Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Haghshenas fard,Seyed.Gholamreza Etemad
مسعود حق شناس فرد (استاد راهنما) سیدغلامرضا اعتماد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Javad Salimi
جواد سلیمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Experimental Investigation on Using of Nanofluids in the Gas Absorption Process in a Packed Column with Magnetic Field
Mass transfer coefficients are important in the design of mass transfer equipment such as distillation towers, adsorption and desorption columns, and cooling towers. Increasing the mass transfer coefficient is caused increased efficiency, reduced size and cost of the equipment. This thesis is related to the experimental investigation on using of nanofluid in the gas absorption process in a packed column. To study the proposed title, a glass packed column was design and subsequently fabricated. The inner diameter of column is 30mm, and the height of the column is 90cm. In this work, Fe 3 O 4 / water, SiO 2 / water and NiO/ water were used as solvent in the absorption process. Effect of gas and liquid flow rates and magnetic field intensity on the mass transfer rate and mass transfer coefficients under different nanoparticles concentration were investigated. According to the magnetic properties of Fe 3 O 4 and NiO nanoparticle and polarity of the base fluid molecules, we expected that the magnetic field could have the positive effects on the CO 2 capture process. SiO 2 / water nanofluid with concentration of 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1 and 1.5 v/v %, Fe 3 O 4 / water and NiO/ water with concentration of 0.002, 0.005, 0.01, 0.05 and 0.1 v/v % have been used. The gas and liquid flow rates in the experiments are 1 and 1.5 lit/min for gas phase and 0.2, 0.26 and 0.32 lit/ min for the liquid phase. The magnetic filed intensity of 240 and 350 G have been used in direct of falling film. The results showed that addition of SiO 2 , Fe 3 O 4 and NiO nanoparticles increase the mass transfer rate and mass transfer coefficients. For SiO 2 / water nanofluid at concentration of 1.5 vol%, the enhancement of mass transfer rate and mass transfer coefficient in comparison with pure water was 36% and 17% respectively. The optimum concentration of Fe 3 O 4 /Water nanofluid is 0.005%, which the enhancement of mass transfer rate and mass transfer coefficient in comparison with pure water was 12% and 10% respectively. The optimum concentration in the NiO/Water nanofluid is 0.01%, which in this point, the enhancement of mass transfer rate and mass transfer coefficient in comparison with pure water was 9% and 6 % respectively. In the optimum concentration of nanofluids, effective mass transfer rate and mass transfer coefficient of Fe 3 O 4 /Water nanofluid were 29.5% and 41.5% higher than those in NiO/Water nanofluid. Under the magnetic field, the maximum enhancement of mass transfer rate in Fe 3 O 4 /Water nanofluid with concentration of 0.005% and in NiO/Water nanofluid with concentration of 0.01%, were 14% and 10.5%, respectively. Performance of Fe 3 O 4 /Water nanofluid for CO 2 capture process under magnetic field was better than NiO/Water nanofluid. Under the magnetic field and in the optimum volume fraction of nanofluids, the effective mass transfer rate of Fe 3 O 4 /Water nanofluid is about 25% higher than NiO/Water nanofluid. For Fe 3 O 4 / water and NiO/ water nanofluids at concentration of 0.1 vol% with magnetic filed of 350 G, the mass transfer rate when the magnetic field is not applied to increase 6.5 and 4%, respectively and the mass transfer coefficient increase 9 and 6, respectively. Key words : packed column, mass transfer, nanofliud, magnetic field
ضرایب انتقال جرم در طراحی دستگاههای انتقال جرم مانند برج های تقطیر، برج های جذب و دفع و برج های خنک کننده آب نقش مهمی دارند. افزایش ضریب انتقال جرم سبب افزایش راندمان، کاهش اندازه و هزینه ساخت تجهیزات می شود. در این پایان نامه، بررسی تجربی استفاده از نانوسیالات در فرایند جذب گاز دی اکسید کربن در یک برج پرشده آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای انجام آزمایشات، ابتدا برج پرشده طراحی و ساخته شد. قطر برج 30 میلی متر و ارتفاع برج 90 سانتی متر است. در این پروژه از نانوسیالات آب- اکسید سیلیس، آب- اکسید آهن و آب اکسید نیکل به عنوان حلال در فرآیند جذب استفاده شد. اثر دبی فاز مایع و فاز گاز بر روی فرایند انتقال جرم نانوسیالات ذکر شده، در غلظت های مختلف و همچنین تاثیر میدان مغناطیسی بر روی فرایند جذب گاز دی اکسید کربن توسط سیال پایه (آب) و نانوسیالات مغناطیسی آب- اکسید آهن و آب اکسید نیکل بررسی شد. نانوسیال آب – اکسید سیلیس با غلظت های 05/0، 1/0، 2/0، 5/0، 1 و5/1 درصد حجمی و نانوسیالات آب- اکسید آهن وآب- اکسید نیکل با غلظت های 002/0، 005/0، 01/0، 05/0 و 1/0 درصد حجمی استفاده شدند. دبی فاز مایع برای تمامی آزمایشات 2/0، 26/0 و 32/0 لیتر بر دقیقه و دبی فاز گاز 1 و 5/1 لیتر بر دقیقه می باشد. اثر میدان مغناطیسی برای سیال پایه و نانوسیالات مغناطیسی در شدت میدان های 240 و350 گاوس در جهت حرکت مایع بررسی شد. برای نانوسیال آب- اکسید سیلیس ضریب انتقال جرم و شار انتقال جرم نسبت به آب خالص افزایش پیدا کرده و این افزایش نسبی با افزایش غلظت نانوذرات بیشتر می گردد. ضریب انتقال جرم در 5/1 درصد حجمی نانوسیال آب اکسید سیلیس نسبت به آب خالص 17 % و شار انتقال جرم 36 درصد افزایش داشته است. برای نانوسیال آب- اکسید آهن یک غلظت بهینه وجود دارد که پس از آن شار انتقال جرم کاهش می یابد. ماکزیمم افزایش شار انتقال جرم و ضریب انتقال جرم نانوسیال آب- اکسید آهن نسبت به آب خالص به ترتیب برابر 12 % و 10 % است که در غلظت حجمی 005/0 درصد می باشد. همچنین برای نانوسیال آب- اکسید نیکل ماکزیمم افزایش شار انتقال جرم و ضریب انتقال جرم نسبت به آب خالص به ترتیب برایر 9 % و 6% است که در غلظت حجمی 01/0 درصد اتفاق می افتد. استفاده از میدان مغناطیسی هنگامی که جهت میدان مغناطیسی با جهت حرکت مایع یکسان باشد، ضریب انتقال جرم سیال پایه (آب) را افزایش می دهد. هنگامی که میدان مغناطیسی اعمال می شود شار انتقال جرم برای نانوسیالات آب- اکسید آهن و آب- اکسید نیکل افزایش می یابد. اثر میدان مغناطیسی با افزایش غلظت نانوذره و افزایش شدت جریان الکتریکی بیشتر می شود. برای نانوسیالات آب- اکسید آهن و آب- اکسید نیکل در غلظت حجمی 1/0 درصد و شدت میدان 350 گاوس، شار انتقال جرم نسبت به حالتی که میدان مغناطیسی اعمال نشده است به ترتیب 5/6 و 4 درصد و ضریب انتقال جرم به ترتیب 9 و 6 درصد افزایش می یابد. کلمات کلیدی : برج پرشده- نانوسیال- میدان مغناطیسی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی