فهرست مطالب

علوم و مهندسی جداسازی - سال ششم شماره 1 (پیاپی 11، 1393)
  • سال ششم شماره 1 (پیاپی 11، 1393)
  • تاریخ انتشار: 1393/06/09
  • تعداد عناوین: 8
|
  • شهریار عصفوری*، سیده لادن سعیدی صفحات 1-9
    به منظور مطالعه رفتار فازی مولکول ها در طی فرایند جداسازی زیستی توسط سامانه های میسلی معکوس سه مدل ترمودینامیکی با ادغام مفاهیم تئوری محلول فضای خالی و مدل ترکیب موضعی سیال توسعه داده شد. همچنین برای بررسی چگونگی عملکرد مدل های توسعه داده شده، این مدل ها بر روی داده های آزمایشگاهی استخراج پروتئین آلبومین سرم گاوی توسط سامانه میسلی معکوس متشکل از ماده فعال سطحی ستیل تری متیل آمونیوم برماید اعمال گردید. نتایج نشان داد که مدل های ترمودینامیکی توسعه داده شده به خوبی قادر هستند که تغییرات غیر ایده آلی سامانه که در اثر تغییر pH محلول آبی صورت می گیرد را به خوبی در محدوده pH بین 6.1 تا 9.1 تبیین نمایند. ضمن اینکه این مدل ها قادر هستند که از روند افزایشی استخراج پروتئن حاصل از افزایش غلظت ماده فعال سطحی نیز پیروی نمایند. علاوه بر این، نتایج نشان داد که تطابق خوبی بین ضرایب توزیع پروتئین محاسبه شده و داده های آزمایشگاهی وجود دارد.
    کلیدواژگان: مدل ترمودینامیکی، میسل معکوس، جداسازی زیستی، نانو سامانه، ضریب توزیع
  • مهرنوش شوشتری، سید مصطفی نوعی باغبان*، سید حسین نوعی باغبان، داریوش جعفری صفحات 11-21
    در این تحقیق با استفاده از داده های آزمایشگاهی موجود در منابع، رابطه ای تجربی برای تعیین حلالیت فنانترن در مخلوط دی اکسیدکربن فوق بحرانی و تولوئن و همچنین رابطه ای جهت پیش بینی فوق اشباعیت فنانترن دراثر تغییر فشار سیستم (نرخ تزریق ضدحلال) تعیین گردیده است. در ادامه، مدل سازی سینتیکی تبلور ضد حلال فوق بحرانی با استفاده از روش موازنه جمعیت صورت گرفته است. الگوریتم عددی به صورت ترکیبی از روش های کرنک-نیکلسون و لکس-وندراف برای حل مدل درنظر گرفته شده است. مراحل شبیه سازی با تغییر در عوامل موثر فرآیندی نظیر نرخ افزایش ضدحلال، نرخ فوق اشباعیت در دمای عملکردی °C40 و بازه فشاری بین 34/0 تا 63/5 مگاپاسکال انجام شد. با حل عددی معادله موازنه جمعیت به روش گسسته سازی، هسته زایی، رشدبلور، توزیع اندازه و متوسط طول ذرات تعیین گردیدند. نتایج حاکی از کاهش شدید حلالیت اشباع حل شونده از 27/0 تا 16/0 بدلیل افزایش شدید فشار از 1/0 تا 34/0 مگاپاسکال بوده که باعث ایجاد فوق اشباعیت شدید از 1 به 6/1 و کاهش شدید حلالیت شده است. همچین با افزایش ضدحلال، در فشار 6 مگاپاسکال مقدار فوق اشباعیت بیشترین بوده است. در فشار 3/0 مگاپاسکال هسته زایی اولیه نسبت به ثانویه اولویت داشته و با افزایش ضدحلال و رسوب حل شونده اثر هسته زایی ثانویه تشدید شده و در فشار 6 مگاپاسکال به مقدار بیشینه خود رسیده است. تا فشار79/1 مگاپاسکال، منحنی توزیع اندازه ذرات بصورت یونیمودال بوده و نقطه بیشینه منحنی در نواحی با اندازه کوچکتر (دسته اندازه ای کمتر از20) قرار داشته است. مشاهده می شود که با افزایش فشار، پیک دوم رشد کرده و نمودار از حالت یونیمودال به سمت باینومیال در حال تغییر یافتن بوده است.
