کلمات کلیدی: نانوفیلتراسیون، مدل سازی، مدل بار فضایی، شبکه عصبی، یون کلرید، میعانات گازی فهرست مطالبعنوانصفحهفصل اول- مقدمه و مفاهیم اولیه11-1- مقدمه21-1-1- مزایای جداسازی غشایی21-1-2- طبقه بندی غشاها31-2- نانوفیلتراسیون51-2-1-ویژگی ها و مشخصات اصلی نانوفیلتراسیون61-2-2- ساختار نانوفیلتراسیون71-2-3- کاربرد نانوفیلتراسیون81-3- میعانات گازی111-4- تعریف مساله و بیان سوال های اصلی تحقیق12فصل دوم- مروری بر تحقیقات گذشته152-1- مدل های آزمایشگاهی162-1-1- مدل DSPM162-1-2- مدل DSPM-DE172-2- مدل های تئوری192-2-1- مدل بار ثابت192-2-2- مدل بار فضایی192-3- مدلسازی الیاف توخالی202-4- مدلسازی بر مبنای دینامیک سیالات محاسباتی242-5- مدلسازی بر مبنای هوش مصنوعی25فصل سوم- مدل سازی263-1- مدل DSPM-DE273-2- مدل بار فضایی303-3- مدلسازی الیاف توخالی333-3-1- قسمت پوسته343-3-2- قسمت غشا353-3-3- قسمت لوله363-4- مدلسازی با استفاده از هوش مصنوعی373-4-1- شبکه های عصبی مصنوعی383-4-2- مدلهای شبکه های عصبی مصنوعی413-4-2-1- مدل نرون تک ورودی423-4-2-2- مدل نرون چند قطبی463-4-3- ساختار شبکه عصبی483-4-3-1- شبکه تک لایه493-4-3-2- شبکه چند لایه493-4-3-3- شبکه های پس خور یا برگشتی513-4-4- یادگیری شبکه های عصبی مصنوعی523-4-4-1- الگوریتم یادگیری پس از انتشار خطا543-4-5- مدل نزدیک ترین همسایه ها58فصل چهارم-روش المان محدود604-1- مقدمه614-2- تاريخچه روش عناصر محدود624-3- مراحل اصلی تحلیل عناصر محدود634-4- مدل هاي رياضي644-5- روش هاي مهم كلاسيك عددی644-5-1-روش ریتز644-5-1-1- معايب استفاده از روش تحليل ریتز654-5-2- روش گالرکین به عنوان يك روش باقيمانده وزن دار664-5-3- مقایسه روش ریتزو روش گالرکین674-6- حوزه کاربردهای روش عناصر محدود684-7- فرآيند تحليل عناصر محدود684-8- ملاحظات همگرايي در تحليل عناصر محدود694-9- خطاهاي تحليل عناصر محدود704-10- معيارهاي همگرايي يکنوا704-10-1- معيارهاي همگرايي يکنوا- شرط سازگاري71فصل پنجم- نتایج و بحث725-1- مدل سازی سیستم غشایی735-1-1- مدل سازی ریاضی735-1-2- هندسه و مش بندی745-1-3- نتایج مدلسازی برای سیستم استوانه ای755-2- مدل سازی سازی غشای نانوفیلتراسیون الیاف توخالی855-2-1-1- اثر دبی ورودی915-3- مدل سازی به روش شبکه عصبی935-4- مدل سازی با استفاده از انفیس975-5- مدل سازی به روش نزدیک ترین همسایهها102فصل ششم-نتیجه گیری و پیشنهادها1086-1- نتیجه گیری1086-2- پیشنهادات109منابع و ماخذ111 فهرست جدول ها عنوانصفحهجدول 2-1- کاربرد نانوفیلتراسیون در صنایع مختلف9جدول 5-1– شرایط خوراک در مدل سازی88جدول 5-2- مقایسه دقت محاسبات در نرون های مختلف94جدول 5-3- ارزیابی دقت مدل برای توابع عضویت مختلف100 فهرست شکل ها عنوانصفحهشکل 2-1- شمایی از سیستم غشایی الیاف توخالی21شکل 2-2- غشای الیاف توخالی ، الف: فرض یک استوانه تودرتو برای یک فیبر غشاییب: مقطع عرضی واقعی سیستم23شکل2-3- سیستم غشایی شامل کانال عبور جریان و غشای نانوفیلتراسیون24شکل3-1 المان اولیه سیستم الیاف توخالی برای مدلسازی36شکل 3-2- اجزاي اصلي يک شبکه عصبي بيولوژيک40شکل 3-3- مدل نرون تک ورودی44شکل 3-4- توابع مورد استفاده مدل سلول عصبي47شکل 3-5- مدل چند ورودي يک نرون48شکل 3-6- فرم ساده شده نرون با R ورودي49شکل 3-7- شبکه تک لايه با S نرون50شکل 3-8- شبکه پيش خور سه لايه51شکل 3-9- بلوک تاخير زمانی52شکل 3-10- شبکه تک لايه برگشتي53شکل 5-1- بزرگنمایی قسمتی از مش های سیستمشکل 5-2- شمایی از تغییرات غلظت محوری در کانال7576شکل 5-3- شمایی از تغییرات غلظت کلرید در نقاط مختلف کانال77شکل 5-4- شمایی از تغییرات غلظت کلرید در نقاط مختلف یک مقطع عرضی78شکل 5-5- شمایی از تغییرات غلظت کلرید در نقاط مختلف یک مقطع طولی79شکل 5-6-تغییرات دبی یون کلرید در مقطع شعاعی کانال80شکل 5-7- شمایی از تغییرات غلظت کلرید در نقاط مختلف غشا81شکل 5-8- شمایی از تغییرات غلظت کلرید در نقاط مختلف غشا82شکل 5-9- تغییرات درصد جداسازی یون کلرید نسبت به فشار83شکل 5-10- تغییرات درصد جداسازی کلرید بر حسب بار سطحی غشا84شکل5-11- ارزیابی مدل در مقایسه با سیستم الیاف توخالی مشابه87شکل 5-12- توزیع دبی در سیستم غشایی الیاف توخالی89شکل 5-13- توزیع غلظت در جهت شعاعی در غشای الیاف توخالی90شکل 5-14- تغییرات غلظت بر حسب فاصله، در مقادیر متفاوت دبی ورودی سیال لوله91شکل 5-15- تغییرات غلظت بر حسب فاصله، در مقادیر متفاوت دبی ورودی سیال پوسته92شکل 5-16- مقایسه درصد جداسازی حاصل از مدلسازی و مقادیر آزمایشگاهی درصد جداسازی95شکل 5-17- ساختار انفیس97شکل 5-18- ساختار انفیس همراه ورودی و خروجیهای آن99شکل 5-19- نتایج مقایسه درصد جداسازی از مدلسازی و داده های آزمایشگاهی101شکل 5-20- مقایسه نتایج مدلسازی و داده های آزمایشگاهی برای شرایط مختلف غلظت، فشار و pH105 علائم و نشانه ها توضيحاتعلائم و نشانه هاواحدچگالیسرعتm/sفشارPنیروی حجمیFKg m2/sویسکوزیتهویسکوزیته موثرضریب انتقال جرم جز im2/sدبی انتقال جرم محوری جز iدبی انتقال جرم شعاعی جز iغلظت جز iMol/m3سرعتm/sپتانسیل الکتریکیVثابت گازهاRفصل اول 1- مقدمه ومفاهيماوليه1-1- مقدمهفیلتراسیون فرآیندی که طی آن حلشونده با عبور از یک محیط یا مانع نیمتراوا، به صورت فیزیکی جداسازی میگردد. فرآیندهای غشایی، فرآیندهای فیلتراسیون پیشرفتهای هستند که از خواص جداسازی لایههای پلیمری یا غیرآلی متخلخل بهره میگیرند و در گستره وسیعی از فرآیندهای صنعتی به منظور جداسازی مولکولهای زیستی، کلوئیدها، یونها، حلالها و همچنین گازها مورد استفاده میباشند. در تعریف IUPAC، نانوفیلتراسیون یک فرآیند جداسازی بر پایه غشا و با نیرو محرکه فشار است، که در آن، ذرات و مولکولهای کوچکتر از 2 نانومتر جدا می شوند[1]. غشاها میتوانند در بيشتر فرايندهای جداسازی به کار روند و فرايندهای شيميايي از قبيل تقطير، استخراج و جذب را تکميل نمايند و يا جايگزين مناسبی برای آنها باشند. 1-1-1- مزايای جداسازی غشاييمصرف انرژي كمتر براي انجام جداسازيامكان انجام عمليات جداسازي در دماي محيطسهولت دستيابي به كليه فازهاي جداسازي شدهانجام عمليات جداسازي توسط تجهيزاتي با وزن و حجم كمنصب و عمليات سادهحداقل نياز به كنترل، بازرسي، تعمير و نگهداريعدم نياز به استفاده از مواد شيميايي براي جداسازي و در نتيجه عدم وجود مسائل زيست محيطيدر گذشته بیش ترین کاربرد میکروفیلتراسیون در صنایع نوشیدنی، سترون سازی تجاری سرد برای مصارف دارویی و تامین آب خالص در فرایندهای نیمه رسانایی بود. تا سال 1960 با وجود درک اصول اساسی غشاهای مدرن صنایع مهمی در این زمینه وجود نداشت تا اینکه به تدریج با رفع برخی از معایب آنها نظیر قیمت بالا، فرایندهای کند و زمانبر، غیر انتخابی بودن و... غشاها از آزمایشگاه به صنعت راه یافتند. غشاها را به چند صورت می توان طبقهبندی کرد[2,3]: 1-1-2- طبقه بندی غشاهادستهبندی بر اساس ماده سازنده:پليمرهای آلی، مواد غيرآلی (اکسيدها، سراميک ها و فلزات)، ماتريس های هيبريدی يا مواد کامپوزيتدستهبندی بر اساس سطح مقطع غشا:ايزوتروپيک (متقارن)، ناهمسان (نامتقارن)، دو يا چندلايه ای، لايه نازک کامپوزيت ماتريس هيبريدیدستهبندی بر اساس روش آماده سازی:جدايش فاز پليمرها، فرايند سل- ژل، واکنش سطحی، کش دهی، اکستروژن، حکاکیدستهبندی بر اساس شکل غشا:صفحه ای، فيبرتوخالی و کپسول توخالیاساس فرایندهای غشایی عبور مواد از میان صافی است که این امر توسط یک نیروی رانشی صورت میگیرد. این رانش در فرایندهای غشایی به چهار دسته تقسم می شود و شامل:الف) اختلاف فشار: در فرایندهای غشایی میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوسب) اختلاف پتانسیل الکتریکی : نظیر الکترودیالیز و الکترولیز غشاییج) اختلاف دماد) اختلاف غلظتدر فرایندهای غشایی میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس نیروی رانش اختلاف فشار است اما در سایر فرایندهای غشایی همانگونه که اشاره شد، این نیروی رانشی میتواند متفاوت باشد. دامنه کاربرد و ابعاد انواع غشاهای میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس متفاوت است.
مدل سازی حذف یون کلرید از میعانات گازی با استفاده از نانوفیلتراسیون word
کلمات کلیدی: نانوفیلتراسیون، مدل سازی، مدل بار فضایی، شبکه عصبی، یون کلرید، میعانات گازی فهرست مطالبعنوانصفحهفصل اول- مقدمه و مفاهیم اولیه11-1- مقدمه21-1-1- مزایای جداسازی غشایی21-1-2- طبقه بندی غشاها31-2- نانوفیلتراسیون51-2-1-ویژگی ها و مشخصات اصلی نانوفیلتراسیون61-2-2- ساختار نانوفیلتراسیون71-2-3- کاربرد نانوفیلتراسیون81-3- میعانات گازی111-4- تعریف مساله و بیان سوال های اصلی تحقیق12فصل دوم- مروری بر تحقیقات گذشته152-1- مدل های آزمایشگاهی162-1-1- مدل DSPM162-1-2- مدل DSPM-DE172-2- مدل های تئوری192-2-1- مدل بار ثابت192-2-2- مدل بار فضایی192-3- مدلسازی الیاف توخالی202-4- مدلسازی بر مبنای دینامیک سیالات محاسباتی242-5- مدلسازی بر مبنای هوش مصنوعی25فصل سوم- مدل سازی263-1- مدل DSPM-DE273-2- مدل بار فضایی303-3- مدلسازی الیاف توخالی333-3-1- قسمت پوسته343-3-2- قسمت غشا353-3-3- قسمت لوله363-4- مدلسازی با استفاده از هوش مصنوعی373-4-1- شبکه های عصبی مصنوعی383-4-2- مدلهای شبکه های عصبی مصنوعی413-4-2-1- مدل نرون تک ورودی423-4-2-2- مدل نرون چند قطبی463-4-3- ساختار شبکه عصبی483-4-3-1- شبکه تک لایه493-4-3-2- شبکه چند لایه493-4-3-3- شبکه های پس خور یا برگشتی513-4-4- یادگیری شبکه های عصبی مصنوعی523-4-4-1- الگوریتم یادگیری پس از انتشار خطا543-4-5- مدل نزدیک ترین همسایه ها58فصل چهارم-روش المان محدود604-1- مقدمه614-2- تاريخچه روش عناصر محدود624-3- مراحل اصلی تحلیل عناصر محدود634-4- مدل هاي رياضي644-5- روش هاي مهم كلاسيك عددی644-5-1-روش ریتز644-5-1-1- معايب استفاده از روش تحليل ریتز654-5-2- روش گالرکین به عنوان يك روش باقيمانده وزن دار664-5-3- مقایسه روش ریتزو روش گالرکین674-6- حوزه کاربردهای روش عناصر محدود684-7- فرآيند تحليل عناصر محدود684-8- ملاحظات همگرايي در تحليل عناصر محدود694-9- خطاهاي تحليل عناصر محدود704-10- معيارهاي همگرايي يکنوا704-10-1- معيارهاي همگرايي يکنوا- شرط سازگاري71فصل پنجم- نتایج و بحث725-1- مدل سازی سیستم غشایی735-1-1- مدل سازی ریاضی735-1-2- هندسه و مش بندی745-1-3- نتایج مدلسازی برای سیستم استوانه ای755-2- مدل سازی سازی غشای نانوفیلتراسیون الیاف توخالی855-2-1-1- اثر دبی ورودی915-3- مدل سازی به روش شبکه عصبی935-4- مدل سازی با استفاده از انفیس975-5- مدل سازی به روش نزدیک ترین همسایهها102فصل ششم-نتیجه گیری و پیشنهادها1086-1- نتیجه گیری1086-2- پیشنهادات109منابع و ماخذ111 فهرست جدول ها عنوانصفحهجدول 2-1- کاربرد نانوفیلتراسیون در صنایع مختلف9جدول 5-1– شرایط خوراک در مدل سازی88جدول 5-2- مقایسه دقت محاسبات در نرون های مختلف94جدول 5-3- ارزیابی دقت مدل برای توابع عضویت مختلف100 فهرست شکل ها عنوانصفحهشکل 2-1- شمایی از سیستم غشایی الیاف توخالی21شکل 2-2- غشای الیاف توخالی ، الف: فرض یک استوانه تودرتو برای یک فیبر غشاییب: مقطع عرضی واقعی سیستم23شکل2-3- سیستم غشایی شامل کانال عبور جریان و غشای نانوفیلتراسیون24شکل3-1 المان اولیه سیستم الیاف توخالی برای مدلسازی36شکل 3-2- اجزاي اصلي يک شبکه عصبي بيولوژيک40شکل 3-3- مدل نرون تک ورودی44شکل 3-4- توابع مورد استفاده مدل سلول عصبي47شکل 3-5- مدل چند ورودي يک نرون48شکل 3-6- فرم ساده شده نرون با R ورودي49شکل 3-7- شبکه تک لايه با S نرون50شکل 3-8- شبکه پيش خور سه لايه51شکل 3-9- بلوک تاخير زمانی52شکل 3-10- شبکه تک لايه برگشتي53شکل 5-1- بزرگنمایی قسمتی از مش های سیستمشکل 5-2- شمایی از تغییرات غلظت محوری در کانال7576شکل 5-3- شمایی از تغییرات غلظت کلرید در نقاط مختلف کانال77شکل 5-4- شمایی از تغییرات غلظت کلرید در نقاط مختلف یک مقطع عرضی78شکل 5-5- شمایی از تغییرات غلظت کلرید در نقاط مختلف یک مقطع طولی79شکل 5-6-تغییرات دبی یون کلرید در مقطع شعاعی کانال80شکل 5-7- شمایی از تغییرات غلظت کلرید در نقاط مختلف غشا81شکل 5-8- شمایی از تغییرات غلظت کلرید در نقاط مختلف غشا82شکل 5-9- تغییرات درصد جداسازی یون کلرید نسبت به فشار83شکل 5-10- تغییرات درصد جداسازی کلرید بر حسب بار سطحی غشا84شکل5-11- ارزیابی مدل در مقایسه با سیستم الیاف توخالی مشابه87شکل 5-12- توزیع دبی در سیستم غشایی الیاف توخالی89شکل 5-13- توزیع غلظت در جهت شعاعی در غشای الیاف توخالی90شکل 5-14- تغییرات غلظت بر حسب فاصله، در مقادیر متفاوت دبی ورودی سیال لوله91شکل 5-15- تغییرات غلظت بر حسب فاصله، در مقادیر متفاوت دبی ورودی سیال پوسته92شکل 5-16- مقایسه درصد جداسازی حاصل از مدلسازی و مقادیر آزمایشگاهی درصد جداسازی95شکل 5-17- ساختار انفیس97شکل 5-18- ساختار انفیس همراه ورودی و خروجیهای آن99شکل 5-19- نتایج مقایسه درصد جداسازی از مدلسازی و داده های آزمایشگاهی101شکل 5-20- مقایسه نتایج مدلسازی و داده های آزمایشگاهی برای شرایط مختلف غلظت، فشار و pH105 علائم و نشانه ها توضيحاتعلائم و نشانه هاواحدچگالیسرعتm/sفشارPنیروی حجمیFKg m2/sویسکوزیتهویسکوزیته موثرضریب انتقال جرم جز im2/sدبی انتقال جرم محوری جز iدبی انتقال جرم شعاعی جز iغلظت جز iMol/m3سرعتm/sپتانسیل الکتریکیVثابت گازهاRفصل اول 1- مقدمه ومفاهيماوليه1-1- مقدمهفیلتراسیون فرآیندی که طی آن حلشونده با عبور از یک محیط یا مانع نیمتراوا، به صورت فیزیکی جداسازی میگردد. فرآیندهای غشایی، فرآیندهای فیلتراسیون پیشرفتهای هستند که از خواص جداسازی لایههای پلیمری یا غیرآلی متخلخل بهره میگیرند و در گستره وسیعی از فرآیندهای صنعتی به منظور جداسازی مولکولهای زیستی، کلوئیدها، یونها، حلالها و همچنین گازها مورد استفاده میباشند. در تعریف IUPAC، نانوفیلتراسیون یک فرآیند جداسازی بر پایه غشا و با نیرو محرکه فشار است، که در آن، ذرات و مولکولهای کوچکتر از 2 نانومتر جدا می شوند[1]. غشاها میتوانند در بيشتر فرايندهای جداسازی به کار روند و فرايندهای شيميايي از قبيل تقطير، استخراج و جذب را تکميل نمايند و يا جايگزين مناسبی برای آنها باشند. 1-1-1- مزايای جداسازی غشاييمصرف انرژي كمتر براي انجام جداسازيامكان انجام عمليات جداسازي در دماي محيطسهولت دستيابي به كليه فازهاي جداسازي شدهانجام عمليات جداسازي توسط تجهيزاتي با وزن و حجم كمنصب و عمليات سادهحداقل نياز به كنترل، بازرسي، تعمير و نگهداريعدم نياز به استفاده از مواد شيميايي براي جداسازي و در نتيجه عدم وجود مسائل زيست محيطيدر گذشته بیش ترین کاربرد میکروفیلتراسیون در صنایع نوشیدنی، سترون سازی تجاری سرد برای مصارف دارویی و تامین آب خالص در فرایندهای نیمه رسانایی بود. تا سال 1960 با وجود درک اصول اساسی غشاهای مدرن صنایع مهمی در این زمینه وجود نداشت تا اینکه به تدریج با رفع برخی از معایب آنها نظیر قیمت بالا، فرایندهای کند و زمانبر، غیر انتخابی بودن و... غشاها از آزمایشگاه به صنعت راه یافتند. غشاها را به چند صورت می توان طبقهبندی کرد[2,3]: 1-1-2- طبقه بندی غشاهادستهبندی بر اساس ماده سازنده:پليمرهای آلی، مواد غيرآلی (اکسيدها، سراميک ها و فلزات)، ماتريس های هيبريدی يا مواد کامپوزيتدستهبندی بر اساس سطح مقطع غشا:ايزوتروپيک (متقارن)، ناهمسان (نامتقارن)، دو يا چندلايه ای، لايه نازک کامپوزيت ماتريس هيبريدیدستهبندی بر اساس روش آماده سازی:جدايش فاز پليمرها، فرايند سل- ژل، واکنش سطحی، کش دهی، اکستروژن، حکاکیدستهبندی بر اساس شکل غشا:صفحه ای، فيبرتوخالی و کپسول توخالیاساس فرایندهای غشایی عبور مواد از میان صافی است که این امر توسط یک نیروی رانشی صورت میگیرد. این رانش در فرایندهای غشایی به چهار دسته تقسم می شود و شامل:الف) اختلاف فشار: در فرایندهای غشایی میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوسب) اختلاف پتانسیل الکتریکی : نظیر الکترودیالیز و الکترولیز غشاییج) اختلاف دماد) اختلاف غلظتدر فرایندهای غشایی میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس نیروی رانش اختلاف فشار است اما در سایر فرایندهای غشایی همانگونه که اشاره شد، این نیروی رانشی میتواند متفاوت باشد. دامنه کاربرد و ابعاد انواع غشاهای میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس متفاوت است.