیق مطالعه تجربی و مدلسازی ریاضی فرآیند جذب گازهای دی اکسید کربن و سولفیدهیدروژن با استفاده از جاذب نانوسیال سیلیس-آب در یک برج پرشده انجام شده است. یک دستگاه آزمایشگاهی متشکل از دو برج پرشده با حلقه های راشیگ پلاستیکی جهت فرآیند جذب و دفع آماده شد. آزمایشات تجربی برای سه شدت جریان 3، 7 و 15 لیتر بر دقیقه برای گاز و 0/35، 0/50 و 1 لیتر بر دقیقه برای مایع انجام شده و کسر مولی دی اکسید کربن و سولفیدهیدروژن در دو فاز گاز و مایع بدست آمده است. سپس با استفاده از موازنه جرم کلی و جزیی، سیستم مورد بررسی مدل شده است. مقایسه نتایج مدل بدست آمده با نتایج تجربی نشان از تطابق نزدیک بین داده های تجربی و مدل دارد و متوسط خطای نسبی حدود 10 درصد بوده است. با استفاده از مدل بدست آمده نمودار غلظت اجزاء، شار مولی انتقال جرم و شار جرمی برای مایع و گاز ترسیم شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش شدت جریان گاز میزان شدت انتقال جرم افزایش می یابد و شیب تغییرات کسر مولی در هر دو فاز مایع و گاز افزایش می یابد. از طرفی شار انتقال جرم فاز گاز در شدت جریانهای بالای خوراک گازی بیش از دو برابر افزایش نشان می-دهد. همچنین شدت انتقال جرم دی اکسید کربن بیشتر از سولفید هیدروژن بوده است که علت آن بالاتر بودن غلظت دی اکسید کربن در گاز ورودی است.
    کلیدواژگان: جذب، نانوسیال، نانوذرات سیلیس، برج پر شده، مدلسازی
  • حامد رشیدی*، مریم صحرایی صفحات 52-60
    در سال های اخیر حذف گاز دی اکسیدکربن به عنوان مهمترین گاز گلخانه ای مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش عملکرد حلال ترکیبی پتاس- گلیسیرین در فرآیند جذب دی اکسیدکربن با استفاده از میکروراکتور مطالعه شده است. آزمایش ها در شرایط عملیاتی مختلف شامل: جریان حلال ورودی (8-4 میلی لیتر بر دقیقه)، غلظت حلال پتاسیم هیدروکسید (7/0 - 3/0 مولار) و غلظت گلیسیرین (30 - 0 درصد وزنی) در دمای ثابت 40 درجه سلسیوس انجام شد. درصد جذب کربن دی اکسید و ضریب کلی انتقال جرم حجمی برمبنای فاز گاز (KGav) به عنوان پاسخ در نظر گرفته شد. نتایج نشان می دهد که با افزایش مقدار گلیسیرین به عنوان یک حلال فیزیکی از صفر تا 30 درصد وزنی، درصد جذب از 13/59 به 1/66 درصد افزایش می یابد. همچنین افزایش غلظت گلیسیرین علیرغم افزایش گرانروی سیال منجر به افزایش ضریب کلی انتقال جرم از kmol/m3.hr.kPa 50/55 به 53/66 در میکروراکتور می شود. مقایسه مقادیر گزارش شده KGav در این پژوهش با مقادیر محاسبه شده برای منواتانول آمین در یک برج پرشده نشان داد که ضریب کلی انتقال جرم حجمی بر مبنای فاز گاز در میکروراکتور حدود 60 برابر بزرگ تر از یک برج پرشده است که نشان دهنده عملکرد بهتر انتقال جرم میکروراکتور می باشد.
    کلیدواژگان: جذب، دی اکسیدکربن، میکروراکتور، پتاسیم هیدروکسید، گلیسیرین
  • مهدی صدیقی* صفحات 61-78

    کلینوپتیلولیت نوعی زیولیت طبیعی است که به دلیل فراوانی، ارزانی، سطح ویژه مناسب و عوامل فعال سطحی برای حذف آلاینده ها مناسب است. هدف از این پژوهش، بررسی حذف یون های آهن و فسفات در محلول آبی با استفاده از زیولیت طبیعی کلینوپتیلولیت است. میزان حذف این آلاینده ها توسط جاذب در شرایطی مانند روش اصلاحی، غلظت جاذب به آلاینده، زمان تماس و pH مورد بررسی قرار گرفت. اصلاح جاذب با محلول های اسیدی منجر به حذف یون آهن به میزان 87% در 2/6= pHو 40 D/C= و حذف یون فسفات به میزان 91% در 4/5 =pH و 40D/C= شد. تاثیر نسبت غلظت جاذب به آلاینده و pH نیز به عنوان عوامل مهم در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفتند. بررسی مدل های مختلف ایزوترم جذب سطحی دلالت بر این دارد که مدل لانگمویر برای فسفات با بیشترین جذب برابر mg/g 25/62 و مدل فروندلیچ برای آهن با بیشترین جذب برابر mg/g 35/48 مناسب هستند. مطالعه حاضر نشان داد که کلینوپتیلولیت با روش اصلاحی می تواند به عنوان جاذب موثر و ارزان قیمت برای حذف آهن و فسفات از محلول های آبی استفاده شود.

    کلیدواژگان: زئولیت طبیعی، کلینوپتیلولیت، ایزوترم، آهن، فسفات
  • علیرضا فضلعلی*، محسن روشنایی صفحات 79-91
    در عملیات جداسازی با استفاده از فرآیند تقطیر، برج های پر شده بخاطر وجود محاسنی نظیر راندمان بالا مورد توجه می باشند. در این پژوهش جداسازی اکسید دوتریوم (D2O) (آب سنگین) و اکسید هیدروژن (H2O) (آب معمولی) با استفاده از یک برج پر شده در شرایط خلاء نسبی بصورت ناپیوسته بررسی شد. در انجام این آزمایش ها از آب سنگین با غنای %10 ، %50 و %90 استفاده شده و جداسازی با استفاده از آکنه های شبه دیکسون از جنس فولاد زنگ نزن مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور طراحی آزمایش فاکتوریل انجام شد که در آن اثرات غلظت آب سنگین، فشار و میزان جریان برگشتی بر میزان ارتفاع معادل سینی تیوری (HETP) در برج بررسی شد. در این میان اثر غلظت بیشتر از دو متغیر دیگر بود و با بهینه سازی انجام گرفته این نتیجه حاصل شد که در حالتی که همه متغیرها در حالت کمینه خود باشند، کمترین (بهترین) ارتفاع معادل حاصل خواهد شد. همچنین آزمایش ها نشان داد که پارامتر فشار به تنهایی در محدوده مورد بررسی بر میزان جداسازی بی اثر است، گرچه بر همکنش آن با فاکتورهای دیگر معنی دار ارزیابی شد.
    کلیدواژگان: ایزوتوپ های پایدار، دوتریوم، تقطیر، ارتفاع معادل
  • احسان چهرازی* صفحات 92-103
    فناوری غشایی به دلیل عملکرد قابل قبول در کاهش انتشار روزافزون گاز دی اکسیدکربن در محیط زیست، از جهت تجربی و تیوری، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است. در این تحقیق، دو مدل ماکسول اصلاح شده و لوییس - نیلسن اصلاح شده برای تخمین داده های تجربی عبوردهی گاز از غشاهای بستر مخلوط پلی ایمید/نانوذرات سیلیکا و پلی سولفون/نانوذرات سیلیکا توسعه داده می شوند. این مدل ها به نحوی توسعه داده می شوند که نقش مهم حفرات بین سطحی میان نانوذرات معدنی و بستر پلیمر در نظر گرفته شود. بعلاوه، نتایج تخمین مدل های توسعه داده شده، با نتایج تخمین مدل های نظری سنتی مانند مدل ماکسول، مدل براگمن، مدل لوییس-نیلسن و مدل پال مقایسه می شوند. با وارد کردن مقدار ضخامت لایه حفرات بین سطحی، اندازه گیری شده از تصاویر میکروسکوپی، در مدل ماکسول اصلاح شده در این تحقیق، داده های تجربی عبوردهی گاز با خطای کمتر از 6% تخمین زده شدند. در حالیکه خطای مدل های سنتی نسبتا زیاد و در حدود 30% بدست آمد.
    کلیدواژگان: جداسازی گاز، غشای بستر مخلوط، نانوذرات سیلیکا، مدل سازی، حفرات بین سطحی
|
  • Mahmoud Barfaei, Gholamabbas Parsapour * Pages 1-12

    In the flotation of sulfide minerals, pH and reagent dosage is very important. In the majority of copper flotation circuits, based on an idea, the pH is higher than standard values to increase the froth stability. In this study, to determine the effect of pH and reagent dosages on the froth stability, flotation tests based on the Taguchi design (L27) were performed on a sample of flotation circuit of the Mohammadabad-E-Delijan copper company, and froth stability (froth half-life time) was measured. The results showed that, unlike the idea, pH does not have a significant effect on the froth stability. Also, it was shown that froth stability was affected by collector’s (Z11 and TC15), and Dowfroth250 (frother) dosages and was not affected by MIBC (frother) dosage. Finally, the highest froth stability was resulted when pH was 11.2, Z11, TC15, Dowfroth250, and MIBC dosages were 20, 15, 20, and 15 g/t, respectively.

    Keywords: flotation, lime, pH, Frother, Froth stability
  • Jafar Abdi * Pages 13-26
    In this study, a comprehensive comparative analysis between various adsorption kinetic and mass transfer models were carried out to investigate and predict the adsorption process of ketorolactromethamine drug pollutant onto the porous UiO-66 metal organic framework. Primarily, a new kinetic model was developed and compared with Elovich and four different form of Pseudo second order kinetics. Moreover, various mass transfer models such as Weber and Morris, liquid film diffusion, Bangham's and Burt and McKay et al models were utilized for determination of mass transfer mechanism of drug molecules onto the adsorbent. Measured experimental data in laboratory were fitted with the abovementioned models and the results showed that Pseudo second order (Form 1) and subsequently developed new kinetic models, with R^2valuse of 0.999 and 0.994, respectively, could be utilized as the best models for description of the adsorption rate. In addition, investigation of the results of the mass transfer models illustrated that both film diffusion and intraparticle diffusion had an important roles in the mass transfer mechanism and the boundary layer thickness and its effectiveness increases with increasing the drug concentration in adsorption process.
    Keywords: Removal of drug pollutant, Metal Organic framework, Mass transfer modelling, Kinetic modelling, Adsorption
  • Soleiman Mosleh *, Hadis Khaksar Pages 27-38
    In this research, the degradation performance of toluene has been evaluated by the design and construction of a fixed-bed photocatalytic reactor. The role of effective operational parameters was investigated, and obtained results indicated that the designed system could degrade toluene up to %95.30 at optimal conditions. The simulation of the reactor was carried out using a three-dimensional CFD to the prediction of the hydrodynamic behavior and determination of the toluene concentration along the reactor. Findings showed that the proposed model could predict the degradation rate of toluene along the reactor. The comparison of the designed system performance with other systems revealed that the current system not only could degrade toluene with higher concentration at a shorter time but also requires less photocatalyst mass per unit area, which is very important economically. The results of this study can be used in the design of photocatalytic reactors for action on an industrial scale.
    Keywords: degradation, Simulation, Photocatalytic. Reactor, Volatile Organic Compound, CFD
  • Davood Khafrinezhad, Elham Ameri, Seyyed Hamid Esmaeili-Faraj * Pages 39-51
    In this research, mathematical modeling for the absorption process of carbon dioxide and hydrogen sulfide gases using silica-water nanofluid has been performed in a packed bed column. A laboratory apparatus consisting of two towers packed with plastic Raschig rings was prepared for the absorption and desorption process. Experimental tests were performed for three flow rates of 3, 7 and 15 LPM for gas and 0.35, 0.50 and 1 LPM for liquid and the molar fraction of CO2 and H2S in two phases of gas and the liquid are measured. The modeling of the process was done using the overall and partial mass balance equations. Comparison of the obtained model results with the experimental results shows a close correlation between the experimental data and the model and the average relative error was about 10%. Using the obtained model, the component concentration, transferred molar flux and mass flux for liquid and gas are plotted along the column. The results show that with increasing the gas flow rate, both the rate of mass transfer and the slope of the molar fraction gas components were increased. On the other hand, the mass transfer flux in higher gas flow rates achieved to more than twofold. Also, the mass transfer of carbon dioxide was higher than that of hydrogen sulfide, which is due to the higher concentration of carbon dioxide in the inlet gas.
    Keywords: Absorption, Nanofluid, Silica nanoparticles, packed bed column, Modeling
  • Hamed Rashidi *, Maryam Sahraei Pages 52-60
    In recent years, the removal of carbon dioxide as the most important greenhouse gas has been noticed. In this study, the performance of potash-glycerol hybrid solvent in the process of carbon dioxide absorption was investigated using a microreactor. Experiments have been done under different conditions include: flow of inlet solvent (4-8 ml/min), potassium hydroxide concentration (0.3- 0.7 M) and glycerol concentration (0-30 wt.%) at constant temperature of 40 °C, and the percentage of carbon dioxide absorption and the overall volumetric mass transfer coefficient based on gas phase (KGav) have been considered as response. According to the results, with increasing glycerol concentration as physical solvent from 0 to 30 wt. %, the absorption efficiency increases from 59.13 to 66.1%. Also, by increasing glycerol concentration despite increased fluid viscosity, the overall volumetric mass transfer coefficient increases from 55.50 to 66.53 kmol/m3.hr.kPa. Comparison of the reported values for KGav in this study with the values published for monoethanolamine in the packed tower shows that the overall volumetric mass transfer coefficient in the microreactor is about 60 times larger, indicating better microreactor mass transfer performance.
    Keywords: Absorption, Carbon dioxide, microreactor, Potassium hydroxide, Glycerol
  • Mehdi Sedighi * Pages 61-78

    Clinoptilolite is a natural zeolite which is prone to use in the removal of contaminants due to its abundance, cheapness, suitable specific surface area and surface functional groups. In this research, the removal of iron and phosphate ions in aqueous solution has been investigated using natural clinoptilolite zeolite. The amount of removal of these contaminants has been investigated by the adsorbent in conditions such as the type of corrective method, the concentration of adsorbent to the contaminant, contact time and different pH. Modification of the adsorbent with acidic solutions results in the removal of 87% of iron at pH = 6.2 and D/C = 40, and 91% of phosphate at pH = 5.4 and D/C = 40. The ratio of adsorbent concentration to pollutant and pH have also been investigated as important factors in this study. Examination of different adsorption isotherm models showed that Langmuir model is suitable for phosphate with the maximum adsorption capacity of 62.25 mg/g and Freundlich model is suitable for iron with the maximum adsorption capacity of 48.35 mg/g. The present study showed that clinoptilolite can be used as an effective and inexpensive adsorbent to remove iron and phosphate from aqueous solutions.

    Keywords: Natural zeolite, Clinoptilolite, Isotherm, Iron, Phosphate
  • Mohsen Roshanaei Pages 79-91
    In separation operations using the distillation process, the packed towers are considered for their advantages such as high efficiency. In this study, the separation of deuterium oxide (D2O) (heavy water) and hydrogen oxide (H2O) (ordinary water) was investigated using a packed tower under relative vacuum conditions. In these experiments, heavy water with 10%, 50% and 90% concentrations was used and the separation was examined using Dixon-like packing made of stainless steel. For this purpose, a factorial experiment was designed in which the effects of heavy water concentration, pressure and return flow on the height equivalent of the theoretical tray (HETP) in the tower were investigated. According to the results, the effect of concentration was more than the other two variables and with the optimization, it was concluded that if all variables are at their minimum, the lowest (best) equivalent height will be obtained. The experiments also showed that the pressure parameter in the studied range had no effect on the rate of separation, although its interaction with other factors was evaluated as significant.
    Keywords: Stable isotopes, Deuterium, Distillation, Height equivalent to a theoretical plate(HETP)
  • Ehsan Chehrazi * Pages 92-103
    The membrane technology has experimentally and theoretically attracted much attention by researchers as a way to reduce the increasing emission of carbon dioxide to the atmosphere due to the high competitiveness in separation performance and economics. In this work, the modified Maxwell model and modified Lewis-Nielsen model are developed to predict the experimental gas separation performance of polyimide/silica nanoparticles and polysulfone/silica nanoparticles mixed matrix membranes. The developed modified models consider the crucial role of interfacial voids between inorganic nanoparticles and the polymer matrix. The prediction accuracy of developed models is evaluated and compared with that of conventional models such as the Maxwell model, Bruggeman model, Lewis-Nielsen model and Pal model. The modified Maxwell model, developed in this work, considering the role of interfacial voids, can accurately predict the experimental gas permeability data of MMMs with error values lower than 6%. However, the error is obtained around 30% for conventional models.
    Keywords: Gas separation, Mixed matrix membrane, Silica nanoparticles, Modeling, Interfacial voids