新型分离技术习题

2×30×1000×8.314×298 58.45 30×1000×8.314×298 65000 30×10 12 ×8.314×298 6.02×10 23
15.9+9.5+9.7
1 2 3 2
=32.68(J /cm ) δh1 =
E h ,i V g ,i
=
1
0+0+20001 .30 15.9+9.5+9.7
7% 58.45
=1.29 × 10−7 cm3 /(cm2 ．g．s) Jv =Lp σπ Lp σ= 溶质通量
1.29×10 −7 0.07433
× 2=0.0848Mpa
水回收率为 50%时， 被理想反渗透浓缩后的海水中 NaCl × 2=5.93 Mpa
=1.736 × 10−6 ①
水回收率为 50%时，被理想反渗透浓缩后的苦咸水中 NaCl 浓度增为 0.1%/0.5=0.2% π =RTΣ C=8.314× 298×
C B −C f CB
1.5037 × 0.03 − 1.5090 × 0.03(1 − 0.00125) 0.86 × π × 2.59 × 0.49 × 3600 × 1000
脱盐率：R o =
=
10000 −400 10000
=96%
=6.5134 × 10−12 mol/(cm2 ．g．s) Js=c s (1 − σ、 ) Jv +ω∆π 0.03 1 − σ、 × 6.08 × 10−8 + ω × 0.07433 1000
c s1 cw 1
Nw = K w (∆p −
/
c s2 cw 2
式中，cs1 、cs2 、cw1 、cw2 分
别为膜两侧盐和水的摩尔浓度，且假定盐的渗
δh =
=
44503 .62+32499.49 2×65.5+49.8+24.9
1 2 3 2
透 率 很 低 ， cs1 >> cs2 ， 则 膜 下 游 侧 可 简 化 为
ρ
w
≈ cw1
K w （∆p −∆π ) K w （∆p −∆π ) cw 1Ks
所以α =
=
Ks ρ
w
解： δd1 =
F d ,i 552.68+163.29+431.26 V g ,i
4、 计算 25℃下， 下列水溶液的渗透压： 3% （质
=
量分数）NaCl ；3% （质量分数）白蛋白和 固体含量为 30g/L 的悬浮液（其颗粒质量 为 1ng，即10−9g） 解： 假设为理想渗析， 渗透压可用 Vant Hoff 定律计算对不同溶液可得到以下结果 NaCl: π = 白蛋白π = 悬浮液π =
1.29×10 −7 0.07433
=
Qp A(∆P −∆π )
=
0.01 1000 ×10(60 −8.35)
= 1.94 ×
=6.08 × 10−8 溶质通量 Js = = V1 c1 − V2 c2 S
③
10−8 L/(cm2 ．s．atm) 溶质渗透系数： Js Qf QF 0.01 × 400 ω = = = ∆Cs A∆Cs 1000 × 10 10000 − 400 = 4.16 × 10−8 L/(cm2 ．s．atm)
1
3
=
1 3
=7.59(J 2 /cm2 ) 15.9×2+23.9+9.5×3+10.0×2
因此δd,m =x1 δd1 + x2 δd2 = 0.2×32.68+0.8×28.64=29.45(J 2 /cm2 ) δh,m =x1 δh1 + x2 δh2 = 0.2×23.87+0.8×7.59=10.85(J 2 /cm2 )
3 2
cs 1Nw cw 1Ns
=
c s 1 K w （∆p −∆π ) c w 1 K s (c s 1 −c s 2 )
因为 cs1 >> cs2
=32.870 (J /cm )
2、 知聚乙烯醇和聚乙烯醇缩丁醛的重复单元， 计算 20% 聚乙烯 80%聚乙烯醇缩丁醛混合溶解度参数δ d 和δ h 。
3.4 将直径为 0.86cm 的管式超滤膜浸入盛有水的烧杯 中，浸入水的膜管长 2.59cm，膜管内注入 0.03mol/L 的葡萄糖溶液，恒温 25℃，在实验中首先将管内外的 溶液和水调整到相等高度，并在大气压下保持 1.62h， 这时管内溶质浓度降低了 0.4% ，溶液总体积增加了
=6.5134 × 10−12
10000 58.5×1000
=5.4132mol/(cm2 ．g．s) Js=c s (1 − σ) Jv +ω∆π 0.03 1 − σ × 1.29 × 10−7 + ω × 0.07433 1000 =5.4132 × 10−13 ② 实验二：∆P=0.101-0.096=0.005Mpa 溶液通量Jv =
