شبیه سازی فرآیند شیرین سازی آب شور به وسیله تقطیر غشایی تماس مستقیم به روش دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه بین المللی امام خمینی،قزوین، ایران

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی، قزوین، ایران

چکیده

در این پژوهش، فرآیند نمک زدایی با روش تقطیر غشایی تماس مستقیم در پیکربندی صفحه تخت با غشایی از جنس پلی تترافلورواتیلن(PTFE) به روش دینامیک سیالات محاسباتی، با حل همزمان معادلات دیفرانسیلی انتقال ممنتوم، حرارت و جرم، مدل­سازی شده است. در ناحیه غشاء از اثرات جابجایی حرارتی صرف­نظر شده و از معادلات تجربی برای انتقال جرم بهره برداری شده است. در نهایت نتایج شبیه سازی با داده های تجربی موجود اعتبارسنجی گردید. بررسی‌ها نشان می‌دهد با افزایش دمای آب شور خوراک ورودی به تجهیز از 42 به 78 درجه سانتی­گراد، نرخ تولید آب شیرین از L.m-2.hr-1 3.59 به  L.m-2.hr-1 18.64 افزایش می‌یابد. همچنین تحقیق حاضر نشان می‌دهد که شار فرآیند تقطیر، با سرعت جریان ها و تخلخل غشاء، رابطه مستقیم، اما با غلظت نمک خوراک ورودی، دمای ورودی جریان نفوذ، ضخامت غشاء، پیچ و خم منافذ غشاء و ضریب انتقال حرارت هدایتی غشاء، رابطه عکس دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]          E. Hameeteman, “Future water (In) security: Facts, figures, and predictions,” Glob. Water Inst., vol. 1, pp. 1–16, 2013.
 
[2]          M. Qasim, M. Badrelzaman, N. N. Darwish, N. A. Darwish, and N. Hilal, “Reverse osmosis desalination: A state-of-the-art review,” Desalination, vol. 459, no. December 2018, pp. 59–104, 2019, doi: 10.1016/j.desal.2019.02.008.
 
[3]          M. Shatat, M. Worall, and S. Riffat, “Opportunities for solar water desalination worldwide: Review,” Sustain. Cities Soc., vol. 9, pp. 67–80, 2013, doi: 10.1016/j.scs.2013.03.004.
 
[4]          J. Krukowski, “Opening the’black box’: Regulations and recycling drive use of membrane technologies,” Pollut. Eng., vol. 33, no. 6, p. 20, 2001.
 
[5]          T. Younos and K. E. Tulou, “Overview of desalination techniques,” J. Contemp. Water Res. Educ., vol. 132, no. 1, pp. 3–10, 2005.
 
[6]          B. B. Ashoor, S. Mansour, A. Giwa, V. Dufour, and S. W. Hasan, “Principles and applications of direct contact membrane distillation (DCMD): A comprehensive review,” Desalination, vol. 398, pp. 222–246, 2016, doi: 10.1016/j.desal.2016.07.043.
 
[7]          M. Ghadiri, S. Fakhri, and S. Shirazian, “Modeling and CFD simulation of water desalination using nanoporous membrane contactors,” Ind. Eng. Chem. Res., vol. 52, no. 9, pp. 3490–3498, 2013, doi: 10.1021/ie400188q.
 
[8]          A. Bahmanyar, M. Asghari, and N. Khoobi, “Numerical simulation and theoretical study on simultaneously effects of operating parameters in direct contact membrane distillation,” Chem. Eng. Process. Process Intensif., vol. 61, pp. 42–50, 2012, doi: 10.1016/j.cep.2012.06.012.
 
[9]          S. G. Lovineh, M. Asghari, and B. Rajaei, “Numerical simulation and theoretical study on simultaneous effects of operating parameters in vacuum membrane distillation,” Desalination, vol. 314, pp. 59–66, 2013.
 
[10]        F. Eleiwi, N. Ghaffour, A. S. Alsaadi, L. Francis, and T. M. Laleg-Kirati, “Dynamic modeling and experimental validation for direct contact membrane distillation (DCMD) process,” Desalination, vol. 384, pp. 1–11, 2016, doi: 10.1016/j.desal.2016.01.004.
 
[11]        A. Khalifa, H. Ahmad, M. Antar, T. Laoui, and M. Khayet, “Experimental and theoretical investigations on water desalination using direct contact membrane distillation,” Desalination, vol. 404, pp. 22–34, 2017, doi: 10.1016/j.desal.2016.10.009.
 
[12]        H. J. Hwang, K. He, S. Gray, J. Zhang, and I. S. Moon, “Direct contact membrane distillation (DCMD): Experimental study on the commercial PTFE membrane and modeling,” J. Memb. Sci., vol. 371, no. 1–2, pp. 90–98, 2011, doi: 10.1016/j.memsci.2011.01.020.
 
[13]        F. P. Incropera, D. P. DeWitt, T. L. Bergman, and A. S. Lavine, Fundamentals of heat and mass transfer, vol. 6. Wiley New York, 1996.
 
[14]        H. B. Harandi, A. Asadi, H. Fathi, and P. C. Sui, “Combined macroscopic and pore scale modeling of direct contact membrane distillation with micro-porous hydrophobic membranes,” Desalination, vol. 514, no. June, p. 115171, 2021, doi: 10.1016/j.desal.2021.115171.
 
[15]        A. Esfandiari, A. Hosseini Monjezi, M. Rezakazemi, and M. Younas, “Computational fluid dynamic modeling of water desalination using low-energy continuous direct contact membrane distillation process,” Appl. Therm. Eng., vol. 163, no. September, p. 114391, 2019, doi: 10.1016/j.applthermaleng.2019.114391.
 
[16]        J. M. Prausnitz, R. N. Lichtenthaler, and E. G. De Azevedo, Molecular thermodynamics of fluid-phase equilibria. Pearson Education, 1998.
 
[17]        K. W. Lawson and D. R. Lloyd, “Membrane distillation,” vol. 124, 1997.
 
[18]        M. Qtaishat, T. Matsuura, B. Kruczek, and M. Khayet, “Heat and mass transfer analysis in direct contact membrane distillation,” Desalination, vol. 219, no. 1–3, pp. 272–292, 2008, doi: 10.1016/j.desal.2007.05.019.
 
[19]        A. O. Imdakm and T. Matsuura, “A Monte Carlo simulation model for membrane distillation processes: Direct contact (MD),” J. Memb. Sci., vol. 237, no. 1–2, pp. 51–59, 2004, doi: 10.1016/j.memsci.2004.03.005.
 
[20]        P. Chang and C. R. Wilke, “Correlation of diffusion coefficients in dilute solutions,” AIChE J., pp. 264–270, 1955.
 
[21]        Z. Kuang, R. Long, Z. Liu, and W. Liu, “Analysis of temperature and concentration polarizations for performance improvement in direct contact membrane distillation,” Int. J. Heat Mass Transf., vol. 145, p. 118724, 2019, doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118724.
 
[22]        T.-C. Chen, C.-D. Ho, and H.-M. Yeh, “Theoretical modeling and experimental analysis of direct contact membrane distillation,” J. Memb. Sci., vol. 330, no. 1–2, pp. 279–287, 2009.