Includes a title page in Arabic

Thesis (Ph.D.) Doctoral Egypt - Japan University of Science and Technology (E-JUST) - School of Energy , Environmental , Chemical and Petrochemicals Engineering - Chemical and Petrochemicals Engineering Department 2024

Includes bibliographical references

The main objective of this work is to develop an integrated membrane distillation (MD) unit and improve its performance The research work was divided into three main parts The first part is developing a new theoretical model to investigate the Janus membrane performance by incorporating the mass transfer resistance of the hydrophilic layer in the model In such a case , the resulting model represents well the effect of the hydrophilic layer characteristics on thermal efficiency (ns) , temperature polarization coefficient (TPC) , and permeate flux (J). This model was validated experimentally and compared with previous results reported by other authors A combination of Hagen-Poiseuille law and the conventional model (molecular and Knudsen diffusion) was proposed to describe mass transfer through the Janus membrane The model was experimentally validated using commercial polyvinylidene fluoride(C-PVDF) / cellulose acetate (CA) Janus membrane at different feed inlet temperatures and showed a good match with experimental flux Also , the effect of MD operating conditions on exergy destruction has been previously reported based on the one-factor-at-a-time approach The current work pursues a quantitative approach for optimizing MD parameters using computational fluid dynamic (CFD) and response surface methodology (RSM) coupling Box-Behnken design (BBD) - RSM regression models were utilized to obtain exergy destruction due to temperature polarization (TPD) and total exergy destruction (TED) in terms of operating conditions for the first time A multi-objective optimization approach used the derived models to optimize the operating conditions The results show that no , TED , and TPD were affected significantly by feed inlet temperature (Tr) and permeate inlet temperature (T) changes However , feed inlet salinity (Sr) and permeate inlet flow rate (Q,) were irrelevant Moreover , it was found that Tr Qr , and Tp have the most critical effect on TPC That is to say, if the flux is the priority , Tr and Qr should be increased to optimum values of 62.9 °C and 319.6 ml/min , respectively However ,Tr should be decreased to optimum values of 46.7 and 41,4 °C , respectively , if TPC, TPD , and TED are the targets

الهدف الرئيسي من هذا العمل هو تطوير وحدة التقطير الغشائي المتكاملة و تحسين أدائها لم تقسيم العمل البطلي إلى ثلاثة أجزاء رئيسية الجزء الأول هو تطوير نموذج نظري جديد لدراسة أداء عشاء مكون من طبقتين من خلال دمج مقاومة التقال الكتلة للطبقة المحبة الماء في النموذج في مثل هذه الحالة ، يمثل النموذج الناتج بشكل جيد تأثير خصائص الطبقة المحبة الماء على الكفاءة الحرارية (1) و معامل استقطاب درجة الحرارة (TPC) ، و انتاجيه النظام (1) ثم التحقق من صحة هذا النموذج تجريبيا و مقارنته بالأبحاث السابقه ثم اقتراح مزيج من قانون هاغن جوازويل و النموذج التقليدي الانتشار الجزيئي و انتشار نودسن لوصف انتقال الكتلة عبر الغشاء ذو الطبقتين ثم التحقق من صحة النموذج تجريبيا باستخدام الغشاء المكون طبقه فلوريد البولي فينيلدين التجاري (C-PVDF) و طبقه أسيتات السليلوز (CA) عند درجات حرارة مختلفة لمياء التغذية و أظهر تطابقا جيدا مع النتائج المعمليه أيضا يتبع العمل الحالي نهجا كميا لتحسين مؤشرات الأداء لوحدة التقطير الغشاني باستخدام اقتران ديناميكي المواقع الحسابي (CFD) و منهجية سطح الاستجابة (RSM) تم تطوير استخدام نموذج تصمیم Box-Behnken (BBD) RSM للحصول على قيم نقص الاتاحيه الناتجة عن استقطاب درجة الحرارة (TPD) نقص الاناجيه الكلي (TED) من حيث ظروف التشغيل لأول مرة استخدم نهج التحصين متعدد الأهداف النماذج المشتقة لتحسين ظروف التشغيل اظهرت النتائج أن n و TED و TPD تكروا بشكل كبير بتغيرات درجة حرارة لمياء التغذية (T) و تغيرات درجة حرارة لمياء التبريد (T) و مع ذلك ، كان تأثير ملوحة مياه التغذية (S) و معدل تدفق مياه التبريد (Q) محدود جدا بينما وجد أن T ويQ و T لهم التأثير الأكثر أهمية على TPC و هذا يعني أنه إذا كان التدفق هو الأولوية ، فيجب زيادة T وب إلى القيم المثلى البالغة 629 درجة مئوية و 319.58 مل دقيقة ، على التوالي و مع ذلك ، ينبغي خفض T إلى القيم الدنيا البالغة 46.69 و 41.4 درجة مئوية ، على التوالي ، إذا كانت الأهداف ذات الأولويه هم TPC و TPD TED , الجزء الثاني من هذا العمل هو تطوير عشاء معدل مناسب الMD من خلال دمج مادة حشو نانوية مستدامة و خضراء ، مثل جسيمات السيليكا النانوية (SiNP) ، في غشاء PVDF المناسب لعملية MD تمت إضافة جسيمات السيليكا النانوية (SiNP) المنتجة من نفايات قش الأرز إلى تركيبة الغشاء التقليدي الكاره للماء من مادة PVDF تمت مقارنة أداء عشاء PVDF/SINP مع الأنابيب النانوية الكربونية PVDF متعددة الجدران (MWCNTS) و أظهر تحسنا في انتاجيه النظام أظهرت النتائج أن مسامية الأغشية المركبة النانوية زادت باستخدام MWCNTS و SiNP من 67.44% لغشاء PVDF (P-PVDF) الأصلي إلى 75.06% و 82.06% على التوالي ، كما زادت زاوية التلامس من 93.54 درجة لغشاء PVDF الأصلي إلى 99.85 و 113.09 ، على التوالي انتجت PVDF/MWCNTS و PVDF/SiNP مياه محلاه بقيمه 8.97 و 11.98 كجم / ساعة عند درجة حرارة مدخل التغذية 80 درجة مئوية ، على التوالي ، مقارنة بانتاجيه P-PVDF البالغ 6.53 كجم/م2 ساعة

Issued also as a digital file (for more information please check our Digital Repository)

(EECE) School of Energy Resources, Environmental, Chemical and Petrochemical Engineering (CPE) Chemical and Petrochemicals Engineering