کاهش مصرف انرژی با استفاده از فرآیند های اسمزی

تعداد صفحات : ۵۱     فرمت :    word
فصل اول : کلیات
اسمز

اسمز (به انگلیسی: Osmosis) به فرآیندی گفته می شود که طی آن حلال از طریق یک غشا نیمه تراوا از جایی که محلول رقیق تر است به جایی که محلول غلیظ تر است نفوذ می کند.[۱]
مثال‌هایی از پدیده اسمز

تاثیر محلول‌های متفاوت بر خون

سلول‌های گیاهی در محیط‌های متفاوت
در مورد عمل «اسمز» جریان مخلوط شدن از راه جدارهای نازک ریشه‌های ظریف مویی یک گیاه یا جدارهای روده در حیوانات انجام می‌گیرد.

غشاء جدارهای مزبور عمل مخلوط شدن را کند می‌کند ولی هرگز آن را متوقف نمی‌کند. هنگام فعالیت اسموز در مورد اجسام جاندار غشاهای مذکور اجازه می‌دهند که مواد به خصوصی از آنها عبور کنند و مواد دیگر را متوقف می‌سازند. این فعل و انفعال تا اندازه‌ای مربوط به ساختمان نوع ماده‌ای است که با آن تماس پیدا می‌کند. مواد محلول در موقع تماس با غشاء به آن فشار وارد می‌کند و این فشار را، فشار اسموزی می‌نامند.
طرفی که ذرات محلول بیشتر در آن وجود دارد فشار اسموزی بیشتری را تحمل می‌کند و بنا براین جهتی که رفت و برگشت مواد در آن سو انجام می‌گیرد از طرف ناحیه پر فشار به ناحیه کم فشار خواهد بود ولی حرکت در دو جهت انجام می‌گیرد چون هر چیزی که می‌تواند به یک غشاء اسموزی وارد شود، از آن هم می‌تواند خارج شود و بدین طریق غذای هضم شده وارد خون شده و از خون خارج می‌شود.
فشار اسمزی
برخی از محلولها که دارای مواد حل شده غیرفرار هستند، می‌توانند در عبور از غشایی که نسبت به یکی از مواد تشکیل دهنده محلول تراوا است، تغییر غلظت دهند. این پدیده که تحت خاصیتی به نام فشار اسمزی ایجاد می‌شود، به پدیده اسمز معروف است.

دید کلی
بعضی از خواص محلولها اساسا به غلظت ذرات حل شده ، نه به ماهیت این ذرات ، بستگی دارد. این خواص را خواص غلظتی (Colligative) می‌نامند. یکی از این خواص ، برای محلولهای دارای مواد حل شده غیر فرار ، عبارت از «فشار اسمزی» است. عامل ایجاد فشار اسمزی ، ذرات و حرکات جسم حل شونده است.
ماهیت فشار اسمزی
غشایی مانند سلوفان که برخی از مولکولها ، نه همه آنها ، را از خود عبور می‌دهد، غشای نیمه تراوا نامیده می‌شود. غشایی را در نظر می‌گیریم که بین آب خالص و محلول قند قرار گرفته است. این غشا نسبت به آب ، تراوا است، ولی «ساکارز» (قند نیشکر) را از خود عبور نمی‌دهد. در شروع آزمایش ارتفاع آب در بازوی چپ لوله U شکل برابر با ارتفاع محلول قند در بازوی راست این لوله است. از این غشا ، محلولهای قند نمی‌توانند عبور کنند، ولی مولکولهای آب در هر دو جهت می‌توانند عبور کنند.

در بازوی چپ لوله فوق (بازویی که محتوی آب خالص است)، تعداد مولکولهای آب در واحد حجم بیش از تعداد آنها در بازوی راست است. از اینرو ، سرعت عبور مولکولهای آب از سمت چپ غشا به سمت راست آن بیشتر از سرعت عبور آنها در جهت مخالف است. در نتیجه ، تعداد مولکولهای آب در سمت راست غشا بتدریج زیاد می‌شود و محلول قند رقیق‌تر می‌گردد و ارتفاع محلول در بازوی راست لوله U زیاد می‌شود. این فرایند را اسمز می‌نامند.

اختلاف ارتفاع در سطح مایع در دو بازوی لوله U ، اندازه فشار اسمزی را نشان می‌دهد. بر اثر افزایش فشار هیدروستاتیکی در بازوی راست که از افزایش مقدار محلول در این بازو ناشی می‌شود، مولکولهای آب از سمت راست غشا به سمت جپ آن رانده می‌شوند تا اینکه سرانجام سرعت عبور از سمت راست با سرعت عبور از سمت چپ برابر گردد. بنابراین حالت نهایی یک حالت تعادلی است که در آن ، سرعت عبور مولکولهای آب از غشا در دو جهت برابر است.
اسمز معکوس

سیستم‌های آب شیرین کنRO
Reverse Osmosis

اگر بر محلول بازوی سمت راست ، فشاری بیش از فشار تعادلی وارد شود، آب در جهت مخالف معمول رانده می‌شود. این فرایند که «اسمز معکوس» نامیده می‌شود، برای تهیه آب خالص از آب نمک‌دار بکار می‌رود.
تشابه اسمز و نفوذ
بین رفتار مولکولهای آب در فرایند اسمز و رفتار مولکولهای گاز در فرایند نفوذ ، تشابهی وجود دارد. در هر دو فرایند ، مولکولها از ناحیه غلیظ‌تر به ناحیه رقیق‌تر نفوذ می‌کنند.

فهرست
عنوان صفحه
فصل اول : کلیات ۴
اسمز معکوس ۸
فرآیند های غشایی ۱۵
فصل دوم : بررسی فرآیندهای اسمز در راستای کاهش مصرف انرژی ۲۴
تغلیظ اسمزی مایعات ۲۴
کاهش مصرف انرژی در صنایع قند با بکارگیری اسمز معکوس پیش از تبخیر کننده ها ۳۳
روشهای کیفی بهینه سازی مصرف انرژی در تصفیه آب به روش اسمز معکوس ۳۴
فصل سوم : مقایسه ، نتیجه گیری و بحث ۳۷
نتیجه گیری و پیشنهادات ۴۶
منابع ۴۹