فهرست مطالب

فصل اول: فرایندهای جداسازی

.۱-۱ – مقدمه…………………………………………………………………………………………………………….1
2.۱-۲ – جداسازی فازها…………………………………………………………………………………………………2
١-٢-١ – جداسازی فازها با استفاده از غشا …………………………………………………………………………۴
۱-۳ – انتخاب روش جداسازی ………………………………………………………………………………………….۵
۱-۴ – مقایسه فرایندهای جداسازی ………………………………………………………………………………….۵

فصل دوم: فرایندهای جداسازی غشایی

۲-۱ – مقدمه ………………………………………………………………………………………………………….١٣
۲-۲ – تاریخچه ………………………………………………………………………………………………………..١۵
.۲-۳ – شرح و توصیف غشا………………………………………………………………………………………….18
.۲-۴ – فرایندهای غشایی…………………………………………………………………………………………..19

فصل سوم : فرایند تراوش تبخیری

۳-۱ – مقدمه …………………………………………………………………………………………………………٢۶
۳-۲ – ساخت غشاهای تراوش تبخیری …………………………………………………………………………..٣٠
34.-۳ -خصوصیات غشاهای تراوش تبخیری……………………………………………………………………….34
.۳-۴ – ارزیابی کارایی غشای تراوش تبخیری و وابستگی آن به غلظت………………………………………..35
۳-۵ – بررسی پارامتر های مختلف در فرایند تراوش تبخیری ……………………………………………………..٣٧
۳-۵-۱ – فشار بالادست ………………………………………………………………………………………………٣٧
.۳-۵-۲ – فشار پایین دست……………………………………………………………………………………………39
.۳-۵-۳ – دما…………………………………………………………………………………………………………….40
43..-۵-۴ – ضخامت فیلم………………………………………………………………………………………………43
.۳-۶ -توصیف مکانیسم تراوش تبخیری………………………………………………………………………………44
۳-۷ – توصیف کیفی انتقال جرم ……………………………………………………………………………………..۴٨
۳-۸ – انتقال یک مایع خالص از طریق تراوش تبخیری ……………………………………………………………….۵۴
۳-۹ – انتقال مخلوطهای مایع دو تایی از طریق تراوش تبخیری ……………………………………………………۵٧
63.-۱۰ – معادلات حاکم بر جریان پیوسته تراوش تبخیری…………………………………………………………..63
.۳-۱۰-۱ – اولین روش آنالیز……………………………………………………………………………………………..64
۳-۱۰-۲ – آنالیزانتقال جرم و حرارات بر اساس بررسی اثر ترکیب مخلوط مایع روی خصوصیات غشای …………………………………………………………………………………………………………………………….۶٨
۳-۱۱ مقایسه فرایند تراوش تبخیری و تکنیک های جانبی ………………………………………………………….٧٠
۳-۱۱-۱ تراوش تبخیری گرمایی ………………………………………………………………………………………..٧١
۳-۱۱-۲ تراوش بخار ………………………………………………………………………………………………………٧٢
۳-۱۱-۳ اسمز معکوس خلأ ………………………………………………………………………………………………٧٣
۳-۱۱-۵ تقطیر غشایی ……………………………………………………………………………………………………٧۴
۳-۱۲ – کاربردهای فرایند تراوش تبخیری ……………………………………………………………………………….٧٩
۳-۱۲-۱ – مخلوطهای آبی ………………………………………………………………………………………………..٨١
۳-۱۲-۲ – مخلوطهای غیرآبی ……………………………………………………………………………………………٨١

– فصل چهارم : کاربرد فرایند تراوش تبخیری در صنعت

.۴-۱ – مقدمه …………………………………………………………………………………………………………..٨۴
.۴-۲ – پیشرفت های فرایند تراوش تبخیری در صنعت………………………………………………………………٨۴
.۴-۳ – مسائل جانبی مربوط به مهندسی تراوش تبخیری…. ………………………………………………………٨۶
.۴-۳-۱ – نفوذ جابجایی از درون غشای کاری توسط غشای تراوش تبخیری………………………………………87
. ۴-۳-۲ – افت دمای ایجاد شده به وسیله تبخیر permeate……………ا……………………………………………87
.۴-۳-۳ – تراوش کننده تبخیری مجهز شده با فیبرهای سوراخ دار…………………………………………………..89
. ۴-۳-۴ – ترکیب کردن سیستمهای تراوش کننده تبخیری و برجهای تراوش تبخیری……………………………….89
. ۴-۳-۴-١.- پلاریزاسیون غلظتی فرایند تراوش تبخیری………………………………………………………………..90
. ۴-۳-۴-٢.- بررسی زمان اقامت در تراوش تبخیری…………………………………………………………………….90
۴-۳-۵ – سیستمهایی که با تراوش تبخیری تلفیق شده اند ………………………………………………………….90
۴-۴ مثالی از فرایند تراوش تبخیری در صنعت …………………………………………………………………………..٩٣

فصل پنجم: مدلسازی فرایند تراوش تبخیری

. ۵-۱ – مقدمه………………………………………………………………………………………………………………97
. ۵-۲ – معادلات فلاکس فرمول استفان- ماکسول……………………………………………………………………..98
۵-۲-۱ رابطه نیروهای محرکه عمومی شده ترمودینامیک بازگشت ناپذیر ………………………………………… ٩٩
۵-۳ – مدل تراوش تبخیری …………………………………………………………………………………………….. ١٠١
۵-۴ – ارزیابی نفوذ های استفان- ماکسول …………………………………………………………………………. ١٠٣
۵-۴-۱ – وابستگی غلظت پارامترهای نفوذی ……………………………………………………………………….. ١٠٣
. ۵-۵ – ترم تعادلی……………………………………………………………………………………………………….105
. ۵-۶ – تعیین پا رامترهای بر هم کنش فلوری هاگینز……………………………………………………………….106
۵-۷ – تعیین پارامتر های نفوذ استفان- ماکسول …………………………………………………………………… ١٠٨
. ۵-۸ – تابع خوشه ای…………………………………………………………………………………………………..110
. ۵-۹ – حل معادله و مقایسه نتایج……………………………………………………………………………………111
فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهاد
۶-۱.-فرضیاتی که در حل معادله به کار رفته ………………………………………………………………………… ١١٩
۶-۲.-نتیجه گیری وپیشنهادات ……………………………………………………………………………………….. ١١٩
مراجع ……………………………………………………………………………………………………………………..١٢٠

جدول

جدول۱-۱ فرایندهای جداسازی بر پایه خصوصیات فیزیکی و شیمیایی …………………………………………….٨
جدول۲-۱ تاریخچه غشا ………………………………………………………………………………………………..١۶
جدول۲-۲ پیشرفتهای فرایند تکنولوژی غشا …………………………………………………………………………١۶
جدول۲-۳ نیروی محرکه در فرایند های غشایی ……………………………………………………………………..٢١
جدول۳-۱ معادلات بیان کننده خصوصیات مدول ………………………………………………………………………..۶٧
جدول۳-۲ مقایسه مسیر آزاد متوسط آب- اتانول و قطر حفره غشای استفاده شده ……………………………..٧٧
جدول۳-۳ ترکیب آزئوتروپی مخلوطهای مایع ……………………………………………………………………………٧٩
جدول۴-۱ واحدهای PV نصب شده در اروپای غربی و آمریکا بین سالهای ١٩٨۴ تا ١٩٨٧ ……………………….٨۵
جدول۴-۲ واحدهای PV نصب شده در ژاپن در ١٩٨٧ …………………………………………………………………٨۵
.جدول۵-۱ میل به خوشه ای شدن متانول……………………………………………………………………………110
.جدول۵-۲ اطلاعات جمع آوری شده از مراجع مختلف……………………………………………………………….111
.جدول۵-۳ خصوصیات غشا …………………………………………………………………………………………….١١١
.جدول۵-۴ خصوصیات فیزیکی ………………………………………………………………………………………….١١١
.جدول۵-۵ داده های آزمایشگاهی…………………………………………………………………………………….111
.جدول۵-۶ مقایسه نتایج حاصل از حل معادله ا ویلر و داده های آزمایشگاهی………………………………….112

شرح شکل

شکل۲-۱ شماتیک غشا ……………………………………………………………………………………………….٣۱
شکل۳-۱ یک ابزار نیمه اتوماتیک برای توصیف آنالیز غشاهای تراوش تبخیری ……………………………………..٣۶
شکل۳-۳ تراوش تبخیری آب- تتراهیدروفوران از درون غشای آب دوست…………………………………………….۴٠
شکل۳-۴ گزینش پذیری غشا …………………………………………………………………………………………….۴۵
شکل۳-۵ تراوش تبخیری مخلوط آزئوتروپی هگزان-اکریلوپیرولیدید کلروفورم از درون غشا پلی ……………………۴٧
شکل۳-۶ جداسازی آب-اتانول در پل. ی وینیل الکل …………………………………………………………………….۵١
شکل۳-۷ رژیمهای انتقال حالتتبخیری از درون یکنواخت (SS) غشاهای آب تعویض خالص یونی فرآیندآب -شده بهدوست وسیله تراوش ………………………………………………………………………………………………………………………….۵۶
شکل۳-۸ رفتار ترمودینامیک ی سیستم سه تایی آب- اتانول- پلی وینیل الکل ……………………………………..۵٨
شکل۳-۹ مدول تراوش تبخیری ……………………………………………………………………………………………۶٣
شکل۳-۱۰ تراوش تبخیری گرمایی ………………………………………………………………………………………٧١
شکل۳-۱۱ شماتیک تقطیر غشایی ………………………………………………………………………………………٧۶
شکل۳-۱۲ تلفیقی از تقطیر و تراوش تبخیری …………………………………………………………………………..٨٠
شکل۴-۱ آب زدایی از مخلوط آزئوتروپی آب- اتانول …………………………………………………………………….٩۴
.شکل۵-۱ جذب همدمای آب در غشایPDMSدر۴۰ درجه سلسیوس……………………………………………..107
.شکل۵-۲ پارامتر بر هم کنش آب پلیمر به عنوان تابعی از جزء حجمی در پلیمر…………………………………108
.شکل۵-۳ پارامتر بر هم کنش آب پلیمر به عنوان تابعی از اکتیویته……………………………………………….108
.شکل۵-۴ تغییرات ضریب نفوذ متانول با غلظت در پلیمر……………………………………………………………108
.شکل۵-۵ تغییرات جزء مولی متانول در طول غشا به ازای ۳درصد وزنی متانول در خوراک …………………………………………………………………………………………………………………………..١١٣
.شکل۵-۶ تغییرات جزء مولی آب در طول غشا به ازای ۳درصد متانول در خوراک…………………………………………………………………………………………………………………113
.شکل۵-۷ نمودار ترکیبی شکل ۶و۷……………………………………………………………………………….114
.شکل۵-۸ تغییرات جزء مولی متانول در طول غشا به ازای۱ درصدوزنی متانول در خوراک…………………………………………………………………………………………………………………..115
.شکل۵-۹ تغییرات جزء مولی آب در طول غشا به ازای ۱درصد وزنی متانول در خوراک………………………………………………………………………………………………………………….115
.شکل۵-۱۰ نمودار ترکیبی شکل ۸و۹……………………………………………………………………………..116.
.شکل۵-۱۱ تغییرات جزء مولی متانول در طول غشا به ازای۳,۰درصد وزنی متانول در خوراک…………………………………………………………………………………………………………………..116
.شکل۵-۱۲ تغییرات جزء مولی آب در طول غشا به ازای ۳,۰درصد وزنی متانول در خوراک…………………………………………………………………………………………………………………..116
.شکل۵-۱۳ نمودار ترکیبی شکل۱۱و۱۲……………………………………………………………………………..117
.شکل۵-۱۴. مقایسه گزینش پذیری تئوری و تجربی ………………………………………………………………١١٧

فصل اول
۱-۱ مقدمه:
بسیاری از عملیات مهندسی شیمی با مسأله تغییر غلظت در محلول ها و مخلوط ها سرو کار دارند. که این تغییرات الزامﹰا توسط واکنش های شیمیایی صورت نمی پذیرند. این عملیات بیشتر بهجداسازی مخلوط ها به سازنده های آنها مربوط می شود. در مورد مخلوط ها این اعمال ممکن است بهطرق کام ﹰلا مکانیکی مانند صاف کردن (Filtration) یک مخلوط معلق و جدا نمودن جزء جامد از مایعو یا جداسازی اجزاء مختلف و خرد شده یک مخلوط با اندازه های مختلف از طریق غربال کردن و جداسازی ذرات جامد آسیاب شده با استفاده از اختلاف جرم ویژه آنها صورت گیرد . از طرف دیگر درصورتی که عملیات مورد نظر سبب به وجود آمدن تغییراتی درترکیب مخلوط ها شود آنها را عملیاتانتقال جرم می نامند. اهمیت این عملیات کام ﹰلا واضح است چون ندرتﹰا می توان یک فرآیند شیمیاییرا یافت که نیاز به خالص سازی اولیه مواد خام و یا جداسازی نهائی محصولات از محصولات جانبیحاصله از واکنش نداشته باشد و به دلائل مذکور، عملیات انتقال جرم عمومﹰا مورد استفاده قرارمی گیرند. با مشاهده برج های تقطیر متعدد در یک پالایشگاه نفت دیده می شود که در هریک از آنهاعملیات انتقال جرم صورت می پذیرد. غالبﹰا قسمت اعظم هزینه های مربوط به یک فرآیند صرف انجامجداسازی های وابسته می گردد. مخارج مربوط به این جداسازی ها و خالص سازی ها، بستگی مستقیمبه نسبت غلظت نهائی به غلظت ابتدایی مواد جدا شده خواهد داشت اگر این نسبت بزرگ باشد،قیمت تمام شده محصول بالاتر خواهد رفت. در ب رخی موارد عمل جداسازی منجر به حصول یک فاز خالص خواهد گردید. زیرا که یکی از فازهادر حالت تعادلی با فاز دیگر، فقط حاوی یک جزء خواهد بود. مث ﹰلا بخار آب در حالت تعادل با محلولآب نمک هرگز حاوی نمک نخواهد بود.
وقتی دو فاز با هم در تماسند بلافاصله به تعادل نمیرسند. بنابراین سیستم به مرور زمان در اثرنفوذ کند سازنده ها از یک فاز به فاز دیگر به تعادل نزدیک می شود. لذا جداسازی هرگز کامل نخواهدبود. با توجه به وجود سه فاز گاز، جامد و مایع امکان مجاور شدن دو فاز را به شش صورت خواهیمداشت.[61]
١-٢-جداسازی فازها:
الف : گاز ـ گاز
در اکثر موارد گازها به طور کامل با یکدیگر مخلوط می شوند لذا جداسازی این گروه در صنعتمتداول نیست.
‌ب : گاز ـ مایع
مثل عمل تقطیر که فاز گاز در اثر حرارت دادن به فاز مایع تبدیل می شود و یا فاز مایع که در اثرسرد کردن گازها حاصل می شود. عامل جداسازی، اختلاف در نقطه جوش اجزا، می باشد. گاهی هر دو فاز به صورت محلول هستند و یک جزء بین دو فاز توزیع میگردد. مث ﹰلا مخلوطی ازهوا و آمونیاک در اثر مجاورت با آب، از آمونیاک عاری می گردد چون آمونیاک در آب حل می شود. به این عمل جذب گاز( gas absorptian) گویند.
حال اگر هوا در تماس با محلول آب و آمونیاک باشد حل شدن آمونیاک از فاز مایع درون فاز گاز رادفع( Stripping) می گویند. اگر فاز گاز از چند جزء تشکیل شده باشد و فاز مایع از یک جزء ، عمل را رطوبت دادن ( humidification) یا رطوبت گیری (dehumidification )، بسته به جهت انتقال می نامند.
‌ج : گاز ـ جامد
اگر مخلوطی جامد حاوی چند جزء سازنده، به طور نسبی تبخیر گردد بدون آنکه فاز مایعیتشکیل گردد ، این عمل را تصعید(sublimation) گویند . وقتی جامدی با یک مایع فرار مرطوب شده باشد و در مجاورت گاز خشک قرار گیرد، رطوبت از جامد ب ه درون گاز نفوذ می کند. این عمل راخشک کردن (drying) گویند و گاهی دفع ((desorption هم نامیده می شود . مثل خشک کردن لباسو خشک کردن الوار.
اگر انتقال رطوبت از گاز به درون جامد باشد، این عمل را جذب سطحی (adsorption) نامند.. مثلمخلوطی از هوای مرطوب که در معرض سیلیکا ژل فعال شده قرار گیرد. بخار آب به درون جامد نفوذکرده و هوا خشک میگردد .
د: مایع ـ مایع
عملیات جداسازی که در آنها دو فاز نامحلول با یکدیگر تماس داده می شوند عملیات استخراجمایع(liquid extraction ) نامیده می شود مثل استخراج استن از آب.
هـ : مایع ـ جامد
وقتی کلیه سازنده ها در دو فاز در وضعیت تعادل قرار گیرند، عمل را تبلور جزء به جزء( fractionalcrystallization) نامند . مثل تهیه فلزات بسیار خالص و یا نیمه هادی.
مثال دیگر، تبلور همراه با مواد اضافیadductive crystallization ) ) است که در آن جسمی نظیر اوره به دلیل شکل خاص شبکه بلوری خود، قادر به جذب مولکولهایی با زنجیره های طویل مستقیممانند هیدروکربن های پارافینی است.
جداسازی انتخابی یک سازنده از یک مخلوط جامد، توسط یک حلال مایع( Leaching) را استخراج باحلال گویند . مثل جداسازی طلا از سنگهای معدنی توسط محل ول سیا نید یا جداسازی روغن ازپنبه دانه به وسیله هگزان . اگر نفوذ در خلاف جهت فوق باشد فرآیند را جذب سطحی( adsorption) گویند. مثل رفع ناخالصی رنگی محلولهای شربت قند نیشکر توسط کربن فعال.
ی: جامد ـ جامد
در این گروه به دلیل انتقال جرم کند، هیچگونه عملیات صنعتی نداریم.[61]

