فهرست مطالب

مهندسی شیمی ایران - پیاپی 127 (خرداد و تیر 1402)

دوماهنامه مهندسی شیمی ایران
پیاپی 127 (خرداد و تیر 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/03/21
  • تعداد عناوین: 8
|
  • عباس آقایی نژاد میبدی صفحه 6
  • فرناز محسنی*، علیرضا موسوی زنوز صفحات 7-17
    ریزجلبک هایی که قابلیت رشد در آب دریا را دارند گزینه مناسب تولید بیودیزل به شمار می روند، با این حال جداسازی سلول های ریزجلبک از محیط کشت به دلیل اندازه بسیارکوچک سلول ها به همراه غلظت پایین، یکی از چالش های اصلی در تولید بیودیزل با این ریزاندام هاست. در میان شگردهای مختلف برداشت سلول که به صورت تجاری به کار گرفته شده، لخته سازی آسان ترین و مقرون به صرفه ترین روش در تولید بیودیزل است.در مطالعه حاضر، روش طراحی فاکتوریل کامل برای بررسی اثر مشخصه های غلظت سلولی، pH و میزان ماده لخته کننده بر جداسازی زیست توده گونه Chlorella sp. به وسیله آلوم مطالعه شد. نتایج نشان می دهد که میزان ماده لخته کننده، غلظت سلولی و نیز برهم کنش متقابل pH و میزان ماده لخته کننده، اصلی ترین مشخصه های موثر در لخته سازی سلول ها به وسیله آلوم هستند. مشاهده شد که بیشترین میزان جداسازی سلولی به ازای ماده لخته کننده مصرفی (معادل 05/7 گرم سلول به ازای هر گرم از ماده لخته کننده مصرفی) در چگالی سلولی 3=550OD، 6=pH و میزان ماده لخته کننده 200 میلی گرم بر لیتر حاصل می شود. افزایش pH باعث افزایش میزان ماده لخته کننده مصرفی می شود و از طرف دیگر غلظت سلولی بالاتر باعث کاهش میزان ماده لخته کننده به ازای میزان سلول های جداشده می شود.
    کلیدواژگان: لخته سازی، انعقاد، ریزجلبک، Chlorella sp، آلوم
  • صابر مقدم، فروغ عاملی*، محمدرضا مقبلی صفحات 18-38

    تولید آب مازاد یکی از اصلی ترین مشکلات شرکت های نفتی است که باعث کوتاه شدن طول عمر چاه ها، افزایش خوردگی و تخریب تاسیسات می شود. هم چنین هزینه جداسازی، تصفیه و دفع آن بار مالی زیادی برای شرکت های نفتی دارد. بنا بر این، عملیات کنترل آب دهی ضروری است. روش های مکانیکی و شیمیایی مختلفی برای حل موضوع وجود دارد که در این مقاله به مرور و بررسی این روش ها پرداخته می شود. روش های شیمیایی بر خلاف روش های مکانیکی به جای انسداد آب در بالا یا زیر یک پلاگ، پکر یا وصله لوله مغزی، مشکل تولید آب اضافی را کاملا برطرف می کنند. کاربرد پکرها برای هدایت جریان مواد شیمیایی تزریق شده به لایه های مورد نظر و جلوگیری از ورود سیال به داخل سازند تولیدی، بیشتر از حالت استفاده به صورت مستقل است. استفاده از سیلاب زنی بسپار در بین شرکت های نفتی بسیار رایج تر از سایر روش های شیمیایی است. سامانه های بسپاری به تغییر شیمیایی و جذب سطحی روی حفره ها برای دست یابی به کنترل آب دهی متکی هستند. جذب سطحی لایه بسپاری برای کاهش شعاع حفره، منشا اصلی سازوکار کنترل آب دهی به صورت شیمیایی است. بسپارهای مصنوعی هم چون پلی اکریل آمید و پلی اکریل آمید آبکافت شده به دلیل ارزان تر بودن، دست رسی آسان تر و عملکرد بهتر در شرایطی که شوری آب کم است، می توانند در کاهش تراوایی نقش داشته باشند. برای شرایط شوری زیاد آب باید از زیست بسپارها استفاده کرد. این دسته از بسپارها نسبت به تخریب مکانیکی حساس نیستند؛ اما گران تر از بسپارهای مصنوعی اند. انواع بسپارهای مورد استفاده برای این منظور مقایسه شده اند. در نهایت بر اساس ویژگی های مخزن و اقتصادی بودن عملیات، بسپار مناسب انتخاب می شود.

    کلیدواژگان: کنترل آب دهی، روش های مکانیکی، روش های شیمیایی، بسپار
  • مطهره دل انگیز، مائده شهیری طبرستانی، کامیار موقرنژاد* صفحات 39-54
    در طرح پیش رو برای بررسی فرایند رطوبت زدایی از قارچ خوراکی- دارویی شیتاکه، از خشک کن ترکیبی هوای گرم- فروسرخ استفاده شده است. تاثیر متغیرهای ورودی را که شامل دما، سرعت هوای ورودی و توان در خشک کن ترکیبی هوای گرم- فروسرخ است، بر زمان خشک شدن نمونه ها تا رسیدن به رطوبت نهایی 10 درصد بر مبنای وزن تر، میزان انرژی مصرفی، تغیرات رنگ سطحی نمونه ها، میزان آنتی اکسیدان و فسفر استخراجی از عصاره قارچ خوراکی- دارویی شیتاکه خشک بررسی شد. از نرم افزار طراحی آزمایش به روش سنترال کامپوزیت استفاده شده است. پس از بررسی نحوه تاثیر متغیرها بر پاسخ های فرایند، مشخص شد که با افزایش دما، سرعت و توان میزان آنتی اکسیدان افزایش می یابد و مقدار R2، 9163/0 به دست آمد. افزایش دما تاثیر چشم گیری روی رنگ داشت و میزان تغییرات رنگ سطح نمونه ها را افزایش داد که مقدار R2، 9041/0 به دست آمد. با افزایش دما، سرعت و توان زمان خشک شدن، کاهش پیدا کرد و مقدار R2، 9969/0 به دست آمد. برای دست یابی به کمینه میزان انرژی مصرفی، زمان خشک شدن نمونه ها و تغییرات رنگ سطح نمونه ها و بیشینه میزان آنتی اکسیدان و فسفر عصاره قارچ شیتاکه خشک، فرایند بهینه سازی شد. شرایط عملیاتی بهینه به ترتیب در دما، سرعت هوای ورودی و توان 88/54 درجه سلسیوس،53/0 متر برثانیه و 1183 وات به دست آمد. در این شرایط میزان انرژی مصرفی، زمان، تغییر رنگ، میزان آنتی اکسیدان و فسفر پیش بینی شده به ترتیب برابر 05/1 کیلو وات ساعت،94/ 40دقیقه،24/32، 42/90 میلی گرم بر میلی لیتر، 82 درصد، به دست آمد.
    کلیدواژگان: قارچ شیتاکه، خشک کن ترکیبی، انرژی مصرفی، آنتی اکسیدان، فسفر، رنگ، طراحی آزمایش
  • علی نیکخواه، سرور برکت، هانیه امیرصدری نایینی، محمد فخرالاسلام، محمدتقی عبادی*، سعید اسدی صفحات 55-64
    با وجود قرارگیری ایران در شمار یکی از کشورهای مطرح جهان در تولید نعناع دشتی، استخراج اسانس و استفاده از آن در صنایع مختلف غذایی و دارویی با چالش هایی نظیر نایکنواختی محصول و مقادیر کمتر از حد نیاز دو ترکیب ارزشمند کارون و لیمونن رو به روست. این پژوهش با هدف شبیه سازی و تحلیل فرایند استانداردسازی اسانس نعناع برای دست یابی به اسانسی حاوی بیش از 75 درصد کارون انجام گرفت. بعد از شناسایی اجزای اسانس خام و مدل سازی اجزای تشکیل دهنده اسانس نعناع استاندارد، برج تقطیر جزء به جزء ناپیوسته و تجهیزات مورد نیاز برای عملیات آن مدل سازی و عملیات پویای این سامانه شبیه سازی شد. طراحی عملیاتی فرایند بر مبنای شبیه ساز ایجادشده انجام گرفت و عمل کرد آن تحلیل شد. در شبیه سازی انجام شده، از 40 کیلوگرم اسانس خام نعناع با حدود 50 درصد کارون، 2/18 کیلوگرم اسانس استاندارد با میزان کارون بیش از 75 درصد در طی 5/18 ساعت به دست آمد. بر اساس نتایج نسبت میزان جریان برگشتی برای دست یابی به بیشترین خلوص در کمترین زمان جداسازی ترکیبات سبک، برابر با 3 بود. نتایج این پژوهش می تواند راهنمای پژوهشگران و صنایع برای تولید اسانس نعناع با شاخصه های مورد نظر صنعت باشد و برای طراحی سامانه های پایلوت و صنعتی اسانس گیری و استانداردسازی اسانس سایر گیاهان دارویی و معطر، مفید واقع شود.
    کلیدواژگان: سانس نعناع، کارون، لیمونن، استانداردسازی، تقطیر جزءبه جزء ناپیوسته
  • آرین بهروش، فاطمه بهادری* صفحات 65-77
    اتانول به عنوان ماده ای که از منابع تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر تولید می شود، برای استفاده به عنوان سوخت یا تبدیل شدن به سایر حامل های انرژی با استقبال مواجه شده است. در این مقاله، شبیه سازی فرایند ریفورمینگ اتانول برای تولید گاز سنتز با استفاده از نرم افزار اسپن هایسیس انجام گرفته است. فرایندهای مورد بررسی ریفورمینگ بخار، ریفورمینگ خشک، ترکیب ریفورمینگ بخار و خشک و تری‏ریفورمینگ اتانول است. نتایج شبیه سازی نشان داد که بالاترین درصد تبدیل متعلق به تری‏ریفورمینگ اتانول و برابر با 60/99 درصد است، در حالی که کمترین درصد تبدیل در ریفورمینگ بخار اتانول و برابر با 96/96 درصد به دست آمد. برای ریفورمینگ خشک، ترکیب موازی و سری رآکتورها درصد تبدیل به ترتیب 39/99، 15/98 و 41/99 به دست آمد. CO/H2 به دست آمده برای ریفورمینگ بخار 22/4-19/2، ریفورمینگ خشک اتانول 1، ترکیب موازی ریفورمینگ بخار و خشک اتانول 94/2-2/1، ترکیب سری ریفورمینگ بخار و خشک اتانول 93/2-1/1 و تری‏ریفورمینگ اتانول 40/3-01/2 است.
    کلیدواژگان: اتانول، گاز سنتز، ریفورمینگ، نسبت هیدروژن به کربن مونوکسید
  • ملیحه یعقوبی*، فاطمه عسجدی صفحات 78-92

