پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده چکیده
موضوع تحقیق: یکی از مشکلات معمول در خطوط انتقال گاز طبیعی گرفتگی و ایجاد افت فشار در لوله‌های انتقال گاز به علت تشکیل هیدرات‌های گازی است. هیدرات‌های گازی، ترکیبات بلوری پایداری هستند که از تماس مولکول‌های آب با برخی از مولکول‌های گازی با اندازه مناسب و تحت شرایط ترمودینامیکی مناسب (دمای پایین و فشار بالا) تشکیل می‌شوند. این ترکیبات از دو دیدگاه ترمودینامیکی و سینتیکی مطالعه می‌شوند. با وجود مطالعات فراوانی که در بخش ترمودینامیکی هیدرات صورت گرفته، سینتیک هیدرات‌ها نیازمند بررسی‌های بیشتری است.
روش تحقیق: بدین منظور برای تعیین شرایط تعادلی هیدرات گاز طبیعی، 5 آزمایش مختلف با نمونه گاز طبیعی پالایشگاه گاز و گاز‌مایع 1300 در محدوده دمایی 285/5، 281/5، 276/21 ، 275/59، 273/92 کلوین(K) و  فشار 41/1 ،28/2، 18/84 ، 13/4 ، 11/5بار(bar) در راکتوری به روش حجم ثابت انجام شد.
نتایج اصلی: بر اساس داده‌های آزمایشگاهی، ضریب انتقال جرم به‌ترتیب برابر 0/243، 0/159، 0/153، 0/094، 0/131 متر بر ثانیه و همچنین ضریب نفوذ مولکولی برابر 
 10^-9×(4/516) , 10^-9×(4/785 ), 10^-9×( 1/175 ),10^-9×(  847/ 2 ), 10^-9× (1/147), مترمربع  بر ثانیه به‌دست آمد.  این نتایج نشان می‌دهد که با افزایش دمای راکتور)فشار ثابت)، ضریب انتقال جرم کاهش و ضریب نفوذ مولکولی افزایش یافته است، همچنین با  افزایش فشار(دما ثابت)، ضریب انتقال جرم افزایش و ضریب نفوذ مولکولی کاهش یافته است که این مقادیر با معادلات تجربی همخوانی دارد. تحلیل آماری نتایج نشان داد که عامل فشار راکتور اثر بیشتری نسبت به دما بر روی ضریب انتقال جرم دارد. همچنین با بررسی آماری مشاهده شد که دما عامل مؤثرتری بر ضریب نفوذ مولکولی (DAB) گاز طبیعی در آب است.

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: سینتیک واکنش ایزومریزاسیون زایلن روی کاتالیست Mo-Pt @ZSM5 تاکنون بررسی نشده است. در این تحقیق، واکنش منفرد برگشت پذیر متازیلن به پارازایلن برای مدلسازی این فرآیند، مطالعه شده است. با توجه به اینکه خوراک واحد صنعتی، فقط مقادیر کمی از ترکیبات غیر زایلنی دارد، صرف نظر از سایر واکنشها منطقی به نظر می­رسد و نتایج این تحقیق نیز آن را تأیید می­کند.
روش تحقیق: واکنش مورد نظر در فاز گازی و دماهای ثابت 375 و 378 درجه سلیسوس روی کاتالیست Mo-Pt @ZSM5 انجام شده است. خوراک ورودی از یک واحد صنعتی گرفته شده است. در هر تست دما ثابت در نظر گرفته می­شود. در این تحقیق به منظور به دست آوردن مدلی ساده، فقط واکنش تعادلی متازایلن به پارازیلن در نظر گرفته می­شود. ثابت سرعت رفت به عنوان پارامتر قابل تنظیم در نظر گرفته شده و ثابت سرعت برگشت، از ثابت تعادل متازایلن-پارازایلن گزارش شده در نوشتجات محاسبه می­شود. چون از واکنشهای دیگر صرف نظر شده، مجموع کسر مولی متازایلن و پارازایلن ثابت و برابر مجموع آنها در خوراک فرض شده و کسر مولی اورتوزایلن از ثابت تعادل متازایلن-اورتوزایلن گزارش شده در نوشتجات محاسبه می­شود. با استفاده از موازنه جرم و معادله عملکرد ستون پرشده و نیز معادله ارگان برای برآورد تغییرات فشار در طول ستون، دستگاه معادلات دیفرانسیل مناسب در این تحقیق پیشنهاد شده و به روش عددی با استفاده از دستور ode45 در متلب، حل شده­اند.
نتایج اصلی: هم داده های تجربی و هم نتایج شبیه سازی با نرم افزار اسپن هایسیس، نشان می­دهد در محدوده دمای مورد بررسی، دما اثر کمی روی ترکیب محصول خروجی به­دست آمده دارد. بنابرین در بازه دمایی مورد بررسی، ثابت سرعت مستقل از دما فرض شده و مقدار بهینه ثابت سرعت واکنش متازایلن به پارازایلن برابر 1340 سانتیمتر مکعب محصول بر گرم کاتالیست بر ساعت است و برای واکنش برگشت از داده های ثابت تعادل برحسب دما به دست می آید. نتایج حاصل و مدل سینتیکی ساده پیشنهاد شده پیش بینی قابل قبولی از داده­های تجربی می دهد.