عنوان پایان‌نامه
مطالعه ساختار مدول صفحه ای در کارآیی فرایند تغلیظ عصاره چغندر قرمز به روش تقطیر اسمزی
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی-مکانیک ماشینهای کشاورزی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65435;کتابخانه پردیس ابوریحان شماره ثبت: 802
- تاریخ دفاع
- ۲۹ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- مهدی مهدوی گیگلو
- استاد راهنما
- حسین میرسعیدقاضی
- چکیده
- تقطیر اسمزی از جمله روش¬های غشایی نوین جهت تغلیظ آبمیوه¬ها می¬باشد. چون این روش تغلیظ در دمای اتاق صورت می¬گیرد مشکلات ناشی از حرارت در روش¬های گرمایی را ندارد. این فرایند شامل استفاده از یک غشا هیدروفوب با منافذ میکرونی برای جداسازی دو محلول آبی در جریان، با غلظت¬های¬ مختلف، می¬باشد.¬ یکی از محلول¬ها رقیق (آبمیوه)¬ و دیگری¬ یک محلول اسمزی می¬باشد. اختلاف در غلظت محلول¬ها و در نتیجه اختلاف در فعالیت آبی آنها، ایجاد یک اختلاف فشار بخار در سطح مشترک مایع-بخار خواهد کرد که به سبب آن انتقال بخار آب از آبمیوه به سمت محلول اسمزی صورت می¬گیرد. در نتیجه محلول تغذیه غلیظ و محلول اسمزی رقیق می‌شود. با استفاده از پمپ‌های پریستالتیک، محلول تغذیه و محلول اسمزی در دو سمت غشا به گردش درمی‌آیند. شار آب عبوری از غشا متناسب با اختلاف فشار بخار توده آب بین دو سمت غشا می¬باشد. در این فرایند غشا درون محفظه¬ای به نام مدول قرار می¬گیرد. مدول‌ها از طرفی سطح زیادی از غشا را درون خود جای می‌دهند و از سوی دیگر حرکت سیال را در کنار غشا کنترل می‌نمایند. در این مطالعه عصاره چغندر قرمز تغلیظ شد و ازمحلول??CaCl?_2?_2 به عنوان محلول اسمزی استفاده شد. در کارهای تحقیقاتی صورت گرفته اکثرا از میزان افزایش بریکس آبمیوه بر حسب زمان به عنوان معیاری برای نشان دادن راندمان تغلیظ فرایند استفاده می‌شود. از آنجایی که سطح موثر غشا از مهمترین عوامل تعیین کننده در فرایند تغلیظ می‌باشد، امکان مقایسه تحقیقات مختلف به دلیل سطوح غشا متفاوت آنها وجود نداشت. در این مطالعه با انجام آزمایشات با غشاهای با سطوح مختلف تاثیر سطح بر راندمان تغلیظ محاسبه شد و با تقسیم میزان افزایش بریکس بر سطح غشای به کار رفته، شار افزایش بریکس به عنوان واحد یکسانی جهت نشان دادن راندمان تغلیظ بدست آمد. تاثیر حجم محلول¬های موجود در دو طرف غشا بر کارایی فرایند تقطیر اسمزی مورد مطالعه قرار گرفت. به طوری که با افزایش حجم محلول¬های دو طرف غشا (هر دو طرف به یک اندازه) راندمان فرایند تغلیظ بالاتر رفت. همچنین افزایش حجم محلول¬های روی غشا به صورت یک طرفه نیز مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش حجم آبمیوه در مقایسه با افزایش حجم آب نمک تاثیر بیشتری بر کارایی فرایند دارد. پلاریزاسیون غلظتی ایجاد شده بر روی غشا در سمت محلول اسمزی بیشتر می¬باشد و با افزایش حجم آب نمک تاثیر این عامل منفی بر راندمان تغلیظ بیشتر می¬شود. اثرات همزمان سرعت جریان و حجم محلول¬های روی غشا نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش سرعت محلول اسمزی کارایی سیستم بالاتر می¬رود که این نیز به خاطر کاهش حجم لایه پلاریزاسیون غلظتی ایجاد شده در سمت آب نمک در حین فرایند بود. به منظور تنظیم مسیر حرکت آبمیوه و آب نمک بر روی غشا و همچنین استفاده حداکثری از سطح غشا، مدول صفحه‌ای با پارتیشن بندی مارپیچی در دو سوی آب نمک و آبمیوه طراحی و ساخته شد و اثر این پارتیشن‌ها در راندمان تغلیظ مورد بررسی قرار گرفت. راندمان مدول پارتیشن بندی شده در مقایسه با نوع پارتیشن بندی نشده کمتر بود. به علت اینکه سطح دیواره¬های در تماس با محلول¬ها افزایش می¬یابند، لایه¬¬های مرزی غلظت نیز در اطراف این دیواره¬ها بیشتر می¬شود. این لایه¬های مرزی عاملی منفی در انتقال جرم می¬باشند و می¬توانند نقش منفی در کارایی فرایند تغلیظ داشته باشند. کلمات کلیدی: تقطیر اسمزی، غشا، تغلیظ، مدول، چغندر قرمز
- Abstract
- Osmotic membrane distillation is one of the modern methods for concentrating fruit juices. Concentration at room temperature avoids heating problems due to thermal stresses. This process involves the use of a hydrophobic membrane with micro pores for separating two aqueous solutions in flow, with different concentrations, namely dilute solution (juice) and osmotic solution (salt solution). The difference in concentration of the solutions and thus the difference in water activities, makes a difference in vapor pressure of the liquid-vapor interface which will results the transfer of water vapor from the juice to the salt solution. Feed solution and osmotic solution are going to be circulated on both sides of the membrane, by Prystaltyk pumps. Water flux through the membrane is proportional to the mass of water vapor pressure difference between two sides of the membrane. In this process, the membrane was placed in a chamber, which is called module. The modules are embedded large area of the membrane and will control fluid moves along the membrane. In the previous researches, the rise of Brix level on fruit over time has been used to indicate the efficiency of the concentration process. Since the effective area of the membrane is an important determinant in the concentration, it was not possible to compare different studies because of differences in the surfaces of membrane. In this study the different membrane surfaces were tested to compare the efficiency of concentration. By dividing the increase of Brix on the used membrane surfaces, the Brix flux increase was found as the unique unit to demonstrate the efficiency of the concentration. Effect of solution volume was studied in both sides of the membrane on osmotic distillation process performance. With the increasing in solutions volume of the two sides of the membrane (both sides equally) concentration process efficiencyincreased, this could be due to differences in concentration and osmotic pressure of the solution on both sides of the membrane. The increase of the solution volume on the membrane as unilateral was also compared. The results showed a greater influence on performance with increasing of juice volume in comparison with the increasing of osmotic solution volume. The concentration polarization on the membrane was greater on the osmotic solution side. The impact of negative factors on the efficiency of concentration becomes higher by increasing volume of brine. Simultaneous effects of flow rate and solution volume on the membrane were examined. The results showed that the system performance increased with increasing the rate of osmotic solution because of reducing concentration polarization layer volume of brine side during the process. In order to increase the trajectory of brine and juice on the membrane and maximum use of surface area, a plate sheet module with spiral partitioning in the brine and the juice sides was designed and the effect of the partition on concentration efficiency was investigated. Efficiency ofpartitioning module was less than the one without partitioning because of the reduced effective area of the membrane. Keywords: osmotic distillation, membrane, modulus, concentration polarization, osmotic solution.
