مطالعه آزمایشگاهی شیرین‌سازی آب شور به روش تقطیر غشایی با نیرو محرکه ترموالکتریک

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

این پژوهش به منظور بررسی امکان کاربرد روشی نوین برای تأمین نیروی محرکه فرآیند شیرین ­سازی آب به روش تقطیر غشایی انجام گرفت. در این پژوهش، یک سامانة آب شیرین‌کن با روش تقطیر غشایی تماس مستقیم طراحی و ساخته شد. در این سامانه، از غشاهای آب­گریز متخلخل پلی-وینیلیدن فلوراید (سایز منافذ 5/0 میکرومتر) و پلی-تترافلوئورو اتیلن (سایز منافذ 45/0 میکرومتر) با سطح مؤثر 12 سانتی‌متر مربع استفاده شد و انرژی گرمایشی و سرمایشی مورد نیاز این فرآیند از طریق پودمان ترموالکتریک به صورت همزمان تأمین گردید. سپس برای بررسی تأثیر عامل‌های غلظت خوراک، نسبت شدت جریان گرم به سرد، زمان و نوع غشاء بر شار فراورده تراوش شده، درصد جداسازی نمک و انرژی مصرفی ویژه، طراحی آزمایش­ ها توسط نرم‌افزار Design Expert و با روش سطح پاسخ (RSM) و با استفاده از طرح مرکب مرکزی (CCD) انجام شد. بیش‌ترین تأثیر بر شار فراورده تراوش شده را به ترتیب نوع غشاء، غلظت خوراک، برهمکنش بین غلظت خوراک و نوع غشاء و نسبت شدت جریان گرم به سرد داشتند. برای غلظت معادل با آب دریا (35 گرم بر لیتر)، میزان شار فراورده تراوش شده به ترتیب از غشاهای پلی-وینیلیدن فلوراید و پلی-تترافلوئورو اتیلن در کم‌ترین حالت، 3/50 و 8/5 و در بیش‌ترین حالت، 1/141 و 3/16 کیلوگرم بر مترمربع.ساعت به‌دست آمد. درصد جداسازی نمک برای غشاء پلی-وینیلیدن فلوراید بیش از 1/88 درصد و برای پلی-تترافلوئورو اتیلن بیش از 6/99 درصد به‌دست آمد. بیش‌ترین اثر بر درصد جداسازی را نیز به ترتیب نوع غشاء، غلظت خوراک و برهمکنش بین غلظت خوراک و نوع غشاء داشتند. در بهترین شرایط عملیاتی، شار عبوری و انرژی مصرفی ویژه برای غشا پلی-وینیلیدن فلوراید به ترتیب برابر با 6/282 کیلوگرم بر مترمربع.ساعت و 299 کیلوژول بر کیلوگرم به‌دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] قهرمان فرد ا.ر.، صادقی م.، محب ا.، جسام پور م.، ارزیابی فنی و اقتصادی و تعیین بازه بهینه عملیاتی برای دو نانوغشای تجاری در تصفیه یک نمونه آب زیرزمینی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)29: 167-175 (1399).
[2] Alkhudhiri A., Hilal N., "3 - Membrane distillation-Principles, applications, configurations, design, and implementation, in Emerging Technologies for Sustainable Desalination Handbook", V.G. Gude, Editor, Butterworth-Heinemann, 55-106 (2018).
[3] Alkaisi A., Mossad R., Sharifian-Barforoush A., A Review of the Water Desalination Systems Integrated with Renewable Energy, Energy Procedia, 110: 268-274 (2017).
[4] Ghaffour N., Soukane S., Lee J.G., Kim Y., Alpatova A., Membrane Distillation Hybrids for Water Production and Energy Efficiency Enhancement: A Critical Review, Applied Energy, 254: 113698 (2019).
[5] Alsalhy Q.F., Ibrahim S.S., Hashim F.A., Experimental and Theoretical Investigation of Air Gap Membrane Distillation Process for Water Desalination, Chemical Engineering Research and Design, 130: 95-108 (2018).
[6] Anari Z., Sengupta A., Sardari K., Wickramasinghe S.R., Surface Modification of PVDF Membranes for Treating Produced Waters by Direct Contact Membrane Distillation, Separation and Purification Technology, 224: 388-396 (2019).
[7] Puranik A.A., Rodrigues L.N., Chau J., Li L.,  Sirkar K.K., Porous Hydrophobic-Hydrophilic Composite Membranes for Direct Contact Membrane Distillation, Journal of Membrane Science, 591: 117225 (2019).
[8] Eykens L., De Sitter K., Dotremont C., Pinoy L., Van der Bruggen B., Coating Techniques for Membrane Distillation: An Experimental Assessment, Separation and Purification Technology, 193: 38-48 (2018).
[9] Floros I.N., et al., Enhancement of Flux Performance in PTFE Membranes for Direct Contact Membrane Distillation, Polymers, 12(2): 345 (2020).
[10] Deshpande J., Nithyanandam K., Pitchumani R., Analysis and Design of Direct Contact Membrane Distillation, Journal of Membrane Science, 523: 301-316 (2017).
[11] Lokare, O.R., Tavakkoli S., Khanna V., Vidic R.D., Importance of Feed Recirculation for the Overall Energy Consumption in Membrane Distillation Systems, Desalination, 428: 250-254 (2018).
[12] Ahmad H.M., Khalifa A.E., Antar M.A., Water Desalination Using Direct Contact Membrane Distillation System. ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, 57434: V06AT07A024 (2015.)
[13] Ameen N.A.M., Ibrahim S.S., Alsalhy Q.F., Figoli A., Highly Saline Water Desalination Using Direct Contact Membrane Distillation (DCMD): Experimental and Simulation Study, Water, 12(6): 1575 (2020).
[14] Bamasag A., Alqahtani T., Sinha S., Ghaffour N., Phelan P., Experimental Investigation of a Solar-Heated Direct Contact Membrane Distillation System using Evacuated Tube Collectors, Desalination, 487: 114497 (2020).
[15] Zarzoum K., Zhani K., Ben Bacha H., Koschikowski J., Experimental Parametric Study of Membrane Distillation Unit using Solar Energy, Solar Energy, 188: 1274-1282 (2019).
[16] Lee J.-G., Kim W.-S., Choi J.-S., Ghaffour N., Kim Y.-D., A Novel Multi-Stage Direct Contact Membrane Distillation Module: Design, Experimental and Theoretical Approaches, Water Research, 107: 47-56 (2016).
[17] Alawad S.M., Khalifa A.E., Analysis of Water Gap Membrane Distillation Process for Water Desalination. Desalination, 470: 114088 (2019).
[18] Al-Madhhachi H., Effective Thermal Analysis of Using Peltier Module for Desalination Process, Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal, 3(1): 191-197 (2018).
[19] Trusch R.B., Thermoelectric Integrated Membrane Evaporation System, US4316774A, (1982).
[20] Tan Y.Z., et al., Membrane Distillation Hybridized with a Thermoelectric Heat Pump for Energy-Efficient Water Treatment and Space Cooling, Applied Energy, 231: 1079-1088 (2018).
[21] Cheng D., et al., Simulation and Multi-Objective Optimization of Heat and Mass Transfer in Direct Contact Membrane Distillation by Response Surface Methodology Integrated Modeling, Chemical Engineering Research and Design, 159: 565-581 (2020).
[22] Deng H., et al., Modeling and Optimization of Solar Thermal-Photovoltaic Vacuum Membrane Distillation System by Response Surface Methodology, Solar Energy, 195: 230-238 (2020).
[23] Montgomery D.C., "Design and Analysis of Experiments", 10th ed, Wiley, (2019).
[24] Srisurichan S., Jiraratananon R., Fane A.G., Mass Transfer Mechanisms and Transport Resistances in Direct Contact Membrane Distillation Process, Journal of Membrane Science, 277(1): 186-194 (2006).
[25] Lawson K.W., Lloyd D.R., Membrane Distillation, Journal of Membrane Science, 124(1): 1-25 (1997).
[26] Si Z., et al., Experimental Investigation on a Combined System of Vacuum Membrane Distillation and Mechanical Vapor Recompression, Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, 139: 172-182 (2019).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار