ارزیابی عملکرد حرارتی نانوسیالات در مبدل حرارتی پوسته و لوله برای پاستوریزاسیون آب هندوانه

استفاده از نانوسیالات به عنوان محیط حرارتی در مبدل های صنایع غذایی برای پاستوریزاسیون و استریلیزاسیون محصولات لبنی، آب میوه و سبزیجات، فرمولاسیون ها، سیستم های مدل و... به دلیل ویژگی های حرارتی منحصر به فرد و به ویژه هدایت حرارتی بالای آن ها جایگزین بسیار مناسبی برای سیالات حرارتی متداول مانند آب و بخار آب به شمار می آید. معمولا در صنعت آب میوه پاستوریزاسیون حرارتی به دلیل زمان طولانی فرآیند علاوه بر افزایش مصرف انرژی با تخریب مواد مغذی، رنگ و... محصول همراه است. هدف کلی از این پژوهش بررسی عملکرد حرارتی نانوسیال آب/3o2al در غلظت های 0، 2 و 4 درصد در پاستوریزاسیون آب هندوانه تحت شرایط 75، 80 و 85 درجه سانتی گراد به مدت 15، 30 و 45 ثانیه و نیز تعیین اثرات آن بر مباحث مهندسی انتقال حرارت و مصرف انرژی فرآیند و هم چنین ویژگی-های فیزیکوشیمیایی محصول می باشد. طبق نتایج ویسکوزیته و دانسیته نانوسیال، بالاتر از سیال پایه بود. اما به طور کلی، ویسکوزیته با افزایش دما کاهش می یابد. هم چنین گرمای ویژه نانوسیال کمتر از سیال پایه بود و با افزایش غلظت کاهش یافت. از سوی دیگر، افزایش دما باعث افزایش ناچیزی در گرمای ویژه نانوسیال شد. ضریب کلی انتقال حرارت نانوسیال آب/3o2al 1، 2 و 4 درصد به ترتیب 5، 8 و 13 درصد افزایش یافت. این امر به دلیل هدایت حرارتی بالای نانوسیال می باشد. به طوری که برای غلظت های 2 و 4 درصد، هدایت حرارتی در مقایسه با سیال پایه به ترتیب 6/3 و 3/7 درصد افزایش یافت. هم چنین با افزایش دما از c°27 (دمای محیط) تا c°77 (دمای فرآوری) هدایت حرارتی نانوسیال های 2 و 4 درصد، به ترتیب 7/5 و 6 درصد افزایش یافت. لذا افزودن نانوذرات به سیال پایه آب اثربخشی مبدل حرارتی را تا 43 درصد افزایش می دهد. بدین ترتیب زمان فرآیند برای غلظت های 2 و 4 درصد به ترتیب 88/24 و 63/51 درصد کاهش یافت. کاهش زمان عملیات حرارتی علاوه بر بحث های کیفی مواد، به لحاظ انرژی نیز حائز اهمیت می باشد. به طور کلی در این فرآیند برای پاستوریزاسیون هندوانه با آب، نانوسیال آب/3o2al 2 و 4 درصد به ترتیب 055/1، 795/0 و 545/0 کیلووات انرژی مصرف شد. میزان مصرف انرژی با نانوسیال آب/ 3o2al 2 و 4 درصد نسبت به آب به ترتیب 64/24 و 34/48 درصد کاهش نشان داد. هم چنین تجزیه و تحلیل تغییرات فیزیکوشیمیایی محصول نشان داد که میزان حفظ لیکوپن و ویتامین ث در آب هندوانه با افزایش غلظت نانوسیال افزایش اما با افزایش دما و زمان فرآیند کاهش می یابد.