بهینه‌سازی تقطیر غشایی تماس مستقیم به‌وسیله RSM در بازیافت پساب واحد RO پالایشگاه اصفهان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

3 استادیار، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد بیرجند، بیرجند،‌ ایران

چکیده

با توجه به اهمیت و حساسیت آب در پالایشگاه اصفهان در دو دهه گذشته، تلاشی مستمر در بهینه‌سازی مصرف آب، بازیافت و احیای پساب‌های حاصل از واحدهای مختلف عملیاتی صورت گرفته است. پساب واحد اسمز معکوس، که به استخرهای تبخیری پالایشگاه می‌ریزد، در کانون توجه پژوهشگران برای بازیافت آب قرار گرفته است. یکی از روش‌های مدرن برای افزایش بهره‌وری در بازیافت آب شور، روش تقطیر غشایی است که در این پژوهش به‌منظور بازیافت پساب شور مورد توجه قرار گرفت. در این پژوهش، مدل‌سازی RSM به‌منظور بهینه‌سازی و پیش‌بینی شرایط عملیاتی تقطیر غشایی پساب لب‌شور خروجی واحد RO پالایشگاه اصفهان مورد مطالعه قرار گرفت. آزمایش‌ها با استفاده از غشای میکرومتخلخل تجاری پلی‌تترافلرواتیلن بر پایه پلی‌پروپیلن و با ماژول غشایی صفحه تخت با سطح مؤثر غشایی هشتاد سانتی‌متر مربع انجام شد. در این پژوهش اثر سه فاکتور دمای خوراک، دبی خوراک و دمای تراویده، بر شار تراویده با استفاده از نرم‌افزار Design Expert مطالعه شد. نتایج حاصل از مدل‌سازی نرم‌افزاری نشان داد که دمای خوراک بیشترین تأثیر را در افزایش شار تراویده دارد به‌طوری که میزان تأثیر آن بیش از دو برابر اثر دمای تراویده و دبی خوراک است. مقدار بیشینه شار تراویده بهینه در محدوده آزمایش‌ها L/m2h 67/59 با درجه مطلوبیت 957/0 در شرایط عملیاتی دمای خوراک 70 درجه سلسیوس، دمای تراویده‌ 15 درجه سلسیوس و دبی خوراک 2 لیتر بر دقیقه تعیین شد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد روش تقطیر غشایی تماس مستقیم می‌تواند با موفقیت به‌منظور بازیافت پساب خروجی RO پالایشگاه اصفهان به‌کار گرفته شود. بهینه‌سازی پارامترهای عملیاتی در شرایط اقلیمی گرم و سرد اصفهان نیز با استفاده از مدل‌سازی نرم‌افزاری قابل محاسبه است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimizing Direct Contact Membrane Distillation by RSM for Water Reclamation from Effluent of the RO Unit at Esfahan Refinery

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ebadi 1
  • Mohammad Mozdianfard 2
  • Majid Aliabadi 3
1 PhD Student, Dept. of Chemical Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran
2 Assoc. Prof., Dept. of Chemical Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran (Corresponding Author) mozdianfard@kashanu.ac.ir
3 Assist. Prof., Dept. of Chemical Engineering, Islamic Azad University, Birjand Branch, Birjand, Iran
چکیده [English]

Considering the challenges faced and emphases being put in the last two decades on the water consumption at Esfahan Oil Refining Company (EORC), substantial efforts were made on its optimization and recovery of effluent from various unit operations. The effluent re-use from the Reverse Osmosis (RO) unit, collected at the evaporating pools was considered in this research, using membrane distillation, as a modern desalination approach to recover water. In this study, RSM modelling was employed for optimization and prediction of membrane distillation operating conditions on the brackish effluent output from the RO unit at EORC. Tests were carried out on a flat module with 80cm2 effective surface area using micro porous commercial PTFE membranes based on PP. Effects of three parameters of feed temperature, and flow rate as well as permeate temperature on the permeate flux were investigated using the Design Expert software. Software modelling results indicated that feed temperature had the largest influence in increasing the permeate flux (almost twice the effect of permeate temperature and feed flow rate). The maximum optimized permeate flux in the test range investigated was 59.67 L/m2h with 0.9570 desirability at feed temperature of 70°C, permeate temperature of 15°C and feed flow rate of 2L/min. This research showed that direct contact membrane distillation (DCMD) could successfully be employed for water recovery from the RO outlet effluent at EORC. Optimization of operating condition at Esfahan climatic condition can be achieved using software modelling.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Membrane Distillation
  • RSM
  • Polytetrafluoroethylene
  • optimization
  • Reverse Osmosis

Adham, S., Hussain, A., Matar, J. M., Dores, R. & Janson, A. 2013. Application of membrane distillation for desalting brines from thermal desalination plants. Desalination, 314, 101-108.

Boubakri, A., Hafiane, A. & Bouguecha, S. A. T. 2014. Application of response surface methodology for modeling and optimization of membrane distillation desalination process. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20, 3163-3169.

Calabrò, V., Drioli, E. & Matera, F. 1991. Membrane distillation in the textile wastewater treatment. Desalination, 83, 209-224.

Cath, T. Y., Adams, V. D. & Childress, A. E. 2004. Experimental study of desalination using direct contact membrane distillation: A new approach to flux enhancement. Journal of Membrane Science, 228, 5-16.

Cojocaru, C. & Khayet, M. 2011. Sweeping gas membrane distillation of sucrose aqueous solutions: Response surface modeling and optimization. Separation and Purification Technology, 81, 12-24.

Drioli, E., Di Profio, G. & Curcio, E. 2012. Progress in membrane crystallization. Current Opinion in Chemical Engineering, 1, 178-182.

Duong, H. C., Cooper, P., Nelemans, B., Cath, T. Y. & Nghiem, L. D. 2015. Optimising thermal efficiency of direct contact membrane distillation by brine recycling for small-scale seawater desalination. Desalination, 374, 1-9.

El-Abbassi, A., Hafidi, A., Khayet, M. & García-Payo, M. C. 2013. Integrated direct contact membrane distillation for olive mill wastewater treatment. Desalination, 323, 31-38.

Ghorbani, F., Molavi, H., Fathi, S. & Piri, F. 2017. Application of response surface methodology to optimize malachite green removal by Cl-nZVI nanocomposites. Journal of Water and Wastewater, 28, 79-92. (In Persian)

Gryta, M. 2002. Concentration of NaCl solution by membrane distillation integrated with crystallization. Separation Science and Technology, 37, 3535-3558.

Gryta, M., Morawski, A. W. & Tomaszewska, M. 2000. Ethanol production in membrane distillation bioreactor. Catalysis Today, 56, 159-165.

Hsu, S., Cheng, K. & Chiou, J.-S. 2002. Seawater desalination by direct contact membrane distillation. Desalination, 143, 279-287.

Jonsson, G., 2012. Aroma stripping under various forms of membrane distillation processes: Experiments and modeling. Procedia Engineering, 44, 293.

Khayet, M. & Cojocaru, C. 2012. Air gap membrane distillation: Desalination, modeling and optimization. Desalination, 287, 138-145.

Khayet, M., Cojocaru, C. & Baroudi, A. 2012. Modeling and optimization of sweeping gas membrane distillation. Desalination, 287, 159-166.

Khayet, M., Cojocaru, C. & García-Payo, C. 2007. Application of response surface methodology and experimental design in direct contact membrane distillation. Industrial & Engineering Chemistry Research, 46, 5673-5685.

Koros, W., Ma, Y. & Shimidzu, T., 1996. Terminology for membranes and membrane processes. Journal of Membrane Science, 120, 149-159.

Lee, J. G., Kim, Y. D., Kim, W. S., Francis, L., Amy, G. & Ghaffour, N. 2015. Performance modeling of direct contact membrane distillation (DCMD) seawater desalination process using a commercial composite membrane. Journal of Membrane Science, 478, 85-95.

Lin, D. S., Yen, H. W., Kao, W. C., Cheng, C. L., Chen, W. M. Huang, C. C., et al., 2015. Bio-butanol production from glycerol with Clostridium pasteurianum CH4: The effects of butyrate addition and in situ butanol removal via membrane distillation. Biotechnology for Biofuels, 8, 168.

Quist-Jensen, C. A., Macedonio, F. & Drioli, E. 2016. Membrane crystallization for salts recovery from brine—an experimental and theoretical analysis. Desalination and Water Treatment, 57, 7593-7603.

Tomaszewska, M., Gryta, M. & Morawski, A. W. 1995. Study on the concentration of acids by membrane distillation. Journal of Membrane Science, 102, 113-122.

Tomaszewska, M. & Lapin, A. 2012. The influence of feed temperature and composition on the conversion of KCl into KHSO4 in a membrane reactor combined with direct contact membrane distillation. Separation and Purification Technology, 100, 59-65.

Udriot, H., Ampuero, S., Marison, I. W. & Von Stockar, U. 1989. Extractive fermentation of ethanol using membrane distillation. Biotechnology Letters, 11, 509-514.