Pengolahan air olahan kilang melalui Direct energy rendah Distilasi Membran Kontak (DCMD) (2)

Pengolahan air olahan kilang melalui Direct energy rendah Distilasi Membran Kontak (DCMD) (2)

3 Metrik sistem

3.1 Fluks massa

Karena polarisasi suhu, gradien tekanan jenuh melintasi permukaan membran terjadi dan mendorong perpindahan massa melalui membran berpori hidrofobik. Ekspresi fluks massa umum adalah sebagai berikut:

di mana cm adalah koefisien massa membran dan dan adalah tekanan uap air jenuh pada permukaan umpan dan permeat, masing-masing. Tekanan uap air murni dan hubungan suhunya diperkirakan menggunakan persamaan Antoine  dan ditabulasikan dalam tabel uap. Penyesuaian hubungan diperkirakan menggunakan persamaan Antoine dan ditabulasikan dalam tabel uap. Penyesuaian diperlukan untuk campuran biner (yaitu larutan garam dan beberapa spesies atau air limbah) sesuai pekerjaan.

Tiga model koefisien membran penting dinyatakan dalam literatur untuk menggambarkan perpindahan massa melintasi membran hidrofobik mikropori: (i) model Knudson, (ii) model aliran Poiseuille, dan (iii) model difusi molekuler. Pada ukuran pori kecil seperti kasus saat ini, model difusi dapat diabaikan tanpa mengorbankan hasil. Namun, dalam karya ini kombinasi model Knudson dan Poiseuille digunakan secara bersamaan mengikuti karya Chen et al. dan dijelaskan oleh:

dimana (T), dan (T) masing-masing adalah model difusi Knudsen dan model aliran Poiseuille. Mw adalah massa molar air dalam kg/mol, Tm adalah suhu membran rata-rata (°C), R adalah konstanta gas, Pm adalah tekanan rata-rata, m ketebalan membran, v adalah viskositas gas, rv adalah jari-jari pori, adalah porositas membran, dan adalah faktor tortuositas.

3.2 Fluks panas

Perpindahan panas di DCMD dapat digambarkan dalam serangkaian tiga hambatan termal: (i) Perpindahan konvektif melalui lapisan batas umpan, (ii) Perpindahan gabungan melintasi membran, dan akhirnya (iii) Perpindahan konvektif melalui lapisan batas permeat. Fluks panas total melintasi membran (Qm) dikaitkan dengan kombinasi konduksi (Qc) dan panas laten penguapan () dan dinyatakan sebagai:

dimana bagian konduksi terjadi karena bahan membran yang besar, sedangkan evaporasi terjadi pada pori-pori membran. Mengambil Hm sebagai perubahan entalpi karena panas laten dari fluks massa transmembran, dapat ditulis seperti yang dijelaskan oleh Termpiayakul et al. sebagai:

Fraksi fluks panas konduktif dijelaskan oleh persamaan panas Fourier sebagai:

di mana km adalah konduktivitas termal setara membran dan disebabkan oleh konduktivitas curah (kb) dan konduktivitas uap (kg) dari rata-rata volume tertimbang. Subskrip f dan p menandakan feed dan permeate, masing-masing.

3.3 Efisiensi termal dan TPC

Efisiensi termal mewakili fraksi panas yang digunakan sebagai panas laten penguapan terhadap fluks panas total Persamaan (7) dan digambarkan sebagai:

di mana penyebut memperhitungkan total perpindahan panas yang mencakup kedua fluks panas laten sesuai Persamaan (7). Di sisi lain, koefisien polarisasi suhu (TPC atau ) mendefinisikan rasio resistansi lapisan batas membran terhadap resistansi perpindahan panas total/massal dan dinyatakan sebagai:

di mana subskrip menunjukkan membran, curah, dan permukaan umpan dan permeasi, masing-masing. Nilai yang kecil (≤0.2) menandakan sistem DCMD perpindahan panas terbatas.

4 Hasil dan diskusi

4.1 Validasi model

Model divalidasi awalnya dengan membandingkan pengukuran dan suhu simulasi di sepanjang permukaan membran dan curah. Setelah beberapa menit mengatur aliran, sistem DCMD masuk ke operasi kondisi tunak. Eksperimen dan simulasi dilakukan pada kondisi yang sama (yaitu konfigurasi counter flow, Re = 40, inlet feed pada 50 °C, inlet permeate pada 25 °C). Nilai termokopel yang terletak di sepanjang modul DCMD dan lokasinya yang sesuai, hasil numerik diilustrasikan pada Gambar 6a. Selain itu, nilai TPC (per Persamaan (11)) juga dibandingkan untuk kedua model seperti yang digambarkan pada Gambar 6b. Kesepakatan yang kuat antara hasil eksperimen dan numerik jelas terlihat menunjukkan kesetiaan yang baik dari model.

gambar kecil Gambar 6

Distribusi suhu eksperimental dan numerik (a) dan TPC (b) dari model DCMD.

Selain itu, sistem yang berperilaku baik dapat dilihat dengan jelas dalam kontur suhu dan vektor kecepatan dari model numerik masing-masing seperti yang digambarkan pada Gambar 7 dan 8. Distribusi suhu ini menggambarkan membran yang digabungkan secara termal serta dinding yang diisolasi. Selain itu, konfigurasi counter flow dengan no-slip B.C. digambarkan dengan jelas dalam vektor kecepatan. Selanjutnya, Gambar 9 menunjukkan distribusi TPC model numerik pada bilangan Reynolds yang berbeda (yaitu 10 dan 100). Dengan demikian, semua hasil sebelumnya memastikan validasi model numerik yang memberikan kepercayaan yang cukup untuk menjalankan beberapa studi sensitivitas.

gambar kecil Gambar 7

Kontur suhu model numerik DCMD yang berjalan pada aliran berlawanan dengan suhu saluran masuk 75 °C dan 25 °C masing-masing, dan Re = 10 (sumbu y ditingkatkan untuk visualisasi yang lebih baik).

gambar kecil Gambar 8

Vektor kecepatan model numerik DCMD yang berjalan pada aliran berlawanan dengan suhu saluran masuk 75 °C dan 25 °C masing-masing, dan Re = 10 (sumbu y ditingkatkan untuk visualisasi yang lebih baik).

gambar kecil Gambar 9

Distribusi TPC model DCMD pada angka Re yang berbeda, Re yang tinggi menunjukkan kinerja TPC yang lebih baik.

4.2 Studi sensitivitas porositas membran

Sebagai bagian dari mempelajari efek dari dua pendekatan membran anti-minyak-fouling pada kinerja DCMD, peran porositas dipelajari di bagian ini. Modifikasi pasca pemrosesan dilakukan dengan menggunakan nilai porositas yang berbeda (yaitu 85%, 80%, 75%, 60%, dan 45%) di mana membran PVDF tipikal memiliki porositas 75-85%. Perlu disebutkan bahwa ukuran pori diperbaiki dalam semua kasus penelitian ini hingga 100 nm. Penurunan yang signifikan dalam metrik kinerja DCMD diamati pada nilai porositas rendah. Misalnya, mengurangi porositas sebesar 35% (yaitu dari 80% menjadi 45%) menyebabkan fluks massa dan kehilangan efisiensi termal masing-masing sebesar 68% dan 40%. Pengurangan tajam ini dikaitkan dengan cm yang lebih rendah (atau koefisien massa) karena parameter ini hampir secara kuadratik dan berbanding lurus dengan porositas. Pengurangan porositas biasanya menyebabkan juga peningkatan tortuositas. Jelas bahwa semakin sedikit porositas, semakin padat membran, yang akibatnya menyebabkan peningkatan potensi kehilangan panas secara konduksi, dan dengan demikian, pengurangan efisiensi termal. Hubungan proporsional langsung antara fluks massa dan porositas serta antara efisiensi termal dan porositas baik ditunjukkan pada Gambar 10 dan 11, masing-masing. Tabel 4 mengkuantifikasi kinerja sistem dalam hal massa rata-rata dan fluks panas laten, dan efisiensi termal pada nilai porositas yang berbeda bersama dengan persentase kerugian/keuntungan yang terkait.

gambar kecil Gambar 10

Distribusi fluks massa di sepanjang spasial DCMD pada nilai Re dan porositas yang berbeda (*baseline).

gambar kecil Gambar 11

Distribusi efisiensi termal di sepanjang spasial DCMD pada nilai Re number dan porositas yang berbeda (*baseline).

Tabel 4 Ringkasan metrik sistem DCMD kuantitatif untuk studi sensitivitas yang berbeda pada sifat membran (pada Re = 100, dan suhu umpan 75 °C).

4.3 Studi sensitivitas ukuran pori

Itu juga diklarifikasi dari literatur bahwa membran anti-minyak-fouling dari kedua pendekatan dikaitkan dengan pengurangan ukuran pori yang nyata secara signifikan bila dibandingkan dengan membran PVDF hidrofobik dasar. Hal ini dikaitkan dengan struktur komposit membran, di mana bahan lapisan kedua dilapisi pada substrat PVDF. Studi sensitivitas ini melakukan efek pengurangan ukuran pori menjadi setengahnya (dari 100 nm menjadi 50 nm) dan efek penggandaannya (dari 100 nm menjadi 200 nm) terhadap kinerja DCMD. Seperti porositas, ukuran pori yang lebih kecil juga mengurangi cm tetapi berbanding lurus dan linier. Jelas dari Gambar 12 dan 13 pengurangan tajam (yaitu ~−50% dan ~−25%) dari fluks massa dan efisiensi termal, masing-masing. Ini hanya karena mengurangi jalur uap transmembran dan dengan demikian mengurangi fluks massa. Selain itu, efisiensi termal yang rendah diterjemahkan ke dalam kehilangan panas yang lebih tinggi dengan konduksi karena fraksi massa yang lebih tinggi dari bahan polimer padat pada ukuran pori yang lebih rendah. Memperhatikan bahwa porositas ditetapkan pada 80% dalam penelitian ini untuk kedua ukuran pori. Kuantifikasi kinerja sistem yang lebih rinci diilustrasikan pada Tabel 4.

gambar kecil Gambar 12

Distribusi fluks massa di sepanjang spasial DCMD pada nomor Re dan ukuran pori (D) yang berbeda (*baseline).

4.4 Studi sensitivitas selip omniphobic

Kondisi batas membran atas dimodifikasi untuk memiliki tegangan geser nol dan menginduksi selip untuk mensimulasikan efek omnifobik. Seperti yang diilustrasikan pada Gambar 14 dan dibandingkan dengan Gambar 8, profil kecepatan saluran umpan tidak lagi parabola dan kecepatan maksimum 0,015 m/s dapat diperoleh pada permukaan membran atas. Perbedaan suhu melintasi permukaan membran terlihat lebih tinggi ketika kondisi slip diterapkan, yang mengarah ke polarisasi yang lebih tinggi (lihat Gambar 15) dan dengan demikian, tekanan penggerak yang lebih tinggi. Meskipun penurunan profil TPC di saluran keluar umpan terjadi (pada x = 0,21 m) karena kondisi slip, kenaikan rata-rata TPC slip (~0,67) sebanding dengan tanpa slip (~0,58).

gambar kecil Gambar 14

Ilustrasi efek slip pada vektor kecepatan DCMD (Re = 100, sumbu y diskalakan 15).

gambar kecil Gambar 15

Distribusi efisiensi TPC dan termal di sepanjang spasial DCMD di bawah slip vs. efek tanpa slip pada permukaan membran (Re = 100).

Selanjutnya, hasil distribusi efisiensi termal sepanjang modul DCMD untuk kedua kondisi batas (yaitu tanpa slip dan slip) masing-masing digambarkan dengan baik pada Gambar 15 dan 16. Menerapkan efek selip dari membran omnifobik dapat menghasilkan keuntungan ~16% pada fluks massa rata-rata, sedangkan keuntungan yang dapat diabaikan (yaitu ~0,5%) diamati untuk efisiensi termal. Ringkasan metrik sistem yang dicapai bersama dengan persentase keuntungan relatifnya ditabulasikan pada Tabel 4.

gambar kecil Gambar 16

Distribusi fluks massa sepanjang spasial DCMD di bawah slip vs. efek tanpa slip pada permukaan membran (Re = 100).

5. Kesimpulan

Karya ini membahas kinerja DCMD yang diterapkan pada air olahan industri minyak dan gas. Karena air ini mengandung banyak minyak dan lemak, membran DCMD konvensional tidak cocok untuk pemisahan minyak-air. Membran komposit oleophobic/hydrophobic atau omniphobic/hydrophobic dianggap sebagai teknologi yang cocok untuk pemisahan minyak/air kilang. Namun ini datang pada kompromi dalam sifat membran (yaitu porositas yang lebih rendah dan ukuran pori) ketika menargetkan industri ini.

Studi dilakukan oleh model CFD berbasis numerik yang divalidasi pada studi sensitivitas yang berbeda pada membran anti-fouling minyak. Model ini generik untuk mengakomodasi sifat membran dan parameter operasional yang berbeda dan karenanya, mengukur dampaknya terhadap kinerja MD. Membran anti-minyak-fouling ditemukan menghentikan metrik sistem MD secara signifikan. Namun, sekitar 16% keuntungan dalam metrik sistem diamati saat mensimulasikan fitur slip permukaan omnifobik. Nilai suhu rendah dari proses MD memberikan prioritas untuk menggunakan teknologi tersebut dalam pengolahan air kilang. Namun, ada lebih banyak pekerjaan yang diperlukan untuk menargetkan air berminyak sejauh dua pendekatan fabrikasi membran yang dinyatakan.

LAYANAN ADY WATER

Ady Water jual membran RO merek: CSM, VONTRON, LUSO, FILMTEC. 

Ady Water jual membran RO ukuran 50 GPD, 75 GPD, 100 GPD, 200 GPD, 400 GPD, 500 GPD, 1000 GPD, 2000 GPD, 5000 GPD, 10000 GPD, dan ukuran yang lebih besar. 

Ady Water menerima PROJECT untuk instalasi mesin reverse osmosis dan membran reverse osmosis untuk industri. 

Aplikasi membran RO untuk industri AMDK, industri Food & Beverage, Depot Air Minum Isi Ulang, dll. Ada tiga jenis membran RO: SWRO (Sea Water Reverse Osmosis), TWRO (Tap Water Reverse Osmosis), BWRO (Brackish Water Reverse Osmosis)

Nomor WA Sales Yang Mudah Dihubungi

Senang dapat membantu Anda, Semoga kami dapat segera menyelesaikan masalah air yang sedang Anda hadapi. Terimakasih

1. Ghani 0821 2742 4060

2. Yanuar 0812 2165 4304

3. Rusmana 0821 2742 3050

4. Fajri 0821 4000 2080

5. Kartiko 0812 2445 1004

6. Andri 0812 1121 7411

Alamat kantor/gudang Ady Water yang bisa dikunjungi langsung. 

Silahkan Bapak/Ibu mengunjungi alamat kantor/gudang kami. Kami akan melayani Anda dengan senang hati dan semoga dapat membantu masalah air yang sedang Anda hadapi. 

1. Alamat Bandung:

Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194

2. Alamat Jakarta Timur

Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830

3. Alamat Jakarta Barat

Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480

Katalog Ady Water

http://bit.ly/KatalogAdyWater