تصفيه آب پرس چغندر قند با استفاده از فرآيند نانو فيلتراسيون و مدلسازي – شبيه سازي فرآيند به روش هيبريدي
عنوان پاياننامه:
تصفيه آب پرس چغندر قند با استفاده از فرآيند نانو فيلتراسيون و مدلسازي – شبيه سازي فرآيند به روش هيبريدي
ارائه شده جهت دريافت دكتراي
رشته علوم و صنايع غذايي
استاد راهنما:
دكتر سيد محمد علي رضوي – دكتر سيد محمود موسوي
نگارش: مصطفي شهيدي نوقابي
Email: shahidi_mostafa@yahoo.com
اين پايان نامه با حمايت شركت شهركهاي صنعتي خراسان رضوي به انجام رسيده است.
چکيده
آب پرس تفاله چغندر قند , جریانی است که در نتیجه پرس کردن تفاله چغندری که قند آن در مرحله استخراج گشته است به دست می آید . این جریان دارای ناخالص های مختلفی است و حجم بالایی را در کارخانه های تولید شکر به خود اختصاص می دهد .
همواره استفاده مجدد از این آب هم به دلیل برگرداندن حجم بالایی از آب به خط تولید و در نتیجه صرفه جویی در مصرف آب و هم به خاطر کاهش حجم فاضلاب تولیدی,مدنظر تولیدکنندگان این صنعت بوده است . امروزه در بسیاری از کارخانه ها این آب بدون تصفیه شدن و با تمام ناخالص های موجود در آن مجددا به اکستراکتور برگشت داده می شود . با شناخت تکنولوژی های جدید هم چون فرآیندهای غشایی , به نظر می رسد وقت آن فرا رسیده است که با به کاربردن این فن آوری ها , آب پرس تفاله برگشتی تصفیه شود و مشکلات ناشی از عدم تصفیه آن مرتفع گردد . یکی از تکنولوژی های جداسازی که امروزه کاربرد روز افزونی در صنایع مختلف و از جمله در صنایع غذایی پیدا کرده است , فرآیند های جداسازی غشایی است . رشد روز افزون فرآیند های غشایی ناشی از مزایای ویژه این فرآیندها نسبت به فرآیندهای سنتی مشابه است . عمده ترین مزایای فرآیندهای غشایی را می توان در موارد زیر خلاصه نمود .
- مصرف انرژی کمتر برای انجام جداسازی .
- امکان انجام عملیات جداسازی در دمای محیط .
- سهولت دستیابی به کلیه فازهای جداسازی شده .
- انجام عملیات جداسازی توسط تجهیزاتی با وزن و حجم کم .
- نصب و عملیات ساده .
- حداقل نیاز به کنترل , بازرسی , تعمیر و نگهداری .
- طبیعت مدولار بودن فرآیند و بنابراین انعطاف پذیری بالای فرآیند برای پاسخگویی به انواع نیازهای جداسازی .
- عدم نیاز به استفاده از مواد شیمیایی برای جداسازی و بنابراین عدم وجود مسائل زیست محیطی ناشی از مصرف مواد شیمیایی .
- ایده آل برای مناطق دور دست و موقعیت هایی که امکان فراهم آوردن تسهیلات جانبی فرآیندها موجود نباشد .
- به راحتی قابل افزایش مقیاس , گسترش و افزودن واحدهای جدید می باشند .
فرآیندهای غشایی در کنار مزایای ذکر شده در بالا و بسیاری مزایای دیگر دارای معایبی نیز می باشند که از آن جمله می توان به طول عمر کم غشاء, گرفتگی غشاء, انتخاب پذیری کم و…. اشاره نمود . به همین دلیل امروزه بیشتر پژوهش های غشایی در جهت ساخت غشاهایی با طول عمر و بازدهی بیشتر , انتخاب پذیری بالا و قیمت ارزان تر منعطف شده است .
