Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
ж) Углекислый газ содержится в воздухе в концентрации 0,03 (об.)%. Если опыты по разделению воздуха проводятся при давлении 100 бар, в какой степени найденные коэффициенты проницаемости (Рсо2) и те, которые были измерены при атмосферном давлении, будут различаться?
6. Молекулярная масса возрастает в ряду Не, Ne, Аг, Кг, Хе.
а) Схематически покажите, как для некоторого полимера будут изменяться в этом ряду коэффициенты диффузии. Есть ли различия в поведении у стеклообразных и высокоэластических полимеров?
б) Покажите качественно изотермы сорбции, т. е. зависимости растворимости различных газов от давления.
Для некоторого полимера растворимость гелия в 10 раз меньше, чем у аргона, а коэффициент диффузии гелия в 1000 раз выше.
в) Какова селективность данного полимера при разделении пары гелий/аргон?
Три воздушных шара наполнены соответственно гелием, аргоном и воздухом. Давление внутри шаров 1,0004 бар, тогда как давление снаружи 1 бар.
г) Покажите схематически, что через сутки произойдет с шарами, закрепленными на земле.
7. Коэффициенты проницаемости /*(N2), Р(Ог) и толуола составляют 280, 600 и 1,4 • 106 соответственно. Была разработана композиционная мембрана для удаления паров толуола из воздуха. В качестве подложки служили фильтры на основе полиэфиримида; их характеризовали проницаемостью по азоту и размером пор, оцененным методом точки пузырька. Ниже приведены характеристики двух образцов подложки: проницаемость в обоих случаях составляла 0,1 см3/см2- с- см рт. ст., но в одном из образцов радиус пор составлял 0,5 мкм, а в другом — 0,1 мкм.
а) Какой из образцов вы предпочли бы в качестве подложки?
Поверх выбранной подложки наносится тонкий слой силиконового каучука. Получены две мембраны со следующими проницаемостями по азоту и кислороду (см3/см2- с- см рт.ст.):
Мембрана I: Q(N2) = 0,6 • 10“3, (?(Ог) = 1,0 • 10“3;
Мембрана II: Q(N2) = 0,32 • 10“3, ^(Ог) = 0,7 • 10“3.
б) Какую из мембран вы будете использовать для разделения и почему?
в) При использовании сканирующего электронного микроскопа было найдено, что толщина силиконового верхнего рабочего слоя составляет 0,9 мкм. Что можно сказать о сопротивлении подложки?
г) Для некоторого парциального давления толуола установлено, что фактор разделения составляет 120. Сравните эту величину с идеальным фактором разделения. Дайте пояснения.
8. Коэффициенты диффузии органических паров и жидкостей в полимерах существенно отличаются от идеального поведения и часто зависят от концентрации. Покажите зависимость термодинамического коэффициента диффузии или его отношения к коэффициенту взаимной диффузии от объемной доли ф пенетранта в диапазоне изменения этой величины от 0,02 до 0,5. При этом принимается, что параметр Флори — Хаггинса для пары полимер — пенетрант равен X = 0,6.
9. Для коэффициента диффузии D бензола в поливинил ацетате выполняется следующая зависимость.
«бензол - об Аопи
а) Каково аналитическое выражение, связывающее D и концентрацию бензола в мембране?
б) Рассчитайте по графику константу пластифицирования.
в) Параметры взаимодействия воды, метанола, пропанола и бензола с этим полимером снижаются в указанной последовательности. Качественно покажите, как D будет меняться для этих систем.
г) А как будет меняться величина Do?
10. Рассматривается электродиализная система со следующими характеристиками: Аф = 0,01 В, Ах = 0,05 см, Vm = 18 см3/моль, Ар = 0,1 бар, Т = 300 К, с'/с" = 2. Укажите относительные значения различных величин, определяющих электрохимический потенциал.
11. Фактор извилистости микрофильтрационной мембраны толщиной 100 мкм часто бывает трудно определить. Один из способов сделать это состоит в заполнении пор водой и измерении потока углекислого газа в системе, где по одну сторону мембраны находится чистый углекислый газ, а по другую сторону он отсутствует. Поток, измеренный при 25°С, составляет 1,56 • 10“4 моль/м2 • с, а коэффициент диффузии СС>2 в воде равен 1,92 • 10~9см2/с. Рассчитайте фактор извилистости, если поверхностная пористость равна 30%.
12. В композиционной мембране с тонким верхним рабочим слоем (толщина 0,2 мкм) подложка имеет равномерное распределение пор и пренебрежимо малое сопротивление. Рассчитайте толщину рабочего слоя для случаев, когда поверхностная пористость составляет 10, 1 и 0,1%.
13. Очень тонкие пленки могут быть приготовлены методом Ленгмю-ра — Блоджетт. Этот метод особенно удобен для получения высокоселективных, но низкопроницаемых полимеров. Этим методом наносят пленку толщиной 10 А из полимера, имеющего коэффициенты проницаемости по кислороду и азоту соответственно 2 и 0,1 баррер, на композиционную полисульфоновую мембрану, имеющую проницаемость по кислороду 0,1 см3/см2 • с • смрт. ст., которая покрыта слоем силиконового каучука (коэффициенты проницаемости по кислороду и азоту составляют 600 и 260 баррер соответственно). Таким образом, получается трехслойная мембрана.
а) Каковы селективность и поток кислорода через сплошную пленку из этого полимера при перепаде давления кислорода 0,8 бар?
