محققان دانشگاه فردوسی مشهد، دانشگاه تبریز و دانشگاه صنعتی شاهرود تلاش کردند با تولید یک نوع نانوسیال، عملکرد تجهیزات حرارتی موجود در صنایع تولید فرآورده‌های لبنی را بهبود بخشند. استفاده از این نانوسیال را می‌توان به صنایع نفت، گاز و پتروشیمی نیز تعمیم داد
استفاده از فناوری نانو در صنایع تولید فرآورده‌های لبنی
اندازه‌گیری بازدهی انرژی یک سیستم یا فرایند یکی از مراحل ضروری در جهت کنترل مصرف و هزینه‌ی انرژی است. به دلیل هزینه‌ی بالای انرژی، صنایع به دنبال روش‌هایی جهت صرفه‌جویی در مصرف انرژی هر چه بیشتر در فرایندهای صنعتی هستند. یکی از تجهیزات مصرف‌کننده‌ی انرژی در بسیاری از صنایع، تجهیزات خنک‌کننده و گرم‌کننده است. معمولاً در این نوع تجهیزات از یک سیال به‌عنوان واسط انتقال حرارت استفاده می‌شود. کارایی بالای این سیالات در انتقال حرارت می‌تواند نقش اصلی را در صرفه‌جویی مصرف انرژی ایفا نماید. قدم‌های بسیاری در استفاده از فناوری نانو در این حوزه از علم برداشته شده است.
دکتر سعید زینالی هریس ضمن اشاره به تحقیقات نوین انجام شده در زمینه‌ی 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 به‌عنوان سیال واسط به کمک نانولوله‌های کربنی چند دیواره و نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم بوده است. عملکرد این نانوسیال در صنایع تولید فراورده‌های لبنی و به‌طور خاص در فرایند پاستوریزه کردن شیر تحت آزمایش قرار گرفته شده است.»
وی در رابطه با مزایای استفاده از این نانوسیال افزود: «ازآنجایی‌که این طرح سبب صرفه‌جویی در مصرف انرژی به‌ویژه 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. به‌علاوه با توجه به بهبود بازدهی حرارتی ناشی از کاربرد نانوسیال، ابعاد سیستم‌های انتقال حرارت شامل مخازن، پمپ‌ها، لوله و اتصالات کاهش پیدا کرده و هزینه‌های اولیه‌ی 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 کنترل‌کننده‌ی انتقال حرارت است. به دلیل اندازه‌ی کوچک ذرات در مقیاس نانو، جابجایی و حرکت آن‌ها بیش از ذرات در اندازه‌های بزرگ‌تر خواهد بود. ازاین‌رو انتظار می‌رود نرخ انتقال حرارت سیالات حاوی نانوذرات به‌مراتب بالاتر از سیال پایه باشد.
زینالی هریس روند انجام طرح را بدین‌صورت تبیین نمود: «در این تحقیق ابتدا فرایند کلی پاستوریزه کردن شیر در مقیاس آزمایشگاهی ساخته و تجهیزات مورد نیاز برای اندازه‌گیری پارامترهای هدف تعبیه شد. در مرحله‌ی اول آزمایش‌هایی با سیال متداول یعنی آب خالص به‌منظور انجام فرایند گرم کردن و سرد کردن شیر انجام گرفت و بعد از تهیه‌ی نانوسیال پایدار و تزریق آن به سیستم آزمایشگاهی، اندازه‌گیری‌های لازم تحت شرایط عملیاتی مختلف انجام شد. پس از انجام آزمون‌های مربوطه، اقدامات لازم جهت محاسبه‌ی 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 به‌دست‌آمده از آزمون‌ها، افزودن نانولوله‌های کربنی و نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم با غلظت‌های وزنی کمتر از ۱ 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- دکتر 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. نتایج این کار در مجله‌ی Renewable and Sustainable Energy Reviews (جلد ۵۸، سال ۲۰۱۶، صفحات ۱۳۱۸ تا ۱۳۲۶) به چاپ رسیده است.
