نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران
سال بیست و پنجم شماره 1 (پیاپی 41، بهار 1385)

هدف اصلی از این تحقیق، بهینه سازی عملکرد کوره های احتراقی به منظور کاهش میزان آلاینده های تولید شده در اثر انجام عملیات احتراق است. پارامترهایی که بهینه سازی بر اساس آنها انجام شده است عبارت اند از درصد هوای اضافی، دمای هوای خروجی از پیش گرمکن و نوع سوخت. در واقع با در نظر گرفتن اثرهای این سه عامل، بهینه سازی به گونه ای انجام می شود که میزان انتشار آلاینده ها به حداقل مقدار خود نزدیک و بهترین سوخت با توجه به پارامترهای ذکر شده انتخاب شود. آلاینده های مورد نظر COx، NOx و SOx است و عملیات بهینه سازی روی سه نوع سوخت گاز طبیعی، نفت کوره و گازوئیل انجام شده است. برای انجام عملیات بهینه سازی، ابتدا تابع هدف که رابطه ای غیر خطی با دمای هوای خروجی از پیش گرمکن و درصد هوای اضافی دارد به دست آمده است. در واقع رابطه هایی که بیانگر تاثیرهای افزایش یا کاهش دمای هوا و درصد هوای اضافی بر میزان تولید سه ترکیب ذکر شده هستند، تابع هدف را تشکیل می دهند که این رابطه ها با به کارگیری روش های برازش اطلاعات تهیه شده اند.
سپس تابع هدف با استفاده از روش تابع پنالتی که یکی از روش های متداول بهینه سازی تابع های غیر خطی است حل شده و شرایط بهینه برای به حداقل رساندن ترکیب های آلاینده به دست آمده است. کلیه مراحل بالا به وسیله یک برنامه کامپیوتری انجام می شود. این نرم افزار با زبان برنامه نویسی MATLAB نوشته شده است. عملیات برای سه نوع سوخت انجام می شود و در پایان با توجه به نتیجه های مربوط به هریک از سوخت ها می توان مناسب ترین نوع سوخت را به منظور تولید کمترین میزان آلاینده انتخاب کرد.

در این تحقیق از میکروارگانیسم های جداسازی شده از چاه های نفت ایران جهت تولید بیوسورفاکتانت استفاده شد. پس از جداسازی این میکروارگانیسم و شناسایی آن معین شد که از نوع سودوموناس ائروجینوزا (P.aeruginosa) است. هدف از این تحقیق، بهینه سازی شرایط رشد باکتری سودوموناس ائروجینوزا به منظور تولید رامونولیپید است که برای این کار از محیط نمک های معدنی استفاده شده است و در این آزمایش ها فاکتورهای متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است. در آزمایش های انجام شده به منظور بررسی بهترین محیط کشت برای تولید رامونولیپید به وسیله باکتری سودوموناس ائرجینوزا، مشاهده شد در بین محیط نمک های معدنی 1M، 2M، 3M و 4M، بهترین محیط کشت، محیط 3M است که در آن از گلوکز به عنوان منبع کربنی استفاده شده است. در بررسی های انجام شده در مورد تولید رامونولیپید در زمان های متفاوت گرمخانه گذاری در شرایط درصد تلقیح=2، C/N=16، =200rpm میزان هوادهی، Ph=7/5 و =35oC دما است.

اساس روش جدید ارایه شده بر مبنای فرایند Seaboard برای شیرین سازی گاز طبیعی استوار است، با این تفاوت که به جای مرحله هوادهی، از یک راکتور بافلدار بی هوازی برای حذف سولفید استفاده می شود. برای تهیه میکروارگانیسم مناسب از لجن حاصل از واحد لجن فعال تصفیه فاضلاب شهری که به مدت یک سال به صورت بی هوازی باقی مانده بود استفاده شد. این لجن در داخل راکتور بافلدار بی هوازی که دارای 5 بخش برابر وحجم فعال 10 لیتر بود به مدت دو هفته به وسیله تیوسولفات و سپس به مدت 15روز به وسیله سولفید خوراک دهی شد که در نتیجه حداکثر میزان حذف سولفید 3.03 mmolS-2l-1h-1 مطالعات میکروسکوپی نشان داد که جمعیت میکروبی غالب در بیوراکتور از گونهThiobacilli هستند. در ادامه با استفاده از روش تاگوچی ماده غذایی مورد نیاز میکروارگانیسم ها بهینه سازی شد و اثر هر کدام برمیزان حذف سولفید و گوگرد تولیدی بررسی شد. از مهم ترین مزایای این روش حذف معایب فرایند Seaboard، زمان راه اندازی اولیه بسیار کوتاه، سرعت بالای حذف سولفید، عدم استفاده از سوش خالص که درنتیجه باعث افزایش امکان صنعتی شدن فرایند می شود، عدم نیاز به هوادهی و مقاومت بسیار خوب سیستم در برابر شوک ناگهان سولفید می باشد.

