در مطالعات غشایی، دو نوع سل مورد استفاده قرار میگیرند:
سل با انتهای بسته[۴۴]
سل با جریان متقاطع[۴۵]
در شکلهای ۲-۵ (الف و ب) نمای شماتیک این دو نوع سل نمایش داده میشود.

ب
الف
شکل۲-۴: الف) نمای شماتیک از سل با انتهای بسته . ب)نمای شماتیک از سل با جریان متقاطع
با توجه به تصاویر فوق، مشاهده میشود که تفاوت دو نوع سل مربوط به چگونگی برخورد جریان ورودی با سطح غشا میباشد. در سل با انتهای بسته، خوراک ورودی به صورت عمود بر غشا جریان مییابد. این سل برای فرآیندهایی با فشار عملیاتی پایین و اتمسفریک مناسب است و غالباً در فرآیندهای میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون و همچنین در فرآیندهای جداسازی گاز استفاده میشود.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

در سل با جریان متقاطع، جهت عبور جریان موازی با سطح غشا میباشد و مناسب فرآیندهایی است که اولاً حجم خوراک ورودی زیاد است و ثانیاً فشار عملیاتی بسیار بالاست. این سلها برای مطالعه غشاها و فرآیندهای نانوفیلتراسیون و اسمزمعکوس مناسب میباشند.
پس از آمادهسازی غشاهای مورد نظر، تست ارزیابی آنها انجام میگیرد. در این مرحله غشاها در شرایط عملیاتی فرایند اولترافیلتراسیون اصلاح شده با نانوذرات (غلظت خوراک ppm ۱۰ و فشار bar3) قرار گرفته و میزان شار و احتباس آنها اندازه گیری شد.
شکل۲-۵: نمای شماتیک تست عملکرد غشا]۲۶[
دستگاه فیلتراسیون موجود در آزمایشگاه به روش فیلتراسیون موازی و پیوسته است (شکل ۲-۵). در این دستگاه محلول گذرنده از غشا ابتدا درون مخزن استیل ریخته میشود. سپس غشای مورد نظر درون سل قرار میگیرد. پمپ این دستگاه میتواند تا حداکثر ۴ بار فشار روی غشا وارد کند. پس از قرار دادن غشا در سل و پر کردن مخزن از سیال مورد نظر، پمپ را روشن می‌کنیم و با دو عدد شیر موجود بر روی دستگاه فشار و دبی مورد نظر را تنظیم میکنیم. فشارسنج و مانومتر موجود در دستگاه به ما امکان اطلاع از فشار و دبی گذرنده از غشا را میدهد. دمایی که در آن عملکرد غشاها با بهره گرفتن از محلولهای تهیه شده مورد بررسی قرار گرفت ۲±۲۵ بود. شار غشا با اندازه گیری حجم آب خروجی در واحد زمان و سطحی از غشا که در برابر خوراک قرار میگیرد، محاسبه میگردد. بدست آوردن اطلاعات درست و مطمئن در پروژه های غشایی امری زمانبر و در عین حال بسیار مشکل است. عواملی که بدست آوردن اطلاعات را دشوار میکند عبارتند از:
از آنجایی که سطح غشا کم است (۲۱ سانتیمترمربع)، محصول بدست آمده دبی کمی دارد و دسترسی به مقدار مورد نظر از محلول عبوری که بتوان غلظت ماده مورد نظر جهت جداسازی در آن را محاسبه کرد، طولانی و زمانبر است.
برای هر بار آزمون سل غشایی باز میگردد تا غشا مجددا و با دقت فراوان در آن قرار گیرد، به گونهای که غشا پاره نشود و تمام فضای داخل سل آببندی شود که این مرحله نیز بسیار حساس است.
از آنجایی که غشای تهیه شده بسیار نازک بوده و میتواند در حین فرایند جاگذاری غشا و در حین فرایند جداسازی تحت فشار بخصوص در ابتدای فرایند که به یک باره فشار اعمال میشود دچار آسیب و پارگی شود. برای جلوگیری از پارگی غشا در شروع فرایند فشار را به آرامی افزایش میدهیم تا غشا به طور آنی، در معرض فشار بالا قرار نگیرد.
به دلیل افزایش دما در پی کارکرد پمپ نیاز به یک سیستم خنک کننده در سیستم احساس می‌شود لذا سیستم به یک سیستم خنک کننده یخچالی مجهز می‌باشد.

۲-۶ شار آب خالص

شار جریان خروجی از غشا از طریق توزین محلول عبوری از غشا محاسبه می‌شود. با در نظر گرفتن آنکه چگالی محلول‌های مورد آزمون حدوداً برابرkg/lit ۱ می‌باشد شار جریان عبوری از غشا از طریق رابطه زیر به دست می‌آید:
(۲-۱) Jw=
∆wحجم محلول عبوری از غشا (m3)،A سطح موثر غشا (m2) و ∆tزمان عبور محلول از غشا (h) می‌باشد. از آنجا که با افزایش فشار، شار غشا نیز افزایش می‌یابد، برای درک بهتر تراوایی غشا و حذف اثر فشار، ضریب نفوذپذیری غشا عبارت است از شار جریان عبوری از غشا بر واحد فشار، که از رابطه زیر به دست می‌آید:
(۲-۲) Lp=
: شار جریان عبوری
: فشار موثر وارده بر غشا
استفاده از رابطه فوق برای محاسبه نفوذپذیری محلول با فرض ناچیز بودن فشار اسمزی حل شونده که در اینجا فرض معقولی می‌باشد، امکان­ پذیر می‌باشد ]۶۰[.

۲-۷ احتباس

احتباس معیاری است از مقدار ماده حل شده مورد­نظر در یک محلول که توسط لایه گزینشی یعنی غشا احتباس می­ شود. در واقع میزان احتباس یک ماده نماینده خواص گزینشی غشا نسبت به آن ترکیب است و عبارت است از:
(۲-۳) R%= (1 - ×۱۰
Cpغلظت ماده مورد نظر در محلول عبوری از غشا و Cb غلظت ماده در محلول اولیه (محلول خوراک) می­باشد ]۶۰[.

۲-۸ آستانه شکست و محاسبه اندازه حفرات

در انتخاب یک غشا برای جداسازی و فیلتراسیون یک محلول، اولین مشخصه مهم اندازه قطر منافذ غشا است. در غشاها اندازه قطر منافذ بطور غیرمستقیم توسط آستانه شکست بیان می‌شود و طبق تعریف عبارت است از وزن مولکولی کوچکترین ماکرومولکولی که توسط غشا در یک شرایط عملیاتی مشخص به میزان ۹۰ تا ۹۵ درصد پس‌زده می‌شود.
موادی را که برای اندازهگیری آستانه شکست استفاده می‌شود ردیاب[۴۶] خوانده می‌شود. موادی که به عنوان ردیاب از آنان استفاده می‌شود بایستی خصوصیات زیر را دارا باشند:
مواد مورد استفاده بایستی تا حد امکان دارای بار خنثی باشند.
اندازه کاملا مشخصی داشته باشند.
برهمکنش ردیاب با غشا تا حد امکان کم باشد تا از انسداد غشا در طول فرایند جلوگیری شود.
ردیابها بایستی در محدوده وسیعی از اندازهها (با اوزان مولکولی مختلف) در دسترس باشند.
قیمت معقولی داشته باشد]۵۹[.
هم اکنون انواع مختلفی از ردیابها در فیلتراسیون غشاها مورد استفاده قرار می‌گیرد که دکستران، پلیاتیلنگلایکول، پلیوینیلپیرولیدون و برخی پروتئینها از ردیابهای رایج در صنعت می‌باشد.
برای توصیف یک غشا با بهره گرفتن از آستانه شکست، در شرایط مشخص و ثابت از منحنی احتباس استفاده میشود که این منحنی درصد جداسازی ردیابها توسط غشا را به صورت تابعی از جرم مولکولی ردیاب نشان می‌دهد. در شکل ۲-۶ منحنی اندازه‌گیری آستانه شکست نشان داده شده است.
شکل ۲-۶: اندازهگیری آستانه شکست از طریق منحنی احتباس ردیابها
در این پژوهش از پلیاتیلنگلایکول به عنوان ردیاب استفاده می‌شود که تمامی مشخصات ذکر شده را دارا بوده و به عنوان یک ردیاب متداول در تحقیقات و صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد. آزمونهای اندازهگیری آستانه شکست با بهره گرفتن از محلولهای پلیاتیلنگلایکول با وزنهای مولکولی مختلف در غلظت ppm ۵۰۰ انجام می‌گیرد.
اندازه‌گیری مستقیم میانگین قطر روزنهها در یک غشا مشکل است. قطر روزنه‌ها به طور مستقیم و یا غیرمستقیم از طریق اندازه مولکولهایی که از غشا عبور یا آن که توسط غشا احتباس می‌گردد، محاسبه میشود.
شعاع هیدرودینامیکی پلیاتیلنگلایکول که در این پژوهش به عنوان ردیاب مورد استفاده قرار می‌گیرد از رابطه زیر به دست می‌آید:]۵۹[

(۲-۴)  
موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت