مطالعه مكانيسم انتقال حرارت جوشش محلول هاي نمكي سولفات كلسيم

این متن شامل 43 صفحه می باشد 

جوشش يكي از پديده هاي مهم فيزيكي است كه در فرآيندهاي صنعتي به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته و مي گيرد . در پديده جوشش ، حضور حباب ها ،‌مايع در حال جوش و نيز سطح جامد حرارت دهنده به عنوان سه فاز گاز ، مايع ، و جامد ايجاد محيطي مي كند كه از ديدگاه ترمو.ديناميك و نيز مكانيك سيالات ناهمگن خوانده مي شود كه اين نا همگني موجب پيچيدگي هاي فوق العاده اين مكانيسم با ساير مكانيسمهاي انتقال حرارت ـ مانند هدايت و جابجايي مي شود . در نتيجه ناهمگن بودن محيط انتقال حرارت جوشش ، مسيرمدل سازي رياضي و شبيه سازي اين پديده و نتيجتا پيش بيني ضريب انتقال حرارت جوش با موانع متعددي مواجه شده است .

در فرآيند جوشش ، پيچيدگي حاصل از ناهمگني محيط موجب مي شود تا به دنبال پاسخ به هر مجهولي ، مجهول يا مجهولات ديگري متولد گردد . بر اين اساس به نظر مي رسد پديده انتقال حرارت جوشش تا مدت هاي مديدي به موازات ساير علوم مورد مطالعه و پژوهش هاي باقي بماند .

در فرآيند جوشش ، همزماني مكانيسم هاي مختلف ، سبب بالا رفتن قابل ملاحضه ضريب انتقال حرارت جوشش د رمقايسه با ديگر مكانيسم هاي شناخته شده انتقال حرارت گرديده است . اين فرآيند ها عبارتند از :

- جابجايي اجباري

- تبخير لايه فيلم مايع اطراف حباب ها

- انتقال حرارت توسط جذب گرماي لازم براي تبخير سيال و تشكيل حباب [1]

- ميكروكنوكسيون در زير سطح حباب هاي تشكيل شده

از اين رو مكانيسم جوشش همواره به عنوان يك مكانيسم مناسب جهت انتقال بارهاي حرارتي سنگين در بسياري از فرآيندهاي صنعتي مورد استفاده قرارگرفته و مي گيرد . در اينجا مي توان به راكتورهاي اتمي ، دستگاههاي تهويه و تبريد ، برج هاي جذب و تقطير و همچنين ديگ هاي بخار به عنوان نمونه هاي متداولي از كاربرد فرآيند جوشش در مقياس صنعتي اشاره نمود .

فرآيند انتقال حرارت جوشش مايعات خالص با سه مكانيسم مختلف توجيه مي شود كه عبارتند از :

- فرآيند هاي مكانكي

- خواص شيمي ـ فيزيكي سطح جامد حرارت دهنده

- هيدروديناميك جريان چند فازي

دستگاه اندازه گيري ضريب انتقال حرارت جوشش استخري

اين وسيله آزمايشگاهي از اجزاء مختلفي تشكيل شده است كه امكان اندازه گيري و ثبت ضريب انتقال حرارت در شرايط جابجايي آزاد و نيز جوش استخري را در گستره وسيعي از شارهاي حرارتي تا 500000 واتبر متر مربع فراهم مي كند . عنصراصلي آن يك دستگاه گرمكن الكتريكي استوانه اي است كهدر وضعيت افقي درون مخزن اصلي جوش تعبيه شده است و توليد حرارت مي كند .

شار حرارتي q :

از آنجا كه گرمكن موجود در سيستم ، توان الكتريكي را به انرژي حرارتي تبديل مي كند، مقدار شار حرارتي را مي توان به صورت زير محاسبه كرد .

سطح انتقال حرارت ،‌A:

مقدار سطح انتقال حرارت توسط شركت سازنده گرمكن الكتريكي داده شده و مقدار آن معلوم است و نيازي به محاسبه ندارد .

