دوره و شماره: دوره 5، شماره 2 - شماره پیاپی 16، شهریور 1400 
آلی

مدل‌سازی راکتور تولید گاز سنتز با استفاده از Aspen plus

صفحه 3-15

مریم فره وشی؛ داریوش جعفری؛ مرتضی اسفندیاری؛ حسین اسماعیلی

چکیده گاز سنتز مخلوطی از گازهای هیدروژن و مونوکسیدکربن می‌باشد که معمولاً شامل دی‌اکسیدکربن به عنوان یک ماده افزودنی است. این گاز ماده اولیه در تولید بسیاری از مواد پایه صنعت پتروشیمی از قبیل متانول است. برای تولید گاز سنتز مواد اولیه متفاوتی استفاده شده است که از آن جمله می‌توان به گاز طبیعی (متان)، هیدروکربن‌ها و زغال سنگ اشاره کرد. این گاز به عنوان یک ماده واسطه برای تولید فرآورده‌های صنعتی نیز بسیار مناسب است و بر اساس شرایط واکنش و کاتالیزور مورد استفاده، مواد شیمیایی متفاوتی در واحدهای بزرگ صنعتی ممکن است تولید شود. مدل‌سازی راکتور تولید گاز سنتز به عنوان قلب یک واحد عملیاتی در صنعت پتروشیمی از اهمیت خاصی برخوردار است. شبیه سازی واحدهای پالایشگاهی با توجه به پیچیدگی فرآیند و عدم وجود سینتیک مناسب، همواره با مشکلات فراوانی همراه می‌باشد. در سال‌های اخیر نرم افزارهایی مانند اسپن پلاس جهت شبیه‌سازی و بررسی فرآیندهای پالایشگاهی مورد استفاده قرار گرفته که در این خصوص تا حدودی موجب تسهیل و دستاورد مناسب شده‌اند. در این تحقیق شبیه‌سازی واحد تولید گاز سنتز با دو روش ریفرمینگ بخار و روش اکسیداسیون جزئی با استفاده از نرم‌افزار Aspen Plus V8.4 انجام شده است. و با بررسی پارامترهایی مانند میزان تبدیل، نسبت هیدروژن به CO، دما و فشار راکتورها در طول فرآیند تولید و متغیرهای دیگر، نتایج شبیه‌سازی نشان می دهد که پس از تنظیم ضرایب سینتیکی واکنش‌ها، حاکی از پارامترهایی نظیر دمای خوراک ورودی، طول راکتور و زمان ماند روی میزان تولید محصولات دلخواه تاثیر دارند که استفاده از ریفورمینگ بخار از نظر میزان تولید گاز سنتز دارای بازدهی بالاتری نسبت به سیستم اکسیداسیون جزئی است.

جذب و ذخیره انرژی

پتانسیل‌سنجی منابع غیرخوراکی برای تولید بیودیزل در ایران

صفحه 17-36

محمود ملکی؛ سینا محسنی رودباری؛ محمد فخرالاسلام؛ قاسم زارعی

چکیده ایران کشوری با پتانسیل‌های بالا در دسترسی به انرژی‌های تجدیدپذیر همانند انرژی خورشیدی، آبی، بادی و انواع زیست‌توده است. بیودیزل یکی از سوخت‌های تجدیدپذیری است که همواره به‌عنوان جایگزینی مناسب و پایدار (غیرسمی، ایمن و تجزیه­پذیر) برای سوخت‌های فسیلی مطرح ‌شده است. مرور تجربه کشور های مختلف در زمینه استفاده از منابع خوراکی برای تولید بیودیزل نشان می دهد که استفاده از منابع خوراکی موجب ایجاد معضلاتی از جمله کمبود منابع غذایی برای جوامع انسانی، کمبود خوراک دام‌ها و بر هم خوردن توازن در صنایع غذایی شده و می‌تواند منجر به افزایش چشم­گیر قیمت این منابع شود. بنابراین بسیاری از محققان و پژوهشگران استفاده از منابع غیرخوراکی را به‌منظور رفع معضلات ذکرشده، مطرح کرده‌اند. تاکنون منابع غیر خوراکی بسیار گسترده ای برای تولید بیودیزل شناسایی شده است. در این مقاله، منابع غیرخوراکی بیودیزل که در ایران تولید و یا پتانسیل تولید آن‌ها وجود دارد، معرفی شده و مورد بررسی قرار گرفته و یک مطالعه پتانسیل­سنجی برای آن‌ها ارایه شده است. در اینجا منابع غیرخوراکی بیودیزل در چهار دسته ضایعات کشاورزی، روغن‌های پسماند پخت‌وپز، ریزجلبک‌ها و دانه‌های غیرخوراکی دسته‌بندی می‌شوند و این منابع بر اساس پارامتر های مختلفی همچون درصد روغن موجود، میزان روغن در هر هکتار، راندمان تولید بیودیزل، ویسکوزیته، عدد صابونی شدن و طول دوره کشت مقایسه می گردد، که بر اساس نتایج به دست آمده، دانه‌های غیرخوراکی به خصوص دانه‌های نوروزک، کرچک و گلرنگ به‌عنوان منطقی‌ترین و پایدارترین منابع تولید بیودیزل در ایران، شناسایی شده‌اند. همچنین در کار حاضر به سیاست ها و مشوق هایی که نهاد های متولی می توانند جهت رونق صنعت بیودیزل اعمال نمایند، پرداخته شده است.

مهندسی پزشکی

تولید داربست نانوکامپوزیتی برپایه سلولزباکتریایی/نانوذرات اکسید روی/پلی پیرول با بررسی قابلیت ضدمیکروبی و سمیت سلولی

صفحه 37-50

شریف حیدری؛ آزاده آصف نژاد؛ ناهید حسن زاده نعمتی؛ وهاب الدین گودرزی؛ علی وزیری

چکیده افزایش عفونت های باکتریایی به مشکلی جدی در جوامع بشری تبدیل شده است. براین اساس توسعه مواد نانوکامپوزیتی برپایه مواد زیست سازگار و بی خطر برای محیط زیست که علاوه بر قابلیت ضد میکروبی و زیست سازگاری یا عدم سمیت سلولی، خواص ساختاری منحصر بفردی نیز داشته باشد از اهمیت بالایی برخورداراست. در این پژوهش، سلولز باکتریایی (BC)/ پلی پیرول (PPy) و نانوذرات روی (ZnO) که همزمان دارای خواص ضدمیکروبی و قابلیت تکثیر سلولی باشند، به­عنوان نسل جدیدی از ایروژل نانوکامپوزیتی که به روش خشک کردن انجمادی تولید شدند، معرفی شد. بر این اساس ابتدا ZnO با درصدهای وزنی مختلف 1 %، 3 % و 5 % به BC اضافه شد و سپس PPy در مقدار mmol 2 به روش پلیمریزاسیون درجا در ساختار مذکور تعبیه شد. تصاویر FESEM اثبات کرد که ساختار نانولیفی و متخلخل BC، در حضور PPy و ZnO نیز حفظ شده است. هرچند بعد از افزودن PPy و ZnO ساختار متراکم شده و ریزساختار خوشه انگوری تشکیل دادند. با افزودن mmol 2 به BC و سنتز PPy، استحکام کششی و مدول یانگ BC به طور قابل توجهی کاهش یافته و به ترتیب به مقادیر MPa 71 و GPa 5/2 رسید. از سوی مقابل، با افزودن نانوذرات ZnO خواص مکانیکی افزایش قابل توجهی یافته (افزایش مدول یانگ و استحکام کششی در مقایسه با نمونه های BC/PPy) که این موضوع به دلیل فشرده شدن ساختار ایروژل نانوکامپوزیتی حاصل و همچنین تشکیل فصل مشترک نانوذرات ZnO با دو پلیمر BC و PPy است. مشاهده هاله و ناحیه ممانعت در محیط کشت حاوی دو باکتری گرم مثبت و منفی، به خوبی قابلیت ضدباکتریایی داربست­های نانوکامپوزیتی سه جزئی را اثبات کرد. نتایج MTT مربوط به L929 بر روی داربست­ها نشان داد که با افزودن 3 % از نانوذرات ZnO، چسبندگی و تکثیر سلولی در طی روزهای مختلف 1 روز، 5 روز و 7 روز از کشت افزایش قابل توجهی یافت.

انتقال جرم

کنترل پدیده طغیان در برج تقطیر سینی دار تحت خلاء با استفاده از پارامترهای عملیاتی و آزمایشگاهی

صفحه 51-63

حسین پیروان؛ محمد جواد صراف شیرازی؛ علیرضا ایلخانی؛ علی شیبانی؛ سعیده هاشمیان

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.

کامپوزیت

مطالعه شرایط عملیاتی فرایند استحصال سیلیکا از شلتوک جهت استفاده ویژه در لاستیک

صفحه 65-77

مهدی شیوا؛ مرتضی گلمحمدی؛ محمدرضا فکری

چکیده شلتوک برنج، یک زیست‌توده ارزان‌قیمت است که توانایی انباشت مقادیر قابل‌توجه سیلیکای بی‌شکل در بافت خود را دارد. فرایند استحصال این سیلیکا سبزتر از فرایندهای معمول تولید سیلیکای بی‌شکل است. در این پژوهش تأثیر عوامل فرآیندی استحصال سیلیکا از شلتوک برنج به روش رسوبی، به‌همراه یک کاربرد ویژه آن در صنعت لاستیک مورد مطالعه قرار گرفته است. در فرایند استحصال، ابتدا شلتوک برنج در فضای آزاد سوزانده شده و سپس در یک کوره الکتریکی به خاکستر سفید تبدیل شد که در مراحل بعدی به‌کمک سود سوزآور به محلول سیلیکات سدیم تبدیل شده و درنهایت سیلیکا از این محلول به‌کمک اسیدسولفوریک رسوب داده شده است. در این مطالعه تأثیر نسبت جامد به حلال ؟؟(g/g 17/0-03/0) و مدت‌زمان مرحله انحلال قلیایی (h 2-1) و تأثیر pH (9-5) و دما در مرحله ترسیب اسیدی (°C 90-25) بررسی شده است. نشان داده شده که یک نسبت جامد به حلال کم در مرحله انحلال قلیایی و یک pH اسیدی در کنار دمای ترسیب بالا برای حصول بیشترین راندمان تولید و به‌دست آوردن سیلیکایی بی‌شکل با خلوص بالا لازم است. سیلیکای رسوبی با درصد خلوص و شیمی مشابه با نمونه تجاری مورداستفاده در صنعت لاستیک (؟؟) اما مساحت سطح و حجم حفرات کمتر (؟؟) از نمونه تجاری تولید شد. همچنین مشخص شد که طولانی‌تر شدن مرحله انحلال قلیایی موجب افزایش اندک راندمان تولید می‌شود. سیلیکای تولیدشده، در سیستم چسبندگی لاستیک به الیاف (RFS) عملکرد بسیار نزدیک به نمونه تجاری را نشان داد که نشان‌دهنده توانایی بالای آن برای جایگزین شدن با انواع تجاری است که عمدتاً با فرایندهای با هزینه بیشتر و زیست سازگاری کمتر تولید می­شوند.

مهندسی پلیمریزاسیون

سنتز دو مرحله ای پلی کربوکسیلات اتر به روش توده ای و محلولی

صفحه 79-90

علیرضا ردایی؛ مریم محمدی

چکیده چکیده
فوق روان کننده ها را می توان به روش های مختلف سنتز نمود هدف پژوهش حاضر ارائه روش دو مرحله ای سنتز پلی کربوکسیلات اتر و بررسی تائیر دما در سنتز می باشد. در سنتز مرحله اول زنجیره اصلی و در سنتز مرحله ی دوم زنجیره های فرعی ایجاد می گردند.
سنتز کوپلیمر اولیه به روش توده ای و با مکانیزم رادیکال آزاد صورت پذیرفت. آنالیز FTIR نیز برای شناسایی گروه‌های عاملی تشکیل شده مطابق پیش بینی‌ها و رسیدن به کوپلیمر مورد نظر انجام شد. سپس تعیین ویسکوزیته کوپلیمر به عنوان پارامتر تعیین کننده پیشرفت طول زنجیره اصلی در شرایط دمای مختلف سنتز صورت گرفت و در مرحله دوم توسط کوپلیمرتولیدی در مرحله اول سنتز نهایی پلی کربوکسیلات اتر به روش محلولی انجام شد، این سنتز در سه سطح دمایی صورت پذیرفت و ازمحصول سنتزی ابتدا آنالیز FTIR جهت تایید ساختار و آزمون HNMR نیز جهت تایید نهایی سنتز انجام گردید. سپس آزمون GPC جهت تعیین مشخصات پلی کربوکسیلات اتر سنتز شده شامل وزن مولکولی متوسط پلیمر و منحنی توزیع وزن مولکولی انجام شد و مقادیر MW و PDI گزارش گردید و در نهایت آزمون اسلامپ جهت تایید عملکرد صورت پذیرفت.
با افزایش دمای سنتز کوپلیمر، طول زنجیر اصلی نیز افزایش می یابد و شدت این افزایش در دماهای بالا بیشتر است ولی از طرفی دمای بیشتر از 70 درجه سانتیگراد نیز باعث تخریب کوپلیمر گردید که به صورت کاهش ویسکوزیته و تغییر رنگ محلول قابل تشخیص بود. بنابراین سنتز اولیه را باید در دمای 70 درجه سانتیگراد به مدت 8 ساعت انجام داد. سنتز پلی کربوکسیلات اتر با نسبت های مولی برابر و حفظ شرایط یکسان سنتز و تنها در دماهای متفاوت نشان داد که بهترین دمای سنتز 70 درجه سانتیگراد و به مدت 6 ساعت است. با افزایش وزن مولکولی پلی کربوکسیلات اتر از طریق افزایش زنجیره جانبی افت اسلامپ و روانی بهتری در بتن ایجاد شد.

فلزی

بررسی تاثیر پارامترهای عملیاتی بر عملکرد راکتورهای هیدروژناسیون استیلن

صفحه 91-104

طه قیامی؛ فرهاد شهرکی؛ جعفر صادقی؛ مهدی بیات

چکیده اتیلن یک ماده بسیار مهم در صنایع پتروشیمی است که کاربرد اصلی آن در تولید پلیمرها از قبیل پلی ‌اتیلن می‌باشد. معمولا از کراکینگ بخار اتان یا نفتا جهت تولید اتیلن استفاده می‌شود. مقدار کمی استیلن نیز در این فرآیند تولید می‌شود. مقدار استیلن در محصول نباید از ppm 1 تجاوز کند، زیرا استیلن برای کاتالیست‌های پلیمر سازی واحدهای پایین‌ دستی مضر می‌باشد. واحد هیدروژناسیون استیلن جهت حذف استیلن در واحدهای صنعتی طراحی شده است. در این واحد، حذف استیلن تا حداکثر ppm 1 در محصول خروجی و همچنین انتخاب‌پذیری اتیلن (Ethylene’s selectivity) از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد. در این مقاله مدل‌سازی و شبیه‌سازی پویای راکتورهای هیدروژناسیون استیلن پتروشیمی مارون با در نظر گرفتن کاهش فعالیت کاتالیست ارائه شده است. سپس به بررسی تاثیر شرایط عملیاتی از قبیل دما، فشار و شدت جریان خوراک ورودی به راکتور بر مقادیر استیلن خروجی و انتخاب‌پذیری اتیلن پرداخته شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که برای جبران کاهش فعالیت کاتالیست ضروری است تا به تدریج دمای ورودی به راکتور افزایش یابد. با افزایش خطی دمای خوراک راکتورها از 55 تا 90 درجه سانتیگراد در یک دوره عملیاتی 720 روزه، مقادیر استیلن خروجی و همچنین انتخاب‌پذیری اتیلن کاهش می‌یابند. واکنش‌های استیلن به اتیلن و همچنین اتیلن به اتان با افزایش دمای ورودی به راکتورهای هیدروژناسیون استیلن افزایش می‌یابند. با افزایش شدت جریان خوراک از 50 تا 100 کیلوگرم بر ثانیه، مقادیر استیلن خروجی و انتخاب‌پذیری اتیلن افزایش می‌یابند. زمان اقامت با افزایش شدت جریان خوراک کاهش می‌یابد و این موجب کاهش تبدیل استیلن به اتیلن (افزایش استیلن خروجی در محصول) می‌شود. با کاهش فشار ورودی از 40 تا 33 بار نسبی، مقادیر استیلن خروجی و همچنین انتخاب‌پذیری اتیلن کاهش می‌یابند.

