Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
б) Рассчитайте поверхность мембраны, необходимую для получения 100 м3 (н. у )/ч воздуха, обогащенного кислородом до концентрации 30%.
Мольная доля кислорода в сырье (хо2) 0,21
Мольная доля азота в сырье (xn2) 0,79
Коэффициент проницаемости по кислороду (Ро2) 600 баррер
Коэффициент проницаемости по азоту (Pn2) 280 баррер
Толщина рабочего слоя мембраны (?) 1 мкм
Давление сырьевого потока (рн) 1 бар
Давление пермеата (pi) 0,2 бар
в) Как соотносятся потоки через мембрану для азота и кислорода?
Возможны два варианта — компримирование сырья (I) или ва-куумирование пермеата (II).
г) Зависит ли от выбора варианта необходимая поверхность мембраны?
д) Какому из этих двух вариантов вы отдадите предпочтение с точки зрения энергетических оценок? Примите, что к.п.д. компрессора и вакуумного насоса одинаковы.
6. Подаваемый с скоростью 360 л/ч 1%-ный раствор альбумина (мол. масса 65000) необходимо сконцентрировать в 10 раз по массе в одноступенчатом процессе. Концентрация гелеобразования альбумина составляет 200 г/л. Используемая мембрана полностью задерживает альбумин. Рассчитайте необходимую поверхность мембраны в процессе с потоком сырья, перпендикулярным направлению транспорта, при скорости 0,5, 1,0и5,0 м/с. При расчете потока можно использовать модель концентрационной (гелевой) поляризации, а для коэффициента массопереноса — соотношение
к = 2 - 10”5и0,75 (м/с)
7. В 100 кг водного раствора (Vo) содержится 1 масс.% NaCl и 1 масс.% альбумина. Для очистки белка необходимо полное разделение соли и белка, что достигается с помощью диафильтрации.
а) Рассчитайте количество воды (Vw), необходимое для снижения концентрации соли до 0,01 масс.% с использованием мембраны, имеющей задержание по белку 100% и по соли 5%.
Диафильтрация может быть также использована, если вместо альбумина раствор содержит антибиотик с мол.массой 500. Пусть задержание мембраны по обоим компонентам имеет те же значения, что и в предыдущей задаче (а).
б) Рассчитайте для этого случая необходимое количество воды для снижения концентрации соли до уровня 0,01 масс.%. Доля (6) антибиотика, теряемого в процессе, равна
S = 1 -ехр[-^(1 - R)]
в) Выведите это уравнение.
г) Вычислите величину 6 для процесса, в котором задержание белка R будет составлять 90 и 99% соответственно.
8. Рассмотрим процесс извлечения паров органических веществ из смеси с воздухом.
а) Как зависит растворимость в силиконовом каучуке азота и паров толуола от их парциального давления? Постройте приблизительный график. Поток воздуха 100 м3 (н. у.)/ч, содержащий 20 об.% толуола, необходимо обработать так, чтобы содержание толуола упало до 2%.
Рассмативаются три варианта процесса:
Вариант 12 3
Давление сырья, бар 12 5
Давление пермеата, бар 0,1 0,2 1
б) В каком из трех вариантов достигается максимальная концентрация толуола в пермеате?
в) Рассчитайте поток толуола и поверхность мембраны для вариантов 1 и 2.
Необходимые для расчета параметры:
Толщина рабочего слоя мембраны 1 мкм
Селективность 30
Коэффициент проницаемости по толуолу 9000 баррер
При расчете можно принять, что коэффициент проницаемости по толуолу не зависит от его парциального давления, а его средняя концентрация над мембраной равна средней логарифмической.
г) Какая ошибка в оцениваемую поверхность мембраны вносится, если вместо использования среднего логарифмического значения концентрации предположить, что она изменяется ступенчато?
9. Максимальная концентрация проникающего через мембрану «быстрого» компонента в пермеате будет достигнута в процессах газо-и пароразделения, когда давления до и после мембраны выбраны таким образом, чтобы обеспечить близкую к нулевой долю прошедшего через мембрану потока (5 —> 0).
а) Рассчитайте для этих условий состав пермеата для мембраны с селективностью (т. е. фактором разделения) 200 при отделении толуола от воздуха и для отношений давлений до и после
мембраны 10, 100 и 1000. Концентрация толуола в сырье равна 0,5 об.%
б) При практической реализации процесса указанное отношение давлений никогда не превышает 10. Какой вывод из этого можно сделать?
в) Если фактор разделения мембраны равен 500, будет ли заметно обогащение состава в пермеате при отношении давлений 10?
10. Для обессоливаяия морской воды с содержанием соли 3,5 масс.% используется одноступенчатый процесс обратного осмоса. Используемая композиционная мембрана имеет задержание по соли 99,3% и проницаемость по чистой воде 1500 л/м2 • сут при перепаде давления 25 бар. В процессе же приложено давление 55 бар, температура 25°С. При расчете осмотического давления можно использовать уравнение В ал т-Гоффа. При проектировании процесса рассматива-ются следующие доли прошедшего через мембрану потока: 0,3, 0,4, 0,5, 0,6.
