عنوان

مدل سازی تخمین اندازه کلوخه ها در سیال سازی ذرات با مقیاس نانومتری

‭۱۵۰۲۹پ‬

per

مدل سازی تخمین اندازه کلوخه ها در سیال سازی ذرات با مقیاس نانومتری

/رضا قاسمی

: پردیس دانشگاه تبریز

، ‮‭۱۳۹۴‬

چاپی

کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی گرایش پیشرفته

‮‭۱۳۹۴/۱۱/۲۸‬

تبریز

به علت نیروهای بین ذره ای قوی بین نانوذرات شامل نیروهای وندروالس، الکترواستاتیک و مویینگی، این ذرات به یکدیگر متصل شده و کلوخه های بزرگ و متخلخلی را تشکیل می دهند، که به واسطه شکل گیری بسیار آسان، این کلوخه های متخلخل می توانند سیال سازی شوند .مدل های مختلفی برای محاسبه اندازه تعادلی کلوخه ها طی فرآیند سیال سازی پودرهای نانومتری توسعه داده شده اند .اما مقایسه بین اندازه کلوخه های تجربی و نتایج مدل سازی های انجام شده برای تخمین اندازه آنها نشان می دهد که هنوز نیاز به یک مدل جامع‌تر برای پیش بینی اندازه کلوخه ها وجود دارد .تخمین دقیق تر اندازه کلوخه ها نیاز به مدلی دارد که بیشتر پارامترهای مؤثر بر سیال سازی را در محاسبه اندازه کلوخه ها در نظر بگیرد .یکی از این پارامترهای مهم و مؤثر در اندازه گیری برهم کنش ها، پیوندهای هیدروژنی است .جاذبه بین نانوذرات آب دوست) قطبی (قوی‌تر از جاذبه بین نانوذرات آب گریز) غیر قطبی (در محیط خشک می باشد که این امر وابسته به ساختار پل های هیدروژنی بین گروه های هیدروکسیل روی سطح آب دوست است .همچنین تغییر در ویژگی های سطحی نانوذرات با استفاده از الکل ایزوپروپانول می تواند به شدت برهم کنش بین ذرات را تحت تأثیر قرار دهد و در نتیجه بر رفتار سیال‌سازی نانوذرات اثر بگذارد .در این تحقیق، یک مدل موازنه نیروی جامع برای تخمین اندازه کلوخه های شکل گرفته با در نظر گرفتن اهمیت پیوند هیدروژنی طی سیال سازی نانوذرات گسترش داده شد، سپس با توجه به مقدار اندک نیروهای درگ و برخورد) تقریبا کمتر از ‮‭۶‬ کل نیروها (در مقایسه با سایر نیروها، از تأثیر آنها در موازنه نیرو و تخمین اندازه کلوخه‌ها صرف نظر شده و اندازه کلوخه ها با موازنه بین سایر نیروها محاسبه گردید .همچنین بحث تأثیر الکل‌های مختلف شامل متانول،‮‭۱‬ - پروپانول،‮‭۲‬ - پروپانول،‮‭۱‬ - بوتانول و‮‭۲‬ - بوتانول بر اندازه کلوخه های نانوذرات سیلیکا و کیفیت سیال سازی آنها با استفاده از آزمایش هایی بر روی نانوذرات سیلیکای آب دوست و آب گریز مورد بحث و بررسی قرار گرفت و مشخص گردید که این الکل ها موجب بهبود چشمگیر کیفیت سیال سازی سیلیکای آب‌دوست می شوند، در حالی که در مورد سیلیکای آب گریز چنین تأثیری مشاهده نمی گردد .برای مشخص کردن تأثیر الکل های مختلف بر اندازه کلوخه ها، برای اولین بار در این تحقیق، نیروی دافعه الکترواستاتیک به مدل اضافه شده و محاسبات اندازه کلوخه ها در حضور این نیرو انجام گرفت .سپس با استناد به نتایج به دست‌آمده از آزمایش ها، صحت مدل پیشنهاد شده مورد ارزیابی قرار گرفته و مشخص شد همان طور که در آزمایش‌ها تأثیر الکل های متانول و‮‭۲‬ - پروپانول در بهبود کیفیت سیال سازی نانوذرات سیلیکای آب‌دوست نسبت به سایر الکل‌ها بیشتر می باشد، در نتایج مدل هم کوچکترین اندازه کلوخه ها مربوط به زمانی است که خصوصیات فیزیکی الکل‌های متانول و‮‭۲‬ - پروپانول در نظر گرفته شده اند .همچنین اندازه کلوخه های محاسبه شده با استفاده از مدل، خطای کمتر از ‮‭۲۰‬ در مقایسه با اندازه کلوخه های اندازه گیری شده با لیزر نشان داد، که در مقایسه با مدل های ارائه شده توسط دیگر پژوهشگران این خطا کمتر بوده و اندازه کلوخه های نزدیکتری به نتایج تجربی را محاسبه می نماید

Due to strong interparticle forces between nanoparticles (including van der Waals, electrostatic and capillary forces), they tend to attach to each other and form large and porous agglomerates. These forces are not permanent, thus the structures of agglomerates may change during fluidization. Various models have been developed to calculate the equilibrium size of agglomerates during fluidization of cohesive powders. However, the comparison between experimental agglomerates sizes and estimated ones based on modeling reveals that there is still need for a more robust model to predict the agglomerates sizes. More accurate estimate of the agglomerates size needs a model which considers the most effective parameters on the interaction between the particles. One of these important parameters to be measured is hydrogen bonds. The attraction between hydrophilic nanoparticles is stronger than hydrophobic ones in dry environments. This is because of the hydrogen bridges formation between hydroxyl groups present on the surface of hydrophilic nanoparticles. In this study, a comprehensive force balance model was developed to estimate the size of formed agglomerates with considering the importance of hydrogen bonds during fluidization of nanoparticles. Then due to the few amounts (approximately less than 6 of the total amount of forces), drag and collision forces were not considered in the proposed model. Also, the influence of using vapor of different alcohols (including methanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol and 2-butanol) on the size of agglomerates and consequently their fluidization behavior was studied by some experiments on hydrophilic and hydrophobic silica nanoparticles. The results showed that using alcohols improve the fluidization behavior of hydrophilic silica nanoparticles significantly, while in the case of hydrophobic silica, this influence was not observed. For the first time in this study, the electrostatic repulsion force was added to the model and size of agglomerates were calculated in the presence of this force to justify the effect of different alcohols on fluidization behaviour. It was obtained that the results of model were in good agreement with the experimental observations, so that, among all used alcohols methanol and 2-propanol had most significant effect on fluidization improvement and also the smallest size of agglomerates was estimated using physical properties of methanol and 2-propanol. Finally, the size of agglomerates calculated by the model showed error less than 20 compared to the size of agglomerates measured experimentally by laser. This result is lower than the previous reported errors in the literature

قاسمی، رضا

طهماسب پور، مریم، استاد راهنما

فرضی، علی، استاد راهنما

دکتر پیغمبردوست، استاد راهنما

خاندار، علی اکبر، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی