مقاله فرايندهاي غشايي و کاربرد آنهادر صنايع لبني

 nx دارای 27 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است فایل ورد nx  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد. این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد بخشی از متن nx : UF اولترافیلتراسیون تاریخچه :تاریخچه جداسازی مواد کلوئیدی از محلولها توسط صافیهای غشایی به قرن گذشته بر می گردد . جداسازی آنزیمهای پروتئینها در مقیاس آزمایشگاهی بوسیله غشاء نیمه تراوا با دیالیز انجام میپذیرفت . به دلیل کسل کننده بودن و نیاز به مدت طولانی در این روش تلاشی جهت بکارگیری آن در مقیاس صنعتی برای جداسازی مواد کلوئیدی و تغلیظ صورت نمی پذیرفت . تکامل و توسعه فراپالایش در مقیاس صنعتی پس از اکتشاف غشاهای نامتقارن اسمیتریک به وسیله لئو و سوری- جان در سال 1962 پدید آمد . هر چند اهداف این دو نفر تولید غشاهایی برای نمک زدایی آب دریا به طریقه اسمز معکوس بود . مدت کوتاهی پس از آن غشاهای فراپالایش نامتقارن با شدت نفوذ بالا خواص مناسب و مقاومت مکانیکی خوب ابداع و کشف گردید . تحقیقات برای دستیابی به یک ساختمان مناسب برای فراپالایش موجب ابداع شکل لوله ای صافیها گردید . در سال 1969 طرح صفحه و قاب برای سیستم فراپالایش ابداع شد و در همان زمان اشکال مختلف فراپالایش بطور تجاری در اختیار عموم قرار گرفت . از آن پس توسعه بسیار سریعی در تجهیزات و ساختار غشاهای فراپالایش پدید آمد . مقدمهMombnrane sepratioفاز حالتی از ماده كه كاملا یكنواخت وهمگن است انواع فازها گاز – گاز گاز – مایع گاز –جامد مایع – مایع مایع – جامد جامد – جامد هدف ما از فرزایند های غشائی جدا ازی مواد فازها در اثر كنترل راه عبور آنها ست غشاها غشاء : لایه ای نازك كه می تواند اجزاء یك سال را به طور انتخابی از آن جدا كند یا فاز سومی است كه انتقال جرم بین فاز را كنترل می كند خواص غشا: فیزیكی :اندازهحفره ْشكل حفره تعداد حفره.شیمیایی : بار سطحی ْتوانایی جذب ْ آبگریزی یا آبروستی غشا غشاهایی كه در صنعت شیر به كار می رود باید دارای وبژگی های زیر باشند – قابلیت عبور مقادیر زیاد تداویده را داشته باشند. – دارای قدرت انتخابی زیاد باشند.– دارای مقاومت باکتریولوژی خوب باشند.– نسبت به مواد پاک کننده و ضد عفونی کننده مقاوم باشد.– هزینه تهیه آنها ارزان و مقرون به صرفه باشد. دسته بندی غشاها غشاء های غیر متقارن »: ازشكل دهی یك محلول پلیمری در حلالها وغیر حلالها تولید می شود (التیرافیلتراسیون ) در برابر عوامل اكسید كننده و تمیز شدن اسید نیتریك و سود كاستیك مقاوم ولای نسبت به برذخی مقادیر كلز عكس العمل نشان می دهند . غشاء های اساتدلاروزی: كه در هیپر فیلتراسیون به كاربرده می شود به دماهای بیش از سی تا 40 درجه وشرایط قلیایی حساس می باشند . غشاهای مركب ورغهخ نازك : غشاهایی هستند كه از شكل گیری لایه بسیار نازكی از یك پلیمر بر روی یك غشای اولترا فیلدراسیونی به وجود می آیند ودر هیپر فیلدراسیون محصولات لبنی كاربرد وسیعی دارند مثل غشاهای DDS HD گرچه حساسیت بیشتری به كلر از خود نشان می دهند اما از قابلیت های شیمیایی وحرارتی بالاترینسبتا به غشاهای استید سللوزی برخوردارند غشاهای غیر عالی هیدرواكسید زیركونتیوم : در داخل لوله های كربن شكل می یابد وگاهی در صنایع لبنیات استفاده می شود تقسیم بندی غشاخهابراساس مواد سازنده غشاهعای پلیمری : الف : پلی پروپیلن MFب : پلی ونیلیدن فلوریدن (pvdf) MF وUFج سلولز نیترات MF وUF د: سلولز استات MF وUFو RO ه : پلی اتیل اتركتون MF وUFو : پلی نترا فلورا اتیلن ( PTFE) MFوUF غشاهای سرامیكی : كاربردهای آن در غنی سازی اورانیوم است.