فهرست مطالب

فصل اول: فرايندهاي جداسازي

.۱-۱ – مقدمه…………………………………………………………………………………………………………….1
2.۱-۲ – جداسازي فازها…………………………………………………………………………………………………2
١-٢-١ – جداسازي فازها با استفاده از غشا …………………………………………………………………………٤
۱-۳ – انتخاب روش جداسازي ………………………………………………………………………………………….٥
۱-۴ – مقايسه فرايندهاي جداسازي ………………………………………………………………………………….٥

فصل دوم: فرايندهاي جداسازي غشايي

۲-۱ – مقدمه ………………………………………………………………………………………………………….١٣
۲-۲ – تاريخچه ………………………………………………………………………………………………………..١٥
.۲-۳ – شرح و توصيف غشا………………………………………………………………………………………….18
.۲-۴ – فرايندهاي غشايي…………………………………………………………………………………………..19

فصل سوم : فرايند تراوش تبخيري

۳-۱ – مقدمه …………………………………………………………………………………………………………٢٦
۳-۲ – ساخت غشاهاي تراوش تبخيري …………………………………………………………………………..٣٠
34.-۳ -خصوصيات غشاهاي تراوش تبخيري……………………………………………………………………….34
.۳-۴ – ارزيابي كارايي غشاي تراوش تبخيري و وابستگي آن به غلظت………………………………………..35
۳-۵ – بررسي پارامتر هاي مختلف در فرايند تراوش تبخيري ……………………………………………………..٣٧
۳-۵-۱ – فشار بالادست ………………………………………………………………………………………………٣٧
.۳-۵-۲ – فشار پايين دست……………………………………………………………………………………………39
.۳-۵-۳ – دما…………………………………………………………………………………………………………….40
43..-۵-۴ – ضخامت فيلم………………………………………………………………………………………………43
.۳-۶ -توصيف مكانيسم تراوش تبخيري………………………………………………………………………………44
۳-۷ – توصيف كيفي انتقال جرم ……………………………………………………………………………………..٤٨
۳-۸ – انتقال يك مايع خالص از طريق تراوش تبخيري ……………………………………………………………….٥٤
۳-۹ – انتقال مخلوطهاي مايع دو تايي از طريق تراوش تبخيري ……………………………………………………٥٧
63.-۱۰ – معادلات حاكم بر جريان پيوسته تراوش تبخيري…………………………………………………………..63
.۳-۱۰-۱ – اولين روش آناليز……………………………………………………………………………………………..64
۳-۱۰-۲ – آناليزانتقال جرم و حرارات بر اساس بررسي اثر تركيب مخلوط مايع روي خصوصيات غشاي …………………………………………………………………………………………………………………………….٦٨
۳-۱۱ مقايسه فرايند تراوش تبخيري و تكنيك هاي جانبي ………………………………………………………….٧٠
۳-۱۱-۱ تراوش تبخيري گرمايي ………………………………………………………………………………………..٧١
۳-۱۱-۲ تراوش بخار ………………………………………………………………………………………………………٧٢
۳-۱۱-۳ اسمز معكوس خلأ ………………………………………………………………………………………………٧٣
۳-۱۱-۵ تقطير غشايي ……………………………………………………………………………………………………٧٤
۳-۱۲ – كاربردهاي فرايند تراوش تبخيري ……………………………………………………………………………….٧٩
۳-۱۲-۱ – مخلوطهاي آبي ………………………………………………………………………………………………..٨١
۳-۱۲-۲ – مخلوطهاي غيرآبي ……………………………………………………………………………………………٨١

– فصل چهارم : كاربرد فرايند تراوش تبخيري در صنعت

.۴-۱ – مقدمه …………………………………………………………………………………………………………..٨٤
.۴-۲ – پيشرفت هاي فرايند تراوش تبخيري در صنعت………………………………………………………………٨٤
.۴-۳ – مسائل جانبي مربوط به مهندسي تراوش تبخيري…. ………………………………………………………٨٦
.۴-۳-۱ – نفوذ جابجايي از درون غشاي كاري توسط غشاي تراوش تبخيري………………………………………87
. ۴-۳-۲ – افت دماي ايجاد شده به وسيله تبخير permeate……………ا……………………………………………87
.۴-۳-۳ – تراوش كننده تبخيري مجهز شده با فيبرهاي سوراخ دار…………………………………………………..89
. ۴-۳-۴ – تركيب كردن سيستمهاي تراوش كننده تبخيري و برجهاي تراوش تبخيري……………………………….89
. ۴-۳-٤-١.- پلاريزاسيون غلظتي فرايند تراوش تبخيري………………………………………………………………..90
. ۴-۳-٤-٢.- بررسي زمان اقامت در تراوش تبخيري…………………………………………………………………….90
۴-۳-٥ – سيستمهايي كه با تراوش تبخيري تلفيق شده اند ………………………………………………………….90
۴-۴ مثالي از فرايند تراوش تبخيري در صنعت …………………………………………………………………………..٩٣

فصل پنجم: مدلسازي فرايند تراوش تبخيري

. ۵-۱ – مقدمه………………………………………………………………………………………………………………97
. ۵-۲ – معادلات فلاکس فرمول استفان- ماکسول……………………………………………………………………..98
۵-۲-۱ رابطه نيروهاي محركه عمومي شده ترموديناميک بازگشت ناپذير ………………………………………… ٩٩
۵-۳ – مدل تراوش تبخيری …………………………………………………………………………………………….. ١٠١
۵-۴ – ارزيابی نفوذ های استفان- ماکسول …………………………………………………………………………. ١٠٣
۵-۴-۱ – وابستگی غلظت پارامترهای نفوذی ……………………………………………………………………….. ١٠٣
. ۵-۵ – ترم تعادلی……………………………………………………………………………………………………….105
. ۵-۶ – تعيين پا رامترهای بر هم کنش فلوری هاگينز……………………………………………………………….106
۵-۷ – تعيين پارامتر های نفوذ استفان- ماکسول …………………………………………………………………… ١٠٨
. ۵-۸ – تابع خوشه ای…………………………………………………………………………………………………..110
. ۵-۹ – حل معادله و مقايسه نتايج……………………………………………………………………………………111
فصل ششم: نتيجه گيری و پيشنهاد
۶-۱.-فرضياتی که در حل معادله به کار رفته ………………………………………………………………………… ١١٩
۶-۲.-نتيجه گيری وپيشنهادات ……………………………………………………………………………………….. ١١٩
مراجع ……………………………………………………………………………………………………………………..١٢٠

جدول

جدول۱-۱ فرايندهای جداسازی بر پايه خصوصيات فيزيکی و شيميايی …………………………………………….٨
جدول۲-۱ تاريخچه غشا ………………………………………………………………………………………………..١٦
جدول۲-۲ پيشرفتهای فرايند تکنولوژی غشا …………………………………………………………………………١٦
جدول۲-۳ نيروی محرکه در فرايند های غشايی ……………………………………………………………………..٢١
جدول۳-۱ معادلات بيان کننده خصوصيات مدول ………………………………………………………………………..٦٧
جدول۳-۲ مقايسه مسير آزاد متوسط آب- اتانول و قطر حفره غشای استفاده شده ……………………………..٧٧
جدول۳-۳ ترکيب آزئوتروپی مخلوطهای مايع ……………………………………………………………………………٧٩
جدول۴-۱ واحدهاي PV نصب شده در اروپاي غربي و آمريكا بين سالهاي ١٩٨٤ تا ١٩٨٧ ……………………….٨٥
جدول۴-۲ واحدهاي PV نصب شده در ژاپن در ١٩٨٧ …………………………………………………………………٨٥
.جدول۵-۱ ميل به خوشه ای شدن متانول……………………………………………………………………………110
.جدول٥-۲ اطلاعات جمع آوری شده از مراجع مختلف……………………………………………………………….111
.جدول۵-۳ خصوصيات غشا …………………………………………………………………………………………….١١١
.جدول۵-۴ خصوصيات فيزيکی ………………………………………………………………………………………….١١١
.جدول۵-۵ داده های آزمايشگاهی…………………………………………………………………………………….111
.جدول۵-۶ مقايسه نتايج حاصل از حل معادله ا ويلر و داده های آزمايشگاهی………………………………….112

شرح شکل

شکل۲-۱ شماتيک غشا ……………………………………………………………………………………………….٣۱
شکل۳-۱ يك ابزار نيمه اتوماتيك براي توصيف آناليز غشاهاي تراوش تبخيري ……………………………………..٣٦
شکل۳-۳ تراوش تبخيری آب- تتراهيدروفوران از درون غشای آب دوست…………………………………………….٤٠
شکل۳-۴ گزينش پذيری غشا …………………………………………………………………………………………….٤٥
شکل۳-۵ تراوش تبخيري مخلوط آزئوتروپي هگزان-اكريلوپيروليديد كلروفورم از درون غشا پلي ……………………٤٧
شکل۳-۶ جداسازی آب-اتانول در پل. ي وينيل الکل …………………………………………………………………….٥١
شکل۳-۷ رژيمهاي انتقال حالتتبخيري از درون يكنواخت (SS) غشاهاي آب تعويض خالص يوني فرآيندآب -شده بهدوست وسيله تراوش ………………………………………………………………………………………………………………………….٥٦
شکل۳-۸ رفتار ترموديناميک ي سيستم سه تايی آب- اتانول- پلی وينيل الکل ……………………………………..٥٨
شکل۳-۹ مدول تراوش تبخيری ……………………………………………………………………………………………٦٣
شکل۳-۱۰ تراوش تبخيری گرمايی ………………………………………………………………………………………٧١
شکل۳-۱۱ شماتيک تقطير غشايی ………………………………………………………………………………………٧٦
شکل۳-۱۲ تلفيقي از تقطير و تراوش تبخيري …………………………………………………………………………..٨٠
شکل۴-۱ آب زدايی از مخلوط آزئوتروپی آب- اتانول …………………………………………………………………….٩٤
.شکل۵-۱ جذب همدمای آب در غشایPDMSدر۴۰ درجه سلسيوس……………………………………………..107
.شکل۵-۲ پارامتر بر هم کنش آب پليمر به عنوان تابعی از جزء حجمی در پليمر…………………………………108
.شکل۵-۳ پارامتر بر هم کنش آب پليمر به عنوان تابعی از اکتيويته……………………………………………….108
.شکل۵-۴ تغييرات ضريب نفوذ متانول با غلظت در پليمر……………………………………………………………108
.شکل۵-۵ تغييرات جزء مولی متانول در طول غشا به ازای ۳درصد وزنی متانول در خوراک …………………………………………………………………………………………………………………………..١١٣
.شکل۵-۶ تغييرات جزء مولی آب در طول غشا به ازای ۳درصد متانول در خوراک…………………………………………………………………………………………………………………113
.شکل۵-۷ نمودار ترکيبی شکل ۶و۷……………………………………………………………………………….114
.شکل۵-۸ تغييرات جزء مولی متانول در طول غشا به ازای۱ درصدوزنی متانول در خوراک…………………………………………………………………………………………………………………..115
.شکل۵-۹ تغييرات جزء مولی آب در طول غشا به ازای ۱درصد وزنی متانول در خوراک………………………………………………………………………………………………………………….115
.شکل۵-۱۰ نمودار ترکيبی شکل ۸و۹……………………………………………………………………………..116.
.شکل۵-۱۱ تغييرات جزء مولی متانول در طول غشا به ازای۳,۰درصد وزنی متانول در خوراک…………………………………………………………………………………………………………………..116
.شکل۵-۱۲ تغييرات جزء مولی آب در طول غشا به ازای ۳,۰درصد وزنی متانول در خوراک…………………………………………………………………………………………………………………..116
.شکل۵-۱۳ نمودار ترکيبی شکل۱۱و۱۲……………………………………………………………………………..117
.شکل۵-۱۴. مقايسه گزينش پذيری تئوری و تجربی ………………………………………………………………١١٧

فصل اول
۱-۱ مقدمه:
بسياري از عمليات مهندسي شيمي با مسأله تغيير غلظت در محلول ها و مخلوط ها سرو كار دارند. كه اين تغييرات الزامﹰا توسط واكنش هاي شيميايي صورت نمي پذيرند. اين عمليات بيشتر بهجداسازي مخلوط ها به سازنده هاي آنها مربوط مي شود. در مورد مخلوط ها اين اعمال ممكن است بهطرق كام ﹰلا مكانيكي مانند صاف كردن (Filtration) يك مخلوط معلق و جدا نمودن جزء جامد از مايعو يا جداسازي اجزاء مختلف و خرد شدة يك مخلوط با اندازه هاي مختلف از طريق غربال كردن و جداسازي ذرات جامد آسياب شده با استفاده از اختلاف جرم ويژة آنها صورت گيرد . از طرف ديگر درصورتي كه عمليات مورد نظر سبب به وجود آمدن تغييراتي درتركيب مخلوط ها شود آنها را عملياتانتقال جرم مي نامند. اهميت اين عمليات كام ﹰلا واضح است چون ندرتﹰا مي توان يك فرآيند شيمياييرا يافت كه نياز به خالص سازي اوليه مواد خام و يا جداسازي نهائي محصولات از محصولات جانبيحاصله از واكنش نداشته باشد و به دلائل مذكور، عمليات انتقال جرم عمومﹰا مورد استفاده قرارمي گيرند. با مشاهده برج هاي تقطير متعدد در يك پالايشگاه نفت ديده مي شود كه در هريك از آنهاعمليات انتقال جرم صورت مي پذيرد. غالبﹰا قسمت اعظم هزينه هاي مربوط به يك فرآيند صرف انجامجداسازي هاي وابسته مي گردد. مخارج مربوط به اين جداسازي ها و خالص سازي ها، بستگي مستقيمبه نسبت غلظت نهائي به غلظت ابتدايي مواد جدا شده خواهد داشت اگر اين نسبت بزرگ باشد،قيمت تمام شده محصول بالاتر خواهد رفت. در ب رخي موارد عمل جداسازي منجر به حصول يك فاز خالص خواهد گرديد. زيرا كه يكي از فازهادر حالت تعادلي با فاز ديگر، فقط حاوي يك جزء خواهد بود. مث ﹰلا بخار آب در حالت تعادل با محلولآب نمك هرگز حاوي نمك نخواهد بود.
وقتي دو فاز با هم در تماسند بلافاصله به تعادل نميرسند. بنابراين سيستم به مرور زمان در اثرنفوذ كند سازنده ها از يك فاز به فاز ديگر به تعادل نزديك مي شود. لذا جداسازي هرگز كامل نخواهدبود. با توجه به وجود سه فاز گاز، جامد و مايع امكان مجاور شدن دو فاز را به شش صورت خواهيمداشت.[61]
١-٢-جداسازی فازها:
الف : گاز ـ گاز
در اكثر موارد گازها به طور كامل با يكديگر مخلوط مي شوند لذا جداسازي اين گروه در صنعتمتداول نيست.
‌ب : گاز ـ مايع
مثل عمل تقطير كه فاز گاز در اثر حرارت دادن به فاز مايع تبديل مي شود و يا فاز مايع که در اثرسرد كردن گازها حاصل مي شود. عامل جداسازي، اختلاف در نقطه جوش اجزا، مي باشد. گاهي هر دو فاز به صورت محلول هستند و يك جزء بين دو فاز توزيع ميگردد. مث ﹰلا مخلوطي ازهوا و آمونياك در اثر مجاورت با آب، از آمونياك عاري مي گردد چون آمونياك در آب حل مي شود. به اين عمل جذب گاز( gas absorptian) گويند.
حال اگر هوا در تماس با محلول آب و آمونياك باشد حل شدن آمونياك از فاز مايع درون فاز گاز رادفع( Stripping) مي گويند. اگر فاز گاز از چند جزء تشكيل شده باشد و فاز مايع از يك جزء ، عمل را رطوبت دادن ( humidification) يا رطوبت گيري (dehumidification )، بسته به جهت انتقال مي نامند.
‌ج : گاز ـ جامد
اگر مخلوطي جامد حاوي چند جزء سازنده، به طور نسبي تبخير گردد بدون آنكه فاز مايعيتشكيل گردد ، اين عمل را تصعيد(sublimation) گويند . وقتي جامدي با يك مايع فرار مرطوب شده باشد و در مجاورت گاز خشك قرار گيرد، رطوبت از جامد ب ه درون گاز نفوذ مي كند. اين عمل راخشك كردن (drying) گويند و گاهي دفع ((desorption هم ناميده مي شود . مثل خشك كردن لباسو خشك كردن الوار.
اگر انتقال رطوبت از گاز به درون جامد باشد، اين عمل را جذب سطحي (adsorption) نامند.. مثلمخلوطي از هواي مرطوب كه در معرض سيليكا ژل فعال شده قرار گيرد. بخار آب به درون جامد نفوذكرده و هوا خشك ميگردد .
د: مايع ـ مايع
عمليات جداسازي كه در آنها دو فاز نامحلول با يكديگر تماس داده مي شوند عمليات استخراجمايع(liquid extraction ) ناميده مي شود مثل استخراج استن از آب.
هـ : مايع ـ جامد
وقتي كليه سازنده ها در دو فاز در وضعيت تعادل قرار گيرند، عمل را تبلور جزء به جزء( fractionalcrystallization) نامند . مثل تهيه فلزات بسيار خالص و يا نيمه هادي.
مثال ديگر، تبلور همراه با مواد اضافيadductive crystallization ) ) است كه در آن جسمي نظير اوره به دليل شكل خاص شبكه بلوري خود، قادر به جذب مولكولهايي با زنجيره هاي طويل مستقيممانند هيدروكربن هاي پارافيني است.
جداسازي انتخابي يك سازنده از يك مخلوط جامد، توسط يك حلال مايع( Leaching) را استخراج باحلال گويند . مثل جداسازي طلا از سنگهاي معدني توسط محل ول سيا نيد يا جداسازي روغن ازپنبه دانه به وسيله هگزان . اگر نفوذ در خلاف جهت فوق باشد فرآيند را جذب سطحي( adsorption) گويند. مثل رفع ناخالصي رنگي محلولهاي شربت قند نيشكر توسط كربن فعال.
ي: جامد ـ جامد
در اين گروه به دليل انتقال جرم كند، هيچگونه عمليات صنعتي نداريم.[61]

۱-۲-۱- جداسازي فازها با استفاده از غشا:
غشاهاي مختلف بسته به نوع عمل جداسازي به طرق گوناگون كار مي كنند. به طور كلي نقش مهمآنها جلوگيري از مخلوط شدن دو فاز محلول در يكديگر است. همچنين وجود آنها باعث جلوگيري ازجريان عادي هيدروديناميكي و جابه جايي اجسام در درون يكديگر از طريق نفوذ مي شود. وجود غشاباعث جداسازي مواد از يكديگر در اثر كنترل راه عبور سازنده ها از يك سوبه سوي ديگر غشامي گردد.
گازـ گاز:
در نفوذ گازي، سازنده هاي مختلف گازي با جرم مولكولي هاي متفاوت با غشايي که دارای تخلخلبسيار ريز است در تماسند و اين سازنده ها با شدت هاي گوناگون كه بستگي به جرم مولكولي آنهادارد از درون غشا عبور خواهند نمود. بدين جهت غلظت سازنده ها در دو طرف غشا متفاوت خواهدشد. مثل جداسازي ايزوتوپ هاي اورانيوم كه باعث خروج هگزا فلورايد اورانيوم به طريق گاز مي شود.
در عمل تراوايي، غشا داراي تخلخل نمی باشدو مكانيسم جداسازی به صورت حلاليت ـ نفوذاست. و اصول جداسازي بر پايه اختلاف حلاليت سازنده هاست. مثل جداسازي هليوم از گاز طبيعيتوسط غشاهاي پليمري فلوروكربن. گاز ـ مايع :
اين عمل توسط تراوايي اجسام از غشا صورت مي گيرد. كه در سمت تراوايي جزء تراوش شدهبه صورت گاز مي باشد. مثل جداسازي آب ـ الكل. مايع ـ مايع :
جداسازي يك جسم بلوري از يك محلول كلوئيدي با استفاده از يك حلال مايع و غشايي كهبتواند فقط بلورهاي حل شده در حلال فوق را از خود عبور دهد انجام مي پذيرد. اين ع مل دياليزناميده مي شود مثل جدا كردن ناخالصي هاي كلوئيدي شربت قند، با استفاده از حلال آب و يك غشانيمه تراوا. در اين عمل آب و قند از غشا عبور مي كنند و ذرات درشت كلوئيدي قادر به عبور نخواهندبود.
اگر نيروي محركه الكتريكي سبب عبور ذرات باردار از غشا گردد فرآيند را الكترو دياليز گويند.
فرايندی که در آن غشا قادر به جدا كردن حلال از محلول باشد را اسمز ((osmosis گويند . با استفاده از فشاري مخالف بر فشار اسمزي مي توان جريان حلال را معكوس كرد كه اين فرآيند رااسمز معكوس –(reverse osmosis) گويند. مثل شيرين سازي آب دريا.
لازم به ذكر است كه تقسيم بندي هاي فوق جامع نبوده ولي عمليات جداسازي مهم را شاملمي شود. در خاتمه به انتخاب روش جداسازي مي پردازيم.[61] ۱- ۳ انتخاب روش جداسازي:
يك مهندس شيمي اغلب با مسأله انتخاب يك عمل جداسازي مناسب از ميان چندين روشممكن مواجه ميشود. به دليل دارا بودن خصوصيات فيزيكي مواد موردنظر، مي توان از ميان روش هايگوناگون موجود يك يا چند روش مناسب را انتخاب كرد. البته همواره معيار اصلي انتخاب هزينهخواهد بود . در ادامه ما به فرآيند جداسازي غشايي به خصوص فرآيند تراوش تبخيري خواهيمپرداخت.[61]

بررسی فرايندهاي جداسازی غشایی و تراوش تبخیری (به همراه کاربرد و مدلسازی فرایند تراوش تبخیری)

بررسی فرايندهاي جداسازی غشایی و تراوش تبخیری (به همراه کاربرد و مدلسازی فرایند تراوش تبخیری)

فصل دوم
به عنوان يك روش جداسازي، فرآيندهاي غشايي جديد هستند. به طور كلي، فيلترهاي غشايي تا ٢٥ سال پيشبه عنوان يك تكنيك مهم جداسازي در نظر گرفته نشدند. اما امروزه كاربردهاي وسيع دارد و روز به روز در حال رشد وتوسعه است . از نقطه نظر اقتصادي زمان كنوني حدواسط بين پيشرفت دو نسل غشايي است. نسل اول شاملميكروفيلترMF 1 ، اولترافيلتر UF2 , نانو فيلتر NF3 ، اسمز معكوس RO4 ، الكترودياليز ED 5 ودياليز نفوذيDD 6 ودياليزD 7 است و نسل دوم شامل جداسازي گاز GS8 ، تراوش – تبخيري PV9 ،تراوايي بخار VP10 ، تقطير غشايي MD11 ، تماس دهنده غشا MC12 و حاملين حد واسط است.
غشايي در كل داراي يك چيز به طور عمومي هستند و آن غشا است. به بيان ديگر، غشا قلب هرو يا ( Permselective) فرآيند غشايي است كه ميتواند به صورت يك مانع قابل تراواي گزينش پذير .فصل مشترك بين دو فاز بررسي شود فاز ١ را جريان بالا دست يا خوراك و فاز ٢ را جريان پايين دست ياPermeate مينا مند. در حقيقتجداسازي به دليل توانايي غشا در انتقال يك جزء از مخلوط خوراك در مقايسه با ديگر اجزاء صورتمي گيرد. كه اين انتقال از طريق مكانيسم هاي مختلفي صورت مي گيرد.
بازده غشا به وسيله ٢ پارامتر، گزينش پذيري و جريان از درون غشا تعيين مي شود . كه جريان بهصورت نرخ تراوايي و فلاكس بيان مي شود. فلاكس مي تواند واحدهاي مختلفي به صورت زير داشتهباشد:
mlit2.hr و m2lit.day و ftgal2.day و cmcm2.3hr
در مورد انتقال گازها و بخارها واحدهاي مشابه اما با يك مفهوم متفاوت، به كار برده مي شوند. زيرا که گازها رفتار متفاوت از مايعات دارند. به طور مثال حجم يك گاز به طور كلي وابسته به فشا رو دمامي باشد. درصورتيكه براي مايعات چنين نيست. به منظور مقايسه فلاكسهاي گاز با هر حجم داده شده، حجم يك مول گاز ايده آل در شرايط متعارفي C°0 و 1 atm به صورت زير حاصل مي شود:
Vn = RTP = (8.31×273)/1.013×105 = 22.4lit
وقتي مولكولهاي حلال به طور آزاد از درون غشا عبور مي كنند مقدار حل شونده ای كه باقي مي ماند به وسيله retention) R) بيان مي شود.
R=CFC−FCP =1−CCFP
Cf : غلظت حل شونده در خوراك Cp : غلظت تراوش كننده Permeate مي باشد.
R يك پارامتر بدون بعد است. مقدارR بين ١٠٠% (وقتي حل شونده كام ﹰلا رد نمي شود در اين مورديك غشاي ايده آل داريم) تا ٠% (حل شونده و حلال به آزادي از درون غشا عبور مي كنند كه اص ﹰلاجداسازي نداريم) متغير است.
گزينش پذيري غشا در مخلوطهاي گاز و مايع آلي معمو ﹰلا به وسيله فاكتور جداسازي αبيان مي شود. α= (X(YAA//XYBB))PermeatRetentate Permeate در B و A جزء مولي : YB و YAXA و XB : جزء مولي A و B در خوراك گزينش پذيري زماني حاصل مي شود كه مقدار 1>α باشد . اگر نرخ تراوايي جزءA از درون غشابزرگتر از جزءB باشد فاكتور جداسازي به صورتαA/B بيان مي شود. اگر جزءB در مقايسه با جزءA به طور گزينشي تراوش كند فا كتور جداسازي به صورتαB/A داده مي شود. اگر1 = αB/A = αA/B باشدهيچگونه جداسازي حاصل نمي شود. [01]
۲-۲ تاريخچه:
دو پيشرفتي كه در طول تاريخ تكنولوژي غشايي مطرح مي شود، پيشرفت علمي و اقتصادي(تجاري) است. در اواسط قرن ١٨ ، پديده غشايي به طور مقدماتي براي روشن كردن خصوصيات غشا به
منظور كاربرد آن از نظر فني و اقتصادي و استفاده آن در صنعت مطالعه و بررسي شد. به طور سنتي ورايج، تحقيق روي غشا تنها شامل شيميدانها و فيزيكدانها نبود بلكه بيولوژيست ها ، بيوشيميدانها ، بيوفيزيكدانها و حيوان شناسان (zoologists) ه م روي اين موضوع تحقيق مي كردند. برخي از اين نقاطعطف علمي با زمان هريك در جدول ٢-١ ليست مي شود.
اسمز
( 1748) nollet الكتروا سمز
reuss(1803) ,porret(1816)
دياليز
graham(1861) مشاهدات
نفوذ fick(1855) فشار اسمزي vanthoff(1887) انتقال الكتروليت
nernest-planck(1889)
روابط
فشار اسمزي
Einstein(1905) پتانسيل هاي غشا henderson(1907)
تعادل غشا donan(1911) اسمز بي نظم sollner(1930) ترموديناميك غير برگشت پذير kedem katchalsky(1964) بررسيهاي تئوري
غشاي يوني :
Siever , meyer(1936) , teorell(1937) : مدل حفره meares(1956) ,schmid(1950) : مدل حلاليت- نفوذ
Lonsdale(1965)
مدلهاي انتقال
جدول۲-۱: تاريخچه غشا
لازم به ذكر است كه اولين غشاي كاربردي و عملي همودياليز، توسطkolff (0491) اثبات شد. در جدول زير پيشرفتهاي فرآيند تكنولوژي غشا ليست مي شود.
كاربرد كشور سا ل فرايند غشاييآزمايشگاه (فيلتر باكتري) (مقياس كوچك) آلمان 1920 ميكروفيلتراسيونآزمايشگاه (مقياس كوچك) آلمان 1930 اولترافيلتراسيون كليه مصنوعي(مقياس كوچك) هلند 1950 همودياليز  نمك زدايي(مقياس صنعتي) آمريكا 1955 ا لكترودياليز نمك زدايي از آب دريا(مقياس صنعتي) آمريكا 1960 اسمز معكوس تغليظ ماكرومولكولها(مقياس صنعتي) آمريكا 1960 اولترافيلتراسيون بازيافت هيدروژن(مقياس صنعتي) آمريكا 1979 جداسازي گازتغليظ محلولهاي آبي(مقياس كوچك) آلمان 1981 تقطير غشاييآب زدايي از حلالهاي آلي(مقياس صنعتي) آلمان-هلند 1982 تراوش تبخيريجدول۲-۲:پيشرفتهای فرايند تکنولوژی غشا اولين غشاي تجاري به وسيلةsartorious در آلمان پس از جنگ جهاني اول ساخته شد. نحوه آمادهسازي و درست كردن اين غشاها در اصل ناشي از كار Zsigmondy بود که در نهايت منجر به تهيه غشاهاي اولترا فيلتر فشرده اصلاح شده (UF) از جنس استات سلولز ـ نيترات سلولز يا (سلولز نيترات ) متخلخل گرديد. كار روي غشاهاي اولترا فيلتر UF و ميكروفيلترMF ، به وسيله Ferry تكرار شد. ساخت غشاهاي غيرمتقارن به وسيله Souriajam & Loeb اولين گام در جهت صنعتی شدن غشا بود.
اين غشاها شامل يك لايه فشرده بالايي با ضخامت كمتر از 0.5 ميكرومتر ولايه ساپورت به صورت زيرلايه متخلخل با ضخامت 200-50 ميكرومتر مي باشند. لايه بالايي نقش نرخ انتقال را ايفا مي كند و لايهمتخلخل زيري فقط نقش ساپورت را دارد. (به عنوان يك عامل استحكام بخش مكانيكي). نرخ رسوبمتناسب با عكس ضخامت لايه غشايي است و بنابراين غشاهاي غيرمتقارن نرخ بالاتر تراوايي را درمقايسه با غشاهاي متقارن هموژن در يك ضخامت قابل مقايسه نشان مي دهند.
فعاليتTripodi &Henis موجب جداسازي گاز صنعتي به طور اقتصادي شد. بدين صورت كه آنها يكلايه خيلي نازك هموژن پليمر را با يك گاز تراوش پذير، در بالاي غشاي غيرمتقارن قرار دادند و اينامر موجب گرد يد كه حفره ها در لايه بالايی پر شوند و بنابراين يك غشاي مركب عاري از نشتي برايجداسازي گاز حاصل شد.
اگر چه براي فرآيند تقطير غشايي، غشاهاي متخلخل آب گريز موجود بودند اما اين فرآيند اخيرﹰا درمقياس نيمه صنعتي (pilot-plant) به كار گرفته شده است. فرآيند تراوش تبخيري از ديگر فرآيندهايياست كه اخيرﹰا پيشرفت كرده است. Binnig و همكارانش براي اقتصادي كردن فرآيند تراوش تبخيري در اواخر دهة ٥٠ در مقياس صنعتي تلاش كردند. اما علي رغم تحقيقات فشرده و عميق ، موفق نبودند. اين فرآيند جداسازي با بهبود غشاهاي مركب مخصوص، توانايي مقايسه با ديگر فرآيندهاي جداسازيبه منظور آب زدايي از حلالهاي آلي را پيدا كرد.[01] ۲-۳ شرح و توصيف غشا( Definition of a membrane ):
اگر چه توصيف دقيق يك غشا مشكل است. يك تعر يف كلي براي غشا ،شامل يك مانع گزينشپذير بين دو فاز است. گزينش پذيري يك خصوصيت ذاتي براي يك فرآيند غشايي است.
بايد توجه داشت كه اين يك تعريف ماكروسكوپي است. در حاليكه جداسازي در سطحميكروسكوپي در نظر گرفته مي شود. يك غشا مي تواند ضخيم يا نازك ، هموژن يا غيرهموژن باشد وانتقال ميتواند فعال يا غيرفعال باشد.
انتقال فعال مي تواند به وسيله اختلافهاي فشاري ، غلظتي يا دما باشد. به علاوه غشا مي تواند طبيعييا ساختگي، باردار يا خنثي باشد. براي به دست آوردن اطلاعات بيشتر براي درك بهتر غشاها مي توان غشا را به دو دسته بيولوژيكي يا سينتتيكي تقسيم بندي كرد. غشاهاي سينتيك ي ميتواند به صورتيك زيرمجموعه آلي (پليمرها يا مايع) و غيرآلي (سراميك و فلز) تقسيم شو ند . ديگر طبقه بندي غشامي تواند براساس مورفولوژي يا ساختار غشا باشد زيرا ساختار غشا مكانيسم جداسازي و كاربردها راتعيين مي كند . به طور محدود ، براي سنتز غشاهاي جامد ، غشا ها مي توانند به دو دستة متقارن ونامتقارن تقسيم شوند . كه در شكل گونه هايي از آن قابل مشاهده ومقايسه هستند .

شکل۲- ۲ : شماتيک غشای متقارن ونا متقارن
ضخامتهاي غشاهاي متقارن (در محدودة متخلخل يا غيرمتخلخل) از 200-10 ميكرومتر است
مقاومت انتقال جرم به وسيله ضخامت كل تعيين مي شود. يك كاهش در ضخامت غشا موجب افزايشنرخ تراوايي مي شود. اولين گام در كاربردهاي صنعتي بهبود غشاهاي نامتقارن بود كه اين غشا شامليك لايه بالايي خيلي فشرده يا پوسته با ضخامت 0.1 تا 0.5 ميكرومتر به صورت ساپورت شده با يكزيرلايه متخلخل با يك ضخامت حدود 50 تا 150 ميكرومتر است اين غشا موجب افزايشگزينش پذيري و افزايش نرخ تراوايي در غشاي نازك مي شود.
در غشاي مركب، لايه بالايي و زيرلايه از مواد پليمري مختلف هستند كه هر لايه ميتواند به صورتجداگانه اصلاح و بهبود يابد. به طور كلي، لايه ساپورت تقريبﹰا يك غشاي غيرمتقارن است با يك لايه فشرده نازك كه روي آن رسوب كرده است. چندين روش كه براي رسيدن به چنين غشايي به كارگرفته مي شود درزير ليست مي شود:[01]

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان