11962

11962

مدلسازي پديدههاي انتقال در فرآيند چگالندهي غشايي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي گرايش فرآيندهاي جداسازي

شهريور 1392

شهريور 1392

نظام‌الدين اشرفي‌زاده

چكيده هدف از اين پژوهش، مدلسازي پديدههاي انتقال براي بازيابي بخار آب و گرماي هدر رفت از گاز دودكش با استفاده از يك غشاي ريز حفره سراميكي با استفاده از سازوكار چگالش مويينگي مي‌باشد. در بخش اول پژوهش، براي بررسي غشاي آبدوست، به مدل‌سازي ساختار غشا با استفاده از مدل شبكه حفرهاي بر مبناي توسعه مدل لوله موئين پرداخته شده است. هدف از انجام اين بخش آن است كه شبكه‌اي براي انتقال بخارهاي چگالشپذير در ساختارهاي متخلخل معرفي گردد. فرآيندهاي اصلي درگير، شامل نفوذ نادسن و چگالش مويينگي در تمام طيف فشار مربوطه شبيهسازي شدهاند. تاثير پارامترهاي ساختاري مواد از جمله ميانگين شعاع تخلخل، توزيع اندازه حفره‌ها، اتصال حفره‌ها، انحراف استاندارد و ديگر عامل‌هاي مربوطه مانند فشار نسبي و دما كه بر نفوذ بخار تاثير دارند، ارائه شده‌اند. ميانگين شعاع بهينه براي حفره تخمين زده شد كه در محدوده 8 تا 20 نانومتر بهترين كارايي وجود دارد. كاهش دماي ميانگين و افزايش فشار نسبي در حفره‌ها باعث افزايش ميزان تراوش شد. در بخش دوم پژوهش، به شبيهسازي عددي فرآيند جداسازي بخار آب از گاز دودكش در تماسدهندهي غشايي با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي پرداخته شده است. شبيه سازي انجام شده بر مبناي حل معادلات بقا براي جزء منقل شونده در تماس دهنده غشايي مي‌باشد. نتايج شبيهسازي نشان داد، هنگامي كه جريان گاز سرد شود مكانيزم چگالش مويينگي در غشاهاي متخلخل ايجاد مي‌شود و شار انتقال بخار آب در اين مكانيزم نسبت به مكانيزم نفوذ نادسن بيشتر از 6/4 برابر مي‌باشد. با مقايسه بين مدول غشايي و مبدل حرارتي ثابت شد كه ضرايب انتقال جرم و حرارت، به ترتيب، در مدول غشايي نسبت به مبدل حرارتي 70 و %60 بيشتر ميباشد.‬‬‬ چنانچه جريان گازهاي هدر رفت از صنايع حالت عادي داشته باشند (يعني دماي بين 60 تا 90 درجه سانتي‌گراد و رطوبت بين 10 تا 20 درصد) مي‌توان با كاهش دمايي حدود 10 درجه سانتي‌گراد، حدود 20 درصد از آب هدر رفته از صنايع را بازيابي كرد.مقايسه بين نتايج مدل شبكهو دادههاي تجربي نشان داد كه مدل شبكه انجام شده معتبر و نتايج از دقت كافيبرخوردار مي‌باشد،به طوري كه انحراف كمتر از 11٪مي‌باشد. واژه‌هاي كليدي:چگالنده غشايي، چگالش مويينگي، نفوذ نادسن، مدل لوله موئين، مدل شبكه، ديناميك سيالات محاسباتي، بخار آب