غشاهای فلزی: جنس این نوع غشاها از فلزها وآلیاژهای فلزی می باشد. غشاهای مایع : كه در عملیات جداسازی بین دوفاز از یك مایع كه در فاز مذكور حل نمی شود استفاده كرد .حفره ها از نظر اندازه الف : حفره بزرگ marco pores بیش از 50 nmب : حفره متوسط : marco pores بیش از 50 nm – 2ج : حفره كوچك : marco pores بیش از 20 nmاندازه حفرات غشاهای مختلف Nf nm 2 Uf nm 50-2Mf nm 5-0.05 Ro بدون حفره میباشد.زنجیره های پلیمریتشكیل دهنده غشائ می تواند بلند یا كوتاه ،بلوری crystalline بیشكل amorphous یا متقاطعcross-linked باشند . انواع فرایند های غشائی برخی کاربردها جزء ترجیحا تراوش کننده نیروی محرکه فراهم شده بوسیله توانایی جداسازی برای فرایند غشاییتولید نمک خوراکی از آب دریا- تغلیظ آب نمک از طریق اسمز – عمل آوری آبهای زائد از طریق آبکاری برق ماده حل شده (یونها) میدان الکتریکی محلولهای آبی الکترو دیالیز جدا کردن سولفات نیکل از اسید سولفوریک همو دیالیز ماده حل شده (یونها) اختلاف غلظت محلولهای آبی دیالیز بازیافت روی از فاضلاب در صنعت فیبر ویسکوز – بازیافت نیکل از محلولهای آبکاری برق ماده حل شده (یونها) اختلاف غلظت محلولهای آبی با جرم مولکولی کم غشاء مایع نمک زدایی آب نمک – عمل آوری فاضلاب و زدودن گونه های وسیعی از ناخالصی- عمل آوری آب سطحی و زیر زمینی – جداسازی الکل از آبجو حلال اختلاف غلظت محلولهای آبی اسمز حلال اختلاف فشار(< 100 بار ) محلولهای آبی با جرم مولکولی کم اسمز معکوس سختی گیری از آب حلال اختلاف فشار ( < 15 بار ) موارد اسمز معکوس و اولترا فیلتراسیون نانو فیلتراسیون غلیز کردن شیر – تصفیه آب میوه – بازیافت آنتی بیوتیکها ازتخمیر محلولهای رقیق- حلال اختلاف فشار (< 10 بار ) ملکولهای درشت محلولهای امولسیون اولترافیلتراسیون سترون سازی داروها-پالایش و پایدارسازی بیولوزیک نوشیدنیها- پاکسازی آنتی بیوتیکها فاز پیوسته اختلاف فشار (< 80 بار ) سوسپانسیونها- امولسیونها میکرو فیلتراسیونجداسازی جزء ترجیحا تراوش کننده اختلاف فشار (< 80 بار ) مخلوطهای گازی – مخلوطهای گاز و بخار آب تراوش گازآبگیری از آزئوتروپ آب و اتانول- دفع آب ازحلالهای آلی- دفع مواد آلی از آب جزء ترجیحا تراوش کننده قسمت خروجی غشاء نسبت فشار جزئی به فشار اشباع محلولهای ابی- آبی تراوش تبخیری ویژگیهای مورد لزوم غشاء : 1- ساختمان غشاء : لایه فوقانی تا حد امكان نازك باشد كه باعث افزایش شدت جریان عبوری از آن می شود.اندازه قطر منافذ و پراكنندگی آنها در سطح غشاء نیز یكسان و یكنواخت باشد.2- مقاومت در برابر فشار : غشاهای فرا پالایش دار محدوده فشار 5/1 تا 8 بار بكار برده می شوند. پس باید در مقابل شدن مكانیكی مقاوم باشند در غیر این صورت ساختمان آنها تغییر شكل یافته و عملكردشان تغییر می یابد. 3- مقاومت در برابر دما: درجه حرارت عامل تأثیر گذار بر روی مواد سازنده غشاء است. فرا پالایش شیر در دمای حدود c‌50 انجام می شود تا علاوه بر كنترل رشد باكتریها از افزایش ویسكوزیته شیر تغلیظ شده (در دمای پایین) جلوگیری شود، بنابراین غشاها بایستی در برابر حداكثر دمای كاربردی در طی فرآیند و عملیات شستشو مقاوم باشند. 4- مقاومت در برابر تغییرات PH : خواص و تركیب شیمیایی ماده فراینده شوینده اثر مهمی بر روی عمر غشاها دارد. غشاهای استات سلولز در مقابل محلولهای قلیایی آسیب پذیرند.5- سازگاری شیمیایی : قابلیت تحمل غشاء در برابر مواد شیمیایی موجود در محلولهای شستشو مانند اسیدها، قلیاها، شوینده ها ، عوامل اكسید كننده و مواد ضد عفونی كننده می باشد. 6- مقاومت در مقابل تجزیه میكروارگانیزم ها : سیالهای بیولوژیك دارای مقادیر زیادی میكروفلور است كه ممكن است بر روی مواد سازنده غشاء اثر سوء بر جای گذارند. بنابراین بایستی مواد مصرفی در ساخت غشاء در مقابل آلودگی mic و تجزیه بیولو‍ژیكی (تأثیر پذیری در برابر آنزیمها) مقاوم باشند.مدلهای غشائی برای بكارگیری غشاها لازم است از تجهیزاتی استفاده كنیم تا در مقابل فشارهای عملیاتی مقاوم باشند. برای این منظور غشاها بر مدولهائی سوار می شوند كه به آسانی در درون سیستمهای مكانیكی در كنار یكدیگر بصورت مرتب قرار می گیرند، یكی از اهداف اصلی طراحی مدولها، جا دادن قسمتهای بزرگ غشاء در یك حجم كوچك برای مقاومت در برابر سرعت جریانهای خوراك می باشد. از انواع پیكربندیهای رایج در سیستمهای غشائی میتوان به صفحه سطح، لوله ای، فیبر تو خالی ظریف و مارپیچی – حلزونی اشاره كرد.مدولهای صفحه مسطح ، یا سیستمهای غشائی صفحه و قاب از تعدادی غشای مسطح كه لابلای آنها صفحات فاصله دهنده (فضا ساز spacer ) بكار رفته است. تشكیل شده اند. صفحات نگهدارنده از كانالهائی تشكیل شده كه اجازه عبور خوراك و جریان نفوذی را میدهد این غشاها و صفحات نگهدارنده با قرار گرفتن در كنار یكدیگر باعث مقاومت در مقابل فشار اعمالی می شود. ضخامت غشاها در حدود 50تا 500 m میباشد. این غشاها مستعد جرم گرفتن از طریق ذرات معلق می باشند. مدولهای لوله ای ، اولین طرح سیستم اسمز معكوس بود كه در مقیاس تجاری و صنعتی بكار گرفته شد. این مدولها شامل غشاهائی كه در درون لوله ها قرار گرفته اند هستند كه دارای قطری از 6 تا mm 25 می باشند. مدولهای لوله ای ثابت شامل چند تا از لوله های غشائی (1 و 7 یا 19) می باشند. كه یكدیگر را مانند یك تركیب فشرده، نگه میدارند و بسوی لوله های رابط خوراك و مخازن جریان نفوذی هدایت می شوند. چنانكه خوراك از یك انتهای لوله بداخل آن پمپ شده و در راستای شعاعی با فشار از لوله متخلخل و غشا عبور می كند. در نتیجه آب از سطح خارجی غشاء چكه كرده و محلول نفوذی از انتهای دیگر لوله خارج می شود. مدولهای غشائی لوله ای از حایل خارجی تشكیل شده اند، كه از غشاهای لوله ای كه در درون لوله های تكی قرار گرفته اند محافظت می كنند. باعث می شود در برابر فشار زیاد مقاومت كنند كه بیشتر همچنانكه گفته شد این سیستم مناسب اسمز معكوس می باشد ولی چون سطح غشائی در این نوع سیستم اسمز معكوس كوچك است استفاده از آن برای مواردی كه سرعت حجمی جریان بالاست، بسیار پرهزینه خواهد بود. مدولهای مارپیچی ، با هدف افزایش سطح غشائی در واحد حجم، با طرح اولیه مدولهای لوله ای طراحی شده اند. در این سیستم دو لایه غشاء توسط یك صفحه مشبك پلاستیكی از یكدیگر جدا شده اند و در سمت دیگر غشاء نیز