超过滤膜分离实验报告
7页1、实验二超过滤膜分离一、实验目的1. 了解和熟悉超过滤膜分离的工艺过程;2. 了解膜分离技术的特点;二、分离机理根据溶解-扩散模型,膜的选择透过性是由于不同组分在膜中的溶解度和扩散系数不同 而造成的。若假设组分在膜中的扩散服从Fick定律,则可推出透水速率Fw及溶质通过速率Fs方程。1、透水速率F =,?匕(阮兀)=a( p - Ak ) wRT 6式中F -透水速率,g / cm 2 - s;D -水在膜中的扩散系数,cm 2 - s; wc -水在膜中的浓度,g / cm 3; wV -水的偏摩尔体积,cm 3 / mol; MAp -膜两侧的压力差,atm ;兀-膜两侧的渗透压差,atm ;R -气体常数;T -温度,K ;6 -膜的有效厚度,cm ;A,-膜的水渗透系数(=DwcwVM),g / cm 2 - s - at。 RT 62、溶质透过速率D K A c D K (c - c ) F = s s = s s 23 = B A c B (c c )s 6623式中D -溶质在膜中的扩散系数,cm 2/s;K -溶质在溶液和膜两相中的分配系数; sB-溶质渗透系数;A c-
2、膜两侧的浓度差。有了上述方程,下面建立中空纤维在定态时的宏观方程。料液在管中流动情况如图十三所示。取假设条件:(1)径向混合均匀;(2)七=BX a,渗透压正比于摩尔分数;Xa 3 1,B组分优先通过;(4)D / K -5,同XA1或K无关;(5)PeB =。七=8,忽略轴向混合扩散。E图十三料液在管中流动示意图 由假设看出,其实质是一维问题,只是侧壁有液体流出的情况,因为关心的是管中组分的浓度分布和平均速度分布,只需做出两个质量衡算方程即可求解。由连续性方程:F divcti PdtTr0 虹(源相)dx(定态)(无混合扩散)和总流率方程:Z = 戒(q -压力项 渗透项可推出duV l - r(c - c )dxh(1)式中,h为装填系数。对于圆管h=R/2, R为管半径。由溶质A的连续性方程d ca + divc u = - P可推出- duc c Vdx h(2)实际工作中更关心的是回收率, = 1 -,因此需要将式(1)和式(2)转化为, u。ci的方程。d Adxdudxh du=1 - r (c - c )(3)dc du c Vdx 1 dx hdc du c Vdx
3、 1 dx hdcdxduTc3)(4)dc c - c d A dx 1 - A dx由流率方程可推出c1与c3的关系,为c = c (1 +exp(5)13 rc +9 人(rc +9)式中0 =AMIV 0M式(3), (4)为非线性方程,一般只能在特定条件下求得数值解。但当r=0时,则化 为线性微分方程,可求得解析解。三、实验设备、流程和仪器1.主要设备:中空纤维超滤组件如图所示。中空纤维超滤器示意图组件技术指标:截留分子量:6000;膜材料:聚飒;流量范围:1050L/h;操作压力:0.2Mpa;适用温度:530C;膜面积:0.50.5m2;组件外型尺寸:。50X640mm; pH:114;材质:全不锈钢(1Cr18Ni9Ti);装置外型尺寸:长X宽X高=960X500X1800mm;泵:磁力泵(严禁空转) 电压:380V50Hz;精滤器滤芯:材质为聚飒,精度510p,阻力增大,可以反吹。2.工艺流程C1-储槽C2-产品储槽C3-储液灌 F1、F2、-C2和C1的排液阀F3、F4-C1和C2的出口阀 F7、F8-组件1和2的入口阀F9-排液阀 F10-保护液阀F11、F14-
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