انجمن مهندسی شیمی ایران مهندسی شیمی ایران 1735-5400 19 112 2020 12 21 Investigation of Performance of Imidazolium Ionic Liquid in the Extraction and Separation of Rare Earth Elements from Aqueous Solution بررسی عملکرد مایعات یونی ایمیدازولیوم در استخراج و جداسازی فلزات نادر خاکی از محلول آبی 6 21 120991 FA مهدی اسداله زاده پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای Journal Article 2020 07 11 In this study, ionic liquids for extraction and separation of rare earth elements such as cerium, samarium, gadolinium and dysprosium have been studied and tested. The results showed that pure ionic fluids [C6MIM]PF6 and [C6MIM]NTf2, as the solvent, could extract rare earth metals without an extractant. But, the extraction efficiency was low (19.54% for cerium extraction with [C6MIM]PF6, and 11.11% with [C6MIM]PF6). The use of TOPO extractant in these ionic liquids led to the higher extraction efficiency (higher than 80% for extraction of ions with a mixture of TOPO and [C6MIM]PF6. Since ionic liquids are high viscosity solvents, their application in liquid-liquid extraction columns will be complicated, so the combination of ionic liquids with TOPO and TBP solvent was studied. The experimental results showed that the mixture of three compounds TOPO, TBP, and [C6MIM]NTf2 was better than the mixture with [C6MIM]PF6. But, in the mixture of two components, TOPO and [C6MIM]PF6 was more appropriate for ion extraction. The result showed in continuous applications with high volume, the mixture of these three substances can lead to the extraction of rare earth metals with a high extraction efficiency. در این مطالعه، مایعات یونی برای استخراج و جداسازی فلزات نادر خاکی سریم، ساماریم، گادولینیم و دیسپروزیم مطالعه و آزمایش شده‌‌اند؛ نتایج نشان داد که مایعات یونی خالص [C6MIM]PF6 و [C6MIM]NTf2 به‌عنوان حلال، بدون استخراج‌کننده قادر به استخراج فلزات نادر خاکی هستند؛ اما میزان درصد استخراج پایین است (54/19% برای استخراج سریم با [C6MIM]PF6 و 11/11% با [C6MIM]NTf2). استفاده از استخراج‌کنندۀ TOPO در این دو مایع یونی موجب افزایش درصد استخراج فلزات شده است (بالاتر از 80% برای استخراج تمامی یون‌ها با ترکیب TOPO و [C6MIM]PF6). از آنجایی که مایعات یونی حلال‌هایی با گرانروی بالا هستند، امکان کاربرد آنها در ستون‌های استخراج مایع- مایع به‌مراتب سخت و مشکل خواهد شد، به همین دلیل ترکیب مایعات یونی به‌همراه TOPO و حلال TBp مطالعه و بررسی شد. نتایج نشان داد که ترکیب سه‌تایی TOPO، TBp و [C6MIM]NTf2 بهتر از ترکیب سه‌تایی با [C6MIM]PF6 است؛ اما در حالت ترکیب دوتایی، مخلوط TOPO و [C6MIM]PF6 برای استخراج یون‌ها مناسب‌تر است. نتایج نشان داد که در کاربردهای پیوسته با حجم زیاد، مخلوط این سه ماده می‌تواند موجب استخراج فلزات نادر خاکی با درصد استخراج بالا شود.

https://www.ijche.ir/article_120991_554e64e9763cbb770fd3bbf3b9959e94.pdf

انجمن مهندسی شیمی ایران مهندسی شیمی ایران 1735-5400 19 112 2020 12 21 Modeling and Simulation of Copper Biosorption Process in a Fixed Bed Column الگوسازی و شبیه‌سازی فرایند حذف زیستی مس در یک ستون بستر ثابت 22 37 120992 FA احد قائمی هیات علمی دانشگاه علم و صنعت ایران 0000-0003-0390-4083 علیرضا همتی دانشگاه علم و صنعت پوریا امانی دانشجو دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه علم و صنعت ایران Journal Article 2020 07 16 In this research, the biosorption process of copper metal from industrial wastewater by Rhizopus Arrhizus has been modeled in a fixed bed column. The performances of the three isotherms of Langmuir, Freundlich, and BET were compared to calculate the adsorption rate. Based on the modeling results, the Freundlich model with a correlation coefficient of 0.974 showed better agreement with the experimental results than the other models. The highest agreement of Freundlich model with experimental data was obtained at k=0.991 and n= 0.8551. Then, the effect of the selected model parameters on the adsorption rate was investigated, and it was found that at a constant Freundlich coefficient, an increase in the power of the model enhances the available adsorption capacity for low solute concentrations. The effects of operating conditions in the column include volume flow, column diameter, column length, initial concentration, and adsorbent density on the adsorption rate were also investigated. In general, it can be stated that the modeling of biological processes for metal removal is one of the important tools in understanding the behavior of these processes with the least cost, and also the performance of the process can be evaluated at different operating conditions. در این‌تحقیق فرایند جذب زیستی فلز مس به‌وسیلۀ قارچ میلهای رزوپوس‌اریزوس در یک بستر ثابت از پساب‌‌های صنعتی الگوسازی شده‌است. عملکرد سه ایزوترم لانگمویر، فروندلیچ و BET برای محاسبۀ شدت جذب مقایسه‌شدند. براساس نتایج الگوسازی، الگوی فرندلیچ با ضریب همبستگی 974/0 نسبت به دیگر الگوهای ارائه شده تطابق بهتری با نتایج تجربی نشان‌داد. بیشترین تطابقات الگوی فروندلیچ با داده‌های تجربی برابر در مقادیر 855/01/n= و 991/0K= به‌دست‌آمد. در ادامه، اثر مؤلفه‌های الگوی انتخاب‌شده بر میزان جذب بررسی‌شد که مشخص‌شد در یک‌ضریب ثابت فروندلیچ، افزایش در مقدار توان الگو باعث افزایش ظرفیت جذب در دسترس برای غلظت کم املاح میشود. همچنین اثر شرایط عملیاتی در ستون از قبیل بده حجمی، قطر ستون، طول ستون، غلظت اولیه و چگالی جاذب بر میزان جذب بررسی‌شد. به‌طور کلی میتوان گقت که الگوسازی فرایندهای زیستی برای حذف فلزات یکی از ابزار مهم در شناخت رفتار این فرایندها است و با کمترین هزینه میتوان عملکرد فرایند را در شرایط مختلف عملیاتی ارزیابی‌کرد.

https://www.ijche.ir/article_120992_2083dc2814390552559adf803b77ef08.pdf

انجمن مهندسی شیمی ایران مهندسی شیمی ایران 1735-5400 19 112 2020 12 21 Measurement and Calculation of Methane Solubility in Water and Diethylene Glycol Solution اندازه‌گیری و محاسبۀ حلالیت متان در مخلوط آب و دی اتیلن گلایکول 38 48 121451 FA الهام جعفری دانشگاه صنعت نفت، گروه مهندسی گاز وحید محبی دانشگاه صنعت نفت، گروه مهندسی گاز 0000-0003-0950-4646 Journal Article 2020 07 19 In this study, the solubility of methane in pure diethylene glycol, pure water and in the aqueous solution of diethylene glycol has been investigated. The effects of pressure, temperature and mixture concentration on the solubility of methane in the aqueous phase were studied. Design Expert software has been used to reduce and optimize the number of experiments and investigate the effect of different parameters on the solubility data. Kricheveky’s model was used to predict the Henry’s constant of pure water and DEG. The model parameters have been extracted at different temperatures and pressures. In order to estimate the solubility of methane in the mixture from the pure data, O’Connell’s model has been applied. The model parameter has been evaluated using Margules equation. Results showed that the proposed model has good capability to predict the solubility in the mixture. این مطالعه به بررسی اندازه‌گیری حلالیت متان در دی‌اتیلن گلایکول خالص، آب خالص و محلول آبی دی اتیلن گلایکول می‌‌پردازد؛ در این تحقیق، اثرات فشار، دما و غلظت مخلوط برحلالیت و ثابت هنری بررسی شده ‌است. از نرم‌افزار طراحی آزمایش برای کاهش و بهینه‌سازی تعداد آزمایش‌ها و بررسی تأثیر مؤلفه‌‌‌ها‌ی مختلف بر روی داده‌‌‌ها‌ی حلالیت استفاده شده است. برای پیش‌بینی ثابت‌های هنری آب و دی اتیلن گلایکول خالص، از الگوی کریچفسکی استفاده شده است. مؤلفه‌‌‌های الگو در دما‌ها و فشار‌‌ها‌ی مختلف استخراج شده‌اند؛ برای الگوسازی و پیشبینی مقدار حلالیت در مخلوط با استفاده از نتایج انحلال در حلال‌‌های خالص، الگو‌‌های اکنل و مارگیولس به کار گرفته شده است. مقایسۀ نتایج الگوسازی و نتایج آزمایشگاهی نشان میدهد که الگوی پیشنهادی، توانایی خوبی در پیشبینی حلالیت متان در مخلوط آب و دی اتیلن گلایکول دارد.

https://www.ijche.ir/article_121451_d17f9e9bd016302d4b0447559ff6435a.pdf

انجمن مهندسی شیمی ایران مهندسی شیمی ایران 1735-5400 19 112 2020 12 21 Optimization of Compact Heat Exchanger for Minimization of Entropy Generation Using Differential Evolution Algorithm بهینه‌سازی مبدل حرارتی فشرده به‌منظور کمینه‌سازی تولید آنتروپی با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی 49 62 121454 FA بصیر ملکی گروه مهندسی شیمی دانشکده فنی دانشگاه گیلان سیامک اشرف طالش عضو هیات علمی گروه مهندسی شیمی دانشکده فنی دانشگاه گیلان Journal Article 2020 08 23 Considering the importance of heat exchangers in operational units, in this research, the differential evolution (DE) algorithm was used to optimize compact heat exchanger aim to minimize the number of entropy generation units. The number of total entropy generation units of heat and pressure in the compact heat exchanger as an objective function and six decision variables including heat exchanger length, fin frequency, fin length, number of layers of flow on both sides of the offset strip fin, fin height, and fin thickness with a series of restrictions were Investigated. The results obtained from DE optimization were compared and validated by genetic algorithm (GA) and particle swarm optimization (PSO). The level of this algorithm in minimizing entropy generation (by 1.5 and 17.6% compared to the PSO method and GA) revealed high ability of the DE method in optimizing compact heat exchangers. Moreover, the effect of changes in control parameters in the DE algorithm on convergence and the degree of optimization of the objective function was studied. با توجه به اهمیت مبدلهای حرارتی در واحدهای عملیاتی، در این پژوهش از الگوریتم تکامل تفاضلی (DE) برای بهینهسازی مبدل حرارتی فشرده با هدف کمینهسازی تعداد واحدهای تولید آنتروپی استفاده شده است. تعداد واحدهای تولید آنتروپی کل حرارتی و فشاری در مبدل حرارتی به‌عنوان تابع هدف و شش متغیر تصمیم‌گیری شامل طول مبدل، بسامد پره، طول پره، تعداد لایههای عبور جریان در پرۀ آفست، ارتفاع پره و ضخامت پره با مجموعهای از قیدها، در نظر گرفته شده است .نتایج به‌دست‌آمده از بهینهسازی با الگوریتم تکامل تفاضلی، با دو روش الگوریتم ژنتیک (GA) و تجمع ذرات (PSO)، مقایسه و اعتبارسنجی شد. میزان این الگوریتم در کمینهسازی تولید آنتروپی (به میزان 5/1و 6/17درصد در مقایسه با روش تجمع ذرات و الگوریتم ژنتیک) نشان از توانایی بالای روش تکامل تفاضلی برای بهینهسازی مبدلهای حرارتی فشرده دارد. همچنین، تأثیر تغییرات مؤلفه‌های کنترلی در الگوریتم تکامل تفاضلی بر هم‌گرایی و نیز میزان بهینهسازی تابع هدف بررسی شده است.

https://www.ijche.ir/article_121454_80affa5dec9581a71a660ee000bee1d9.pdf

انجمن مهندسی شیمی ایران مهندسی شیمی ایران 1735-5400 19 112 2020 12 21 Treatment of Quaternary Solution of Water/Ethanol/Acetaldehyde/Acetic Acid by Activated Carbon Bed تصفیه محلول چهار جزئی آب/ اتانول/ استالدهید/ استیک‎اسید با بستر کربن فعال 63 73 121455 FA پریچهر شهنوازی مهندسی شیمی، پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران کبرا پورعبدالله استادیار پژوهشگاه شیمی و مهندسی شیمی ایران 0000-0002-6485-3729 Journal Article 2020 09 05 Adsorption technology due to inexpensiveness, simplicity of operation, universal nature and effectiveness has been considered as one of the promising method of separation processes. Thereby in this study an adsorption process was applied by using activated carbon as adsorbent for separation of three pollutants of ethanol, acetaldehyde and acetic acid from aqueous solution. The solution contained 5 wt.% ethanol, 1.5 wt.% acetic acid and 0.2 wt.% acetaldehyde and in this work the effect of three parameters including retention time, solution temperature and adsorbent dosage were investigated. Moreover, the experiments were designed and optimized by RSM method and the results revealed that the optimal retention time, solution temperature and adsorbent dosage are 4 hr, 30°C and 2.8 g adsorbate/cc solution, respectively. The maximum amount of adsorption for ethanol, acetic acid and acetaldehyde was determined to be 65, 85 and 85%, respectively and their adsorption capacity was calculated to be 144.4, 64.2 and 7.6 mg adsorbate/ gr adsorbent. جذب سطحی با داشتن هزینۀ پایین، سادگی عملیات، ماهیت عمومی و بازدهی بالا یکی از رایجترین و کارامدترین روش‎های جداسازی شناخته شده است؛ از این رو در این پژوهش، روش جذب سطحی با استفاده از کربن فعال، به‌عنوان جاذب، برای جداسازی سه آلایندۀ اتانول، استالدهید و استیک‎اسید از محلول آبی استفاده شد. این محلول شامل 5 درصد وزنی اتانول، 5/1 درصد وزنی استیکاسید و 2/0 درصد وزنی استالدهید بود و در این فرایند سه اثر زمان ماند، دمای محلول و مقدار جاذب بررسی شد. همچنین آزمایش‎ها با استفاده از روش RSM طراحی و بهینهسازی شد و مقدار بهینۀ زمان ماند، دمای محلول و مقدار جاذب به‌ترتیب 4 ساعت، °C30 و 8/2 گرم جاذب به ازای هر سی‌سی محلول به دست آمد. بیشترین میزان جداسازی برای اتانول، استیکاسید و استالدهید به‌ترتیب 65، 85 و 85 درصد و ظرفیت جذب آنها نیز به‌ترتیب 4/144، 2/64 و 6/7 میلیگرم جذبشونده به ازای هر گرم جاذب حساب شد.

https://www.ijche.ir/article_121455_b65a75d113d3b8ff74908e8e0d6d848c.pdf

انجمن مهندسی شیمی ایران مهندسی شیمی ایران 1735-5400 19 112 2020 12 21 Methods for Viscosity Reduction of Heavy Crude Oil with Focus on Nano Catalysts: A Review Study مروری بر روش‌های کاهش گران‌روی نفت خام سنگین با تأکید براستفاده از نانوکاتالیست‌ها 74 85 121456 FA سید امیر ثابت دانشگاه تربیت مدرس محمدرضا امیدخواه دانشگاه تربیت مدرس آرزو جعفری دانشگاه تربیت مدرس Journal Article 2020 12 27 Investigations on a variety of methods for reducing the viscosity of heavy crude oil show that conventional methods due to their high temperature and pressure are expensive, unsafe, costly maintenance with huge utility and low efficiency. Thermal cracking was the first method of reducing viscosity, which presence of catalysts could improve some of its problems such as instability and extremely high temperatures. But temperature was still high and due to these basic problems, efforts are continuing to achieve better result and more efficiency. Usage of dispersed nanocatalysts greatly increased the efficiency of these reactions so that at presence of hydrogen and nano dispersed catalyst viscosity reduced up to 99%. Many nanocatalysts have been studied so far, for example, nano zeolite, carbon, iron, and nickel which have yielded good results, but these methods also have some special problems such as synthesis of nanocatalysts with appropriate surface and bed and collecting them after reaction. Processes with modern technology such as irradiation, cavitation and electromagnetic waves at a laboratory scale have been able to produce good results at very low temperatures and low pressures. In one of these experiments, the microwave could reduce 99.7% viscosity of heavy oil at the presence of nanoparticles of carbon nanotubes. Of course, these methods have not been commercialized yet because of complicated conditions and special equipment so this way is very good for continuing research on them. تحقیقات در مورد انواع روش‌های کاهش گران‌روی نفت خام سنگین نشان می‌دهد که روش‌های متداول، پر هزینه، با ایمنی پایین، نیازمند تجهیزات زیاد و حجیم، هزینۀ بالای تعمیر و نگهداری و در عین حال بازدهی کم است که این موارد بیشتر ناشی از دما و فشار بسیار بالای این روش‌هاست. کراکینگ گرمایی نخستین روش کاهش گران‌روی بود که حضور کاتالیست توانست مشکلاتی مانند نداشتن پایداری و دمای بسیار بالای آن را برطرف کند. هم‌چنین نتایج آزمایش‌های محققان نشان می‌دهد که حضور کاتالیست در کنار شکست گرمایی، کاهش گران‌روی نفت را بهبود می‌بخشد؛ اما به‌علت مشکلات اساسی مانند هزینه‌های بسیار زیاد، تلاش برای دست‌یابی به روش‌هایی با بازدهی بالاتر، افزایش یافت. استفاده از نانوکاتالیست‌های پراکنده، بازدهی واکنش‌های شکست را به‌طور چشمگیری افزایش داد و استفاده از نانوکاتالیست در روش شکست هیدروژنی در حضور هیدروژن و دمای بالا، درصد کاهش گران‌روی را تا 99% بالا برد. شایان ذکر است که نانوکاتالیست‌های بسیاری تاکنون آزموده شده‌اند و به‌عنوان مثال می‌توان از نانوکاتالیست‌های زئولیت، کربن، آهن و نیکل که نتایج خوبی از خود برجای گذاشته‌اند نام برد، اما این روش نیز با مشکلاتی مانند ساخت نانوکاتالیست و بستر واکنشی مناسب و جمع‌آوری آن‌ها روبه‌رو است. لذا فرایندهایی با فناوری نوین مانند پرتوافکنی، کاویتاسیون و امواج الکترومغناطیسی در مقیاس آزمایشگاهی در حضور نانوکاتالیست‌ها توانستند در دما و فشار بسیار پایین نتایج خوبی به همراه داشته باشند. در یکی از این آزمایش‌ها با استفاده از مایکروویو و در حضور نانوکاتالیست کربن، گران‌روی به میزان 7/99 % کاهش پیدا کرد. البته این روش‌ها نیز به‌علت شرایط پیچیده و تجهیزات خاص، هنوز تجاری‌سازی نشده‌اند و تحقیقات بر روی آن‌ها ادامه دارد.

https://www.ijche.ir/article_121456_aeac57efeeb337d8c79bf5d526fab434.pdf