SUPERVISOR
Masoud Haghshenas fard,Ahmad Moheb
مسعود حق شناس فرد (استاد راهنما) احمد محب (استاد مشاور)
STUDENT
Zahra Samadi
زهرا صمدی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Experimental Investigation on Using of Nanofluids in the Gas Absorption Process
Gas absorption is an operation in which a gas mixture is contacted with a liquid for the purpose of preferentially dissolving one or more components of the gas mixture and to provide a solution of them in the liquid. Generally, there are three methods in the absorption enhancement: the mechanical treatment, the chemical treatment, and nanotechnology techniques.This thesis is related to the experimental investigation on using of nanofluids in the gas absorption process in a wetted wall column. To study the proposed title, a glass wetted wall column was designed and subsequently fabricated. The inner and outer diameters of column are 28 and 32 mm, and the height of the column is 1.45m. This column equipped with liquid distributor, gas inlet system, and liquid flow meter. In this work, Fe 3 O 4 /Water, Al 2 O 3 /Water, and TiO 2 /Water nanofluids were used as solvent in the absorption process. Effect of gas and liquid flow rates and also effect of magnetic ?eld on the mass transfer rate and mass transfer coefficients at different nao-particles concentrations were investigated. Al 2 O 3 /water nanofluid with concentration of 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1 v/v%, TiO 2 /water nanofluid with concentration of 0.05, 0.1 and 0.5 v/v %, and Fe 3 O 4 /water nanofluid with concentration of 0.005, 0.008 and 0.024 v/v % have been used. The gas and liquid flow rates in the experiments are 1 and 5 lit/min for gas phase, and 3.1, 4.68, 6.66 mlit/s for liquid phase. Effect of magnetic field attended on base fluid and Fe 3 O 4 /Water nanofluid. In the case of base fluid, the electric current intensity of 0, 0.5, 1, and 1.5 A have been used in direct of falling film and against direct of falling film. In the Fe 3 O 4 /Water nanofluid the intensity of electric current was 1 A in direct of falling film. Experimental results showed that the Al 2 O 3 /water nanofluid has higher mass transfer rate and mass transfer coefficient in comparison to the base fluid (water). Mass transfer coefficient and mass flux were enhanced for Al 2 O 3 /water nanofluid and the enhancement value was increased with increasing of nanoparticle concentration. The results showed that the increase in mass transfer coefficients and mass flux are 55 % and 90% for a fixed volume fraction of 1%.Mass transfer coefficients and mass flux have decreased by using TiO 2 /water nanofluid. In this nanofluid, at the concentration of 0.05%, the reduction in mass transfer coefficient and mass transfer rate was 16% and 5% respectively. Effect of magnetic field has been investigated in base fluid (water) and Fe 3 O 4 /Water nanofluid. The increase in mass transfer rate and mass transfer coefficient in water system is 22% and 59% for a fixed electric current intensity of 1A. In this system, when the direction of magnetic ?eld is same to the direction of falling ?lm, the mass transfer coefficient increases, and when thedirection of magnetic ?eld is against to the direction of falling ?lm, the mass transfer coefficients decreases. In the Fe 3 O 4 /Water nanofluid, the increase in mass transfer coefficient at intensity of 1A is 53%. In this nanofluid the mass transfer rate increased by increasing in nanoparticle volume fraction, but under all of the conditions, the mass transfer rates and mass transfer coefficients are lower than base fluid (water). Keywords: absorption, nanofluid, mass transfer coefficient, wetted wall column
جذب گاز فرایندی است که در آن یک مخلوط گاز را در تماس با مایعی قرار می دهند تا یک یا تعداد بیشتری از سازنده ها در مایع حل شده و محلولی از آن سازنده ها در مایع حاصل شود. به طور کلی سه روش برای افزایش جذب وجود دارد: روش مکانیکی، روش شیمیایی و روش نانوتکنولوژی.در این پایان نامه بررسی تجربی استفاده از نانوسیالات در فرایند جذب گاز دی اکسید کربن در یک برج دیواره مرطوب آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است.برای انجام آزمایشات در شرایط مختلف و اندازه گیری پارامترهای موردنظر، ابتدا برج دیواره مرطوب طراحی و ساخته شد.قطر داخلی این برج 28 میلی متر، قطر خارجی 32 میلی متر و ارتفاع برج 45/1 متر می باشد. در این پروژه از نانوسیال آب- اکسید تیتانیم، نانوسیال آب- اکسید آلومینیم و نانوسیال آب-اکسیدآهن به عنوان حلال برای بررسی فرایند جذب استفاده شد. اثر دبی فاز مایع ودبی فاز گاز بر روی فرایند انتقال جرم نانوسیالات آب-اکسید آلومینیم، آب-اکسید آهن و آب-اکسید تیتانیم درغلظت های مختلف وهمچنین تأثیر میدان مغناطیسی بر روی فرایند جذب گاز دی اکسید کربن توسط سیال پایه (آب) و نانوسیال آب-اکسید آهن بررسی شد. نانوسیال آب- اکسید آلومینیمبا غلطت های 01/0، 05/0، 1/0، 5/0 و1 درصد حجمی، نانوسیال آب-اکسید تیتانیم با غلظت های 05/0، 1/0 و 5/0 درصد حجمی و نانوسیال آب-اکسید آهن با غلظت های 005/0، 008/0 و 024/0 درصد حجمی استفاده شد. اثر میدان مغناطیسی برای سیال پایه در شدت جریان های 0، 5/0،1و 5/1در دو جهت، خلاف جهت فیلم ریزان و هم جهت با فیلم ریزان، بررسی شد. دبی فاز مایع برای تمام آزمایشات 1/3، 68/4 و 66/6 میلی لیتر بر ثانیه و دبی فاز گاز 1 و 5 لیتر بر دقیقه می باشد. اثر میدان مغناطیسی بر روی نانوسیال آب-اکسید آهن و آب بررسی شد. آزمایشات آب-اکسید آهن با میدان مغناطیسی در شدت جریان 1 آمپر و در جهت فیلم ریزان انجام شد. اثر میدان مغناطیسی برای سیال پایه در شدت جریان های 0، 5/0،1و5/1 آمپر در دو جهت، خلاف جهت فیلم ریزان و هم جهت با فیلم ریزان، بررسی شد.نتایج بدست آمده از این تحقیق نشان می دهد که نانوسیال آب-اکسید آلومینیم عملکرد انتقال جرمی بهتری نسبت به سیال پایه از خود نشان می دهد. برای نانوسیال آب-اکسیدآلومینیم ضریب انتقال جرم و شار انتقال جرم افزایش پیدا کرده و این افزایش نسبی با افزایش غلظت نانوذرات بیشترمی گردد. افزایش ضریب انتقال جرم در 1% حجمی نانوسیال آب-اکسید آلومینیم 55 % و شار انتقال جرم 90 %افزایش داشته است. استفاده از نانوسیال های آب-اکسید تیتانیم باعث کاهش انتقال جرم شده است. ضریب انتقال جرم در 05/0 % حجمی نانوسیال آب-اکسید تیتانیم 16 درصد و شار انتقال جرم 5 درصد کاهش داشته است. ضریب انتقال جرم در شدت جریان الکتریکی 5/1 آمپر 59 % و شار انتقال جرم 22 % افزایش می یابد.استفاده از میدان مغناطیسی هنگامی که جهت میدان مغناطیسی با جهت فیلم ریزان یکسان باشد، ضریب انتقال جرم سیال پایه (آب) را افزایش داده است و در حالتی که جهت میدان مغناطیسی خلاف جهت فیلم ریزان باشد ضریب انتقال جرم کاهش می یابد.با افزایش غلظت نانوسیال آب-اکسید آهن ضریب انتقال جرم و شار انتقال افزایش می یابد ولی همه این مقادیر نسبت به سیال پایه کمتر است. نانوسیال آب-اکسید آهن و در حضور میدان مغناطیسی در شدت جریان 1 آمپر ضریب انتقال جرم 53%افزایش داشته است. کلمات کلیدی : جذب، نانوسیال، ضریب انتقال جرم، برج دبواره مرطوب