12369

12369

مدلسازي و شبيه ‌سازي فرايند الكترودياليز

كارشناسي ارشد

شيمي - طراحي، شبيه سازي و كنترل فرآيند

مهرماه 1392

مهرماه 1392

دكتر نورالله كثيري

دكتر تورج محمدي

چكيده فرايندهاي غشايي و كاربرد روزافزون آنها، سبب شده است تا محققان زيادي به مطالعه پيرامون اين موضوع بپردازند. الكترودياليز فرايندي غشايي است كه نيروي محركه آن نيروي الكتريكي مي‌باشد. اين فرايند قابليت جداسازي يون‌ها از مواد غير يوني را دارد. در اين مطالعه، مدلي با توجه به اساس اوليه جداسازي به منظور بررسي رفتار فرايند الكترودياليز، با استفاده از معادله نرنست- پلانك، در حالت ناپيوسته و در شرايطي كه دانسيته جريان الكتريكي ثابت باشد، توسعه يافته است. مدل شامل مجموعه‌اي از معادلات ديفرانسيل معمولي مي‌باشد كه توسط نرم‌ افزار Matlab حل شده است. دراين مدل اثر انتقال اسمز و الكترواسمز حلال (معمولا آب)، نفوذ يون‌ها، تغيير مقاومت‌ها با غلظت، مقاومت درون لايه مرزي در نظر گرفته شده است. نتايج مدل با خطاي كمتر از 2% با داده‌هاي آزمايشگاهي مطابقت دارد. در نهايت اثرغلظت اوليه مخزن رقيق، غلظت اوليه مخزن غليظ، دانسيته جريان و دبي جريان بر زمان انجام فرايند، انرژي مصرفي، بازده كه از عوامل تعيين كننده در شرايط عملياتي بهينه مي باشند، بررسي شده است. مدل ديگري با استفاده از روش ديناميك سيالات محاسباتي در ادامه آمده است. دامنه در نظر گرفته شده در اين مدل شامل يك جفت سل ( يك سل رقيق، يك سل غليظ، يك غشا آنيوني و يك غشا كاتيوني) مي‌باشد. در اين مدل با استفاده از حل هم زمان معادله حركت (ناويه- استوكس) و معادله توزيع غلظت (نرنست- پلانك) براي جريان آرام در دو بعد و درحالت پايا و با استفاده از نرم‌افزار Comsol ، توزيع سرعت، توزيع غلظت، پتانسيل الكتريكي و شار هر يك از يون‌ها در دامنه مدل به دست مي‌آيد. مدل ديگري با استفاده از ديدگاه جعبه سياه و با تكيه بر روش شبكه عصبي ارائه شده است. در اين مدل به بررسي اثر چهار پارامتر اساسي دما، ولتاژ مصرفي، دبي جريان و غلظت خوراك بر درصد جداسازي نمك از آب شور پرداخته شده است. با استفاده از روش تكرار و خطا، روش آموزش، تابع انتقال و تعداد بهينه نرون‌هاي هر لايه با توجه به بهترين عملكرد شبكه انتخاب شده است. خطا در اين مدل كمتر از 1% بوده، بنابراين به خوبي قابليت بررسي پارامترهاي مؤثر بر فرايند را دارد. واژگان ‌كليدي: الكترودياليز، مدلسازي رياضي، ديناميك سيالات محاسباتي، شبكه عصبي.