مهندسی پلیمریزاسیون

بررسی تاثیر استایرن بوتادین استایرن بر روی خصوصیات پلی استایرن انبساطی و شبیه سازی داده های آزمایشگاهی با شبکه های عصبی مصنوعی

صفحه 105-116

امیر مهرعلیزاده؛ فهیمه درخشان فرد؛ زهره قاضی طباطبایی

چکیده پلی استایرن انبساطی کاربرد گسترده­ای دارد این پلیمر به روش پلیمریزاسیون رادیکالی تهیه می­شود. این ماده در صنایع بسته­بندی و عایق­کاری کاربرد فراوانی دارد. بعضی از ویژگی­های این پلیمر از جمله استحکام مکانیکی پایین آن باعث شده تا کاربرد آن محدود شود. با اضافه کردن بعضی از مواد می­توان ویژگی­های این پلیمر را بهبود داد. استایرن بوتادین استایرن از جمله موادی هستند که با اضافه کردن آن بر پلی استایرن انبساطی می توان کیفیت پلیمر را بهبود داد. در این مقاله پلی­استایرن انبساطی حاوی درصد­های مختلف استایرن بوتادین استایرن (0، 01/0، 02/0و03/0) در درصد تبدیل­های مختلف پلی­استایرن انبساطی (60/0، 63/0، 66/0و 69/0 درصد) تهیه شده است. تست­های مختلفی از جمله آزمون ضربه، شاخص جریان مذاب، سنجش میزان نرمی پلیمر، استحکام کشش در نقطه شکست، K-value، سنجش میزان سختی پلیمر، میزان ازدیات طول تا نقطه شکست بر روی پلیمر تولیدی انجام یافته است. داده­های به دست آمده از آزمایشات با شبکه­های عصبی مصنوعی MLP شبیه­سازی شده است و نتایج شبیه سازی بخوبی داده­های آزمایشگاهی را پوشش داده است. مطالعه تست­ها نشان می­دهد که در درصد­های ثابت استایرن بوتادین استایرن در پلی­استایرن انبساطی، با افزایش درصد تبدیل پلی­استایرن انبساطی به غیر از تست شاخص جریان مذاب (که پایین بودن آن نشان از کیفیت بالای پلیمر است)، مقدار عددی بقیه تست­ها افزایش یافته است. افزایش درصد استایرن بوتادین استایرن در پلی­استایرن انبساطی، در درصد تبدیل­های ثابت پلی­استایرن انبساطی ویژگی­های پلیمر را بهبود بخشیده است. در ضمن نتایج شبیه سازی نشان می دهد که داده های آزمایشگاهی به خوبی نتایج شبیه سازی را پوشش می دهد. به کمک نتایج بدست آمده از شبیه سازی می توان در نقاطی که آزمایش انجام نشده با نتایج شبیه سازی داده های مربوط به دست های را پیشگویی کرد.افزودن استایرن بوتادین استایرن در درصدهای مختلف بر پلی استایرن انبساطی در درصد تبدیلهای مختلف جهت افزایش خواص پلی استایرن برای اولین بار در این مقاله مورد مطالعه قرار گرفته است و نتایج داده های آزمایشگاهی جهت پیشگویی در نقاطی که آزمایش صورت نگرفته با کمک شبکه های عصبی مصنوعی شبیه سازی شده است.