بررسي محاسباتي و تجربي اثر ميدان الكتريكي بر گرفتگي غشا با پروتئين

كارشناسي ارشد

پروتئين ها كاربردهاي اساسي و مهمي در صنعت، پزشكي و صنايع غذايي دارند. با در نظر گرفتن ارزش بالاي مواد موجود در آب پنير از جمله پروتئين ها، جداسازي آنها بسيار حائز اهميت مي باشد. تكنولوژي غشايي به دليل مصرف كمتر انرژي، راندمان بالاتر و راهبري ساده تر در مقايسه با ساير فرايندهاي مشابه از علل توجه صاحبان صنايع به اين فناوري مي باشد. مشكل اصلي اين فرآيندها، گرفتگي غشا است كه به شدت عملكرد غشا را تحت تأثير قرار داده و سبب بروز افت شديد در راندمان عمليات جداسازي پس از گذشت زمان اندك مي شود. روش هاي زيادي براي جلوگيري از گرفتگي غشا با پروتئين و كم كردن اثرات منفي آن بر جداسازي غشايي صورت گرفته است. در اين پژوهش به بررسي اثر ميدان الكتريكي بر گرفتگي غشا با پروتئين آب پنير پرداخته شده است. اين مطالعات در دو بخش آزمايشگاهي و شبيه سازي انجام گرديده است. در بخش آزمايشگاهي دو نوع تست انجام گرديد. نوع اول به منظور كاهش گرفتگي غشا انجام شده است. بدين صورت كه پس از گرفتگي غشا، به مدت 5 دقيقه فشار تا اندازه ي 0.24 بار افت پيدا كرده و ميدان الكتريكي اعمال شده سپس فشار به حالت اوليه برگشته و ميزان افزايش شار محاسبه گشته است. آزمايش نوع دوم به منظور پيشگيري از گرفتگي غشا تحت تاثير ميدان الكتريكي انجام شده است و شار عبوري از غشا در حضور و عدم حضور ميدان الكتريكي با هم مقايسه شده است. اين آزمايش ها در سه شدت ميدان 20000، 23000 و 26000 ولت بر متر، غلظت 0.01 ، 0.1 و 1 درصد وزني و pH 7، 8 و 9 انجام شده و نتايج حاصل از آنها به صورت درصد افزايش فلاكس عبوري از غشا در اثر اعمال ميدان الكتريكي با يكديگر مقايسه شده است. نتايج نشان داد در هر دو نوع افزايش غلظت پروتئين از حدود 0.01 درصد وزني به بعد، اثر ميدان الكتريكي را كاهش ميدهد. در آزمايش نوع اول تا شدت ميدان حدود 23000 ولت بر متر گرفتگي كاهش مي يابد و پس از آن افزايش شدت ميدان الكتريكي تاثير زيادي بر كاهش گرفتگي غشايي ندارد. در آزمايش نوع دوم هر چه شدت ميدان اعمال شده بيشتر باشد ميزان تاثير ميدان الكتريكي بر كاهش گرفتگي بيشتر مي شود. همچنين نتايج نشان داده، در هر دو نوع آزمايش افزايش pH اثر ميدان الكتريكي را افزايش مي دهد. در بخش محاسباتي نيز با تكيه بر قابليتهاي روش ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) به كمك نرم افزار كامسول، تاثير ميدان الكتريكي بر گرفتگي غشا شبيه سازي شد. اين مدل به كمك داده هاي حاصل از بخش آزمايشگاهي اعتبار سنجي شد بر اساس طراحي آزمايش در شرايط مختلف عملياتي مورد بررسي قرار گرفت. در نهايت كارايي ميدان الكتريكي در كاهش گرفتگي غشا با پروتئين آب پنير هم در بخش شبيه سازي و هم آزمايشگاهي تاييد گرديد. واژههاي كليدي: پروتئين آب پنير، گرفتگي غشايي، ميدان الكتريكي، طراحي آزمايش، ديناميك سيالات محاسباتي

191426

دانشگاه علم و صنعت ايران

مدل سازي، شيبه سازي و كنترل فرايند

دكتر نورالله كثيري - دكتر تورج محمدي