20159

۲۰۱۵۹

بررسي تجربي پايداري نانو سيالات پايه آبي و تأثير آن بر بهبود جذب گاز كربن دي‌اكسيد

كارشناسي ‌ارشد

مهندسي شيمي - طراحي فرايند

۱۳۹۵

اسفند ماه ۱۳۹۷

دكتر شاهرخ شاه حسيني - مهندس احد قائمي

مهندسي شيمي ، نفت و گاز

امروزه با توجه به گسترش روزافزون فناوري نانو، نانو سيالات به‌عنوان سيالاتي با ضرايب انتقال جرم بالا مطرح مي‌شوند. مزيت استفاده از چنين محلول‌هايي به‌جاي محلول‌هاي عادي و پركاربرد در جذب گازهاي اسيدي در بهبود پارامترهاي مؤثر بر انتقال جرم يعني بهبود سطح انتقال و افزايش ضريب انتقال جرم مي‌باشد. با افزايش اين مقادير نه‌تنها نياز به حلال در فرآيندهاي جذب كاهش مي‌يابد، بلكه انرژي لازم جهت احيا و هزينه‌هاي ساخت اوليه واحدهاي شيميايي نيز كاهش‌يافته و اقتصاد طرح بهبود مي‌يابد. پژوهش‌هاي گذشته با بررسي انواع مختلفي از نانو سيالات، چهار مكانيسم كلي ميكروكانوكشن، اثرگريزينگ، اثر لايه هيدروديناميكي و خردايش حباب‌ها را براي توجيه بهبودهاي رخ‌داده، بدون هيچ‌گونه اثباتي پيشنهاد نموده و با بررسي تأثير غلظت نانوذره بر فاكتور بهبود جذب، افت اين فاكتور براي غلظت‌هاي بالا را گزارش نموده‌اند. پژوهش حاصل با سنتز دو نانوذره اكسيد آهن و اكسيد مس كه بيشتر موردبررسي قرار نگرفته بودند به صورتي كه خواص هندسي تقريباً نزديكي داشته باشند و نيز توزيع ذرات در سيال پايه آب مقطر توسط اعمال امواج اولتراسونيك، اثر استفاده از نانو سيالات فوق بر بهبود انتقال جرم در فرآيند جذب گاز دي‌اكسيد كربن در راكتور ناپايا نسبت به حالت سيال پايه خالص را بررسي نموده و به بررسي تأثير تغييرات غلظت نانوذره بر فاكتورهاي بهبوددهنده در هر دو نوع نانو سيالات جهت يافتن بازه بهينه براي طراحي آزمايش و نيز شناسايي دقيق و توجيه مكانيسم‌هاي بهبوددهنده انتقال جرم براي نخستين بار پرداخته است. اين بررسي به‌جز موارد فوق شامل بررسي اثر تغيير زمان اعمال امواج اولتراسونيك بر پايداري و نيز فاكتور بهبود جذب به‌نحوي‌كه نه‌تنها باعث شناسايي بازه حداكثري گردد بلكه بتواند دليلي بر اثبات ادعاهاي پيشين باشد، بوده است. با توجه به نتايج حاصل از بررسي‌هاي انجام‌شده، تأثير غلظت باعث وقوع دو پيك افزايشي در مقدار فاكتور بهبود جذب و دو پيك كاهشي بوده است كه پيك افزايش نخست مربوط به مكانيسم ميكروكانوكشن، سپس مكانيسم اثر گريزينگ، لايه هيدروديناميكي و خردايش حباب‌ها بوده و كاهش نخست ناشي از ممانعت‌هاي الكترواستاتيكي درون بالكي و كاهش نهايي ناشي از ممانعت‌ها و اثرات ويسكوز مي‌باشد. به‌طوركلي بازه بهينه براي حداكثر سازي جذب بين 002/0 الي 004/0 درصد وزني بوده و در اين بازه و در شرايط عملياتي گوناگون امكان حصول 53 و 44 درصد بهبود جذب نسبت به حالت خالص ممكن است. با توجه به نوآوري درزمينه استفاده از عامل اولتراسونيكي و تغييرات غلظتي براي شناسايي مكانيسم‌هاي بهبوددهنده انتقال جرم، اصلي‌ترين پيشنهاد براي پژوهش‌هاي آتي سنتز نانو ذرات فوق آب‌گريز جهت حداقل سازي ميكروكانوكشن و شناسايي سهم كمي پديده‌ها مي‌باشد.

1397/12/16

The empirical investigation of Aquos base Nanofluids stability and their effect on CO2 absorption enhancement

3/9/2019 12:00:00 AM

Nowadays, due to the increasing expansion of nanotechnology, nanofluids are presented as fluids with high mass transfer coefficients. The advantage of using such solutions instead of the usual solutions that are used to absorb Green Houe Gases (GHGs) is to improve the parameters affecting mass transfer, namely, improving the transfer interface and increasing the mass transfer coefficient. By increasing these amounts, not only demands for the solvent in the absorption processes will be reduced, but also the desorption energy and the cost of the initial construction of chemical units is also reduced and the plan's economy improves. Previous studies, have studied the effects of nanoparticle concentration on the absorption enhancement factor, the reduction of this factor for concentrations, by examining different types of nanofluids, four general mechanisms of microconvection, grazing effect, hydrodynamic effect and grinding of bubbles, in order to justify the upgrades. Highly reported. The research was carried out by synthesizing two nanoparticles (iron oxide and copper oxide) which are not previously studied for this purpose. These NPs were tried to be synthesized with close geometric properties and are used for making aquos nanofluids after fine distribution in DI water as the base solvent using ultrasonic waves, the effect of using named nanofluids on improving the mass transfer in the process of absorbing carbon dioxide gas in the nebulized reactor, it examined the pure base fluid state and examined the effect of changes in nanoparticle concentrations on the enhancement factors in both types of nano-fluids in order to find the optimal range for designing the test, as well as to accurately identify and justify the mechanisms for improving the transfer. This review, except for the above, includes examining the effect of changing the time of applying ultrasonic waves on stability and the absorption enhancement factors, which not only determines the maximum interval, but also serves as a reason for verifying previous claims. According to the results of the studies, the effect of concentration has caused two incremental peaks in the amount of absorption enhancement and dual reductive peaks, which the first increasing peak is attributed to the microconnection mechanism, then the grazing effect mechanism and the first reduction due to the bulk electrostatic inhibition and the final reduction is due to the viscosity prevention and effects. In general, the optimal range to maximize absorption enhancement is between 0.02 and 0.04% by weight, in various operating conditions, it is possible to achieve 53% and 44% improvement in absorption relative to pure solvent. Regarding to the innovation in the use of ultrasonic and concentration modifications to identify the mechanisms for mass transfer, the main suggestion for future projects is synthesis of superhydrophil and superhydrophoil nanoparticles to investigate and model the mechanisms.