0.86 2 × ×2.59×0.05% 0.86× π ×2.59×0.49×3600
π 4
水力渗透系数Lp 、溶质透过系数ω 以及脱盐率。 解： 苦咸水的渗透压π = Ф i cRT=2× 298=8.35atm 水利渗透系数： Lp =
Jv ∆P −∆π
× 0.082×
=6.08 × 10−8 cm3 /(cm2 ．g．s) Jv =Lp (σ、 π − ∆P) Lp (σ、 × 0.07433 − 0.005)=
0.86 2 × ×2.59×0.35% 0.86× π ×2.59×1.62×3600
π 4
+
C2 M
） =8.314× 298×
0.1% 58.45
3.5% 58.45
× 2=2.97Mpa
含 0.1%NaCl 的苦咸水在 298K 的理想渗透压为 π =RTΣ C=8.314× 298× 浓度增为 3.5%/0.5=7% π =RTΣ C=8.314× 298×
0.2% 58.45
Js = =
V1 c1 − V2 c2 S
× 2=0.169 Mpa
1.5037 × 0.03 − 1.5090 × 0.03(1 − 0.004) 0.86 × π × 2.59 × 1.62 × 3600 × 1000
由此可得因海水中 NaCl 的浓度远比苦咸水中高，其所 需的操作压力也远比苦咸水高，其次水的回收率达到 50%，则反渗透压力将增高一倍。 3.2 含盐量为 10000mgNaCl/L 的苦咸水在压力 6.0Mpa 下进行反渗透试验。实验装置内装有一张有效面积 10cm2 的醋酸纤维素膜。在水温 为 0.01cm3 /s，其溶质浓度为 25℃时，制成水流量 40010000mg/L，试计算
1 3 1 3
0+0+3002 .08
3.1 试分别求出含 NaCl3.5%的海水和含 NaCl0.1%的苦 咸水 25℃时的理想渗透压。若用反渗透法处理这两种 水，并要求水的回收率为 50%，渗透压各为多少?哪种 水需要的操作压力高? 解： 理想渗透压可用 Vant Hoff 定律计算： 海水中 NaCl 可以认为完全解离为Na+、Cl− 即形成渗透压的离子， 浓度为 NaCl 的两倍，故含 3.5%NaCl 在 298K 的理想渗 透压为： π =RTΣ C=RT （
④
联立①②③④即可求出结果。
w2
=
Nw Ns
=18.920(J 2 /cm2 )
E coh ,i Vi
1 2
ρ w ≈ cw1 Ns = K s (cs1 − cs2 ) Nw = K w (∆p − ∆π ) 所 以 α = c s1 / c s2 =
w1 w2
c
c
cs 1cw 2 c w 1 cs.81+46894 .4+33496 2×52.52+19+9.5
cw 2 c s2
=
Nw Ns
，ρ
w
≈ cw1 ，试求出反渗透过程的分
=19.348(J /cm ) δd =
F d ,i 2×1270 .69+900.33+450.164 V g ,i
离因子。
=
2×65.5+49.8+24.9
1 3
解 ： α = c s1 / c s2
w1
c
c
cw 2 cs 2
3
= 2.54Mpa
=23.87(J 2 /cm2 ) δd2 =
F d ,i V g ,i
= 0.001Mpa = 0.12Mpa
= =28.64
2×552.68+3×163.29+2×265.16+858.39 2×15.9+23.9+10.0×2+9.5×3
(J 2 /cm2 ) δh2 =
E h ,i V g ,i
C1 M
0.35%，在再次实验中，仍将管内外的溶液和水 调整到相等高度，使溶液保持大气压下，水保 持在 0.096Mpa 的负压下，放置 0.49h，溶质浓 度降低了 0.125%， 溶液的体积亦降低了 0.05%， 求通过该超滤膜的传递系数Lp 、σ、ω、σ、 解：渗透压π=RTc=8.314× 298× 0.03× 103 =0.07433Mpa 实验一：溶液通量Jv =
1、 已知聚酰胺酰肼的重复单元，其所含三个结构基 团对高分子摩尔体积及溶解度参数的贡献如下。 求聚酰胺酰肼的氢键溶解度参数δ h 、色散溶解度 参数δ d 和总溶解度参数δ 解：
E h ,i V g ,i
sp
3、已知盐和水的反渗透通量及分离因子分别表 示 为 Ns = K s (cs1 − cs2 ) ∆π )α =