آب از دیدگاه مهندسی شیمی 

تلگرام آرایشی بهداشتی تبلیغ کتاب شوینده ها

آب از دیدگاه مهندسی شیمی

نویسنده:

ehsan hosnani
گردآوری، ترجمه و نگارش: احسان حُسنانی
مهندس شیمی - مترجم و پژوهشگر صنایع آرایشی بهداشتی


آب
آب

آب چیست؟

چرخه آب

همه آب موجود در طبیعت در میان منابع مختلف مدام در حال گردش است.
یادآوری: اقیانوس ها، دریاها، کوه های یخی، آب های زیرزمینی، بخارات آب و رطوبت خاک از منابع مختلف آب هستند و در فرآیند چرخه آب منظور از منابع، این موارد می باشد.
چرخه آب یک فرآیند است.
فرآیند به رویدادهای به هم پیوسته ای می گویند که به یک تغییر می انجامد.

ویژگی های غیرعادی آب

علت ویژگی های غیرعادی آب، قوی بودن جاذبه الکترواستاتیکی بین مولکول های آب است.
1- چگالی یخ کمتر از آب است. به همین علت یخ روی آب می ایستد. وقتی یک بافت زنده منجمد می شود، به علت افزایش حجم یخ تشکیل شده در اثر انجاد آب، سلول می ترکد.
2- ظرفیت گرمایی آب بالا است. همین عامل متعادل نگه داشتن دمای زمین می باشد.
ظرفیت حرارتی بالای آب باعث شده که از این ماده در صنعت به عنوان واسطه انتقال حرارت استفاده شود.
3- گرمای تبخیر آب بالا است. این ویژگی باعث می شود که در اثر تبخیر حجم کمی از آب گرمای زیادی خارج شود. مکانیسم تنظیم حرارت بدن توسط پوست و همچنین مکانیسم عملکرد کولرهای آبی بر اساس ویژگی گرمای تبخیر بالای آب عمل می کند.
4- کشش سطحی آب زیاد است. برای درک این پدیده راه رفتن حشرات روی سطح آب را به خاطر آوریم.

آب مایعی کمیاب در عین فراوانی

علت بحران آب آن است که بخش قابل مصرف آب کره زمین (آب شیرین) اندک بوده و همین آب اندک در جهان به طور یکنواخت و عادلانه توزیع نشده است. تفاوت در میزان بارندگی، تفاوت در شرایط آب و هوایی و دمایی از جمله علت های عدم توزیع یکنواخت آب است.
با وجود اینکه ۸۰ درصد سطح زمین پوشیده از آب است، اما همه نگران کمبود آن هستند. دلیلش آن است که ۹۷ درصد این آب ها شور، ۲ درصد آب ها یخ های قطبی و فقط ۱ درصد از منابع آب جهان، شیرین و قابل استفاده هستند.
آب قابل مصرف یا آب شیرین به سه شکل استفاده می شود:
• هفتاد درصد آب شیرین به مصرف کشاورزی می رسد.
• آب صنعتی برای تولید بخار، سردسازی و ماده حامل انتقال حرارت استفاده می شود.
• مصارف انسانی آب مواردی از قبیل شست و شو، نظافت و آشامیدن هستند.

منابع آب

آب های زیرزمینی، آب های سطحی و آب های شور منابع مختلف آب در زمین هستند.
آب های زیرزمینی مواد معلق کم و مواد آلی بسیار کمی دارند. آب چاه های خیلی عمیق، معمولا عاری از میکروب است اما آب چاه های کم عمق معمولاً آلوده به میکروب است.
آب های سطحی زلال نیستند. آلودگی هایی مثل دترجنت ها، نفت و فلزات سنگین و همچنین میکروارگانیسم ها، این آب ها را آلوده کرده اند. در آب شور مقدار املاح بسیار زیاد و معمولاً بیشتر از ۱۰۰۰ ppm می باشد. آب یکی از مشهورترین حلال ها است. مواد قطبی و بسیاری از نمک ها در آب حل می شوند. در جدول زیر حلالیت بعضی از مواد معدنی در آب دیده می شود.

مهمترین شاخص های آب عبارتند از:

•  شاخص املاح محلول آب TDS, pH, EC
•  شاخص های مواد معلق آب NTU, CU
•  شاخص های آلودگی آلی آب COD, BOD, TOC
•  شاخص بهداشتی بودن آب E.Coliform

ناخالصی های آب

غلظت ناخالصی آب را با واحدهای غلظت یون مثل ppm و ppb اعلام می کنند.
بیان این غلظت می تواند بر حسب جرم یون و یا بر حسب اکی والان از یون باشد.

از آنجا که بیان غلظت ها بر حسب واحد اکی والان معمولاً عدد کوچک و اغلب اعشاری است، غلظت اکی والان را در عدد ۵۰ ضرب می کنند و غلظت را بر حسب معادل کربنات کلسیمی و به عبارت دیگر معادل کربناتی (as CaCo3) بیان می کنند.
یادآور می شود که جرم هر اکی والان کربنات کلسیم، ۵۰ می باشد.

انواع سختی آب

سختی کل (مجموع یون های کلسیم و منیزیم)، سختی کلسیمی، سختی منیزیمی، سختی موقت (بی کربناتی) و سختی دائم (سختی غیر کربناتی) از انواع سختی آب هستند که بنا به ضرورت یکی از این روش ها برای بیان سختی آب انتخاب می شود.
سختی بی کربناتی آن قسمت از سختی آّب است که به صورت املاح بی کربنات بوده و در اثر حرارت از بین می رود.
سختی دائم یا غیرکربناتی آن قسمت از سختی آب است که به صورت نمک های غیرکربناتی مثل سولفات، کلراید یا نیترات می باشد. سختی غیرکربناتی در اثر حرارت حذف نمی شود.
رایج ترین روش اندازه گیری سختی کل، تیتراسیون با محلول EDTA در حضور معرف Eriochrome Black T می باشد.

تصفیه آب خانگی

مرحله اول فیلتر پلی پروپیلن - فیلتر الیافی ۵ میکرون 5 micron filter
مرحله دوم فیلتر کربن گرانول Granular activated carbon filter
مرحله سوم فیلتر کربن پودری یا فیلتر الیافی ۱ میکرون Carbon blank filter
مرحله چهارم فیلتر ممبران - اسمز معکوس Membrane RO
مرحله پنجم فیلتر پست کربن In line carbon filter
مرحله ششم , فیلتر بیو سرامیک مواد معدنی زرد جهت تنظیم پی اچ و بهبود طعم و مزه آب
فیلتر چند مرحله ای
Source: osmahabco.com

آب در صنایع آرایشی بهداشتی

اگر به فهرست ترکیبات تشکیل دهنده محصولات آرایشی بهداشتی نگاه کنیم، معمولا آب را در صدر این فهرست می بینیم. این به آن معنیست که آب معمولاً بخش عمده وزن یک محصول آرایشی بهداشتی را تشکیل می دهد. در ساخت مواد آرایشی ازآب به عنوان حلال استفاده می شود. شامپوها محصولات ویژه حمام، صابون ها و امولسیون ها همگی حاوی آب هستند. به همین علت کیفیت آب مصرفی که برای ساخت یک محصول آرایشی بهداشتی استفاده می شود، حائز اهمیت است.
بسیاری از شرکت های تولید کننده محصولات آرایشی بهداشتی آب را از شبکه لوله کشی آب شهری تأمین می کنند. آب شبکه حاوی مقادیر بسیار کمی آلاینده است. در مناطق روستایی غلظت یون کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم، بی کربنات سولفات، کلراید و سیلیکات بیشتر است. در آب مناطق شهری نیز آلاینده هایی مثل فسفات ها، کادمیم، مس، کبالت و منگنز یافت می شود.
به همین علت امروزه به جهت رعایت استانداردهای بالای پایداری محصول، تصفیه کردن آب شبکه قبل از استفاده در فرمولاسیون بسیار با اهمیت است. ادکلن ها و لوسیون های پس از اصلاح صورت حاوی ۱۵ تا ۴۰ درصد آب هستند. یون های کلسیم، منیزیم، آهن و آلومینیم موجب تشکیل آهسته رسوبات غیر قابل رویتی می شود که به مرور زمان موجب کدورت عطر می شوند. در فناوری تولید امولسیون ها، حضور یون های حجیم معدنی بر عملکرد مناسب مواد فعال در سطح به ویژه امولسیون کننده ها اختلال ایجاد نموده و با جدایش فازها پایداری امولسیون ها را کاهش می دهد. مهم تر از همه این ها حضور میکروارگانیسم ها در آب شبکه ممکن است به آلودگی میکروبی محصولات آرایشی بهداشتی منجر شود. اگر میکروب ها وارد مواد آرایشی شوند و بتوانند در آنجا رشد کنند، با ایجاد بوی نامطبوع کلونی های قابل رویت باکتری ها، کپک ها، قارچ ها و فساد محصول خواهند شد و مصرف کننده مورد آسیب قرار می گیرد. در بسیاری از کارخانه های آرایشی بهداشتی منبع بالقوه آلودگی میکروبی دقیقاً همان دستگاهیست که برای حذف آلاینده های یونی به کار می رود.

تصفیه آب برای صنایع آرایشی بهداشتی

یون زدایی با زرین های تبادل یونی

یون زدایی از آب شبکه را می توان با استفاده از سیستم های تبادل یون، اسمز معکوس یا تقطیر انجام داد. در این میان متداول ترین روش تبادل یون است. از دو نوع رزین برای حذف یون ها استفاده می شود. رزین های کاتیونی برای حذف کاتیون ها و رزین های آنیونی برای حذف آنیون ها. روی رزین های تعویض یونی مراکز فعالی وجود دارد که یون های آب روی آن ها جذب می شود. به مرور زمان این مراکز فعال کاهش می یابد و رزین های تعویض یونی بی اثر می شوند. به منظور ادامه فعالیت رزین ها باید آن ها را احیا نمود. به این معنا که با عبور دادن اسیدها و بازهای معدنی قوی جای کاتیون ها و آنیون های جذب شده را به هیدروژن و هیدروکسید داد.

