Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
Расход энергии
Расход энергии определяется мощностью компрессора. Последняя может быть рассчитана по тому же уравнению, которым мы пользовались при расчете мощности вакуумного насоса. Предполагая, что к.п.д. компрессора 70%, имеем
qj х = 25м3/ч, п = 0,284 моль/с Р — 2313 Дж/с « 2,3 кВт
Литература
1. Saltonstal С. W., Lawrence R. W., Desalination, 42 (1982) 247.
2. Hogsett J. E., Mazur W. Hydrocarbon Processing, 62, aug. 1983, p. 52.
3. Spillman W., Chemical Engineering Progress, January 1989, p. 41.
4. Hwang S. Т., Kammermeyer K., Membranes in separations, John Wiley, New York, 1975.
5. Rautenbach R.f Albrecht Membrane Processes, John Wiley, New York, 1989.
6. Nitto Denko Technical Report, The 70th Anniversary Special Issue, 1989.
7. Beek W. J., Muttzall К. М. К., Mass transport phenomena, John Wiley, New York, 1977.
8. Toray, Technical Bulletin
Дополнительная литература*
1* Князев И. С., Лагунцов Н. И., Сулаберидзе Г. А. Теор. осн. хим. технол., 15 (1981) 36.
2* Груздев Е. Б., Лагунцов Н. И., Николаев Б. И., Тодосиев А. П., Сулаберидзе Г. А.у Атомная энергия, 57 (1984) 117.
3* Груздев Е. Б., Лагунцов Н. И., Николаев Б. И., Тодосиев А. П., Сулаберидзе Г. А., Атомная энергия, 61 (1986) 355.
4* Дытнерский Ю. И., Брыков В. П., Каграманов Г. Г. Мембранное разделение газов. — М.: Химия, 1991.
5* Брык М. Т., Голубев В. Н., Чагаровский А. П. Мембранная технология в пищевой промышленности. — Киев: Техника, 1990.
6* Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии (в
2 томах), Изд. 2-е, т. 1. — М.: Химия, 1995.
Задачи к главе VIII
1. В модуль, работающий в режиме идеального смешения, подается со * скоростью 5 м3/ч поток с концентрацией 10 г/л. В пермеате концентрация составляет 1 г/л, а поток равен 4 м3/ч, в ретентате концентрация и поток равны соответственно 46 г/л и 1 м3/ч. Рассчитайте задержание, фактор селективности, степень извлечения и снижение объема.
2. Рассчитайте плотность упаковки в м2/м3 половолоконного модуля с волокнами, имеющими внешний диаметр 100 мкм.
3. Греческий фермер, выращивающий капусту брокколи, хочет получать воду для полива при обратноосмотическиой обработке солоноватых вод в одноступенчатом модуле. В исходной воде содержится 3000 млн-1 NaCl, а требуется получить воду с содержанием соли не выше 200 млн”1. Необходимая производительность установки
* Представлена редакторами перевода.
10 м3/ч. Имеется 4 различных мембранных модуля со следующими характеристиками:
Мембрана Задержание,% Поток через модуль, л/ч А 90 480
В 95 320
С 97 200
D 98 80
Задержание и поток определены по отношению к раствору соли с концентрацией 3000 млн-1 и при давлении 28 бар. Предложите одноступенчатую установку с минимальной поверхностью мембраны, позволяющую достичь степень извлечения 75%. Максимально допустимое давление 42 бар.
4. Хранилище для захоронения отходов производит биогаз с содержанием 40% СС>2 и 60% СН4. Необходимо извлечь метан для последующего использования. Для этой цели имеется мембрана с селективностью СО2/СН4 = 50 и коэффициентом проницаемости по углекислому газу 50 баррер. Процесс можно осуществлять в режиме компримирования или в вакуумном режиме. Возможны следующие комбинации давления до (р/, или рн) и после (рР) или pi) мембраны.
Вариант 1 2 3 4 5 6
pf, бар 1 2 4 5 10 20
рр, бар 0,2 0,2 0,2 1 1 1
а) В каком из вариантов будет получен максимальный поток?
б) И в каком будет достигнута максимальная концентрация углекислого газа в пермеате?
Необходимо, чтобы в процессе энергетический баланс был положительный, т. е. подвод энергии для работы установки был бы меньше, чем энергетическая стоимость производимого потока метана. Теплота горения метана составляет 213 к Дж/моль.
в) Для варианта 6, осуществляемого в виде одноступенчатого процесса, рассчитайте расход энергии и количество энергии, извлекаемое при производительности 200 м3 (н. у.) биогаза в час. Кроме того, концентрация метана в ретентате должна быть не ниже 90%. Эффективная толщина рабочего слоя мембраны равна
1 мкм, а к.п.д. компрессора — 60%. Среднюю логарифмическую концентрацию можно принять при расчете в качестве средней концентрации над мембраной.
5. Газоразделение на полых волокнах можно осуществлять при очень высоких давлениях, до 100 атм. Возможно два варианта подачи сырья — внутрь волокон и в межволоконное пространство.
а) Какую конфигурацию вы предпочитаете?
Для получения обогащенного кислородом воздуха можно ис-
пользовать мембраны с относительно низкой селективностью и большой проницаемостью. Часто используют вакуумную схему, причем поток пермеата пренебрежимо мал по сравнению с потоком сырья. Для получения потока, содержащего 30% кислорода, могут быть использованы композиционные мембраны с рабочим слоем на основе силиконового каучука,
