بخشی از مقاله
بررسی اثر پارامترهای عملیاتی بر عملکرد واحد الکترودیالیز
چکیده:
در مقالـه حاضـر، اثـر اختلاف پتانسیل دو سر سل، غلظت جریان خوراک و دبی جریان خوراک بر عملکرد یک واحد الکترودیالیز به مـنظور حـذف نمـک طعـام و بـا اسـتفاده از ٢ نـوع غشـاﺀ مخـتلف بررسی شده است. آزمایش ها در دبی های ml/s ٤-٥/٠ و اختلاف پتانسـیل V ٦-٢ انجـام شـده انـد. خـوراک دارای غلظـت هـای g/L ٣٠-٥ بوده است. نتایج بدست آمده توسط یک سل آزمایشگاهی حکایـت از آن دارد کـه کـاهش دبـی خـوراک، و افزایش غلظت خوراک و افزایش اختلاف پتانسیل کارآیی سل را بهبود می بخشد.
همچنین استفاده از غشایی که دارای ظرفیت تعویض یونی بالاتر میباشد موجب افزایش کارآیی سل میشود.
واﮊگان کلیدی: الکترودیالیز؛ آب شور؛ پارامترهای عملیاتی؛ غشاﺀ تبادل یونی.
مقدمه:
آب یکی از مهم ترین مواد مورد مصرف در صنعت، کشاورزی و زندگـی روزمـره مـی باشد. بیشترین سطح زمین با آب پوشیده شــده اســت لیکــن فقــط ١% آن قابلیــت اســتفاده دارد زیــرا آب دریاهـا و اقـیانوس ها بعلت درصد بالای املاح، مخصوصاﹰ نمک طعـام، قـابل اسـتفاده نمـی باشد. روش های نمک زدایی مختلفی بـرای تـبدیل آب هـای شور به آب شیرین و قابل استفاده وجود دارد و الکترودیالـیز (ED) روشـی بـر پایـه اسـتفاده از غشاهای تـبادل یونی است و با استفاده از پتانسیل الکتریکی بعنوان نیروی محـرکه کـار مـی کـند ]١.[ این فرآیند بطور گسترده برای تولید آب شیرین از آبهای شور بکار گرفته شده است ]٢و٣.[
غشـاهای مـورد اسـتفاده در الکترودیالـیز باید دارای شرایط زیر باشند:
١. قابلیت انتقال یون بالا ٢. قابلیت انتخاب یون بالا ٣. تورم متوسط ]٤.[
در مطالعـات مشـخص شـده اسـت که عوامل بالا با یکدیگر در ارتـباط مـی باشـند. ضـمن ایـنکه می توان همه آنها را با “ظرفیت
تعویـض یونـی(Ion Exchange Capacity) ” مرتبط دانست.
افــزایش IEC، ســبب افــزایش قابلیــت انــتقال یــون و نــیز تــورم مـی گـردد در حالـی کـه قابلیـت انتخاب یون را کاهش میدهد.
دلـیل کـاهش قابلیـت انتخاب یون با افزایش تورم را می توان به تسهیل نفوذ یون های همسان (co-ions) در شبکه غشاﺀ پلیمری خـیس شـده (متورم شده) مربوط دانست که سبب کاهش بازده دفع دونان می شود. کاهش قابلیت انتخاب یون و تحلیل خواص مکانیکـی بـا افـزایش IEC را مـی توان به احترازکردن غشاها از ایجـاد اتصال عرضی نسبت داد که سبب افزایش تورم می گردد
]٥.[ نـتایج تحقیقات دیگر نشان می دهد که نرخ نمک زدایی با افــزایش IEC بهــبود مــییــابد ]٤.[ ایــن نــتایج و ســایر نــتایج بــه وضـوح نشان دهنده تاثیر IEC غشاﺀ بر عملکرد ED میباشند ]٦ .[
در مطالعه حاضر علاوه بر بررسی اثر IEC غشاﺀ، اثر سایر شرایط عملیاتی مانند دبی خوراک، ولتاﮊ اعمال شده بر دو سر سل و غلظت خوراک در مقیاس آزمایشگاهی مطالعه شده است.
آزمایشها:
واحـد آزمایشـگاهی الکترودیالـیز شـامل یـک تـانک خوراک اسـت کـه خـوراک ازداخـل آن به وسیله یک پمپ (موتوﮊن ، kw ٣٧/٠(P= به درون سل جریان می یابد. سل شامل ٢ الکترود پلاتینـی، سـه محفظه ( ٢ محفظه برای محلول غلیظ شده و یک محفظـه بـرای محلول رقیق شده ) و یک جفت غشاﺀ کاتیونی و آنیونـی می باشد. حجم هر کدام از محفظههای غلیظ ٣cm ٣١/٠ *٥/٦*٦ و حجم محفظه رقیق ٣cm ٤/٠*٥/٦*٦ می باشد. سل از پلکسـی گـلاس، کـه ماده ای نارسانا و شفاف است، ساخته شده اســت. ســطح فعــال هــر الکــترود ٢cm ٥/٤*٤ مــیباشــد. منــبع الکتریکــی((RST SPASTELL TRFO توانایــی تأمیــن اخـتلاف پتانسـیل هـای مخـتلف را دارا مـی یاشد. دو نوع جفت غشاﺀ تجاری در این آزمایشها استفاده شده است ]٧:[
بـرای مطالعـه تأثـیر غلظـت بـر نمک زدایی، ٤ محلول NaCl با غلظـت هـای ٥، ١٠، ٢٠ و ٣٠ gr/lit با زمانهای اقامت متفاوت، تحـت آزمـایش قرار گرفته اند. در شکل ١ نمای ساده ای از سل آورده شـده اسـت. شکل ٢ دیاگرام واحد آزمایشگاهی را نشان میدهد.
بـرای تعییـن IEC غشـاهای بکار برده شده در این آزمایشها به روش زیر عمل شده است ]٨:[
غشـاﺀ کاتیونـی نخسـت بـه مـدت زمـان کافـی در محلول اسید کلـریدریک N٠٠/١ قـرار داده شـده است تا به شکل غشاﺀ H+
در آیـد. غشـاﺀ سـپس به مدت ٤٨ ساعت در حجم مشخصی از محلـول هیدروکسید پتاسیم N٠٥/٠ قرار داده شده است. مقدار
H+ غشـاﺀ (بـر حسـب میلـی مـول) بوسیله تیتراسیون معکوس با استفاده از محلول N ٠٥/٠ تعیین شده است. غشاﺀ آنیونی نیز در محلــول هیدروکســید پتاســیم N ٠٠,١ قــرار داده شــده اســت تــا تـبدیل بـه شـکل غشـاﺀ - OH در آیـد. غشاﺀ سپس به مدت ٤٨ سـاعت در حجـم مشخصی از محلول اسید کلریدریک N٠٥/٠
قـرار داده مـی شـوند. مقـدار - OH بوسیله تیتراسیون معکوس با اسـتفاده از محلول هیدروکسید پتاسیم N٠٥/٠ تعیین شده است.
غشـاها پس از شستشو تحت شرایط خلاﺀ خشک میشوند. مقدار
IEC هـر غشـاﺀ برابر با نسبت H+ یا - OH به جرم غشاﺀ خشک میباشد .(m mol H+/gr dry)
