لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 23
عنوان تحقیق:
کارگاه عملیات واحد (قسمت جداسازی گازها)؛
عملیات و قسمت جداسازی مایعات.
موضوع:
فرآیندهای جداسازی شیمیایی
محقق: حسین عابدزیدی
مقطع تحصیلی: کاردانی صنایع شیمیایی
استاد مربوطه: آقای دکتر نجفی
زمان تحقیق: نیمسال اول 85-84
مرجع:
عنوان کتاب: عمیات واحد
عنوان فصل:
فرآیندهای جداسازی غشایی
در بسیاری از فرآیندهای جداسازی مخلوط‌های گاز یا مایع، از غشاهای نیمه تراوا استفاده می‌شود که امکان عبور یک یا چند جز مخلوط را راحت‌تر از بقیه اجزا فراهم می‌سازد. غشاها ممکن است لایه‌های نازک ماده‌ای سخت مثل شیشه متخلخل یا فلز آبدیده باشند، اما اغلب از فیلم‌های قابل انعطاف پلیمرهای مصنوعی استفاده می‌شود که برای این منظور تهیه شده‌اند و در برابر بعضی از مولکول‌ها تراوش‌پذیری زیاد دارند.
جداسازی گازها
غشاهای متخلخل
اگر مخلوط گازی از میان غشا متخلخلی به منطقه‌ای با فشار کمتر نفوذ کند، گازی که در غشا نفوذ می‌کند، غنی از اجزای با وزن مولکولی کمتر است، چون آن اجزا سریعتر نفوذ می‌کند. اگر منافذ خیلی کوچکتر از میانگین پویش آزاد در فاز گاز (در حدود 1000Ao در شرایط استاندارد) باشند، گازها به صورت مستقل از یکدیگر به روش نفوذ نودسن نفوذ می‌کنند و نفوذپذیری درون سوراخ با اندازه آن و میانگین سرعت مولکولی نسبت عمکس و با ریشه دوم وزن مولکولی M، نسبت مستقیم دارد. برای نفوذ نودسن، گاز A در منافذ استوانه‌ای رابطه زیر را داریم:
DA = 9700r (T/MA)0.5
در معادله 26-1، r شعاع میانگین منفذ بر حسب سانتیمتر، T دمای مطلق بر حسب کلوین و DA بر حسب cm/s2 است.
شار در واحد سطح غشا بستگی به نفوذپذیری موثر De دارد که به نسبت از نفوذپذیری منفذ کمتر است که درصد تخلخل و ضریب پیچ‌خوردگی است. در غشاهای با تخلخل حدود 50%، این ضریب معمولاً 2/0 تا 3/0 است:
شار هر گاز متناسب با گرادیان غلظت است که اگر ساختمان غشا یکنواخت باشد و گازهای اثر متقابل بر یکدیگر نداشته باشند، خطی است. معمولاً این گرادیان را به صورت گرادیان فشار بیان می‌کنند و فرض می‌شود گازها ایده‌آل هستند:
ترکیب ماده تراوش کننده بستگی به شار همه موارد دارد. در سیستمی دو جزئی، کسر مولی A در ماده تراوش کننده عبارت است از:
از گرادیان فشار در غشایی که در تماس با مخلوطی دو جزئی هم مولار واقع شده، در شکل 26-1، نشان داده شده است. در این مورد فرض می‌شود که نفوذپذیری گاز A دو برابر نفوذپذیری گاز B (مل هلیم و متان) و فشارهای جریان بالایی و پایینی به ترتیب 4/2 و 1 اتمسفر است. 60% ماده نفوذ کننده را A تشکیل می‌دهد که نسبت به غلظت 50%A در خوراک فقط کمی بیشتر غنی شده است. غنی شدن، گرادیان A را کمتر از گرادیان B می‌کند (8/0=4/0-2/1=∆PB؛ 6/1=6/0-2/1=∆PA)، لذا شار A فقط 5/1=(8/0÷6/0)×2 برابر شار B است که باعث می‌شود ماده تراوش کننده دارای 60%A باشد. اگر فشار خوراک بیشتر یا فشار طرف نفوذ کننده غشا کمتر از فشار اتمسفر باشد، ماده تراوش کننده کمی از A غنی‌تر می‌شود. با متراکم کردن ماده تراوش کننده و فرستادن آن به یک واحد غشایی دیگر، مقدار کمتری از محصول خالص‌تر به دست می‌آید. مجموعه‌ای از مراحل با جریان یا چرخه مجدد را برای بدست آوردن محصولات تقریباً خالص می‌توان طراحی کرد، اما هزینه تراکم در هر مرحله معمولاً چنین فرآیندهایی را بسیار پرهزینه می‌سازد.
مثالی کاملاً شناخته شده، از جداسازی گاز به وسیله غشاهای متخلخل و شاید تنها کاربرد آن در مقیاس وسیع جداسازی ایزوتوپ‌های اورانیوم با استفاده از هگزافلونوریدها 238UF, 235UF است. چون اورانیوم طبیعی فقط 7/0% 125U دارد و نفوذپذیری هگزافلوئوریدها فقط 4/0% است، بیش از هزار مرحله لازم است تا محصولی با 4% 235UF و باقیمانده‌ای با 25/0% 235UF بدست آید.
غشاهای پلیمری
انتقال گازها درون غشاهای پلیمری متراکم (غیرمتخلخل) با مکانیسم انحلال ـ نفوذ صورت می‌گیرد. گاز در ظرف پرفشار غشاها در پلیمر حل می‌شود و در فاز پلیمر نفوذ می‌کند و در طرف کم فشار دفع یا تبخیر می‌شود. سرعت انتقال جرم بستگی به گرادیان غلظت در غشا دارد که اگر انحلال‌پذیری متناسب با فشار باشد، با گرادیان فشار در غشاء متناسب است. اختلاف گرادیان‌های یک مخلوط دو جزئی در شکل 26-2 نشان داده شده است. به فرض قانون هنری در مورد هر گاز صادق و در سطح مشترک تعادل برقرار است. در این مورد از مقاومت گاز ـ فیلم صرف‌نظر شده و در نتیجه، فشارهای جزئی در سطح مشترک گاز ـ پلیمر مثل فشارهای جزئی در کل مخلوط است. شار در گاز A برابر است با:
غلظت‌های با یک ضریب انحلال‌پذیری S که واحدهایی همچون mol/cm2-atm دار، به فشارهای جزئی مربوط هستند (S عکس ضریب قانون هنری است):
تحقیق درمورد فرآیندهای جداسازی شیمیایی 21 ص
