طراحی و ساخت پایلوت خودکار تولید غشاءهای الیاف توخالی در شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی با موفقیت صورت پذیرفت.+عکس

امروزه، صنایع مختلف به‌ویژه صنعت پتروشیمی علاوه بر این که لازم است استانداردهای سخت‌گیرانه محیط زیستی را پشت سر بگذارند، می‌بایست هزینه‌های تولید محصول را نیز کاهش دهند. در صنعت عظیم پتروشیمی، طراحی‌های خلاقانه و روش‌های توسعه فرآیند با هدف کاهش اندازه تجهیزات، مصرف کمتر مواد اولیه و انرژی، و تولید پسماند حداقلی بایستی مد نظر قرار گیرند. همچنین، در حال حاضر کشور ما و دنیا در برهه زمانی خاصی از لحاظ بهینه‌سازی فرآیندهای استفاده از منابع انرژی، پیشگیری از هدررفت این منابع و حفظ آن برای نسل‌های آینده، و تامین منابع انرژی جدید، مقرون به‌صرفه و پاک قرار دارد. تامین آب سالم، مشکل گرم شدن اتمسفر زمین و نیاز به تامین منابع انرژی پاک و ارزان‌قیمت از جمله زمینه‌های نو و بنیادی در دنیا و کشور محسوب می‌شوند. یکی از موثرترین روش‌ها برای نیل به این اهداف، استفاده از فرآیندهای مدرن غشایی است. فرآیندهای غشایی دارای مزیت‌های فراوانی نسبت به بسیاری از روش‌های مرسوم جداسازی (نظیر تقطیر، استخراج، جذب، و جذب سطحی) می‌باشند. در فرآیندهای غشایی هیچگونه تغییر فازی، که معمولاً بسیار انرژی‌بر هستند، رخ نمی‌دهد، از جاذب‌های گران‌قیمت استفاده نمی‌شود، و لزوم استفاده از حلال‌هایی که کار کردن با آنها آسان نیست نیز وجود ندارد. این در حالی است که این فرآیندها بسیار فشرده بوده و به‌راحتی قابلیت افزایش مقیاس دارند، کاملاً خودکار بوده و دارای هیچ جز متحرکی نمی‌باشند. در همین راستا و با توجه به اهمیت فرآیندهای جداسازی به روش‌های غشایی و نیاز مبرم کشور به استفاده از این فناوری به‌روز و راهبردی، و همچنین مشکلات موجود در زمینه تامین این فناوری‌ها از خارج از کشور، یکی از اهداف اصلی بلندمدت شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی و گروه پژوهشی فناوری‌های نوین این شرکت دستیابی به فناوری‌های ساخت انواع مختلف غشاءها، فناوری‌های مربوط به مدول کردن این غشاءها، و توسعه فرآیندهای مختلف غشایی در کشور بوده و می‌باشد.یکی از اصلی‌ترین و مهم‌ترین انواع غشاءهای پلیمری، غشاءهای الیاف توخالی می‌باشند. به‌همین منظور، در یکسال گذشته طراحی و ساخت پایلوت ویژه‌ای به‌منظور تولید انواع مختلف غشاءهای الیاف توخالی در اولویت گروه پژوهشی فناوری‌های نوین قرار گرفته و با تلاش و همت فراوان در یک بازه زمانی بسیار کوتاه‌مدت طراحی و با موفقیت اجرا شد. معمولاً، غشاءهای الیاف توخالی با عبور یک محلول پلیمری حاوی افزودنی‌های مورد نیاز از درون یک ریسنده، که اسپینرت نامیده می‌شود، و سپس انعقاد محلولِ ریسیده‌شده، در یک حمام غیرحلال تولید می‌شوند. در ادامه، الیاف تولید شده شستشه شده و جمع‌آوری می‌شوند. در انتها نیز حلال‌های باقیمانده در الیاف خارج شده و الیاف توخالی در دسته‌های چند هزارتایی در کنار هم گنجانده می‌شوند و پس از قرارگیری در یک پوسته ویژه، به‌صورت یک مدول غشایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. غشاءهای الیاف توخالی در مقایسه با غشاءهای تخت، دارای مزایای زیر می‌باشند:

(1) دارای مساحت غشاء خیلی بیشتر به‌ازای واحد حجم مدول غشایی می‌باشند و بنابراین موجب افزایش بازده می‌شوند؛

(2) دارای استحکام مکانیکی خود به خودی می‌باشند که برای جداسازی مایعات می‌توان این غشاءها را به‌صورت معکوس شستشو نمود؛

(3) دارای انعطاف‌پذیری مناسب و استفاده آسان در هنگام ساخت مدول، تهیه غشاء، و راهبری سامانه می‌باشند.

امروزه غشاءهای الیاف توخالی به‌طور گسترده‌ای در زمینه‌های مختلف غشایی از جمله جداسازی گاز، اولترافیلتراسیون، تراوش تبخیری،  و همودیالیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بر این اساس، پایلوت طراحی‌شده در شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی، نمونه‌ای کاملاً منحصر به‌فرد در کشور و منطقه از لحاظ پتانسیل‌ها و قابلیت‌های پیش‌بینی شده در آن و توانایی این واحد برای تولید انواع غشاءهای پلیمری می‌باشد. این پایلوت دارای تمام بخش‌های اصلی برای فرآیند تولید پیوسته، جمع‌آوری و برش، و استخراج حلال از درون غشاءهای تولیدی می‌باشد. سامانه مذکور به‌گونه‌ای طراحی شده است که تمام فرآیندهای فوق به‌صورت کاملاً خودکار و توسط نرم‌افزارهای خاص طراحی شده‌ قابل کنترل می‌باشند. به‌طورکلی ساختار کلی این طرح و پایلوت را می‌توان به دو بخش اصلی مکانیکی و کنترلی تقسیم‌بندی نمود. بخش مکانیکی این پایلوت شامل بخش تهیه محلول، بخش تزریق محلول‌ها، حمام‌های انعقاد و شستشو، سامانه جابجایی ریسنده، سامانه‌ی کنترل اتمسفر ریسنده، بخش جمع‌کن الیاف، واحد تامین گرمایش پایلوت، و بخش استخراج حلال می‌باشد. بخش تهیه محلول در این پایلوت، شامل مخازنی با همزن، امکان گرمایش، و امکان کنترل دما جهت تهیه محلول‌های پلیمری و غیرحلال مورد نیاز جهت تولید غشاءهای الیاف توخالی می‌باشد. بخش تزریق محلول در پایلوت را نیز می‌توان یکی از بخش‌های کلیدی و بسیار نوآورانه این پایلوت در نظر گرفت. معمولاً جهت تولید غشاءهای الیاف توخالی لازم است محلول‌ها و غیرحلال مورد استفاده با سرعت‌های بسیار پائین و در فشارهای فوق‌العاده بالا به داخل ریسنده تزریق شوند. برای این منظور معمولاً از پمپ‌های سرنگی مخصوصی استفاده می‌شود. این پمپ‌ها دارای فناوری خاص و پیچیده‌ای بوده و تولید آن در انحصار یک شرکت خارجی می‌باشد. یکی از نقاط قوت طرح جاری، طراحی و ساخت این دسته از پمپ‌های سرنگی برای اولین‌بار در کشور می‌باشد. پمپ‌های سرنگی مذکور قادر به تزریق انواع محلول‌های پلیمری با لزجت‌های مختلف و با دبی فوق‌العاده پائین و فشار بسیار بالا به درون ریسنده‌های به‌کار رفته در پایلوت می‌باشند. بخش ریسندگی این پایلوت نیز کاملاً منحصر به‌فرد و بی‌نظیر می‌باشد. در این بخش قسمت‌های مورد نیاز برای تولید الیاف توخالی به‌صورت تک‌لایه و دولایه (غشاءهای کامپوزیتی) در نظر گرفته شده و طراحی و ساخته شده است. همچنین، در این بخش امکان استفاده از ریسنده‌های چند‌نازله به‌منظور ریسندگی همزمان هزاران لیف غشایی با هدف افزایش میزان تولید وجود دارد. جابجایی ریسنده نیز در این بخش به‌صورت کاملاً خودکار انجام شده و فاصله‌ی موجود بین ریسنده و سطح حمام انعقاد به‌راحتی قابل کنترل می‌باشد. همچنین، در این بخش، سامانه‌ای جهت کنترل اتمسفر اطراف غشاء ریسیده شده به‌منظور تامین رطوبت و نوع اتمسفر اطراف الیاف در حال ریسیده شدن در نظر گرفته شده است. برای انعقاد محلول پلیمری ریسیده شده و شستشوی الیاف توخالی تولید شده نیز حمام‌های انعقاد و شستشوی ویژه‌ای در نظر گرفته شده است.بخش جمع‌آوری الیاف این پایلوت نیز یکی از بخش‌های منحصر به‌فرد این طرح می‌باشد که کاملاً نوآورانه طراحی شده است. این بخش به‌طور انحصاری برای این پایلوت طراحی شده و هیچ نمونه مشابه خارجی از این طرح در پایلوت‌های مشابه و مراجع وجود ندارد. این سامانه به‌گونه‌ای طراحی شده است که امکان تولید پیوسته الیاف توخالی با سرعت تولید مختلف و ردیف کردن الیاف به‌طور منظم در کنار هم را فراهم می‌نماید. بخش تامین گرمایش پایلوت به‌گونه‌ای طراحی شده است که قادر به تامین دمای مورد نیاز قسمت‌های مختلف پایلوت به‌صورت مستقل می‌باشد. بخش استخراج حلال نیز دارای سامانه گرمایشی مورد نیاز و پمپ‌های سیرکولاسیون مناسب جهت استخراج حلال‌های باقیمانده در الیاف تولید شده می‌باشد.بخش کنترلی پایلوت تولید الیاف توخالی، کاملاً خودکار بوده و کل فرآیند تولید توسط این بخش به‌صورت کاملاً خودکار قابل کنترل می‌باشد. در این بخش، از تجهیزات کنترلی به‌روز و کامپیوتر صنعتی جهت کنترل کل فرآیند تولید استفاده شده است. این بخش به‌گونه‌ای اجرا شده است که اپراتور دستگاه می‌تواند به‌راحتی کل فرآیند تولید را از طریق نمایشگر لمسی کنترل و راهبری نماید.طراحی و ساخت این پایلوت کاملاً خودکار جهت تولید غشاءهای الیاف توخالی، بخش مهمی از زنجیره فعالیت‌های گروه پژوهشی فناوری‌های نوین جهت دستیابی به اهداف بلندمدت شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی به‌منظور خلق و توسعه فناوری‌های نوین در زمینه تولید انرژی و جلوگیری از اتلاف منابع انرژی موجود در کشور به‌حساب می‌آید. با توجه به اهمیت فرآیندهای جداسازی به‌روش غشایی و نیاز کشور به استفاده از این فناوری به‌روز و راهبردی، و همچنین مشکلات موجود در زمینه تامین این فناوری‌ها از خارج از کشور، ساخت این پایلوت، که نمونه‌ای بی‌نظیر در کشور و کم‌نظیر در دنیا به‌حساب می‌آید، می‌تواند موجب بی‌نیازی و خودکفایی کشور در زمینه تولید غشاءهای الیاف توخالی و همچنین ایجاد غرور ملی در کشور شود.