پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: سنتز و تعیین خصوصیات نانوجاذب مغناطیسی عامل‌دار (کبالت- تری‌آمینوپروپیل‌تری‌اتوکسی سیلان- کیتوزان) ، بهینه‌سازی و مدل‌سازی شرایط جذب و تعیین سینتیک حذف مونواتیلن‌گلیکول از نمونه پساب
روش تحقیق: در این تحقیق به‌منظور حذف ماده آلاینده منو‌اتیلن‌گلیکول (Mono Ethylen Glycol, MEG) از پساب، از نانوجاذب مغناطیسی عامل‌دار استفاده شده است. این جاذب از طریق اتصال کیتوزان بر روی سطح نانو ذره مغناطیسی فریت کبالت CoFe2O4 و از طریق حد واسط تری آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان (Aminopropyl Triethoxysilane, APTES) سنتز شد. کیتوزان به‌دلیل داشتن گروه‌های عاملی آمینو و هیدروکسیل، توانایی بالایی در جذب آلاینده‌های آلی مانند منواتیلن‌گلیکول دارد. همچنین استفاده از کیتوزان باعث افزایش سطح تماس و درنتیجه افزایش ظرفیت جاذب می‌شود. خاصیت مغناطیسی فریت‌کبالت نیز منجر به جداسازی آسان جاذب از نمونه پساب با ایجاد میدان مغناطیسی خارجی می‌شود. خصوصیات جاذب سنتز شده، با روش‌های طیف‌سنج فروسرخ تبدیل فوریه (Fourier Transform Infrared ,FTIR) آزمون مغناطیس‌سنج نمونه ارتعاشی ((Vibrating Sample Magnetometer, VSM، تحلیل وزن‌سنجی حرارتی (Thermogravimetric Analysis, TGA) و میکروسکوپ الکترونی روبشی(Scanning Electron Microscope, SEM)  بررسی شد. همچنین شرایط بهینه جذب از جمله میزان pH، زمان اشباع شدن جاذب و بازیابی جاذب ازطریق چرخه‌ی جذب و دفع تعیین گردید.
نتایج اصلی: مقدار pH بهینه جذب گلیکول از نمونه پساب توسط نانوجاذب مغناطیسی عامل‌دار برابر 6 و مدت‌زمان تماس برای تعادل ظاهری جاذب برابر 5  دقیقه تعیین شد که این زمان کوتاه جذب بیانگر در دسترس بودن مکان‌های جاذب برای گلیکول است. همچنین تغییر ظرفیت جذب پس از 10 مرحله چرخه جذب و دفع، کمتر از 21 درصد به ‌دست آمد که نشان‌دهنده قابلیت بازیابی بالای جاذب و صرفه اقتصادی آن است. داده‌های سینتیک جذب توسط سه مدل سینتیکی شبه مرتبه اول(Pseudo-first-order)، شبه مرتبه دوم(Pseudo-second-order) و نفوذ بین‌مولکولی (Intra-particle Diffusion) بررسی شد. باتوجه ‌به بالاتر بودن ضریب تصحیح (Correlation Coefficient) در مدل شبه مرتبه دوم (0.9951 =R2) می‌توان پی برد که جذب گلیکول بر روی جاذب سنتزشده با این مدل بیشترین انطباق را دارد.

چکیده موضوع تحقیق: مدل‌سازی نشت چندسطحی در خطوط لوله افقی و شیب‌دار با بهره‌گیری از تجزیه‌وتحلیل داده‌های حسگرهای زمان‌واقعی
روش تحقیق: شدت زیست‌محیطی نشت خط لوله نفت به حجم نشت بستگی دارد که مستقیماً با زمان مورد نیاز برای تشخیص و مهار نشت مرتبط است. استفاده از حسگرهای بلادرنگ نصب شده در چندین مکان در امتداد خط لوله، تشخیص مؤثر نشت را از طریق جمع‌آوری مداوم داده‌ها تسهیل می‌کند. شبیه‌سازی تشخیص نشت برای برنامه‌ریزی تعمیر، یک عامل حیاتی در طراحی، پیاده‌سازی و ارزیابی خط لوله است. این مطالعه چارچوبی را برای تولید مجموعه داده‌های خط لوله با استفاده از نرم‌افزار PipeSim و تابع تصادفی پایتون پیشنهاد می‌دهد. در ابتدا پیکربندی خط لوله افقی-شیب‌دار مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و پروفیل‌های فشار تحت شرایط نشتی و بدون نشتی ارزیابی شدند. متعاقباً، تجزیه و تحلیل نشت روی یک خط لوله شیب‌دار با زاویه شیب 20 درجه انجام شد. از آنجا که نشتی، پروفیل فشار را تغییر می‌دهد، تغییرات فشار به عنوان ورودی به یک الگوریتم یادگیری ماشین استفاده شد و توزیع فشار در امتداد خط لوله بر این اساس شبیه‌سازی شد.
نتایج اصلی: قبل از نشتی، افت فشار موضعی در نقطه نشتی psi 1270 در خط لوله افقی-شیب‌دار و psi 792 در خط لوله شیب‌دار بود. پس از نشتی، حداقل فشار در خط لوله افقی-شیب‌دار به psi ۸۰۰ و در خط لوله شیب‌دار به psi ۵۰۰ کاهش یافت. این نتایج نشان‌دهنده کاهش بیشتر افت فشار در نقطه نشتی در خط لوله افقی-شیب‌دار (psi ۴۷۰) در مقایسه با خط لوله شیب‌دار است. این رفتار به سرعت جریان بالاتر ناشی از جاذبه در خط لوله شیب‌دار نسبت داده می‌شود که افت فشارهای شدید در محل نشتی را کاهش می‌دهد. در نتیجه، شدت نشتی در شرایط سرعت جریان بالا و کاهش فشار کمتر کاهش می‌یابد.
 

چکیده موضوع تحقیق: مدلسازی فرایند جذب سطحی تناوب فشار (Pressure Swing Adsorption, PSA) در پتروشیمی کاویان که برای خالص‌سازی هیدروژن استفاده می‌شود.
روش تحقیق: در این تحقیق فرایند PSA و بهینه‌سازی متغیرهای مؤثر بر کیفیت هیدروژن با استفاده از مدلسازی فرایند به روش رانگ کاتا گیل(Rung-kutta gill) با استفاده از نرم‌افزار متلب به‌صورت نوآورانه برای واحد الفین پتروشیمی کاویان برای اولین ‌بار در ایران انجام شد و برای اولین ‌بار بهینه‌سازی فرایندها برای افزایش بهره‌وری تولید شبیه‌سازی شد.
نتایج اصلی: به‏ منظور بررسی اثر فشار برای این فرایند، فشار مرحله جذب از bar 20 تا bar 40 تغییر داده شد. نتایج نشان داد با افزایش فشار از bar 20 تا bar 25 خلوص هیدروژن به اندازه %0.53 افزایش و سپس با افزایش بیشتر فشار تا 40 بار به میزان %0.29 کاهش یافته است. تغییرات فشار بر روی بازیابی و بهره‏ وری هیدروژن نیز تأثیرگذار بود؛ به‌طوری که افزایش فشار از 20 تا 40 بار منجر به کاهش 51.27 درصدی بازیابی هیدروژن و کاهش 51.28 درصدی بهره ‏وری هیدروژن شد. براساس نتایج شبیه‌سازی، در صورتی که خلوص بالای هیدروژن مدنظر باشد فشار بهینه، 25 بار تعیین شد. اما در صورتی که بازیابی و بهره‏ وری اهمیت داشته باشد بهتر است فشار تا حد امکان پایین باشد زیرا افزایش %0.53 درصدی خلوص هیدروژن با افزایش فشار به معنای کاهش تولید هیدروژن به میزان حدوداً 5 تن به ازای هر تن جاذب در سال است. به ‏منظور اعتبارسنجی مدل، نتایج حاصل از مدل‏سازی با داده‏های صنعتی مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج حاصل از این مقایسه نشان می‏ دهد میزان خطا بین نتایج حاصل از مدل‏سازی با داده‏های صنعتی بسیار جزیی و حدود یک درصد است.