    استفاده از عصاره گیاهی در سنتز سبز نانوذرات نقره، به دلیل حضور ترکیبات پوشش دهنده و کاهنده طبیعی در عصاره نقش موثری در ریخت شناسی و پایداری نانوذرات سنتزشده دارد. در این پژوهش نانوذرات نقره با استفاده از محلول نیترات نقره در مجاورت عصاره نعناع فلفلی سنتز شد. اثر دما و pH بر روی ریخت شناسی و خلوص ذرات تشکیل شده بررسی شد. برای بررسی مشخصات ذرات تشکیل شده از آزمون پراش پرتو ایکس، طیف سنجی مریی-فرابنفش، طیف سنجی پراش انرژی و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. هم چنین به منظور بررسی کارایی نانوذرات نقره سنتزشده، از دو باکتری اشرشیاکلی (E.coli) و استافیلوکوکوس آریوس (S.aureus) در آزمون آنتی باکتریال استفاده شد. در محلول واکنش شامل نیترات نقره با غلظت mM 3 و نسبت گیاه به حلال g/mL 05/0 نانوذره ای در دمای محیط تشکیل نشد؛ ولی در همین محلول واکنش با بالارفتن دما تا °C 70، ترکیبی از نانوذرات کروی، صفحه ای شکل و سه گوش تشکیل شدند. هم چنین با افزایش دما تا °C 90 نانوذرات کروی با اندازه ذرات کوچک تر تشکیل شدند. هر دو نوع نانوذره تولیدشده در دمای °C 70 و 90 نسبت به رشد دو باکتری گرم مثبت و گرم منفی استفاده شده، اثر ممانعت در رشد داشتند؛ اما ذرات کروی سنتزشده در °C 90 و در pH برابر با 9 نسبت به باکتری E.coli و S.aureus به ترتیب هاله عدم رشدی با قطر mm 20/0±14 و 50/0±14 تشکیل دادند که نسبت به ذرات صفحه ای شکل اثر ممانعت رشد بیشتری داشتند.

    کلیدواژگان: نانوذرات نقره، ریخت شناسی، فعالیت آنتی باکتریال، عصاره نعناع فلفلی
  • صفحات 95-109
|
  • F. Mohseni *, A. Moosavi Zenooz Pages 7-17
    Microalgae that can grow in seawater are considered as a source for biodiesel. Still, the low concentration and small size of microalgae cells are the main challenges in separation of biomass for biodiesel production. Among different commercial techniques for separation and dewatering, flocculation is considered the most efficient one. In this study, a full factorial design was used for studying the effect of cell concentration, pH and flocculant dosage on efficiency of Chlorella sp. flocculation with alum. The results have shown that flocculant dosage and interaction between pH and flocculant dosage are the most effective parameters in this regard. It was observed that the highest amount of flocculation efficiency per unit of coagulant consumed (7.05 g of DW cell per g of Alum) was obtained at cell density of OD550=3, pH=6, and coagulant amount of 200 mg L-1. Increase in pH amount led to increase in consumption of flocculant and increase in cell concertation led to decrease in flocculant consumption.
    Keywords: flocculation, Microalgae, Chlorella sp, Alum
  • Saber Moghaddam, MohammadReza Moghbeli Pages 18-38

    Excess water production is one of the main problems of oil companies, which reduce the longevity wells, increases corrosion and destruction of facilities. Also, the cost of separation, refining and disposal is a high cost for oil companies. Therefore, water shut-off operations are essential. There are various mechanical and chemical methods to solve the problem that this article reviews and examines these methods. Chemical methods as opposed to mechanical methods instead of clogging the water above or below a plug, packer or patch of the brain tube, it completely eliminates the problem of excess water production. The application of packers to direct the flow of chemicals injected into the desired layers and prevent fluid from entering the production formation, is more than the use mode independently. Polymer flooding is much more common among oil companies than other chemical methods. Polymer systems rely on chemical modification and adsorption on pores to achieve flow control. Adsorption of the polymer layer to reduce the pore radius is the main source of chemical water shut off mechanism. Synthetic polymers such as polyacrylamide and hydrolyzed polyacrylamide can reduce permeability due to their lower cost, easier access, and better performance in low water salinity conditions. Biopolymers should be used for high water salinity conditions. These polymers are not sensitive to mechanical degradation but are more expensive than synthetic polymers. The types of polymers used for this purpose have been compared. Finally, based on the characteristics of the reservoir and the economics of the operation, the appropriate polymer is selected.

