Razvoj membranskega mikroseparatorja

Plavčak, Tine (avtor), Plazl, Igor (mentor)

Za ločevanje segmentiranega toka dveh nemešljivih kapljevin v mikroprocesih se lahko uporabi membranski mikroseparator. Gonilna sila pri ločevanju z membrano je razlika v lastnostih omočljivosti med obema fazama. V večini primerov se uporabi hidrofobno membrano, ki prepušča permeat oz. organsko fazo hkrati pa zadržuje retentat oz. vodno fazo. Da membrana začne prepuščati permeat, je treba zagotavljati ustrezno tlačno razliko na membrani, ki je funkcija lastnosti kapljevin oz. njihovih pretokov in dimenzij izhodnih cevi na separatorju. Za uspešno obratovanje membranskega mikroseparatorja mora biti tlačna razlika na membrani vedno manjša od kapilarnega tlaka, ki je funkcija lastnosti membrane in medfazne napetosti. V primerjavi z drugimi separatorji za ločevanje kapljevinskih faz v segmentiranem toku se izkaže, da ima membranski separator večje obratovalno območje, poleg tega ga je precej enostavno izdelati. Najpomembnejša lastnost membranskih mikroseparatorjev je, da lahko pri relativno visokih pretokih zagotavlja stoodstotno čistost faz na iztokih. Pri razvoju mikroprocesov se lahko uporabita dve strategiji: »numbering-up« in »scale-out« z večanjem dimenzij, slednjo sem tudi uporabil pri razvoju membranskega mikroseparatorja. V programu FreeCAD sem naredil dizajn novega mikroseparatorja, s katerim bi lahko opravljal separacije pri višjih pretokih. Eksperimente separacij sem izvajal v sistemih voda-diklorometan, voda-butan-1-ol in voda-heptan pri pretočnem razmerju 1:1. Za totalne pretoke v rangu 1-4 ml/min se je izkazalo, da je bila učinkovitost vseh separacij stoodstotna. Direktna primerjava stoodstotnih separacij z drugimi membranskimi separatorji ni mogoča zaradi uporabe različnih dvofaznih sistemov. Vseeno bi lahko višje pretoke na izdelanem membranskem separatorju verjetno dosegli z zamenjavo membrane, ki bi imela večje pore, kot tudi z implementacijo regulatorja povratnega tlaka.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: separacija kapljevina-kapljevina, membranski mikroseparator, razvoj mikroprocesov
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
• Organizacija: FKKT - Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo
• Leto izida: 2019
• PID: 20.500.12556/RUL-110527
• COBISS.SI-ID: 1538432707
• Datum objave v RUL: 16.09.2019

PLAVČAK, Tine, 2019, Razvoj membranskega mikroseparatorja [na spletu]. Magistrsko delo. [Dostopano 11 april 2025]. Pridobljeno s: https://repozitorij.uni-lj.si/IzpisGradiva.php?lang=slv&id=110527

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Development of membrane-based microseparator

Izvleček

A segmented flow separation of two immiscible liquids in microprocesses can be achieved by using a membrane microseparator. Driving force of a membrane separation is difference in wetting properties between both liquids. Usually a hydrophobic membrane is used which wets organic phase and retains water phase. In order for the organic phase to pass through membrane pores, a sufficient transmembrane pressure needs to be applied. The transmembrane pressure is function of fluid properties, flow rate and outlet tube dimensions. For a successful separation with the membrane microseparator, transmembrane pressure must be lower than capillary pressure, which is a function of membrane properties and interfacial tension. In comparison to other separators for slug flow separation, membrane microseparators have larger operating window and at the same time, they are easier to manufacture. The most important property of membrane microseparators is ability to completely separate both phases. There are two key strategies for scaling-up microprocesses: a numbering-up and a scale-out by suitable dimension enlarging, the latter one was used for developing my membrane microseparator. FreeCAD was used to design the new microseparator, which would have allow higher flow rates during separation. Separation experiments were conducted for three different two-phase systems: water-dichloromethane, water-n-butanol and water-heptane with flow rate ratio 1:1. For total flow rates in range 1-4 ml/min separation, efficiency was 100%. A direct comparison of 100% separations of other membrane separators cannot be carried out because they were performed in different two-phase systems. Nevertheless higher flow rates in the manufactured membrane microseparator should be achieved by using a membrane with bigger pores and by an implementation of back pressure regulator.

• Ključne besede: liquid-liquid separation, membrane microseparator, microprocess scale-up