پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: شناسایی و ارزیابی فرصت‌های سرمایه‌گذاری با در نظر گرفتن کل شبکه واحدهای پتروشیمی ایران در جهت توسعه زنجیره ارزش صنعت پتروشیمی و برای دستیابی به بیشترین ارزش افزوده و استفاده بهینه از منابع نفت و گاز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

روش تحقیق: هدف از انجام این پژوهش ایجاد مدلی ریاضی برای شناسایی و ارزیابی فرصت‌های سرمایه‌گذاری با تحلیل داده‌های فنی و اقتصادی-مالی واحدهای فرایندی فعال در صنعت پتروشیمی ایران است. این ابزار می‌تواند در زمانی محدود و با دقتی قابل‌قبول حجم زیادی از اطلاعات را پردازش کرده، خروجی مطلوب را ارائه دهد. اطلاعات فرایندی مجتمع‌های پتروشیمی شامل واحدهای عملیاتی، میزان تولید و مصرف مواد، فناوری‌های مورد استفاده و قیمت مواد اولیه و محصولات از داده‌های اصلی هستند که مبنای تهیه مدل‌های ریاضی است. علاوه بر واحد‌های فرایندی، متغیر‌های محیطی تأثیرگذار بر سامانه همراه با نحوه اثر‌گذاری آن‌ها بر مدل نیز مدل‌سازی و با شبکه واحد‌های فرایندی یکپارچه شده است.

نتایج اصلی: با ایجاد مدل و انجام فرایند شبیه‌سازی، خروجی‌های مختلف سامانه شامل: تحلیل فنی و اقتصادی-مالی، تخمین هزینه‌های سرمایه‌گذاری واحد‌های فرایندی، تحلیل حساسیت شبکه واحد‌های فرایندی نسبت به عوامل و متغیرهای فنی و اقتصادی مانند قیمت خوراک و محصولات و همچنین ظرفیت عملیاتی واحدهای فرایندی است. به‌منظور اعتبار‌سنجی خروجی‌های شبیه‌ساز، داده‌های واقعی مجتمع پتروشیمی امیرکبیر برای نمونه با خروجی‌های به‌دست‌آمده در شبیه‌ساز مقایسه شد و میزان خطای شبیه‌ساز به‌طور میانگین در برآورد میزان تولید محصولات اصلی3.36درصد و برآورد میزان تولید محصولات جانبی 22 درصد ارزیابی شد. در نهایت مبتنی بر خروجی‌های شبیه‌ساز، شناسایی، ارزیابی و اعتبارسنجی فرصت‌های سرمایه‌گذاری در زنجیره ارزش صنعت پتروشیمی ایران انجام شد که بر این اساس، احداث واحد تبدیل متانول به الفین (MTO) به‌عنوان فرصت سرمایه‌گذاری معتبر در بخش پایین‌دستی زنجیره ارزش متانول معرفی شد.

چکیده موضوع تحقیق: جریان دو مایع امتزاج‌ناپذیر در چند دهه گذشته توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این جریان در بسیاری از فرآیندهای صنعتی مانند صنایع شیمیایی، پتروشیمی، غذایی و فرآوری کاربرد دارد و به طور گسترده در انتقال روغن با ویسکوزیته بالا از طریق خطوط لوله که توسط آب روانکاری می‌شود، دیده می‌شود. با این‌حال، یکی از روش‌های ساده مطالعه ضریب انتقال جرم و هیدرودینامیک جریان در سامانه شیمیایی مایع-مایع، روش تک‌قطره در حال صعود در فاز دوم ساکن است. اگرچه شاید این مبحث در مورد قطرات با شکل تقریباً کروی و فاقد نوسان و آشفتگی‌های سطحی کاملاً شناخته شده باشد، اما هنوز در مورد قطرات بیضوی و دارای نوسان در فازهای با کشش بین‌سطحی پایین پیچیدگی دارد.
روش تحقیق: در این مطالعه آزمایشگاهی، تأثیر انتقال جرم بر سرعت و شکل قطره در سامانه شیمیایی نرمال‌بوتانول-اسید‌سوکسینیک-آب بررسی شده است. متغیرهای مورد مطالعه، شدت جریان فاز پراکنده، اندازه قطره و غلظت اسید‌سوکسینیک در فاز پراکنده است. آزمایش‌ها به روش تک‌قطره در ستون استخراج انجام شد. محدوده قطر قطرات نرمال‌بوتانول در محدوده شدت جریان مورد آزمایش، بین 1.3 تا 3.0 میلی‌متر و محدوده رینولدز کمتر از 300 بود.
نتایج اصلی: نتایج نشان داد که سرعت حد قطره در حضور و غیاب انتقال جرم متفاوت است. انتقال جرم باعث تأخیر در رسیدن به سرعت حد می‌شود، همچنین رژیم قطره را با وجود تغییرشکل آن حفظ می‌کند. کشش بین‌سطحی کم این سامانه شیمیایی باعث تشکیل قطرات بیضی شکل شد و نسبت ابعادی تا 0.4 کاهش یافت، اما در حضور انتقال جرم، قطرات پهنای بیشتری پیدا کرده، به سمت کروی‌تر شدن متمایل شدند و نسبت ابعادی در بیشترین غلظت و در بزرگ‌ترین افشانک (Nozzle) استفاده‌شده حدود %50 نسبت به غیاب انتقال جرم افزایش یافت. سرعت حد و تغییرشکل قطرات در قالب اعداد بی‌بُعد رینولدز (Re)، اوتوس (Eo)، و وبر (We) مطالعه شد.

