بررسي تاثير استفاده از محيط متخلخل در كارايي مبدل حرارتي لوله اي در سيستم سنتز هيدروترمال جريان مداوم

Study of Porous Medium Application Impact on Performance of a Tubular Heat Exchanger in Continuous Hydrothermal Flow Synthesis System

فرآيند سنتز هيدروترمال براي ساخت اكسيدهاي فلزي نانو، مورد استفاده قرار مي گيرند. در اين فرايندها، اكسيدهاي فلزي بايد با سرعت مناسب دماي خود را از دست بدهند؛ زيرا در غير اين صورت، بلورهاي درشت ‌تر تشكيل شده كه اين امر به كيفيت محصول ضرر مي زند. استفاده از يك مبدل حرارتي قدرتمند به اين امر كمك مي كند. هدف از اين مقاله، در مرحله اول، مدلسازي عددي مبدل حرارتي در سيستم سنتز هيدروترمال جريان مداوم براي كاهش دماي اكسيدهاي فلزي نانو است. پس از تاييد درستي نتايج عددي به كمك مقايسه آن‌ها با داده-هاي تجربي، در مرحله دوم با به‌كارگيري محيط متخلخل داخل مبدل، سعي شده است كه سرعت كاهش دماي محصولات افزايش يابد كه اين امر در نهايت، به بهبود كيفيت محصولات منجر خواهد شد. با استفاده از محيط متخلخل در مبدل حرارتي، سرعت كاهش دماي محصولات 40% معادل با 20 درجه سلسيوس بر ثانيه افزايش مي يابد و از اين رو، طول مبدل حرارتي مورد نياز در اين فرايند مي تواند 35% كاهش پيدا كند.

The continuous hydrothermal flow synthesis processes are applied to manufacture metal oxide nanoparticles. In these processes, the temperature of the nanoparticlesshould be reduced with a convenient rate to avoid forming larger crystals, which may affect the quality of the products. Using a high-efficiency heat exchanger can help achieving this purpose. The first step in this work is to model a heat exchanger in CHFS (continuous hydrothermal flow synthesis) in order to reduce the temperature of nano-metal oxides. The numerical results obtained are validated with the available experimental data. In the next step, porous media are employed to enhance the reduction rate in the product temperature, which eventually leads to an improvement in the product quality. The results obtained show that using the porous media increases the reduction rate in temperature by almost 40%, which means 20 oC/s more than a typical heat exchenger, and also the application of porous media decreases the required length of the heat exchanger by almost 35%.