یك صفحه متخلخل وجود دارد كه این پنج لایه به دور یك لوله متخلخل كه جریان خوراك در آن وارد می شد پیچیده می شوند برای اختلاط جریان خوراك و جریان نفوذی، لبه های لوله را مسدود می كنند. خوراك بعد از پمپ شدن به داخل لوله متخلخل به درون شبكه پلاستیكی وارد می شود، كه محلول نفوذی در راستای شعاع از غشاء عبور كرده و وارد لایه متخلخل می شود و خارج می شود محلول تغلیظ شده نیز از انتهای دیگر لوله مارپیچی خارج می شود. برای جمع آوری محلول نفوذ و ایجاد مقاومت در برابر فشار، كل غشاء در درون یك لوله فلزی مقاوم قرار می گیرد. با توجه به اینكه شبكه لاستیكی به ایجاد اغتشاش و به حداقل رساندن تشكیل جرم و رسوب كمك می كند باز این سیستم مستعد جرم گرفتگی از طریق مواد معلق می باشد. لوله های مارپیچی معمولاً دارای 11 سانتی متر قطر و 84 سانتی متر طول می باشند. فاصله بین دو غشاء 7/0 میلی متر و مساحت آن 5 متر مربع است. مدولهای فیبر توخالی ، شامل دسته هائی از فیبرها می باشند كه دارای قطری برابر 5/0 تا mm 3 در درون لوله های رابط پلاستیكی محكم شده اند و در درون لوله های محافظ نفوذی در كنار هم قرار می گیرند خوراك به داخل لوله رانده شده و بعد از تغلیظ از سر دیگر خارج می شد و محلول نفوذی از لوله محافظ بیرونی عبور می كند. فیبرهای تو خالی ثابت برای استفاده در فشارهای عملیاتی كه مناسب بوده و برای جداسازی آرام و یكنواخت، برای اجزای معلق بكار می روند.مدولهای فیبر تو خالی ظریف، حاوی رشته هائی با قطری در حدود 50 تا m‌100 می باشند. در این سیستم الیافی از فیبرها در درون قابل U شكل قرار می گیرند. مایع خوراك به فضای بیرونی فیبرها وارد می شود و جریان نفوذی با عبور از غشاء از درون فیبرها خارج می شود كه این‌ آرایش قادر خواهد بود در برابر فشارهای عملیاتی بالا مقاومت كند. گرفتگی غشاء و روش مقابله با آن: هرگاه تراوایی محلول از یك غشاء با تراوای همان حلال به صورت خالص كمتر باشد این پدیده را گرفتگی غشاء می نامند.گرفتگی غشاء یك مسأله در فرآیندهای فرا پالایش بوده و عوارش حاصل از آن متعدد می باشد و به عوامل زیر بستگی دارد :– مصرف انرژی : برای جبران اثر گرفتگی انر‍ژی بیشتری مورد نیاز است. – مصرف زمان گرفتگی : گرفتگی غشاء باعث كاهش زمان كار مفید سیستم فرا پالایش می شود.– از عمر مفید دستگاه می كاهد.– بر خواص و كیفیت ماده غذایی تأثیر می گذارد. گرفتگی موجب افزایش زمان نگهداری ماده غذایی در سیستم شده و احتمال افزایش بار میكروبی فرآورده نهایی وجود دارد. انواع گرفتگی غشاء : 1- گرفتگی سطحی (موقت) عامل این گرفتگی تهنشین شدن لایه ای یكنواخت روی سطح غشاء است. این نوع گرفتگی با محلولهای شستشو قابل برطرف شدن است. گرفتگی سطح شایعترین نوع گرفتگی در كارخانه های فراپالایش می باشد.2- گرفتگی غشاء (دائمی ) : در این نوع گرفتگی ذرات به داخل منافذ غشاء نفوذ كرده و آنها را مسدود می كنند.در این حالت نمی توان توسط عملیات شستشو گرفتگی غشاء را برطرف كرد. اگر در حین عملیات سیستم uf برای مدت 5 الی 10 دقیقه خاموش شود. سیال فرآوری شده كه در تماس با غشاء وجود دارد موجب بروز این نوع گرفتگی می شود. یكی دیگر از عوامل مهم در گرفتگی غشاها مسأله جذب مولكولهای درشت به سطح غشاء است. این پدیده یك فرآیند ترمودینامیكی خود به خودی است كه شاید اولین مرحله در بروز گرفتگی غشا باشد. گرفتگی غشاء در صنایع لبنی : دو عامل اصلی گرفتگی غشا در صنایع لبنی عبارتند از : 1- تركیب و خواص سیال فرآیند شوینده 2- كیفیت آب مصرفی جهت شستشوی غشا در مورد گرفتگی غشاء طی فرآیند فرا پالایش آب پنیر اطلاعات گسترده ای موجود است ولی در مورد گرفتگی غشاء در اثر فراپالایش شیر پس چرخ، دوغ كره یا شیر منعقد شده اطلاعات كمی در دسترس است. گرفتگی غشاء طی عملیات فراپالایش آب پنیر:دو نوع عمده آب پنیر وجود دارد : 1- آب پنیر شیرین (Sweet whey) از پنیرهایی كه توسط آنزیم ونت منعقد شده اند استخراج می شود و PH آن بالاتر از 5 می باشد.2- آب پنیر اسیدی (Acid whey) از پنیرهایی كه توسط اسید منعقد شده اند استحصال می شود. ویژگی آن PH پایین تر از 5 و داشتن مقدار مواد معدنی بالا بویژه فسفات كلسیم می باشد. اگر آب پنیر بدون اعمال فرآیند حرارتی ذخیره گردد امكان رشد میكروبی در آن وجود دارد كه این امر PH آب پنیر را تغییر می دهد و سلولهای باكتریها نیز موجب گرفتگی غشاء در حین عملیات فراپالایش می شود.معمولاً اجزاء زیر موجب گرفتگی غشاء در هنگام فراپالایش آب پنیر می شوند: پروتئینها ، مواد غیر آلی، چربیها.پروتئینها : مواد غیر آلی : كلسیم نقش عمده ای در گرفتگی غشاهای uf دارد. كلسیم باعث سفت شدن لایه تهنشین شده و این سختی با افزایش فشار بیشتر می شود.چربی ها : در آب پنیر گویچه های كوچك چربی شیر همراه با مواد موجود در دیواره های گویچه چربی (لیپوپروتئینها) قرار دارند و به سختی می توان آنها را توسط سانتریفو‍ژ كردن جدا نمود. این چربیها مهمترین عامل گرفتگی غشا می باشند، زیر با جداسازی آنها مقدار تراوایی آب پنیر بهبود می یابد.• فرآیند مقدماتی آب پنیر برای كاهش گرفتگی غشاء برای بهبود مقدار تراوایی انجام اعمال زیر پیشنهاد شده است : 1- صاف كردن، فیلتراسیون و میكروفلیتراسیون : ذرات سوسپانیسونی كلسیم یكی از مهمترین عوامل گرفتگی غشاء هستند كه با جداسازی آنها به وسیله سانتریفو‍ژ می توان با قابلیت تراوایی را افزایش داد. همچنین مواد چرب بهتر است از آب پنیر شیرین جداسازی شوند.2- حرارت دهی و تنظیم PH‌: در این عملیات آب پنیر در دمای C 80 و به مدت 15 ثانیه حرارت داده می شود و PH درجه بهینه 9/5-2/5 تنظیم می گردد. بر اثر این عملیات مجتمع های بزرگ پروتئینهای آب پنیر به ویژه تبالاكتو گتوگلبولین تشكیل شده كه موثر بر تراوایی آب پنیر است.3- املاح زدایی : اگر كلسیم از آب پنیر حذف و به جای آن سدیم جایگزین شود موجب بهبود تراوایی آب پنیر می گردد.4- افزودن عامل های سكواسترن‌: افزودن (EDTA ) به آب پنیر اثر خوبی بر روی تراوایی دارد.گرفتگی غشاء توسط آب شستشو : كیفیت آب مصرفی برای شستشوی تجهیزات uf در ایجاد گرفتگی غشاء اهمیت زیادی دارد كه می توان به موارد زیر اشاره نمود : – حضور ذرات سوسپانسیونی – وجود مقادیر بالای كلسیم و فلزات سنگین – وجود اسیدهای مرطوب (Humic)– وجود كلر پیچیدگی های عملی 1- خواص و غلظت جریان ورودی : ویسكوزیته اثر معكوس بر روی شدت جریان نفوذ یافته دارد. افزایش ویسكوزیته موجب كاهش شدت جریان عبوری از غشا می شود. ادامه خواندن مقاله فرايندهاي غشايي و کاربرد آنهادر صنايع لبني

نوشته مقاله فرايندهاي غشايي و کاربرد آنهادر صنايع لبني اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.