بررسی تجربی و مدلسازی cfd هیدرودینامیک راکتور بستر سیال تولید نانولوله های کربنی

نانولوله کربنی یکی از مواد پایه و استراتژیک فناوری نانو است و اصطلاحاً به عنوان آجر ساختمانی در این فناوری شناخته می شود. این ماده به سبب داشتن ساختار و خواص ویژه در صنایع مختلف کاربردهای بسیاری دارد. این امر سبب گردیده است که تولید آنها توسط محققان دنیا مورد بررسی قرار گیرد. هم اکنون روش های مختلفی برای تولید نانولوله های کربنی وجود دارد که عمده ی آنها در سه دسته ی تخلیه قوس الکتریکی، تبخیر لیزری و رسوب گذاری بخار شیمیایی قرار می گیرد. روش رسوب گذاری بخار شیمیایی روش مناسبی برای تولید صنعتی نانولوله های کربنی است که از میان روش های مختلف تولید، استفاده از یک راکتور بستر سیال بیشترین بازدهی را دارد. اما آنچه در این روش بایستی مورد توجه قرار گیرد، بحث هیدرودینامیک بستر است که تاثیر مستقیم بر عملکرد راکتور و بازده و کیفیت محصول دارد. در این تحقیق تولید نانولوله های کربنی در یک راکتور بستر سیال مورد بررسی قرار گرفته است. سه پارامتر دما، سرعت (یا دبی) و ترکیب خوراک هیدروکربنی (متان و هیدروژن) که تاثیر مستقیم بر تولید نانولوله ها در این روش دارند، به کمک سیستم های آزمایشگاهی و مدلسازی بررسی شدند و شرایط بهینه تولید بدست آمد. برای انجام آزمایش ها، دو سیستم سرد و گرم و برای مدلسازی از نرم افزار مدلسازی cfd، با نام تجاری mfix استفاده گردید. این نرم افزار برای مدلسازی سیستم های چندفازی خصوصاً سیستم های گاز-جامد مناسب است. با استفاده از سیستم سرد و مدلسازی، محدوده شرایط مناسب برای تولید نانولوله های کربنی بدست آمد. بر اساس نتایج حاصله، سرعت ورود خوراک، موثرترین پارامتر در تولید نانولوله ها است و محدوده سرعت خطی m/s05/0-015/0 برای تولید انتخاب گردید. این محدوده، محدوده سیال سازی حبابی و آشفته در راکتور تولید نانولوله است که شرایط هیدرودینامیک بستر در آن با استفاده از مدل بدست آمد. در این محدوده استفاده از دمای 900 درجه سانتیگراد و نسبت متان به هیدروژن 1 به 17/4 در گاز ورودی منجر به تولید نانولوله های کربنی با بازده بیش از 80 درصد و کیفیت بالا می شود که نتایج بدست آمده از آنالیز طیف های رامان و میکروسکوپ الکترونی روبشی موکد این نتایج هستند. هیدرودینامیک بستر در شرایط بهینه تولید به سبب تاثیر زیاد نحوه سیالیت بر تولید توسط مدل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج، نشانگر اختلاط مناسب و توزیع خوب ذرات در محدوده سیال سازی حبابی است.