چکیده موضوع تحقیق
کلیسناسیون کک نفتی فرآیندی شیمیایی است که طی آن کک نفتی به علت بالا رفتن حرارت، رطوبت و مواد احتراق پذیر فرار را از دست می­دهد و در نهایت ارتقای خواص فیزیکی کک کلسینه را باعث می­گردد. در این مقاله، فرآیند کلسیناسیون کک نفتی توسط کوره دوار بررسی و به کمک روش CFD به صورت دوبعدی مدلسازی می شود. هدف از مدلسازی و شبیه سازی آن، شناخت رفتار دمایی، غلظتی و حرکت سیال گاز داخل کوره است، تا بتوان بر اساس شناخت به­دست آمده، طراحی و کنترل آن را به درستی انجام داد.
روش تحقیق
برای این منظور از نرم افزار کامسول کمک گرفته شد. کوره دوار کلسیناسیون کک نفتی شامل دو فاز جامد و گاز است که به صورت ناهمسو از کنار هم عبور می کنند. همه فیزیک های پیچیده موجود در سیستم، شامل واکنش های شیمیایی، انتقال حرارت های هدایتی، جابجایی و تشعشعی، انتقال جرم های درون فازی و بین فازی، تبخیر و رهایی مواد از فاز جامد به فاز گاز، ملاحظات آشفتگی جریان و روابط پیچیده آن در نظر گرفته شد. در نتیجه حل مدل به روش المان محدود، تغییرات متغیرهای اصلی شامل دما، غلظت مواد و سرعت سیال در بستر بدست آمد.
نتایج اصلی
نتایج نشان داد که تزریق میان بستری هوا نقش مهمی در ایجاد تغییرات در دما (حدود 100 درجه افزایش) و سرعت گرفتن واکنش های احتراق دارد. هم چنین بیشترین دمای کوره 1910 درجه سانتیگراد بدست آمد. تغییرات غلظت مواد در فاز گاز نیز عمدتا در هنگام ورود به بستر و در نواحی نزدیک تزریق میان بستری دیده شد. مقایسه نتایج با کارهای مشابه نشان از دقت بالای مدل سازی انجام شده بود.

چکیده چکیده
موضوع تحقیق: احتراق سوختهای فسیلی جهت تامین انرژی، مقدار زیادی دی اکسید کربن تولید می نماید. انتشار گاز دی اکسید کربن منجر به افزایش دمای زمین و بروز بلایای طبیعی زیادی از جمله سیل، طوفان، افزایش سطح آب دریاها و خشکسالی گسترده شده که سیستم های اکولوژیکی و حیات انسان را تهدید می کند. بنابراین جذب و حذف دی اکسید کربن از منابع یا محیط، نقش کلیدی در مقابله با تهدید گرمایش جهانی دارد.
روش تحقیق: در این مطالعه جهت حذف گاز کربن دی اکسید از جریان هوا از یک دستگاه شوینده ونتوری در مقیاس نیمه صنعتی استفاده شده است. نتایج حاصل از تاثیر پارامتر های متفاوت از جمله دبی هوای ورودی بر شوینده ونتوری، دبی حلال، میزان هدر رفت حلال در فرآیند شستشو، جذب کربن دی اکسید به کمک حلال نانوسیال آب/ اکسید آهن- نانو ورقه­های گرافن در حضور ماده فعال سطحی تترا متیل آمونیوم هیدروکسید( TMAH) مورد بررسی قرار گرفته است.
نتایج اصلی: ماده فعال سطحی TMAH مانع از بهم چسبیدن نانو ذرات در سیال پایه و موجب پایداری آنها می­گردد. مقدار بیشینه بازده جذب و شار مولی انتقال جرم گاز دی اکسید کربن توسط نانو ذرات اکسید آهن و نیز نانو ورقه های گرافن برای مخلوط نانو ذرات اکسید آهن (25%) و نانوگرافن (75%) در حضور ماده فعال سطحی TMAH نسبت به حالت های دیگر به دلیل ماهیت آنها بیشتر است زیرا نانو ذرات اکسید آهن سبب همزدگی بهتر و در نتیجه افزایش جابه جایی نانو ورقه های گرافن می شوند. حرکت های کاتوره ای براونی نانو ذرات موجب گردابه های میکرونی شده که باعث افزایش انتقال جرم در سطح گاز - مایع می­شود. همچنین مقدار شار مولی و بازده جذب گاز دی اکسید کربن با افزایش غلظت نانوذرات به دلیل به افزایش قابل توجه ویسکوزیته نانوسیال کاهش می یابد.
کلمات کلیدی: نانوسیال هیبریدی؛ شوینده ونتوری؛ جذب گاز؛ نانوذرات اکسید آهن؛ نانو ورقه های گرافن

چکیده در این تحقیق وقوع پدیده طغیان به علت تجمع رسوبات در ناحیه ناودانی که منجر به افزایش بیش از حد مایع روی سینی های بالایی برج تقطیر شده بود در یک پالایشگاه مورد بررسی قرار گرفت.
فشار خلاء در ناحیه بالای برج، دبی آب تغذیه بویلر ورودی به کندانسور و دبی محصول خالص خروجی به عنوان سه پارامتر عملیاتی بسیار مهم و تأثیر گذار در کنترل شدت پدیده طغیان و نیز میزان کُک به عنوان یک پارامتر آزمایشگاهی مهم برای کاهش حجم رسوبات ورودی به برج تقطیر مد نظر قرار گرفت. داده ها و نتایج حاصل از تغییرات انجام شده بر روی هر یک از این سه پارامتر عملیاتی نشان دهنده موثر بودن آنها در کنترل شدت وقوع طغیان بود. به منظور کنترل و کاهش مشکلات ناشی از پدیده طغیان همزمان دور پمپ خلاء، دبی آب تغذیه بویلر ورودی به کندانسور و دبی محصول خالص خروجی تا نرمال شدن شرایط عملیاتی برج تقطیر به تناسب افزایش داده شد.
در این تحقیق چگونگی کنترل پدیده طغیان و کاهش اثرات نامطلوب ناشی از آن به دلیل تجمع رسوبات در ناحیه ناودانی سینی شماره 22 و بالاتر از آن مورد بررسی قرار گرفت. برای غلبه بر این مشکلات ابتدا دور پمپ خلاء از rpm850 به rpm1250 و دبی آب تغذیه بویلر ورودی به کندانسور از m³/hr 1.95 به m³/hr 3.2 افزایش داده شد. از طرفی به منظور جلوگیری از آلوده شدن محصول خالص، دبی محصول خالص خروجی نیز از kg/hr 925 تا kg/hr 2300 افزایش یافت. همچنین با کنترل منظم و دقیق شاخص میزان کُک به عنوان یک پارامتر آزمایشگاهی بسیار مهم، حجم روسبات کُک موجود در خوراک قطران زغال سنگ ورودی به برج تقطیر پس از یک مرحله سانتریفیوژ در بازه زمانی 30 روزه از مقدار 37.5 درصد وزنی به 18.4 کاهش یافت.

چکیده موضوع: هیدروژن زیستی یک منبع انرژی تجدیدپذیر است که استفاده از آن به عنوان سوخت، مزایای اقتصادی و محیط‌زیستی زیادی دارد. کنترل غلظت سوبسترا در واکنشگاه، تاثیر چشم‌گیری بر میزان تولید هیدروژن دارد. فرایند تولید هیدروژن زیستی یک فرایند پیچیده و غیرخطی است که کنترل آن مستلزم به کارگیری روش‌های کنترل غیرخطی است. در این مقاله، به کنترل غلظت سوبسترا در یک واکنشگاه بی‌هوازی تولید هیدروژن با استفاده از روش خطی‌سازی پسخور پرداخته شده است.
روش تحقیق: مدل مورد استفاده برای شبیه‌سازی، یک مدل شناخته شده متشکل از سه متغیر حالت است. کنترل‌کننده پیشنهادی، یک کنترل‌کننده خطی‌سازی‌شده کلی (GLC) است که بر اساس روش خطی‌سازی پسخور (Feedback linearization) طراحی می‌شود. در این روش، سیستم غیرخطی از طریق انتقال دستگاه مختصات، به طور دقیق خطی‌سازی می‌شود. بنابراین، می‌توان سیستم خطی‌سازی شده را با استفاده از یک کنترل‌کننده خطی کنترل کرد. به منظور خطی‌سازی سیستم، با استفاده از مدل ارایه‌شده برای این فرایند و با به کارگیری مفاهیم هندسه دیفرانسیلی یک جبران‌کننده غیرخطی طراحی شده است. در صورت به کارگیری جبران‌کننده غیرخطی، می‌توان از کنترل‌کننده تناسبی-انتگرالی (PI) به عنوان کنترل‌کننده خطی استفاده کرد. عملکرد کنترل‌کننده GLC+PI در کنترل فرایند مذکور، در مقایسه با یک کنترل‌کننده غیرخطی (NC) و یک کنترل‌کننده PI، مورد سنجش قرار گرفته است. عملکرد کنترل‌کننده‌های مذکور با شبیه‎سازی عددی و بر اساس شاخص انتگرال زمان در مربع خطا (ITSE) مطالعه شده است.
نتایج اصلی: نتایج شبیه‌سازی حاکی از این هستند که کنترل غلظت سوبسترا در این فرایند، به طور کلی، باعث افزایش مقدار تولید هیدروژن می‌شود. روش پیشنهادی در این مقاله (GLC+PI) برای کنترل غلظت سوبسترا در واکنشگاه زیستی تولید هیدروژن، در مقایسه با کنترل‌کننده‌های NC و PI، عملکرد بهتری در تعقیب مقدار مقرر دارد. در صورت تغییر 25 درصدی پارامترهای سینتیکی، عملکرد NC مختل می‌شود، اما روش های PI و GLC+PI در برابر این مقدار عدم قطعیت مقاوم هستند. عملکرد مناسب کنترل‌کننده می‌تواند تولید پایدار هیدروژن را تضمین کند. مقایسه نتایج شبیه‌سازی در حالت حلقه‌باز و حلقه‌بسته نشان می‌دهد که کنترل غلظت سوبسترا باعث افزایش 90 درصدی تولید هیدروژن می‌شود.

چکیده موضوع تحقیق: امروزه و بدلیل شیوع ویروس کرونا و افزایش استفاده از محلولها و ژل‌های ضدعفونی، استفاده از گلیسرین نیز به شدت افزایش یافته است. ترانس‌استریفیکاسیون یکی از فرایندهای مهم در صنعت است که طی آن روغن خوراکی یا غیر خوراکی به بیودیزل و گلیسرین تبدیل می‌شود. تحقیقات زیادی در این زمینه به منظور بهبود این فرایند به منظور تولید بیشتر بیودیزل انجام شده است اما در هیچکدامیک بهینه سازی فرایند به منظور تولید بیشتر گلیسرین انجام نشده است.
روش تحقیق: در این مقاله به بررسی و شبیه سازی و بهینه سازی روش ترانس‌استریفیکاسیون پرداخته می‌شود. بدین منظور یک واحد تولید بیودیزل و گلیسرول با دبی خوراک 5.5 متر مکعب بر دقیقه ابتدا در نرم افزار Hysys شبیه سازی شد و سپس بدلیل اهمیت تجهیز راکتور ترانس‌استریفیکاسیون، با ورود اطلاعات فرایندی لازم، این تجهیز در نرم افزار Comsol MultiPhysics تحلیل عددی شده و پارامترهای موثر بر آن به منظور بهینه سازی درصد تبدیل محصول، با دو دیدگاه یک پارامتر در لحظه و طراحی آزمایش مورد بررسی قرار گرفته است.
نتایج اصلی: در نهایت مشاهده شد که پارامترهایی مثل دمای خوراک ورودی به راکتور استریفیکاسیون و هم چنین زمان ماند خوراک، تاثیر بسزایی بر کمیت و کیفیت محصول تولیدی دارد. بطوریکه در دمای 500 کلوین مقدار درصد تبدیل محصول به 100 درصد میرسد و در دمای 420 کلوین با افزایش دبی خوراک از 0.2 تا 0.4 مترمکعب برساعت مقدار درصد تبدیل محصول از 65 درصد به 25 درصد میرسد. همچنین ضمن ارائه یک مدل برای محاسبه میزان محصول گلیسرین تولیدی در واحد انرژی مصرف شده، پارامترهای تاثیرگذار مذکور نیز با روش سطح پاسخ بهینه سازی شده‌اند. که در شرایط بهینه مقدار تولید محصول به مقدار مصرف انرژی مقدار دما برابر 470.7 کلوین و مقدار دبی خوراک برابر 0.586 مترمکعب بر ثانیه شد همچنین با توجه به نتایج بدست آمده میتوان دریافت با تنظیم دبی در مقدار بهینه، استفاده از یک مبدل یا یک پیش‌گرم کن در فرایندهای تولید بیودیزل و گلیسرین میتواند تاثیر بسزایی در میزان محصولات تولید شده داشته باشد بطوریکه دمای بهینه برای خروجی این پیش گرمکن حداقل 470.7 کلوین درنظر گرفته شود.

چکیده روند رو به رشد مصرف انرژی و افزایش تقاضا برای نفت منجر به اعمال روش­هایی برای افزایش بازیافت نفت شده است. از جمله این روش­ها می­توان به روش­های شیمیایی ازدیاد برداشت اشاره کرد. اما عموماً تأثیر این روش­ها از مقادیر پیش­بینی شده توسط مطالعات، نامطلوب­تر بوده است. یکی از علل عمده این امر، از دست رفتن ماده فعال سطحی از طریق جذب یا ایجاد رسوب بر روی سطح سنگ است. ترکیب ­کانی­شناسی سنگ مخزن، در تعیین برهم­کنش­های بین سطح تماس مایع و جامد اثرگذار خواهد بود. این اثر به­صورت تغییر در بار سطحی جاذب و تغییر ترشوندگی خواهد بود. در این پژوهش به بررسی اثر جذب ماده فعال سطحی Dioctyl sulfosuccinate sodium salt (AOT) بر روی جاذب سنگ مخزن کربناته آب­دوست پرداخته شد. بدین منظور، پس از آماده‌سازی نمونه‌های سیال و سنگ، به بررسی جذب ماده فعال سطحی در غلظت­های زیر CMC و بیش­تر از آن پرداخته شد. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت ماده فعال سطحی در توده فاز مایع، جذب افزایش می­یابد، تا در غلظت ppm1200به نقطه اشباع برسد. نتایج مدل­سازی نشان داد که ایزوترم تعادلی فروندلیش با میزان مساوی با 8971/0 به بهترین نحو، رفتار جذب ماده فعال سطحی AOT را پیش­بینی و توصیف می­کند.

چکیده در این پژوهش، توانایی جذب ­زیستی اورانیم (VI) توسط جاذب ترکیبی Pseudomonas putida @ Chitosan درون ستون بستر ثابت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش غلظت خوراک ورودی از 50 تا mg/L 200 موجب افزایش ظرفیت جذب از 188/76 تا mg/g 429/28 می­ گردد. بدلیل استفاده حداکثری از اختلاف غلظت خوراک به عنوان نیروی محرکه ­ی جذب در ستون بستر ثابت، ظرفیت جذب­ زیستی جاذب درون ستون از مقدار آن در حالت ناپیوسته بیشتر شد. کاهش در دبی جریان ورودی از طریق افزایش زمان اقامت برای نفوذ یا برهم­ کنش بهتر و نیز دسترسی بیشتر به جایگاه­ های اتصال برای یون­ های اورانیم، موجب بهبود عملکرد ستون شد. افت ظرفیت جذب­ زیستی ناشی از افزایش دبی جریان ورودی ثابت کرد که نفوذ درون ذره ­ای، مرحله کنترل­ کننده جذب می­ باشد. با کاهش اندازه ذرات جاذب از 1/5 به mm 1، یک افزایش محسوس در ظرفیت جذب از 167/02 تا mg/g 296/87 بدست آمد. همچنین با آنالیزهای FTIR و تیتراسیون پتانسیومتری ثابت شد که ₃⁺NH– تنها گروه عاملی فعال در فرآیند جذب درون کیتوزان است، در حالی­که گروه ­های ₃⁺NH–،₃NH–، COOH و –OH– در جاذب ترکیبی فعال هستند. در نتیجه، مطالعه حاضر نشان داد که جاذب­ زیستی ترکیبی حاضر می­تواند برای جذب­ زیستی اورانیم (VI) از محلول­ های آبی در حالت پیوسته مناسب باشد.