توصيفگر ها :
مدلسازي , شبيه سازي , تبادل يوني , سامانه پيوسته , آب بدون يون
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
Abstract
Natural water needs to be treated for drinking purposes and normally for industrial use. Water contains impurities such as ionic compounds containing cations such as sodium, magnesium, calcium, and manganese and anions such as sulfate, chloride, and bicarbonate. The presence of ions in water can cause problems such as reduced efficiency in industry and corrosion and fouling of equipment. The use of ion xchange resins is one of the most important methods to reduce and remove ions. This research investigates the efficiency of the ion exchange method in removing ions from water and deionized water production in continuous ion exchange systems. The purpose of ion exchange systems is to study the performance of the resin substrate in the treatment of incoming water and to determine the characteristics affecting the process by means of ion concentration diagrams in the resin substrate water over time, usually by mathematical modeling before The scaling up step is done. For this purpose, a continuous ion exchange system is studied, and mathematical modeling and simulation has been studied. After validation and verification of the extracted model, the relevant system has been designed. To increase the system's efficiency, the optimization of this process and the effect of changing the characteristic ion exchange column length in the regeneration phase and the velocity of water entering the substrate in the service phase on the concentration of ions in the effluent have been investigated. The results showed that by reducing the velocity of water entering the column in the service phase, the resin bed could be used longer. Also, for a given rate of the regenerative solution, lengths of 50, 60, 70, and 80 cm have been investigated separately for each of the anionic and cationic resins. The results of solving the extracted equations show that 60 cm length is optimal for regeneration of cationic resins and 70 cm length for regeneration of anionic resin, and they need a less regenerative solution. As a result, the total length of the designed bed is 130 cm. In addition to the model, the construction performed with a correlation coefficient of more than 0.9 can predict the operational results in any situation, so the results of this research can be used to scale up and industrialization this system.
