روش های غشایی برای جداسازی مخلوط ها فناوری غشاء فناوری جداسازی غشایی

روش های جداسازی غشایی عبارتند از:

1. دیالیز و الکترودیالیز.

2. اسمز معکوس.

3. میکروفیلتراسیون.

4. اولترافیلتراسیون.

این روش ها مبتنی بر پدیده اسمز هستند - انتشار مواد محلول از طریق یک پارتیشن نیمه تراوا، که غشایی با تعداد زیادی سوراخ (تا 10 10-10 در هر 1 متر مربع) است - منافذ، که قطر آن از 0.5 میکرون تجاوز نمی کند.

غشاء معمولاً به عنوان یک پارتیشن مسطح یا لوله‌ای بسیار متخلخل یا بدون متخلخل ساخته شده از مواد پلیمری یا معدنی و قادر به جداسازی مؤثر ذرات انواع مختلف (یون‌ها، مولکول‌ها، درشت مولکول‌ها و ذرات کلوئیدی) موجود در یک مخلوط یا محلول است. استفاده از غشاها امکان ایجاد فناوری های اقتصادی بسیار کارآمد و کم ضایعات را فراهم می کند.

در میان فرآیندهای غشایی، فرآیندهای باروممبران به ویژه به شدت توسعه می یابند. در حالی که اسمز معکوس کاملاً مورد مطالعه قرار گرفته است، این موضوع به میکروفیلتراسیون و حتی بیشتر از آن اولترافیلتراسیون، علیرغم وعده آشکار آن، به میزان بسیار کمتری مربوط می شود. مرزهای روش‌های جداسازی باروممبران به وضوح تعریف نشده‌اند، که ظاهراً اساساً غیرممکن است، زیرا میکرو و اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس به طور گسترده‌ای هم از نظر توصیف فیزیکوشیمیایی و مشکلاتی که حل می‌کنند همپوشانی دارند. در نتیجه، طبقه‌بندی فوق از روش‌های جداسازی فشارسنجی تا حد زیادی دلخواه است. با این حال، هر یک از این روش ها ویژگی های مشخصه خود را دارند که بر اساس آن طبقه بندی های متعددی ارائه شده است.

میکروفیلتراسیون اساساً یک فرآیند هیدرودینامیکی مشابه فیلتراسیون معمولی است. ویژگی خاص میکروفیلتراسیون استفاده از غشاهایی با قطر منافذ 0.1 تا 10 میکرون برای جداسازی ذرات ریز فاز جامد از جمله میکروارگانیسم ها است که در این حالت فیلتراسیون استریل کننده نامیده می شود. بنابراین، بر خلاف فرآیند فیلتراسیون، در میکروفیلتراسیون، پدیده های انتشار (به ویژه با اندازه منافذ کوچک از 0.1 تا 0.5 میکرومتر) نیز نقش دارند.

اولترافیلتراسیون بر اساس استفاده از غشاهایی با قطر منافذ 0.001 تا 0.1 میکرون است. اولترافیلتراسیون برای جداسازی سلول ها و مولکول ها استفاده می شود.

روش‌های جداسازی غشایی، زمانی که برای سوسپانسیون‌های بیولوژیکی اعمال می‌شوند، دارای مزایای متعددی هستند.

1. تغلیظ و خالص سازی بدون تغییر حالت تجمع و تبدیل فاز انجام می شود.

2. محصول فرآوری شده در معرض تأثیرات حرارتی و شیمیایی قرار نمی گیرد.

3. تاثیر مکانیکی و آیرودینامیکی بر مواد بیولوژیکی ناچیز است.

4. آب بندی و شرایط آسپتیک به راحتی تضمین می شود.

5. طراحی سخت افزار در طراحی فشرده است، هیچ قسمت متحرکی وجود ندارد.

6. این فرآیند دارای شدت انرژی بالایی نیست در بیشتر موارد، انرژی صرفاً برای پمپاژ محلول ها صرف می شود.

مکانیسم انتقال اتم ها، مولکول ها یا یون های مواد مختلف از طریق غشاهای نیمه تراوا را می توان با یکی از تئوری های زیر توضیح داد.

تئوری الک نشان می دهد که یک غشای نیمه تراوا دارای منافذی است که به اندازه کافی بزرگ هستند تا به حلال اجازه عبور دهند، اما برای عبور مولکول ها یا یون های املاح بسیار کوچک هستند.

تئوری انتشار مولکولی مبتنی بر حلالیت نابرابر و تفاوت در ضریب انتشار اجزای جدا شده در غشاهای پلیمری است. تئوری نفوذپذیری فیلتراسیون مویرگی بر اساس تفاوت در خواص فیزیکوشیمیایی لایه مرزی مایع روی سطح غشا و محلول در حجم است.

از بین تئوری های ارائه شده، مدل مویرگی-فیلتراسیون گسترده شده است.

بدنه اصلی دستگاه های غشایی، غشاهای نیمه تراوا هستند. غشاها باید دارای قابلیت جداسازی یا گزینش پذیری بالا، بهره وری یا نفوذپذیری ویژه بالا، ثبات ویژگی های آنها در حین کار، مقاومت شیمیایی در محیط جداکننده، استحکام مکانیکی و هزینه کم باشند. گزینش پذیری و نفوذپذیری مهمترین ویژگی های تکنولوژیکی غشاها و دستگاه به طور کلی است.

گزینش پذیری غشا به اندازه و شکل مولکول های املاح بستگی دارد. باید در نظر داشت که تقریباً در همه موارد مولکول هایی وجود دارند که فقط تا حدی توسط غشاء حفظ می شوند. غشاها از مواد مختلفی ساخته می شوند: فیلم های پلیمری، شیشه، سرامیک، فویل فلزی و غیره. غشاهای ساخته شده از فیلم های پلیمری بسیار گسترده شده اند.

غشاهای نیمه تراوا یا متخلخل یا غیر متخلخل هستند. این فرآیند از طریق غشاهای غیر متخلخل به دلیل انتشار مولکولی انجام می شود. این گونه غشاها غشاهای انتشار نامیده می شوند و برای جداسازی اجزای با خواص مشابه استفاده می شوند. غشاهای متخلخل عمدتاً از مواد پلیمری ساخته می شوند و می توانند ناهمسانگرد یا همسانگرد باشند.

غشاهای متخلخل معمولاً با حذف حلال ها یا شستن مواد افزودنی از قبل وارد شده از محلول های پلیمری در طول تشکیل آنها به دست می آیند. غشاهای به دست آمده از این طریق دارای یک لایه سطحی نازک 0.25-0.5 میکرون بر روی یک بستر ریز متخلخل با ضخامت 100-250 میکرون هستند. فرآیند جداسازی غشا در لایه فعال سطحی انجام می شود و زیرلایه استحکام مکانیکی غشا را تامین می کند.

غشاهای هسته ای یا نوکلئوپورها بسیار گسترده شده اند. این غشاها با تابش لایه‌های پلیمری نازک باردار با ذرات آلفا و سپس حک کردن منافذ با معرف‌های شیمیایی تشکیل می‌شوند.

مزایای اصلی غشاهای هسته ای عبارتند از:

شکل منافذ گرد منظم؛

توانایی بدست آوردن غشاهایی با اندازه و تعداد منافذ از پیش تعیین شده.

اندازه منافذ یکسان؛

مقاومت شیمیایی.

غشاهای هسته ای بر اساس لایه های کربناتی با قطر منافذ 0.1 تا 8 میکرون ساخته می شوند.

همراه با غشاهای پلیمری، غشاهایی با ساختار سفت و سخت شناخته می شوند:

فلز، شیشه متخلخل، سرامیک.

غشاهای فلزی با شستشو یا تصعید یکی از اجزای آلیاژ فویل ساخته می شوند. در این مورد، غشاهای بسیار متخلخل با منافذ هم اندازه به دست می آیند - در محدوده 5-0.1 میکرون.

روش دیگر برای تولید غشاهای فلزی، تف جوشی پودر فلز در دماهای بالا با استفاده از متالورژی پودر است.

معایب روش های جداسازی غشا:

1. برخی از موادی که غشاها از آنها ساخته می شوند به سرعت فرسوده می شوند.

2. هنگام پردازش محلول های حاوی فاز جامد، مشکلات خاصی ایجاد می شود.

با این وجود، باید توجه داشت که استفاده از روش‌های جداسازی غشایی در فناوری سنتز میکروبیولوژیکی امیدوارکننده است.

قوانین اساسی جداسازی انتخابی محلول ها و سوسپانسیون های بیولوژیکی بر روی غشاهای متخلخل

روش های اصلی غشایی برای جداسازی سیستم های مایع شامل اسمز معکوس، اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون است. این روش ها با ویژگی های مشترکی مانند استفاده از نیمه تراوا مشخص می شوند. غشاهایی که اجزای مختلف محلول ها و سوسپانسیون ها را به طور متفاوت منتقل می کنند، استفاده از فشار اضافی به عنوان نیروی محرکه فرآیند، روش های مبارزه با قطبش غلظت.

تقسیم بندی این روش ها عمدتاً دلخواه است و معمولاً بر اساس اندازه اشیاء فیلتر شده و اندازه منافذ غشاهای نیمه تراوا مربوطه است.

لازم است بین روش های اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون با توجه به حالت های فازی سیستم های جدا شده (به ترتیب محلول ها و سوسپانسیون ها) و روش های اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس با توجه به مکانیسم نفوذپذیری (جریان ویسکوز و جریان ویسکوز) تفاوت قائل شد. انتشار فعال).

تقریباً می توان تعیین کرد که غشاهای اسمز معکوس می توانند ذرات بزرگتر از 1-10-4 میکرون را حفظ کنند. یون های معدنی هیدراته شده و اولترافیلتراسیون برای ذرات بزرگتر از 1-10-3 میکرون موثرتر است، یعنی. غشاهای اولترافیلتراسیون می توانند مولکول ها و یون های آلی را حفظ کنند. بر این اساس، میکروفیلتراسیون به شما امکان می دهد تا به طور موثر ذرات را از 5-10 -2 تا 10 میکرون حفظ کنید، ذرات که از محلول های موجود در زمینه نیروهای گرانشی رسوب نمی کنند.

با این حال، هم به دلیل مشترک بودن پدیده های فیزیکی زیربنای این روش ها و هم به دلیل گستره وسیعی از خواص و ماهیت موادی که توسط فرآیندهای غشایی تحت فشار از هم جدا می شوند، نمی توان مرزهای کاربرد روش های مختلف غشایی را به وضوح تعریف کرد.

مبانی فیزیکی میکروفیلتراسیون

جداسازی محلول ها و سوسپانسیون ها با میکروفیلتراسیون بر اساس تفاوت و اندازه های هیدرودینامیک موثر مولکول ها و ذرات جدا شده است. فرآیند جداسازی در چارچوب نظریه‌ها و مکانیسم‌های مختلف نیمه‌نفوذپذیری توصیف می‌شود که تأثیر عوامل فیزیکوشیمیایی، هیدرودینامیکی و بین مولکولی را بر عبور ذرات از غشاها در نظر می‌گیرد.

