فرآيندهاي جداسازي شيميايي

فرآيندهاي جداسازي غشايي
در بسياري از فرآيندهاي جداسازي مخلوط‌هاي گاز يا مايع، از غشاهاي نيمه تراوا استفاده مي‌شود كه امكان عبور يك يا چند جز مخلوط را راحت‌تر از بقيه اجزا فراهم مي‌سازد. غشاها ممكن است لايه‌هاي نازك ماده‌اي سخت مثل شيشه متخلخل يا فلز آبديده باشند، اما اغلب از فيلم‌هاي قابل انعطاف‌ پليمرهاي مصنوعي استفاده مي‌شود كه براي اين منظور تهيه شده‌اند و در برابر بعضي از مولكول‌ها تراوش‌پذيري زياد دارند.

جداسازي گازها
غشاهاي متخلخل
اگر مخلوط گازي از ميان غشا متخلخلي به منطقه‌اي با فشار كمتر نفوذ كند، گازي كه در غشا نفوذ مي‌كند، غني از اجزاي با وزن مولكولي كمتر است، چون آن اجزا سريعتر نفوذ مي‌كند. اگر منافذ خيلي كوچكتر از ميانگين پويش آزاد در فاز گاز (در حدود ۱۰۰۰Ao در شرايط استاندارد) باشند، گازها به صورت مستقل از يكديگر به روش نفوذ نودسن نفوذ مي‌كنند و نفوذپذيري درون سوراخ با اندازه آن و ميانگين سرعت مولكولي نسبت عمكس و با ريشه دوم وزن مولكولي M، نسبت مستقيم دارد. براي نفوذ نودسن، گاز A در منافذ استوانه‌اي رابطه زير را داريم:

DA = 9700r (T/MA)0.5
در معادله ۲۶-۱، r شعاع ميانگين منفذ بر حسب سانتيمتر، T دماي مطلق بر حسب كلوين و DA بر حسب cm/s2 است.
شار در واحد سطح غشا بستگي به نفوذپذيري موثر De دارد كه به نسبت از نفوذپذيري منفذ كمتر است كه درصد تخلخل و ضريب پيچ‌خوردگي است. در غشاهاي با تخلخل حدود ۵۰%، اين ضريب معمولاً ۲/۰ تا ۳/۰ است:

شار هر گاز متناسب با گراديان غلظت است كه اگر ساختمان غشا يكنواخت باشد و گازهاي اثر متقابل بر يكديگر نداشته باشند، خطي است. معمولاً اين گراديان را به صورت گراديان فشار بيان مي‌كنند و فرض مي‌شود گازها ايده‌آل هستند:

تركيب ماده تراوش كننده بستگي به شار همه موارد دارد. در سيستمي دو جزئي، كسر مولي A در ماده تراوش كننده عبارت است از:

از گراديان فشار در غشايي كه در تماس با مخلوطي دو جزئي هم مولار واقع شده، در شكل ۲۶-۱، نشان داده شده است. در اين مورد فرض مي‌شود كه نفوذپذيري گاز A دو برابر نفوذپذيري گاز B (مل هليم و متان) و فشارهاي جريان بالايي و پاييني به ترتيب ۴/۲ و ۱ اتمسفر است. ۶۰% ماده نفوذ كننده را A تشكيل مي‌دهد كه نسبت به غلظت ۵۰%A در خوراك فقط كمي بيشتر غني شده است. غني شدن، گراديان A را كمتر از گراديان B مي‌كند (۸/۰=۴/۰-۲/۱=∆PB؛ ۶/۱=۶/۰-۲/۱=∆PA)، لذا شار A فقط ۵/۱=(۸/۰÷۶/۰)×۲ برابر

شار B است كه باعث مي‌شود ماده تراوش كننده داراي ۶۰%A باشد. اگر فشار خوراك بيشتر يا فشار طرف نفوذ كننده غشا كمتر از فشار اتمسفر باشد، ماده تراوش كننده كمي از A غني‌تر مي‌شود. با متراكم كردن ماده تراوش كننده و فرستادن آن به يك واحد غشايي ديگر، مقدار كمتري از محصول خالص‌تر به دست مي‌آيد. مجموعه‌اي از مراحل با جريان يا چرخه مجدد را براي بدست آوردن محصولات تقريباً خالص مي‌توان طراحي كرد، اما هزينه تراكم در هر مرحله معمولاً چنين فرآيندهايي را بسيار پرهزينه مي‌سازد.

مثالي كاملاً شناخته شده، از جداسازي گاز به وسيله غشاهاي متخلخل و شايد تنها كاربرد آن در مقياس وسيع جداسازي ايزوتوپ‌هاي اورانيوم با استفاده از هگزافلونوريدها ۲۳۸UF, 235UF است. چون اورانيوم طبيعي فقط ۷/۰% ۱۲۵U دارد و نفوذپذيري هگزافلوئوريدها فقط ۴/۰% است، بيش از هزار مرحله لازم است تا محصولي با ۴% ۲۳۵UF و باقيمانده‌اي با ۲۵/۰% ۲۳۵UF بدست آيد.
غشاهاي پليمري
انتقال گازها درون غشاهاي پليمري متراكم (غيرمتخلخل) با مكانيسم انحلال ـ نفوذ صورت مي‌گيرد. گاز در ظرف پرفشار غشاها در پليمر حل مي‌شود و در فاز پليمر نفوذ مي‌كند و در طرف كم فشار دفع يا تبخير مي‌شود. سرعت انتقال جرم بستگي به گراديان غلظت در غشا دارد كه اگر انحلال‌پذيري متناسب با فشار باشد، با گراديان فشار در غشاء متناسب است. اختلاف گراديان‌هاي يك مخلوط دو جزئي در شكل ۲۶-۲ نشان داده شده است. به فرض قانون هنري در مورد هر گاز صادق و در سطح مشترك تعادل برقرار است. در اين مورد از مقاومت گاز ـ فيلم صرف‌نظر شده و در نتيجه، فشارهاي جزئي در سطح مشترك گاز ـ پليمر مثل فشارهاي جزئي در كل مخلوط است. شار در گاز A برابر است با:

غلظت‌هاي با يك ضريب انحلال‌پذيري S كه واحدهايي همچون mol/cm2-atm دار، به فشارهاي جزئي مربوط هستند (S عكس ضريب قانون هنري است):

با استفاده از معادله فوق و تعويض گراديان غلظت با گراديان فشار، معادله زير بدست مي‌آيد:

حاصل ضرب DASA، شار در واحد گراديان فشار است كه به آن تراوش‌پذيري در غشا qA مي‌گويند و اغلب برحسب Barrer بيان مي‌شود. چون در غشاهاي موجود در بازار، ضخامت واقعي غشا هميشه معلوم نيست يا مشخص نشده است، اغلب از شار در واحد اختلاف فشار استفاده مي‌شود كه تراوش‌پذيري QA نام دارد:

واحدهاي مناسب براي QA برابر std ft3/ft2-h-atm يا L(STP)/m2-h-atm است. در استفاده از مقادير منتشر شده، تراوش‌پذيري واحد ۴ را بايد به دقت امتحان كرد، چون تعاريف مختلفي براي اين منظور بكار مي‌رود.
نيست تراوش پذيري‌ها در غشا در مخلوطي دوجزئي برابر قابليت انتخاب a (كه به آن ضريب جداسازي ايده‌آل نيز مي‌گويند) مي‌باشد:

مقدار قابليت انتخاب بزرگ را مي توان از نسبت نفوذ پذيري مطلوب يا اختلاف زياد حلاليت بدست آورد . در مقايسه با نفوذ پذيري در فاز گاز ، نفوذ پذيري در غشا بيشتر به اندازه و شكل ملوكولها بستگي دارد و در ملوكولهاي تقريباً يكسان ، اخلافهاي زيادي ممكن است موجود باشد . مثلاً ، نسبت Dn2/Do2 در چندين پوليمر بين ۵/۱ تا ۵/۲ است هر چند مولكول o2 فقط ۱۰% كوچكتر از موكلول N2است مقادير نفوذ پذيري با توجه به نوع پليمر ، تفاوت بسيار با هم دارند . كمترين مقدار مربوط به پليمرهاي شيشه اي يا متبلور و مقادير زياد مربوط به

پليمرهايي است كه دمايي بالاتر از دماي انتقال شيشه اي دارند . چند مقدار براي نفوذ پذيري در جدول ( ۲۶-۱) ذكر شده است . انحلال پذيري گاز نيز بطور گسترده با توجه به گاز و نوع پليمر تقيير مي كند . در گازهايي كه نقطه جوش يا دماي بحراني پايين دارند ، انحلال پذيري كم است ، ولي شباهت گاز و پليمر هم مهم است . گازهاي قطبي معمولاً در پليمرهاي با تعداد گروهاي قطبي زياد ، انحلال پذير هستند و انحلال پذيري بخار آب در موادي كه با مولكولهاي آب پيوند هيدروژني تشكيل مي دهند نيز زياد است .

با وجود محدوده گستره اي از نفوز پذيري و انحلال پذيري تعجبي ندارد اگر برخي از قشاها براي بعضي مخروطهاي گازي با قابليت انتخاب بزرگ باشد . در لاستيك سيليكوني ، قابليت انتخاب براي ــــ مساوي ۹/۴ و براي ــــ مساوي ۴/۵ است . در كاپتون (kapton) كه يك پلي اتر دي ايميد آروماتيك و يك پليمر شيشه اي است ، تراوش پذيري در غشا دو تا چهار مرتبه كوچكتر از مقدار آن در لاستيك سيليكوني است و ترتيب تراوش پذيري تغيير مي كند . قابليت انتخاب در كاپتون ، ۱۸/۰ براي ــــ و ۸/۱ براي ــــ است . همان طور كه در بخش بعدي نشان داده مي شود ، قابليت انتخاب چهار يا بيشتر معمولاً براي جداسازي خوب لازم است .

در اكثر گازها ، با افزايش نفوذ پذيري افزايش مي يابد ، چون افزايش تراوش پذيري از كاهش در انحلال پذيري بيشتر است . تغيير در تراوش پذيري اغلب طبق معادله نمايي (- E/RT) O = a exp با انرژي فعال سازي كه از ۱ تا ـــــ ۵ تغيير مي كند در رابطه است . اما افزايش دما معمولاً قابليت انتخاب غشا را كاهش مي دهد و در نتيجه دماي عملياتي از موازنه مقدار شار زياد مورد نياز و قابليت انتخاب مشخص مي شود .
جدول ۲۶-۱ ضرايب نفوذ در پليمرهاي انتخابي ۲
۱۰ * D در C 25 ،cm 2/s

پليمر
۱۷/۰
۵۷
۱۹۳
۸۹۰ ۵۴/۰
۱۲۴
۳۷۲
۱۱۱۰ ۴/۱
۹۳
۳۲۰
۱۱۱۰ ۶/۳
۱۷۰
۴۶۰
۱۵۸۰ پلي اتيلن تري فتالات
پلي اتيلن (g/cm3 964/0 = p
پلي اتيلن (g/cm3 914/0 = p
لاستيك طبيعي

ساختمان غشا ـ شار در فيلم پليمري متراكم نسبت عكس با ضخامت دارد ‌‌‌[ معادله (۲۶-۷ )] ، لذا تا آنجا كه ممكن است غشا را باريك مي سازد ، بدون آنكه در آن سوراخ يا نقاط ضعفي باشد . فرايندهاي جداسازي گازي با اختلاف فشارهاي ۱ تا ۲۰ اتمسفر انجام مي شود . لذا غشا نازك بايد روي ساختماني متخلخل واقع شود كه در برابر چنين فشارهايي مقاومت داشته باشد ، اما مقاومت كمي در برابر عبور گاز نشان مي دهد . اين نگه دارنده را از سراميك ، فلز يا پليمر متخلخل مي سازند و درصد تخلخل آن بايد حدود ۵۰% باشد .

جداكننده گاز طوري تهيه مي شود كه تكيه گاه در آنها بخش ثابتي از غشا باشد . از روشهاي خاص ريخته گري براي تهيه غشاهاي نامتقارن استفاده مي شود كه لايه يا پوسته اي نازك و متراكم در يك طرف و زير سازي بسيار متخلخلي روي بقيه غشا دارند . عكس اين نوع غشا در شكل (۲۶-۳) نشان داده شده است .
غشاهاي جداكننده گاز داراي ضخامت ۵۰ تا μm 200 و پوسه ۱/۰ تا μm 1 مي باشند تكنيكهاي جديد امكان توليت غشاهاي تجارتي يا پوسته اي نازكتر از μm 1/0 را فراهم ساخته اند .
غشاهاي داري پوسته بسيار نازك بيشتر سوراخهاي سوزني دارند و چون عبور از ميان اين سوراخهاي ريز نسبت به نفوذ در ميان پليمر متراكم بسيار سريع صورت مي گيرد ، وجود فقط چند سوراخ سوزني در واحد سطح قابليت انتخاب را به مقدار قابل توجهي كاهش مي دهد . راه حل اين مشكل ، پوشاندن غشا با پليمري بسيار تراوا ولي غير انتخابي است كه سوراخهاي سوزني را پر مي كند و تراوش پذيري بقيه قشاها را خيلي كاهش نمي دهد . قشاهاي نامتقارن را مي توان به شكل ورقهاي تخت ، لوله يا الياف توخالي ، قطري به كوچكي μm 40 تهيه كرد . الياف توخالي كوچك آنقدر محكم هستند كه بدون هيچگونه تكيه گاه اضافي بتوانند در برابر فشارهاي زياد مقاومت كنند ، ولي ورقهاي تخت نياز به تكيه گاه اضافي دارند .

گراديان غلظت در غشا نا متقارن پيچيده است ، چون نيروي محرك براي نفوذ در لايه پوسته ، گراديان غلظت گاز حل شده در پليمر متراكم و نيروي محرك در لايه تكيه گاه متخلخل ، گراديان غلظت يا فشار در منفذ پر شده است . اگر لايه متخلخل ضخيم باشد ، نفوذ سهم زيادي در شار ندارد و گاز در منفذهاي پيچ خورده با جريان آرام انتقال مي يابد . در غشاهاي داراي شار زياد ، ممكن است مقاومت قابل توجهي در برابر انتقال جرم در لايه هاي مرزي سيال در هر دو طرف وجود داشته باشد . شكل (۲۶-۴) ، گراديانهاي فشار و غلظت را در غشا نا متقارن نشان مي دهد . در اين مورد تراوش پذيري A خيلي بيشتر از B و شار A چند برابر شار B است . نمودار ، گراديان فشار كم A را در لايه مرزي خوراك نشان مي دهد ، اما افت زياد در نشان دهنده آن است كه پوسته بيشترين مقاومت در برابر انتقال دارد . توجه كنيد گراديان در B در لايه مرزي ، منفي است و B توسط انتقال كل كه عمدتاً A است ، علي رغم گراديان غلظتي كه دارد ، منتقل مي شود .

به فرض گازها با فاز پليمر در دو طرف لايه پوسته در تعادل باشند . تركيب گاز در منافذ مجاور پوسته معمولاً با تركيب توده ماده تراويده در آن نقطه يكسان نيست . تركيب توده بستگي به آرايش جريان جداكننده دارد و ممكن است توده گارز A بيشتر يا كمتر از گاز درون لايه متخلخل داشته باشد . نمودار شكل (۲۶-۴) موردي را نشان مي دهد كه در آن توده ماده تراوش كننده حدود ۷۰% A است و گازي كه از لايه پوسته خارج مي شود حدود ۹۰% A است .

شيوه هاي جريان در جداكننده هاي قشايي – چند روش براي ترتيب دادن به مساحت سطح جداكننده گاز وجود دارد و بعضي از آنها در شكل (۲۶-۵) براي غشاهاي الياف توخالي با يك لوله جداري بيروني نشان داده شده است . فقط تعدادي از اليافها نشان داده شدهاند و براي وضوح تصوير ، اندازه آنها بسيار بزرگ نشان داده شده است . براي جداكننده تجاري ، تا يك ميليون الياف درون پوسته اي به قطر چند اينچ جا مي گيرد . الياف ها داراي تركيب اپوكسي در يك يا هر دو سر واحد مورد نظر مي باشند و درون ورق لوله اي جاي گرفته اند و ماده تراوش كننده جدا از هم نگه داشته مي شوند .

شكل (۲۶-۵ الف) جداكننده اي را نشان مي دهد كه براي عبود متقابل مرتب شده است و خوراك گاز در بخش پوسته است . يك سر الياف بسته است تا انتقال ماده تراوش كننده از صفر در سر بسته به مقدار نهايي در سر تخليه افزايش يابد . خورامك گاز بايد از عرض برخي از الياف در نزديكي ورودي و خروجي عبور كند تا جريان هميشه موازي با محور نباشد ، همچنان كه در انتقال متقابل ايده آل اتفاق مي افتد . توزيع مناسب جريان در پوسته ايجاد مشكل در طراحي مي كند خصوصاً در واحدهايي كه قطر بزرگي دارند .

در برخي جداكننده ها ، دو سر الياف ، مثل شكل (۲۶-۵ ب) باز است و ماده تراوش كننده از مركز به هر يك از آن دو انتقال مي يابد . اين باعث مي شود كه انتقال در نيمي از جداكننده متقابل و نيمه ديگر آن ، موازي جريان باشد . اين آرايشها افت فشار در انتقال ماده تراوش كننده درون الياف را كاهش مي دهد يا امكان ساخت واحدهاي طولاني تري با همين افت فشار را فراهم مي كند . معمولاً اگر از غشاهاي نا متقارن استفاده شود ، تفاوت كمي در تركيب ماده تراوش كننده در عمليات موازي يا متقابل جريان وجود دارد ، چون شارها به فشارهاي جزئي سطح پوسته بستگي دارند نه به فشارهاي جزئي جريان محصول .

مشكل توزيع مناسب جريان در پوسته ، با استفاده از جريان متقاطع مشابه شكل (۲۶-۵ ج) برطرف مي شود . الياف حول لوله تخليه مشبك دسته مي شوندو خوراك گاز بصورت شعاعي از بيرون لوله جداري به لوله مركزي منتل مي شود . اگر انتقال بصورت شعاعي رو به داخل باشد و با تراوش پذيري گاز از الياف ، انتقال كاهش يابد ، تغيير زيادي در سرعت عبور از كنار الياف بوجود نمي آيد . بعضي جداكننده هاي تجاري طوري طراحي مي شود كه خوراك درمركز باشد و انتقال شعاعي رو به بيرون صورت گيرد ، گرچه اين كار تغيير سرعت از ورودي به خروجي را افزايش مي دهد . الياف را مي توان در يك سر واحد ، يا در دو سر آن درون ورقه هاي لوله اي قرار داد.

ترتيب قرار گرفتن جداكننده‌ها
اكثر كاربردهاي غشا در جداسازي گاز يا مايع نياز به چند واحد دارند، چون قطر بزرگترين واحدها فقط حدود ۱ فوت (۳/۰ متر) و طول آنها ۱۰ تا ۱۵ فوت (۳ تا ۵ متر) است. يك مدول با فيبر توخالي به اين اندازه چند فوت مربع مساحت غشا دارد و در هر دقيقه چند صد فوت مكعب گاز را فراوري مي‌كند. براي بررسي شدت جريان‌هاي بسيار بيش‌تر پالايشگاه يا واحد شيميايي، مانند شكل ۲۶-۱۱، مي‌توان چندين واحد را بطور موازي كنار هم قرار داد. در طراحي سيستم توزين خوراك بايد دقت كرد تا در همه واحدها شدت جريان يكسان باشد. در بهره‌برداري در ظرفيت كم، برخي از واحدها را مي‌توان تعطيل كرد تا شدت جريان در مدول‌ها تقريباً يكسان باشد. اگر همه واحدها مورد استفاده قرار بگيرند، بازيافت بيشتر محصول نفوذ كننده شدت جريان كم منجر به ميعان مايع در طرف خوراك مي‌شود.

گاهي مانند شكل فوق، جداكننده‌ها را به صورت سري كنار مي‌چينند. افت فشار ناشي از اصطكاك در خوراك معمولاً كم است (كمتر از ۱ اتمسفر). لذا مي‌توان دو يا سه واحد را به صورت سري كنار هم قرار دارد، بدون اينكه مجبور به تراكم‌ مجدد خوراك باشيم. جريان‌هاي تراوش كرده از نظر خلوص با هم متفاوتند و از آنها مي‌توان براي مقاصد مختلف استفاده يا همه آنها را با هم تلفيق كرد. در روش بهره‌برداري ديگر از فشارهاي ماده تراوش كننده كمتر در واحدهاي متوالي استفاده مي‌شود. اولين واحد ماده تراوش كننده فشار متوسط ايجاد مي‌كند، به طوري كه از گاز مي‌توان مستقيماً و بدون تراكم استفاده كرد.

واحد دو در فشار كمتر جريان پايين كار مي‌كند تا كاهش غلظت خوراك جبران شود و ماده تراوش كننده براي استفاده مجدد تراكم يابد. در يك واحد بزرگ، از يك ترتيب مخلوط سري ـ موازي مي‌توان استفاده كرد و چند زوج نفوذ كننده را به يك منبع مشترك خوراك وصل كرد.

براي يافتن ماده نفوذ كننده با خلوص بيشتر، محصول اولين مرحله را مي‌توان متراكم ساخت و مطابق شكل ۲۶-۱۱ به مرحله دوم فرستاد. از دو مرحله يا بيشتر به اين ترتيب مي‌توان استفاده كرد و خلوص موردنظر را بدست آورد، ولي هزينه تراكم مجدد و افزايش پيچيدگي سيستم اين طرح را معمولاً غيراقتصادي مي‌سازد. شيوه جديدي كه در آن از دو جداكننده و يك مرحله تراكم مجدد استفاده مي‌شود، برج غشا پيوسته است. مطابق شكل (۲۶-۱۱)، بخشي از ماده تراوش كننده در جدا كننده دوم تراكم مي‌يابد و به طرف ديگر غشا فرستاده مي‌شود و در آنجا به صورت متقابل با ماده تراوش كننده جريان مي‌يابد. اين عمل با برگشت امكان بدست آوردن ماده تراوش كننده بسيار خالص را فراهم مي‌كند. بخار آب برگشتي با جريان در جداكننده جزء تراوش‌پذيرتر خود را از دست مي‌دهد و با خوراكي كه به جداكننده اول مي‌رود، مخلوط مي‌شود. اين طرح در واحدهاي آزمايشي بكار رفته، ولي هنوز به صورت تجارتي بكار برده نشده است.

جداسازي مايعات
چند نوع فرآيند براي جداسازي مخلوط مايعات با استفاده از غشاهاي متخلخل يا غشاهاي پليمري نامتقارن وجود دارد. در غشاهاي متخلخل، جداسازي فقط به اختلاف نفوذپذيري بستگي دارد، مانند دياليز، كه در آن محلول‌هاي آبي در فشار جو در دو طرف غشا وجود دارند. در استخراج مايع ـ مايع با استفاده از غشاهاي متخلخل، فاز پس‌مانده امتزاج‌ناپذير و فاز محصول استخراج توسط غشا از هم جدا مي‌شود و اختلاف در توزيع ماده حل شده تعادلي و نيز اختلاف در نفوذپذيري، تركيب محصول استخراج را در مخلوط مشخث مي‌كند.

در غشاهاي نامتقارن يا غشاهاي پليمري متراكم، تراوش‌پذيري مايعات با مكانيسم انحلال نفوذ صورت مي‌گيرد. قابليت انتخاب بستگي به نسبت انحلال‌پذيري و نسبت نفوذپذيري‌ها دارد و اين نسبت‌ها بسيار وابسته به ساختمان شيميايي پليمر و مايعات است. نيروي محرك انتقال گراديان فعاليت در غشا است، ولي بر خلاف جداسازي گاز، نيروي محرك را نمي‌توان در دامنه وسيع با افزايش فشار وجه بالاي غشا تغيير داد، چون در فاز مايع، فشار تاثير چنداني ندارد. در تراوش تبيخيري، يك طرف غشا در تماس با خوراك مايع در فشار جو اس و از خلا يا گاز كششي براي تشكيل يك فاز بخار در طرف ماده تراوش كننده استفاده مي‌شود. اين كار فشار جزيي سيال تراوش كننده را كاهش مي‌دهد و يك نيروي محرك فعاليت براي نفوذ فراهم مي‌سازد. در اسمز معكوس، ماده تراوش كننده تقريباً آب خالص در فشار حدود ۱ اتمسفر است و فشار بسيار زيادي بر محلول خوراك وارد مي‌شود تا فعاليت آب قدري بيشتر از ماده تراوش كننده شود كه موجب ايجاد يك گراديان فعاليت در غشا مي‌شود، گرچه غلظت آب در محصول بيشتر از غلظت در خوراك است.

دياليز
در دياليز از غشاهاي متخلخل استفاده مي‌شود. دياليز، فرآيندي است براي جدا كردن انتخابي مواد حل شده با وزن مولكولي كم از يك محلول با نفوذ كردن آنها به طرف ناحيه‌اي با غظت كمتر. در غشا اختلاف فشاري وجود ندارد يا كم است و شار هر ماده حل شده متناسب با اختلاف غلظت است. مواد حل شده با وزن مولكولي زياد اكثراً در محلول خوراكي برجاي مي‌مانند، چون نفوذپذيري آنها كوچك و وقتي مولكول‌‌ها تقريباً به درشتي منافذ باشند، نفوذ در منافذ كوچك بسيار كاهش مي‌يابد.

گراديان‌هاي غلظت‌ در آزمايش دياليزي در شكل (۲۶-۱۲) نشان داده شده است. به فرض خوراك حاوي ماده حل شده‌اي با وزن مولكولي كم A، ماده حل‌شده‌اي با وزن مولكولي متوسط B و كلوئيد C است. در دو طرف غشا، از لايه‌هاي مرزي غلظت وجود دارد كه سهم قابل توجهي در مقاومت كل دارند، اگر غشا از لايه‌هاي مرزي نازك‌تر باشد، گراديان A or B در غشا نسبت به لايه‌هاي مرزي بيش‌تر است، چون نفوذپذيري موثر كم‌تر از نفوذپذيري كل است و در حالت پايا، شار در غشا با شار در لايه‌هاي مرزي مساوي است. مقادير CA, CB در غشا مقادي غلظت سيال درون منفذ به غلظت‌هاي مبتني بر حجم كل غشا است. در سيال داخل منفذ و در محصول، CC=0 است، چون ذرات كلوئيدي بزرگتر از اندازه منفذ باشد.
در معادله‌هاي كلي شار براي ماده حل شده، سه مقاومت به صورت سري منظور شده است:

 

ضرايب K1, K2 در خوراك و محصول بستگي به شدن جريان‌ها، خواص فيزيكي و ساختمان هندسي غشا دارد كه مي‌توان مشخص كرد. ضريب غشا بستگي به نفوذپذيري موثر De و ضخامت غشا Z دارد.