دماي توده سيال T_B :

دماي توده سيال را مي توان با استفاده از يك دستگاه ترموكوپل ، اندازه گيري نمود . زوج سيم هاي خروجي از ترموكوپل به ترمينال هاي data acuiesition system متصل مي شود كه اين سيستم با لحاظ نمودن دماي محيط به كمك يك دستگاه ترميستور ، دماي توده سيال را محاسبه مي كند .

دماي سطح انتقال حرارت T_W

دماي سطح انتقال حرارت مشكل ترين پارامتر قابل اندازه گيري در سيستم محسوب مي شود . همانطور كه پيشتر شاره شد ، ترموكوپل جاسازي شده در سطح گرمكن الكتريكي در فاصله معني داري از سطح انتقال حرارت قراردارد و لازم است دماي واقعي سطح انتقال حرارت با انجام محاسباتي تصحيح شود . از آنجا كه اين فاصله بسيار كم است مي توان از معادله يك بعدي انتقال حرارت استفاده كرد كه در زير آمده است :

داده هاي آزمايشگاهي

داده هاي آزمايشگاهي از بانك هاي اطلاعاتي معتبر جمع آوري شده است همانطور كه داده هاي خام نشان مي دهد ، در شار حرارتي ثابت ، ضريب انتقال حرارت جوشش با افزايش زمان كاهش مي يابد كه اين كاهش را مي توان باافزايش ضخامت رسوب سولفات كلسيم روي سطح انتقال حرارت ودر نتيجه افزايش مقاومت حرارتي مرتبط دانست .

بحث و پيش بيني مكانيسم تشكيل رسوب

همانطور كه قبلا اشاره شد نمك سولفات كلسيم از جمله نمك هايي است كه نسبت به دما حلاليت منفي است . اين حلاليت منفي موجب مي شود در مجاورت سطح انتقال حرارت كه دماي آن بيشتر از دماي توده سيال است . حداكثر حلاليت موضعي سولفات كلسيم كاهش يابد نا جايي كه از حد اشباع فراتر رود.

مدل سازي رياضي

در مدل پيشنهادي حاضر ، از آنجا كه رسوبات تشكيل شده از نوع كريستالي هستند . از تابع زدايش رسوب صرف نظر ميگردد ، تابع زدايش در شارهاي حرارتي بسيار بالا مطرح مي شود .

محاسبه n_b

مقدار رسوب تشكيل شده در واحد سطح ـ زمان را مي توان از تقيم مستقيم شدت جريان جرمي تشكيل رسوب بر واحد زمان ، بر سطح كل انتقال حرارت به دست آورد :

تحقیق مطالعه مكانيسم انتقال حرارت جوشش محلول هاي نمكي سولفات كلسيم

مقدمه: 3

شار حرارتي 4

سطح انتقال حرارت 4

دماي توده سيال 4

دماي سطح انتقال حرارت 4

داده هاي آزمايشگاهي 5

بحث و پيش بيني مكانيسم تشكيل رسوب 5

مدل سازي رياضي 5

پيش بيني افت فشار در شوينده هاي و نتوري 7

بررسي تاثير فيلم مايع و ورود مجدد قطرات 7

افت فشار در شوينده هاي ونتوري 7

مدل رياضي افت فشار 7

نتايج 8

توليد پودر آب انار با استفاده از خشك كن پاشنده 9

نتايج و بحث 9

نتيجه گيري 10

بررسي روش هاي توليد سيمان هاي زودگير با مقاومت اوليه بالا 11

دستگاه علمي آموزشي انتقال حرارت 14

ضريب هدايت گرمايي 14

دستگاه آموزش سنجش ميزان انتقال حرارت 15

جزئيات تكينيك واحد سرويس انتقال حرارت 16

هدايت حرارتي خطي 16

جزئيات ساخت 16

قابليت آزمايش 16

هدايت حرارت شعاعي 17

نانوتيوب هاي كربني روش هاي ساخت و موارد كاربرد آن 18

روشهاي ساخت نانوتيوپ 18

تخليه قوس الكتريكي ( Are discharge) 18

كاربردهاي نانوتيوبهاي كربني 19

پيل هاي شيميايي 19

جستجو گرهاي در حد نانو 19

كاربرد نانوتيوبها به عنوان قالب 19

روش هاي انتقال و تبديل شيميايي گاز طبيعي 20

شيوه هاي نوين بررسي عملكرد برج هاي تقطير آكنده با پر كن هاي ساختاري تا 10 سال آينده 26