به عنوان یک قاعده، تجزیه و تحلیل و محاسبه فرآیندهای فوق العاده و میکروفیلتراسیون از یک موقعیت یکپارچه انجام می شود. اگر در نظر بگیریم که وقوع این فرآیندها معمولاً با تشکیل لایه ای از رسوب بر روی غشا که مقاومت اصلی را در برابر انتقال جرم ایجاد می کند، توجیه می شود. تشکیل این رسوب و خواص آن را می توان با وابستگی های یکنواخت توصیف کرد.

پدیده های سطحی در سطح مشترک غشاء-محلول، خواص محلول و ماده محلول (برای میکروفیلتراسیون - خواص ذرات پراکنده) تأثیر قابل توجهی بر روند فوق العاده و میکروفیلتراسیون دارند.

هدف استفاده از میکروفیلتراسیون معمولاً سیستم های کلوئیدی (پراکنده) دارای یک محیط پراکنده ("حلال") و یک فاز پراکنده (ذرات معلق در حلال) است. جداسازی این فازها اغلب وظیفه میکروفیلتراسیون مایعات است.

مهمترین نقش در تمامی فرآیندهای جداسازی غشا، برهمکنش های چسبنده و الکترواستاتیکی ذرات با سطح غشا است.

اشیاء سلولی بیولوژیکی سیستم های لیوفیلیک معمولی هستند. آنها، بر خلاف سیستم های لیوفوبیک، با برهمکنش بین مولکولی قوی ماده فاز پراکنده با محیط پراکنده مشخص می شوند. این برهمکنش منجر به تشکیل هیدراتاسیون حلال (اگر محیط پراکندگی آب باشد) پوسته مولکول های محیط پراکندگی در اطراف ذرات فاز پراکنده می شود. علاوه بر این، سلول های میکروارگانیسم ها دارای بار (پتانسیل الکتروکینتیک - EKP) هستند، که بزرگی آن در بین میکروارگانیسم های مختلف متفاوت است. برای همان نوع میکروارگانیسم، مقدار بار بسته به شرایط محیطی و فرآیندهایی که در خود سلول اتفاق می‌افتد، متفاوت است. وجود بار در سلول ها به ما اجازه می دهد تا سوسپانسیون های بیولوژیکی را به عنوان محلول های الکترولیت ها در نظر بگیریم.

قطبش تمرکز

هنگام جداسازی محلول ها و سوسپانسیون ها با استفاده از غشاهای نیمه تراوا، حلال ترجیحاً از غشاء عبور می کند. در این حالت غلظت ماده محلول در لایه مرزی در سطح غشا افزایش می یابد. غلظت افزایش می یابد تا زمانی که تحت تأثیر گرادیان غلظت در حال ظهور املاح، تعادل دینامیکی بین سطح غشاء و حجم محلول برقرار شود.

پدیده تشکیل یک لایه مرزی در سطح غشا که در آن غلظت ماده محلول بیشتر از حجم اصلی محلول باشد، قطبش غلظتی نامیده می شود. اثر قطبش غلظت بر فیلتراسیون به دلایل زیر همیشه منفی است:

فشار موثر به دلیل افزایش فشار اسمزی محلول کاهش می یابد که با غلظت در لایه مرزی تعیین می شود. این منجر به کاهش سرعت فرآیند و انتخاب پذیری می شود و عمر مفید غشاها که تا حد زیادی به غلظت ماده محلول بستگی دارد کاهش می یابد.

قطبش غلظت با تشکیل یک لایه مرزی که سطح غشاء را از محلول در حجم جدا می کند همراه است. ضخامت این لایه به طور کلی توسط شرایط هیدرودینامیکی در نصب - شدت اختلاط و سرعت جریان تعیین می شود. پروفیل غلظت این لایه به نحوه حرکت محلول بستگی دارد.

دو حالت قطبش غلظت وجود دارد:

قبل از ژل، زمانی که غلظت در سطح غشاء Cw کمتر از غلظت ژل Cg است.

حالت پلاریزاسیون ژل، زمانی که Cw = Cg، و یک لایه ژل بر روی غشاء تشکیل می شود.

تشکیل ژل روی سطح غشا منجر به افت شدید نفوذپذیری و افزایش ظرفیت نگهداری غشاهای میکروفیلتراسیون می شود. با این حال، این فرض وجود دارد که کاهش نفوذپذیری در حین قطبش غلظت غشا نه با مسدود کردن کامل منافذ آن با یک لایه ژل، بلکه با اصلاح آنها با یک ژل به‌گونه‌ای که اندازه مؤثر همه منافذ کاهش می‌یابد. یک مقدار ثابت مشخص R. یک غشای ژل به اصطلاح پویا تشکیل می شود. در این مورد، مکانیسم جداسازی فیلتراسیون مویرگی کلاسیک در منافذ کاهش یافته غشاء اجرا می شود.

همچنین اعتقاد بر این است که برای اینکه قطبش غلظت اتفاق بیفتد، اندازه ذرات فیلتر شده باید یک نسبت "بحرانی" از اندازه ذرات به منافذ را فراهم کند، که مشخصه گذار از حالت پیش ژل به حالت ژل قطبش غلظت به دلیل افزایش در ضریب نگهداری

برای کاهش اثر مضر قطبش غلظت بر فرآیند میکروفیلتراسیون، از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود: افزایش دما (در نتیجه کاهش ویسکوزیته و افزایش غلظت ژل)، استفاده از میدان الکتریکی، استفاده از دبی مماسی بالا و فیلتراسیون ضربانی. حالت ها.

تأثیر عوامل خارجی بر ویژگی های جداسازی

انتخاب فشار عملیاتی به نوع فرآیند، ماهیت و غلظت محلول جدا شده، نوع غشاء مورد استفاده، طراحی دستگاه، مقاومت هیدرولیکی و غیره بستگی دارد. برای میکروفیلتراسیون، فشار کاری 0.03-0.1 مگاپاسکال است. ، و به صورت تجربی برای هر محلول تعیین می شود.

افزایش فشار عملیاتی منجر به افزایش نرخ فیلتراسیون تا حدود خاصی می شود، زیرا افزایش فشار نیز منجر به افزایش و فشرده شدن لایه ژل روی سطح غشاء می شود.

در نتیجه قرار گرفتن در معرض فشار زیاد روی غشاها، تغییر شکل های باقی مانده قابل توجهی را می توان مشاهده کرد: هنگامی که فشار برداشته می شود، ساختار غشا به حالت اولیه خود باز نمی گردد. انقباض ساختار غشا باعث کاهش نفوذپذیری و افزایش گزینش پذیری می شود.

تجزیه و تحلیل داده های مربوط به تأثیر دما بر انتخاب پذیری و نفوذپذیری غشاها در طول میکروفیلتراسیون نشان می دهد که افزایش دما منجر به افزایش نفوذپذیری و انتخاب پذیری می شود. این با این واقعیت توضیح داده می شود که ویسکوزیته تراوا کاهش می یابد و تأثیر قطبش غلظت غشاها به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

با افزایش غلظت مواد محلول در محلول جدا شده، ویژگی های عملکرد غشاها - بهره وری خاص و گزینش پذیری - بدتر می شود. هنگام تغلیظ، فشار اسمزی محلول افزایش می یابد و بنابراین نیروی محرکه موثر فرآیند جداسازی کاهش می یابد.

سخنرانی 4. واکسن ها.

واکسیناسیون به گیرنده کمک می کند تا در برابر میکروارگانیسم های بیماری زا مصونیت پیدا کند و در نتیجه از او در برابر عفونت محافظت می کند. در پاسخ به تزریق خوراکی یا تزریقی واکسن، بدن میزبان آنتی‌بادی‌هایی را علیه میکروارگانیسم بیماری‌زا تولید می‌کند که در طول عفونت بعدی منجر به غیرفعال شدن آن (خنثی‌سازی یا مرگ) می‌شود، تکثیر آن را مسدود کرده و از پیشرفت بیماری جلوگیری می‌کند.

تأثیر واکسیناسیون بیش از 200 سال پیش - در سال 1796 - توسط دکتر ادوارد جنر کشف شد. او به طور تجربی ثابت کرد که فردی که به آبله گاوی مبتلا شده است، یک بیماری نه چندان جدی گاو، در برابر آبله مصون می شود. آبله یک بیماری بسیار مسری با میزان مرگ و میر بالا است: حتی اگر بیمار نمرده، اغلب دچار بدشکلی های مختلف، اختلالات روانی و نابینایی می شود. جنر به طور علنی یک پسر بچه 8 ساله به نام جیمز فیپس را با استفاده از ترشحات پوستول یک بیمار آبله گاوی با آبله گاوی تلقیح کرد و سپس پس از مدتی مشخص، دو بار کودک را به چرک ناشی از پوسچول یک بیمار آبله آلوده کرد. تمام تظاهرات بیماری محدود به قرمزی در محل تزریق بود که پس از چند روز ناپدید شد.

پیش از این، بیماری های عفونی مانند سل، آبله، وبا، تب حصبه، طاعون بوبونیک و فلج اطفال بلای واقعی برای بشریت بود. با ظهور واکسن ها، آنتی بیوتیک ها و ارائه اقدامات پیشگیرانه، این بیماری های همه گیر تحت کنترل قرار گرفتند. با این حال، اقدامات حفاظتی در طول زمان بی اثر شد و شیوع جدیدی از بیماری ها ظاهر شد. در سال 1991، یک اپیدمی وبا پرو را گرفت. طی سه سال بعد، تقریباً 1 میلیون مورد شناسایی شد و چندین هزار نفر از آنها جان خود را از دست دادند. متاسفانه هیچ واکسنی برای بسیاری از بیماری های انسان و حیوان وجود ندارد. امروزه بیش از 2 میلیارد نفر در سراسر جهان از بیماری هایی رنج می برند که با واکسیناسیون قابل پیشگیری است. واکسن ها همچنین می توانند در پیشگیری از بیماری های "جدید" که دائماً در حال ظهور هستند (مثلا ایدز) مفید باشند.

به عنوان یک قاعده، واکسن های مدرن بر اساس میکروارگانیسم های پاتوژن کشته شده (غیرفعال) یا گونه های زنده، اما غیر بدخیم (تضعیف شده) ایجاد می شوند. برای انجام این کار، سویه نوع وحشی در کشت رشد می‌کند، خالص می‌شود و سپس غیرفعال یا اصلاح می‌شود تا یک پاسخ ایمنی تولید کند که به اندازه کافی در برابر سویه خطرناک مؤثر باشد. علیرغم پیشرفت‌های چشمگیر در ایجاد واکسن‌ها علیه بیماری‌هایی مانند سرخجه، دیفتری، سیاه سرفه، کزاز، آبله و فلج اطفال، تولید واکسن‌های مدرن با تعدادی محدودیت مواجه است:

همه میکروارگانیسم های بیماری زا را نمی توان کشت داد، بنابراین واکسنی برای بسیاری از بیماری ها ساخته نشده است.

برای به دست آوردن ویروس های حیوانی و انسانی، یک کشت سلولی حیوانی گران قیمت مورد نیاز است.

تیتر ویروس های حیوانی و انسانی در فرهنگ و سرعت تکثیر آنها اغلب بسیار کم است که هزینه تولید واکسن را افزایش می دهد.

اقدامات احتیاطی باید به شدت رعایت شود تا از عفونت پرسنل جلوگیری شود.

اگر فرآیند تولید مختل شود، برخی از دسته‌های واکسن ممکن است حاوی میکروارگانیسم‌های ویروسی زنده یا ضعیف شده باشند که می‌تواند منجر به انتشار غیرعمدی عفونت شود.

سویه‌های ضعیف‌شده می‌توانند به سویه اصلی برگردند، بنابراین بیماری‌زایی باید دائماً کنترل شود.

برخی از بیماری ها (مانند ایدز) با واکسن های سنتی قابل پیشگیری نیستند.

بیشتر واکسن‌های فعلی ماندگاری محدودی دارند و فقط در دماهای پایین فعال می‌مانند و استفاده از آن‌ها در کشورهای در حال توسعه را دشوار می‌کند.

در دهه اخیر، با توسعه فناوری DNA نوترکیب، امکان ایجاد نسل جدیدی از واکسن‌هایی که معایب واکسن‌های سنتی را نداشته باشند، فراهم شده است. برای توسعه آنها از روش های مهندسی ژنتیک استفاده می شود.

میکروارگانیسم بیماری زا با حذف ژن های مسئول بیماری زایی اصلاح می شود. توانایی القای پاسخ ایمنی حفظ می شود. چنین میکروارگانیسمی را می توان با خیال راحت به عنوان یک واکسن زنده استفاده کرد، زیرا رشد در یک کشت خالص امکان بازیابی خود به خودی کل ژن را از بین می برد.

آنها سیستم های زنده غیر بیماری زا را برای انتقال عوامل آنتی ژنیک فردی ارگانیسم های بیماری زا ایجاد می کنند. این سیستم حمل و نقل به ایجاد یک پاسخ ایمنی مشخص به میکروارگانیسم های بیماری زا کمک می کند.

اگر پاتوژن ها در کشت رشد نکنند، می توان آنها را جدا کرد، شبیه سازی کرد و در یک میزبان جایگزین بیان کرد (به عنوان مثال. E. coliیا رده‌های سلولی پستانداران) برای آن دسته از پروتئین‌هایی که حاوی عوامل تعیین‌کننده آنتی ژنی هستند و از این پروتئین‌ها به عنوان واکسن‌های «زیر واحد» استفاده می‌کنند (بخش بعدی را ببینید).

برخی از میکروارگانیسم های بیماری زا به طور غیرمستقیم عمل می کنند و باعث ایجاد یک واکنش خود ایمنی به سلول های آلوده بدن میزبان می شوند. برای چنین بیماری هایی می توان با ساختن ژنی که یک پروتئین کایمریک را کد می کند، سیستمی برای تخریب اختصاصی سلول های هدف ایجاد کرد که بخشی از آن به سلول آلوده متصل می شود و قسمت دیگر آن را از بین می برد. این سیستم یک واکسن واقعی نیست، اگرچه فقط بر روی سلول های آلوده عمل می کند و علت ایجاد یک واکنش خود ایمنی را از بین می برد.

واکسن‌های حیوانات نیازهای سخت‌گیری کمتری دارند، بنابراین اولین واکسن‌هایی که با استفاده از فناوری DNA نوترکیب به‌دست آمد، واکسن‌هایی علیه بیماری تب برفکی، هاری، اسهال خونی و اسهال خوکچه‌ها بودند. واکسن های دیگری برای حیوانات در حال ایجاد هستند و واکسن های نوترکیب در نظر گرفته شده برای انسان به زودی ظاهر می شوند.

GOST R ISO 15859-7-2010

گروه L21

استاندارد ملی فدراسیون روسیه

سیستم های فضایی

مشخصات، نمونه برداری و روش های تحلیلی سیالات

قسمت 7

سوخت موشکی مبتنی بر هیدرازین

سیستم های فضایی مشخصات سیالات، نمونه برداری و روش های آنالیز. قسمت 7. پیشرانه هیدرازین

OKS 71.080.30*
OKP 24 7640
________________
* در IUS 10-2011 با OKS 49.140 داده شده است. -
یادداشت سازنده پایگاه داده

تاریخ معرفی 2012-01-01

پیشگفتار

اهداف و اصول استانداردسازی در فدراسیون روسیه توسط قانون فدرال 27 دسامبر 2002 N 184-FZ "در مورد مقررات فنی" تعیین شده است و قوانین استفاده از استانداردهای ملی فدراسیون روسیه GOST R 1.0-2004 "استانداردسازی در مقررات اساسی فدراسیون روسیه"

اطلاعات استاندارد

1 تهیه شده توسط FSUE "VNITSSMV" بر اساس ترجمه معتبر خود به روسی از استاندارد مشخص شده در بند 4

2 معرفی شده توسط کمیته فنی استاندارد TC 339 "ایمنی مواد خام، مواد و مواد"

3 با دستور آژانس فدرال مقررات فنی و اندازه‌شناسی مورخ 21 دسامبر 2010 N 930-st تأیید و لازم الاجرا شد.

4 این استاندارد با استاندارد بین‌المللی ISO 15859-7:2004* "سیستم‌های فضایی - ویژگی‌ها، نمونه‌برداری و روش‌های آنالیز سیالات - قسمت 7: پیشرانه‌های مبتنی بر هیدروزین" (ISO 15859-7:2004 "Space Systems - Fluid") یکسان است. ویژگی ها، نمونه برداری و روش های آزمایش - قسمت 7: پیشرانه هیدرازین").
________________
* دسترسی به اسناد بین المللی و خارجی ذکر شده در متن از طریق تماس با پشتیبانی مشتریان امکان پذیر است. - یادداشت سازنده پایگاه داده.

هنگام استفاده از این استاندارد، توصیه می شود به جای استانداردهای بین المللی مرجع از استانداردهای ملی مربوطه فدراسیون روسیه و استانداردهای بین ایالتی استفاده کنید که اطلاعات مربوط به آن در پیوست اضافی DA آمده است.

5 برای اولین بار معرفی شد


اطلاعات مربوط به تغییرات این استاندارد در نمایه اطلاعاتی منتشر شده سالانه "استانداردهای ملی" و متن تغییرات و اصلاحات در فهرست اطلاعات منتشر شده ماهانه "استانداردهای ملی" منتشر می شود. در صورت بازنگری (جایگزینی) یا لغو این استاندارد، اطلاعیه مربوطه در فهرست اطلاعات منتشر شده ماهانه «استانداردهای ملی» منتشر خواهد شد. اطلاعات، اطلاعیه ها و متون مربوطه نیز در سیستم اطلاعات عمومی - در وب سایت رسمی آژانس فدرال مقررات فنی و اندازه گیری در اینترنت ارسال می شود.

معرفی

معرفی

عملیات پیشران هیدرازین در محل پرتاب فضاپیما یا فضاپیما ممکن است شامل اپراتورهای متعدد و رابط های تامین کننده و مصرف کننده از کارخانه تولید تا تحویل به وسیله پرتاب یا فضاپیما باشد. هدف این استاندارد ایجاد الزامات یکسان برای اجزاء، روش‌های نمونه‌برداری و روش‌های تحلیلی برای پیشرانه مبتنی بر هیدرازین مورد استفاده در سرویس‌دهی فضاپیماها و تجهیزات زمینی است. محدودیت های تعیین شده در مورد ترکیب سوخت موشک مبتنی بر هیدرازین برای تعیین حدود خلوص و ناخالصی سوخت موشک مبتنی بر هیدرازین برای سوخت رسانی به فضاپیماها و کشتی ها در نظر گرفته شده است. روش های نمونه برداری و روش های تجزیه و تحلیل برای پیشرانه های هیدرازین برای استفاده توسط هر اپراتور سازگار است. روش‌های نمونه‌برداری و روش‌های آنالیز برای پیشرانه هیدرازین برای نظارت بر محدودیت‌های پیشرانه هیدرازین قابل قبول است.

1 منطقه استفاده

این استاندارد در مورد هیدرازین بی آب که به عنوان سوخت موشک در سیستم های فضایی و همچنین در تجهیزات هواپیما و تاسیسات، سیستم ها و تجهیزات زمینی در درجه های زیر استفاده می شود، اعمال می شود:

- سوخت استاندارد: تولید عادی و کنترل کیفیت (مناسب برای اکثر اهداف).

- سوخت تک جزئی: سوخت معمولی با محتوای ناخالصی کاملاً کنترل شده (فقط برای موتورهای موشکی که با سوخت های کاتالیستی تک جزئی کار می کنند در مواردی که مطلوب است عمر مفید کاتالیزور افزایش یابد) در نظر گرفته شده است.

- سوخت با خلوص بالا: تولید ویژه با کنترل دقیق میزان ناخالصی ها.

این استاندارد نمونه برداری لازم را پوشش می دهد تا اطمینان حاصل شود که پیشران مبتنی بر هیدرازین، هنگامی که به وسیله پرتاب یا فضاپیما وارد می شود، محدودیت های ترکیبی مشخص شده در این استاندارد یا مستندات فنی مورد توافق برای کاربرد خاص را برآورده می کند.

این استاندارد محدودیت هایی را برای ترکیبات و خواص فیزیکی هیدرازین بی آب (NH) و الزامات روش های نمونه برداری و روش های تحلیلی برای نظارت بر ترکیب هیدرازین بی آب مشخص می کند.

2 مراجع هنجاری

این استاندارد از ارجاع هنجاری به استاندارد بین المللی زیر استفاده می کند*:
_______________
* برای مراجع دارای تاریخ، فقط نسخه استاندارد ذکر شده اعمال می شود. برای مراجع بدون تاریخ، آخرین ویرایش استاندارد شامل تمام اصلاحات و اصلاحات.
برای مشاهده جدول مطابقت بین استانداردهای ملی و بین المللی به لینک مراجعه کنید. - یادداشت سازنده پایگاه داده.


ISO 9000 سیستم های مدیریت کیفیت. مبانی و واژگان (ISO 9000، سیستم های مدیریت کیفیت - مبانی و واژگان)

3 اصطلاحات و تعاریف

این استاندارد از اصطلاحات ISO 9000 و همچنین اصطلاحات زیر با تعاریف مربوطه استفاده می کند:

3.1 ذرات معلق(ذرات) (گرید سوخت استاندارد): ذرات نامحلول باقی مانده روی کاغذ صافی، اندازه های اسمی 10 و 40 میکرون.

3.2 ذرات معلق(ذرات) (گریدهای سوخت تک جزئی و با خلوص بالا): ذرات نامحلول باقی مانده روی کاغذ صافی، اندازه اسمی 2 و 10 میکرون.

3.3 تست اثباتتست تایید: تجزیه و تحلیلی که بر روی یک سیال در یک ظرف یا بر روی نمونه ای از ظرفی که نماینده عرضه است انجام می شود تا محدودیت های ترکیب شیمیایی پیشرانه مبتنی بر هیدرازین را تأیید کند.

4 ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی

4.1 ترکیب شیمیایی

به جز مواردی که در اسناد فنی مربوطه مشخص شده باشد، ترکیب شیمیایی پیشرانه هیدرازین عرضه شده به هواپیما باید با محدودیت های مندرج در جدول 1 مطابق با روش های تحلیل کاربردی آزمایش شود.


جدول 1 - محدودیت های ترکیب شیمیایی سوخت موشک مبتنی بر هیدرازین

فهرست مطالب	مقدار حد
	سوخت استاندارد	سوخت تک جزئی	سوخت با خلوص بالا
کسر جرمی هیدرازین، ٪، نه کمتر
کسر جرمی آب، درصد، نه بیشتر
کسر جرمی آمونیاک، درصد، نه بیشتر
ذرات جامد، درصد، نه بیشتر
کسر جرمی کلریدها، ٪، نه بیشتر
کسر جرمی آنیلین، % نه بیشتر
کسر جرمی آهن، درصد، نه بیشتر
کسر جرمی رسوبات غیر فرار، درصد، نه بیشتر
کسر جرمی دی اکسید کربن، ٪، نه بیشتر
کسر جرمی سایر اجزای فرار حاوی کربن، نه بیشتر
محتوای کل از نظر منو متیل هیدرازین (MMH)، دی متیل هیدرازین نامتقارن (UDMH) و الکل.

4.2 خواص فیزیکی

هنگام بررسی بصری در نور عبوری، سوخت موشک باید مایعی بی رنگ و همگن باشد.

5 تحویل

هیدرازین از گریدهای مشخص شده در بخش 1 باید مطابق با این استاندارد عرضه شود.

6 نمونه برداری

هشدار- هیدرازین در حالت مایع و گاز یک سوخت قابل اشتعال، سمی، فرار است و در تماس با یک عامل اکسید کننده بسیار واکنش پذیر است. هنگام جابجایی و نگهداری هیدرازین باید مراقب بود، از تجهیزات محافظ استفاده کرد و از تماس با مواد ناسازگار با هیدرازین خودداری کرد.

6.1 طرح نمونه گیری

برای اطمینان از اینکه ترکیب شیمیایی پیشرانه مبتنی بر هیدرازین با محدودیت های تعیین شده توسط این استاندارد مطابقت دارد، یک طرح نمونه گیری هیدرازین از تولید تا بارگیری فضاپیما باید توسط تمام اپراتورهای درگیر ایجاد و توسط کاربر نهایی تایید شود. روش های نمونه برداری و تحلیلی باید با تمام مقررات و قوانین ایمنی مطابقت داشته باشد. این طرح باید ایجاد کند:

- نقاط نمونه برداری؛

- تکنیک های نمونه گیری؛

- فراوانی نمونه برداری؛

- حجم نمونه ها؛

- تعداد نمونه ها؛

- روش های تجزیه و تحلیل؛

- مسئولیت نمونه برداری از هر اپراتور.

6.2 مسئولیت نمونه گیری

مگر اینکه در اسناد فنی قابل اجرا به نحو دیگری مشخص شده باشد، تامین کننده مسئول تامین سوخت مبتنی بر هیدرازین هواپیما باید از کیفیت هیدرازین عرضه شده به هواپیما توسط تامین کننده نمونه برداری کرده و آزمایش کند. تأمین‌کننده ممکن است از منابع خود یا سایر منابع مناسب برای انجام آزمایش‌های کنترلی مشخص‌شده در این استاندارد بین‌المللی استفاده کند، مگر اینکه توسط مشتری دستور دیگری داده شود.

6.3 نقاط نمونه برداری

توصیه می‌شود که نمونه‌برداری در محلی که پیشران مبتنی بر هیدرازین در آن ذخیره می‌شود یا قبل از سوخت‌گیری در هواپیما انجام شود، مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد.

6.4 فراوانی نمونه برداری

نمونه برداری باید سالانه یا بر اساس برنامه زمانی توافق شده بین تامین کننده و مشتری انجام شود.

6.5 حجم نمونه

مقدار سوخت مبتنی بر هیدرازین در یک ظرف نمونه باید برای انجام آنالیز حد کافی باشد. اگر یک نمونه حاوی سوخت هیدرازین کافی برای انجام تمام آنالیزهای مورد نیاز برای تایید کیفیت نباشد، نمونه های اضافی باید در شرایط مشابه جمع آوری شوند.

6.6 تعداد نمونه

تعداد نمونه ها باید مطابق با موارد زیر باشد:

الف) یک نمونه - از یک ظرف ذخیره سازی؛

ب) هر تعداد نمونه - طبق توافق بین تامین کننده و مصرف کننده.

6.7 ظرف نگهداری

مگر در مواردی که در طرح نمونه گیری قابل اجرا مشخص شده باشد، ظرف ذخیره سازی نباید پس از جمع آوری نمونه دوباره پر شود.

6.8 نمونه های مایع

نمونه‌های مایع باید نمونه‌های معرف یک منبع هیدرازین مایع باشند. نمونه ها باید با یکی از روش های زیر جمع آوری شوند:

الف) با پر کردن ظروف نمونه و ظروف ذخیره سازی به طور همزمان از یک منیفولد و در شرایط یکسان با استفاده از روش مشابه.

ب) با خارج کردن نمونه از ظرف عرضه شده از طریق اتصال مناسب به ظرف نمونه. هیچ تنظیم کننده فشاری بین ظرف عرضه شده و ظروف نمونه مجاز نیست (دریچه های تصفیه و تخلیه مناسب مجاز هستند). برای اطمینان از ایمنی، ظرف نمونه و سیستم نمونه برداری باید دارای فشار عملیاتی طراحی برابر یا بیشتر از فشار در ظرف عرضه شده باشد.

6.9 رد

اگر هر نمونه ای از پیشرانه هیدرازین که مطابق با بخش 7 آزمایش شده است، الزامات مشخص شده در این استاندارد را برآورده نکند، پیشران هیدرازین نشان داده شده توسط آن نمونه باید دور ریخته شود. روش دفع سوخت موشک مبتنی بر هیدرازین رد شده توسط مصرف کننده تعیین می شود.

7 روش تجزیه و تحلیل

7.1 مقررات عمومی

تامین کننده باید از سطح کیفی هیدرازین اطمینان حاصل کند. روش های جایگزین تجزیه و تحلیل در 7.3-7.12 شرح داده شده است. سایر روش‌های تحلیلی که در این استاندارد مشخص نشده‌اند، در صورت توافق بین تأمین‌کننده و کاربر قابل قبول هستند.

این آزمایش‌ها یک آنالیز منفرد یا مجموعه‌ای از آنالیزها هستند که بر روی پیشرانه مبتنی بر هیدرازین انجام می‌شوند تا توانایی تأسیسات ذخیره‌سازی برای ارائه سطح کیفی مورد نیاز را تأیید کنند. این را می توان با تجزیه و تحلیل نمونه های نماینده پیشران مبتنی بر هیدرازین، که از انبارها در فواصل زمانی مشخص، طبق توافق بین تامین کننده و مشتری، گرفته شده است، پایش کرد. آزمایشات ممکن است توسط تامین کننده یا آزمایشگاهی که با توافق بین تامین کننده و مشتری انتخاب شده است انجام شود.

الزامات برای تجزیه و تحلیل باید شامل تعیین تمام شاخص های هیدرازین باشد که دارای محدودیت هستند.

7.2 پارامترهای تجزیه و تحلیل

پارامترهای روش های تحلیلی ارائه شده در بخش های 7.3-7.12 به شرح زیر است:

- میزان خلوص و ناخالصی باید به صورت درصد وزنی (% وزنی) بیان شود، مگر اینکه خلاف آن مقرر شده باشد.

- استانداردهای کالیبراسیون گاز حاوی اجزای مایع مورد استفاده ممکن است برای کالیبراسیون ابزارهای اندازه گیری تحلیلی مورد استفاده برای تعیین حدود سوخت موشک مبتنی بر هیدرازین مورد نیاز باشد.

- در صورت درخواست مصرف کننده، صحت تجهیزات اندازه گیری مورد استفاده در تهیه این مواد مرجع باید توسط یک موسسه استاندارد رسمی تایید شود.

- تجهیزات تحلیلی باید مطابق دستورالعمل سازنده استفاده شود.

7.3 خلوص هیدرازین

خلوص هیدرازین توسط کروماتوگرافی گازی تعیین می شود. از این روش می توان نه تنها برای تعیین خلوص هیدرازین، بلکه برای تعیین محتوای آب، آمونیاک، آنیلین و سایر اجزای فرار حاوی کربن (پیوست A) استفاده کرد حساسیت 10٪ از حداکثر محتوای مشخص شده آن جزء. آنالایزر باید با استفاده از استانداردهای کالیبراسیون در محدوده های مناسب کالیبره شود.

مقدار مواد جامد با اندازه گیری وزنی تعیین می شود. حجم مشخصی از سوخت از طریق فیلتر غشایی آزمایشی از پیش وزن شده فیلتر می شود و جرم افزایش یافته فیلتر غشایی پس از شستشو و خشک شدن تعیین می شود. تغییر جرم فیلتر غشایی کنترل واقع در زیر فیلتر غشایی آزمایشی نیز تعیین می شود. مقدار ذرات با افزایش جرم فیلتر غشایی آزمایش نسبت به فیلتر غشایی کنترل تعیین می شود.

الف) با روش کروماتوگرافی یونی؛

ب) روش رنگ سنجی با تیوسیانات جیوه.

ج) روش پتانسیومتری با استفاده از الکترود انتخابی کلرید.

د) روش پتانسیومتری با استفاده از تیتراسیون با نیترات نقره.

محتوای کلرید را نمی توان مستقیماً در نمونه هیدرازین مایع تعیین کرد، اما می توان آن را پس از حل کردن آن در محلول اسید آبی در باقیمانده غیرفرار تعیین کرد.

الف) با کروماتوگرافی گازی مطابق با 7.3.

ب) با طیف سنجی فرابنفش برای سوخت تک جزئی درجه هیدرازین.

الف) با روش جذب اتمی؛

ب) روش رنگ سنجی؛

ج) توسط طیف سنجی انتشار پلاسمای آرگون جفت القایی.

محتوای آهن را نمی توان مستقیماً در نمونه هیدرازین مایع تعیین کرد، اما می توان آن را در باقیمانده غیرفرار پس از حل کردن آن در محلول اسید آبی تعیین کرد.

نمونه باید به اسید قوی وارد شود تا اجزای هیدرازین و آمونیاک را جذب کند و دی اکسید کربن آزاد کند. سپس محتوای دی اکسید کربن با یکی از روش های زیر تعیین می شود:

الف) روش کروماتوگرافی گازی. این تکنیک باید برای جداسازی و تجزیه و تحلیل دی اکسید کربن انتخابی باشد.

ب) با تجزیه و تحلیل مادون قرمز؛

ج) روش رنگ سنجی CO انتخابی.

7.12 محتوای سایر اجزای فرار حاوی کربن

پیوست A (برای مرجع). کاربردهای کروماتوگرافی گازی (GC)

پیوست اول
(آموزنده)

کروماتوگرافی گازی (GC) به عنوان یک روش مرجع یا ترجیحی برای تجزیه و تحلیل ناخالصی های هیدرازین، مانند آمونیاک و آب، آنیلین (برای درجه های سوخت با خلوص بالا)، سایر مواد فرار حاوی کربن و دی اکسید کربن برای کنترل خلوص هیدرازین توصیه می شود. .

