شبیه سازی فرآیند غشاء به منظور حذف ترکیبات آلی فرار از فاضلاب با استفاده از CFD

نوع مقاله: مقاله شیمی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد،گروه مهندسی شیمی، واحدماهشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، ماهشهر، ایران

2 گروه مهندسی شیمی، واحدماهشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، ماهشهر، ایران

چکیده

یکی از مهم‌ترین منابع انتشار ترکیبات آلی فرار (Volatile Organic Compound) صنایع تولیدکننده حلال‌های شیمیایی هستند. این مواد آلی علاوه بر اینکه آلودگی زیادی برای محیط زیست ایجاد می‌کنند، از نظر اقتصادی نیز ضررهای بیشماری به سبب هدر رفت به دنبال دارند. به همین منظور حذف مواد آلی فرار از آب یا پساب های صنعتی و نیز بازیابی آن‌ها موضوع مهمی است. در این مقاله، شبیه‌سازی جداسازی مواد آلی فرار از آب با استفاده از غشا نانوفایبر مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به پیچیدگی تحلیل توأمان معادلات مربوط به جریان گاز و مایع و نیز انتقال جرم در سراسر سیستم، از نرم افزار COMSOL Multiphysics جهت شبیه‌سازی عددی سیستم بهره گرفته شد. با شبیه‌سازی در شرایط گوناگون می‌توان عملکرد یک فرآیند غشایی را در حذف آلاینده ‌های مختلف ارزیابی نمود. در نهایت برای ارزیابی صحت نتایج حاصل از شبیه -سازی، از نتایج آزمایشگاهی انجام شده توسط فنگ و همکاران استفاده شد پس از گذشت پنج ساعت غلظت کلروفرم در دمای 60 درجه‌ی سانتی‌گراد از مقدار 1157 به 400 ppm تقلیل می‌یابد. همچنین دمای 23 درجه‌سانتی‌گرادی مقدار غلظت ماده‌ی آلی از 1347 به 1080 ppm دست می‌یابد. تفاوت شیب تغییرات در این دو دما اساساً به علت تغییر در ضریب هانری در بررسی تعادل فازی است که با افزایش دما افزایش یافته و نفوذ کلروفرم درون غشا و درنتیجه درصد حذف آن را بهبود می-بخشد. مقایسه تغییرات غلظت درون مخزن خوراک در این دو دما نشان‌دهنده‌ی تطابق بسیار مناسب شبیه‌سازی‌ها با داده‌های آزمایشگاهی با تفاوت نسبی 11 درصدی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Simulation of Membrane process to removal of volatile organic compounds from wastewater using Computational Fluid Dynamic (CFD)

نویسندگان [English]

  • sanaz baig 1
  • somayeh tourani 2
  • bijan ghanavati 2
1 Department of Chemical Engineering, Mahshahr branch, Islamic Azad University, Mahshahr, Iran
2 Department of Chemical Engineering, Mahshahr branch, Islamic Azad University, Mahshahr, Iran
چکیده [English]

One of the most important sources of volatile organic compounds is chemical solvent manufacturing. In addition to causing a lot of pollution to the environment, these organic materials are also economically harmful due to waste. For this reason, removing organic matter from industrial water or wastewater, as well as retrieving them, is an important issue. In this paper, the simulation of the process of separating volatile organic material from water by using nano-fiber membrane has been investigated. COMSOL Multiphysics software was used for numerical simulation of the system. By simulating in different conditions, it is possible to evaluate the performance of a membrane process in the removal of various pollutants. Finally, in order to evaluate the accuracy of the results of the simulation, the results of laboratory experiments by Feng et al. Were used. The simulation results show that after five hours, the concentration of chloroform at 60 ° C was reduced from 1157 to 400 ppm. At 23 ° C, the amount of organic matter lost from 1347 to 1080 ppm. The difference in gradient variations in these two temperatures is mainly due to the change in the Henry coefficient in the VLE, which increases with increasing temperature and improves the chlorophyll penetration inside the membrane and consequently improves its removal rate. Comparing the variations in the concentration of feed inside the tank at these two temperatures indicates that the simulations are very suitable for laboratory simulations with a relative difference of 11%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Volatile Organic compounds
  • Chloroform
  • Membrane gas stripping
  • Computational Fluid Dynamic
[1] Feng, C., Khulbe, K. C., & Tabe, S. (2012). Volatile organic compound removal by membrane gas stripping using electro-spun nanofiber membrane. Desalination, 287, 98-102.

[2] Valdés, H., Romero, J., Sanchez, J., Bocquet, S., Rios, G. M., and Valenzuela,F. (2009).  Characterization of chemical kinetics in membrane-based liquid–liquid extraction of molybdenum (VI) from aqueous solutions.Chemical Engineering Journal, 151(1), 333-341.

[3] Ghadiri, M., Abkhiz, V., Parvini, M., and  Marjani, A. (2014). Simulation of Membrane Distillation for Purifying Water Containing 1, 1, 1‐Trichloroethane, Chemica Engineering & Technology, 37(3), 543-550.

[4] Liu, D., Liu, G., Meng, L., Dong, Z., Huang, K., and Jin, W. (2015). Hollow fiber modules with ceramic-supported PDMS composite membranes for pervaporation recovery of bio-butanol,  Separation and Purification Technology,146,24-32.

 

[5] "CFDOnline,"[Online].Available:http://www.cfdonline.com/Wiki/Turbulence-modeling.[Accessed 5 12 2015].

[6] Sander, Rolf. "Compilation of Henry's law constants (version 4.0) for water as solvent." Atmospheric Chemistry & Physics 15.8 (2015).                                                                    

]7 [ یعقوبی،ن. (1393) سینتیک و پدیده های انتقال در جفت شدن اکسایشی متان:مدلسازی CFDدرمقیاس دانه ای،مجله مدلسازی در مهندسی،دانشگاه سمنان،سال12،شماره39،صفحه128، 1393.

[8] CFD Module User’s Guide,Comsol Multiphysics v5.3,(2017).  

                                                                                                                    

]9 [ضیائی راد،م. (1390) بررسی عددی تاثیرهندسه دانه های روی سطح بر جریان آشفته و انتقال حرارت در یک کانال مستطیلی ،مجله مدلسازی در مهندسی،دانشگاه سمنان،سال9،شماره27،صفحه38، 1390.

 [10]"Meshing," in Reference Manual, Comsol Multiphysics v5.3, 2017.

]11[ علیگودرز،م. (1391) مدلسازی عددی محفظه احتراق توربینSGT600 و تحلیل میدان جریان در شرایط کارکرد واقعی، مجله مدلسازی در مهندسی،دانشگاه سمنان،سال10،شماره31،صفحه29، 1391.

[12] Bird, R. B. (2002). Transport phenomena. Applied Mechanics Reviews, 55(1), R1-R4.