انتقال مواد در فیلترهای ممبران Mass transfer in Membrane
برای انتقال ماده از طریق فیلتر غشاء دو مدل پایه ای متمایز وجود دارد:
- مدل نفوذ محلول
- مدل هیدرودینامیک
در غشاءهای واقعی، این دو نوع مکانیزم انتقالی قطعا در کنار هم ، خصوصا در طی فرایند اولترا فیلتراسیون رخ میدهند.
1- مدل نفوذ محلول Solution-diffusion model of Membrane
در مدل نفوذ محلول، انتقال تنها از طریق نفوذ صورت میگیرد. اجزائی که نیاز است تا انتقال یابند ابتدا باید در غشاء حل شوند. رویکرد کلی مدل نفوذ محلول اینگونه فرض می شود که پتانسیل شیمیایی خوراک و سیالات نفوذی در سطوح مجاور غشاء در تعادل هستند و یا به عبارتی پتانسیل شیمیایی سیالات و فازهای غشایی در سطح مشترک غشاء محلول میتواند برابر باشد.
این اصل برای غشاءهای متراکم بدون تخلخل ذاتی نظیر آنچه که برای اسمز معکوس و سلول های سوختی استفاده میشود، بسیار حائز اهمیت است. در طول فرایند فیلتراسیون یک لایه مرزی بر روی غشاء تشکیل می شود. این گرادیان غلظتی توسط مولکول هایی که قادر نیستند تا از میان غشاء عبور کنند، ایجاد می شود..
این اثر قطبش (پلاریزاسیون) غلظتی است و در طی فیلتراسیون رخ میدهد و منجر به کاهش در جریان انتقال غشایی (شارflux) میگردد. قطبش (پلاریزاسیون) غلظتی از طریق پاکسازی غشایی (که طی آن غشاء از شار اولیه به طور کامل بازسازی شود) برگشت پذیر می باشد. همچنیین میتوان با به کارگیری از یک جریان مماس با غشاء (فیلتراسیون با جریان متقاطع) میزان قطبش غلظتی را به حداقل رسانید.
2- مدل هیدرودینامیکی Hydrodynamic model of Membrane
انتقال از میان منافذ ریز (خلل و فرج) در ساده ترین حالت به صورت همرفت انجام می گیرد. این امر مستلزم این است که اندازه منافذ (خلل و فرج ها) کوچکتر از قطر دو جزء جدا شونده باشند.
غشاءهایی که مطابق با این قاعده هستند به طور عمده در میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون به کار گرفته می شوند. آنها معمولا برای جداسازی ماکرو مولکول ها از محلول ها، کلوئیدها از مخلوط ها و یا حذف باکتری ها، مورد استفاده قرار می گیرند. در طی این فرایند ذرات یا مولکول هایی که از یک جرم(توده) کاغذی (قرص فیلتر) که بر روی غشاء وجود دارد، عبور نکرده اند موجب انسداد غشاء شده و در فیلتراسیون اختلال ایجاد می کنند.
این انسداد و گرفتگی را میتوان از طریق به کارگیری روش جریان متقاطع (فیلتراسیون جریان متقاطع) کاهش داد. در اینجا، مایع فیلتر شده در امتداد مقابل غشاء جریان می یابد و از طریق اختلاف فشار بین بخش جلویی و بخش پشتی غشاء جدا میگردد، که در طی آن به دو قسمت retentate (کنسانتره روان) در قسمت جلویی و premeat (تصفیه شده) در قسمت عقبی غشاء تقسیم می شود. جریان مماسی منجر به بروز تنش برشی می شود که این تنش باعث ترک خوردن قالب فیلتر می شود، اما از طرفی دیگر جریان مماسی رسوب گذاری را کاهش می دهد.
اجرای فرایندهای غشایی Membrane operations
بر طبق نیروی محرکه موثر برای انجام شدن فرایند، تمایز امکان پذیر می شود.
1- عملکرد وابسته به فشار
- میکروفیلتراسیون
- اولترافیلتراسیون
- نانوفیلتراسیون
- اسمز معکوس
2- عملکرد وابسته به غلظت
- دیالیز
- تبخیر pervaporation
- اسمز مستقیم
- ریه مصنوعی artificial lung
- جداسازی گاز
3- عملکرد وابسته به شیب پتانسیل الکتریکی
- الکترودیالیز
- غشاء الکترولیز مانند فرایند قلیایی
- الکترودیونیزاسیون
- الکتروفیلتراسیون
- سلول سوختی
4- عملکرد وابسته به گرادیان دمایی
- تقطیر غشایی
**ن