خاک های شاخص جزو مواد معدنی هستند که می توان آنها را به عنوان لخته کننده به کار برد. در دهه هفتاد در اتحاد جماهیر شوروی متوجه شدند که کانی های زئولیتی دارای خاصیت رنگ بری بیشتری نسبت به کربن فعال هستند و در سال 1990 خان تارگانوف نشان داد که زئولیت های طبیعی مانند توفیت، ظرفیت و کارایی بالایی برای تصفیه از خود نشان می دهد. اسماعیلوف نیز آخرین گزارش را در مورد استفاده از بنتونیت به عنوان لخته کننده در تصفیه پساب هاست ارایه کرده است. برای کنترل در پساب های پتروشیمی و تعیین مقدارهای حذف از تغییرهای TOC و TUR استفاده می کنیم. با توجه به بازده، بهترین خاک را که بیشترین حذف را انجام می دهد انتخاب می کنیم. هدف از این پژوهش بررسی مقایسه ای بین انواع خاک های شاخص است که می توان آنها را برای رسوب دهی و صاف کردن این پساب ها به کار برد. خاک هایی که در این پروژه بررسی می شود به شرح ذیل است: 1- توفیت 2- بنتونیت 3- زئولیت 4- تالک. مورد هایی که مورد توجه است عبارت اند از: 1- انتخاب ماده معدنی که حداکثر لخته کنندگی را ایجاد کند. 2- تعیین سرعت واکنش جذب و لخته کنندگی روی انواع خاک در مش های متفاوت. 3- بررسی تاثیر pH روی مقدار لخته کنندگی. 4- ابداع روشی ساده و عملی در واحد های تولیدی برای اندازه گیری TUR و TOC و مقایسه آن با مقدارهای استاندارد. برای کنترل تاثیر این خاک ها تغییرهای کمیت های TOC و TUR را اندازه گیری می کنیم. با توجه به بررسی های صورت گرفته می توان خاک بنتونیت را به عنوان بهترین خاک که بیشترین جذب ذره های امولسیون را دارد معرفی کرد. برای حذف بهتر امولسیون پساب های پتروشیمی و نفت، این مواد واکنش پذیری بیشتری در محیط های بازی دارند، زیرا فعالیت لخته سازی در محیط بازی از محیط اسیدی بیشتر است.

توانایی شبکه های مبدل حرارتی در پذیرش آرایش های دمایی گوناگون دمایی و تاثیر این آرایش ها بر بار مبدل ها و تفاوت دمای متوسط لگاریتمی، منجر به ایجاد آرایش های متفاوتی از سطوح انتقال حرارت مبدل های جدید و میزان انرژی مصرفی می شود. تاثیر مستقیم این آرایش ها بر هزینه کل سرمایه گذاری سالیانه، ایده امکان بهینه سازی شبکه های مبدل حرارتی با تغییر بار مبدل ها را در ذهن ایجاد می کند. نتیجه های نزدیک و بهتر حاصل از این روش نسبت به نتیجه های نرم افزار SPRINT، حاکی از قوت روش ارایه شده در بهینه سازی توزیع بار است. تابع هدف بهینه سازی توزیع بار حرارتی در طراحی جدید، دستیابی به کمینه هزینه کل سرمایه گذاری سالیانه و درطراحی اصلاحی، دستیابی به کمینه دوره بازگشت برای یک هزینه سرمایه گذاری یا دستیابی به بیشینه سود حاصل از ذخیره انرژی برای یک دوره بازگشت است. بهبود 4 درصدی هزینه کل سرمایه گذاری سالیانه در شبکه با طراحی جدید و بهبود 6/5 درصدی هزینه سرمایه گذاری همراه بهبود 11 درصدی دوره بازگشت در شبکه مورد مطالعه طراحی اصلاحی، بیانگر اهمیت در نظر گرفتن بهینه سازی توزیع بار در انتگراسیون حرارتی فایند است.

فرایند تماس سرد باعث ایجاد طعم مطلوبی در ماءالشعیر می شود. این امر در اثر کاهش آلدییدهای بد طعم و شاخصی چون 2- متیل بوتانال، 3- متیل بوتانال و هگزانال صورت می گیرد. این تحقیق میزان کاهش آلدییدهایی از این دست را بررسی می کند. به این منظور پس از انجام فرایند تماس سرد یا تخمیر معمولی و همچنین اعمال شرایط دیگر برای بررسی دقیق تر، عمل استخراج به وسیله حلال آلی هگزان انجام و اندازه گیری به کمک دستگاه گازکروماتوگرافی صورت می گیرد. نتیجه ها نشان می دهد فرایند تماس سرد تا حدود 65 درصد، فرایند تخمیر الکلی تا حدود 85 درصد و بدون انجام تخمیر تنها 20 درصد این آلدییدهای نامطلوب و بدمزه را از محیط شربت شیرین حذف می کند و این درحالی است که تولید الکل در فرایند تماس سرد می تواند در حد مجاز آن باشد. حذف این آلدییدها بدون تخمیر بیانگر پیوند شیمیایی این مواد با مواد موجود در شربت شیرین مالت است. بیشترین کاهش آلدییدها نیز در فرایند تماس سرد در روز اول و در واقع در چند ساعت ابتدایی است.

حذف رطوبت با استفاده از سیلیکاژل در صنایع، به ویژه صنایع نفت و گاز از اهمیت بسزایی برخوردار است. سیلیکاژل به دو صورت با شکل هندسی نامنظم و شکل هندسی منظم به ویژه کروی قابل تولید است. در ستون های بزرگ جذبی در پالایش نفت و گاز به منظور کاهش افت فشار فاز متحرک، افزایش سطح تماس سیلیکاژل با آن و به حداقل رسیدن گرد و غبار ناشی از سایش دانه های سیلیکاژل پرشده، بایستی از نوع کروی استفاده شود. از مهم ترین روش های ساخت سیلیکاژل کروی می توان به روش قالب گیری و قطره روغن اشاره کرد. در این پژوهش پس از طی مراحل مطالعاتی و آزمایشگاهی، روش قطره روغن انتخاب شد. در این روش با استفاده از خاصیت عدم امتزاج پذیری سیلیکاسل (تهیه شده از واکنش سدیم سیلیکات و سولفوریک اسید و دیگر مواد افزودنی) با سیال هایی مانند حلال ها و روغن های آلی، قطره های سیلیکاسل با pH برابر 4 به صورت هیدروژل کروی درآمده و پس از طی مراحل شستشو و پخت به سیلیکاژل کروی تبدیل می شوند. به همین منظور دستگاه نیمه صنعتی تولید سیلیکاژل کروی بر مبنای روش قطره روغن و به روش پیوسته، طراحی و ساخته شد و بر اساس آن سیلیکاژل کروی با مشخصات فنی منطبق بر مشخصات فنی کالای وارداتی (Red Sorbead) مورد مصرف در صنایع پالایش نفت تهیه شد. در این راستا عامل های موثر مانند pH سیلیکاسل، دمای روغن (65 تا 70 درجه سانتی گراد)، چگالی روغن (46 تا 67 cSt) و شرایط شستشو (محیط با pH بین 2 تا 3) مورد مطالعه قرار گرفته اند.

نمک طعام یا سدیم کلرید، یکی از موادی است که از دیرباز در رژیم غذایی انسان وجود داشته و از مهم ترین الکترولیت های موجود در مایعات بین سلولی بدن انسان است. به علت مصرف روزانه این ماده و همچنین کاربرد آن در صنایع غذایی، کیفیت آن در دنیا همواره مورد توجه بوده است. دستیابی به کیفیت بالای نمک به روش های متفاوت انجام می شود. روش انتخابی صنعتی برای تهیه نمک طعام خوراکی روش تبلور است. در تهیه نمک به این روش، پارامترهای عملیاتی متفاوتی بر خلوص و دانه بندی تاثیر دارند. مهم ترین این پارامترها بار حرارتی انتقالی به متبلور کننده، زمان اقامت ماگما در متبلور کننده، دور همزن و غلظت خوراک است. در این تحقیق، با هدف بررسی میزان تاثیر این پارامترها بر دانه بندی سدیم کلرید، متبلور کننده لوله ای کشانه ای انتخاب و در مقیاس رومیزی طراحی و ساخته شد. با استفاده از تحلیل تاگوچی اثر پارامترهای مهم در سه سطح متفاوت روی دانه بندی نمک طعام بلوری، طی 9 آزمایش با دو بار تکرار (در مجموع 18 آزمایش) انجام و نتیجه های آن به وسیله نرم افزار 4Qualitek- تحلیل آماری شد. این آزمایش ها در شرایطی که مخزن متبلور کننده حاوی 7 لیتر محلول نمک طعام بود، انجام گرفت. بررسی نتیجه های آزمایش ها نشان می دهد، متغیر بار حرارتی بیشترین اثر را روی دانه بندی فراورده نهایی دارد. غلظت خوراک و زمان اقامت به ترتیب مقام دوم و سوم اهمیت را از نظر تاثیرگذاری بر دانه بندی بلورهای نمک سدیم کلرید دارند و تاثیر دورهمزن بر دانه بندی بلورها قابل اغماض است. در پایان بهترین شرایط عملیاتی برای تولید بلورهای نمک طعام معین شد که عبارت اند از محلول خوراک با غلظت37 درصد (برحسب سدیم کلرید)، دور همزن 900 دور در دقیقه، زمان اقامت 60 دقیقه و بار حرارتی 500 وات.

به تقریب از چهل سال قبل، تحقیق و بررسی پیرامون آلودگی هوا و کنترل و کاهش آلاینده های متفاوت آن، به عنوان یک فوریت پزشکی و زیست محیطی مطرح شد و از همان زمان روش های زیادی برای مدل سازی و کنترل آلودگی هوا مطرح شد. همچنین در دهه هشتاد، تکنولوژی پینچ به عنوان یک ابزار نیرومند در طراحی شبکه مبدل های حرارتی به کار گرفته شد و در دهه نود از این تکنولوژی برای طراحی شبکه مبدل های جرمی استفاده شد و کاربرد وسیعی در زمینه کاهش مصرف آب تازه فرایند ها پیدا کرد. در این تحقیق ضمن مقایسه کاربردهای متفاوت این تکنولوژی، یک کاربرد دیگر برای آن معرفی شده که بررسی آلودگی هوا به وسیله این تجزیه است. در این پژوهش ضمن معرفی پینچ هوا، نمودار شبکه و منحنی ترکیبی غلظت رسم شد و نقطه پینچ هوای تازه و مینیمم هوای مورد نیاز برای رعایت حد استاندارد آلودگی برای یک تک منطقه و مجموع مناطق بررسی شده است.

در این تحقیق اثر تغییرهای درصد چربی شیر در چهار سطح 1/0، 19/1، 40/2 و 26/3 بر رفتار دینامیکی شار تراوه، مقاومت هیدرولیکی کل و درصد دفع اجزای محلول شیر (پروتئین، چربی، لاکتوز، املاح و مواد جامد کل) مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام آزمایش ها از یک سیستم پایلوتی اولترافیلتراسیون مجهز به مدول مارپیچ حلزونی با غشای پلی سولفن آمید استفاده شده است. استراتژی عملی سه مرحله ای بر مبنای مدل سه پارامتر ی مقاومت متوالی (لایه مرزی - جذب سطحی) برای تعیین انواع مقاومت های هیدرولیکی به کار گرفته شده است. نتیجه های این تحقیق نشان می دهد که در هر یک از سطوح درصد چربی شیر، مقدار شار تراوه با گذشت زمان عملیات به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد، اما افزایش درصد چربی تنها باعث کاهش شار اولیه می شود و شار کاذب پایدار تحت تاثیر درصد چربی قرار نمی گیرد. مقاومت هیدرولیکی کل در همه سطوح درصد چربی با گذشت زمان فرایند افزایش نشان می دهد. همچنین با افزایش درصد چربی شیر، مقاومت های هیدرولیکی کل، پلاریزه شدن غلظت، جذب سطحی و مقاومت هیدرولیکی غشا به تقریب بدون تغییر باقی می ماند. داده های درصد دفع ترکیب های شیر نیز نشان می دهد که درصد دفع پروتئین و چربی در هر سطح از درصد چربی و زمان عملیات به تقریب ثابت است، اما درصد دفع لاکتوز، املاح و مواد جامد کل شیر به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.