درمان سطح جدید از تجمع رسوب آهک جلوگیری می کند | اخبار MIT

ممکن است آن را در ظروف آشپزی آشپزخانه یا لوله های قدیمی آب دیده باشید: آب سخت و غنی از مواد معدنی به مرور زمان رسوبات پوسته پوسته ای به جا می گذارد. این نه تنها در لوله ها و ظروف پخت و پز در خانه، بلکه در لوله ها و شیرهای انتقال نفت و گاز طبیعی و لوله هایی که آب خنک کننده را در نیروگاه ها حمل می کنند نیز رخ می دهد. به خوبی شناخته شده است که مقیاس می تواند باعث ناکارآمدی، خرابی و مشکلات نگهداری شود. در صنعت نفت و گاز، مقیاس گاهی اوقات منجر به بسته شدن کامل چاه های بهره برداری حداقل به طور موقت می شود. بنابراین، حل این مشکل ممکن است پاداش های بزرگی را به همراه داشته باشد. اکنون تیمی از محققان MIT راه حلی بالقوه برای این مشکل بزرگ اما کمتر شناخته شده ارائه کرده اند. آنها دریافتند که یک عملیات سطحی جدید - از جمله بافت نانو سطح و سپس استفاده از مایع روان کننده - می تواند سرعت تشکیل رسوب را حداقل ده برابر کاهش دهد. این هفته، نتایج این تحقیق در Journal of Advanced Materials Interface منتشر شد. این مقاله توسط دانشجوی فارغ التحصیل سرینیواس سوبرامانیام، ژیزل عظیمی، دانشجوی فوق دکترا، و کریپا واراناسی، دانشیار بهره برداری دریایی در گروه مهندسی مکانیک MIT نوشته شده است. بنارس گفت: «تقریباً در همه جا می‌توانید [مقیاس] را ببینید. در خانه، این رسوبات بیشتر آزاردهنده هستند، اما در صنعت، می توانند منجر به «کاهش بهره وری شوند و روش حذف [آنها] ممکن است برای محیط زیست مضر باشد» که معمولاً شامل استفاده از مواد شیمیایی خشن است. در نیروگاه ها و نیروگاه های آب شیرین کن، رسوب می تواند باعث تلفات قابل توجهی در راندمان شود، زیرا به عنوان یک مانع حرارتی عمل می کند و بر خنک شدن یا تراکم در مبدل حرارتی تأثیر می گذارد. مشکل به این دلیل است که آب معمولاً حاوی مقدار زیادی نمک و مواد معدنی محلول است. توانایی آب در انحلال این مواد به حلالیت بستگی دارد، بنابراین اگر آب سرد یا تبخیر شود، محلول ممکن است بیش از حد اشباع شود: حاوی مواد محلول بیشتری نسبت به ظرفیت خود است، بنابراین برخی از مواد شروع به رسوب می کنند. وقتی هوای گرم و مرطوب با برخورد با سطح سردتر ناگهان سرد می شود، باعث ایجاد مه در شیشه سرد می شود که همان اصل است. در اغلب موارد مهندسان با طراحی بیش از حد سیستم این مشکل را حل می کنند، بنارس گفت: از لوله بسیار بزرگتر از نیاز استفاده کنید، به عنوان مثال انتظار می رود رسوب باعث انسداد جزئی یا سطح بزرگتر شود، در این مورد مبدل حرارتی زیر. سوبرامانیام با اشاره به اینکه این مشکل جدید نیست، گفت: ظروف پخت و پز باستانی چنین تجمعی دارند. ما هنوز راه حل خوبی نداریم.» اگرچه هنوز در مقیاس صنعتی اثبات نشده است، روش جدید توسعه یافته توسط تیم MIT ممکن است تأثیر قابل توجهی بر سرعت تشکیل مقیاس داشته باشد و در بسیاری از موارد ممکن است به طور کامل از آن جلوگیری کند. روش آنها ساده به نظر می رسد: به طور موثر نانوبافت سطح و پر کردن بافت حاصل با یک روان کننده. بافت عمدتاً به اندازه برجستگی ها و شیارهای تولید شده بستگی دارد. شکل دقیق به نظر مهم نیست. بنابراین، می توان از تکنیک های مختلفی برای ایجاد این بافت استفاده کرد، از جمله اعمال یک پوشش بافت بر روی سطح یا حکاکی شیمیایی آن در محل. محققان همچنین فرآیندی را برای انتخاب روان‌کننده مناسب توصیف کردند که نه تنها مانع انرژی تشکیل‌شده توسط مقیاس را افزایش می‌دهد، بلکه به جامدات بافت‌دار نیز گسترش می‌یابد و سطح را «صاف» می‌کند و هسته‌زایی را کاهش می‌دهد که می‌تواند برای تشکیل رسوب استفاده شود. سایت. تلاش‌های قبلی برای جلوگیری یا کاهش تشکیل رسوب معمولاً شامل افزودن یک پوشش (مانند تفلون) به سطح برای جلوگیری از اتصال مواد معدنی به آن است. بنارس توضیح داد که مشکل این روش این است که این روکش ها فرسوده می شوند، همانطور که روکش های ماهیتابه های نچسب اغلب با استفاده از بین می روند. او گفت که حتی اگر سوراخ کوچکی در پوشش وجود داشته باشد، جایی برای شروع رسوب ایجاد می کند. با استفاده از روش جدید، پس از تشکیل بافت نانو روی سطح، روغن یا مایع روان کننده دیگر روی سطح اعمال می شود. بنارس گفت که شیارهای کوچک در مقیاس نانو این مایع را جذب کرده و از طریق عملکرد مویرگی آن را محکم در جای خود نگه می دارند. برخلاف پوشش‌های جامد نچسب، مایع می‌تواند برای پر کردن هر شکافی جریان یابد، روی بافت سطح پخش شود و اگر مقداری از آن شسته شود، می‌توان آن را به طور مداوم دوباره پر کرد. سوبرامانیام گفت: "حتی اگر آسیب مکانیکی وجود داشته باشد، روان کننده می تواند به آن سطح بازگردد." "می تواند صافی خود را برای مدت طولانی حفظ کند." از آنجایی که این لایه روان کننده بسیار نازک است - فقط چند صد نانومتر ضخامت دارد - برای محافظت از یک سطح برای چندین دهه فقط به مقدار کمی روان کننده نیاز دارد. بنارس گفت که یک مخزن ساخته شده در بخشی از خط لوله می تواند روانکاری را در طول عمر تجهیزات فراهم کند. در مورد خطوط لوله نفت، "روان کننده از قبل وجود دارد"، روغن جذب شده توسط بافت سطح می تواند از سطح خط لوله محافظت کند. یورگن روه، رئیس آزمایشگاه شیمی و فیزیک رابط در دانشگاه فرایبورگ، در این مطالعه شرکت نداشت و گفت که این پژوهش نشان دهنده "اکتشافات بسیار مهم و پیشرفت های علمی مهم است." او روش این تیم برای کاهش تشکیل رسوب را «جدید و خلاقانه» خواند و گفت: «ممکن است تأثیر بالقوه‌ای بر تمام مناطقی که آب گرم می‌شود و بخار تولید می‌شود، داشته باشد». محققان گفتند که پس از آزمایش‌های آزمایشگاهی بیشتر برای تعیین بهترین برای یک کاربرد خاص پس از روش‌های روان‌کننده و بافت‌سازی، این سیستم می‌تواند تنها در سه سال برای کاربرد تجاری آماده شود. این کار توسط MIT Energy Initiative پشتیبانی شد.