新型分离技术习题解答——第3章(论文资料).doc

第三章 反渗透、纳滤、超滤和微滤（习题解答） 3-1试分别求出含NaCl 3.5％的海水和含NaCl 0.1％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:（1）：理想溶液渗透压可用van’t Hoff定律计算。海水中的NaCl可认为完全解离为Na+和Cl-，即形成渗透压的离子浓度为NaCl浓度的两倍，故含3.5%NaCl的海水在298K时的理想渗透压为： 含0.1%NaCl的苦咸水在298K时的理想渗透压为： （2）：水回收率为50%时，被（理想）反渗透浓缩后的海水中，NaCl浓度增为 （3）：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 由此可知，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来得高。其次，苦咸水的回收率达到50%，则反渗透压力将增高一倍。 3-2 含盐量为10000 mg （NaCl）/L的苦咸水, 采用有效面积为10cm2的醋酸纤维素膜，在压力6.0MPa下进行反渗透试验。在水温25℃时，水流量Qp为0.01cm2／s时，透过液溶质浓度为400mg/L，试计算水力渗透系数Lp，溶质透过系数ω以及脱盐率。（溶质渗透压系数Φi与溶质的种类及浓度有关，本题取Φi=2。） 解：苦咸水的渗透压： 水力渗透系数： 溶质渗透系数： 脱盐率： 3-3 透系数LP等于2×10－8L／cm2·s·MPa，溶质的透过系数P为4×10－8L／cm2·s的反渗透膜，在操作压力为4.0MPa、水温为25℃条件下进行实验。试初步计算透过膜的水和溶质通量值。若进水浓度为6000m/L，试计算制成水的溶质脱除率。 解：溶液的渗透压： 总通量： 溶质脱除率： ∵ ∴ 产品水溶质浓度： ∴溶质渗透通量： 3-4 将直径为0.86cm的管式超滤膜浸入盛有水的烧杯中，浸入水中的膜管长2.59cm，膜管内注入0.03mol/L的葡萄糖溶液，恒温在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0.35%。在再次实验中，仍将管内的溶液和水调整到相等高度，使溶液保持在大气压下，水保持在0.096MPa的负压下，放置0.49h，溶质浓度降低了0.125%，溶液总体积亦降低了0.05%，求通过超滤膜的传递系数Lp、σ、ω及σ’。 解：渗透压 实验一： ∵溶液通量 ∴-------（1） ∵溶质通量 ∴----（2） 实验二： ∵ ∵溶液通量 ∴-------（3） ∵溶质通量 ∴----（4） 联立方程（1）、（2）、（3）、（4）即可求得Lp、σ、ω及σ’。 3-5浓度为5g/L的葡聚糖(Mw70000)溶液2m3，用内径1.25cm、长3m的超滤膜浓缩10倍。膜对这种葡聚糖的截留率为l00％，纯水的渗透系数为5×10-3cm3／cm2· MPa ·s。在流量6 L／min，压力0．2MPa，液温25℃条件下浓缩6小时时，试求需要多少根膜。葡聚糖溶液的密度及粘度可用下式计算。 ρ＝0.997+0.59×10-4 (g／cm3) μ＝0.821+0.0343C一2.617×10-5C2+1.093×10-6C3+6.689×10-9C4(CP) 式中，C的单位为g／L，温度为25℃。 解：对于5g/L的葡聚糖(Mw70000)溶液来说，根据密度计黏度的计算公式计算得： 由于浓度较低，渗透压可忽略不计： 管式膜的线速度： 雷诺数： 施密特准数： 根据判断公式： （应在湍流范围内） ∴计算： 当传质系数和初始渗透速率已给定时，可用下式计算一定时间内将料液浓缩到一定浓度所需膜的面积： 其中在本题中，， 最后用软件编程计算得：（也可解常微分方程，得到方程后代入计算） ∴需要的膜管数： 3-6 由膜评价实验测得相对分子量为2000的溶质，其过滤系数LP为2×10-11 m3／m2· Pa ·s，反射系数δ为0.85。总渗透率PM为10-6m/s，在室温及0.2MPa压力下，使用1.15cm内经的管式膜，在流量2.5L/min下进行超滤时，求该条件下超滤的表观截留率R0。由于浓度较低，渗透压可忽略不计；假定溶液的透过通量近似等于溶剂透过通量，即JV≈JW。若流量增加到5L/min，求超滤表观截留率。（假定常温下液体粘度为9×10-7m2/s，扩散系数为2.3×10-10m2/s） 解：由于渗透压可以忽略不计， 真实截留率为 流体线速度：时为，则时为。 时的雷诺