مدل سازي پيش بيني اندازه كلوخه هاي نانو ذرات آب دوست طي فرآيند سيال سازي با تأكيد بر نقش بخار مواد قطبي

Modeling the size of hydrophilic nanoparticles during fluidization with emphasis on the role of vapor of polar materials

در اين مقاله يك مدل بر اساس موازنه نيرو با در نظرگرفتن اهميت نيروهاي پيوند هيدروژني، ون دروالس و گرانشي براي تخمين اندازه تعادلي كلوخه هاي شكل گرفته طي سيال سازي نانوذرات گسترش داده مي شود. همچنين تاثير بخار مواد قطبي مختلف شامل متانول، اتانول، 1 پروپانول، 2 پروپانول، 1 بوتانول، 2 بوتانول و آمونياك بر اندازه كلوخه هاي نانوذرات سيليكا و كيفيت سيال سازي آنها با استفاده از انجام آزمايش هايي در يك راكتور بستر سيال مورد بحث و بررسي قرار مي گيرد. آزمايش ها نشان مي دهند كه استفاده از اين مواد موجب بهبود چشمگير كيفيت سيال سازي و دست يابي به انبساط بستر بالا براي نانوذرات سيليكاي آب دوست مي شوند. در همين راستا براي بررسي نحوه تاثير استفاده از بخار مواد قطبي مختلف داراي پيوند هيدروكسيل بر كيفيت سياليت نانوذرات آب دوست، نيروي دافعه الكترواستاتيك به مدل اضافه شده و اندازه كلوخه ها با در نظر گرفتن اين نيرو محاسبه مي گردد. نتايج بدست آمده تطابق خوبي بين اندازه محاسبه شده توسط مدل و مشاهدات آزمايشگاهي نشان مي دهند. بطوريكه تاثير الكل هاي متانول، 2 پروپانول و اتانول در بهبود كيفيت سيال سازي نانوذرات سيليكاي آب‌دوست نسبت به ساير مواد بيشتر بوده و متعاقباً كوچكترين اندازه كلوخه ها نيز در حضور اين سه الكل محاسبه مي گردد. همچنين اندازه كلوخه هاي محاسبه شده با استفاده از مدل پيشنهادي در مقايسه با اندازه كلوخه هاي اندازه گيري شده با تصويربرداري ليزري، خطاي كمتر از 11 % را نشان مي دهد كه اين خطا در مقايسه با مدل هاي ارائه شده توسط ديگر پژوهشگران كمتر مي باشد.

In this study, a comprehensive force balance model is developed to estimate the equilibrium size of agglomerates formed during the fluidization of nanoparticles with considering the importance of hydrogen bond, van der Waals and gravitational forces. Also, the influence of vapor of different polar materials (including methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol and ammonia) on the size of hydrophilic silica nanoagglomerates and consequently their fluidization behavior is studied by experiments in a gas-solid fluidized bed. The results show that using vapor of these polar materials (with hydroxyl groups in their formula) improves the fluidization behavior of hydrophilic silica nanoparticles significantly and results in a higher bed expansion. To justify the improving effect of different vapor of polar materials on fluidization behavior, the electrostatic repulsion force is added to the model and size of agglomerates are calculated in the presence of this force. It is obtained that the results of model are in good agreement with the experimental observations, so that, among all used materials methanol, 2-propanol and ethanol have the most effective impact on fluidization improvement and the smallest size of agglomerates is estimated using physical properties of these three alcohols as well. Finally, the size of agglomerates calculated by the model shows error less than 11% compared with the size of agglomerates measured experimentally by laser. This error is lower than the previous reported ones in the literature.