جدول A.1 کاربرد این روش ها را برای تجزیه و تحلیل هیدرازین نشان می دهد.


جدول A.1 - برنامه های کاربردی GC

فهرست مطالب	GC با آشکارساز TCD روی ستون Tenax GC یا PEG (یا مشابه)	GC با آشکارساز FID روی ستون Tenax GC یا Apiezon L/AT200 یا ستون مویرگی با سوراخ (Carbowax 20M) (یا معادل)	GC با آشکارساز FID روی ستون با Tenax GC یا PEG1540 یا PEG 400 (یا مشابه)	GC با آشکارساز TCD و تله برودتی و ستون کربن فعال یا پوراپاک (یا مشابه)
خلوص هیدرازین
آمونیاک
آنیلین (با خلوص بالا)
سایر اجزای کربنی فرار
دی اکسید کربن
بسته بندی ستون Tenax GC®، Apiezon® L/AT200، Carbowax® 20M و Porapak® نمونه هایی از مواد مناسب تجاری در دسترس هستند. این اطلاعات برای راحتی کاربران این استاندارد ارائه شده است. توجه - در این جدول از علائم زیر استفاده شده است: TCD - آشکارساز هدایت حرارتی؛ PEG - پلی اتیلن گلیکول؛ FID - آشکارساز یونیزاسیون شعله؛ "X" - می توان از روش استفاده کرد. "-" - روش استفاده نمی شود.

پیوست بله (برای مرجع). اطلاعات مربوط به انطباق استانداردهای بین المللی مرجع با استانداردهای ملی مرجع فدراسیون روسیه (و استانداردهای بین ایالتی که به این ترتیب عمل می کنند)

برنامه بله
(آموزنده)

جدول DA.1

تعیین استاندارد بین المللی مرجع	درجه انطباق	تعیین و نام استاندارد ملی مربوطه
نکته - در این جدول برای درجه انطباق با استانداردها از نماد زیر استفاده شده است: IDT - استانداردهای یکسان.

متن سند الکترونیکی
تهیه شده توسط Kodeks JSC و تأیید شده در برابر:
انتشار رسمی
M.: Standartinform، 2011

توکار A.Yu.

موسسه فناوری دولتی سنت پترزبورگ (دانشگاه فنی)

فرآیندهای جداسازی غشاء

حاشیه نویسی

این مقاله به بررسی ماهیت فرآیندهای جداسازی غشا از طریق آشنایی با نشریات اصلی در نشریات علمی دوره ای، آشنایی با ادبیات آموزشی و روش شناختی این موضوع می پردازد.

کلید واژه ها:فرآیندهای غشایی، جداسازی مخلوط مایع و گاز، غشا.

توکار A. J.

St. موسسه فناوری دولتی پترزبورگ (دانشگاه فنی)

فرآیند جداسازی غشاء

خلاصه

این مقاله به بررسی ماهیت فرآیندهای جداسازی غشا از طریق آشنایی با انتشارات پایه در نشریات علمی، آشنایی با ادبیات آموزشی در این زمینه می پردازد.

کلید واژه ها:فرآیندهای غشایی، جداسازی مخلوط مایع و گاز، غشاء.

فرآیندهای جداسازی سیستم های مایع و گاز نقش مهمی در بسیاری از بخش های اقتصاد ملی ایفا می کند. بنابراین، برای انجام فرآیندهای جداسازی مخلوط های مایع، به عنوان مثال، از روش هایی مانند تقطیر، یکسوسازی، استخراج، جذب و غیره استفاده می شود، اما جهانی ترین روش جداسازی، جداسازی با استفاده از غشاهای نیمه تراوا (روش های غشایی) است.

اهمیت فناوری غشاء در سال های اخیر به طور چشمگیری افزایش یافته است، در درجه اول به عنوان فناوری که می تواند شکاف بین صنعت و محیط زیست را پر کند.

ماهیت جهانی تأثیر و تأثیر فناوری غشاء بر اجرای سایر اولویت های علمی و فناوری روسیه و جهان اخیراً تأیید بیشتری دریافت کرده است. فناوری حیاتی در سطح فدرال "ممبران" در 17 حوزه اولویت برای علم روسیه گنجانده شد که در آن دانشمندان روسی از سطح جهانی جلوتر هستند و بدون استفاده از فرآیندهای غشایی نمی توان از حفظ و نگهداری علمی و فنی مورد نیاز اطمینان حاصل کرد. سطح در 12 اولویت به این امر لازم است قابلیت های جدی فرآیندهای غشایی در حل مهمترین وظیفه مرحله فعلی توسعه جامعه ما - تجدید فناوری صنعت داخلی - اضافه شود.

نیاز حیاتی برای اجرای فرآیندهای غشایی در مقیاس بزرگ توسط عوامل بسیاری و مهمتر از همه، تأثیر مستقیم آنها بر مشکلات اقتصادی ملی و چشم انداز استفاده عملی آنها تعیین می شود.

در طول دهه‌های گذشته، روش‌های جداسازی غشایی به شدت توسعه یافته و در حوزه‌های متنوعی از فعالیت‌های انسانی پیاده‌سازی شده‌اند. این روش ها به طور گسترده ای برای نمک زدایی آب نمک استفاده می شود. بدین ترتیب در سال 1980 بیش از نیمی از کل آب شیرین شده روی زمین با استفاده از روش های غشایی به دست آمد و بهره وری برخی از گیاهان غشایی به چند ده هزار متر مکعب آب شیرین شده در روز رسید.

در صنایع شیمیایی و پتروشیمی از روش های غشایی برای جداسازی مخلوط ترکیبات با وزن مولکولی بالا و پایین، مخلوط های آزئوتروپیک، جداسازی هلیوم و هیدروژن از گازهای طبیعی، اکسیژن از هوا و غیره استفاده می شود. .

در صنایع غذایی - برای تولید شکر با کیفیت بالا، پاستوریزه کردن آبجو، تثبیت شراب انگور، پردازش و کنسرو کردن شیر به منظور به دست آوردن محصولات لبنی اساسی؛ کنسرو آب میوه و سبزیجات و غیره .

در بیوتکنولوژی و صنعت پزشکی - برای جداسازی و خالص سازی مواد فعال بیولوژیکی، واکسن ها، آنزیم ها و غیره. در صنایع غذایی - برای تغلیظ آب میوه و سبزیجات، شیر، تولید قند مرغوب و غیره.

فرآیندهای غشایی بیشترین کاربرد را در تصفیه آب و محلول های آبی و تصفیه فاضلاب دارند.

استفاده از غشاهای نیمه تراوا برای پایش محیطی، کنترل و پیش‌بینی وضعیت محیط در حین اکتشاف فضا و آب‌های اقیانوس‌های جهان بسیار امیدوارکننده است.

کار برای ایجاد غشاهای مصنوعی در حال انجام است که تولید مثل برخی از واکنش‌های فتوشیمیایی را تسهیل می‌کند. در گیاهان سبز رخ می دهد. در این مورد، وظیفه اصلی به دست آوردن کربوهیدرات ها، پروتئین ها، چربی ها، اسیدهای نوکلئیک تولید شده با مشارکت غشاهای طبیعی نیست، بلکه به دست آوردن هیدروژن و سایر مواد "انرژی" است. این غشاها می توانند از انرژی نور خورشید برای شکافتن آب و تولید هیدروژن استفاده کنند که می تواند ذخیره شود و به عنوان سوخت مورد استفاده قرار گیرد.

اجرای گسترده بیشتر فرآیندهای غشایی با نیاز به توسعه روش‌های تحلیلی و گرافیکی - تحلیلی برای محاسبه تجهیزات برای اجرای آنها، توسعه نرمال‌ها، نوموگرام‌ها، استانداردها، مراجع و سیستم‌ها برای حل مشکلات خاص تکنولوژیکی و همچنین ایجاد روش‌هایی برای بهینه‌سازی غشاء همراه است. تجهیزات با استفاده از فناوری محاسبات الکترونیکی

البته، فهرست کوتاهی از زمینه‌های اصلی استفاده از روش‌های غشایی، تمام حوزه‌های ممکن کاربرد آنها را کامل نمی‌کند.

محاسبات و مقدار زیادی مواد واقعی انباشته شده نشان می دهد که استفاده از غشاهای نیمه تراوا می تواند تأثیر اقتصادی قابل توجهی در صنایع سنتی موجود ایجاد کند، فرصت های گسترده ای را برای ایجاد طرح های فن آوری اساساً جدید، ساده، کم انرژی و سازگار با محیط زیست (به ویژه زمانی که همراه با روشهای گسترده جداسازی مانند اصلاح، جذب، استخراج و غیره).

با این حال، تمام مشکلات در مطالعه غشاها و فرآیندهای غشایی هنوز حل نشده است. در حال حاضر توسعه تئوری تولید هدفمند غشاها با خواص از پیش تعیین شده و محاسبه تکنولوژیکی فرآیندها و دستگاه های غشایی، یک کار فوری است.

هدفاین کار مطالعه جامعی از ماهیت فرآیندهای جداسازی غشایی از طریق آشنایی با انتشارات اصلی در نشریات علمی دوره ای، آشنایی با ادبیات آموزشی و روش شناختی در این زمینه بود.

فناوری غشاء یکی از جهت‌گیری‌های جدید در توسعه فرآیندهای فناوری شیمیایی است که هدف آن جداسازی مخلوط‌های مایع و گاز با استفاده از غشاهای نیمه‌تراوا است.

فرآیندهای جداسازی غشایی برای مخلوط ها با استفاده از غشاهای نیمه تراوا انجام می شود. نیروی محرکه فرآیند غشاء می تواند عبارت باشد از: یک گرادیان شیمیایی (برای ذرات بدون بار جریان) یا الکتروشیمیایی (برای ذرات باردار جریان) و همچنین یک گرادیان عاملی که سرعت این فرآیند را تعیین می کند. فشار، دما و غیره). فرآیندهای جداسازی غشاء با پارامترهای زیر مشخص می شوند: نفوذپذیری و گزینش پذیری. روش های اصلی جداسازی غشاء: اسمز معکوس، اولترافیلتراسیون، پروپاراسیون، دیالیز، الکترودیالیز، جداسازی انتشار گازها.

مکانیسم انتقال اتم ها، مولکول ها یا یون های مواد مختلف از طریق غشاهای نیمه تراوا را می توان با تئوری های زیر توضیح داد.

تئوری غربال کردننشان می دهد که یک غشای نیمه تراوا دارای منافذی است که به اندازه کافی بزرگ هستند که به حلال اجازه عبور می دهند، اما برای عبور مولکول ها یا یون های املاح بسیار کوچک هستند.

تئوری انتشار مولکولیبر اساس حلالیت نابرابر و تفاوت در ضرایب انتشار اجزای جدا شده در غشاهای پلیمری.

تئوری نفوذپذیری فیلتراسیون مویرگیبر اساس تفاوت در خواص فیزیکوشیمیایی لایه مرزی مایع روی سطح غشاء و محلول در حجم است.

عوامل اصلی که به طور قابل توجهی بر سرعت و گزینش پذیری فرآیندهای جداسازی غشا تأثیر می‌گذارند عبارتند از: قطبش غلظت، فشار و دمای عملیاتی، شرایط هیدرودینامیکی داخل دستگاه غشایی، ماهیت و غلظت مخلوط در حال جداسازی.

غشاء و فرآیندهای غشایی باید الزامات اساسی زیر را برآورده کنند، یعنی دارای: توانایی جداسازی بالا (انتخاب پذیری). بهره وری ویژه بالا (نفوذپذیری)؛ مقاومت شیمیایی در برابر محیط سیستم جدا شده؛ مقاومت مکانیکی برای ایمنی آنها در هنگام نصب، حمل و نقل و ذخیره سازی کافی است. علاوه بر این، خواص غشاء نباید در طول عملیات تغییر قابل توجهی داشته باشد. برای ساخت غشا از پلیمرهای مختلفی استفاده می شود. استات سلولز، پلی آمید، پلی سولفونو غیره.)، سرامیک، شیشه، فویل فلزیبسته به مقاومت مکانیکی مواد مورد استفاده، غشاها به دو دسته تقسیم می شوند: مایع، فشرده(پلیمر)، با ساختار سفت و سخت، متخلخل، غیر قابل نفوذ(نشر).

هنگام مطالعه و تجزیه و تحلیل هر فرآیند غشایی، باید سه عامل اصلی و ارتباط آنها را در نظر گرفت: 1) ساختار غشا بر اساس ضخامت(متخلخل، غیر متخلخل، همسانگرد)؛ 2) خواص فیزیکی و شیمیایی سیستم جدا شده(برای راه حل ها بسیار مهم است که خواص ترمودینامیکی پایه آنها را در نظر بگیریم). 3) برهمکنش مخلوط جدا شده با مواد غشایی. اگر حداقل یکی از عوامل ذکر شده در نظر گرفته نشود، هنگام توسعه مدلی از مکانیسم یک فرآیند غشایی خاص می توان یک اشتباه اساسی مرتکب شد.

بسته به نوع نیروی محرکه اصلی فرآیند، موارد زیر متمایز می شوند: انواعفرآیندهای غشایی: فرآیندهای باروممبرانی، فرآیندهای غشایی انتشار، فرآیندهای غشایی الکتریکی، فرآیندهای ترموغشایی.

فرآیندهای باروممبرانتوسط یک گرادیان فشار در ضخامت غشاها، عمدتاً غشاهای پلیمری، ایجاد می‌شوند و برای جداسازی محلول‌ها و سیستم‌های کلوئیدی در دمای 30-5 درجه سانتی‌گراد استفاده می‌شوند. فرآیندهای زیر به عنوان فرآیندهای باروممبران طبقه بندی می شوند: اسمز معکوس، اولترافیلتراسیون، میکروفیلتراسیون.

غشای انتشارفرآیندها توسط یک غلظت یا گرادیان فشار در ضخامت غشاهای متخلخل یا غیر متخلخل بر اساس پلیمرها یا مواد با ساختار صلب ایجاد می‌شوند. از آنها برای جداسازی مخلوط گاز و مایع استفاده می شود.

فرآیندهای الکتروممبرانناشی از گرادیان پتانسیل الکتریکی در ضخامت غشاها است. در میان روش‌های الکتروممبران، الکترودیالیز بیشترین کاربرد عملی را پیدا کرده است - جداسازی محلول‌ها تحت اثر نیروی الکتروموتور ایجاد شده در محلول در دو طرف پارتیشن غشایی که آن را جدا می‌کند.

فرآیندهای غشایی حرارتی- گرادیان دما در ضخامت یک غشای متخلخل بر اساس پلیمرها یا مواد با ساختار سفت و سخت. در حال حاضر، پیشرفته ترین فرآیند تقطیر غشایی است . توصیه می شود از تقطیر غشایی برای حل مشکلات اصلی زیر استفاده شود: غلظت و نمک زدایی محلول های آبی الکترولیت ها. نمک زدایی آب دریا؛ تهیه آب برای تغذیه دیگ های بخار و غیره؛ دستیابی به آب خالص مخصوصاً و آب بدون تبخیر برای مقاصد پزشکی. فرآیند تقطیر غشایی تقریباً در فشار اتمسفر انجام می شود، بنابراین دستگاه برای این فرآیند می تواند از مواد پلیمری ارزان ساخته شود. غشاها در دستگاه های تقطیر غشایی برای مدت طولانی بدون آلودگی قابل توجه کار می کنند.

برای حل موفقیت آمیز مشکلات تکنولوژیکی خاص مرتبط با استفاده از فرآیندهای غشایی، انجام محاسبات تاسیسات و تجهیزات غشایی ضروری است. یک محاسبه کامل شامل گزارش های فنی، هیدرولیک و مکانیکی با استفاده از نرم افزارهای الکترونیکی مدرن است.

دستگاه های مدرن برای فرآیندهای غشایی به چهار نوع اصلی تقسیم می شوند که در نحوه چیدمان غشاها متفاوت است: دستگاه هایی با عناصر غشایی مسطح. با عناصر غشای لوله ای؛ با عناصر غشایی از نوع رول؛ با غشاهایی به شکل الیاف توخالی. اما باید در نظر داشت که برای هر فرآیند جداسازی خاص، دستگاهی با چنین طرحی انتخاب شود که مساعدترین شرایط را برای فرآیند فراهم کند.

ادبیات

1. کالکین، V.S. مهندسی هیدرولیک و گرما: کتاب درسی. راهنمای [متن] / V.S. کالکین، اس.ن. میخائیلتس. Omsk: Omsk State Technical University, 2007. 320 p.
2. عبداللین، آی.ش. غشاهای مرکب [متن] / I.Sh. عبدالین، آر.جی. ابراگیموف، V.V. پروشین، O.V. زایتسوا // بولتن دانشگاه فنی کازان. 2012. T. 15. شماره 15. ص 67-75.
3. استپانوف، S.V. تحقیق در مورد تصفیه بیوممبران و نمک زدایی فاضلاب از پالایشگاه نفت Syzran [متن] / S.V. Stashok, N.V. نوف // بولتن SGASU. شهرسازی و معماری. 1391. شماره 1. ص 55-58.
4. هوانگ، اس.-تی. فرآیندهای جداسازی غشایی: ترانس. از انگلیسی [متن] / S.-T. هوانگ، کی.کامرمایر / اد. پروفسور یو.آی. دیتنرسکی م.: خيميه، 1981. 464 ص.
5. کولزونوا، ال.جی. روش های غشایی برای جداسازی مواد و غشاهای جدید برای این فرآیندها [متن] / L.G Kolzunova, V.P. Karpenko, I.G. رودزیک // بولتن شعبه خاور دور آکادمی علوم روسیه. 1388. شماره 2. ص 13-17.
6. لازارف، S.I. تأثیر فشار بر تشکیل غشاهای پویا در هنگام اولترافیلتراسیون محلول های آبی مخمر و تولید الکل [متن] / S.I. Lazarev, V.L. گولووشین // بولتن دانشگاه تامبوف. سری: علوم طبیعی و فنی. 2011. T. 16. شماره 1. ص 227-229.
7. استروخوف، دی.و. اولترافیلتراسیون - انقلابی در تولید پنیرهای نرم [متن] // پنیرسازی و کره سازی. 2010. شماره 2. ص 42-43.
8. آندریانوف، A.P. روش های غشایی برای تصفیه آب های سطحی [متن] / A.P.Andrianov, D.V.Spitsov, A.G.Pervov, E.B. یورچفسکی // تامین آب و فناوری بهداشتی. 1388. شماره 7. ص 29-37.
9. اسپیتسف، دی.و. استفاده از تاسیسات غشایی برای بهبود کیفیت آب لوله کشی در ساختمان های شهری // بولتن اینترنتی VolgGASU. 2011. شماره 4 (19). ص 10.

فناوری های غشایی (غشاء شناسی، غشاها) یک جهت آوانگارد در توسعه علم و فناوری های مدرن هستند. روش‌های غشایی برای جداسازی رسانه‌های گاز و مایع قبلاً در بین فرآیندهای فن‌آوری صنعتی جایگاه قدرتمندی را به خود اختصاص داده‌اند، اگرچه توسعه و تأثیر کامل علم و فناوری غشا بعداً انتظار می‌رود.

ماهیت فرآیند جداسازی غشا به شرح زیر است. مخلوط اولیه (گاز یا مایع، دوتایی یا چند جزئی) مواد جدا شده در دستگاه از یک طرف با یک غشای نیمه تراوا در تماس است و به دلیل خواص ویژه غشا، فیلتر (تراوا) عبوری از آن غنی شده با یکی از اجزای مخلوط اولیه. جداسازی می تواند آنقدر کامل باشد که فیلتر عملاً حاوی هیچ ناخالصی از اجزای مخلوط اولیه نباشد که توسط غشاء نگه داشته شده و به شکل یک جریان کنسانتره (حفظ شده) از دستگاه در طرف دیگر غشا خارج می شود. جداسازی غشاء در درجه اول با پارامترهای اصلی زیر تمام غشاها مشخص می شود: نفوذپذیری، انتخاب پذیری و پایداری در طول زمان. نفوذپذیری عبارت است از عملکرد ویژه غشاء، برابر با مقدار فیلتر (کیلوگرم در ساعت)، از طریق واحد سطح غشا (m2)، یا سرعت فرآیند جداسازی غشا (kg/(m2-h)) . گزینش پذیری غشا (عامل جداسازی) کارایی (کامل) فرآیند جداسازی غشا را در رابطه با جزء هدف (کلید) مشخص می کند. از میان فرضیه های موجود، نظریه های انتشار، مویرگی، جذب و غیره برای توصیف انتقال جرم در غشاها استفاده می شود.

غشاء یک فیلم، یک جسم صاف است که وسعت آن در امتداد دو مختصات به طور قابل توجهی از وسعت در امتداد مختصات سوم بیشتر است. غشاء به عنوان نوعی پارتیشن عمل می کند که تحت تأثیر نیروی محرکه، فرآیند فیزیکی جداسازی انتخابی مخلوط مواد را تضمین می کند. در حال حاضر، غشاهای مصنوعی زیادی وجود دارد که می‌توانند با ساختارهای مختلفی نشان داده شوند - از غشاهای درشت غربال گرفته تا فیلم‌ها و الیاف پلیمری بسیار نازک. آنها از انواع مواد آلی متخلخل و غیر متخلخل (فیلم های پلیمری، لوله ها، مویرگ ها، الیاف توخالی، ورقه های نازک مسطح) و غیر آلی (زئولیت، کربن، شیشه، سرامیک، فلز) ساخته شده اند. این به دلیل این واقعیت است که هیچ غشا جهانی وجود ندارد.

مواد مختلفی برای ساخت غشاهای نیمه تراوا استفاده می شود: فیلم های پلیمری (پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی کربنات، فلوروپلاستیک و غیره). فویل فلزی (از آلیاژهای پلاتین، پالادیوم، نقره، مولیبدن و غیره)؛ شیشه های متخلخل (سدیم بوروسیلیکات) و غیره. غشاهای پلیمری متخلخل معمولاً با حذف حلال ها یا شستن افزودنی های از پیش وارد شده از محلول های پلیمری در طی قالب گیری به دست می آیند. غشاهای به دست آمده از این طریق دارای یک لایه سطحی نازک (0.25-0.50 میکرومتر) بر روی یک بستر ریز متخلخل به ضخامت 100-200 میکرومتر هستند. فرآیند جداسازی غشا در لایه فعال سطحی انجام می شود و بستر استحکام مکانیکی چنین غشای کامپوزیتی را فراهم می کند.

غشاهای متخلخل فلزی با شسته شدن یا تصعید یکی از اجزای آلیاژ فویل ساخته می شوند. در این حالت، غشاهای بسیار متخلخل با منافذ هم قطر در محدوده 0.1-5.0 میکرون به دست می آید. روش دیگر برای تولید غشاهای فلزی متخلخل، تف جوشی پودر فلز ریز در دمای بالا است. پلیمرهای متخلخل و غشاهای فلزی برای فرآیندهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون استفاده می شوند. غشاها در ماژول های غشایی (سیستم) مونتاژ می شوند. آنها می توانند نیمه تراوا در برابر گازها و مایعات یا غیر قابل نفوذ باشند.

در حال حاضر غشاهای پلیمری مصنوعی اساس فرآیندهای تکنولوژیکی با استفاده از اصول جداسازی غشا هستند. انتقال مواد (انتقال جرم) از طریق غشاها اغلب (اما نه همیشه) تحت تأثیر نیروی محرکه فرآیند - اختلاف فشار در هر دو طرف غشاء - اینها به اصطلاح فرآیندهای جداسازی باروممبران هستند: میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس. اگر نیروی محرکه اختلاف غلظت یک ماده (جزء) در مرزهای قبل و بعد از غشا باشد، روش غشایی را دیالیز می نامند. روش غشایی که از اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو طرف غشا به عنوان نیروی محرکه فرآیند استفاده می کند، الکترودیالیز نامیده می شود. دیالیز امروزه به طور گسترده در پزشکی برای وارد کردن مواد دارویی به بدن استفاده می شود که در یک کپسول ساخته شده از یک غشای انتخابی قرار می گیرند. در این مورد، انتقال انتشار دارو از کپسول به بدن طولانی مدت و مهمتر از همه، با غلظت ثابت جزء فعال می شود. امروزه همودیالیز گسترده شده است - استفاده از غشاها در پزشکی به عنوان کلیه مصنوعی، زمانی که سموم از طریق غشاء از بدن خارج می شوند. دیالیز همچنین در صنعت برای حذف اسیدها و بازها از فاضلاب استفاده می شود. فرآیندهای دیالیز غشایی، تصفیه ضایعات و محلول‌های صنعتی (جریان‌ها، مخلوط‌ها) را از جیوه، سرب، روی، مس، نقره، نیکل، کادمیوم و کروم ممکن می‌سازد. رهبران جهانی در تولید غشاها و عناصر غشا عبارتند از Dow Chemical، Filmtec، Hydranautics، Osmonics (USA).

فیلتراسیون فرآیند هیدرومکانیکی جداسازی ذرات جامد از گازها و مایعات است. فیلتراسیون معمولی می تواند ذرات معلق بزرگتر از 10 میکرون (0.01 میلی متر) را از گاز یا مایع جدا کند. برای انجام این فرآیند، از اختلاف فشار قبل و بعد از فیلتر تا 0.2 مگاپاسکال استفاده می شود، در حالی که فشار فرآیند توسط استحکام فیلتر محدود می شود - یک ماده متخلخل (پارچه، فیبر، مش فلزی بافته شده از سیم نازک). ، و غیره.). فیلتراسیون تقریباً در تمام صنایع در فناوری ها استفاده می شود.

با میکروفیلتراسیون، فیلترهای غشایی محلول های مایع دارای اندازه منافذ کوچک تری نسبت به فیلتراسیون معمولی هستند و بنابراین اختلاف فشار بیشتری مورد نیاز است (تا 0.5 مگاپاسکال). در این حالت، می توان ذرات را از محلول در اندازه های 0.1 تا 10 میکرون با اندازه منافذ 0.05-10 میکرون جدا کرد. غشاهای مبتنی بر لایه‌های پلی کربنات مصنوعی با شعاع منافذ برابر (هم‌تخلخل) به طور موثر به عنوان مواد فیلتر استفاده می‌شوند. میکروفیلتراسیون با موفقیت برای به دست آوردن آب استریل (در این مورد، ذرات پراکنده توسط غشاء حفظ می شود)، برای شفاف سازی و تثبیت شراب ها، جایگزینی پاستوریزاسیون و غیره استفاده می شود.

اولترافیلتراسیون به شما امکان می دهد تا ذرات در اندازه های 0.001 تا 0.02 میکرون (1-20 نانومتر) را با اندازه منافذ 1-100 نانومتر در فشار اضافی 0.3-1.0 MPa جدا کنید. می تواند محلول های کلوئیدی و محلول های ترکیبات با وزن مولکولی بالا (که غشاها برای آنها نفوذ ناپذیر هستند) از الکترولیت ها و غیره جدا کند. اولترافیلتراسیون همچنین برای تغلیظ شیر به خامه، آب میوه، قهوه و سایر عصاره ها و غیره استفاده می شود. ماژول های اولترافیلتراسیون قادرند نه تنها باکتری ها، بلکه ویروس ها را نیز از محلول ها جدا کنند. آب عبور شده از اولترافیلترهای غشایی را می توان نوشید حتی زمانی که آب منبع از نظر بیولوژیکی آلوده شده باشد. یک غشای اولترافیلتراسیون کامپوزیتی می تواند دارای یک لایه جداکننده با ضخامت 0.05-3.00 میکرون و یک یا دو لایه از بسترهای نگهدارنده با ضخامت 100-110 میکرون باشد.

با نانوفیلتراسیون، غشاها می توانند ذرات به اندازه 1 نانومتر را در فشارهای نسبتاً بالا - 0.8-3.0 مگاپاسکال - حفظ کنند. از نانوفیلتراسیون برای تصفیه محلول های آبی از مواد آلی و ناخالصی های معدنی استفاده می شود.

به عنوان مثال، انتشار انتخابی آب از طریق غشاها اسمز نامیده می شود. ذرات موجود در آب توسط غشاء جذب می شوند و آب در حال تصفیه از طریق سطح غشا نفوذ می کند. به دلیل اسمز، نفوذ آب از طریق یک غشای خاص انتخاب شده حتی زمانی اتفاق می افتد که فشار دو طرف غشا برابر باشد. نیروی محرکه ای که آب از غشاء عبور می کند، فشار اسمزی نامیده می شود که به ماهیت املاح و غلظت آن بستگی دارد. پدیده اسمز زیربنای متابولیسم همه موجودات زنده است. به لطف آن، مواد مغذی به هر سلول زنده می رسد و برعکس، مواد زائد از آن حذف می شود.

فرآیند اسمز معکوس (اسمز معکوس) شامل فیلتر کردن محلول های مایع از طریق غشاهای نفوذپذیر انتخابی تحت فشار بیش از فشار اسمزی است، در حالی که عمدتاً آب از غشاها عبور می کند و مواد محلول در محلول باقی می مانند. نیروی محرکه این فرآیند تفاوت فشار اعمالی و اسمزی است. روش های اسمز معکوس غشایی امکان جداسازی ذرات در اندازه های 0.0001 تا 0.001 میکرون (0.1-1.0 نانومتر) را از محلول مایع در فشار اضافی 3-10 مگاپاسکال ممکن می سازد. این فرآیند مستلزم ایجاد فشار اضافی در کنار محلول یا آب آلوده (نمک) است: معمولاً 0.2-1.7 مگاپاسکال برای آب آشامیدنی و شور و 4-7 مگاپاسکال برای آب دریا و اقیانوس با فشار اسمزی خودش حدود 2.4 مگاپاسکال. ، که باید بر آن غلبه کرد. با اسمز معکوس، جداسازی در سطح مولکول ها و یون ها اتفاق می افتد.

اولین سیستم های اسمز معکوس صنعتی در اوایل دهه 1970 قرن بیستم ظاهر شدند و در حال حاضر اسمز معکوس به یکی از اقتصادی ترین، جهانی و قابل اعتمادترین روش های تصفیه آب تبدیل شده است که امکان کاهش غلظت اجزای کلوئیدی و محلول را تا سال 96-99 فراهم می کند. درصد و عملاً 100 درصد از شر میکروارگانیسم ها و ویروس ها خلاص می شوند. غشاهای مصنوعی پلی آمید، پلی سولفون و پلی ایمید به عنوان غشاهای لایه نازک کامپوزیت اسمز معکوس استفاده می شوند. برای فشردگی، غشاها به صورت ماژول های غشایی رول ساخته می شوند.

جداسازی گاز غشایی با موفقیت استفاده می شود، به عنوان مثال، در جداسازی اجزای هوا. فراکسیون های غنی شده با اکسیژن تا 60 درصد در انفجار اکسیژن در صنعت فولاد، در پزشکی، برای اکسیژن رسانی (خاموش شدن موقت قلب و ریه های انسان در طی عملیات های جراحی پیچیده) و فراکسیون های غنی شده با نیتروژن - در سنتز آمونیاک استفاده می شود. . روش های غشایی برای جداسازی مخلوط های گازی در سنتز آمونیاک، جداسازی ایزوتوپ های هیدروژن و جداسازی هلیوم از گازهای طبیعی و نفتی استفاده می شود. یک روش غشایی برای جداسازی دی اکسید گوگرد (دی اکسید گوگرد) S02 از گازهای گلخانه ای از نیروگاه های حرارتی، تصفیه گازهای حاصل از دی اکسید کربن C02 و سولفید هیدروژن H2S معرفی شده است. غشاهای جداسازی گاز از مواد آلی و معدنی پلیمری ساخته می شوند. ایزوتوپ های اورانیوم برای اولین بار با استفاده از یک غشای آهنی از طریق یک غشای پالادیوم عبور داده شد. برای جداسازی گازها از غشاهای ساخته شده از سیلیکون، تترافلوئورواتیلن، پلی اتریمیدها، استات سلولز، سرامیک و شیشه استفاده می شود.