يك معادله نظري براي De مبتني بر λ نسبت اندازه مولكول به اندازه منفذ است:

جمله (۱-λ)۲ كسر حجمي موجود براي مولكولي كروي در منفذي استوانه‌اي است و جمله آخر در معادله فوق ممانعت در برابر نفوذ را نشان مي‌دهد. به ازاي ۵/۰=ε، ۲=t، ۱/۰=λ، Dv164/0=De و به ازاي ۵/۰=λ، Dv022/0=De است. چون De خيلي كمتر از Dv است، شار نفوذ كاملاًبا مقاومت غشا كنترل مي‌شود.
شناخته شده‌ترين كاربرد دياليز، استفاده از كليه‌هاي مصنوعي براي خروج مواد زائد از خون اشخاص مبتلا به بيماري كليوي است. در اين دياليز، از غشاهاي سلولزي با الياف توخالي استفاده مي‌شود و ضمن گردش محلول سالين در بيرون، خون از الياف عبور مي‌كند. اوره و ديگر مولكول‌هاي كوچك در غشا نفوذ مي‌كند و به طرف محلول بيروني مي‌روند و پروتئين‌ها و سلول‌ها در خون برجاي مي‌مانند. محلول دياليز نمك و گلوكز را افزايش مي‌دهد تا مانع از دست رفتن اين مواد از خون شود.

كاربرد صنعتي دياليز بازيافت سود سوزآور از محلول‌هاي همي سلولز است كه در ساختن ابريش مصنوعي در فرآيند گران‌روي بكار مي‌رود. غشاهاي مسطح موازي با يكديگر به صورت فيلتر پرس واقع مي‌شوند و آب در جهت مخالف با محلول خوراك وارد مي‌شود تا يك محصول دياليز با حداكثر ۶ درصد NaOH توليد شود. بازيافت نمك‌ها يا قندها از ديگر محصولات طبيعي يا ديگر محلول‌هاي كلوئيدي را مي‌توان با دياليز انجام داد، ولي بيشتر احتمال دارد از فراتصفيه استفاده شود، چون سرعت‌هاي نفوذ بيشتري را مي‌توان با آن بدست آورد.

در بسياري از كاربردهاي در مقياس وسيع الكترودياليز از غشاهاي انتخابي يون و يك گراديان پتانسيل براي تسريع در مهاجرت يون‌ها در غشاها استفاده مي‌شود. آب شور را مي‌توان با عبور از دسته‌اي از غشاهاي متناوباً كاتيوني و آنيوني همچون شكل ۲۶-۱۳ به آب آشاميدني تبديل كرد. در نيمي از فضاها، كاتيون‌ها به يك طرف و آنيون‌ها به طرف ديگر مي‌روند و آب خالص مي‌ماند. محلول در فضاهاي متناوب غليظ‌تر مي‌شود و نهايتاً دور ريخته مي‌شود. واحدهاي مشابهي براي تغليظ محلول‌هاي نمكي در فرآيندهاي مختلف بكار مي‌روند. يك مورد استفاده از الكترودياليز در تصفيه محلول نمكي دفع شده از يك سيستم اسمز معكوس است. غلظت نمك تا هشت برابر افزايش مي‌يابد و اين هزينه دفع را كاهش مي‌دهد و آب حاصل به واحد اسمز معكوس بازگردانده مي‌شود. در اين كاربرد، قطب‌هاي الكترود در فواصل زماني منظم معكوس مي‌شود تا مشكلات جرم‌گرفتگي بر اثر غلظت زياد نمك به حداقل برسد.