۱-۲-۱- جداسازی فازها با استفاده از غشا:
غشاهای مختلف بسته به نوع عمل جداسازی به طرق گوناگون کار می کنند. به طور کلی نقش مهمآنها جلوگیری از مخلوط شدن دو فاز محلول در یکدیگر است. همچنین وجود آنها باعث جلوگیری ازجریان عادی هیدرودینامیکی و جابه جایی اجسام در درون یکدیگر از طریق نفوذ می شود. وجود غشاباعث جداسازی مواد از یکدیگر در اثر کنترل راه عبور سازنده ها از یک سوبه سوی دیگر غشامی گردد.
گازـ گاز:
در نفوذ گازی، سازنده های مختلف گازی با جرم مولکولی های متفاوت با غشایی که دارای تخلخلبسیار ریز است در تماسند و این سازنده ها با شدت های گوناگون که بستگی به جرم مولکولی آنهادارد از درون غشا عبور خواهند نمود. بدین جهت غلظت سازنده ها در دو طرف غشا متفاوت خواهدشد. مثل جداسازی ایزوتوپ های اورانیوم که باعث خروج هگزا فلوراید اورانیوم به طریق گاز می شود.
در عمل تراوایی، غشا دارای تخلخل نمی باشدو مکانیسم جداسازی به صورت حلالیت ـ نفوذاست. و اصول جداسازی بر پایه اختلاف حلالیت سازنده هاست. مثل جداسازی هلیوم از گاز طبیعیتوسط غشاهای پلیمری فلوروکربن. گاز ـ مایع :
این عمل توسط تراوایی اجسام از غشا صورت می گیرد. که در سمت تراوایی جزء تراوش شدهبه صورت گاز می باشد. مثل جداسازی آب ـ الکل. مایع ـ مایع :
جداسازی یک جسم بلوری از یک محلول کلوئیدی با استفاده از یک حلال مایع و غشایی کهبتواند فقط بلورهای حل شده در حلال فوق را از خود عبور دهد انجام می پذیرد. این ع مل دیالیزنامیده می شود مثل جدا کردن ناخالصی های کلوئیدی شربت قند، با استفاده از حلال آب و یک غشانیمه تراوا. در این عمل آب و قند از غشا عبور می کنند و ذرات درشت کلوئیدی قادر به عبور نخواهندبود.
اگر نیروی محرکه الکتریکی سبب عبور ذرات باردار از غشا گردد فرآیند را الکترو دیالیز گویند.
فرایندی که در آن غشا قادر به جدا کردن حلال از محلول باشد را اسمز ((osmosis گویند . با استفاده از فشاری مخالف بر فشار اسمزی می توان جریان حلال را معکوس کرد که این فرآیند رااسمز معکوس –(reverse osmosis) گویند. مثل شیرین سازی آب دریا.
لازم به ذکر است که تقسیم بندی های فوق جامع نبوده ولی عملیات جداسازی مهم را شاملمی شود. در خاتمه به انتخاب روش جداسازی می پردازیم.[61] ۱- ۳ انتخاب روش جداسازی:
یک مهندس شیمی اغلب با مسأله انتخاب یک عمل جداسازی مناسب از میان چندین روشممکن مواجه میشود. به دلیل دارا بودن خصوصیات فیزیکی مواد موردنظر، می توان از میان روش هایگوناگون موجود یک یا چند روش مناسب را انتخاب کرد. البته همواره معیار اصلی انتخاب هزینهخواهد بود . در ادامه ما به فرآیند جداسازی غشایی به خصوص فرآیند تراوش تبخیری خواهیمپرداخت.[61]

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

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

فصل دوم
به عنوان یک روش جداسازی، فرآیندهای غشایی جدید هستند. به طور کلی، فیلترهای غشایی تا ٢۵ سال پیشبه عنوان یک تکنیک مهم جداسازی در نظر گرفته نشدند. اما امروزه کاربردهای وسیع دارد و روز به روز در حال رشد وتوسعه است . از نقطه نظر اقتصادی زمان کنونی حدواسط بین پیشرفت دو نسل غشایی است. نسل اول شاملمیکروفیلترMF 1 ، اولترافیلتر UF2 , نانو فیلتر NF3 ، اسمز معکوس RO4 ، الکترودیالیز ED 5 ودیالیز نفوذیDD 6 ودیالیزD 7 است و نسل دوم شامل جداسازی گاز GS8 ، تراوش – تبخیری PV9 ،تراوایی بخار VP10 ، تقطیر غشایی MD11 ، تماس دهنده غشا MC12 و حاملین حد واسط است.
غشایی در کل دارای یک چیز به طور عمومی هستند و آن غشا است. به بیان دیگر، غشا قلب هرو یا ( Permselective) فرآیند غشایی است که میتواند به صورت یک مانع قابل تراوای گزینش پذیر .فصل مشترک بین دو فاز بررسی شود فاز ١ را جریان بالا دست یا خوراک و فاز ٢ را جریان پایین دست یاPermeate مینا مند. در حقیقتجداسازی به دلیل توانایی غشا در انتقال یک جزء از مخلوط خوراک در مقایسه با دیگر اجزاء صورتمی گیرد. که این انتقال از طریق مکانیسم های مختلفی صورت می گیرد.
بازده غشا به وسیله ٢ پارامتر، گزینش پذیری و جریان از درون غشا تعیین می شود . که جریان بهصورت نرخ تراوایی و فلاکس بیان می شود. فلاکس می تواند واحدهای مختلفی به صورت زیر داشتهباشد:
mlit2.hr و m2lit.day و ftgal2.day و cmcm2.3hr
در مورد انتقال گازها و بخارها واحدهای مشابه اما با یک مفهوم متفاوت، به کار برده می شوند. زیرا که گازها رفتار متفاوت از مایعات دارند. به طور مثال حجم یک گاز به طور کلی وابسته به فشا رو دمامی باشد. درصورتیکه برای مایعات چنین نیست. به منظور مقایسه فلاکسهای گاز با هر حجم داده شده، حجم یک مول گاز ایده آل در شرایط متعارفی C°0 و 1 atm به صورت زیر حاصل می شود:
Vn = RTP = (8.31×273)/1.013×105 = 22.4lit
وقتی مولکولهای حلال به طور آزاد از درون غشا عبور می کنند مقدار حل شونده ای که باقی می ماند به وسیله retention) R) بیان می شود.
R=CFC−FCP =1−CCFP
Cf : غلظت حل شونده در خوراک Cp : غلظت تراوش کننده Permeate می باشد.
R یک پارامتر بدون بعد است. مقدارR بین ١٠٠% (وقتی حل شونده کام ﹰلا رد نمی شود در این موردیک غشای ایده آل داریم) تا ٠% (حل شونده و حلال به آزادی از درون غشا عبور می کنند که اص ﹰلاجداسازی نداریم) متغیر است.
گزینش پذیری غشا در مخلوطهای گاز و مایع آلی معمو ﹰلا به وسیله فاکتور جداسازی αبیان می شود. α= (X(YAA//XYBB))PermeatRetentate Permeate در B و A جزء مولی : YB و YAXA و XB : جزء مولی A و B در خوراک گزینش پذیری زمانی حاصل می شود که مقدار 1>α باشد . اگر نرخ تراوایی جزءA از درون غشابزرگتر از جزءB باشد فاکتور جداسازی به صورتαA/B بیان می شود. اگر جزءB در مقایسه با جزءA به طور گزینشی تراوش کند فا کتور جداسازی به صورتαB/A داده می شود. اگر1 = αB/A = αA/B باشدهیچگونه جداسازی حاصل نمی شود. [01]
۲-۲ تاریخچه:
دو پیشرفتی که در طول تاریخ تکنولوژی غشایی مطرح می شود، پیشرفت علمی و اقتصادی(تجاری) است. در اواسط قرن ١٨ ، پدیده غشایی به طور مقدماتی برای روشن کردن خصوصیات غشا به
منظور کاربرد آن از نظر فنی و اقتصادی و استفاده آن در صنعت مطالعه و بررسی شد. به طور سنتی ورایج، تحقیق روی غشا تنها شامل شیمیدانها و فیزیکدانها نبود بلکه بیولوژیست ها ، بیوشیمیدانها ، بیوفیزیکدانها و حیوان شناسان (zoologists) ه م روی این موضوع تحقیق می کردند. برخی از این نقاطعطف علمی با زمان هریک در جدول ٢-١ لیست می شود.
اسمز
( 1748) nollet الکتروا سمز
reuss(1803) ,porret(1816)
دیالیز
graham(1861) مشاهدات
نفوذ fick(1855) فشار اسمزی vanthoff(1887) انتقال الکترولیت
nernest-planck(1889)
روابط
فشار اسمزی
Einstein(1905) پتانسیل های غشا henderson(1907)
تعادل غشا donan(1911) اسمز بی نظم sollner(1930) ترمودینامیک غیر برگشت پذیر kedem katchalsky(1964) بررسیهای تئوری
غشای یونی :
Siever , meyer(1936) , teorell(1937) : مدل حفره meares(1956) ,schmid(1950) : مدل حلالیت- نفوذ
Lonsdale(1965)
مدلهای انتقال
جدول۲-۱: تاریخچه غشا
لازم به ذکر است که اولین غشای کاربردی و عملی همودیالیز، توسطkolff (0491) اثبات شد. در جدول زیر پیشرفتهای فرآیند تکنولوژی غشا لیست می شود.
کاربرد کشور سا ل فرایند غشاییآزمایشگاه (فیلتر باکتری) (مقیاس کوچک) آلمان 1920 میکروفیلتراسیونآزمایشگاه (مقیاس کوچک) آلمان 1930 اولترافیلتراسیون کلیه مصنوعی(مقیاس کوچک) هلند 1950 همودیالیز  نمک زدایی(مقیاس صنعتی) آمریکا 1955 ا لکترودیالیز نمک زدایی از آب دریا(مقیاس صنعتی) آمریکا 1960 اسمز معکوس تغلیظ ماکرومولکولها(مقیاس صنعتی) آمریکا 1960 اولترافیلتراسیون بازیافت هیدروژن(مقیاس صنعتی) آمریکا 1979 جداسازی گازتغلیظ محلولهای آبی(مقیاس کوچک) آلمان 1981 تقطیر غشاییآب زدایی از حلالهای آلی(مقیاس صنعتی) آلمان-هلند 1982 تراوش تبخیریجدول۲-۲:پیشرفتهای فرایند تکنولوژی غشا اولین غشای تجاری به وسیلهsartorious در آلمان پس از جنگ جهانی اول ساخته شد. نحوه آمادهسازی و درست کردن این غشاها در اصل ناشی از کار Zsigmondy بود که در نهایت منجر به تهیه غشاهای اولترا فیلتر فشرده اصلاح شده (UF) از جنس استات سلولز ـ نیترات سلولز یا (سلولز نیترات ) متخلخل گردید. کار روی غشاهای اولترا فیلتر UF و میکروفیلترMF ، به وسیله Ferry تکرار شد. ساخت غشاهای غیرمتقارن به وسیله Souriajam & Loeb اولین گام در جهت صنعتی شدن غشا بود.
این غشاها شامل یک لایه فشرده بالایی با ضخامت کمتر از 0.5 میکرومتر ولایه ساپورت به صورت زیرلایه متخلخل با ضخامت 200-50 میکرومتر می باشند. لایه بالایی نقش نرخ انتقال را ایفا می کند و لایهمتخلخل زیری فقط نقش ساپورت را دارد. (به عنوان یک عامل استحکام بخش مکانیکی). نرخ رسوبمتناسب با عکس ضخامت لایه غشایی است و بنابراین غشاهای غیرمتقارن نرخ بالاتر تراوایی را درمقایسه با غشاهای متقارن هموژن در یک ضخامت قابل مقایسه نشان می دهند.
فعالیتTripodi &Henis موجب جداسازی گاز صنعتی به طور اقتصادی شد. بدین صورت که آنها یکلایه خیلی نازک هموژن پلیمر را با یک گاز تراوش پذیر، در بالای غشای غیرمتقارن قرار دادند و اینامر موجب گرد ید که حفره ها در لایه بالایی پر شوند و بنابراین یک غشای مرکب عاری از نشتی برایجداسازی گاز حاصل شد.
اگر چه برای فرآیند تقطیر غشایی، غشاهای متخلخل آب گریز موجود بودند اما این فرآیند اخیرﹰا درمقیاس نیمه صنعتی (pilot-plant) به کار گرفته شده است. فرآیند تراوش تبخیری از دیگر فرآیندهاییاست که اخیرﹰا پیشرفت کرده است. Binnig و همکارانش برای اقتصادی کردن فرآیند تراوش تبخیری در اواخر دهه ۵٠ در مقیاس صنعتی تلاش کردند. اما علی رغم تحقیقات فشرده و عمیق ، موفق نبودند. این فرآیند جداسازی با بهبود غشاهای مرکب مخصوص، توانایی مقایسه با دیگر فرآیندهای جداسازیبه منظور آب زدایی از حلالهای آلی را پیدا کرد.[01] ۲-۳ شرح و توصیف غشا( Definition of a membrane ):
اگر چه توصیف دقیق یک غشا مشکل است. یک تعر یف کلی برای غشا ،شامل یک مانع گزینشپذیر بین دو فاز است. گزینش پذیری یک خصوصیت ذاتی برای یک فرآیند غشایی است.
باید توجه داشت که این یک تعریف ماکروسکوپی است. در حالیکه جداسازی در سطحمیکروسکوپی در نظر گرفته می شود. یک غشا می تواند ضخیم یا نازک ، هموژن یا غیرهموژن باشد وانتقال میتواند فعال یا غیرفعال باشد.
انتقال فعال می تواند به وسیله اختلافهای فشاری ، غلظتی یا دما باشد. به علاوه غشا می تواند طبیعییا ساختگی، باردار یا خنثی باشد. برای به دست آوردن اطلاعات بیشتر برای درک بهتر غشاها می توان غشا را به دو دسته بیولوژیکی یا سینتتیکی تقسیم بندی کرد. غشاهای سینتیک ی میتواند به صورتیک زیرمجموعه آلی (پلیمرها یا مایع) و غیرآلی (سرامیک و فلز) تقسیم شو ند . دیگر طبقه بندی غشامی تواند براساس مورفولوژی یا ساختار غشا باشد زیرا ساختار غشا مکانیسم جداسازی و کاربردها راتعیین می کند . به طور محدود ، برای سنتز غشاهای جامد ، غشا ها می توانند به دو دسته متقارن ونامتقارن تقسیم شوند . که در شکل گونه هایی از آن قابل مشاهده ومقایسه هستند .

شکل۲- ۲ : شماتیک غشای متقارن ونا متقارن
ضخامتهای غشاهای متقارن (در محدوده متخلخل یا غیرمتخلخل) از 200-10 میکرومتر است
مقاومت انتقال جرم به وسیله ضخامت کل تعیین می شود. یک کاهش در ضخامت غشا موجب افزایشنرخ تراوایی می شود. اولین گام در کاربردهای صنعتی بهبود غشاهای نامتقارن بود که این غشا شاملیک لایه بالایی خیلی فشرده یا پوسته با ضخامت 0.1 تا 0.5 میکرومتر به صورت ساپورت شده با یکزیرلایه متخلخل با یک ضخامت حدود 50 تا 150 میکرومتر است این غشا موجب افزایشگزینش پذیری و افزایش نرخ تراوایی در غشای نازک می شود.
در غشای مرکب، لایه بالایی و زیرلایه از مواد پلیمری مختلف هستند که هر لایه میتواند به صورتجداگانه اصلاح و بهبود یابد. به طور کلی، لایه ساپورت تقریبﹰا یک غشای غیرمتقارن است با یک لایه فشرده نازک که روی آن رسوب کرده است. چندین روش که برای رسیدن به چنین غشایی به کارگرفته می شود درزیر لیست می شود:[01]

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان