مدلسازي، شبيه سازي و بهينه سازي سامانه تبادل يوني پيوسته براي توليد آب بدون يون

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

چكيده آب براي مصارف آشاميدني و براي مصارف صنعتي به‌طور معمول احتياج به تصفيه دارد. آب داراي ناخالصي‌هايي ازجمله تركيبات يوني مشتمل بر كاتيون‌هايي بمانند سديم، منيزيم، كلسيم و منگنز و آنيون‌هايي بمانند سولفات، كلرايد و بي‌كربنات هست. حضور يون‌ها در آب مي‌تواند سبب مشكلاتي از قبيل كاهش بازده در صنايع، همچنين خوردگي و رسوب در تجهيزات شود. استفاده از رزين‌هاي تبادل يوني يكي از مطرح‌ترين روش‌هايي است كه براي كاهش و حذف يون‌ها به كار مي‌رود. در اين تحقيق كارايي روش تبادل يوني در حذف يون‌ها از آب و توليد آب بدون يون در سامانه‌هاي پيوسته تبادل يوني مورد بررسي قرارگرفته است. هدف از بررسي سامانه‌هاي تبادل يوني مطالعه عملكرد بستر رزين در تصفيه آب ورودي و تعيين مشخصه‌هاي مؤثر بر فرايند به كمك نمودار غلظت يون‌ها در آب خروجي از بستر رزين برحسب زمان مي‌باشد، كه معمولا اين امر توسط مدل‌سازي رياضي قبل از مرحله افزايش مقياس انجام مي‌گيرد. براي اين منظور در اين پژوهش، يك سامانه تبادل يوني پيوسته مورد مطالعه قرارگرفته و به مدل‌سازي رياضي و شبيه‌سازي آن پرداخته‌شده است و پس از اعتبار سنجي و بررسي صحت مدل استخراج‌شده به طراحي سيستم مربوطه پرداخته‌شده است. به منظور افزايش بازده سيستم، به بهينه‌سازي اين فرايند و بررسي تأثير تغيير مشخصه طول ستون تبادل يون در فاز احيا و سرعت آب ورودي به بستر در فاز سرويس‌دهي، بر غلظت يون‌ها در آب خروجي از بستر پرداخته‌شده است. نتايج نشان داد، كه با كاهش سرعت آب ورودي به ستون در فاز سرويس‌دهي، بستر رزين مدت‌زمان بيشتري قابليت سرويس‌دهي دارد. همچنين براي يك سرعت مشخص محلول احياكننده، طول‌هاي 50، 60، 70 و 80 سانتي‌متري براي هر يك از رزين‌هاي آنيوني و كاتيوني به‌صورت جداگانه بررسي‌شده‌اند. نتايج حاصل از حل معادلات استخراج‌شده نشان داده است براي احياي رزين‌هاي كاتيوني طول 60 سانتي‌متري و براي احياي رزين آنيوني طول 70 سانتي‌متر بهينه هست و مقدار محلول احياكننده كمتري نياز دارند. درنتيجه طول كل بستر طراحي‌شده 130 سانتي‌متر مي‌باشد. در ضمن مدل‌سازي انجام‌شده با ضريب همبستگي بيش از 9/0 قادر به پيش‌بيني نتايج عملياتي در هر شرايطي مي‌باشد، لذا مي‌توان از نتايج اين پژوهش جهت افزايش مقياس و صنعتي سازي اين سامانه بهره برد.

210724

طراحي فرايند

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان

احمد محب، محسن محمدي

ارجمند مهرباني