خرید ودانلود فایل تحقیق فرآيندهاي جداسازي شيميايي

این فایل در ۲۱صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

در بسياري از فرآيندهاي جداسازي مخلوطهاي گاز يا مايع، از غشاهاي نيمه تراوا استفاده ميشود كه امكان عبور يك يا چند جز مخلوط را راحتتر از بقيه اجزا فراهم ميسازد. غشاها ممكن است لايههاي نازك مادهاي سخت مثل شيشه متخلخل يا فلز آبديده باشند، اما اغلب از فيلمهاي قابل انعطاف پليمرهاي مصنوعي استفاده ميشود كه براي اين منظور تهيه شدهاند و در برابر بعضي از مولكولها تراوشپذيري زياد دارند.

جداسازي گازها

غشاهاي متخلخل

اگر مخلوط گازي از ميان غشا متخلخلي به منطقهاي با فشار كمتر نفوذ كند، گازي كه در غشا نفوذ ميكند، غني از اجزاي با وزن مولكولي كمتر است، چون آن اجزا سريعتر نفوذ ميكند. اگر منافذ خيلي كوچكتر از ميانگين پويش آزاد در فاز گاز (در حدود ۱۰۰۰Ao در شرايط استاندارد) باشند، گازها به صورت مستقل از يكديگر به روش نفوذ نودسن نفوذ ميكنند و نفوذپذيري درون سوراخ با اندازه آن و ميانگين سرعت مولكولي نسبت عمكس و با ريشه دوم وزن مولكولي M، نسبت مستقيم دارد. براي نفوذ نودسن، گاز A در منافذ استوانهاي رابطه زير را داريم:

DA = 9700r (T/MA)0.5

در معادله ۲۶-۱، r شعاع ميانگين منفذ بر حسب سانتيمتر، T دماي مطلق بر حسب كلوين و DA بر حسب cm/s2 است.

شار در واحد سطح غشا بستگي به نفوذپذيري موثر De دارد كه به نسبت از نفوذپذيري منفذ كمتر است كه درصد تخلخل و ضريب پيچخوردگي است. در غشاهاي با تخلخل حدود ۵۰%، اين ضريب معمولاً ۲/۰ تا ۳/۰ است:

شار هر گاز متناسب با گراديان غلظت است كه اگر ساختمان غشا يكنواخت باشد و گازهاي اثر متقابل بر يكديگر نداشته باشند، خطي است. معمولاً اين گراديان را به صورت گراديان فشار بيان ميكنند و فرض ميشود گازها ايدهآل هستند:

تركيب ماده تراوش كننده بستگي به شار همه موارد دارد. در سيستمي دو جزئي، كسر مولي A در ماده تراوش كننده عبارت است از:

از گراديان فشار در غشايي كه در تماس با مخلوطي دو جزئي هم مولار واقع شده، در شكل ۲۶-۱، نشان داده شده است. در اين مورد فرض ميشود كه نفوذپذيري گاز A دو برابر نفوذپذيري گاز B (مل هليم و متان) و فشارهاي جريان بالايي و پاييني به ترتيب ۴/۲ و ۱ اتمسفر است. ۶۰% ماده نفوذ كننده را A تشكيل ميدهد كه نسبت به غلظت ۵۰%A در خوراك فقط كمي بيشتر غني شده است. غني شدن، گراديان A را كمتر از گراديان B ميكند (۸/۰=۴/۰-۲/۱=∆PB؛ ۶/۱=۶/۰-۲/۱=∆PA)، لذا شار A فقط ۵/۱=(۸/۰÷۶/۰)×۲ برابر شار B است كه باعث ميشود ماده تراوش كننده داراي ۶۰%A باشد. اگر فشار خوراك بيشتر يا فشار طرف نفوذ كننده غشا كمتر از فشار اتمسفر باشد، ماده تراوش كننده كمي از A غنيتر ميشود. با متراكم كردن ماده تراوش كننده و فرستادن آن به يك واحد غشايي ديگر، مقدار كمتري از محصول خالصتر به دست ميآيد. مجموعهاي از مراحل با جريان يا چرخه مجدد را براي بدست آوردن محصولات تقريباً خالص ميتوان طراحي كرد، اما هزينه تراكم در هر مرحله معمولاً چنين فرآيندهايي را بسيار پرهزينه ميسازد.

مثالي كاملاً شناخته شده، از جداسازي گاز به وسيله غشاهاي متخلخل و شايد تنها كاربرد آن در مقياس وسيع جداسازي ايزوتوپهاي اورانيوم با استفاده از هگزافلونوريدها ۲۳۸UF, 235UF است. چون اورانيوم طبيعي فقط ۷/۰% ۱۲۵U دارد و نفوذپذيري هگزافلوئوريدها فقط ۴/۰% است، بيش از هزار مرحله لازم است تا محصولي با ۴% ۲۳۵UF و باقيماندهاي با ۲۵/۰% ۲۳۵UF بدست آيد.

غشاهاي پليمري

انتقال گازها درون غشاهاي پليمري متراكم (غيرمتخلخل) با مكانيسم انحلال ـ نفوذ صورت ميگيرد. گاز در ظرف پرفشار غشاها در پليمر حل ميشود و در فاز پليمر نفوذ ميكند و در طرف كم فشار دفع يا تبخير ميشود. سرعت انتقال جرم بستگي به گراديان غلظت در غشا دارد كه اگر انحلالپذيري متناسب با فشار باشد، با گراديان فشار در غشاء متناسب است. اختلاف گراديانهاي يك مخلوط دو جزئي در شكل ۲۶-۲ نشان داده شده است. به فرض قانون هنري در مورد هر گاز صادق و در سطح مشترك تعادل برقرار است. در اين مورد از مقاومت گاز ـ فيلم صرفنظر شده و در نتيجه، فشارهاي جزئي در سطح مشترك گاز ـ پليمر مثل فشارهاي جزئي در كل مخلوط است. شار در گاز A برابر است با:

غلظتهاي با يك ضريب انحلالپذيري S كه واحدهايي همچون mol/cm2-atm دار، به فشارهاي جزئي مربوط هستند (S عكس ضريب قانون هنري است):

با استفاده از معادله فوق و تعويض گراديان غلظت با گراديان فشار، معادله زير بدست ميآيد:

حاصل ضرب DASA، شار در واحد گراديان فشار است كه به آن تراوشپذيري در غشا qA ميگويند و اغلب برحسب Barrer بيان ميشود. چون در غشاهاي موجود در بازار، ضخامت واقعي غشا هميشه معلوم نيست يا مشخص نشده است، اغلب از شار در واحد اختلاف فشار استفاده ميشود كه تراوشپذيري QA نام دارد:

واحدهاي مناسب براي QA برابر std ft3/ft2-h-atm يا L(STP)/m2-h-atm است. در استفاده از مقادير منتشر شده، تراوشپذيري واحد ۴ را بايد به دقت امتحان كرد، چون تعاريف مختلفي براي اين منظور بكار ميرود.

نيست تراوش پذيريها در غشا در مخلوطي دوجزئي برابر قابليت انتخاب a (كه به آن ضريب جداسازي ايدهآل نيز ميگويند) ميباشد:

مقدار قابليت انتخاب بزرگ را مي توان از نسبت نفوذ پذيري مطلوب يا اختلاف زياد حلاليت بدست آورد . در مقايسه با نفوذ پذيري در فاز گاز ، نفوذ پذيري در غشا بيشتر به اندازه و شكل ملوكولها بستگي دارد و در ملوكولهاي تقريباً يكسان ، اخلافهاي زيادي ممكن است موجود باشد . مثلاً ، نسبت Dn2/Do2 در چندين پوليمر بين ۵/۱ تا ۵/۲ است هر چند مولكول o2 فقط ۱۰% كوچكتر از موكلول N2است مقادير نفوذ پذيري با توجه به نوع پليمر ، تفاوت بسيار با هم دارند . كمترين مقدار مربوط به پليمرهاي شيشه اي يا متبلور و مقادير زياد مربوط به پليمرهايي است كه دمايي بالاتر از دماي انتقال شيشه اي دارند . چند مقدار براي نفوذ پذيري در جدول ( ۲۶-۱) ذكر شده است . انحلال پذيري گاز نيز بطور گسترده با توجه به گاز و نوع پليمر تقيير مي كند . در گازهايي كه نقطه جوش يا دماي بحراني پايين دارند ، انحلال پذيري كم است ، ولي شباهت گاز و پليمر هم مهم است . گازهاي قطبي معمولاً در پليمرهاي با تعداد گروهاي قطبي زياد ، انحلال پذير هستند و انحلال پذيري بخار آب در موادي كه با مولكولهاي آب پيوند هيدروژني تشكيل مي دهند نيز زياد است .

خرید و دانلود

با قیمت 5,000 تومان

- - , .