Wrocław, DIALIZA 1. OPIS PROCESU

Transkrypt

1 Wrocław, DIALIZA 1. OPIS PROCESU Do procesów membranowych służących do rozdzielania układów ciekłych należy akże dializa. Jes o izobaryczny i izoermiczny proces membranowy, w kórym siłą napędową powodującą przechodzenie składników przez membranę jes różnica sężeń (poencjałów chemicznych). Rozwór zasilający, z kórego składniki o małej masie cząseczkowej powinny być usunięe, jes oddzielony membraną półprzepuszczalną od rozworu dializującego, do kórego e składniki przechodzą. Zdolność membran do rozdzielania elekroliów wynika z różnic w sorpcji i dyuzji składników mieszaniny. Techniki dializy dzieli się na: Hemodializę Dializę dyuzyjną Dializę Donnana Membrany dializacyjne mają przeważnie srukurę symeryczną i częso wyprodukowane są z mikroporowaych polimerów celulozowych. Skueczność (wydajność) dializaora jes uzależniona nie ylko od właściwości zasosowanej membrany, lecz akże od przepływów objęościowych rozworów: zasilającego i dializującego. Hemodializa Zadaniem szucznej nerki (dializaora) jes usuwanie końcowych produków meabolicznych: mocznika, kreayniny, kwasu moczowego, niekórych leków oraz zapewnienie równowagi wody i elekroliów, głownie jonów sodu, poasu, wapnia i chlorkowych oraz sałego ph krwi.

2 Membrany do hemodializy powinny być przepuszczalne dla cząsek o małych masach. Naomias wykazywać reencję dla związków wielkocząseczkowych (proein). Membrany do hemodializy wykonywane są głownie z pochodnych celulozy: rypoanu i kuproanu oraz z polisulonu. Dializa dyuzyjna Jes o echnika rozdzielania mieszanin elekroliów, w kórej siłę napędową jes różnica sężeń pomiędzy dwoma rozworami oddzielonymi membraną jonowymienną. Obecnie dializa dyuzyjna oznacza separację kwasów z ich mieszanin z solami przy użyciu membran jonowymiennych. Siłą napędową jes, więc różnica sężeń kwasu u nadawie i dializacie. Nie wymaga ona nakładów energeycznych na rozdział i z ego względu uznawana jes za meodę ekonomiczną. Zasadę dializy dyuzyjnej przedsawia rysunek 1. Rys. 1. A membrana anionoselekywna do dializy dyuzyjnej; 1 nadawa (kwas i sól), 2 reena, 3 dializa (odzyskany kwas), 4 woda, a kwas, s sól. Dializę dyuzyjną sosuje się do: Odzysku kwasu z odpadów (np. w przemyśle mealurgicznym) Zobojęnianie ścieków W echnice dializy dyuzyjnej szybkość ransporu permeau wyrażana jes zazwyczaj za pomocą wzoru:

3 W=U S C gdzie: W przepływ permeau [mol/s] U współczynnik dializy [m/s] S powierzchnia membrany C różnica sężeń rozworów po obu sronach membrany [mol/m3] Różnicę sężeń r-ów będącą siłą napędową dyuzji oblicza się jako średnią logarymiczną 0 C CS C C ln ( C C ) / C 0 S lub jako średnią arymeyczną; C 0,5 C 0 C S C indeksy, s odnoszą się odpowiednio do azy zasilającej i odbierającej, indeksy 0 i odnoszą się odpowiednio do sanu począkowego i końcowego. Dializa Donnana Dializa Donnana (DD) jes jonowymienną echniką membranową, kóra polega na wymianie jonów ego samego znaku pomiędzy dwoma rozworami rozdzielonymi membraną jonowymienną. Siłą napędową procesu jes gradien poencjałów chemicznych rozworów po obu sronach membrany. Rozwór odbierający zawiera elekroli o relaywnie wysokim sężeniu zwykle jes o rozwór prosej soli lub kwasu o sężeniu od 0,1 do 1 mol dm -3. Naomias rozwór zasilający cechuje się sężeniem znacznie niższym zwykle od 0,001 do 0,1 mol dm -3. W wyniku dużej różnicy poencjałów chemicznych, obecne w rozworze odbierającym aniony lub kaiony (w zależności od rodzaju zasosowanej membrany) dyundują do rozworu zasilającego w celu wyrównania sężeń. Dla zachowania elekroobojęności obu rozworów, zachodzi równoważny przepływ jonów ego samego znaku w kierunku przeciwnym z nadawy do koncenrau. Proces wymiany jonów rwa ak długo, aż usali się pomiędzy rozworami zw. równowaga Donnana. Dializę Donnana z

4 membraną anionowymienną sosuje się obecnie do usuwania luorków z wody. Proces pozwala na przeprowadzenie skuecznej deluoryzacji, w wyniku kórej sężenie luorków zosaje obniżone poniżej warości dopuszczalnej (1,5 mg/dm 3 ). 2. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jes opracowanie i monioring procesu dializy rozworu paraceamolu (leku, kóry usuwany jes z organizmu człowieka przez nerki). 3. APARATURA I PRZEBIEG PROCESU Układ zawiera ypową membranę hemodializacyjną, kóra jes przepuszczalna dla związków małocząseczkowych (paraceamolu), kóry jako lek powinien być wydalany przez nerki, a akże szuczną nerkę. P1 P-16 Rozwór P2 odbierający dializaor Rozwór dializaowany V1 Rys. 2. Schema układu dializującego; P1 pompa cyrkulująca rozwór dializowany, P2 pompa cyrkulująca rozwór odbierający Rozwór paraceamolu (Aceaminophen C 8 H 9 NO 2, M=151 Da) o sężeniu C P =0.5[gL -1 ] należy cyrkulować za pomocą pomy P1. Obieg zawierający pompę P2 zawiera czysą wodę, kóra jes rozworem odbierającym paraceamol. W czasie procesu urzymywany jes sały poziom cieczy w obu rozworach (jes o proces izobaryczny woda nie może przechodzić przez membranę), kóry należy konrolować przy pomocy naężenia przepływu srumieni (usawienia pomp P1 i P2) i przy pomocy zaworu V1.

5 W rakcie rwania procesu moniorujemy zawarość paraceamolu w rozworze dializującym i dializowanym, bazując na krzywej sandardowej C P [gl -1 ]=A 241 / (pomiar przy długości ali λ=241nm). Równolegle do procesu cross low prowadzimy dializę przy pomocy woreczka dializacyjnego. Rozwór o akim samym sężeniu paraceamolu, co poprzednio umieszczamy w woreczku dializacyjnym (5 ml). Po szczelnym zamknięciu zalewamy woreczek wodą o objęości 100 ml. Zlewkę umieszczamy na mieszadle i moniorujemy, analogicznie do dializy cross low zawarość paraceamolu w rozworze odbierającym. 4. OBLICZENIA W ramach sprawozdania należy: Zależność sężenia paraceamolu w czasie w dializacie i rozworze dializującym dializa cross - low Zależność sężenia paraceamolu w czasie w rozworze dializującym w procesie z wykorzysaniem woreczka dializacyjnego Współczynnik dializy, zakładając że powierzchnia wymiany w dializaorze wynosi 2 m 2 (!) naomias powierzchnię woreczka dializacyjnego należy policzyć Porównać obie meody dializy. Opracowała: Dr inż. Magdalena Lech