Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
б) Почему этот метод менее эффективен при обессоливании морской воды?
Стоит задача обессоливания солоноватой воды с содержанием NaCl 1,5 г/л (мол. масса 58,45). Концентрация должна быть доведена до 0,5 г/л. Ячейка состоит из 200 отделений, электрический к.п.д. равен 0,92, а среднее электрическое сопротивление составляет 0,03 Ом на одно отделение. Расход жидкости 400 л/мин.
в) Рассчитайте силу тока и разность потенциалов в этом процессе.
12. Удаление летучих органических соединений из воздуха является одним из приложений мембранной технологии. Сырье содержит 0,5 мол.% органических паров в воздухе, фактор разделения используемой мембраны 200.
а) Дайте общее уравнение для потока органического компонента. Эффективность разделения или состав пермеата зависят от отношения Давлений Пермеата И СЫрЬЯ (ф = /?пермеат/рсырье)-
б) Зависит ли поток органического компонента от этого отношения?
Можно рассмотреть два предельных случая при разделении: 1) 0<С 1; 2) <? = 0,1 — 1. В первом случае концентрация органических паров в пермеате хр определяется фактором разделения а. Во втором случае для хр можно приближенно использовать уравнение хр = х//ф.
в) Вычислите состав пермеата при ф = 10”4 и ф = 0,2 соответственно при факторах разделения a = 200 и a = 500. Сделайте соответствующие выводы.
Материал мембраны имеет проницаемость по органическим парам 10~6 см3 (н. у.)/см2- с- см рт.ст. и используется для удаления их из воздуха при содержании 0,5мол%. Рассмотрим следующие ситуации:
Случай 12 3
^сырье,бар 12 4
Рпермеат, бар 0,2 0,4 0,8
г) Какой из рассмотренных случаев следует выбрать, чтобы реа-
лизовать оптимальное выделение паров органических веществ?
Рассчитайте поток органических паров, предполагая долю про-
шедшего через мембрану потока близкой к нулю. (Кстати, по-
чему надо сделать такое предположение?) Прочие условия:
Фсыръе,* = 0,1; фпермеат,* = 0,4, / — 1 МКМ.
13. Плазмофорез используется для отделения плазмы крови от кровяных телец. Рассчитайте поток воды при перепаде давления 200 мбар для мембраны с проницаемостью по воде 300 л/м2- ч- бар.
14. Керамические мембраны обладают амфотерным характером. Оксид циркония имеет изоэлектрическую точку (ИЭТ) при pH 6,5. Ультра-фильтрационные мембраны на основе оксида циркония обладают способностью удерживать сульфат-ионы.
а) При каком pH (3 или 9) сульфат-ионы будут удерживаться лучше?
б) 7-Оксид алюминия имеет ИЭТ при pH 9. Поверхностная вода при pH 6 часто содержит отрицательно заряженные коллоидные частицы. Целесообразно ли использовать такую мембрану в данном случае?
15. В установке кондиционирования используется атмосферный воздух с влажностью 90% при температуре 25°С. Для снижения влажности воздуха до 40% используется композиционная мембрана с рабочим слоем толщиной 1 мкм на основе поликарбоната (Рн2о = 1400 баррер). Рассчитайте поток воды, принимая нулевое парциальное давление воды в пермеате. Уравнение Антуана: \g Р = А — В/(Т + С), где для воды А = 8,07131, В = 1730,63, С = 233,426.
16. Мембрана на основе ацетата целлюлозы имеет коэффициент проницаемости по воде Lp = 10“5 г/см2 • с • бар и по растворенной в воде соли (NaCl) В = 4 • 10“6см/с. В сырье содержится 35 г/л NaCl; приложенное давление 60 бар. Вычислите поток воды, поток соли,
задержание и концентрацию соли в пермеате. (Плотность раствора равна 1 г/мл).
17. Обратноосмотическая мембрана имеет задержание 95% для очищаемого раствора с содержанием поваренной соли в растворе, равным 0,5% при 25°С и давлении 15 бар. Коэффициент проницаемости по воде Ьр = 5-10“5 г/см2 с-бар. Рассчитайте коэффициент задержания при 30 бар.
18. В аппаратах искусственное легкое используются мембранные оксигенаторы. Парциальное давление кислорода в венозной крови соответствует 53 мбар.
а) Определите движущую силу диффузии кислорода из воздуха при давлении 1 бар.
В таких аппаратах обычно используется сжатый воздух, так что парциальное давление кислорода в сырье составляет 0,9 мбар. Используется силиконовая мембрана с толщиной рабочего слоя 100 мкм и коэффициентом проницаемости по углекислому газу 3200 баррер и по кислороду 600 баррер.
б) Вычислите поток кислорода.
в) Рассчитайте необходимую поверхность мембраны, если требуется поток кислорода 250 см3 (н. у.)/мин.
г) Достаточна ли эта поверхность для удаления углекислого газа из крови? Примите, что парциальное давление углекислого газа в сырье пренебрежимо мало и парциальное давление СОг в венозной крови равно 60 мбар. Скорость выделения СО2 составляет 200 см3 (н. у.)/мин.
19. Вычислите потоки кислорода и азота через мембрану с толщиной 10 мкм, изготовленную из силиконового каучука. В качестве сырья служит воздух при 20°С и 1 бар, после мембраны поддерживается вакуум, т. е. давление пермеата равно нулю. При этом коэффициенты растворимости 5 (см3(н. у.)/см3- см рт.ст) и диффузии D (м2/с) для газов в силиконовой мембране имеют следующие значения: 5(02)=1,5 -10_3; 5(N2)=10-3; ?>(02)=1,6 • Ю-10; Z?(N2)=0,9 • Ю“10