در بین فرآیندهای غشایی مختلف , فرآیندهای غشایی مبتنی بر نیروی محرکه فشار بیش از دیگر انواع آنها در صنایع غذایی گسترش یافته است . این فرآیند ها بر اساس اندازه منافذ آنها از بزرگ به کوچک شامل میکروفیلتراسیون , اولترافیلتراسیون , نانوفیلتراسیون واسمز معکوس است . انتخاب نوع فرآیند غشایی بستگی زیادی به اهداف مدنظر دربه کاربردن آن فرآیندغشایی دارد . از اهداف اصلی در تصفیه آب پرس تفاله چغندر قند جهت برگرداندن آن به اکستراکتور , حذف ناخالص های مختلف و به ویژه ناخالصی های ملاس زای موجود در آن است . از آنجایی که یون های ملاس زا از جمله سدیم و پتاسیم اهمیت زیادی در این مقوله دارند و از آنجایی که این یون ها اندازه کوچکتری نسبت به سایر ناخالصی های دیگر موجود در آب پرس تفاله دارند , لذا انتخاب غشاء بایستی بر اساس حذف هرچه بیشتر این یون ها انجام پذیرد . مسلما در نگاه اول غشاءRO مناسب ترین غشاء در این زمینه به نظرمی رسد . اما باید توجه داشت که در صنعت علاوه بر نیل به هدف جداسازی مطلوب , که اینجا حذف تمامی ناخالصی ها است , پارامترهای دیگری نیز باید مدنظر قرار گیرد . ازجمله مهمترین این پارامترها زمان فرآیند و هزینه های جانبی آن است . شارتراوه در فرآیندهای جداسازی غشایی نمادی از زمان فرآیند و سرمایه گذاری اولیه آن است زیرا مقدار جداسازی را در واحد زمان به ازاء واحد سطح بیان می کند . هرچه شارتراوه بالاتر باشد , برای تصفیه حجم معینی از یک محلول به سطح کمتر و زمان کمتری نیاز خواهد بود . غشاء RO شار پایین و مصرف انرژی بالایی دارد . درمقابل غشاهای NF نسبت به غشاهای RO شارتراوه بالاتر و مصرف انرژی کمتری دارند و این درحالی است که با انتخاب صحیح نوع غشاء می توان تا حد زیادی به اهداف ناشی از به کارگیری RO دست یافت . لذا امروزه در بیشتر کاربردهای تصفیه آب ها و پسآب ها , فرآین NF, جایگزین فرآیند RO شده است . در اینجا لازم است ذکر گردد که پارامترهای مختلفی در کارایی جداسازی فرآیندهای غشایی تاثیر گذار است که از آن جمله می توان به دما , اختلاف فشار , زمان , سرعت جریان , غلظت , PH و غیره اشاره کرد که برای دست یافتن به جداسازی مطلوب علاوه بر انتخاب نوع مناسب غشاء باید مورد توجه قرار گیرند .
از آنجایی که آزمایشات تجربی پر هزینه و زمان برهستند لذا مدلسازی فرآیند میتواند تعداد آزمایشات تجربی مورد نیاز را کاهش داده و در نتیجه در زمان و هزینه های مربوط به آن صرفه جویی شود . بنابراین در این تحقیق به بررسی پتانسیل به کارگیری غشاءNF در تصفیه آب پرس تفاله چغندر قند و بررسی اثر پارامترهای مختلف برکارایی آن و در نهایت مدلسازی فرآیند پرداخته شده است . برای این منظور ابتدا اصول فرآیندهای غشایی وتئوری های مربوط به مدلسازی به طور خلاصه و مفید آورده خواهد شد و در ادامه به بررسی منابع علمی در زمینه شناخت هرچه بیشتر آب پرس تفاله به ویژه از لحاظ چگونگی تولید و ترکیبات موجود در آن , نوع غشاء مناسب برای تصفیه آب پرس تفاله چغندر, تحقیقاتی که در زمینه پتانسیل به کارگیری NF در تصفیه آبها و پساب ها انجام پذیرفته و اثر پارامترهای عملیاتی مختلف برکارایی جداسازی آن و در نهایت مدلسازی هایی که در زمینه تصفیه محلول های آبی با استفاده از NF انجام گرفته است پرداخته می شود .
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.