عنوان پایان‌نامه
سنتز غشای آب گریز با روش سیال فوق بحرانی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1517.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65775
- تاریخ دفاع
- ۰۴ آبان ۱۳۹۳
- دانشجو
- علی ظاهرزاده
- استاد راهنما
- سیدمحمدعلی موسویان
- چکیده
- در سال‌های اخیر فرآیند تقطیر غشایی (MD) به دلیل یک سری مزایا نسبت به دیگر فرآیندهای غشایی، در صنعت کاربرد فراوانی پیدا نموده است. در این فرآیند از یک غشاء پلیمری آب‌گریز استفاده می شود. روش‌های مختلفی برای سنتز این نوع از غشاء وجود دارد. جدایش فازی (وارونگی فازی ) یک روش رایج برای سنتز غشاء پلیمری محسوب می‌شود. در این روش غیر حلال به کار رفته، عموماً آب است. میزان آب‌گریزی غشاء حاصل از این روش پایین و حدود 85 درجه است.علاوه بر آن، برای خشک کردن غشاء حاصل، احتیاج به عملیات اضافی هزینه‌بر است. به جای استفاده از غیرحلال آب، می‌توان از سیال فوق‌بحرانی به عنوان غیرحلال در فرآیند جدایش فازی استفاده کرد؛ بطوری که در این روش غشاء بطور مستقیم و بدون عملیات اضافی خشک می‌شود. آب‌گریزی و تخلخل غشاء حاصل از این روش بزرگ است. مورفولوژی غشاء به کار رفته در فرآیند MD، عملکرد این فرایند را به شدت تحت تاثیر خود قرار می‌دهد. به واسطه تغییر دانسیته سیال فوق‌بحرانی که آن هم تابع دما و فشار سیال فوق‌بحرانی است، مورفولوژی غشاء را می‌توان متناسب با کاربرد خود تنظیم کرد. جهت بررسی اثر دما وفشار سیال فوق‌بحرانی بر مورفولوژی غشاء، نمودار سه جزئی بر طبق تئوری فلوری هاگینز در دما و فشار مختلف رسم می‌شود. مشخصات غشاء شامل تخلخل، متوسط قطر حفره‌های روی سطح غشاء و آب‌گریزی سطح غشاء که بیشترین اثر روی عملکرد غشاء دارند، توسط دما و فشار سیال فوق‌بحرانی و غلظت پلیمر می‌توان بهینه کرد. غشاء بهینه شده دارای تخلخل 71%، متوسط قطر حفره‌های روی سطح µ m99/0 و زاویه تماس 125 درجه است. به منظور بررسی شار انتقال جرم و درصد جداسازی غشاء بهینه شده، محلول آب نمک در فرآیند تقطیر غشایی تماس مستقیم به واسطه این غشاء تحت آزمایش قرار می‌گیرد. شار انتقال جرم غشاء بهینه شده به روش سیال فوق بحرانی در شرایط عملیاتی یکسان با غشاء بهینه شده به روش متداول وارونگی فازی مرطوبی موجود در منابع، مقایسه شده است. شار انتقال جرم غشاء حاصل از روش سیال فوق‌بحرانی حدود 5/2 برابر غشاء سنتز شده با روش وارونگی فازی مرطوبی است، در حالی که درصد جداسازی اندکی کمتر است. در نهایت با استفاده از این غشاء در فرآیند تقطیر غشایی فاصله هوایی ، اتیل استات را از محلول رقیق آبی جداسازی می‌کنیم. در این جداسازی، اثر دما و غلظت اتیل استات خوراک بر روی شار انتقال جرم و درصد جداسازی اتیل استات مورد بررسی قرار گرفته شده است.
- Abstract
- In recent years, membrane distillation process are widely used in industry due to a many of advantages compared to other membrane processes. The hydrophobic polymer membrane is used in this process. There are various methods for the synthesis of this type of membranes. Phase separation (phase inversion) is a common method for the synthesis of polymeric membranes. In this method, water is commonly used as non-solvent. Hydrophobicity of the membrane resulting from this method is low (around 850). Drying of membranes obtained in this way is required the additional costly operations. Instead of using water, supercritical fluid can be used as non-solvent in phase separation process. So that in this way the membrane is directly dried without additional operations. Hydrophobicity and porosity of the obtained membrane from this approach are great. The membrane distillation performance is strongly influenced by the morphology of the membrane employed in the process. By changing the density of the supercritical fluid, which is function of temperature and pressure of the supercritical fluid, the membrane morphology can be adjusted to suit the process. To study the effect of temperature and pressure of the supercritical fluid on the morphology of the membrane, ternary phase diagram according Huggins theory is calculated in different temperature and pressure. Membrane properties such as porosity, average pore size on the surface of the membrane and the membrane surface hydrophobicity, which have the greatest effect on membrane performance can be optimized by temperature and pressure of supercritical fluid and polymer concentration. The Optimized membrane has a porosity of 71%, the average diameter of the pores on the surface of 0.99µm and the contact angle of 125 degrees. In order to evaluate the flux of mass transfer and separation of optimized membrane, aqueous salt solutions was desalination by direct contact membrane distillation. The membrane mass transfer flux in the same operating conditions compared by the optimized membrane by water in literature review. The membrane mass transfer flux by using supercritical fluid method about 2.5 times the membranes synthesized with water, while the separation percent is slightly less. Finally, by using this membrane in air gap membrane distillation process, ethyl acetate is separated from dilute aqueous solution. Effects of temperature and feed concentration was studied in the mass transfer and separation of ethyl acetate.
