مقاله کارکردعملیاتی و راهبری غشاء مایع آمولسیون در جداسازی فلزات سنگین با رویکرد صنعت نفت

word قابل ویرایش
15 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
8700 تومان

کارکردعملیاتی و راهبری غشاء مایع آمولسیون در جداسازی فلزات سنگین با رویکرد صنعت نفت

چکیده
در یک تحقیق تجربی – تحلیلی به بررسی عوامل موثر در جداسازی فلزات سنگین محلول توسط غشاء مایع اقدام گردید. یک نگرش تازه که منجر به تهیه غشاءهایی با بازده ای بالاشده است استفاده ازمایعات بعنوان موادسازنده غشاءاست که اینغشاء هامی توانند به طریق شیمیایی وفیزیکی انتقال یک جزء راتسهیل نماید.در مقایسه با فرآیندهای معمول غشایی ، فرآیند غشاء مایع امولسیون (ELM)رفتار جالبی همچون عملیات ساده ، راندمان بالا، استخراج و عریان سازی در یک مرحله ، مساحت سطح انتقال جرم بالاو دامنه عملیات گسترده ای دارند که منجربه جداسازی در سطح بسیار بالایی خواهد شد. مهمترین هدفی که در این نوشتار دنبال می شود،بررسی مولفه های عملیاتیبرای جداسازی مطلوبتوسط غشاء مایع می باشد. در این مطالعه به مرور اجزای غشاء مایع ، نحوه انتخاب مواد تشکیل دهنده اجزا، مشکلات راه اندازی ، عیب یابی طی انجام فرایند خواهیم پرداخت . شایان توجه آن که ، به دلیل تعدد فلزات سنگین ، تنها به بررسی موردی فلز روی اکتفا خواهیم نمود و در نهایت نمونه ای از جداسازی فلز روی در پساب صنعتی توسط غشاء مایع آمولسیون با بازده ٩٩.٨ درصد معرفی می گردد؛ و همچنین ظرفیت کاربرد این روش در جداسازی فلزات سنگین از پساب های صنعت نفت اشاره می نمایم .
واژه های کلیدی :غشاء مایع آمولسیون ، فلزات سنگین ، واحدهای نمک زدایی نفت .
١- کارشناس شرکت بهره برداری نفت و گاز مارون
٢- مدیر فنی شرکت بهره برداری نفت و گاز مارون
٣- رئیس منطقه یک عملیات شرکت بهره برداری نفت و گاز مارون
نخستین کنفرانس تجهیزات عملیاتی و فرآیندی تهران ، ١۴ آبان ١٣٩٢ تلفن : ٨٨۶٧١۶٧۶ – ٠٢١ مجری : هم اندیشان انرژی کیمیا

