بررسی آزمایشگاهی و شبیه‌سازی فرآیند میکروفیلتراسیون جریان متقاطع امولسیون نفت ‌در ‌آب با غشای سلولز استات

فاضلاب‌های هیدروکربنی و مشکلات زیست‌محیطی آن سبب شده است که نیاز به رسیدگی فوری داشته باشد. از سوی دیگر خالص‌سازی آب جهت استفاده‌های ضروری انگیزه‌ای برای محققان جهت جداسازی این فاضلاب‌ها توسط فرآیند میکروفیلتراسیون در سال‌های اخیر موردتوجه قرارگرفته است. در این مطالعه، جداسازی امولسیون نفت در آب در فرآیند میکروفیلتراسیون توسط غشای سلولز استات به‌صورت آزمایشگاهی و شبیه‌سازی بررسی‌شده است. در بخش آزمایشگاهی، میزان شار تراویده برای آب خالص و امولسیون نفت در ‌آب در فشارهای عملیاتی یکسان و متفاوت به دست آورده شده است. در بخش شبیه‌سازی توسط نرم‌افزار کامسول ورژن 5.3، شار تراویده در حالت‌پایا به کمک قانون دارسی پیش‌بینی‌شده و با داده‌های آزمایشگاهی مقایسه شده است. مقایسه نتایج نشان داد که مقادیر پیش‌بینی‌شده برای شارش آب هنگام استفاده از خوراک حاوی قطرات نفت در حالت‌پایا، در فشارهای عملیاتی 1 و 2 بار به میزان 15% و 35%، اما برای آب خالص 5% خطا به‌دست‌آمده است. این خطا برای امولسیون نفت در آب می‌تواند ناشی از در نظر نگرفتن ساختار غشا، صرف‌نظر کردن مقاومت‌های گرفتگی داخلی غشا و لایه قطبیدگی غلظتی در معادله دارسی باشد. با حل هم‌زمان معادلات مخلوط، موازنه جرم و قانون دارسی در دامنه محاسباتی، اثر پارامترهای مختلف ازجمله سرعت خوراک ورودی و فشار متوسط بر ضخامت لایه قطبیدگی غلظتی و سرعت‌های خروجی نیز آنالیز شده است. با افزایش سرعت خوراک از 0.1 به 1.1 متر بر ثانیه در شبیه‌سازی، میزان ضخامت لایه قطبیدگی غلظتی 52% کاهش، با افزایش فشار متوسط از 1 به 2 بار، سرعت خروجی جریان تراویده تقریباً 190% افزایش می‌یابد.

Experimental and Simulation Study of CrossFlow Microfiltration Process of OilinWater Emulsion Using Cellulose Acetate Membrane

Hydrocarbon sewage and the related environmental problems have an caused urgent need for speedy consideration. At the same time, water purification for essential uses has been an incentive for researchers to separate sewages by microfiltration processes over the recent years. In this study, separation of oilinwater emulsion by cellulose acetate membrane in microfiltration processes has been investigated experimentally and numerically. In the laboratory section, the permeate flux for pure water and oilinwater emulsion has been obtained at the same and at different transmembrane pressures. In the simulation section, the steadystate permeate flux has been predicted by the law of Darcy in the COMSOLv5.3 environment and compared against experimental data. The comparison results have shown that the permeate flux predicted values for feed containing oil droplets under steadystate conditions has had errors of 15% and 35% at operating pressures of 1 and 2 bar, but the error  for pure water has been equal to 5%. the oilinwater emulsion may be due to not having considered membrane structure, neglecting pore blocking and concentration polarization layer resistances in the Darcy’s equation. By solving mixture equations, mass transfer and  the law of Darcy in the computational domain simultaneously, the effects of various parameters such as crossflow velocity and transmembrane pressure on concentration polarization layer thickness and outlet velocities have been analyzed. Finally, when feed crossflow velocity has increases from 0.1 to 1.1 m/s, the concentration polarization thickness has decreased by 52%, and when transmembrane pressure has increased from 1 to 2 bars, the maximum velocity of permeate flow increased by almost 190%.