اولترافیلتراسیون

فهرست

چکیده    4
تاریخچه    4
فصل اول    7
مقدمه    7
فیلتر چیست؟    7
فیلتراسیون چیسیت؟    7
عوامل مؤثر در فیلتراسیون    8
مقايسه فيلتراسيون غشايی با فيلتراسيون معمولی    8
انواع فیلتراسیون :    11
کاربرد فیلترها    13
ممبران spiral wound    14
اولترافيلتراسيون چيست؟    15
عملكرد واحد اولترافيلتراسيون    15
راندمان حذف ذرات برخی پارامترها توسط سیستم اولترفیلتراسیون    16
مزاياي استفاده از سيستمهاي اولترافيلتراسيون    17
فصل دوم    18
شفاف سازی ابمیوه    18
مقدمه    18
آنزیم    22
مراحل شفاف سازي آب ميوه ها    23
پديده كدورت و شفافيت    24
پايدار ي سيستم هاي كدر و فرايندهاي جداسازي    25
تكنيك توليد كنسانتره شفاف از ميوه    29
تهيه آب ميوه از كنسانتره    32
فصل سوم    35
تاثیر پارامترهای عملیاتی    35
تاثیر پارامترهای عملیاتی بر کارایی فرایند اولترافیلتراسیون شربت رقیق چغندر قند    35
فصل چهارم    55
جداسازی پروتئن از اب پنیر    55
مقدمه    55
تعریف آب پنیر    55
انواع آب پنیر    56
پروتئین های آب پنیر    57
لاکتوز آب پنیر    57
فرآیند های اعمال شده در فرآوری آب پنیر    58
پنیرuf(اولترا فیلتراسیون)    61
تاثیر دما در UF (هنگام تولید)    63
گرفتگی غشاء    63
عوامل موثر در گرفتگی غشاها    64


