فیلتر ممبران صنعتی چیست و چه کاربردی دارد؟

از ویژگی های مهم در ارتباط با ذراتی که قادر به عبور از فیلتر ممبران صنعتی می باشند وزن ملکولی است که می بایست کم تر از 18 باشد همچنین بار یونی نیز از شاخص های دیگر به شمار می رود که باید بار یونی ذرات کم تر از بار یونی آب باشد تا قادر به عبور از فیلتر باشند. در همین راستا می توان گفت فیلتر ممبران صنعتی قادر به حذف 99 درصد آلاینده های موجود در آب می باشد از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• نمک
• مواد آلی
• باکتری
• املاح
• رسوبات
• ذرات کلوئیدی

دبی بهینه فیلتر ممبران

فیلترهای غشایی با درجه استریلیزاسیون 0.2 میکرومتر در بسیاری از فرآیندهای بیودارویی برای اطمینان از عدم وجود ذرات و میکروارگانیسم‌ها از مایع فیلتر شده استفاده می‌شوند (1، 2، 3). این فیلترها باید معیارهای عملکرد خاصی را در برنامه های کاربردی تعریف شده خاص داشته باشند. به همین دلیل، در طول طراحی فیلتر، یک معیار عملکرد اغلب به قیمت دیگری افزایش می یابد. در نتیجه، فرآیند بحرانی و پارامترهای جریان باید به طور مناسب برای شناسایی فیلتر غشای جریان بهینه برای یک کاربرد خاص تعریف شوند. این مقاله چنین طرحواره‌ای ارزیابی و آزمون‌ها و همچنین برخی تصورات غلط رایج را شرح می‌دهد.

فیلترهای غشایی درجه استریل کننده با درجه 0.2 میکرومتر در بسیاری از فرآیندهای بیودارویی فیلتر ممبران برای اطمینان از عدم وجود ذرات و میکروارگانیسم ها از مایع فیلتر شده استفاده می شود (1، 2، 3). این فیلترها باید معیارهای عملکرد خاصی را در برنامه های کاربردی تعریف شده خاص داشته باشند. به همین دلیل، در طول طراحی فیلتر، یک معیار عملکرد اغلب به قیمت دیگری افزایش می یابد. در نتیجه، فرآیند بحرانی و پارامترهای جریان باید به طور مناسب برای شناسایی فیلتر غشای جریان بهینه برای یک کاربرد خاص تعریف شوند. این مقاله چنین طرحواره‌ای ارزیابی و آزمون‌ها و همچنین برخی تصورات غلط رایج را شرح می‌دهد.

چه زمانی نرخ جریان فیلتر ممبران مهم است؟

سرعت جریان برای غشاهایی که برای فیلتر کردن محلول‌هایی مانند بافرها استفاده می‌شوند، که سطوح آلودگی پایین و اجزای رسوب‌کنندگی کمی دارند، حیاتی است. هدف اصلی در چنین کاربردهایی فیلتر کردن حجم تعریف شده سیال در سریع ترین زمان ممکن در یک مخزن انتقال یا کیسه های ذخیره سازی فیلتر ممبران برای به حداقل رساندن زمان توقف عملیات است.
نرخ جریان فیلتر بر زمان‌بندی تجهیزات و در نتیجه ظرفیت موجود در یک مرکز تولید تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، یک فیلتر نامی 0.2 میکرومتر با سرعت جریان پایین (2500 لیتر در ساعت) به 48 دقیقه برای فیلتر کردن حجم 2000 لیتری نیاز دارد، در حالی که یک فیلتر با جریان بالا (6000 لیتر در ساعت) تنها به 20 دقیقه برای فیلتر کردن نیاز دارد. همان حجم را فیلتر کنید این امر زمان استفاده از تجهیزات را به نصف کاهش می دهد. به طور متناوب، منطقه فیلتراسیون موثر را می توان به نصف کاهش داد. در هر صورت، هزینه های فیلتر کاهش می یابد.

از آنجایی که توان کل تمرکز نیست، فیلترهای پر کردن برنامه‌ها حاوی لایه‌های محافظ رایج در طرح‌های فیلتر افزایش‌یافته نیستند (۸، ۹). در عوض، فیلترهای با سرعت جریان بالا دارای طراحی غشایی خاص و ساختار تک لایه هستند.

معیارهای فیلتر ممبران که باید در نظر بگیرید

برای به دست آوردن نرخ جریان بهینه از فیلترهای غشایی، معیارهای زیادی را می توان در فرآیند فیلتراسیون یا طراحی کنترل کرد. نمونه ها عبارتند از:
• فشار دیفرانسیل
• منطقه فیلتراسیون موثر
• طراحی فیلتر یا پیکربندی غشاء، از جمله تخلخل، ساختار منافذ، و ضخامت غشا، و همچنین قطر هسته داخلی، آداپتور، و رابط (4، 5).

فشار دیفرانسیل . یکی از راه‌های افزایش دبی فیلتر، افزایش فشار دیفرانسیل روی غشا است. با این حال، قبل از انجام این کار، حداکثر فشار عملیاتی فیلتر ممبران باید در نظر گرفته شود. اگر فشارهای عملیاتی خیلی زیاد باشد – به ویژه اگر فرآیند فیلتراسیون به طور مکرر متوقف شود (به عنوان مثال، در برنامه های ضربان دار) – غشای فیلتر ممکن است آسیب ببیند. شکل 1 چنین آسیبی را در لبه پلیسه بیرونی غشایی نشان می دهد که به دلیل طراحی غشا و چین خوردگی آن ناپایداری هایی داشت (8).

منطقه فیلتراسیون راه دیگر برای دستیابی به دبی بهینه، افزایش سطح فیلتراسیون است. انجام این کار ممکن است هزینه هر لیتر حجم فیلتر شده را افزایش دهد، با این حال، افزایش چگالی پلیسه فیلتر اغلب به سطح فیلتر مورد نیاز نمی رسد. به عنوان مثال، به طور کلی نمی توان دبی را با افزایش ناحیه فیلتراسیون دو برابر کرد.

پیکربندی غشاء و فرآیندهای غشایی . طراحی یک غشا تخلخل، ضخامت و ساختار منافذ فیلتر ممبران را تعیین می کند (6). با این حال، انعطاف پذیری محدودی در پیکربندی غشاء وجود دارد. برای مثال، سرعت جریان را می توان با تغییر ضخامت غشاء افزایش داد. هرچه غشاء نازک تر باشد، مقاومت جریان کمتر و در نتیجه، سرعت جریان بیشتر می شود. با این حال، ضخامت غشاء بر قابلیت نگهداری فیلتر تأثیر می گذارد. غشایی که خیلی نازک است ممکن است اجازه نفوذ ارگانیسم را بدهد.

اکثر فیلترهای افزایش جریان، طرح های تک غشایی هستند. طرح های دولایه همگن دارای ضخامت غشای کل بالاتری هستند و در نتیجه سرعت جریان این گونه فیلترها اغلب ناکافی است (شکل 2) (10).

ملاحظات پارامتر فرآیند فیلتر ممبران 8 اینچ فیلمتک BW30 PRO-400

برنامه های کاربردی با جریان بالا که متوقف و شروع می شوند (به عنوان مثال، در طی فرآیندهای پر کردن) می توانند چکش آب یا ضربان فشار ایجاد کنند. بنابراین، فیلترهای غشایی افزایش جریان باید از نظر مکانیکی پایدار باشند تا در برابر چنین تغییرات فشار و خم شدن بسته پلیسه فیلتر مقاومت کنند. سازندگان فیلتر به طور معمول کارتریج های فیلتر ممبران 8 اینچ فیلمتک BW30 PRO-400 با جریان بالا را آزمایش می کنند تا اطمینان حاصل کنند که مقاومت مکانیکی تعریف شده حاصل می شود. چنین آزمایشی برای اطمینان از عملکرد مناسب در فرآیند کاربر نهایی ضروری فیلتر ممبران است، اما هر فیلتری در کلاس جریان بالا در عمل به چنین مقاومتی دست نمی یابد (شکل 3). به همین دلیل، ما آزمایشات صلاحیت عملکرد را در فرآیند فیلتراسیون واقعی توصیه می کنیم.

پیکربندی غشا یک عنصر کلیدی برای دستیابی به شرایط نرخ جریان بهینه است. شکل 2 نشان می دهد که پیکربندی غشاء تک لایه نرخ جریان بالاتری نسبت به ترکیب دو لایه غشایی، به ویژه طراحی همگن (مثلاً 0.2/0.2 میکرومتر) دارد.

مقاومت جریان یک فیلتر دولایه همگن می تواند آنقدر زیاد باشد که یک فیلتر غشایی تک لایه با اندازه منافذ کوچکتر (به عنوان مثال، یک غشای نامی 0.1 میکرومتر) ممکن است به سرعت جریان قابل مقایسه برسد (شکل 4). علاوه بر این، تراکم پشم و پلیسه نگهدارنده باید به خوبی متعادل باشد تا از ناحیه فیلتراسیون بسیار کوچک مؤثر یا توزیع ناهموار جریان در بسته پلیسه غشایی جلوگیری شود.

