تحقیق سیستم های جداسازی غشایی شامل میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون

توضیحات

عنوان: سیستم های جداسازی غشایی شامل میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون

• مکانیسم های جداسازی
• فیلتر چیست
• تعریف فیلترکردن یا فیلتراسیون
• عوامل مؤثر در فیلتراسیون
• كاربرد فیلترها
• فرایندهای غشایی
• انواع فرآیندهای غشایی
• تاریخچه
• بررسی فیلتراسیون غشایی
• طبقه‌بندی غشاء
• غشاء
• تقسیم بندی بر اساس مكانیسم حاكم بر جداسازی
• تاریخچه
• تقسیم بندی بر اساس شكل هندسی غشا
• ساختار غشاء
• تقسیم بندی غشاء از لحاظ ساختمان
• ویژگی‌های غشاها
• روش‌های ساخت غشاء
• كاربردهای غشا
• انواع قالبهای غشا
• فرایندهای غشایی
• ماژول و انواع آن
• میكروفیلتراسیون
• کاربرد های میکروفیلتراسیون
• مزیت میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون
• مواد پلیمری مورد استفاده در غشاهای میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون
• پلاریزاسیون غلظتی
• گرفتگی غشایی
• رفع گرفتگی غشاها
• اولترافیلتراسیون
• عملكرد واحد اولترافیلتراسیون
• راندمان حذف آلاینده ها توسط سیستم الترافیلتراسیون
• مقایسه فیلتراسیون آب در سیستم التراسیون به روشهای inside-out و outside-in
• مزایای استفاده ازسیستمهای اولترافیلتراسیون
• تأمین آب شرب بهداشتی به وسیله فرآیند غشایی اولترافیلتراسیون
• انواع فیلترهای اولترافیلتراسیون
• انواع ممبران های اولترافیلتراسیون
• نتیجه گیری
• منابع

چکیده

با توسعه صنایع مختلف و لزوم افزایش بازده فرایندی و كاهش مصرف انرژی، فرایندهای جداسازی

مواد مختلف در این صنایع، اهمیت چشمگیری یافته اند. لذا می توان با در نظر گرفتن عوامل مختلف مانند دسترسی به تجهیزات، هزینه های ساخت و انرژی و همچنین اهداف جداسازی در فرایند مربوطه،روش مناسبی را برای جداسازی انتخاب كرد. در این راستا، فرایندهای غشایی با دارا بودن مزایایی مانند كاهش مصرف انرژی، انتقال جرم و راندمان بالا و سهولت كاربرد، از اهمیت بسزایی برخوردارند. بااین دیدگاه به مطالعه كلی غشاها و تقسیم بندی های مختلف آنها از لحاظ مكانیسم های حاكم بر جداسازی، جنس، شكل هندسی و ساختار آنها پرداخته شده و خصوصیات وكاربردهای عمده آنها مورد بررسی قرار گرفته است. سپس، بررسی فرایندهای غشایی مختلف وكاربردهای آنها در صنایع مختلف انجام شده است.

 مقدمه
فرایندهای غشایی با دارا بودن مزایایی مانند کاهش مصرف انرژی ، انتقال جرم و راندمان بالا و سهولت کاربرد، از اهمیت بسزایی برخوردارند. در فرایندهای غشایی ، جداسازی اجزا مختلف از یکدیگر به دلیل مکانیسم غربالی ، انتقال ممانعتی از درون حفرات باریک غشا و سایر تقابل های بین اجزا و مواد غشا (از قبیل جذب سطحی و تقابل هابی الکتریکی) صورت می گیرد . برخی از موارد کاربرد این سیستم ها در صنایع غذایی ، تصفیه آب ، تغلیظ  و شفاف سازی اب میوه ها ، فراورده های شیر ، نوشابه های الکلی و پساب می باشد . در سیستم های جداسازی غشایی در مقایسه با یک تبخیر کننده ، آب بدون آن که تغییر فاز دهد از محلول جدا می شود . در یک سیستم جداسازی غشایی سیالی با دو جز یا بیشتر در تماس با غشا قرار گرفته که غشا اجازه می دهد ، اجزای خاصی از سیال (آب موجود در سیال) راحت تر از دیگر اجزا از آن عبور کنند . ماهیت فیزیکی و شیمیایی غشا (اندازه منافذ و توزیع اندازه منافذ در ان) روی جداسازی مایع تاثیر می گذارد .

پیشرفت های كنونی در صنایع شیمیایی و صنایع مشابه، به سمت افزایش سرعت انجام فرایندها و كاهش مصرف انرژی در طول فرایند معطوف شده است. یكی از فرایندهای مهم و پركاربرد در چنین صنایعی، جداسازی مواد مختلف میباشد. برای انجام فرایندهای صنعتی اغلب باید اجزای ماده خام اولیه از هم جدا شده و محصول به دست آمده از این فرایندها نیز تفكیك و تخلیص شود.

از طرفی در اكثر صنایع، با در نظر گرفتن قوانین محیط زیستی، لزوم انجام فرایندهای جداسازی بیش از پیش به چشم میخورد. در حقیقت، اهمیت فرایندهای جداسازی و دستگاه ها و تجهیزات مربوطه، به اندازه ای است كه در بسیاری از صنایع، بخش اعظم قیمت تمام شده یك محصول، مربوط به هزینه های جداسازی و خالص سازی آن محصول است. به همین دلیل یافتن یك روش جداسازی ساده تر و با هزینه كمتر، می تواند قابل تأمل باشد. در انتخاب یك روش جداسازی مناسب، باید بازده آن روش ها، دسترسی به تجهیزات، هزینه های جداسازی، هزینه ساخت و هزینه های انرژی، با در نظر گرفتن مسائل زیست محیطی و مسائل سیاسی مورد ارزیابی كامل قرار بگیرد. همچنین باید اهداف جداسازی در فرایند مشخص شود؛ در یك فرایند جداسازی، اهداف متفاوتی مانند تغلیظ، تخلیص، تفكیك و جابه جایی تعادل واكنش میتواندمدنظر باشد.

مکانیسم های جداسازی
این مکانیسم ها به نوع، ساختار و جنس غشا و جاذبه بین ذرات بستگی دارد. هنگامی که حفره های غشا کوچک تر از اندازه ذرات مورد نظر باشد مکانیسم جداسازی غربال شدن (Sieving) است. به این عمل فیلتراسیون سطحی می گویند. هنگامی که حفرات غشا بزرگتر از اندازه ذرات باشند یا اگر فیلتر از مواد رشته ای یا دانه ای ساخته شده باشد، ذرات به درون غشا وارد خواهند شد. اگر این ذرات جذب سطح غشا شوند و درون آن باقی بمانند از سیال جدا خواهند شد و در غیر این صورت به همراه سیال از غشا عبور می کنند. به این نوع جداسازی فیلتراسیون عمقی (Depth filtration) می گویند. حذف ذرات کوچکتر از حفره های غشا به عوامل گوناگونی بستگی دارد. طول حفره های غشا معمولا خیلی بیشتر از قطر آنهاست، لذا ذراتی که وارد غشا می شوند مسافتی طولانی را طی می کنند. در این حین ممکن است براساس پدیده جذب به سطح داخلی حفره ها بچسبند. در این حالت غشا تنها یک غربال نیست یعنی تمامی ذراتی که وارد آن می شوند لزوما از ان عبور نمی نمایند. جذب سطحی بر سطح حفره های غشا به نیروهای موجود بین آنها بستگی دارد که در این میان نیروهای الکترواستاتیکی و واندروالسی نقش مهمی را ایفا میکنند.

 در بعضی موارد اگر غشا باردار باشد و ذرات موجود در سیال نیز باردار باشند در صورتیکه بار آنها مشابه باشد ممکن است نیروهای دافعه الکترواستاتیکی قوی تر از جاذبه واندروالسی باشد و ذرات جذب داخل غشا نشده و عبور کنند مخالف بودن بار آنه سبب جذب آنها بر سطح داخلی غشا می شود. بار سطحی یک غشا را می توان با تغییر قدرت یونی سیال، تغییر داد. شدت جریان سیال و فشار وارده بر غشا، می توانند بر پدیده جذب اثر داشته باشند و با افزایش آنها امکان کنده شدن ذرات جذب شده بر سطح غشا وجود دارد. غلظت سیال نیز بر جذب اثر دارد و هر چه غلظت افزایش یابد جذب نیز بیشتر می شود. از عوامل موثر دیگر حجم سیال عبوری از غشا است در صورتیکه حجم کمی از سیال عبور نماید ذرات موجود به غشا خواهند چسبید و در صورتیکه حجم عبور یافته زیاد باشد محل های جذب نهایتا اشغال خواهند شد و امکان جذب کاهش می یابد. ضخامت غشا و جنس غشا نیز در این امر موثرند هر چه ضخامت غشا بیشتر باشد ذراتی که از داخل ان عبور می کنند امکان بیشتری برای چسبیدن به دیواره ان پیدا می کنند. نوع حفره های غشایی می تواند در عبور آسان یا به تله انداختن ذرات موثر باشد.
لازم به ذکر است که جداسازی بوسیله غشا یک فرایند صد در صد نیست بدان معنا که امکان عبور بعضی از ذرات که به طور تئوری انتظار دفع انها می رود، از غشا وجود دارد یا به عبارت دیگر هر چند که اندازه اسمی حفره های غشا کوچکتر از اندازه ذرات مورد نظر باشد اما ممکن است تعداد محدودی از این ذرات از غشا عبور نمایند.

در واقع هیچ غشایی کامل نیست  و ممکن است تعداد معدودی از حفره های بزرگتر از اندازه اسمی ان که توسط کارخانه سازنده آن اعلام می شود وجود داشته باشد که با روش های کنترل کیفی قابل تشخیص نباشند. حتی اگر 999/99 درصد از حفرات هم در حد قابل قبول باشند همان 001/0 درصد می تواند باعث عبور تعدادی از ذرات بزرگ از درون غشا گردد. در صورتیکه مخلوطی از ذرات درشت و ریز در سیال داشته باشیم ذرات بزرگتر بر روی سطح غشا باقی مانده و مانند غشایی که مانع عبور ذرات کوچک می شود عمل می نمایند. ذرات کوچک ممکن است بر سطح ذارت بزرگ چسبیده و امکان عبور نیابند. به عنوان مثال می توان به افزایش توانایی غشاهای میکروفیلتراسیون برای جداسازی ویروس از اب در حضور باکتری اشاره کرد. باکتری ها خود مانع عبور ویروس شده و در عین حال تعدادی از ویروس ها بر سطح باکتری ها چسبیده و در نتیجه از غشا عبور نمی نمایند.

فیلتر چیست؟
فیلترها موادی متخلخلی ¹ هستند که در فرایند جداسازی یا تغلیظ مورد استفاده قرار می‌گیرند. مهم‌ترین ویژگی فیلترها، داشتن خلل و فُرج‌هایی با اندازه و ابعاد مشخص است، به همین دلیل، فیلتر را یک محیط متخلخل می‌نامند. سوراخها درصد بسیار زیادی از حجم فیلتر را دربرمی‌گیرند و شبکه پیچیده‌ای از حفره‌ها را می‌سازند. فیلترها می‌توانند از جنس پلیمـر و یا سرامیک باشند.

توجه:

برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.

لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.