مدل‌سازی و شبیه‌سازی حذف فلز سنگین روی از پساب آبی در تماس‌دهندۀ غشایی فیبر توخالی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی سهند

2 استادیار مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی سهند

چکیده

در این مطالعه، شبیه‌سازی استخراج مایع- مایع روی با استفاده از تری فلوئورو استیل ‌استون به‌عنوان حلال در تماس‌دهندۀ غشایی فیبر توخالی با استفاده‌از دینامیک سیالات محاسباتی انجام شد. معادلات موازنۀ جرم و مومنتوم (ناویر- استوکس) برای بیان انتقال املاح روی به‌وسیلۀ تماس‌دهنده غشایی استفاده شدند. پس از اعمال شرایط، معادلات حاکم با استفاده‌از روش المان محدود شبیه‌سازی شدند. پس از اعتبارسنجی نتایج، شبیه‌سازی برای مطالعۀ توزیع غلظت روی به‌صورت دو­بعدی و سه­بعدی و هم‌چنین بررسی اثر مؤلفه‌های مختلف مانند ضریب توزیع و شدت جریان بر بازده استخراج انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش ضریب توزیع از 1 به 10، میزان استخراج یک­بار گذر از 10 به 100 درصد افزایش پیدا کرد. هم‌چنین راندمان استخراج در جریان ناهمسوی لوله و پوسته نسبت‌به جریان همسو 9 درصد بیشتر است. علاوه‌بر این، با بررسی نتایج می ­توان به این نتیجه دست یافت که دینامیک سیالات محاسباتی می‌تواند به‌عنوان یک ابزار مؤثر برای توسعۀ فرایندهای استخراج مبتنی بر غشا، استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Modeling and Simulation of Zn Heavy Metal Removal from Wastewater in Hollow Fiber Membrane Contactor

نویسندگان [English]

  • B. Pourtalebi 1
  • S. M. Abdoli 2
  • A. Akbari 2
1 M. Sc. of Chemical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
2 Assistant Proffessor of Chemical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
چکیده [English]

In this study, computational fluid dynamics simulation of liquid-liquid extraction of zinc was performed using trifluoroacetylacetone as a solvent in the hollow fiber membrane contactor. Mass and momentum balance equations (Navier-Stokes) were used to express the transport of zinc solutes through the membrane contactor. After applying the conditions, the governing equations were simulated using the finite element method. After validating the results, simulation was performed to study the distribution of zinc concentration in two-dimensional and three-dimensional form, as well as to investigate the effect of different parameters such as distribution coefficient and current intensity on the extraction efficiency. The results showed that by increasing the partition coefficient from 1 to 10, the amount of single-pass extraction increased from 10 to 100 percent. Also, the extraction efficiency in the counter-current flow of pipe and shell is 9% higher than in the co-current flow. Furthermore, this study showed that computational fluid dynamics could be used as an effective tool for the development of membrane-based extraction processes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Modeling
  • Heavy Metal Removal
  • Solvent Extraction
  • Hollow Fiber Membrane Contactor

مراجع

[1]        Abdullah, N., Yusof, N., Lau, W. J., Jaafar, J., & Ismail, A. F. (2019). Recent trends of heavy metal removal from water/wastewater by membrane technologies. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 76, 17–38. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2019.03.029
[2]        Oehmen, A., Valerio, R., Llanos, J., Fradinho, J., Serra, S., Reis, M. A. M., Crespo, J. G., & Velizarov, S. (2011). Arsenic removal from drinking water through a hybrid ion exchange membrane- Coagulation process. Separation and Purification Technology, 83(1), 137–143. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2011.09.027
[3]        Szlachta, M., Gerda, V., & Chubar, N. (2012). Adsorption of arsenite and selenite using an inorganic ion exchanger based on Fe-Mn hydrous oxide. Journal of Colloid and Interface Science, 365(1), 213–221. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2011.09.023
[4]        Nasir, A. M., Goh, P. S., Abdullah, M. S., Ng, B. C., & Ismail, A. F. (2019). Adsorptive nanocomposite membranes for heavy metal remediation: Recent progresses and challenges. Chemosphere, 232, 96–112. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.05.174
[5]        Rezakazemi, M. (2018). CFD simulation of seawater purification using direct contact membrane desalination (DCMD) system. Desalination, 443, 323–332. https://doi.org/10.1016/j.desal.2017.12.048
[6]        Zhang, Z., Chen, F., Rezakazemi, M., Zhang, W., Lu, C., Chang, H., & Quan, X. (2018). Modeling of a CO2-piperazine-membrane absorption system. Chemical Engineering Research and Design, 131, 375–384. https://doi.org/10.1016/J.CHERD.2017.11.024
[7]        Muhammad, A., Younas, M., & Rezakazemi, M. (2018). CFD simulation of copper(II) extraction with TFA in non-dispersive hollow fiber membrane contactors. Environmental Science and Pollution Research, 25(12), 12053–12063. https://doi.org/10.1007/s11356-018-1282-1
[8]        Sciubba, L., Gioia, D. Di, Fava, F., & Gostoli, C. (2009). Membrane-based solvent extraction of vanillin in hollow fi ber contactors. DES, 241(1–3), 357–364. https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.10.104
[9]        Juang, R., & Huang, H. (2003). Mechanistic analysis of solvent extraction of heavy metals in membrane contactors. 213, 125–135.
[10]      Hashemi, F., Rowshanzamir, S., & Rezakazemi, M. (2012). CFD simulation of PEM fuel cell performance: Effect of straight and serpentine flow fields. Mathematical and Computer Modelling, 55(3-4), 1540–1557. https://doi.org/10.1016/j.mcm.2011.10.047
[11]      Marjani, A., & Shirazian, S. (2011). Simulation of heavy metal extraction in membrane contactors using computational fluid dynamics. Desalination, 281(1), 422–428. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.08.032
[12]      Rezakazemi, M., Darabi, M., Soroush, E., & Mesbah, M. (2019). CO2 absorption enhancement by water-based nanofluids of CNT and SiO2 using hollow-fiber membrane contactor. Separation and Purification Technology, 210(September 2018), 920–926. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.09.005
[13]      Juang, R. S., & Huang, H. L. (2002). Modeling of nondispersive extraction of binary Zn(II) and Cu(II) with D2EHPA in hollow fiber devices. Journal of Membrane Science, 208(1–2), 31–38. https://doi.org/10.1016/S0376-7388(02)00134-5
[14]      Muhammad, A., Younas, M., Druon-Bocquet, S., Romero, J., & Sanchez-Marcano, J. (2017). Numerical modelling and simulation of membrane-based extraction of copper (II) using hollow fiber contactors. Desalination and Water Treatment, 63(March), 113–123. https://doi.org/10.5004/dwt.2017.20169
[15]      Steinbach, J. F., & Freiser, H. (1953). Acetylacetone. Analytical Chemistry, 25(6), 881–884. https://doi.org/10.1021/ac60078a009
[16]      Wai, C. M., & Wang, S. (1997). Supercritical fluid extraction: metals as complexes. Journal of Chromatography A, 785(1–2), 369–383. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(97)00679-1
[17]      Bird, R. B., Lightfoot, E. N., & Stewart, W. E. (1960). Notes on Transport Phenomena. Transport Phenomena. By RB Bird, Warren E. Stewart, Edwin N. Lightfoot. A Rewritten and Enlarged Edition of" Notes on Transport Phenomena".
[18]      Fasihi, M., Shirazian, S., Marjani, A., & Rezakazemi, M. (2012). Computational fluid dynamics simulation of transport phenomena in ceramic membranes for SO2 separation. Mathematical and Computer Modelling, 56(11–12), 278–286. https://doi.org/10.1016/j.mcm.2012.01.010
مهندسی شیمی ایران
دوره 22، شماره 130
آذر و دی 1402
صفحه 105-117

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار