منبع پایان نامه درمورد ارزش افزوده

ابعاد انواع غشاهاي ميکروفيلتراسيون، اولترافيلتراسيون، نانوفيلتراسيون و اسمز معکوس متفاوت است.
در يک فرآيند فيلتراسيون، دوفازي که با يکديگر در تعادل ترموديناميکي نيستند توسط يک غشا نيمه‌تراوا جدا مي شوند. غشاي ياد شده مانند يک سد يا مانع فيزيکي عمل کرده و عبور يا عدم عبور مواد از يک فاز به ‌فاز ديگر را کنترل مي‌کند. اسمز معکوس براي نمک‌زدايي محلول‌هاي آبکي، توليد آب بسيار خالص و در صنايع غذايي و شير مورد استفاده قرار مي گيرد. از آن جايي که ذرات بسيار ريز به طور اجباري طي فرآيند اسمز معکوس حبس مي‌شوند، روزنه‌هاي بسيار کوچک (کم تر از يک نانومتر) و فشارهاي بالا (بيش از ?? بار) براي انجام اين فرآيند لازم است.
به منظور جداسازي ذرات بين ? تا ??? نانومتر (پليمرها، پروتئين‌ها ، ويروس‌ها و….) از فرآيند اولترافيلتراسيون استفاده مي شود[5 ,4]. در اولترافيلتراسيون، روزنه‌هاي غشا بزرگ‌تر از روزنه غشاهاي اسمز معکوس بوده و فشارهاي پايين(کم تر از ?? بار) نياز است. در دو دهه اخير، تلاش‌هاي قابل توجهي براي دستيابي به پيشرفت‌هايي در زمينه توليد غشاهايي که داراي خواص بين دو فرآيند ياد شده يعني فشار بالا(مشابه فرآيند اسمز معکوس) و فشارهاي پايين (همچون فرآيند اولترافيلتراسيون) باشد، انجام شده که نتيجه آن، توليد نانوفيلتراسيون مي‌باشد. امروزه نانوفيلتراسيون جايگاه مهمي در صنايع مختلف پيدا کرده و شکاف بين اسمز معکوس و اولترافيلتراسيون را پر کرده است. اندازه روزنه‌ها در نانوغشاها بين غشاهاي اسمز معکوس و اولترافيلتراسيون(در محدوده ? نانومتر يا کوچک تر) بوده و بنابراين ذرات با قطر حد واسط بين اسمز معکوس و اولترافيلتراسيون با يک مکانيسم غربالي جدا مي‌شوند. علاوه بر اين مواد مورد استفاده، در ساخت نانوغشاها باردار بوده و ذرات تحت يک مکانيسم دافعه الکتروستاتيکي نيز جدا مي‌شوند[6].

1-2- نانوفيلتراسيون1
اين تصفيه مربوط به فرايند تخصصي غشا مي باشد که ذرات را در حدود اندازه‌هاي nm1 يا A010 دفع مي کند و به همين علت نانوفيلتر ناميده مي شود[7]. نانوفيلتراسيون در محدود? بين اولترافيلتراسيون2 و اسمز معکوس3 عمل مي کند. مولکول‌هاي آلي با وزن مولکولي بيش از 200 تا 400 را دفع مي‌کند. نمک‌هاي محلول نيز در اندازه هاي 20 تا 98 درصد پس زده مي شوند. نمک‌هايي که آنيون هاي تک ظرفيتي دارند(مانند کلريد سديم يا کلريد کلسيم) حدوداً در انداز? 20 تا 80 درصد دفع مي شوند. در صورتي‌که نمک‌هايي با آنيون‌هاي چندظرفيتي(مانند سولفات منيزيم) بيش از 90 تا 98 درصد دفع مي شوند[9 , 8].
به طور معمول جداسازي نمک‌هاي تک ظرفيتي، دو ظرفيتي و حل‌شده‌هاي غيريوني با وزن مولکولي کم تر از 2000 گرم بر مول، عامل اصلي در انتخاب غشاهاي جديد با خواص و ويژگي‌هاي بين غشاهاي اسمز معکوس و اولترافيلتراسيون مي‌باشد. امروزه نانوفيلتراسيون به صورت يک فرايند به طور کامل مجزا با خواص کاربردي ويژه به کار گرفته مي‌شود و با دو فرآيند اسمز معکوس و اولترافيلتراسيون اختلاف‌هاي اساسي دارد. به عبارتي غشاهاي به کار رفته در فرايند نانوفيلتراسيون داراي ساختار متخلخل از نوع ميکرو با قطر روزنه هاي کم تر از ? نانومتر بوده و از مواد پليمري، که در بيش تر حالت‌ها داراي بار يوني مي‌باشند، ساخته شدهاند.
شهرت تجاري نانوفيلتراسيون از اوايل سال هاي ???? آغاز شده و در سال ???? اولين نانوغشاها از جنس مواد سراميکي به صورت تجاري و کاربردي مورد استفاده قرار گرفت[11 ,10]. بعدها نانوغشاهايي از جنس مواد پليمري آلي جهت کاربردهاي خاص به بازار عرضه شد.در حال حاضر غشاهاي نانو در بخش هاي مختلف صنايع مثل بيوتکنولوژي، صنايع غذايي و کشاورزي، توليد آب آشاميدني و حفاظت محيط زيست به طور گستردهاي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. براي مثال، مي توان به جداسازي مواد معدني از لاکتوز در صنايع شير، بازيابي و استفاده مجدد از آب مصرفي در پساب‌هاي رنگي و تصفيه آب شرب در يک مقياس بزرگ اشاره کرد[16- 12].

1-2-1- ويژگي ها و مشخصات اصلي و اساسي فرايند نانوفيلتراسيون
الف) جرم مولکولي ذرات و مولکول‌هاي جدا شده بر اساس وزن مولکولي توسط اين غشا بين ??? تا ???? گرم بر مول (دالتون) قرار مي‌گيرد.
ب) ميزان جداسازي ذرات باردار تابع بار يوني آن‌ها مي باشد (نه جرم مولکولي آن‌ها)
ج) محدوده فشار اعمال شده در اين فرايند در مقايسه با فرايند اسمز معکوس کم تر و بالعکس دبي جريان عبوري از غشا به مراتب بيش تر از دبي به دست آمده از فرايند اسمز معکوس در يک فشار ثابت مي‌باشد. دبي جريان خروجي و عبوري از غشاهاي نانو براساس آناليز تئوري‌هاي دو پديده نفوذ و جابجايي قابل توصيف است.
به دليل استفاده از پليمرهاي يوني در ساخت غشاهاي نانو، جداسازي ذرات يوني از مکانيزم اثر دافعه دونان4 تبعيت مي‌کند. بررسي جزييات مکانيزم‌هاي انتقال مواد در غشا نشان مي‌دهد که اين نوع مکانيزم از ويژگي‌هاي خاص غشاهاي نانو در مقايسه با دو نوع غشاي اسمز معکوس و اولترافيلتراسيون مي‌باشد[ 18 ،17].
در نانوغشاها يک انتخاب بين يون‌هاي تک‌ظرفيتي و دوظرفيتي وجود دارد. به عبارت ديگر توسط فرايند نانوفيلتراسيون امکان جداسازي يون‌هاي يک‌ظرفيتي از دوظرفيتي وجود دارد. در حالي که عليرغم جداسازي خيلي زياد فرايند اسمز معکوس، اين نوع جداسازي به وسيله غشاهاي اسمز معکوس وجود ندارد.
همچنين در غشاهاي نوع نانو اختلاف بسيار مهمي در نفوذپذيري بين دو ذرهاي که از نظر جرم مولکولي يکسان وليکن داراي بارهاي يوني مخالف (مثل يک ذره يوني مثبت يا منفي، و يک ذره خنثي) هستند، وجود دارد. در حالي که چنين اختلافي در دو نوع غشاي اسمز معکوس و اولترافيلتراسيون ديده نمي‌شود.

1-2-2- ساختار نانوفيلتراسيون
غشاهاي استفاده شده در فرآيند نانوفيلتراسيون، برحسب ماهيت آلي يا معدني، از پليمرها و يا اکسيدهاي فلزي ساخته شده و داراي يک ساختار نامتقارن هستند[21-19]. يک نانوغشا از سه لايه، که هر يک نقش ويژهاي دارد تشکيل شده است:
الف) لايه اوليه با قطر روزنه‌هاي بزرگتر از ?? نانومتر به منظور دادن مقاومت مکانيکي خوب به غشا و امکان کسب دبي جريان عبوري بالا.
ب) لايه مياني با قطر منافذ بين ? و ?? نانومتر که ارتباط بين لايه حفاظتي و لايه فعال را مطمئن مي‌سازد.
ج) يک لايه فعال که توسط آن عمل جداسازي توسط فرآيند نانوفيلتراسيون انجام مي‌شود. ضخامت اين لايه به نسبت کم بوده و اغلب در حدود کم تر از ميکرون با قطر روزنه‌هايي در مقياس نانومتر مي‌باشد. توزيع اندازه اين روزنه‌ها خيلي باريک مي‌باشد. اين لايه ضمن داشتن دبي جريان عبوري بالا، داراي ويژگي خاص در انتخاب فرآيند جداسازي بين ذرات يوني و غيريوني، که جرم مولکولي آن ها کم تر از ???? گرم بر مول است، مي‌باشد.
اين پايان‌نامه جهت مدل سازي غشاهاي نانوفيلتراسيون جهت بهره گيري از آن‌ها به منظور جداسازي يون کلر موجود در ميعانات گاز پيشنهاد گرديده است. چون وجود اين يون، علاوه بر کاهش کيفيت ميعانات گازي باعث ايجاد مشکلاتي در فرآيندهاي پايين‌دست مي‌شود. از اين‌رو جداسازي آن به منظور ايجاد ارزش افزوده و جلوگيري از بروز مشکلات ضروري است. با توجه به مقادير اندک يون کلر، استفاده از فرآيندهاي متداول که براي جداسازي ذرات از يکديگر و يا جداسازي يون‌هاي نمکي به منظور تهيه آب شيرين و يا جهت اهداف خاصي در صنايع غذائي به کار مي روند، مقرون به‌صرفه نيست. لذا بايد فرآيند‌هايي متکي بر فناوري‌هاي نو، نظير نانوفيلتراسيون مدنظر قرار گيرند.
1-2-3- کاربرد نانوفيلتراسيون
نانوفيلتراسيون براي شيرين سازي آب دريا در يک نمونه نيمه صنعتي استفاده شده است. نانوفيلتراسيون به سيستم اسمز معکوس هم متصل بوده که در اين سيستم با ترکيب عمليات تبخير ناگهاني، اسمز معکوس و نانوفيلتراسيون شيرين سازي انجام مي شده است[22]. سيستم نانوفيلتراسيون براي کارکرد در دماهاي بالاتر از 120 درجه سانتيگراد هم مورد طراحي، استفاده و آزمايش قرار گرفته است[23]. مطالعات نشان داده که اين سيستم ترکيبي تصفيه آب دريا جهت توليد آب شيرين، در مقايسه با روش رايج اسمز معکوس باعث حدود 30 درصد صرفه جويي در هزينه مي شود. اين نمونه نيمه صنعتي بعدها به مقياس صنعتي هم تعميم داده شد[24]. مطالعات انجام شده حاکي از به صرفه بودن استفاده از سيستم ترکيبي جديد از جنبه هاي مختلف نظير مصرف انرژي و هزينه نسبت به نمونه هاي صنعتي و رايج اسمز معکوس مي باشد[27-25]. کاربردهاي نانوفيلتراسيون در صنايع مختلف رو به گسترش بوده که در جدول 2-1 به پاره اي از اين کاربردها اشاره شده است.

جدول 2-1- کاربرد نانوفيلتراسيون در صنايع مختلف
صنعت
کاربرد
توليد آب
شيرين کردن آب دريا[25-23]

تصفيه آب هاي شور [29-28]

حذف عوامل سختي آب[30]

حذف مواد آلي طبيعي[31]
کشاورزي
حذف مواد آفت کش[32]

حذف فلزات سنگين[33]

حذف مواد ضدعفوني [34]

حذف سم هاي جلبکي[35]

خالص سازي اب هاي آلوده[36]

حذف سلنيوم از آب زهکشي[37]
داروسازي
بازيابيN-acetyl D-neuraminic acid [38]

بازيابي سديم سفورکسيم[39]

بازيابي سفالکسين[40]

عايق سازي Clindamycin[41]
شيميايي
بازيابي محلول سفيدکننده [42]

حذف سولفات از سديم هيدروکسيد[43]
صنعت پارچه
جداسازي آمينواسيدها[44]

تصفيه فاضلاب فرآيند پارچه سازي[45]
چرم و پوشاک
بازيابي آب و نمک ها از فاضلاب[46]
دباغي
بازيابي کروميوم[47]
کاغذ
بازيابي آب از فاضلاب[48]
غذا
حذف مواد معدني آب پنير[49]

حذف مواد معدني آب شکر[50]

بازيابي آب از رزين[51]

خالص سازي اسيدهاي آلي[52]

ميعانات گازي
وجود يون کلر در ميعانات گازي، استفاده از اين محصولات را با چالش‌هاي اجتناب‌ناپذيري روبرو كرده، که از آن جمله مي‌توان به مسموم‌شدن كاتاليست‌ها و تغيير رنگ محصول اشاره نمود. لذا توجه به اين واقعيت که ميعانات گازي نه تنها در مجتمع‌هاي پالايشگاهي و پتروشيمي به عنوان خوراک واحدهاي پالايشي استفاده مي‌شود، بلکه در تأمين ذخائر ارزي به واسطه صادرات اين ماده ارزشمند نيز مي تواند نقش موثري داشته باشد؛ لذا نياز محور بودن اين طرح مشخص مي‌شود. علاوه بر اين وجود برخي ترکيبات نامطلوب در ميعانات گازي همانگونه که اشاره شد، باعث ايجاد مشکلاتي در صنايع پايين‌دست هم مي‌گردد. بنابراين ارتقاء کيفيت اين محصول؛ به منظور رفع اين چالش‌ها و بالا بردن ارزش افزوده آن، از اهميت فوق‌العاده‌اي برخوردار مي‌باشد. ضمن اينکه روش‌هايي که معمولا براي جداسازي کلر به کار مي‌رود، در نهايت منجر به تخليه آن به اتمسفر شده که مشکلات زيست محيطي را به همراه دارد. با توجه به مطالب مذکور، ارائه روشي کارآمد که بتواند از بروز عواقب سوء زيست محيطي جلوگيري نموده و حسب مورد امکان استفاده مجدد اين گاز را ميسر نمايد، احساس مي‌شود. بنابراين حذف اين يون، امري ضروري به نظر مي رسد. در همين رابطه، فناوري نانوفيلتراسيون غشايي مي تواند به عنوان روشي نو براي حل اين مشكل مطرح گردد. در اين تحقيق كارايي اين فناوري در حذف يون کلر موجود در ميعانات گازي، مورد بررسي و ارزيابي قرار خواهد گرفت.
مهم ترين ضرورت مدل سازي درک رفتار واقعي سيستم است. با استفاده از مدل سازي رياضي مي توان به جاي به کارگيري انبوهي از متغيرهاي سيستم، رفتار نهايي سيستم را با وضوح بيش تري مورد مطالعه قرار داد. غالبا استفاده از يک مدل رياضي که سيستم را تعبير نمايد، هزينه آزمايش را پايين خواهد آورد و زمان کم تري صرف حدس و خطا خواهد شد. مدل رياضي يک روش ضروري براي رد يا تاييد يک واحد صنعتي است. کاربرد مدل سازي به اختصار در موارد زير قاب

دیدگاهتان را بنویسید