نشریه دانشکده فنی دانشگاه تهران
سال چهل و یکم شماره 2 (پیاپی 104، تیر 1386)

مقاله حاضر نتیجه یک کار پ‍‍ژوهشی جهت تخمین ضریب انتقال حرارت و نفوذ حرارتی با استفاده از داده های آزمایشگاهی و حل تحلیلی برای شکل های هندسی منظم(استوانه نامحدود، صفحه نامحدود وکره)می باشد. روش های تحلیلی برای شکل های هندسی منظم استفاده وسیعی در تعیین آزمایشگاهی این پارامترها دارند.. این حل های تحلیلی با استفاده از داده های آزمایشگاهی، فواید بیشتری نسبت به سایر روش های دیگر برای نمونهروش انباشته یا معادلات تجربی دارد.دراین پژوهش از روش تقریبی تغییر شکل محدود انتگرال جهت حل تحلیلی معادلات دیفرانسیل استفاده شد. تغییرات دما در خط مرکزی میله هایی از جنس آلومینیم و برنجی در آب 44 درجه سانتیگراد همراه با عمل همزدن سریع جهت تعیین ضریب نفوذ حرارتی وهمچنین تعیین ضریب انتقال حرارت در محیط های آب وهوا ثبت شد. سپس با دانستن شیب منحنی های نسبت دما بدون بعد بر حسب زمان و شعاع میله مورد آزمایش، ضریب نفوذ حرارتی و یا ضریب انتقال حرارت با استفاده از رابطه داده شده جهت عدد بیوت در این زمینه تعیین گردید. همه آزمایشهانشان داد که نتایج آزمایشگاهی با اطلاعات داده شده در منابع همخوانی دارد. این روش همچنین برای پیدا کردن مکان هندسی دقیق ترموکوپل هایی که برای اندازه گیری تغییرات دمایی در نمونه جای گذاری می شوند، بکار می روند. دراین تحقیق محل قرار گرفتن تروموکوپل نیز برای یک جسم کروی تعیین گردید. این روش در مقایسه با دیگر روش ها ساده تر و سریعتر می باشد.

تجزیه و تحلیل عملکرد مخزن با استفاده از معادلات موازنه مواد یکی از روش های مرسوم جهت تعیین میزان هیدروکربور در جای اولیه مخازن می باشد. روش های مختلف موازنه مواد در مخازن نفتی و گازی، مکانیزمهای تولید و مدلهای آبده شرح داده شده است. در این مطالعه یک نرم افزار توسعه داده شده که در آن برای محاسبه رانش آب بی بعد در مدل آبده ون اوردینگن و هرست به جای جستجوی جدولی از یک سری چندجمله ای استفاده شده است. در صورت وجود رفتار فشار غیر نرمال از روش های مناسب استفاده شده است. به کمک رگرسیون غیر خطی و خطی میزان هیدروکربور اولیه و پارامترهای آبده محاسبه شده و مکانیزم های تولید مخزن نیز به کمک شاخص های رانش تعیین گردید. این محاسبات برای یک مخزن نفتی و یک مخزن گازی در ایران انجام شده است. نتایج بدست آمده دارای همخوانی قابل قبولی با نرم افزارهای تجاری موجود می باشد.

هدف این مطالعه، تعیین منحنی عبور تجربی جهت بازیابی اسید سیتریک به کمک فرآیند جذب سطحی توسط رزین های تبادل یونی در دماهای 20، 35، 55 درجه سانتیگراد می باشد. همچنین یک مدل ریاضی برای منحنی عبور ارایه شده است. از بین رزین های تبادل یونی آزمایش شده نتایج نشان داده است که نوع بازی ضعیف آن جهت بازیابی اسیدهای آلی و از جمله اسید سیتریک مناسب می باشد. همچنین از بین رزین های بازی ضعیف بهترین رزین جهت جداسازی اسید سیتریک Amberlite IRA- 93 می باشد. در کار تجربی حاضر، در جذب حالت گذرا، منحنی جذب ایزوترم تجربی اسید سیتریک در دماهای متفاوت بدست آمد. بطورکلی، اگر چه با افزایش دما ضریب نفوذ درون ذره ها افزایش می یابد ولی جذب مؤثر اسید در بستر و یا در واقع ظرفیت اشباع رزین کاهش می یابد. همچنین یک مدل ریاضی جدید برای منحنی عبور ارایه شده است که تطابق بسیار خوبی با داده های آزمایشگاهی دارد.

کنترل خشک کن افشانه ای که اغلب در مرحله پایانی تولید محصول بکار می رود، جهت تولید محصول با کیفیت استاندارد بسیار مهم و ضروری است. بدین منظور پیش بینی چگونگی تغییر پارامترهای کیفی محصول با تغییرات شرایط محیطی و عملیاتی پیشنیاز طراحی یک سیستم کنترلی مناسب است. با استفاده از مدلسازی فرایند های انتقال جرم وانتقال حرارت و مکانیسم خشک شدن ذرات پاشیده شده کار شبیه سازی سیستم خشک کن افشانه ای انجام شده است. معادلات مدل در دو بخش ماکروسکپی و میکروسکپی ارایه شده است. در مبحث انتقال مومنتم تنها از نتایج تحقیقات گذشته استفاده شده است. مجموعه معادلات مدلسازی به کمک روش های عددی حل شده و برنامه شبیه سازی نیز با استفاده از نرم افزار Visual C++ 6.0 نوشته شده است. نتایج حاصل از مدل با داده های تجربی تطابق خوبی را نشان می دهد.

در این تحقیق جداسازی آب و نمک از نفت خام که به شکل امولسیون "آب در نفت" میباشد با استفاده از ایجاد میدان الکتریکی غیر یکنواخت(دی الکتروفورز) باجریان مستقیم (DC)مورد مطالعه و مقایسه با سایر روش ها قرارگرفته است. در این مطالعه اثرات دما، زمان و ولتاژ بر راندمان جداسازی آب و نمک از نفت بررسی شده است. مشخص شد که روش میدان الکتریکی غیر یکنواخت می تواند روش مناسبی برای جداسازی آب از امولسیون آب در نفت باشد. در شرایط آزمایشگاهی در یک ولتاژ و دمای بهینه توانسته شد به یک نتیجه مطلوبی دست یافت.

تاکنون ضریب انتقال حرارت برای تعدادی از سیالات غیر نیوتنی در مخازن همزده با ترکیبهای مختلفی از مخزن و همزن بررسی شده است. کاربرد گسترده مخازن همزده در صنایع، کاربردهای ویژه ای از قبیل واکنش های پلیمری گرمازا، ساخت لاک های مختلف که نیاز به گرمایش دارند، گرمایش سیالات مختلف غیر نیوتنی به منظور کاهش گرانروی یا اختلاط موثر آنها و غیره همگی نشان از اهمیت تعیین ضریب انتقال حرارت جابجایی در این مخازن با سیالات غیر نیوتنی دارند. در تحقیق حاضر با انتخاب مجموعه آزمایشگاهی مناسب شامل مخزنی دوجداره به همراه همزن از نوع توربینی زاویه دار با دور متغیر و سیستم های ابزار دقیقی جهت اندازه گیری دما در نقاط مختلف سعی شده است تا با تعیین این ضریب در شرایط عملیاتی مختلف رابطه ای تجربی برای یک سیال غیر نیوتنی ارائه گردد. با استفاده از گروه های بدون بعد Re، Pr و Vi سعی شده است تا پارامترهای موثر بر این ضریب از جمله تاثیر اختلاط، دما، گرانروی و... مد نظر قرار گیرد. برای محلولهای زانتان رابطه نهایی به صورت در محدوده اعداد رینولدز 300 تا 66000 بدست آورده شده است. داده های محاسباتی این رابطه با داده های تجربی از انطباق 78/90% درصدی برخوردار هستند.

تابع توزیع انرژی برای جاذب های ناهمگن یکی از مهمترین مشخصات ساختمانی محسوب می شود. بدست آوردن این تابع توزیع از اهمیت خاصی برخوردار است. همانطور که می دانید میزان ماده جذب شده بر روی یک جامد ناهمگن معمولا بوسیله معادله انتگرال فردهولم نوع اول بیان می شود. معادله مذکور متشکل از یک کرنل (ایزوترم جذب) و یک تابع توزیع نامشخص می باشد. جواب معادله انتگرالی جذب در حالت کلی ناپایدار است از این رو در این مقاله برای غلبه بر این ناپایداری از تئوری معکوس و روش رگولاریزاسیون خطی استفاده شده است. در این مقاله عملکرد روش رگولاریزاسیون برای محاسبه تابع توزیع انرژی که دارای چند پیک می باشد مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج در قالب نمودارهای مختلف و برای درصد خطاهای تصادفی معین بیان شده است. از بررسی نتایج فوق مشخص می شود که روش رگولاریزاسیون خطی بسیار مناسب برای پیش بینی تابع توزیع انرژی جاذبهای ناهمگن چه در درصد خطاهای بالا و چه در درصد خطاهای پایین می باشد. همچنین نتیجه مهمتر اینکه هرچه تعداد داده های آزمایشگاهی در فشارهای پایین بیشتر باشد عملکرد این روش بسیار مناسبتر خواهد بود بطوری که در بعضی مواقع با وجود داشتن درصد خطای تصادفی 50 در صد نیز این روش به خوبی تابع توزیع انرژی را پیش بینی می کند.

