Transport Mechanisms in Membrane Separation Processes

کتاب حاضر شامل مقایسه ای از مدل های نظری موجود است که به منظور توصیف فرآیندهای جداسازی غشایی توسعه یافته است. به طور کلی، معادلات نفوذ حاصل از این مدل‌ها، پیش‌بینی‌های نادرستی از اثرات متقابل نفوذکننده‌های درگیر، به دلیل ساده‌سازی‌های اتخاذ شده در اشتقاق آنها ارائه می‌دهند. نتیجه گیری می شود که توصیف بهینه پدیده های حمل و نقل در غشاهای محکم (از نوع انتشار) با مدل "محلول- انتشار" به دست می آید. طبق این مدل، هر جزء از یک مخلوط سیال که قرار است جدا شود، در غشا حل می‌شود و در پاسخ به گرادیان آن در پتانسیل شیمیایی، از طریق انتشار عبور می‌کند. یک معادله اصلاح شده فلوری-هاگینز برای محاسبه حلالیت مواد نفوذپذیر در مواد غشایی به دست آمده است. برخلاف معادله اصلی فلوری-هاگینز، معادله اصلاح شده تأثیر زیادی بر حلالیت بلورینگی و کرنش الاستیک زنجیره‌های پلیمری با تورم دارد. جذب تعادلی مایعات محاسبه شده با این معادله مطابقت خوبی با نتایج تجربی پیدا کرد. همچنین، جذب گازها در پلیمرهای لاستیکی و شیشه‌ای را می‌توان به صورت کمی با معادله اصلاح‌شده فلوری-هاگینز بدون نیاز به عبارت دلخواه لانگمویر، همانطور که در مدل جذب «دو حالته» مرسوم لازم است، توصیف کرد. علاوه بر این، پارامترهای کمتری نسبت به حداقل دقت یکسان مورد نیاز است.

The present book contains a comparison of existing theoretical models developed in order to describe membrane separation processes. In general, the permeation equations resulting from these models give inaccurate predictions of the mutual effects of the permeants involved, due to the simplifications adopted in their derivation. It is concluded that an optimum description of transport phenomena in tight (diffusion-type) membranes is achieved with the "solution-diffusion" model. According to this model each component of a fluid mixture to be separated dissolves in the membrane and passes through by diffusion in response to its gradient in the chemical potential. A modified Flory-Huggins equation has been derived to calculate the solubility of the permeants in the membrane material. Contrary to the original Flory-Huggins equation, the modified equation accounts for the large effect on solubility of crystallinity and elastic strain of the polymer chains by swelling. The equilibrium sorption of liquids computed with this equation was found to be in good agreement with experimental results. Also, the sorption of gases in both rubbery and glassy polymers could be described quan­ titatively with the modified Flory-Huggins equation without any need of the arbitrary Langmuir term, as required in the conventional "dual-mode" sorption model. Furthermore, fewer parameters are required than with the at least identical accuracy.