    کلیدواژگان: تبلور، مدل سازی، ضد حلال فوق بحرانی، توزیع اندازه ذرات، معادله موازنه جمعیت
  • مصطفی امیدعلی*، عبدالرضا اروجعلیان، احمدرضا رئیسی صفحات 23-34
    ایزوبوتانول حاصل از فرآیند تخمیر غلظت پایینی دارد و برای مصرف نیاز به جداسازی و خالص سازی می باشد. فرآیندهای جداسازی متعددی برای بازیابی ایزوبوتانول از محیط تخمیر وجود دارد. به منظور جداسازی و تغلیظ ایزوبوتانول از محلول های آبی رقیق آن، فرآیند غشایی تراوش تبخیری به کار گرفته شد. بدین منظور، از غشاهای ترکیبی با لایه اصلی پلی دی متیل سیکلوکسان (PDMS) با ضخامت های مختلف برای بازیابی ایزوبوتانول استفاده شد و تاثیر چند پارامتر عملیاتی موثر مانند ضخامت غشا، غلظت خوراک و دمای خوراک بر کارکرد سیستم بررسی شد. نتایج حاکی از آن است که با افزایش غلظت ایزوبوتانول در محلول خوراک، میزان فلاکس عبوری از غشا و انتخاب پذیری آن افزایش می یابد به عنوان مثال، با افزایش غلظت ایزوبوتانول از 2 به 5 درصد وزنی در محلول خوراک، فلاکس کل و انتخاب پذیری غشاء بیش از 50% افزایش می یابد. این در حالی است که با افزایش ضخامت لایه فعال غشاء از 3/2 به 9/12 میکرومتر، میزان فلاکس عبوری از غشاء به حدود نصف کاهش و انتخاب پذیری آن به بیش 5/1 برابر افزایش می یابد. همچنین افزایش دما موجب بالارفتن فلاکس عبوری از غشا و کم شدن انتخاب پذیری می شود.
    کلیدواژگان: فرآیند جداسازی، تراوش تبخیری، ایزوبوتانول، غشاهای ترکیبی
  • فضل الله حشمت نژاد، سید مصطفی نوعی باغبان*، سیدحسین نوعی صفحات 35-46
    در این تحقیق به مدل سازی و شبیه سازی سینتیکی فرآیند تبلور ضدحلال مایع با در نظر گرفتن سازوکار های انباشتگی و شکست ذرات پرداخته شده است. سیستم تبلور، شامل کلرید سدیم به عنوان حل شونده، آب به عنوان حلال اولیه و اتانول به عنوان ضد حلال است. در مرحله مدل سازی،از روش ترکیبی کرنک-نیکلسون و لکس-وندراف با در نظر گرفتن پدیده های سینتیکی هسته زایی، رشد، انباشتگی و شکست ذرات برای حل معادله ی موازنه جمعیت و پیش بینی منحنی توزیع اندازه ذرات استفاده شده و مرحله شبیه سازی نیز با تغییر در دبی ضدحلال انجام شد. علاوه بر این اعتبارسنجی میان داده های آزمایشگاهی و نتایج مدل سازی با در نظر گرفتن سازوکار انباشتگی- شکست و بدون در نظر گرفتن آن ارائه گردید و توافق خوبی میان نتایج شبیه سازی و داده های آزمایشگاهی با در نظر گرفتن پدیده های انباشتگی- شکست به دست آمد. به عبارتی با در نظر گرفتن دو پدیده انباشتگی و شکست ذرات، می توان به مدلی با دقت بالاتر دست یافت. RMSDبین نتایج مدل و داده های آزمایشگاهی برای توزیع اندازه ذرات در دو زمان میانی و نهایی (100 و 200 دقیقه) به ترتیب برابر، 89/2% و 87/9% به دست آمده است.
    کلیدواژگان: تبلور، مدل سازی، ضد حلال، موازنه جمعیت، انباشتگی و شکست ذرات
  • امیر رحیمی*، فخری سیدین آزاد، پژمان روحی صفحات 47-56
    این مطالعه با هدف مدلسازی ریاضی و شبیه سازی برج های جذب دی متیل فرم آمید و اکریلونیتریل واحد اکریلیک 1 شرکت پلی اکریل ایران انجام شده است. به منظور حصول داده های تعادلی و تکمیل پارامترهای مورد نیاز مدل و همچنین درنظر گرفتن تاثیر انحراف از حالت ایده ال در فاز مایع، دستیابی به مدل های ضریب اکتیویته و معادله حالت مناسب ضروری است. برای محلول دی متیل فرم آمید و آب مدل ضریب اکتیویته NRTL و معادله حالت PRSV از میان معادله های مورد بررسی مناسب تر شناخته شد. در خصوص محلول اکریلونیتریل و آب نیز مدل ضریب اکتیویته ون لار و ردلیچ- کیستر و معادله حالت PRSV مناسب تشخیص داده شد. نتایج حاصل از مدل با داده های صنعتی استخراج شده از واحدهای عملیاتی موجود در شرکت پلی اکریل ایران مقایسه و دقت مدل مورد ارزیابی قرار گرفت. این بررسی ها نشان داد که نتایج حل معادلات حاکم به شدت تاثیرپذیر از نوع روابط تجربی مورد استفاده در پیش بینی ضرایب انتقال جرم و حرارت است. همچنین تاثیر پارامترهای عملیاتی بر نتایج عملکردی برج شامل راندمان جداسازی مورد بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: جذب فیزیکی، دی متیل فرم آمید، اکریلونیتریل، ضریب اکتیویته، مدلسازی ریاضی
  • سعید علمدار میلانی*، حسین ابوالقاسمی، محمد شیرزاد صفحات 57-65
    چکیده: بازیابی کبالت (II) از محلول های آبی با استفاده از غشای درون پلیمری حاوی دی نونیل نفتالن سولفونیک اسید (DNNSA) به عنوان حامل، و نرم سازهای مختلف بررسی شد. مقدار حامل در غشا به عنوان یک پارامتر مهم در بازیابی یون کبالت مورد بررسی آزمایشگاهی قرار گرفت و مقدار بهینه ی آن %15 وزنی به دست آمد. پس از بررسی میزان بازیابی کبالت (II) با غشاهای مختلف ساخته شده با 4 نرم ساز دی اکتیل آدیپات، دی اکتیل فتالات، تری اتیل فسفات، تری بوتیل فسفات، در مدت 8 ساعت، دی اکتیل آدیپات به عنوان موثرترین نرم ساز انتخاب شد. ساختار غشا با استفاده از طیف سنجی تبدیل فوریه ی زیرقرمز (FTIR) بررسی و نشان داده شد که اجزای غشا از طریق برهم کنش های غیرکووالانسی به هم می پیوندند. میزان بازیابی یون کبالت با افزایش سرعت هم زدن فازها تا 200 دور بر دقیقه، افزایش یافته و سپس به یک مقدار تقریبا ثابتی رسید. نتایج آزمایش های بررسی اثر pH در بازه ی 3 تا 5/7، مقدار بهینه ی pH فاز دهنده را برابر 5 به دست داد. هم چنین داده های سینتیکی با معادله ی سینتیکی درجه ی اول به خوبی برازش شدند.
    کلیدواژگان: بازیابی، کبالت(II)، غشای درون پلیمری، دی نونیل نفتالن سولفونیک اسید، سینتیک
  • فرانک کریمیان، الهام عامری*، محمد محمدی صفحات 67-74
    در این پژوهش غشا مایع امولسیونی برای استخراج سوکسنیک اسید از محیط شبیه سازی شده، برای اولین بار با استفاده از حامل تری بوتیل آمین بکار گرفته شد. خوراک شامل سوکسنیک اسید با غلظتی برابر (40 میلی مول بر لیتر) در محیط کشت تخمیر تولید آن اسید بود. جهت بدست آوردن شرایط بهینه، اثر برخی عوامل آزمایشگاهی از جمله غلظت حامل، غلظت امولسیفایر و نسبت حجم فاز امولسیون به حجم فاز خوراک بر سامانه ناپیوسته مورد مطالعه قرار گرفت. تاثیر افزودن سیکلوهگزانون به فاز غشاء بر درصد استخراج نیز بررسی شد. همچنین سینتیک فرآیند استخراج مورد بررسی قرارگرفت و سینتیک مرتبه اول برای فرایند پیشنهاد شد. تحت شرایط ویژه عملیاتی در مدت زمان استخراج 25 دقیقه، درجه استخراج سوکسنیک اسید به 99% رسید. غلظت تری بوتیل آمین، مقدار امولسیفایر و نسبت حجم فاز خوراک به حجم فاز امولسیون به ترتیب برابر با 30 میلی مول بر لیتر، 5 درصد حجمی و نسبت 1:5 برای بازدهی مطلوب استخراج تعیین گردید.
    کلیدواژگان: سوکسنیک اسید، غشا مایع امولسیونی، تری بوتیل آمین، استخراج
  • مصطفی حسین زاده*، مهدی علیزاده، محمد رنجبر، محمد پازوکی صفحات 75-81
    در این تحقیق استخراج حلالی رنیوم از محلول لیچینگ حاصل از غبار کوره تشویه مولیبدنیت در دستگاه میکسر-ستلر به روش جریان متقابل در نسبت های فازی آبی به آلی مختلف شبیه سازی شد و تاثیر نسبت فاز آبی به آلی بر تعداد مراحل استخراج، رسیدن به حالت پایا و تنظیم شرایط بهینه برای جداسازی رنیوم از محلول لیچینگ مورد بررسی قرار گرفت. نسبت های فازی آبی به آلی بر مبنای منحنی مک کیب-تیل رنیوم انتخاب شدند و آزمایش های شبیه سازی استخراج حلالی رنیوم با استفاده از الگوی جریان به کار گرفته شده انجام شد. آزمایش ها تا مرحله رسیدن به حالت پایا و شرایط تعادل نهایی برای هر نسبت فازی مشابه با حالت واقعی استخراج نهایی در دستگاه میکسر-ستلر ادامه یافت. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که تحت شرایط بهینه، در نسبت فازی آبی به آلی 2:1 با 3 مرحله استخراج بیش از 98 درصد رنیوم استخراج شد.
    کلیدواژگان: شبیه سازی، استخراج حلالی، رنیوم، نسبت فازی، جریان متقابل
|
  • Shahriar Osfouri *, Seyede Ladan Saeedi Pages 1-9
    Three thermodynamic models were developed by combining vacancy solution theory and local composition concept with the aim of phase behavior study of biomolecules in separation process using reverse micellar system. Also, to check the capability of the developed models, each one has been applied to the experimental data of reverse micellar extraction of bovine serum albumin were composed of cetyl tri methyl ammounium bromide surfactant. The results showed that the developed models are able to express the non-ideality of the system due to the variation of aqueous pH. Moreover, these models are able to follow the increasing trend of protein extraction due to increasing of surfactant concentration. Furthermore, the results showed that the calculated protein partition coefficients are in good agreement with the experimental data.
    Keywords: Thermodynamic model, Reverse micelle, Bioseparation, Nanosystem, Partition coefficient
  • Mehrnouss Shushtari, S. Mostafa Nowee*, S. Hossein Noie, Dariush Jafari Pages 11-21
    In the current study, using experimental data from literature, an empirical correlation of phenanthrene solubility in the mixture of supercritical CO2 and toluene and also another equation to correlate its supersaturation rate with pressure (antisolvent addition rate were determined. Afterwards, the kinetic modeling of supercritical antisolvent crystallization process using the Population Balance Equation (PBE) method was fulfilled. Lax-Wendroff and Crank- Nicholson as a combinatorial numerical algorithm was used to solve the PBE. The simulation was performed at 40C and pressure range between 0.34 and 5.63 MPa by changing the main operating parameter, the antisolvent addition rate (system pressure). To determine nucleation rate, crystal growth rate, crystal size distribution, and mean size, discretization method was used and a numerical solution to the PBE was performed. The results showed that drastic decrease of solubility (mole fraction) from 0.27 to 0.16 was the result of pressure increase from 0.1 to 0.34MPa which followed by high supersaturation generation from 1 to 1.6. By adding the antisolvent, the highest supersaturation was at 6 Mpa. The primary nucleation was superior at 0.3 MPa while the second nucleation increased by the antisolvent addition and the solute precipitation and reached the maximum at 6 Mpa. The particle size distribution showed to have one pick located within small sized particles (class sizes lower than 20) upto 1.79 MPa. By the pressure increase a second pick gradually was appearing and the diagram was changing to binomial.
    Keywords: Crystallization, modeling, Supercritical Antisolvent, Crystal size distribution, Population Balance Equation
  • Mostafa Omidali*, Abdolreza Aroujalian, Ahmadreza Raisi Pages 23-34
    Isobutanol produced from the fermentation process has a low concentration and needs to be concentrated and purified for use in different applications. There are many separation processes for isobutanol recovery from the fermentation broth. A hydrophobic pervaporation process was employed to separate isobutanol from its dilute aqueous solutions. For this purpose, composite poly dimethyl siloxane (PDMS) membranes with various active layer thicknesses were used for the recovery of isobutanol and the effect of some operating parameters such as membrane thickness, feed concentration and feed temperature on the separation performance of pervaporation was investigated. The results indicated that the permeation flux and isobutanol selectivity increased by an enhancement in the feed concentration. For example, by increasing the isobutanol feed concentration from 2 to 5%wt., the total flux and membrane selectivity enhanced by more than 50%. When the membrane thickness varied from 2.3 to 12.9 μm, the permeation flux was reduced by about half, but the selectivity increased more than 2 times. Also, higher temperature led to higher permeation flux, while the selectivity decreased with an enhancement in the feed temperature.
    Keywords: separation process, pervaporation, isobutanol, composite membranes
  • Fazlollah Heshmatnezhad, S. Mostafa Nowee*, S. Hossein Noie Pages 35-46
    In this research kinetic modeling and simulation of liquid antisolvent crystallization system considering the mechanisms of particle agglomeration and breakage was carried out. The studied crystallization system contained salt, water and ethanol as soluble, initial solvent and antisolvent, respectively. The modeling step deployed combined Crank- Nicholson & Lax-Wendroff methods considering nucleation, growth, agglomeration and breakage kinetic phenomena of particles to solve the population balance equation and predict particle size distribution curve. Also mathematical simulation was performed to the variation of anti-solvent rate. Moreover, a comparison between computational and experimental data considering the mechanisms of particle agglomeration and breakage and without considering the mechanisms of particle agglomeration and breakage is presented. The simulation results which considered the mechanisms of particleagglomeration and breakage were in good agreement with the experimental data. In other words, it was concluded that more accurate model can be obtained by considering the mechanisms of particle agglomeration and breakage. The RMSD of modeling results and experimental data of particle size distribution at two different times (100 and 200 minutes) were 2.89% and 9.87%, respectively.
    Keywords: Crystallization, Modeling, Anti, solvent, Population Balance, Agglomeration, Breakage
  • Amir Rahimi *, Fakhry Seyedeyn, Azad, Pejman Rouhi Pages 47-56
    In this study, mathematical modeling and simulation of Dimethylformamide (DMF) and Acrylonitrile (AN) absorber columns of Acrylic No. 1 unit of Iran Polyacryl Corporation were performed. An investigation and comparison of different activity coefficient models and equation of states showed that NRTL model for predicting activity coefficient and PRSV for equation of state were suitable for DMF-water. For an AN-water solution, Van Laar and Redlich-Kister were suitable for predicting activity coefficient and PRSV for equation of state. The results of the model were compared with the data obtained from the plant. It was shown that the results of solution of basic equation were influenced with different correlation for predicting of mass and heat transfer coefficient, effective area of heat and mass transfer as well as geometric structure of the packing. The effects of different operation parameters on the result of the model such as separation efficiency are also investigated.
    Keywords: Physical absorption, Dimethyl formamide, Acrylonitrile, Activity coefficient, Mathematical modeling
  • Saeid Milani*, Hossein Abolghassemi, Mohammad Shirzad Pages 57-65
    Recovery of cobalt(II) from aqueous solution by polymer inclusion membrane with dinonyl-naphtalenesulfonic acid (DNNSA) as the ion carrier and plasticized with 4 different plasticizer was investigated. Carrier concentration as an important parameter in recovery efficiency was studied and the membrane composed of 15% (wt/wt) of carrier was found to be the most efficient. The studies included effects of nature of plasticizers. Transport accross membranes plasticized with dioctyl adipate, dioctyl phthalate, triethyl phosphate, tributyl phosphate in 8 hours were investigated and dioctyl adipate was selected as the best. The FTIR characterization showed that the membrane constituents remains as pure substance after synthesis. Recovery of cobalt(II) ions increased with increasing of rate of mixing up to 200 rpm and after that became constant. The effect of pH on recovery was investigated between 3-7.5 and the most efficient pH was 5. Finally, the kinetics was studied with optimized parameters by investigation of cobalt concentration of source phase as a function of time and were found to follow first-order kinetics.
    Keywords: Recovery, Cobalt(II), Polymer Inclusion Membrane, Di nonyl naphthalene sulfonic, Acid (DNNSA), Kinetics
  • F. Karimian, E. Ameri*, M. Mohamadi Pages 67-74
    Emulsion liquid membranes (ELMs) were applied to extract succinic acid in simulated media with TBA (tributylamine) carrier for the first time. Feed solution concentration of succinic acid (40 mmol/L) was as high as that in an actual fermentation broth producing succinic acid. To achieve the optimal conditions, the effects of several experimental variables on the batch ELM system were investigated. The effect of addition of cyclo hexanone into the membrane phase was studied on the extraction process. Also, kinetics of the extraction process was investigated and the first-order kinetics was proposed to the extraction process. Under a specific operating condition, the degree of extraction of succinic acid was as high as 99%, for extraction time of 25 min. Also, the TBA concentration, surfactant value and initial volume ratio of emulsion phase to feed phase were determined as 30 mM, 7 vol.%, and 1:5 respectively, for optimum efficiency of extraction.
    Keywords: Succinic Acid, Emulsion liquid membrane, Tributylamine, Extraction
  • Mostafa Hosseinzadeh*, Mehdi Alizadeh, Mohammad Ranjbar, Mohammad Pazouki Pages 75-81
    In order to study the effect of the phase ratio on rhenium extraction, the number of stages and to reach steady state in the mixer-settler, rhenium solvent extraction from roastingdust leach-liquor was simulated using counter-current operation. The phase ratios were selected based on the results obtained from McCabe-Thiele plot. The extraction process for each phase ratio was simulated until achieving final equilibrium conditions. From the results of this study, it can be pointed out that under optimum conditions selected (a three-stage extraction at Va/Vo=2) more than 98% of rhenium can be extracted from the leach liquor. The results of simulation tests were in the same range of the experimental results.
    Keywords: Simulation, Solvent extraction, Rhenium, Counter, current, Phase ratio