    Keywords: Water shut-off, Mechanical methods, Chemical methods, Polymer
  • M. Delangiz, M. Shahiri Tabarestani, K. Movagharnejad * Pages 39-54
    In this study, a convective-infrared combined dryer was used to investigate the dehumidification process of Shitake edible-medicinal mushrooms. The effect of input variables including temperature, inlet air velocity and power in the combined hot-infrared air dryer on the drying time of the samples to reach the final humidity of 10% based on fresh weight, energy consumption, color changes, amount of antioxidants and phosphorus extracted were investigated. Design Expert software using central composite method has been used. After examining the effect of variables on process responses, it was found that with increasing temperature, speed and power, the amount of antioxidants increases. Increasing the temperature had a significant effect on the color and increased the amount of color changes on the surface of the samples. With increasing temperature, the speed and power of drying time decreased. The process was optimized to achieve the minimum amount of energy consumption, drying time of the samples and color changes of the surface of the samples and the maximum amount of antioxidants and phosphorus of dried shiitake mushroom extract. Optimal operating conditions were obtained at temperature, inlet air velocity and power of 54.88 °C, 0.53 m/s and 1183 w, respectively. In these conditions, the amount of energy consumption, time, color change, antioxidant and phosphorus predicted amount are equal to 1.05 kWh, 40.94 minutes, 32.24, 90.42 mg/ml, 82%, respectively.
    Keywords: Shitake mushroom, Antioxidant, Phosphorus, Color, ANOVA, Design expert
  • A. Nikkhah, S. Barekat, H. Amirsadri Naini, M. Fakhroleslam, M. T. Ebadi *, S. Asadi Pages 55-64
    Despite of Iran's position as one of the leading countries in the production of spearmint (Mentha spicata L.), the extraction of spearmint essential oil (SEO) and its use in food and pharmaceutical industries are faced with challenges such as non-uniformity of product and low amount of two valuable compounds of carvone and limonene. Therefore, this study was conducted with the aim of obtaining SEO with more than 75% carvone, as well as designing and simulating the extraction process with high economic efficiency. After determining the components ofthe raw SEO and modelling the standardized SEO, the characteristics of the batch fractional distillation tower and the equipment required for the operation were modelled, and dynamic operations were simulated. The operational design of the process was performed based on the processed simulator (Aspen PLUS V.10), and its performance was analyzed. During the simulation, from 40 Kg of input feed with about 50% carvone, 18.2 Kg of standardized SEO with more than 75% carvone can be obtained. According to the results, the optimum condenser temperature and return flow to achieve maximum purity in the shortest time for the low weight compounds were 25-30°C and 3.1 ratios. The increasing temperature of the column tower caused increasing the amount of carvone in the pot and the amount of limonene in the receiver. However, the excessive temperature had an adverse effect on the output product; it reduced the amount of limonene in the receiver and increased undesirable components. Finally, the results obtained in this research can be a guide for researchers and industries to produce SEO with the desired characteristics and be helpful in designing pilot and industrial systems for essential oil extraction and standardization of other medicinal and aromatic plants.
    Keywords: Spearmint essential oil, Carvone, Limonene, standardization, Batch fractional distillation
  • A. Behravesh, F. Bahadori * Pages 65-77
    Ethanol, as a substance that can be produced from both renewable and non-renewable sources, can be used as fuel, additive to fuel or transformed into other energy carriers. Therefore; The use of pure ethanol or its conversion to other compounds has been considered by researchers. In this paper, the ethanol reforming processes are simulated for synthesis gas production using Aspen HYSYS . The studied processes include ethanol steam reforming, ethanol dry reforming, ethanol steam and dry reforming and ethanol tri-reforming. The simulation results showed that the highest conversion belongs to ethanol tri-reforming by 99.60% while the lowest conversion is related to ethanol steam reforming by 96.95%. In addition; conversion of dry reforming, parallel and cascade arrangement of reactors were obtained by 99.39%, 98.15% and 99.41%, respectively. H2/CO were obtained for steam reforming by 2.19-4.22, dry reforming by 1, parallel arrangement of steam and dry reforming of ethanol by 1.2-2.94, cascade arrangement of steam and dry reforming of ethanol by 1.1-2.93, and tri-reforming of ethanol by 2.01-3.40.
    Keywords: Ethanol, Synthesis gas, Reforming, H2, CO
  • M. Yaghoobi *, Fatemeh Asjadi Pages 78-92

    The use of the plant extracts in green synthesis of silver nanoparticles due to the presence of natural coating and reducing bio-compounds in the extract has an affective role on the morphology and stability of synthesized nanoparticles. In this study, silver nanoparticles were synthesized using silver nitrate in the presence of the peppermint extract. The effect of temperature and pH on the size, purity and morphology of nanoparticles was assessed. X-ray diffraction, UV–visible spectrophotometry, energy diffraction spectroscopy and scanning electron microscopy images were used to study the characteristics. In order to evaluate the performance of synthesized nanoparticles, Escherichia coli and Staphylococcus aureus were used in antibacterial assay. No nanoparticles were formed at room temperature with 3 mM silver nitrate and the peppermint extract (solid to solvent ratio of 0.05 g/mL). The nanometer-thick sheets were formed at 70 ℃, and spherical nanoparticles were formed by increasing the synthesis temperature to 90°C Both sheet and spherical nanoparticles had an inhibitory effect on the growth of both gram-positive and gram-negative bacteria used, but the spherical particles synthesized at 90°C had a significant inhibition effect than the sheet particles.

    Keywords: Silver nanoparticles, morphology, Antibacterial Activity, Peppermint Extract
  • Pages 95-109