چکیده
در این تحقیق اشنایی با فرایند اولتر فیلتراسیون و بعضی از کاربردهای آن مثل شفاف سازی ابمیوه –تغلیظ پروتئین اب پنیر و... صورت گیرد در ابتدا با بعضی از اصطلاحات آشنا میشویم :
فیلترها موادی متخلخلی هستند که در فرآیند جداسازی یا تغلیظ مورد استفاده قرار می‌گیرند. مهم‌ترین ویژگی فیلترها، داشتن خلل و فُرج‌هایی با اندازه‌ و ابعاد مشخص است، به همین دلیل، فیلتر را یک محیط متخلخل می‌نامند.
فیلترکردن یا فیلتراسیون، فرآیندی است که در آن یک مایع و یا گاز (سیال) به دلیل اختلاف فشار یا اختلاف پتانسیل الکتریکی و یا اختلاف غلظت از فیلتر عبور می‌کند.
  واژه های کلیدی
اولتر فیلتراسیون-شفاف سازی- ابمیوه-تغلیظ پروتئین -اب پنیر
تاریخچه
بعد از جنگ جهاني دوم يك گروه ويژه براي مطالعه بر روي تكنولوژي غشايي آلمان تشكيل شد و در سالهاي 1947 تا 1950 ساختارهاي غشايي موفقي پرورش يافتند . در سال 1957 نتيجه گزارشها تحقيقاتي بسياري، منجر به تصميم‌گيري براي استفاده از روش فيلتر غشايي براي آب آشاميدني شد . استفاده از فيلترهاي غشايي براي آناليز بهداشتي آب بوسيله رشد باكتري بر سطح فيلترها ، گونه‌اي از استعمال نوظهور غشاها در تاريخچه استفاده از آنها بود . در طول اولين قرن گسترش و توسعه فيلترهاي غشايي محققين از غشاها براي مطالعات دياليزي و اسمزي و اولترافيلتراسيون استفاده مي‌كردند .
بعد از جنگ جهاني دوم يك گروه ويژه براي مطالعه بر روي تكنولوژي غشايي آلمان تشكيل شد و در سالهاي 1947 تا 1950 ساختارهاي غشايي موفقي پرورش يافتند . در سال 1957 نتيجه گزارشها تحقيقاتي بسياري ، منجر به تصميم‌گيري براي استفاده از روش فيلتر غشايي براي آب آشاميدني شد. استفاده از فيلترهاي غشايي براي آناليز بهداشتي آب بوسيله رشد باكتري بر سطح فيلترها ، گونه‌اي از استعمال نوظهور غشاها در تاريخچه استفاده از آنها بود . در طول اولين قرن گسترش و توسعه فيلترهاي غشايي محققين از غشاها براي مطالعات دياليزي و اسمزي و اولترافيلتراسيون استفاده مي‌كردند .
ماتيوس و سيما در سال 1845 در حالي كه از غشاهاي جانوران براي مطالعات اسمزي استفاده مي‌كردند موفق شدند براي اولين بار دربارة تفاوتهاي نفوذ پذيري وابسته به عدم تقارن منافذ غشاء گزارش دهند. آنها ملاحظه كردند كه وقتي اطراف غشاء در جهت جريان آب معكوس مي‌شود ، جريان آب عبوري از غشاء سرعت بيشتري مي‌يابد . اشميت اولين نفري بود كه آنچه تاكنون اولترافيلتراسيون ناميده مي‌شود را شكل داد . وي نيز مشاهدات مشابهي در سال 1865 داشته است . او دريافت كه در هنگام معكوس كردن لبه‌هاي داخلي غشا در جهت جريان آب تفاوت آشكاري در جريان آب عبوري از غشاهاي جانوري ايجاد مي‌شود . اين محققين بدون اينكه دلايل ايجاد اين تفاوت‌ها را بدانند؛ بر ساختار منافذ غشاها ملاحظات ويژه‌اي داشتند .
اكثر اولترافيلتراسيونهاي اوليه كه در آزمايشگاهها و مصارف صنعتي استفاده مي‌شدند تا قبل از اواخر دهة 60 قرن 20 اهميت زيادي نداشتند . در دهة 70 اين قرن شاهد توسعة سريع به سركردگي صنايع لبني در اولترافيلتراسيون بوديم كه طرح‌هاي زيادي براي تغليظ پروتئين آب پنير و ديگر موارد كاربرد اولترافيلتراسيون مطرح گرديد .
پليمرهاي جديد زيادي مورد آزمايش قرار گرفتند و كار اصولي به صورت فزاينده‌اي بر اين موضوع متمركز شد. وقتي يك افزايش و جهش كالبدي در ادبيات تحقيق در اين زمينه ظاهر شد لزوم ايجاد نشريه‌اي براي ارائه آخرين پيشرفتهاي علمي در اين زمينه آشكار شد و به اين ترتيب مجلة “دانش غشايي” از سال 1973 شروع به فعاليت و انتشار كرد.
دهة 90 قرن 20 شاهد يك تنوع كلي از فرآيندها در حوزة غشاها بوده است و غشاهاي جديد هر روزه توسعة بيشتري مي‌يابند و شركتها با سرعت زيادي خريد و فروش مي‌شوند به طوري كه شركت‌هاي كوچك معمولي غشايي در ميان غولهاي صنعت شيميايي داد و ستد مي‌شوند . و اين روند رو به رشد در تكنولوژي غشايي به كجا خواهد انجاميد چيزي است كه براي رسيدن به آن بايد در انتظار آينده ماند .
فصل اول
مقدمه
  فیلتر چیست؟
فیلترها موادی متخلخلی هستند که در فرآیند جداسازی یا تغلیظ مورد استفاده قرار می‌گیرند. مهم‌ترین ویژگی فیلترها، داشتن خلل و فُرج‌هایی با اندازه‌ و ابعاد مشخص است، به همین دلیل، فیلتر را یک محیط متخلخل می‌نامند. سوراخ‎ها درصد بسیار زیادی از حجم فیلتر را دربرمی‌گیرند و شبکه پیچیده‌ای از حفره‌ها را می‌سازند. فیلترها می‌توانند از جنس پلیمـر و یا سرامیک باشند.
  فیلتراسیون چیسیت؟
فیلترکردن یا فیلتراسیون، فرآیندی است که در آن یک مایع و یا گاز (سیال) به دلیل اختلاف فشار یا اختلاف پتانسیل الکتریکی و یا اختلاف غلظت از فیلتر عبور می‌کند. با انجام عمل فیلتراسیون ذراتی که از اندازه حفره‌های فیلتر کوچک‌تر هستند از آن عبور کرده و ذرات با اندازه بزرگ‌تر، از سیال جدا شده و در پشت فیلتر می‌مانند.
عوامل مؤثر در فیلتراسیون

 - اندازه حفره‎های فیلتر
- مقدار ذراتی که در پشت فیلتر باقی می‌مانند
مقايسه فيلتراسيون غشايی با فيلتراسيون معمولی

جدا از اينکه فيلتراسيون معمولی و غشايی، بر مبنای اندازه ذارات آلاينده ها، دسته ای از آنها را از آب جدا می کنند تفاوت های عمده ديگری در ساختار، نحـوه عملکرد دارند که در اينجا به تعدادی از اين موارد می پردازيم:
اساساً طراحی اين دو سيستم با هم بسيار متفاوت است. جهت جريان آب خوراک، در صافی معمولی عمود بر سطح صافی قرار دارد و اين تصفيه را می توان در سيستم باز انجام داد. در صورتيکه در فيلتراسيون غشايی، از يک جريان متقاطع استفاده می گردد و عمليات بايد دريک سيستم بسته انجام پذيرد. جريان مايع ورودی موازی با سطح غشا بوده و جريان تراويده دارای جريانی عمود برسطح غشا می باشد..
موازی بودن جهت جريان با غشاء باعث می شود که غشاء توسط جريان خوراک دائما شستشو داده شود. از اين رو گرفتگی غشاء بسيار کمتر از فيلترها می باشد. يعنی تقريباً در حدود يک به ده.
در فناوری غشايی دو جريان وجود دارد (جريان تراويده و جريان بازداشته). در حاليکه در فيلتراسيون معمولی يک جريان مطرح است.
درفيلتراسيون معمولی، فشار اسمزی خيلی کم است و اصولاً نقشی ندارد.در فيلتراسيون اندازه ذرات مهم است. ولی در فيلتراسيون غشايـي علاوه بر اندازه ذرات، فاکتورهای ديگری هم مطرح است. هرچه اندازه مولکول های ناخالصي درشت تر و درجـه يونيزاسيون مولکول ناخالصی کمتر باشد فشـار اسمـزی محلول کمتر است. اما هرچه غلظت مولکول های ناخالصی بيشتر شـود فشـار اسمزی هم بيشتر می شود.
دما باعث افزايش فشار اسمزی می شود. ولی همزمان موجب کاهش ويسکوزيته محلول نيز مي گردد. بنابراين تأثير دما در فيلتراسيون غشايي پيچيده تر از فيلتراسيون معمولي است.
در فيلتراسيون مسير انتقال حلال حفره است. در فيلتراسيون غشايي(به ويژه در اسمز معکوس و نانوفيلتراسيون )، غشا دارای شاخه های پليمري آبدوست و يا آبگريزی است که آب را جذب کرده و سپس آب در داخل پليمر نفوذ مولکولي کرده و از آن عبور می کند.
در فيلتراسيون غشايي، از فشار به عنوان يکي از اصلي ترين نيروهای رانشي براي جداسازی ذرات استفاده مي گردد. در حاليکه در صافي معمولي ممکن است از فشار فقط برای تسريع فرآيند استفاده شود. معمولاً نيروی وزن اصلي ترين عامل فشار در صافی معمولی محسوب می گردد.
در فيلتراسيون معمولی، مواد سوسپانسيوني را مي توان به طور کامل از مايع جدا نمود. درصورتيکه در تصفيه غشايي، مواد فقط تغليظ مي شوند و حجم محلول نسبت به حجم اوليه کاهش مي يابد.
مزيت ديگر اين روش نسبت به فيلتراسطون معمولی، قابليت شستشوی خودکار غشا، همزمان با فعاليت مستمر سيستم مي باشد. زيرا که جريان خوراک با فشار از درون غشا عبور کرده و به طور مداوم باعث شسته شدن غشا و دفع ذرات جامد معلق مي گردد.
بزرگترين تفاوت فيلتراسيون غشائي و فيلتراسيون معمولي ، جهت جريان ميباشد. در فيلتراسيون معمولي جهت جريان و فشار هر دو عمود بر سطح هستند. در حاليکه در فيلتراسيون غشائي جهت جريان موازي سطح غشاء و فشار عمود بر آن مي باشد. از اين روست که فيلتراسيون غشائي را فيلتراسيون جريان متقاطع مي نامند.
در فيلتراسيون غشائي ، خوراک بين مخزن فرايند و فيلتر غشائي گردش مي نمايند. در هر گذر، قسمتي از آب و مواد ريزتر از منافذ غشاء از آن عبور ميکنند و از سيستم خارج ميشوند (فاز فيلترشده filtrate) و خوراک به داخل مخزن باز مي گردد. (فاز تغليظ شده concentrate). بدين ترتيب با جداسازي آب، غلظت خوراک مرتبا افزايش مي يابد و در نهايت خوراک بسيار غليظ در سيستم باقي مي ماند. بدين لحاظ در فيلتراسيون غشائي ، مواد غير قابل عبور فقط تغليظ مي شوند و حجم اوليه کاهش مي يابد.
انواع فیلتراسیون :

1. میکروفیلتراسیون                                                 (MF) Micro filtration

2. اولترافیلتراسیون                                                                      (UF) Ultra filtration
   
3.اسمز معکوس                         (RO) Reverse osmosis

4. نانوفیلتراسیون (NF) Nano filtration                                                                                   

1.    میکروفیلتراسیون:    

میکروفیلتراسیون فرآیندی است که برای جداسازی ذرات، جامدات معلق کوچک و موادی دیگر مثل باکتری‌ها، کیست‌ها، مولکول‌هـا و ذراتی بزرگتر از