Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
б) Нужен ли слой силиконового каучука?
в) Оправдано ли пренебрежение сопротивлением полисульфоновой подложки?
г) Подсчитайте проницаемости через двухслойную (подложка + силиконовый каучук) и трехслойную мембраны при перепаде давления кислорода 0,8 бар. Какие выводы можно при этом сделать?
д) Рассчитайте факторы разделения кислород/азот для указанных двухслойной и трехслойной мембран. Ваши выводы?
14. При первапорации поток через мембрану описывается законом Фи-ка. Постройте концентрационный профиль компонента разделяемой смеси внутри мембраны для стационарного процесса в системе с постоянным коэффициентом диффузии и с коэффициентом диффузии, экспоненциально зависящим от состава. Выведите уравнение для зависящего от концентрации коэффициента диффузии как функции от координаты внутри мембраны и постройте соответствующий профиль.
15. Вычислите парциальное давление и химический потенциал кислорода в воздухе при 298 К и давлениях 1 и 10 бар. (Примите, что содержание кислорода в воздухе 21%, а S°(02) = 205 Дж/моль • К.)
16. Вычислите химический потенциал воды при 25°С и 1 бар; 100 бар; при 90°С и 1 бар. (НуН2о = —285,8 кДж/моль, 3/,н2о = = 69,9 Дж/моль К, ср — 75,3 Дж/моль • К.)
17. Рассчитайте летучесть метана при 50°С и 100 бар, а также при 5 бар. При этом используйте следующее вириальное уравнение:
PV/RT = 1 - 2,02 • 10-3 • р + 3,72 • 10“У + 44 • 10-12 • р4
18. Ниже приведены изотермы сорбции следующих газов в полинорбор-нене: метан, аргон, гелий, этан, азот, диоксид углерода при 25°С.
19.
го
5
2
о
ДР, бар
а) Является ли полинорборнен стеклообразным или высокоэластическим полимером при 25° С?
б) Укажите, какая изотерма относится к каждому из газов.
в) Оцените коэффициенты растворимости разных газов в этом полимере.
Ниже приведены коэффициенты проницаемости бутилкаучука по отношению к азоту и этилену в баррерах при различных температурах:
40°С Азот 9,5 Этилен 28
60°С
29
86
80°С
74
230
Рассчитайте энергии активации проницаемости.
В диффузионной ячейке были определены коэффициенты отражения нанофильтрационной мембраны по отношению к глюкозе (мол. масса 180), сахарозе (мол. масса 342) и маннозе (мол. масса 504). Одна половина ячейки была заполнена раствором сахара с концентрацией 18 г/л, другая — чистой водой. После эксперимента
длительностью 45 мин был отмечен прирост объема в 1% для глюкозы, 0,7% для сахарозы и 0,56% для маннозы. Для данной мембраны коэффициент проницаемости по воде: Ьр = 10~5 г/см2 с* бар. Объем ячейки с раствором сахара: 56 мл, а поверхность мембраны: 13,2 см2. Рассчитайте коэффициенты отражения для разных сахаров.
21. Купрофановая диализная мембрана разделяет ячейку на две части, каждая объемом 100 мл. Левое отделение содержит раствор полиакрилата натрия с концентрацией 5 • 10“3 моль/(кг воды). Правая часть содержит раствор поваренной соли с концентрацией 10“3 моль/(кг воды). Мембрана проницаема для ионов Na+ и С1“, но не для отрицательно заряженых ионов полиэлектролита. Рассчитайте концентрацию ионов натрия и хлора в обеих частях ячейки в состоянии равновесия.
22. Метод времени запаздывания был использован для определения коэффициента диффузии СОг в поливинилхлориде (пленка толщиной 30 мкм). Опыты проведены при разных давлениях над мембраной (сырьевой отсек) р\. В пермеатном отсеке ячейки давление р2 вначале понижено (откачка), а затем нарастает во времени. Получены следующие результаты:
J>i(C02), мм рт. ст. 1000 2000 3000 4000 5000
dp2/dt 34,5 81,6 130,4 190,5 256,4
Отрезок, отсекаемый на оси ординат при / = 0, дает отрицательное значение pi.
а) Рассчитайте коэффициент диффузии углекислого газа при различных давлениях сырья и объясните полученный результат.
б) Если в другом опыте вместо СОг используется гелий, как будет выглядеть соответствующая кривая р2 — t? Дайте схематический график кривой при давлениях гелия над пленкой 1000 и 3000 мм рт.ст.
Глава VI
Мембранные процессы
VI. 1. Введение
Общим для всех рассмотренных в этой книге процессов является то, что разделение в них осуществляется с помощью мембран. Мембрану можно рассматривать как селективно-проницаемый барьер между двумя гомогенными фазами. Перенос через мембрану имеет место при наложении движущей силы, действующей на компоненты. В большинстве мембранных процессов движущей силой является разность давлений или концентраций (активностей) по обе стороны мембраны. Такие параметры, как давление, концентрация (активность) или даже температура, можно объединить в одном параметре — химическом потенциале ц.
fi = f(T,P, а или с) (VI-1)
При постоянной температуре химический потенциал г-го компонента в смеси задается как
т = n°i + RT In di + ViP (VI-2)
где $ — химический потенциал 1 моля чистого вещества при давле-нии Р и температуре Т. Для чистых компонентов активность равна