آیا آزمایش دیسک های 47 میلی متری فیلتر ممبران مفید است؟

نرخ جریان فیلتر علاوه بر فشار دیفرانسیل، ساختار منافذ، تخلخل و ضخامت به معیارهای متعددی بستگی دارد. کل طراحی فیلتر و پیکربندی غشاء، و همچنین هرگونه اتصال به عنصر فیلتر، بر عملکرد سرعت جریان تأثیر می‌گذارد (7). به عنوان مثال، یک غشاء می‌تواند سرعت جریان فیلتر ممبران بسیار خوبی داشته باشد، اما اگر به‌طور مناسب چین‌خوردگی نداشته باشد، کارتریج فیلتر به‌دست‌آمده سطح غشا موثر کمتری خواهد داشت و نرخ جریان پایینی را ایجاد می‌کند.

آزمایش فقط غشاء کافی نیست، همانطور که معمولاً با دیسک های 47 میلی متری فیلتر ممبران انجام می شود. چنین آزمایشاتی قادر به نشان دادن عملکرد یک عنصر فیلتر استفاده شده در فرآیند تولید نیستند. ما آزمایش‌هایی انجام داده‌ایم که نشان می‌دهد آزمایش‌های مقایسه سرعت جریان اولیه با دیسک‌های 47 میلی‌متری بی‌معنی هستند.

ایزوترم های جذب در فیلتر ممبران

هنگامی که یک جاذب (نمونه خاک یا یک جزء خاک) با محلولی حاوی ماده جاذب تکان داده می شود، مقدار جاذب جذب شده توسط جاذب به شرایط آزمایشی از جمله غلظت جاذب، نسبت جذب به جاذب، pH، زمان تکان دادن و دما بستگی دارد. در نسبت ثابت فیلتر ممبران جاذب: جاذب، pH، زمان تکان دادن و دما، مقدار جذب جذب شده، q، با افزایش غلظت جاذب افزایش می یابد، C eq به دنبال منحنی (ایزوترم) مانند شکل 4 . C eq نشان دهنده غلظت تعادلی ماده جاذب است، یعنی غلظت اولیه کمتر جذب شده است.

ایزوترمی مانند آنچه در شکل 4 نشان داده شده است ، که یک ایزوترم منحنی L است زیرا می توان آن را با معادله لانگمویر برازش کرد (به معادله 1 بعدی مراجعه کنید )، به ویژه زمانی که خاک جاذب است، اغلب دیده می شود. در برخی موارد یک نسخه شدید از ایزوترم منحنی L دیده می شود. ایزوترم منحنی H فیلتر ممبران ، که در آن q برای یک افزایش کوچک در C eq به شدت افزایش می‌یابد تا زمانی که q به مقدار بالایی برسد، جایی که بر q عملاً مستقل از C eq است . شیب بسیار زیاد اولیه ایزوترم منحنی H نشان‌دهنده میل ترکیبی بسیار بالا (از این رو H به معنای زیاد) بین جاذب جاذب است، از سوی دیگر، اگر q متناسب با C eq باشد ، یک ایزوترم خط مستقیم به دست می‌آید. می توان متوجه شد که یک رابطه خط مستقیم فیلتر ممبران یا تقریباً مستقیم بین q و C eq نیز می تواند به دست آید اگر فقط یک قسمت کوچک اولیه از منحنی در شکل 1 در نمودار گنجانده شود، به عنوان مثال بخشی از منحنی که در آن C eq < 0.05 میلی متر جذب ترکیبات آلی مانند اکثر آفت کش ها توسط خاک حاوی مواد آلی خاک اغلب از یک خط مستقیم پیروی می کند. برای جذب خط مستقیم، میل ترکیبی جاذب-جاذب مستقل از مقدار جذب شده است، برخلاف میل ترکیبی اولیه بسیار بالا و سپس رو به پایان برای جذب پس از منحنی های L و H.

ایزوترم ها و معادلات جذب فسفر در فیلتر ممبران

رابطه بین مقادیر فسفر جذب شده در واحد وزن خاک (q) و غلظت تعادلی فسفر در محلول (C) که خاک را در دمای ثابت حمام می کند توسط چندین ایزوترم جذب فیلتر ممبران توصیف شده است. انگیزه های اصلی برای توصیف منحنی ها عبارت بودند از (1) شناسایی اجزای تشکیل دهنده خاک فیلتر ممبران درگیر در جذب، (2) پیش بینی میزان نیاز به کود خاک برای برآوردن تقاضای جذب گیاه برای عملکرد بهینه و (3) مطالعه ماهیت فرآیند جذب برای یادگیری بیشتر در مورد مکانیسم فرآیند.

معادلات لانگمویر، فروندلیچ و تمکین مدل‌های رایجی برای توصیف جذب فسفر زمانی هستند که داده‌های ورودی محدود هستند.

فروش فیلتر ممبران

لطفا جهت تهیه فیلتر ممبران صنعتی دریایی و آب لب شور با شرکت مهار فن ابزار با شماره 02188500325 تماس حاصل نمایید.