بررسی اثر پارامترهای عملیاتی بر میزان جذب کربن دی اکسید با استفاده از نانوسیال آب-آلومینا در برج دیواره مرطوب با استفاده از روش سطح - پاسخ

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

چکیده

امروزه استفاده از حلال­ های حاوی نانوذره­ ها برای بهبود نرخ جذب گازهای اسیدی مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. در این مطالعه جذب فیزیکی کربن دی­ اکسید در نانوسیال بر پایه آب حاوی نانوذره ­های آلومینا در برج دیواره مرطوب مورد بررسی قرار گرفته است. از روش سطح-پاسخ با طراحی مرکب مرکزی برای تجزیه و تحلیل و بهینه ­سازی عملکرد سیستم­ نانوسیال استفاده شد. در این راستا عملکرد فرایند با اندازه­ گیری ضریب انتقال جرم فاز مایع براساس متغیرهای مستقل، غلظت نانوذره ­ها (g/l 1-0)، شدت جریان سیال (ml/min 300-100) و دمای سیال ( 45-25) ارزیابی شد. با استفاده از تحلیل واریانس، یک مدل درجه دو جهت پیش‌بینی ضریب انتقال جرم در نانوسیال آب-آلومینا با R2  برابر 977/0 ارائه شد. نتیجه ­ها نشان می ­دهد که ضریب انتقال جرم در حضور نانوذره ­های آلومینا به طور چشمگیری افزایش می ­یابد. با اضافه کردن 1 و 5/0 گرم در لیتر از نانوذره­ های آلومینا در سیال پایۀ آب نرخ جذب گاز 47 و 19 درصد افزایش پیدا می ­کند. طبق نتیجه ­های بدست آمده افزایش غلظت نانوذره ­ها و شدت جریان سیال بیشترین تاثیر را بر ضریب انتقال جرم دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Zhang Z., Cai J., Chen F., Li H., Zhang W., Qi W., "Progress in Enhancement of CO2 Absorption by Nanofluids: A Mini Review of Mechanisms and Current Status," Renewable Energy, 118: 527-535 (2018).
[2] رمضانی پور، حمید؛ قائمی، احد؛ قنادزاده گیلانی، حسین، مطالعه تجربی و بهینه‏ سازی جذب سطحی گاز کربن دی اکسید توسط جاذب پلیمری میکرو-متخلخل، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران, 40(2): 95 تا 104 (1400).
[3] بنیادی، محمد؛ درست، مینا؛ شریفی فرد، حکیمه، بررسی آزمایشگاهی تاثیر نانوسیال حاوی نانوذرات کربن فعال در جذب دی اکسیدکربن، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 41(1): 153 تا 163 (1401).
[4] Lee J.W., Torres Pineda I., Lee J.H., Kang Y.T., "Combined CO2 Absorption/Regeneration Performance Enhancement by Using Nanoabsorbents," Applied Energy, 178: 164-176 (2016).
[5] Rahmatmand B., Keshavarz P., Ayatollahi S., "Study of Absorption Enhancement of CO2 by SiO2, Al2O3, CNT, and Fe3O4 Nanoparticles in Water and Amine Solutions," Journal of Chemical & Engineering Data, 61(4): 1378-1387 (2016).
[6] Rashidi H., Sohrabi R., "Detailed Performance Model of Carbon Dioxide Absorption Utilizing Titanium Dioxide Nanoparticles in a Wetted Wall Column," Environmental Progress & Sustainable Energy, 38(6): 13211 (2019).
[7] Manikandan A.P., Akila S., Deepapriya N., "Mass Transfer Performance of Al2O3 Nanofluids for CO2 Absorption in a Wetted Wall Column," International Research Journal of Engineering and Technology, 6: 1329-1331 (2019).
[8] Devakki B., Thomas S., "Experimental Investigation on Absorption Performance of Nanofluids for CO2 Capture," International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration, 28(02): 2050017 (2020).
[9] Pineda I.T., Choi C.K., Kang Y.T., "CO2 Gas Absorption by CH3OH Based Nanofluids in an Annular Contactor at Low Rotational Speeds," International Journal of Greenhouse Gas Control, 23: 105-112,(2014).
[10] Lu S., Song J., Li Y., Xing M., He Q., "Improvement of CO2 Absorption Using Al2O3 Nanofluids in a Stirred Thermostatic Reactor," The Canadian Journal of Chemical Engineering, 93(5): 935-941 (2015).
[11] Lee J.W., Kang Y. T., "CO2 Absorption Enhancement by Al2O3 Nanoparticles in NaCl Aqueous Solution," Energy, 53: 206-211 (2013).
[12] Samadi Z., Haghshenasfard M., Moheb A., "CO2 Absorption Using Nanofluids in a Wetted Wall Column With External Magnetic Field," Chemical Engineering & Technology, 37(3): 462-470 (2014).
[13] Moradi G., Ahmadpour J., Yaripour F., "Systematic Investigation of the Effects of Operating Conditions on the Liquid-Phase Dimethyl Ether (LPDME) Process," Energy & fuels, 22(6): 3587-3593 (2008).
[14] Piriyawong V., Thongpool V., Asanithi P., Limsuwan P., "Preparation and Characterization of Alumina Nanoparticles in Deionized Water Using Laser Ablation Technique," Journal of Nanomaterials, 2012 (2012).
[15] Valeh-e-Sheyda P., Afshari A., "A Detailed Screening on the Mass Transfer Modeling of the CO2 Absorption Utilizing Silica Nanofluid in a Wetted Wall Column," Process Safety and Environmental Protection, 127: 125-132 (2019).
[17] Versteeg G.F., Van Swaaij W.P., "Solubility and Diffusivity of Acid Gases (Carbon Dioxide, Nitrous Oxide) in Aqueous Alkanolamine Solutions," Journal of Chemical & Engineering Data, 33(1): 29-34 (1988).
[18] Bird R.B., "Transport Phenomena," Appl. Mech. Rev., 55(1): R1-R4 (2002).
[19] Esmaeili Faraj S.H., Nasr Esfahany M., Jafari-Asl M., Etesami N., "Hydrogen Sulfide Bubble Absorption Enhancement in Water-Based Nanofluids," Industrial & Engineering Chemistry Research, 53(43): 16851-16858 (2014).
[20] Kim W.-g., Kang H. U., Jung K.-m., Kim S. H., "Synthesis of Silica Nanofluid and Application to CO2 Absorption," Separation Science and Technology, 43(11-12): 3036-3055 (2008).
[21] Xuan Y., Li Q., Hu W., "Aggregation structure and thermal conductivity of nanofluids," AIChE Journal, 49(4): 1038-1043 (2003).
[22] Kim J. H., Jung C. W., Kang Y. T., "Mass Transfer Enhancement During CO2 Absorption Process in Methanol/Al2O3 Nanofluids," International Journal of Heat and Mass Transfer, 76: 484-491 (2014).
[23] Karamian S., Mowla D., Esmaeilzadeh F., "The Effect of Various Nanofluids on Absorption Intensification of CO2/SO2 in a Single-Bubble Column," Processes, 7(7): 393 (2019).