روش تقطیر

در مواردی که آلاینده های یونی قابل حذف نباشند و همچنین در مواردی که آب یون زدایی شده میکروبی شده باشد، از روش تقطیر به عنوان روش جایگزین و یا همراه تبادل یون استفاده می شود. اساساً فرآیند تقطیر را برای دستیابی به آب سترون در صنایع داروسازی استفاده می کنند. تقطیر روش بسیار گران قیمتی است و انرژی بسیار زیادی را مصرف می کند.

اسمز معکوس

اسمز معکوس کاربردی ترین فناوری تخلیص با استفاده از غشا است. اصول کار بر این پایه قرار دارد که آب را تحت فشار اسمزی از غشا نیمه تراوا و از سمت محلول غلیظ تر به سوی محلول رقیق تر عبور می دهند. غشا قادر است مانع عبور ۹۵ درصد از یون های معدنی و ۱۰۰ درصد باکتری ها و ویروس ها شود.

تصفیه میکروبی آب برای صنایع آرایشی بهداشتی

پنج روش عملی برای کاهش یا حذف آلودگی میکروبی آب در کارخانه تولید مواد آرایشی وجود دارد:
•  تصفیه شیمیایی
•  تصفیه گرمایی
•  صاف کردن
•  تصفیه با نور UV
•  اسمز معکوس
از هر کدام این روش ها می توان به تنهایی یا همراه سایر روش ها استفاده نمود. تصفیه شیمیایی با استفاده از محلول های رقیق فرمالدهید یا کلر (معمولاً به صورت محلول هیپوکلریت) امکان پذیر است. تصفیه گرمایی روشیست که در آن مقدار مناسبی از آب به داخل ظرفی ریخته شده تا دمای ۸۵ تا ۹۰ درجه گرم شده و به مدت ۲۰ دقیقه در این دما نگهداری می شود. این روش آلاینده های هاگ زا را نمی تواند نابود کند. زیرا گرم کردن موجب جوانه زدن هاگ ها می شود. اگر احتمال وجود هاگ در آب باشد، همین روش گرم کردن را بعد از 2 ساعت باید تکرار نمود.
پرتوهای فرابنفش با طول موج های کمتر از ۳۰۰ نانومتر اغلب میکروارگانیسم های آلوده کننده آب مانند ویروس ها، باکتری ها و کپک ها را نابود می کنند. زیرا پرتوهای فرابنفش موجب نابودی DNA و RNA موجود در هسته سلول های آن ها می شود.


مطلب قبلی: هوای صنعتی

مطلب بعدی: استاندارد

معادل انگلیسی اصطلاحات تخصصی این مطلب

1- صابون = Soap

تلفظ antimicrobial soaps ↓
2- حلالیت = Solubility
limited solubility = حلالیت محدود
3- باکتری = Bacterium
corynebacterium xerosis = کورینه باکتری زروسیس 

propionibacterium acnes = باکتری های پروپیونی آکنه
4- فرمالدهید = Formaldehyde

تلفظ formaldehyde free ↓


تلفظ formaldehyde ↓


تلفظ formaldehyde2 ↓
5- میکروارگانیسم = Microorganism
6- قارچ = Fungus

تلفظ fungus infections ↓


تلفظ fungus ↓
7- لوسیون = Lotion
Oil-control lotion = لوسیون کنترل چربی 

unscented lotion = لوسیون بدون بو که قبل از مصرف عطر و ادکلن استفاده می شود


تلفظ unscented lotion ↓
8- رزین ها = Resins
9- باکتری ها = Bacteria
acne causing bacteria = باکتری های ایجاد کننده آکنه

antibacterial = ضد باکتری

Blemish causing bacteria = باکتری های ایجاد کننده لک پوست

negative-charged membrane of bacteria = باکتری ها را که دارای بار منفی


تلفظ bacteria ↓


تلفظ bacterial agents ↓
10- پیوسته = Continuously

تلفظ continuously ↓
11- انتقال حرارت = Heat Transfer
12- مواد آرایشی = Cosmetic Materials
13- سختی آب = Hardness Of Water
14- آلودگی میکروبی = Microbial Contamination
15- فلزات سنگین = Heavy Metals
16- تبادل یونی = Ion Exchanging
17- قارچ ها = Fungi
18- سترون = Strile
19- کپک = Mould
20- EDTA = EDTA

تلفظ Tetra sodium EDTA ↓
21- صنایع داروسازی = Pharmaceutical Industries
22- یون کلسیم = Calcium Ion
23- دترجنت = Detergent
synthetic detergents = دترجت های صناعی، شوینده های سنتزی
24- اصلاح صورت = Shaving

مطلب فوق را در شبکه های اجتماعی زیر با دوستانتان به اشتراک بگذارید



اگر مطالعه این مطلب برایتان مفید بود، روی دکمه زیر کلیک کنید !