روش pervaporation (Pervaporatiori) بر اساس تبخیر مایع از طریق یک غشاء است. تبخیر به عنوان یک فرآیند برگشت ناپذیر تحت اثر ترکیبی چندین نیروی محرک که باعث انتقال جرم می شود رخ می دهد: تفاوت در فشار، غلظت و دما در دو طرف غشاء. تخلخل چند مرحله ای به شکل چندین مرحله غشایی در یک دستگاه عمودی گاهی تقطیر غشایی نامیده می شود. Pervaporation در تغلیظ شیر و عصاره قهوه کاربرد پیدا کرده است. برای جداسازی هیدروکربن ها در فرآیندهای پالایش نفت (مخلوط ایزومرهای زایلن، مخلوط بنزن-سیکلوهگزان)؛ برای جداسازی کسری با اعداد اکتانی مختلف؛ در آینده، تبخیر ممکن است تا حدی جایگزین یکسوسازی شود، اما در حال حاضر در مواردی که مخلوط‌های آزئوتروپیک حاصل (مثلا مخلوط‌های اتانول-آب)، که در همان دما می‌جوشند، با یکسوسازی قابل جداسازی نیستند، آن را تکمیل می‌کند. از رول های مارپیچی، که بین آنها لایه های زهکشی-فاصله ها قرار می گیرد، روی یک لوله زهکشی مرکزی سوراخ شده "زخم" می زنند. تمام عناصر لایه های غشایی برای ایجاد جهت خاصی از حرکت محلول مایع اولیه از طریق سطح غشاء، برای جمع آوری و تخلیه فیلتر و کنسانتره آب بندی می شوند. بدنه بادوام دستگاه به شما اجازه می دهد تا فشار فرآیندی را افزایش دهید.

دستگاه های دارای ماژول فیبر توخالی (Hollow Fibers) برای فرآیندهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون از نظر چگالی بسته بندی بالاتر غشاهای نیمه تراوا تا (20000-30000 m2/m3) پیشرفته تر هستند. این امر با استفاده از لوله های فیبر توخالی غشایی با طول 1.5-2.0 متر، قطر 45-200 میکرون (0.045-0.200 میلی متر) و ضخامت دیواره لوله 10-50 میکرون (0.01-0.05 میلی متر) به دست می آید. لوله های فیبر توخالی می توانند فشارهای عملیاتی ده ها مگا پاسکال را تحمل کنند. راه حل های طراحی مختلفی برای مونتاژ و آب بندی (معمولاً با رزین اپوکسی) انتهای لوله های الیافی در یک پارتیشن صاف گرد وجود دارد که بین فلنج های بدنه و روکش دستگاه گیره می شود. این طراحی به شما امکان می دهد انتهای لوله های فیبر توخالی را به یک بسته نرم افزاری U شکل متصل کرده و آنها را در یک ورق لوله محکم کنید. مخلوط اولیه می تواند از داخل لوله ها عبور کند یا سطح بیرونی آنها را بشویید. در طرح‌های دیگر، انتهای لوله‌های توخالی به صفحات لوله‌ای مختلف که در بدنه استوانه‌ای دستگاه قرار گرفته‌اند، متصل می‌شوند.

برای جداسازی غشایی گازهای صنعتی، مانند گازهای "سریع"، یعنی غشاهای با نفوذ سریع: بخار آب H20، هلیوم He، هیدروژن H2، آمونیاک NH3، دی اکسید کربن CO2، اکسیژن 02، و گازهای "کند"، یا غشاهایی که به آرامی نفوذ می کنند: مونوکسید کربن CO، نیتروژن N2، متان CH4، اتان C2H6، پروپان C3H8، غشاهای فیبر توخالی پلیمری مصنوعی استفاده می شود، متشکل از الیاف-لوله های غشایی متخلخل، با یک لایه جداکننده گاز که به سطح بیرونی آنها اعمال می شود با ضخامت بیش از 0.1 میکرون (0.0001 میلی متر) نباشد. استفاده از بسترهای متخلخل امکان افزایش فشار فرآیند تا 6.5 مگاپاسکال را فراهم می کند. ماژول غشایی به شکل یک کارتریج جداسازی گاز قابل تعویض با تراکم بسته بندی غشایی 500-700 متر مربع بر متر مکعب ساخته شده است که در محفظه استوانه ای نصب شده است که مخلوط گاز وارد آن می شود و دو جریان از اجزای جدا شده از آن خارج می شود. چنین فرآیندهای جداسازی غشایی امکان به دست آوردن اکسیژن با خلوص تا 50٪ در فشار 0.003-0.1 مگاپاسکال و نیتروژن با خلوص تا 99.9٪ در فشار 0.5-4.0 مگاپاسکال از هوا، از هیدروژن را فراهم می کند. حاوی گازهایی، به عنوان مثال، در یک پالایشگاه برای به دست آوردن هیدروژن با خلوص 90-99٪ فشار تا 5 مگاپاسکال. برای به دست آوردن اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن با خلوص بالاتر، از فناوری های جذب و برودتی استفاده می شود.

به عنوان مثال، ما اطلاعات مختصری در مورد موارد استفاده شده از دهه 80 قرن بیستم ارائه می دهیم. برخی از فرآیندهای غشایی "Separex" شرکت "UOP"، ایالات متحده. فرآیندهای Separex را می توان برای تصفیه هیدروژن، هلیوم، و همچنین گازهای طبیعی و مرتبط از دی اکسید کربن C02، سولفید هیدروژن H2S، بخار آب و هیدروکربن های سنگین با توجه به الزامات حمل و نقل خط لوله استفاده کرد. سیستم های غشایی Separex ساده هستند، بدون استفاده از جاذب مایع و با حداقل استفاده از ماشین آلات کار می کنند. بنابراین، آنها با موفقیت هم برای تاسیسات زمینی و هم در سکوهای دریایی استفاده می شوند. این سیستم ها ممکن است یک یا دو مرحله تصفیه داشته باشند. مخلوط گاز اولیه با محتوای CO2 در محدوده 3-75٪ در فشار اضافی 3-11 مگاپاسکال از روی یک غشای پلیمری عبور داده می شود، در حالی که مخلوط گاز اولیه به دو جریان تقسیم می شود. دی اکسید کربن، سولفید هیدروژن و بخار آب به راحتی از غشاء عبور می کنند و در فضای کم فشار دستگاه غشایی جمع می شوند (به این جریان نفوذ می گویند). متان، اتان، سایر هیدروکربن ها و نیتروژن در گاز باقی مانده با فشار بالاتر تجمع می یابند که در نتیجه در این اجزا غنی می شود. در یک سیستم دو مرحله ای، تراوش کم فشار برای جداسازی غشایی بعدی در مرحله دوم فشرده می شود تا هیدروکربن ها از آن استخراج شود. نرخ بازیابی هیدروکربن می تواند به 95 درصد برای یک سیستم تک مرحله ای و 99 درصد برای یک سیستم دو مرحله ای برسد (بسته به ترکیب گاز تغذیه و نیازهای تصفیه). بهره وری تاسیسات از 28 هزار تا 28 میلیون متر مکعب در روز است. هنگام ارتقاء گاز طبیعی قبل از حمل و نقل خط لوله، هزینه های تصفیه غشایی آن کمتر یا قابل مقایسه با هزینه های یک کارخانه تصفیه گاز آمین است.

فرآیند پلی‌سپ UOP برای استخراج و خالص‌سازی هیدروژن از جریان‌های گاز حاصل از فرآیندهای پالایش نفت، پتروشیمی و شیمیایی طراحی شده است. یکی دیگر از زمینه های کاربرد آن تطبیق ترکیب گاز سنتز و جداسازی مونوکسید کربن CO است. گاز اولیه می‌تواند جریان‌های گاز پالایشگاهی باشد، از جمله رفرمینگ کاتالیزوری، ترک کاتالیزوری، گاز تصفیه آب و هیدروکراکینگ، و همچنین جریان‌های گاز حاصل از فرآیندهای پتروشیمی و شیمیایی: گاز خروجی کارخانه اتیلن و متانول، گاز تصفیه آمونیاک، گاز سنتز. از فرآیندهای اصلاح بخار، اکسیداسیون جزئی یا سایر فرآیندهای تبدیل به گاز. تصفیه هیدروژن با نرخ بازیابی 70 تا 95 درصد با درجه خلوص 70-99 درصد (بر حسب کمیت) بسته به ترکیب ماده خام، فشار و نیاز محصول به دست می آید. سیستم های غشایی پلی سپ نیز برای تولید مونوکسید کربن CO با خلوص بالا برای سنتز پلی یورتان ها و پلی کربنات ها، برای تنظیم نسبت CO/H2 در گاز سنتز برای تولید متانول و اکسی الکل ها طراحی شده اند. یک حوزه کاربردی جدید برای فرآیند پلی سپ، استخراج هیدروژن از گاز در چرخه های تولید مشترک گاز و نیرو (1GCC) است.

سیستم پلی سپ بر اساس غشاهای پلیمری مرکب مدرن به شکل الیاف توخالی است. این الیاف در بسته‌های مخصوصی که در حالت جریان مخالف عمل می‌کنند، جمع‌آوری می‌شوند که حداکثر نیروی محرکه فرآیند جداسازی را امکان‌پذیر می‌کند و نیاز به قطعات و مجموعه‌های جایگزین، مواد، معرف‌های شیمیایی و غیره را به حداقل می‌رساند. هزینه های هنگفت انرژی؛ خطرات زیست محیطی در حین بهره برداری از تاسیسات؛ نیاز به ساخت تاسیسات اضافی برای تصفیه اولیه آب گران قیمت؛ هزینه های عملیاتی هنگفت یک مشکل جدی برای مجتمع‌های بزرگ نمک‌زدایی نیز نیاز به ایجاد دیگ‌خانه‌های حرارتی قدرتمند نیروگاه‌های حرارتی و حتی استفاده از راکتورهای هسته‌ای است، زیرا هزینه گرما حدود 40 تا 50 درصد هزینه کل هزینه‌های مجتمع نمک‌زدایی است. . مبالغ هنگفتی صرف حل مشکلات زیست محیطی و نگهداری این مجتمع ها می شود.

تجربه بهره برداری از کارخانه های آب شیرین کن غشایی در سراسر جهان نشان می دهد که هیچ روندی به سمت کاهش هزینه های عملیاتی آنها وجود ندارد، زیرا سخت ترین مشکلات در غلبه بر عواقب آلودگی و تشکیل مقیاس تجهیزات فیلتر و غشاء باقی مانده است. بنابراین، سطح پیش تصفیه آب خام دریا به یکی از جنبه های غالب روش های غشایی نمک زدایی آب تبدیل می شود و هزینه پیش تصفیه آب گاهی به طور قابل توجهی بیشتر از هزینه خود گیاهان غشایی است. به عنوان مثال، قبل از تغذیه آب دریا به ماژول های غشایی، باید به طور کامل از مواد معلق، آلاینده های کلوئیدی، نمک های سختی، فلزات، کلر فعال، بور پاک شود. ضد عفونی، شستشو و ضدعفونی غشاها ضروری است که عمر مفید آن به 0.5-1.0 سال کاهش می یابد. بازسازی کامل غشاها معمولاً غیرممکن است، شستشوی مکانیکی و شیمیایی (اسیدی، قلیایی و غیره) غشاها اغلب زمانی استفاده می‌شود که بهره‌وری نصب به میزان 10-15 درصد کاهش می‌یابد یا زمانی که افت فشار در مدار غشا 0.20-0.25 افزایش می‌یابد. مگاپاسکال در حال حاضر، هزینه های سرمایه ای و عملیاتی کارخانه های غشایی، به ویژه با بهره وری بالای کارخانه های فرآیندی، بالا باقی مانده است.