استفاده از فناوری نانو در صنایع تولید فرآورده‌های لبنی

به گزارش گروه فضای مجازی به نقل از ستاد ویژه توسعه نانو، اندازه‌گیری بازدهی انرژی یک سیستم یا فرایند یکی از مراحل ضروری در جهت کنترل مصرف و هزینه انرژی است. به دلیل هزینه بالای انرژی، صنایع به دنبال روش‌هایی جهت صرفه‌جویی در مصرف انرژی هر چه بیشتر در فرایندهای صنعتی هستند. یکی از تجهیزات مصرف‌کننده انرژی در بسیاری از صنایع، تجهیزات خنک‌کننده و گرم‌کننده است. معمولا در این نوع تجهیزات از یک سیال به ‌عنوان واسط انتقال حرارت استفاده می‌شود. کارایی بالای این سیالات در انتقال حرارت می‌تواند نقش اصلی را در صرفه‌جویی مصرف انرژی ایفا کند. قدم‌های بسیاری در استفاده از فناوری نانو در این حوزه از علم برداشته شده است.

سعید زینالی هریس ضمن اشاره به تحقیقات نوین انجام‌شده در زمینه استفاده از نانوسیالات در انواع مبدل‌ها و تلاش جهت کاهش مصرف انرژی در صنایع لبنی در رابطه با اهداف این طرح گفت: «هدف از این مطالعه افزایش نرخ انتقال حرارت آب به‌ عنوان سیال واسط به کمک نانولوله‌های کربنی چند دیواره و نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم بوده است. عملکرد این نانوسیال در صنایع تولید فراورده‌های لبنی و به ‌طور خاص در فرایند پاستوریزه‌ کردن شیر تحت آزمایش قرار گرفته شده است.»

وی در رابطه با مزایای استفاده از این نانوسیال افزود: «ازآنجایی‌ که این طرح سبب صرفه‌جویی در مصرف انرژی به ‌ویژه در مقیاس‌های صنعتی می‌شود، اجرای آن می‌تواند در طول زمان موجب کاهش هزینه‌های مربوط به تولید انرژی و حتی کاهش پیامدهای زیست‌محیطی حاصل از مصرف انرژی نیز بشود. به‌ علاوه با توجه به بهبود بازدهی حرارتی ناشی از کاربرد نانوسیال، ابعاد سیستم‌های انتقال حرارت شامل مخازن، پمپ‌ها، لوله و اتصالات کاهش پیدا می‌کند و هزینه‌های اولیه اجرای فرایند پاستوریزه کردن شیر نیز می‌تواند کمتر شود.»

در اثر برخورد ذرات با یکدیگر، حرکت اتفاقی ذرات در سیال صورت می‌پذیرد که آن را «حرکت براونی» می‌نامند. در مقیاس نانو، حرکت براونی نانوذرات یکی از مکانیسم‌های اصلی کنترل‌کننده انتقال حرارت است. به دلیل اندازه کوچک ذرات در مقیاس نانو، جابه‌جایی و حرکت آنها بیش از ذرات در اندازه‌های بزرگ‌تر خواهد بود. از این ‌رو انتظار می‌رود نرخ انتقال حرارت سیالات حاوی نانوذرات به‌ مراتب بالاتر از سیال پایه باشد.

زینالی هریس روند انجام طرح را این‌گونه توضیح داد: «در این تحقیق ابتدا فرایند کلی پاستوریزه کردن شیر در مقیاس آزمایشگاهی ساخته و تجهیزات مورد نیاز برای اندازه‌گیری پارامترهای هدف تعبیه شد. در مرحله اول آزمایش‌هایی با سیال متداول یعنی آب خالص به ‌منظور انجام فرایند گرم کردن و سرد کردن شیر انجام گرفت و بعد از تهیه نانوسیال پایدار و تزریق آن به سیستم آزمایشگاهی، اندازه‌گیری‌های لازم تحت شرایط عملیاتی مختلف انجام شد. پس از انجام آزمون‌های مربوطه، اقدامات لازم جهت محاسبه میزان افزایش بازدهی حرارتی، تغییرات افت فشار، افزایش انتقال حرارت و همچنین تغییر پارامترهای مهم طراحی بر اثر استفاده از نانوسیال، مطالعه و گزارش شد.»

بر اساس نتایج به‌ دست‌آمده از آزمون‌ها، افزودن نانولوله‌های کربنی و نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم با غلظت‌های وزنی کمتر از یک درصد موجب افزایش ضریب انتقال حرارت و عدد ناسلت آب خالص می‌شود. با افزایش غلظت وزنی نانوذرات مذکور، ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی و عدد ناسلت هر دو افزایش یافته است.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های سعید زینالی هریس عضو هیأت علمی دانشگاه تبریز، مصطفی کاهانی عضو هیأت علمی دانشگاه فردوسی مشهد، زهره تقی زاده طبری دانشجوی مقطع دکترای دانشگاه فردوسی مشهد و مریم مرادی دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد دانشگاه فردوسی مشهد است.