توصيفگر ها :
نمك زدايي , دستگاه آب‌شيرين‌كن , الكترودياليز , آب‌شور , طراحي فرآيند
چكيده فارسي :
يكي از معضلات كشورهاي خاورميانه ازجمله ايران، كمبود آب شيرين است. تكنولوژي شيرين¬سازي آب يكي از موضوع¬هاي موردتوجه پژوهشگران به‌ويژه در دهه اخير است. الكترودياليز يك روش نمك¬زدايي الكتروغشايي است كه از ميدان الكتريكي براي جداسازي يون¬ها در آب استفاده مي¬كند. آب تغذيه وارد كانال¬هاي بين غشاهاي تبادل آنيوني و كاتيوني كه به¬طور متناوب بين دو الكترود قرار دارند، مي¬شود. ميدان الكتريكي ايجادشده، يون¬ها را به سمت الكترودهايي با علامت مخالف هدايت مي¬كند. كاتيون¬ها و آنيون¬ها به ترتيب مي¬توانند از غشاهاي تبادل كاتيوني و آنيوني عبور كنند اما از غشاهاي تبادل آنيوني و كاتيوني منتقل نخواهند شد. ازآنجايي‌كه سيستم¬هاي اسمز معكوس خانگي معمولاً با بازيابي 40 تا 50 درصدي كار مي¬كنند، لذا 50 تا 60 درصد آب ورودي در اين روش قابل استفاده نخواهد بود. يكي از مزيت¬هاي سيستم الكترودياليز بازيابي آب بالاي آن نسبت به اسمز معكوس است. در اين پژوهش از بازيابي 80% و 70% براي سيستم¬هاي ناپيوسته و پيوسته استفاده مي¬شود. هدف از انجام اين پژوهش طراحي يك سيستم الكترودياليز در حالت¬هاي عملكردي پيوسته و ناپيوسته مي¬باشد. سيستم ناپيوسته براي كاربرد خانگي و سيستم پيوسته براي شرايط بحران كه دسترسي به برق امكان¬پذير نيست، موردتوجه قرار مي-گيرند. در اين پژوهش ابتدا بخش الكترودياليز كه هسته كار است طراحي مي¬شود. بدين منظور معادلات حاكم، به كمك كدي كه در نرم‌افزار EES نوشته¬شده است به¬صورت تحليلي حل خواهند شد. در سيستم ناپيوسته نتايج نشان مي¬دهد كه با افزايش تعداد سلول¬ها و سطح مقطع هركدام از غشاها، سطح مقطع مؤثر كل افزايش مي¬يابد و به دنبال آن زمان نمك¬زدايي كاهش پيدا مي¬كند؛ همچنين در اين سيستم نتايج نشان مي¬دهد كه با افزايش سرعت جريان آب در حال گردش، انرژي مصرفي دستگاه افزايش مي¬يابد. در انتها براي اعتبارسنجي عملكرد سيستم ناپيوسته از داده¬هاي تجربي ناير و همكاران استفاده شد. در سيستم پيوسته نتايج نشان مي¬دهد كه با افزايش سرعت آب، افت فشار و فشار ثقلي دستگاه، هر دو افزايش مي¬يابد، اما افت فشار دستگاه در مقابل فشار ثقلي با شدت بيشتر افزايش مي¬يابد. در سيستم پيوسته ازآنجايي‌كه داده¬هاي تجربي براي اعتبارسنجي پژوهش موجود نبود، از پژوهش تحليلي لي و همكاران استفاده شد.
چكيده انگليسي :
One of the problems of Middle Eastern countries, including Iran, is the shortage of fresh water. Water desalination technology is one of the topics of interest to researchers, especially in the last decade. Electrodialysis (ED) is an electro-membrane desalination technique that uses an electric field to separate ions from water. Feed water enters the channels between anion and cation exchange membranes (AEMs and CEMs, respectively), alternately placed between two electrodes. The imposed electric field drives ions toward opposite-signed electrodes. Cations can pass through CEM and are blocked by AEM, and anions transport through AEM and are hindered by CEM. Since in-home reverse osmosis systems typically operate at %40 to %50 recovery ratio, %50 to %60 of the feed water will not be usable in this method. One of the advantages of the electrodialysis system is its high water recovery ratio over reverse osmosis. In this study, the %80 recovery ratio is used for the electrodialysis system. The purpose of this study is to design an electrodialysis system in continuous and batch operating modes. The batch system is used for in-home applications and the continuous system is used for crisis situations where access to electricity is not possible. In this research, first, the electrodialysis stack, which is the core of the work, is designed. For this purpose, the governing equations will be solved analytically with the help of the code written in EES software. In the batch system, the results show that as the number of cells and each membrane area increase, the total effective membrane area increases, leading to decrease in desalination time; also in this system, the results show that by increasing the flow velocity, the energy consumption of the system increases. Finally, Nayar et al.'s experimental data were used to validate the performance of the batch system. In the continuous system, the results show that as the flow velocity increases, the pressure drop and the gravitational pressure of the system both increase, but the pressure drop of the system increases faster against the gravitational pressure. In the continuous system, since experimental data were not available to validate the research, the analytical research of Lee et al. was used.
