عنوان پایان‌نامه
بررسی تاثیر نانو سیالات دما بالا بر عملکرد انتقال حرارت راکتور واکنش هیدروژناسیون
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1073.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 50534
- تاریخ دفاع
- ۳۰ شهریور ۱۳۹۰
- دانشجو
- علی عسکری زاده ماهانی
- چکیده
- سیالات دما بالا در صنعت کاربرد گسترده‌ای دارند. از طرفی ساخت نانو سیال بر پایه سیالات دما بالا به دلیل غیر قطبی بودن و ویسکوزیته بالا به عنوان یک چالش مطرح می‌باشد. در این پایان نامه نانوسیال بر پایه روغن سیلیکون با استفاده از نانوذرات مختلف و روش‌های پراکنده سازی متفاوت ساخته شده است که در بهترین شرایط در دمای °c25، نانوسیال با غلظت %1 وزنی از نانو لوله کربنی تک دیواره، منجر به %19 بهبود در ضریب انتقال حرارت هدایتی شد. بهترین روش توزیع و پراکنده ساختن نانوذرات درون سیال، استفاده از آسیاب گلوله‌ای بوده که منجر به توزیع و پایداری بسیار خوب نانوسیال شد. نانو سیالات در غلظت‌های 05/0، 2/0 و 5/0 درصد وزنی برای استفاده در آزمایش‌ها تهیه شده‌اند. اندازه‌گیری ضریب انتقال حرارت جابجایی نانوسیال برپایه روغن سیلیکون در دمای ورودی °c60 و اعداد رینولدز 4/2، 8/4 و 2/7 انجام شده است. نتایج حاصل با مدل ارائه شده توسط ژوان و لی مقایسه گردیده است که نتایج تجربی نسبت به این مدل، خطای ناچیزی نشان میدهند. نانوسیال با غلظت %5/0 بیشترین افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی را داشته است. برای بررسی تاثیر نانوسیال بر عملکرد انتقال حرارت رآکتور هیدروژناسیون، سیستم آزمایشگاهی ساخته شده است. واکنش هیدروژناسیون استیلن به عنوان واکنشی با گرمای واکنش بالا و حساس به دما، مورد بررسی قرار گرفت. نانو سیالات در غلظت‌های فوق به عنوان سیال خنک کننده در جداره دوم رآکتور استفاده شدند. بهترین عملکرد در انتقال حرارت از رآکتور در دبی مشخص سیال، مربوط به نانوسیال با غلظت %5/0 می‌باشد که منجر به بیشترین کاهش در دمای جداره رآکتور شد. پس ازآن نانوسیال با غلظت 2/0 و %05/0 به ترتیب عملکرد بهتری نسبت به روغن سیلیکون خالص در دفع گرمای واکنش و گرمای گازهای درون رآکتور داشته‌اند. میزان تبدیل استیلن و گزینش‌پذیری اتیلن و بازده واکنش محاسبه شد. بیشترین بازده تولید اتیلن برابر %87 در حالتی اتفاق افتاد که از نانوسیال با غلظت%5/0برای خنک کردن رآکتور استفاده گردید که نشان می‌دهد این نانوسیال دمای واکنش را در دمای بهینه به خوبی کنترل کرده است.
- Abstract
- High temperature fluids are widely used in industrial applications. Preparation of nanofluid based on a high temperature fluid is a challenge because of non polarity and high viscosity. In this thesis silicon oil based nanofluids were prepared using different nano particles and dispersion methods. The most pronounced enhancement in the thermal conductivity of fluid at room temperature was 19% for nanofluid which comprised of 1wt% single wall carbon nanotube. Among different dispersion methods examined for preparation of the nanofluids, ball milling resulted in better dispersion and stability. Nanofluids were prepared in three concentrations of 0.05, 0.2 and 0.5wt%. Convection heat transfer coefficients of those nanofluids were measured for an inlet temperature of 60°C and Reynods number of 2.4, 4.8 and 7.2. Experimental results were validated with Xuan and Li model and errors were found to be negligible. Highest increase in convection heat transfer coefficient was 13% for nanofluid of 0.5% concentration of CNT. For the investigation of the effect of use of nanofluid on heat removal from hydrogenation rector a set-up was built. Acetylene hydrogenation was studied because of its sensitivity to temperature and its great heat of reaction. Nanofluids of said concentration were used as coolant in the jacket of the reactor. Nanofluid’s flow rate was varied from 0.3 to 0.6 liter per minute. For a given flow rate, 0.5% nanofluid showed the best performance in heat removal from the reactor and resulted in the most decrease in the wall temperature of reactor. Nanofluid with concentration of 0.2 and 0.05 respectively showed better performance in heat removal than pure silicon oil. Selectivity, conversion and yield of acetylene to ethylene reaction were calculated for each experiment. The highest yield achieved, was 87% in case of using 0.5% nanofluid. This result shows that the prepared nanofluid controlled the reaction at the optimum temperature successfully.
