Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
3. Электродиализ применяется для обессоливания морской воды.
а) Почему в этом процессе используются ионообменные мембраны?
б) Что вы думаете о растворимости воды в этих мембранах и о возможности контролировать их набухание?
К данному процессу приложим закон Ома: Е = IR
в) Поясните физический смысл величины R в процессе электродиализа.
Электродиализные системы состоят из набора отделений с катионообменными и анионообменными мембранами, подсоединенными поочередно к катоду и аноду. На рисунке показана одна из таких мембран.
Анод
Катод
г) Покажите направление потока катионов и начертите их концентрационный профиль.
д) Объясните, что такое предельная плотность тока 1цт и приведите уравнение для этого параметра.
е) Концентрационная поляризация может резко влиять на электродиализ. Какие факторы можно использовать для контроля этого нежелательного явления?
4. Осмотическая машина позволяет производить энергию при использовании осмотического потока, вызванного различием осмотических давлений.
а) Достигается ли максимальная мощность при АР = О?
б) Рассчитайте мощность, которую можно достичь, используя 3% и 15% растворы поваренной соли, при условии, что проницаемость мембраны 0,36 кг/м2* ч-бар (предполагается, что в данном случае применим закон Вант-Гоффа).
в) Какие, по вашему мнению, практические ограничения процесса?
5. Краун-эфиры известны как молекулы-переносчики в процессах, протекающих в жидких мембранах. U-образная трубка заполнена хлороформом, содержащим краун-эфир 18-краун-б. Поверх этого раствора в одно колено помещен раствор КС1, а в другое — чистая вода (см. рис. VI-25 и VI-26).
а) Что произошло бы в данной системе, если бы хлороформ не содержал переносчика?
Ионы калия легко образуют комплексы с краун-эфиром.
б) Что происходит с ионом С1“, когда ион К+ переносится через слой раствора?
в) Вычислите время снижения концентрации КС1 с 1 ммоль/л до 1 мкмоль/л. Предполагается, что концентрационная поляризация отсутствует. Объем резервуара 1 м3, поверхность мембраны 1 м2, коэффициент проницаемости для комплекса 10“5 м/с.
г) Изменится ли результат в предыдущем задании, если считать существенной концентрационную поляризацию. Поясните.
6. Гидрофобные микрофильтрационные мембраны, например полипропиленовые, могут использоваться в процессах мембранной дистилляции.
а) Какого рода жидкости могут разделяться в процессе с полипропиленовой мембраной и почему? На рисунке показано распределение пор по размерам трех типов полипропиленовых мембран.
б) Какой тип мембраны вы выберете для мембранной дистилляции и почему?
в) Мембранную дистилляцию можно использовать для получения питьевой воды из морской. Какую жидкость можно использовать для удаления пермеата?
г) Как будут зависеть поток и состав пермеата при замене морской воды в качестве сырья на солоноватую без изменения всех остальных условий?
д) Мембранная дистилляция осуществляется в противоточном мо-^дуле. В обеих частях модуля существует одно и то же изменение температур, равное 10°С (например 90/80°С с одной стороны и 50/40°С — с другой). Будет ли меняться поток воды для этих режимов? Объясните.
7. При диализе часто используют полиэлектролитные мембраны для разделения двух фаз, как это показано на рисунке.
Фаза 1 Фаза 2
pH =7 рН-1
vjipi*. v
Си SO* ^ H^SO^
а) Объясните, почему их применяют.
б) Как протекает процесс, представленный на рисунке? Покажите направление диффузии различных ионов.
8. Следующие результаты получены в опыте по экстракции фенилаланина из воды с помощью импрегнированной жидкой мембраны:
Время, ч 0 0,5 0,93 1,58 1,92 5,66
с, г/л 5,75 4,83 4,53 4,08 3,92 2,20
Поверхность мембраны 25,5 см2, объем над мембраной 110 мл, молекулярная масса фенилаланина 165,2.
а) Рассчитайте коэффициент проницаемости и поток в момент времени t = 0.
б) Как повлияет на результаты пористость мембраны?
в) Как повлияет на результаты выбор переносчика?
9. Коэффициент проницаемости мембраны для воды Lp (гидравлический коэффициент) может быть определен в простом эксперименте. Пусть для некоторой мембраны Ьр = 5-10-4 м/ч бар. Мембрана имеет коэффициент задержания по Na2S04 99,8% и по NaCl 95% при 40 бар и концентрации соли 1000 млн-1. Рассчитайте коэффициент проницаемости для обеих солей.
10. Покажите схематически на рисунке влияние давления, температуры и доли прошедшего через мембрану потока (см. определение в гл. VIII на с. 454) на поток пермеата и его состав в процессе обратного осмоса.
11. В электродиализной ячейке чередуются катионо- и анионообменные мембраны.
а) Покажите устройство электродиализной ячейки с единственной парой мембран. На рисунке нужно пояснить направление транспорта катионов и указать концентрационный профиль для катионов и профиль электрического потенциала.
