عنوان پایان‌نامه
توسعه ی فرآیند های تقطیر غشایی شکاف هوایی AGMD
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه کاسپین شماره ثبت: K48;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76123;کتابخانه کاسپین شماره ثبت: K48;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76123
- تاریخ دفاع
- ۰۶ مرداد ۱۳۹۵
- دانشجو
- احسان کرباسی
- استاد راهنما
- جمشید محمدی روشنده
- چکیده
- این پژوهش با هدف بر طرف ساختن چالش های پیشِ روی صنعتی سازی فرایند تقطیر غشایی شکاف هوایی (AGMD)، شرایط هیدرودینامیکی و هندسه ی ماژول های AGMD را مورد واکاوی قرار داده است. معادلات انتقال حرارت، مومنتوم و جرم با روش حل عددی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) شبیه سازی و با استفاده از یک مدل ترکیبی نفوذ مولکولی-نادسن و با در نظر گرفتن مقاومت انتقال جرم شکاف هوایی در فرایند AGMD، انتقال جرم داخل غشا محاسبه شده است. در این پژوهش، هندسه و شرایط هیدرودینامیکی ماژول های غشایی صفحه تخت متداول (مستطیلی شکل) و ماژول های جدید دیسک شکل در فضای 3 بعدی و جریان درهم مقایسه شده و همچنین تأثیر استفاده از بفل های شعاعی در ماژول های دیسک شکل مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که با تغییر هندسه ی ماژول های تقطیر غشایی از مستطیل شکل به دیسک شکل بدون بفل های شعاعی، انتقال جرم به طور متوسط به میزان 6 درصد بهبود یافته است. به علاوه پی برده شد که با به کارگیری به ترتیب چهار، شش و هشت بفل شعاعی، شار تراویده 10، 13 و 14/7 درصد بهبود می یابد. علاوه بر این، شرایط هیدرودینامیکی و همچنین بازده انرژی در این فرایند به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت قابلیت این فرایند در جداسازی ایزوتوپ های 18O آب به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفت و با استفاده از یک ماژول تقطیر غشایی شکاف هوایی (AGMD) صفحه تخت دیسک شکل، ضریب جداسازی این ایزوتوپ 1/006392درصد به دست آمد. همچنین تغییرات شار تراویده و غلظت ایزوتوپ در برابر زمان با استفاده از روش های تجربی و تقریبی محاسبه گردید.
- Abstract
- A novel AGMD module for 18O water stable isotope enrichment was investigated, experimentally and numerically. The momentum, heat and mass transfer phenomena are simulated under turbulent flow based on 3D geometry using the computational fluid dynamics (CFD) method. A combination of Knudsen-molecular diffusion models and the mass transfer resistance regards to the stagnant air gap of the AGMD module, was used to calculate the mass transfer rate of vapour through the membrane pores. In addition, the effect of geometry and hydrodynamics of the conventional (rectangular-type) and a series of novel disk-type flat sheet modules in various flow rates (0.25, 0.50 and 0.75 Kg/min) consists of 15 cases was analysed. The results indicate that with changing the geometry of the rect-type module to the disk-type one, the mass transfer was improved by c.a. 6%. Moreover, the effect of applying radial baffles to the disk-type module was investigated. It was found that with adjoining four, six and eight radial baffles, the permeate flux was enhanced by 10, 13 and 14.7%, respectively. Moreover, the simulated permeate flux and pressure drop were compared to the experiment data that show a good accordance in the permeate flux (6%) and rather not so good in the pressure drop (17%), that is due to low precision of measuring instruments. Finally, the applicability of the MD process for enrichment of 18O water isotope from natural water was studied using a laboratory operating disk-type AGMD module. The achieved separation factor was 1.0064 and the variation of the permeate flux during the time was obtained. Keywords: Air-gap membrane distillation (AGMD), CFD, Heat and mass transfer, Module design, Oxygen-18 isotope
