Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
а) Можно ли ожидать, что пенициллин будет действительно задерживаться? Поясните.
Поток через мембрану может быть оценен на основе модели гелевого слоя (см. разд. VII.4).
б) В какой степени поток и задержание изменятся, если концентрация твердых частиц возрастет с 5 до 10%?
Коэффициент массопереноса к в некотором эксперименте может быть представлен формулой к = 10~5 v0,75 см/с при концентрации геля сд = 200 г/л.
в) Сколько времени потребуется для удаления 99% пенициллина с помощью мембранной установки с поверхностью 2 м2 и скоростью потока вдоль поверхности мембраны 1 м/с? 5 м/с?
2. Для очистки сточных вод часто используется микрофильтрация. Вода содержит суспензию частиц размером 1 мкм. Для применения в небольшом масштабе используется капиллярный модуль длиной 50 см, содержащий 400 капилляров с внутренним диаметром
1 мм. Очищаемая жидкость подается внутрь капилляров со скоростью 5 м/с. Рассчитайте поток пермеата такого модуля при условии, что входное давление равно 1 бар; вычислите перепад давления в капиллярах. При расчете можно использовать модель гелевого слоя с отношением Ст/сь = 10 (см. разд. VII.4). Вязкость суспензии принять равной вязкости воды, т. е. 0,001 Па- с.
3. Определите концентрацию гелеобразования сывороточного альбумина человека на основе следующих данных по ультрафильтрации:
Концентрация, масс.% 2 3 4 5
Поток, л/м2- ч 196 165 146 125
4. В опыте по ультрафильтрации масляной эмульсии на трубчатом модуле с внутренним даметром 17 мм и длиной 0,5 м были получены следующие результаты для приложенного давления 6 бар и скорости потока вдоль мембран 3,11 м/с (вязкость эмульсии 0,002 Па- с, а плотность 1 г/мл):
Концентрация, масс.% 4 6 8 12
Поток, л/м2- ч 85 70 62 48
Вычислите коэффициент массопереноса (используйте пленочную модель и корреляцию Шервуда) (см. уравнение VII-10).
5. Микрофильтрационный модуль с 200 капиллярами с внутренним диаметром 1,5 мм и длиной 50 см используется для концентрирования клеточной суспензии. Скорость потока 2 м3/ч. Рассчитайте поверхность мембран, число Рейнольдса и коэффициент массопере-дачи.
6. Рассчитайте перепад давления и число Рейнольдса для разделения в трубчатом мембранном модуле (диаметр 10 мм), в капиллярном модуле (диаметр 2 мм) и в половолоконном модуле (диаметр 100 мкм); длина всюду 1 м, пропускается чистая вода, скорость потока вдоль поверхности мембран соответственно 0,5, 1,0 и 5,0 м/с.
7. Мембранное разделение в условиях отложений на поверхности мембраны часто трактуют как фильтрацию через образовавшийся осадок.
а) Приведите общее уравнение процесса, полагая модель последовательных сопротивлений.
б) Докажите, что при задержании 100% сопротивление осадка определяется формулой
где гс — удельное сопротивление осадка, сс — концентрация в осадке, сь — концентрация в объеме, V — объем пермеата, А — поверхность мембраны,
в) Выведите следующее соотношение:
^ TlRm Г)ТсСъ -у.
V ~ ААР 2А2ссАР
где Rm — сопротивление мембраны.
При микрофильтрации часто наблюдают зависимость, схематически показанную ниже.
г) Кратко опишите оба участка показанной зависимости.
д) Перестройте эту зависимость в график потока как: функцию времени.
е) Как можно было бы прокомментировать зависимость в случае, если бы участок II проходил горизонтально?
Для фильтрации дрожжей используется мембрана с проницаемостью по воде 1000 л/м2- ч при 1 бар.
ж) Определите сопротивление мембраны при фильтрации чистой воды (вязкость воды 0,001 Па- с).
Сопротивление мембраны можно определить графически. По какой части зависимости, I или II, это можно сделать? Почему? То же относится к фильтрации дрожжей.
з) Определите сопротивление мембраны и сравните результат с тем, что было получено выше (см. пункт ”ж”). Примите вязкость 0,0025 Па с, перепад давления 1 бар, поверхность мембраны 0,4 м2.
8. Полиимидная мембрана используется в ультрафильтрационном эксперименте с раствором полистирола (концентрация 5 г/л, мол. масса 100 000) в этилацетате. Опыт проводится в ячейке типа фильтрпресса (т. е. по схеме тупиковой фильтрации) диаметром 10 см при скорости перемешивания 180 об./мин. Наблюдаемый поток равен 16 кг/м2- ч. Рассчитайте концентрацию полистирола у поверхности мембраны. (Другие необходимые для расчета параметры: вязкость этилацетата 0,455 сПз, плотность этилацетата 0,9 г/мл).
9. В оригинальной конструкции половолоконного модуля между пучками гидрофобных волокон находится жидкий раствор переносчика для облегченного транспорта. Этот принцип было предложено использовать для извлечения диоксида серы из воздуха. По одним пучкам волокон (F) течет очищаемый воздух, по другим — продувочный газ (5), а разделены они слоем раствора, играющего роль жидкой мембраны, как показано на рисунке.
Переносчик в жидкой фазе
а) Нарисуйте профиль концентрации диоксида серы.