بررسي مقايسه‌اي نشر گازهاي گلخانه‌اي 29

دلايل و پيامدهاي افزايش گازهاي گلخانه‌اي 29

تلاش جهاني براي كاهش گازهاي گلخانه‌اي 30

زغال‌سنگ (قهوه‌اي) Lignite 31

قير مرطوب: 31

بنزين معمولي: 32

مطالعه مكانيسم انتقال حرارت جوشش محلول هاي نمكي سولفات كلسيم

مقدمه:

جوشش يكي از پديده هاي مهم فيزيكي است كه در فرآيندهاي صنعتي به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته و مي گيرد . در پديده جوشش ، حضور حباب ها ،‌مايع در حال جوش و نيز سطح جامد حرارت دهنده به عنوان سه فاز گاز ، مايع ، و جامد ايجاد محيطي مي كند كه از ديدگاه ترمو.ديناميك و نيز مكانيك سيالات ناهمگن خوانده مي شود كه اين نا همگني موجب پيچيدگي هاي فوق العاده اين مكانيسم با ساير مكانيسمهاي انتقال حرارت ـ مانند هدايت و جابجايي مي شود . در نتيجه ناهمگن بودن محيط انتقال حرارت جوشش ، مسيرمدل سازي رياضي و شبيه سازي اين پديده و نتيجتا پيش بيني ضريب انتقال حرارت جوش با موانع متعددي مواجه شده است .

در فرآيند جوشش ، پيچيدگي حاصل از ناهمگني محيط موجب مي شود تا به دنبال پاسخ به هر مجهولي ، مجهول يا مجهولات ديگري متولد گردد . بر اين اساس به نظر مي رسد پديده انتقال حرارت جوشش تا مدت هاي مديدي به موازات ساير علوم مورد مطالعه و پژوهش هاي باقي بماند .

در فرآيند جوشش ، همزماني مكانيسم هاي مختلف ، سبب بالا رفتن قابل ملاحضه ضريب انتقال حرارت جوشش د رمقايسه با ديگر مكانيسم هاي شناخته شده انتقال حرارت گرديده است . اين فرآيند ها عبارتند از :

- جابجايي اجباري

- تبخير لايه فيلم مايع اطراف حباب ها

- انتقال حرارت توسط جذب گرماي لازم براي تبخير سيال و تشكيل حباب [1]

- ميكروكنوكسيون در زير سطح حباب هاي تشكيل شده

از اين رو مكانيسم جوشش همواره به عنوان يك مكانيسم مناسب جهت انتقال بارهاي حرارتي سنگين در بسياري از فرآيندهاي صنعتي مورد استفاده قرارگرفته و مي گيرد . در اينجا مي توان به راكتورهاي اتمي ، دستگاههاي تهويه و تبريد ، برج هاي جذب و تقطير و همچنين ديگ هاي بخار به عنوان نمونه هاي متداولي از كاربرد فرآيند جوشش در مقياس صنعتي اشاره نمود .

فرآيند انتقال حرارت جوشش مايعات خالص با سه مكانيسم مختلف توجيه مي شود كه عبارتند از :

- فرآيند هاي مكانكي

- خواص شيمي ـ فيزيكي سطح جامد حرارت دهنده

- هيدروديناميك جريان چند فازي

دستگاه اندازه گيري ضريب انتقال حرارت جوشش استخري

اين وسيله آزمايشگاهي از اجزاء مختلفي تشكيل شده است كه امكان اندازه گيري و ثبت ضريب انتقال حرارت در شرايط جابجايي آزاد و نيز جوش استخري را در گستره وسيعي از شارهاي حرارتي تا 500000 واتبر متر مربع فراهم مي كند . عنصراصلي آن يك دستگاه گرمكن الكتريكي استوانه اي است كهدر وضعيت افقي درون مخزن اصلي جوش تعبيه شده است و توليد حرارت مي كند .

شار حرارتيq :

از آنجا كه گرمكن موجود در سيستم ، توان الكتريكي را به انرژي حرارتي تبديل مي كند، مقدار شار حرارتي را مي توان به صورت زير محاسبه كرد .

سطح انتقال حرارت ،‌A:

مقدار سطح انتقال حرارت توسط شركت سازنده گرمكن الكتريكي داده شده و مقدار آن معلوم است و نيازي به محاسبه ندارد .

دماي توده سيالT_B :

دماي توده سيال را مي توان با استفاده از يك دستگاه ترموكوپل ، اندازه گيري نمود . زوج سيم هاي خروجي از ترموكوپل به ترمينال هاي data acuiesition system متصل مي شود كه اين سيستم با لحاظ نمودن دماي محيط به كمك يك دستگاه ترميستور ، دماي توده سيال را محاسبه مي كند .

دماي سطح انتقال حرارتT_W

دماي سطح انتقال حرارت مشكل ترين پارامتر قابل اندازه گيري در سيستم محسوب مي شود . همانطور كه پيشتر شاره شد ، ترموكوپل جاسازي شده در سطح گرمكن الكتريكي در فاصله معني داري از سطح انتقال حرارت قراردارد و لازم است دماي واقعي سطح انتقال حرارت با انجام محاسباتي تصحيح شود . از آنجا كه اين فاصله بسيار كم است مي توان از معادله يك بعدي انتقال حرارت استفاده كرد كه در زير آمده است :

داده هاي آزمايشگاهي

داده هاي آزمايشگاهي از بانك هاي اطلاعاتي معتبر جمع آوري شده است همانطور كه داده هاي خام نشان مي دهد ، در شار حرارتي ثابت ، ضريب انتقال حرارت جوشش با افزايش زمان كاهش مي يابد كه اين كاهش را مي توان باافزايش ضخامت رسوب سولفات كلسيم روي سطح انتقال حرارت ودر نتيجه افزايش مقاومت حرارتي مرتبط دانست .

بحث و پيش بيني مكانيسم تشكيل رسوب

همانطور كه قبلا اشاره شد نمك سولفات كلسيم از جمله نمك هايي است كه نسبت به دما حلاليت منفي است . اين حلاليت منفي موجب مي شود در مجاورت سطح انتقال حرارت كه دماي آن بيشتر از دماي توده سيال است . حداكثر حلاليت موضعي سولفات كلسيم كاهش يابد نا جايي كه از حد اشباع فراتر رود.

مدل سازي رياضي

در مدل پيشنهادي حاضر ، از آنجا كه رسوبات تشكيل شده از نوع كريستالي هستند . از تابع زدايش رسوب صرف نظر ميگردد ، تابع زدايش در شارهاي حرارتي بسيار بالا مطرح مي شود .

محاسبه n_b

مقدار رسوب تشكيل شده در واحد سطح ـ زمان را مي توان از تقيم مستقيم شدت جريان جرمي تشكيل رسوب بر واحد زمان ، بر سطح كل انتقال حرارت به دست آورد :

پيش بيني افت فشار در شوينده هاي و نتوري :

بررسي تاثير فيلم مايع و ورود مجدد قطرات

مقدمه :

شوينده هاي ونتوري ( venture scrubbers) بعنوان يكي از دستگاههاي جدا كننده ذرات جامد و گازهاي آلاينده از گازهاي خروجي صنايع ، نزديك به نيم قرن مورد استفاده بوده اند . راندمان بالا در جذب ذرات ريز ، هزينه اوليه پايين ، هزينه نگهداري كم ، عدم وجود قسمت هاي متحرك ، قابليت استفاده جهت جذب ذرات جامد و گازهاي آلاينده بطور همزمان و حجم كم سيستم از جمله امتيازات اين دستگاه بشمار مي رود . از طرف ديگر افت فشار نسبتا بالادر مقايسه با سيستم هايي نظير سيگنولها و فيلترهاي الكتريكي از معايب اين دستگاهها بشمار مي آيد . بطوريكه مقدار اين پارامتر در شوينده هاي ونتوري د رمحدوده 100 تا 1500 ميليمتر آب قرار دارد . يه دليل وسعت محدوده ذكر شده از افت فشار ، معمولا شوينده هاي ونتوري به سه دسته انرژي پايين ، انرژي متوسط وانرژي بالا تقسيم بندي مي شوند . شوينده هاي ونتوري انرژي بالا معمولا داراي راندمان جداسازي بالاي 98% براي ذرات با قطر يك ميكرون مي باشند .

افت فشار در شوينده هاي ونتوري

اساسا افت فشار گاز در يك شوينده ونتوري ناشي از عواملي نظير انتقال ممنتم گاز به قطرات ، افت اصطلاكي گاز ، با فيلم مايع در بخش هاي گلوگاه و واگرا مي باشد . بشترين سهم دراين ميان مربوط به افزايش ممنتم قطرات مي باشد . لذا كاملا طبيعي است كه با افزايش ميزان مايع تزريقي شاهد افزايش افت فشار از يكسو و همزمان شاهد افزايش راندمان جداسازي به دليل افزايش تعداد وسطح قطرات شوينده باشيم . به همين دليل همواره بايد در نظر داشت كه ميزان راندمان جداسازي در يك شوينده ونتوري در ارتباط مستقيم با ميزان افت فشار ميزان راندمان جداسازي بيشتر مي گردد.

مدل رياضي افت فشار

بمنظور مدلسازي رياضي افت فشار در يك شوينده ونتوري آلماني به طول DX كه نمايانگر حالت كلي ساختاري شوينده ونتوري مي باشد . مطابق شكل (2) درنظر گرفته مي شود .

1- محاسبه ميزان ورود مجدد قطرات و نشست آنها (E)

در اين مطالعه بمنظور محاسبه ميزان ورود قطرات از فيلم مايع به فاز گاز از روابطي كه اخيرا ارائه گرديده است استفاده مي گردد .

2- محاسبه ميزان مايع موجود در فاز گاز (m_ds)

ميزان مايع موجود در فاز گاز بصورت قطرات ريز همراه گاز در حركت مي باشند . برابر با مقدار تزريق اوليه مايع منهاي ميزان فيلم تشكيل شده منهاي ميزان نشست مجدد قطرات بر روي فيلم مي باشد . ذكر اي نكته ضروريست كه ميزان نشست مجدد بدليل ايجاد تعادل درميزان ورود مجدد و نشست مجدد قطرات در طول ونتوري از نقطه نظر مقدار برابر با ميزان ورود قطرات درنظر گرفته شده است .

نتايج:

در شكل هاي (3) ، (4) و (5) نتايج به پيش بيني تغييرات فشار در طول ونتوري براي سرعت هاي متفاوت در گلوگاه و نسبت مايع به گازهاي مختلف نشان داده شده است .

توليد پودر آب انار با استفاده از خشك كن پاشنده

مقدمه

حفظ و نگهداري محصولات غذايي با توجه به رشد جمعيت و كمبود مواد غذايي بسيار مورد توجه قرار گرفته است و روز به روز بر اهميت آن براي جلوگيري ازاتلاف مواد غذايي و طولاني نمودن زمان نگهداري آنها به دليل رشد صادرات و به دست آوردن بازارهاي پايدار ، افزوده مي شود . از جمله راههاي جلوگيري از اتلاف مواد مازاد محصول و افزايش طول عمر آن ، خشك كردن مواد غذايي مي باشد . با اين كار علاوه بر اينكه زمان ماندگاري محصول طولاني مي گردد ، محصول توليدي فضاي كمتري اشغال نموده و به تبع آن هزينه هاي حمل و نقل و انبار داري آن بطور قابل ملاحظه اي كاهش مي يابد .

مواد و روش ها

افزودني هايي كه جهت كمك به پودر كردن آب انار مورد استفاده قرار گرفت عبارتند از:

1- دكسترين صنعتي تهيه شده از آلمان

2- مالتودكسترين با DE 6و10و15 كه از fluka خريداري شد .

3- شربت گلوكوز با DE حدود 13 تهيه شده از كارخانه دكستروز ايران

4- استنارات روي ، جهت ايجاد حالت پودر سيال كه از merck تهيه شده است .

نمونه ها قبل از تزريق به خشك پاششي به نسبت هاي معين با افزودني مورد نظر مخلوط و هموژن شده و جهت اطمينان از نداشتن هيچگونه لرد ( ذرات معلق آبميوه ) كه در اتمايزر ايجاد مشكل و گرفتگي مي كند از پارچه صافي عبور داده شدند .

نتايج و بحث

نتايج حاصل از آناليز درجدول 4 آورده شده است .

پس از انجام آرمايشات اوليه براي پودر نمودن آب انار مشخص گرديد دكسترين در هيچ يك از شرايط به كار رفته ، نتايج قابل قبولي نمي دهد . لذاين افزودني به عنوان كمك پودر كننده براي اين آبميوه قابل استفاده نيست .

دراين راستا شرايط عملياتي بهينه تعريف گرديد كه عبارتند از : عدم چسبندگي به ديواره خشك كن و به تبع آن بازدهي بالا ، بزرگ بودن نسبت آبميوه به مالتود گسترين كه سبب ايجاد طعم مناسبتر مي گردد .

نتيجه گيري

ملاحظات اقتصادي ( افزودني و بازدهي ) و بررسي آناليز پودرهاي حاصل و نيز خواص ارگانوليتيكي آنها نشان داد كه بهترين نتيجه به وسيله استفاده از ملتود گسترين با DE-6 به عنوان كمك پودر كننده حاصل مي شود و مناسب ترين نسبت fj/md كه از چسبندگي به ديواره خشك كن پاششي جلوگيري گرده و ماكزيمم راندمان را نيز داشته باشد . 35/65 مي باشد . همچنين مقدار 3/0% از استنارات روي جهت حفظ حالت پودري آزاد پس از بسته بندي بهينه تشخيص داده شد .

بررسي روش هاي توليد سيمان هاي زودگير با مقاومت اوليه بالا

مقدمه:

در بسياري از كشورها به منظور اينكه بتوان مصالحي بوجود آورد كه به كارهاي تعميراتي ساختمان سرعت بيشتري بخشد ، تحقيقات مستمري انجام شده است . بسياري از كاربردها مانند باند فرودگاه ها ، جاده هاي شلوغ ، بزرگراهها ، تعمير ذخاير آب و غيره نيازمند سيماني است كه زود گير بوده و در زمان كمي مقاومت مورد نياز را كسب كند . دراين راستا تلاش هاي بسياري جهت سيمان زودگير و زود سخت شونده درجهان صورت گرفته است .

زودگيري و مقاومت اوليه در سيمان مي تواند از طريق يك و يا تركيبي از روش هاي زير بدست آيد :

1- با استفاده از فرآيند پخت و توليد تركيب خاصي از فازهاي ميترالي

2- تهيه مخلوط هايي چند جزئي از سيمان پرتلند ، سيمان پرآلومبن و گچ

3- كنترل تركيب ميترالي و ميزان نرمي سيمان پايه پرتلند

پارامترهايي كه بر گيرش و سخت شدن تاثير مي گذارند عبارتند از : تركيب شيميايي و ميترالي ( درصد قليايي ها ، so₃,Al₂o₃)و فرآيند پخت و مخصوصا تاثير ان بر واكنش پذيري آهك آزاد ، نرمي كلينكر ، دماي عمل آوري و ميزان هوازدگي [1]

روش هاي توليد سيمان زودگير و زود سخت شونده

1- با استفاده از فرآيند پخت و توليد تركيب خاصي از فازهاي مينرالي

1-1 دسته اول

اين دسته از سيمان ها از اضافه كردن يك مخلوط از كاني سازها نظير سولفات كلسيم و هاليدهاي كلسيم ( كلريد كلسيم ، فلوئورايد كلسيم ) به مواد خام بر آلوميناي سيمان پرتلند تهيه مي گردند.

1-2 دسته دوم

هدف از توليد اين سيمانها استفاده از خواص مثبت فازهاي كلسيم سولفوآلومينا ( c₄a₃s^-) و كلسيم فلونوروآلومينات (c₁₁A₇C_AF₂) مي باشد . اين دسته از طريق پخت مخلوط خاك رس ، بوكسيت ، گچ و كلسيم فلوئورايد دردماي 128 درجه سانتيگراد توليد مي شوند . با توجه به خواص و ويژگيهاي اين دو فاز نسبت آنها بايستي در يك حد اپتيم باشد .

شامل ورد 32صفحه ای میباشد