12387

12387

مدلسازي و شبيه سازيفرآيند نانوفيلتراسيون

كارشناسي ارشد

شيمي - طراحي، شبيه سازي و كنترل فرآيندها

1392

1392

دكتر نوراله كثيري

دكتر تورج محمدي

چكيده فرآيند نانوفيلتراسيون يكي از فرآيندهاي غشايي است كه جهت انواع خاصي از جداسازي-ها مورد استفاده قرار مي-گيرد. توسعه و تعميق شناخت فرآيندهاي غشايي از جمله NF به واسطه ريزه كاري-هاي موجود در آن از طريق مدل سازي و شبيه سازي مستلزم دسترسي به مدلهايي است كه از دقت قابل توجهي برخوردار باشند. از جمله پديده‌هايي كه در حين فرآيندNF رخ مي‌دهند و كاركرد غشا را با مشكل روبه رو مي‌سازند پلاريزاسيون غلظتي و گرفتگي مي‌باشند. اين دو پديده بر روي فلاكس تاثير گذاشته و به مرور زمان موجب كاهش آن مي‌گردند. از طرفي علاوه بر كاهش فلاكس گزينش پذيري غشا را نيز دست خوش تغيير قرار مي‌دهد. بنابراين بازيابي كارآيي غشا در اين شرايط نيازمند هزينه‌هاي گزافي مي‌باشد. به منظور بهينه سازي فرآيند نانوفيلتراسيون مدلهايي در اين زمينه توسعه يافته اند. هدف اين پروژه مدل سازي اثر پديده پلاريزاسيون غلظتي بر كاهش فلاكس محلول‌هاي يوني و سپس اثر پديده گرفتگي بر ميزان فلاكس در محلول‌هاي كلوئيدي و سوسپانسيوني و در نهايت مقايسه‌ي نتايج حاصل با داده‌هاي موجود در منابع مي‌باشد. در ابتدا مقايسه‌اي ميان سه مدل موجود (ليهان هانگ، فيلتراسيون لايه ژل و وائو) براي گرفتگي غشا صورت گرفت و سپس به اصلاح مدل‌ها پرداخته شد. مشاهده گرديد مدل‌هاي اصلاح شده نتايج بهتري در مقايسه با داده‌هاي تجربي نشان دادند. در قسمت بعد با ديد جعبه سياه و با استفاده از شبكه عصبي مدلي بر مبناي داده‌هاي تجربي توسعه يافت كه قادر به پيشگويي رفتار فرآيند نانوفيلتراسيون با دقت بالايي بود، در اين مدل خطاي مربوط به خوراك آب و نفت حدود 5/1% و براي آب و سيليكا حدود 4% بود.در مرحله ي بعد با در نظر گرفتن فرضياتي كه در مدل‌هاي قبل ناديده گرفته شده‌اند دو مدل توسعه يافتند كه به مراتب پيشگويي بهتري را از نتايج تجربي نشان دادند.دو مدل رياضياتي به طور متوسط براي خوراك آب و نفتخطاي حدود 2% و 4/4% ، و براي خوراك آب و سيليكا به ترتيب خطاي حدود 5/3% و 2% را نشان دادند. به منظور بهبود نتايج مربوط به مدل دوم براي خوراك آب و نفت اصلاحاتي انجام شد كه منجر به كاهش خطا تا 2% گرديد. از طرفي با هدف بررسي اثر نيروهاي بين ذرات مدل دوم براي خوراك آب و سيليكا اصلاح شد كه با اين تغييرات خطاي مدل براي اين خوراك به 9/1% كاهش يافت. در نهايت به منظور بررسي تغييرات مكاني فلاكس، شبيه سازي CFD با نرم افزار COMSOL انجام شد. نتايج نشان داد تنها تا طولي از لوله تغييرات ضخامت لايه مرزي قابل توجه است و ميزان خطا براي خوراك آب و نمك 3/7% ، خوراك آب و نفت حدود 5/2% و براي خوراك آب و سيليكا حدود 3% بود كه با مقادير خطاي دو مدل رياضياتي تفاوت چنداني نداشت. واژه‌هاي كليدي:نانوفيلتراسيون،فرآيند غشايي، پلاريزاسيون غلظتي، گرفتگي غشايي، انتخاب پذيري، CFD، COMSOL