روش آماری تاگوچی جهت تدوین دستورالعمل بهینه شستشوی غشاهای اولترافیلتر در صنعت لبنیات بکار گرفته شد. در این خصوص یک تابع هدف با استفاده از چهار پارامتر بدون بعد شده نرخ تراوش آب و سرم شیر، درصد ماده خشک و پروتئین تراویده به عنوان شاخصهای کیفیت عملکرد شستشوی غشاء شستشو شده تعریف گردید. بر اساس این نتایج ترکیب بهینه محلول قلیایی شامل 8/0% سود، 0/1% EDTA، 0/1% سدیم دی هیدروژن فسفات، 1/0% کربنات سدیم و 2/0% SDS می باشد. شستشو با این محلول به مدت 90 دقیقه در مرحله اول و به مدت 20 دقیقه در مرحله دوم در دمای ثابت? C 50 مناسب تشخیص داده شد. ترکیب بهینه محلول اسیدی شامل 3/0% اسیدنیتریک، 01/0% اسید فسفریک و 15/0% مارلوفن بدست آمد که شستشو با این محلول به مدت 60 دقیقه در دمای? C30 تاثیر جدی در شستشوی غشاء نشان می دهد. علاوه بر این تاثیر استفاده از آنزیمهای لیپاز و پروتئاز در عملیات شستشو مورد مطالعه قرارگرفت. نتایج نشان می دهد شاخص تاثیر مثبت آنزیم پروتئاز 39/4 درصد قوی تر از آنزیم لیپاز می باشد که این مطلب می تواند نشان از تاثیر جدی تر ترکیبات پروتئینی نسبت به ترکیبات لیپیدی در گرفتگی عارض در غشاهای لبنی باشد.

با توجه به اطلاعات دبی چاه بر حسب زمان می توان اطلاعاتی در مورد تولید چاه در آینده و ویژگی های مخزن بدست آورد. با حل تحلیلی معادله جریان در محیط متخلخل ویک سری معادلات تجربی منحنی های دقیقی ارائه شده که با استفاده از آنها علاوه بر پیش بینی تولید میتوان برخی از خواص مخزن از جمله نفوذپذیری، ضریب آسیب چاه، مساحت تخلیه چاه و نفت درجا مخزن را بدست آورد. نمودارهای افت دبی مخازن کربناته که از حل تحلیلی بدست آمده در خیلی از موارد از روند کاهش دبی مخازن کربناته واقعی پیروی نمیکند. برای بررسی این موضوع در این مقاله در ابتدا با استفاده از یک نرم افزار شبیه سازی یک مخزن ناهمگون (شکافدار) مدل سازی شد و نشان داده شد با استفاده از نمودارهای Fetkovich که برای مخازن همگون ارائه شده است می توان تخمین خوبی از نفوذ پذیری مخازن واقعی و غیر همگن بدست آورد. همچنین با استفاده از داده های واقعی یک مخزن کربناته ایران، نفوذ پذیری مخزن تعیین شد و نتایج آن با نتایج چاه آزمایی مقایسه گردید و نشان داده شد روش Fetkovich برای مخازن کربناته واقعی هم کاربرد دارد.

مقاله حاضر نتیجه یک کار پ‍‍ژوهشی جهت تخمین ضریب انتقال حرارت و نفوذ حرارتی با استفاده از داده های آزمایشگاهی و حل تحلیلی برای شکل های هندسی منظم(استوانه نامحدود، صفحه نامحدود وکره)می باشد. روش های تحلیلی برای شکل های هندسی منظم استفاده وسیعی در تعیین آزمایشگاهی این پارامترها دارند.. این حل های تحلیلی با استفاده از داده های آزمایشگاهی، فواید بیشتری نسبت به سایر روش های دیگر برای نمونهروش انباشته یا معادلات تجربی دارد.دراین پژوهش از روش تقریبی تغییر شکل محدود انتگرال جهت حل تحلیلی معادلات دیفرانسیل استفاده شد. تغییرات دما در خط مرکزی میله هایی از جنس آلومینیم و برنجی در آب 44 درجه سانتیگراد همراه با عمل همزدن سریع جهت تعیین ضریب نفوذ حرارتی وهمچنین تعیین ضریب انتقال حرارت در محیط های آب وهوا ثبت شد. سپس با دانستن شیب منحنی های نسبت دما بدون بعد بر حسب زمان و شعاع میله مورد آزمایش، ضریب نفوذ حرارتی و یا ضریب انتقال حرارت با استفاده از رابطه داده شده جهت عدد بیوت در این زمینه تعیین گردید. همه آزمایشهانشان داد که نتایج آزمایشگاهی با اطلاعات داده شده در منابع همخوانی دارد. این روش همچنین برای پیدا کردن مکان هندسی دقیق ترموکوپل هایی که برای اندازه گیری تغییرات دمایی در نمونه جای گذاری می شوند، بکار می روند. دراین تحقیق محل قرار گرفتن تروموکوپل نیز برای یک جسم کروی تعیین گردید. این روش در مقایسه با دیگر روش ها ساده تر و سریعتر می باشد.

تجزیه و تحلیل عملکرد مخزن با استفاده از معادلات موازنه مواد یکی از روش های مرسوم جهت تعیین میزان هیدروکربور در جای اولیه مخازن می باشد. روش های مختلف موازنه مواد در مخازن نفتی و گازی، مکانیزمهای تولید و مدلهای آبده شرح داده شده است. در این مطالعه یک نرم افزار توسعه داده شده که در آن برای محاسبه رانش آب بی بعد در مدل آبده ون اوردینگن و هرست به جای جستجوی جدولی از یک سری چندجمله ای استفاده شده است. در صورت وجود رفتار فشار غیر نرمال از روش های مناسب استفاده شده است. به کمک رگرسیون غیر خطی و خطی میزان هیدروکربور اولیه و پارامترهای آبده محاسبه شده و مکانیزم های تولید مخزن نیز به کمک شاخص های رانش تعیین گردید. این محاسبات برای یک مخزن نفتی و یک مخزن گازی در ایران انجام شده است. نتایج بدست آمده دارای همخوانی قابل قبولی با نرم افزارهای تجاری موجود می باشد.

هدف این مطالعه بررسی میزان جذب اسید لاکتیک به کمک فرآیند جذب سطحی اسید های آلی توسط رزین های آنیونی قوی در دماهای 25 الی 50 درجه سلسیوس و بررسی پارامتر های مؤثر در جذب سطحی می باشد. رزین های متداول تبادل یونی که بطور مصنوعی ساخته می شوند بر پایه قالب غیر محلول از یک پلیمر بزرگ، معمولا پلی استایرن استوار هستند ولی بعضی از این رزین ها متکی بر پایه متا آکریلیک اسید هستند. از بین رزین های تبادل یونی آزمایش شده نتایج نشان داده است که نوع بازی ضعیف آن، امبرلایت IRA-92 جهت بازیابی اسید لاکتیک مطلوب است و از میان رزین های نوع بازی قوی، امبرلایت IRA-400 جهت بازیابی اسید لاکتیک مناسب میباشد. در کار تجربی حاضر با استفاده از امبرلایت IRA-400 جذب ایزوترم تجربی اسید لاکتیک در دماهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت و بهترین جذب در دمای 45 درجه سلسیوس بدست آمد. همچنین بهترین حجم شستشوی رزین توسط آب مقطر و اسید سولفوریک یک نرمال درجریان حجمی 25/0 میلی لیتر در دقیقه بدست آمد در نهایت تاثیر جریان حجمی بر روی راندمان جدا سازی اسید در یک ستون کروماتوگرافی با قطر 12 میلی متر و طول 50 سانتی متر مورد بررسی قرار گرفت. بطور کلی درشرایط بهینه عملیاتی راندمان بازیافت اسیدلاکتیک 96 درصد و میزان بهره وری در حدود 1/1 گرم اسید لاکتیک در هر گرم رزین حاصل شده است.

در این پژوهش تجزیه بیولوژیکی گاز تری اتیل آمین(TEA) به عنوان یکی از روش های کنترل آلاینده های صنعتی مورد بررسی قرار گرفته است، دو راکتور با حجم مؤثر L6 که هر یک از سه بخش جداگانه تشکیل شده بود در دماهای 2±23 (راکتورA) و? C 2±30 (راکتورB) استفاده شده است. بستر بیوفیلتر با 60% کمپوست و 40% خرده های چوب همراه با لجن فاضلاب شهری آماده شد و ضمن بارگذاری g/m3.hr130-8، اثر دما(?C30و23(، رطوبت بستر(55-38%)، غلظت ورودی آلاینده (ppm400-20) و زمان ماند هیدرولیکی (60- 40 ثانیه) حذف بیولوژیکی TEA مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که راند مان حذف درغلظت ppm 250-20 بیشتر از 90% و در ppm400-250 بالاتر از65% می باشد. تغییر زمان ماند هیدرولیکی در ستون (B) از 60 به 40 ثانیه میزان TEA خروجی را تا 35% افزایش داده وبا کاهش رطوبت تا 40%، بازدهی حذف طی 13 روز از 87% به 22% رسیده است. حداکثر ظرفیت حذف درراکتور (A)، g /m3.hr 61 و در راکتور (B)، g /m3.hr 2/72 به دست آمد.

انباشت فاز پراکنده یکی از پارامتر های مهم در طراحی ستون ضربه ای و تعیین قطر، ارتفاع وضرایب انتقال جرم آن می باشد. ستون ضربه ای سینی دار یکی از دستگاه های مورد استفاده در استخراج مایع – مایع می باشد که بخاطر راندمان بالا و سطح کمی که اشغال می کند در صنایع هسته ای مورد استفاده قرار می گیرد. پارامترهای قابل کنترل آن عبارتند از: دامنه، فرکانس و سرعت جریانهای حجمی فازهای پیوسته وپراکنده. در این مقاله تغییرات انباشت فاز پراکنده با ارتفاع و اثر پارامتر های مختلف بر آن به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که اولا انباشت فاز پراکنده در ستون با افزایش ارتفاع افزایش می یابد. این افزایش به صورت لگاریتمی می باشد. ثانیا کشش بین فازی سیستم تاثیر زیادی برانباشت فاز پراکنده دارد. در سیستم های با کشش بین فازی پایین با اندک افزایشی در هر یک از پارامترها ممکن است انباشت فاز پراکنده بشدت افزایش یافته و امکان بروز طغیان افزایش یابد. اما در سیستم های با کشش بین فازی بالا امکان تغییرات در پارامترها بدون بروز اشکال در عملکرد ستون بیشتر است. ثالثا اثر تغییرات در هر یک از پارامترها بر انباشت فاز پراکنده متفاوت می باشد و علی رغم اینکه در بعضی روابط ارائه شده اثر دامنه و فرکانس بصورت حاصلضرب آنها ارائه شده است، اثر تغییرات در دامنه بر انباشت فاز پراکنده بیش از فرکانس است.

در این مقاله سعی شده است امکان سنجی استفاده از سیانکس 301 به عنوان یک عامل استخراج کننده در حالت فوق بحرانی برای فلزات مس و منگنز مورد بررسی قرار گیرد. استخراج به پارامترهای متعددی از جمله؛ میزان لیگاند، دما، فشار، جریان سیال، زمان استخراج دینامیک و میزان اسید بستگی دارد. تحقیقات اخیر نشان می دهد که طراحی فاکتوریل1 روش موثری در بهینه سازی پارامترهای عملیاتی می باشد. در این مطالعه از طراحی آزمایش3-6 2 فاکتوریل جزئی2 برای یافتن فاکتورهایی با بیشترین اثر استفاده شده است.با اجرای این تحقیق این نتیجه حاصل گردید که محاسبه ی دقیق اثرهر فا کتور به علت همراه شدن تاثیرات متقابل فاکتورهای دیگر که در قالب تاثیرات دوتایی، سه تایی و یا بیشتر در نظر گرفته می شود،غالبا مستلزم آزمایشهای بیشتری می باشد.بنابراین سعی گردید با استفاده از آنالیز واریانس3 و با استفاده از روش ادغام4، فاکتورهای معنی دار از فاکتورهای دیگر تفکیک شود و با اجرای آنالیز واریانس براساس متغیر های معنی دار، محاسبه دقیق اثر هر فاکتور اصلی در استخراج دو کاتیون Mn2+ و Cu2+ در محدوده مورد مطالعه صورت گیرد. با ارزیابی فاکتورهای معنی دار و انتخاب شرایط مناسب از جمله اسید نیتریک، دما وجریان سیال نتیجه شد که می توان به راحتی مس را از منگنز با راندمان بیش از 95 در صد جدا نمود. در انتها با استفاده از تحلیل رگرسیونی مدلی بر اساس اثر سه متغیر اصلی که با دقت قابل قبولی قادر به پیش بینی استخراج کاتیون مس می باشد ارائه گردیده است.