١. مقدمه
جداسازی ، یکی ازفرآیندهای مهم و پرکاربرد در صنایع شیمیایی وصنایع مشابه می باشد. برای انجا م فرآیند
های صنعتی اغلب باید اجزای ماده خام اولیه ازهم جداشده و محصول به دست̂ امده ازاین فرآیندها نیزتفکیک وتخلیص شود.
ازطرفی در اکثر صنایع ،بادرنظرگرفتن قوانین محیط زیستی ،لزوم انجا مفرآیندهای جداسازی بیش ازپیش به چشم می خورد. فلزات سنگین بخش قابل توجهی از پساب صنایع نفتی را شامل می شوند، که بیشترین مقدار آن در فرایند نمکزدایی بوده و از تزریق پیوسته مواد شیمیاییدر کارخانه های نمکزدایی نشات می گیرد. این پساب ها به طور عمده به درون چاههای تزریقی پمپاژ می شوند و بخش ناچیزی هم به حوضچه های تبخیری مربوطه ارسال می گردد که خطرات زیست محیطی و صدمات جبران ناپذیر در پی خواهد داشت .
به طور معمول دریک فرآیند جداسازی ،اهداف متفاوتی مانند تغلیظ ،تخلیص ،تفکیک وجابه جایی تعادل واکنش میتواند مدنظر باشد.
دراین راستا،غشاءها برای جداسازی گونه های مختلفی ازمواد درحالات جامد،مایع وگازتوسعه یافته اند.
امروزه تکنولوژی های غشایی از جایگاه وکاربرد وسیعی درصنایع مختلف برخوردارند. ازدهه ١٩۶٠ این علم ازآزمایشگاه به صنعت وپزشکی راه یافت .
ازتکنولوژی های غشایی اولین بار برای فیلتراسیون اب ̂اشامیدنی ارتش̂ المان استفاده شد.
تحقیقات برای استفاده گسترده از این تکنولوژی توسط کشورآمریکا مورد حمایت قرارگرفت ونهایتاً توسط شرکت میلی –
پور، اولین وبزرگ ترین تولیدکننده میکرو فیلتر ،بهره برداری شد[١]. فرآیندهای غشایی برای جداسازی گونه های شیمیایی از مخلوط حائز اهمیت هستند و به عنوان یک جایگزین مناسب برای فرآیندهای جداسازی معمولی به حساب می آیند.
تمایل به انتقال جرم از طریق غشاء به دلیل آسان بودن فرآیندهای غشایی از لحاظ فنی و مصرف انرژی پایین تر از آنها می باشد.
با این حال استفاده از غشاءهای تراوا و نیمه تراوا در میکروفیلتراسیون ، اولترا فیلتراسیون ، اسمز معکوس ، دیالیز ( که روش های نسبتاً جدیدتر جدایی هستند) مشکلاتی مثل هزینه سرمایه گذاری بالا، کم بودن سرعت انتقال جرم ، انتخاب پذیری کم ، بزرگ بودن اندازه تجهیزات را به دنبال دارد.
یک نگرش تازه که منجر به تهیه غشاءهایی بابازده ای بال اشده است استفاد هازمایعات بعنوان مواد سازنده غشاء است که اینغشا ءهامی توانند به طریق شیمیایی وفیزیکی انتقال یک جزء را تسهیل نماید .به این طریق ،انتخاب گری (نسبت ضرایب عبور) برای عبو رمواد حل شده به طور قابل ملاحظه – ای افزایش می یابد. در مقایسه با فرآیندهای معمولی ، فرآیند غشاء مایع امولسیون (ELM) رفتار جالبی از جمله عملیات ساده ، راندمان بالا، استخراج و عریان سازی در یک مرحله ، مساحت سطح انتقال جرم بالا، دامنه عملیات گسترده دارند. روش ELMپتانسیل بالایی برای بازیابی و حذف یون های فلزی و هیدروکربن ها از فاضلاب دارد که روش های مرسوم ، راندمان جداسازی پایین تری را فراهم می کنند.
قابلیت استخراج غشاء مایع در بسیاری ازموار دبطورموفقیت ̂امیزی مورد استفاده قرارگرفته شده است . ازسال ۱۹۶۸ تلاش -هایی برای صنعتی کرد نتکنولوژی غشاء مایع انجام شده است . غشاء مایع امولسیون در زمینه بیوشیمیایی و بیوپزشکی در جداسازی اسیدهای آلی ، استخراج فتی اسید، خالص سازی آنتی بیوتیک ها، اکسیژن زنی خون و سلول های مصنوعی قرمز خون ، بازیافت سم خون ، آزادسازی آرام آنزیم ها و داروها کاربرد دارد[٢].
علت و اهمیت انتخاب موضوع تحقیق حاضر،پیچیدگی ترکیبات ، نوسانات بار آلودگی و ناخالصی ها در صنعت نفت و کارایی مناسب غشاء مایع آمولسیون بوده است .
رویکرد این تحقیق در خصوص جداسازی فلز کروم از پساب خروجی از واحدهای نمکزدایی در صنعت نفت می باشد وبه منظور تسهیل در بررسی کارایی و رفتار عملیاتی غشاء مایع در مواجه با فلزات سنگین موجود در پساب ، از بین فلزات سنگین ، تنها فلز روی مورد مطالعه قرار گرفته است .
٢.مواد و روشها
نخستین کنفرانس تجهیزات عملیاتی و فرآیندی تهران ، ١۴ آبان ١٣٩٢ تلفن : ٨٨۶٧١۶٧۶ – ٠٢١ مجری : هم اندیشان انرژی کیمیا

٢-١. غشاء های مایع
در سال های اخیر غشاءهای مایع پیشرفت وسیعی در زمینه بازیافت هیدرومتالورژیکی یون های آهن و همچنین بازیافت فلزات سنگین از پساب تولید شده توسط صنایع مختلف داشته اند. مطالعاتی روی مکانیزم جداسازی ، سنتیک فرآیند، مدل سازی انتقال جرم و ارزیابی مهندسی فلزاتی مانند مس ، روی ، کادمیم ، کبالت ،نیکل ، جیوه ، اورانیوم ، کرومیوم و فلزات نجیب مانند طلا، نقره ، لانتانیدها و عناصر خاکی کمیاب انجام شده است [٢].در این کاربردها، انتقال توسط حامل های حل شده در فاز غشاء با سهولت و کیفیت بالایی انجام می شود.
غشاء فازی است بین دوفاز دیگر که انتقال جرم بین ̂انهاراکنترل می کند. اگر این فاز میانی یک مایع امتزاج ناپذیر با دو فاز دیگر باشد ،نقش یک غشاء مایع راخواه دداشت .مایع غشایی به شکلی انتخاب میشود که غیر قابل امتزاج با دو فازدیگر باشد .بر این اساس دو نوع سیستم غشاء مایع با کاربرد های متفاوت میتوان درنظرگرفت :
الف ) آبی . روغنی . آبی که در آن فاز روغنی یا آلی غشا ءاست .
ب) روغنی . آبی . روغن یک هدر آن فاز آبی بین دو فاز روغنی بوده ونقش غشاء رابازی می کند.
غشاء های مایع را از لحاظ شکل ظاهری می توا نبه سه گروه عمده دسته بندی کرد:
١. غشاء مایع توده ای ١(BLM) این روش جدیدتری ننوع غشاء مایع بوده و می توان ̂ان را نوعی است خراج مایع دردومرحله دانست .
٢.غشاء مایع تقویت شده ٢(SLM) دراین رو شیک جامد متخلخل که ̂اغشته به مایع غشایی است بین دو فاز قرارمی
گیرد و جزء مورد نظر برای انتقال باحل شدن در مایع غشایی وعبور ازآن درفازمقابل آزاد می شود.
٣.غشاء مایع امولسیونی ٣(ELM) که غشاء به صورت کپسول هایی دوفاز دیگر راازهم جدامی سازد.

غشاء های مایع پشتیبانی شده (SLM)درمقایسه باغشاء-های مایع امولسیونی (ELM)،دارای یک مقاومت انتقال جرم اضافه مربوط به درهمپیچیدگی غشاءنگهدارنده (Supporting Membrane ) هستند.
ولی در عوض مشکلات تولید، حذف و پایداری امولسیون را ندارند[٢].
تحت یک شرایط خاص ترمودینامیکی عمل استخراج با حلال را نمی توان انجام داد اما فرآیند غشاء مایع انجام پذیر است . فرآیند استخراج با حلال نیز به ضریب توزیع بالایی برای انجام عمل استخراج دارد تا به کمک آن قدرت استخراج افزایش یابد غیر تعادلی بودن استخراج به کمک غشاءهای مایع ، این امر را ممکن می سازد که از استخراج کننده ای که ضریب توزیع پایین تری نسبت به استخراج کننده به کار رفته در استخراج با حلال دارد استفاده نمود. بعنوان مثال این عمل برای استخراج یون +Cr۶ انجام شده است و حلالی که برای فرآیند استخراج با حلال کاملاً نامناسب بوده در فرآیند ELMبکار گرفته شده و نتایج کاملاً مطلوبی داده است .
٢-٢.ساخت و راه اندازیغشاء مایع امولسیون
در یک نگاه کلی ساخت غشاء شامل چهار مرحله ذیل می باشد:
أ. آمولسیون سازی
ب. پخش کردن این امولسیون در فاز پیوسته خارجی ت. ته نشین سازی جهت جداسازی امولسیون از فاز خارجی ث. شکستن امولسیون [۵].
الف -امولسیون سازی
به منظور ساخت غشاء مایع ، ابتدا با تشکیل یک امولسیون بین دو فاز غیر استخراج پذیر و سپس پخش کردن امولسیون تهیه شده در یک فاز سوم (فاز پیوسته )به کمک هم زدن محلول جهت استخراج تهیه می گردد.فاز غشاء در واقع فاز مایعی است که جداکننده محتویات داخل خود که قطرات داخلی امولسیون هستند از فاز خارجی یا فاز پیوسته می باشد.شکل ۴نمایی از فازها را نشان می دهد.در حالت کلی ، فاز داخلی با فاز خارجی با هم امتزاج پذیرند اما فاز غشایی نباید با هیچ یک امتزاج پذیر باشد تا بتواند آنها را در حالت پایدار نگه دارد.بنابر این در امولسیون ها از نوع W.O فاز خارجی پیوسته آب است ودر سیستم O.W فاز خارجی پیوسته روغن می باشد.برای جلوگیری از هم گسیختگی امولسیون و تقویت پایداری آن در طی فرآیند استخراج ، لازم است از برخی سورفکتانت ها و مواد افزودنی استفاده شود وضروریست که یک ماده پایه که در واقع حلال تمامی اجزاء دیگر می باشد نیز در سیستم وجود داشته باشد.به طور نمونه ، قطرات فاز داخلی در امولسیون دارای قطری در حدود ١تا ٣ میکرون هستند تا بدین وسیله امولسیون با پایداری خوب برای استخراج توسط ELMتامین شود.
ب- پخش کردن این امولسیون در فاز پیوسته خارجی
هنگامی که امولسیون بوسیله همزن در فاز خارجی پراکنده می شود، تعداد بسیار زیادی سلول امولسیونی تشکیل می شوند. عموماً اندازه این سلول ها در حد ١٠٠ تا ٢٠٠٠ میکرومتر کنترل می شود.بنابراین ، تعداد بسیار زیادی از سلول امولسیونی تشکیل می شود و بدین ترتیب سطح انتقال جرم بسیار بالایی در مجاورت فاز خارجی پیوسته حاصل می گردد.هر سلول امولسیونی حاوی تعداد بسیار زیادی از این قطرات داخلی به اندازه ١ تا ٣ میکرومتر می باشد. (شکل شماره ١)
بنابراین سطح انتقال جرم داخلی تقریباً m٣.m۶٢-١٠می باشد که در مقایسه با سطح انتقال جرم خارجی بسیار بزرگتر است . پس در نتیجه در فرآیند ELM، یک انتقال جرم سریع از فاز خارجی به فاز داخلی و یا برعکس می تواند انجام شود.

جداسازی مخلوط ها، از طریق نفوذ انتخابی یک سازنده از فاز غشایی به داخل فاز دریافت کننده ، که دارای غلظت معادل پائین تری است ، صورت می گیرد. سورفکتانت ها و مواد افزودنی که در فاز غشاء موجوداند، می توانند انتخابگری و شدت عبور این سازنده ها را کنترل نمایند.بنابراین به این طریق یک سازنده خاص را می توان در فاز داخلی به دام انداخته و تغلیظ نمود.
ت- ته نشین سازی جهت جداسازی امولسیون از فاز خارجی
هنگامی که این جداسازی انجام شد، امولسیون وفاز پیوسته خارجی با استفاده از روش ته نشینی از یکدیگر جدا می شوند. این ته نشینی دارای حداقل زمان ماند می باشد که ضروریست رعایت شود.
ث-شکستن امولسیون
بطور معمولآمولسیون را با استفاده از جریان های الکترواستاتیکی شکسته و فاز غشاء را از فاز داخلی جدا می کنند.با شکستن امولسیون ، فاز غشاء بازیابی می شود ومی توان آنرا به مرحله امولسیون سازی جهت تهیه امولسیون و تنظیم آن برگرداند.شکل شماره ۴ نمایی از فرآیند پیوسته ELMرا نشان می دهد.

شکل شماره ۵.سیکل فرآیند پیوسته [ELM۴]
٢-٣. گزینش مواد و فرمولاسیونغشاءمایعامولسیونی برای جداسازی فلزات سنگین
غشاء های مایع امولسیونی را می توان برحسب نیاز برای جداسازی مورد نظر طراحی کرده و ساخت .
ازطرف دیگر این قابلیت گاهی باعث برخی مشکلات در فرمولاسیون غشاء ها می شود. انتخاب فرمولاسیون غشاء مناسب برای یک جداسازی ویژه ، کاری بس پیچیده است .
٢-٣-١. مواد استخراج کننده و عریان ساز
انتخاب مواد استخراج کننده و عریان ساز نیاز به دانش شیمی بسیار بالای دارد. بعنوان راهنمایی های اولیه می توان از تجربیات موجود در فرآیندهای استخراج با حلال استفاده کرد. در هنگام استخراج ماده استخراج کننده مناسب ، باید در نظر داشت که این ماده و کمپلکس آن با جزء مورد نظر، بایستی در فاز غشاء قابل حل بوده ولی در فازهای داخلی و خارجی نامحلول باشند.
طبق تحقیقات انجام شده در این زمینه مشخص شده است که (٢-اتیل هگزیل )دی تیوفسفریک اسید و (٢و٢و۴-تری متیل فنیل ) دی تیوفسفینیک اسید، استخراج کننده های بسیار پر قدرتی برای استخراج یون های فلزی می باشند اما در فرآیندهای استخراج با حلال تقریباً ناشناخته اند زیرا سینتیک عریان شدن این مواد بسیار کند است در صورتی که این مواد برای استخراج یون های +Zn٢و+Ni٢به طریق ELMبطور موفقیت آمیزی بکار برده شده اند. به دلیل وجود سطح بسیار زیاد در فرآیند عریان سازی ، فرآیند ELMمی تواند سرعت استخراج در واکنش های استخراج بسیار کند را به نحوه قابل ملاحظه ای بهبود بخشد. بعنوان مثال ، استخراج +Co٢ سرعت واکنش استخراج افزایش می یابد و در نتیجه انتقال جرم کلی غشاء مایع نیز افزایش می یابد. بطور کلی با در نظر گرفتن گروه های عاملی ، عوامل ستخراج کننده به سه دسته بزرگ تقسیم می شوند:

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 15 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد