新型分离技术习题解答——第5章.pdf

《新型分离技术习题解答——第5章.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新型分离技术习题解答——第5章.pdf（5页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第五章第五章 透析、电渗析和膜电解（习题解答）透析、电渗析和膜电解（习题解答）5-15-1 电渗析过程可根据分离目的不同，分别用于脱盐与浓缩，或同时脱盐和浓缩过程，试问影响过程的主要电渗析过程可根据分离目的不同，分别用于脱盐与浓缩，或同时脱盐和浓缩过程，试问影响过程的主要参数有哪些？如何合理选择这些参数？参数有哪些？如何合理选择这些参数？答：主要参数有：水流线速度、水流压降、极限电流与操作电流密度、电流效率、出口浓度、脱盐率、膜对电压、膜对电阻和水泵功率。5-25-2 采用电渗析脱除灌溉用地表水中的盐分，今处理采用电渗析脱除灌溉用地表水中的盐分，今处理 10m10m3 3/h/h 地表水，使其

2、浓度从地表水，使其浓度从 1.2g/l1.2g/l 降至降至 200mg/l200mg/l；所；所用电渗析器长用电渗析器长 900mm900mm、宽、宽470mm470mm、膜间距为、膜间距为0.75mm0.75mm，共有，共有100100 个腔室，每室平均电阻为个腔室，每室平均电阻为0.040.04 欧。假定电欧。假定电流效率为流效率为 9 92 2，试计算该操作条件下所需功。，试计算该操作条件下所需功。解：I 49.8AE 199.2VW UI49.8199.21031031.02kW h/m3Qm100.975-35-3 某乳清溶液含某乳清溶液含 1 1NaClNaCl，处理量为处理量为

3、 20m20m3 3，利用电渗析脱除利用电渗析脱除 9 90 0的盐含量。的盐含量。电渗析器有效膜面积为电渗析器有效膜面积为 400mm400mm900mm900mm，共，共 100100 个腔室。若操作电流为个腔室。若操作电流为 100A100A，电流效率取，电流效率取 0.90.9，求所需脱盐时间。，求所需脱盐时间。解：已知 NaCl 浓度为 1%，将其转化为摩尔浓度：c1170.9mol/m3考虑到溶液较稀，所以将其密度近似的等于水的密度1000kg/m3利用公式 qvc1c2F nI进行计算：qvnIc1c2F0.9100100 6.06104m3/s0.9170.9965004所需脱

4、盐时间t 206.06103600 9.2h5-45-4 某工厂每天需处理某工厂每天需处理 30m30m3 3的氨基酸溶液，其中含盐量为的氨基酸溶液，其中含盐量为1 1，拟采用，拟采用6060 室的电渗析装置，在等电点下脱室的电渗析装置，在等电点下脱盐，若操作电流为盐，若操作电流为 100A100A，电流效率，电流效率 9 90 0，试问需经多长时间可将含盐量降低至，试问需经多长时间可将含盐量降低至 0.0.1 1。解：已知氨基酸的含盐量为1%，将其转化为摩尔浓度c1170.9mol/m3同样考虑到溶液较稀，所以将其密度近似的等于水的密度1000kg/m利用公式 qvc1c2F nI进行计算：

5、qv3nIc1c2F601000.9 3.64104m3/s10.1%170.9965001%4所需脱盐时间t 303.64103600 22.9h5-55-5 电渗析生产淡水，若将含盐量为电渗析生产淡水，若将含盐量为 4.6mmol/l4.6mmol/l 的原水处理成淡水，产量为的原水处理成淡水，产量为 7m7m3 3/h/h，要求经电渗析处理后淡，要求经电渗析处理后淡水含盐量为水含盐量为 0.95mmol/l0.95mmol/l。试确定电渗析器组装方式，求出隔板平面尺寸、流程长度、膜对数、工作电压、。试确定电渗析器组装方式，求出隔板平面尺寸、流程长度、膜对数、工作电压、操作电流及耗电量。操

6、作电流及耗电量。解：（1）计算总流程长度。假定在临界电流密度状态下运行，且临界电流密度相同，通过对式的适当变换，可求得总流程长度。若采用聚乙烯异相膜，隔板厚度 2mm，粘普通鱼鳞网，K=0.03，电流效率取 0.8，取n=1，则得：2.3FV(1n)dCi2.396.50.24.6 1260cmlgL lg0.030.80.95KCl（2）组装方式选择。由于淡水产量较大，而所需流程长度较短，则可选用全部并联组装方式。（3）膜对数计算，水在隔板流水道中的流速取V=10 cm/s，流水道宽度 B=6.7cm，由式（7b）计算膜对数，即得：ND 278Q2787146对BdV6.70.210用塑料隔

7、板 146 对，阴膜 146 张，阳膜 147 张（靠极框边均为阳膜）。（4）计算隔板尺寸、隔板或膜的有效面积利用系数按0.7 计算，隔板或膜面积A 为：A BL6.7126012060cm20.7采用 800mm1600mm 的隔板，其面积为 12800cm2，有效面积为 12800 0.7=8960cm2（5）计算极限电流密度，按下式计算：ilim=KCmVn式中，Cm 为淡室中水的对数平均浓度，即CmCdiCdo4.60.95 2.32mmol/LCdi4.62.3lg2.3lgCdo0.95将 V=10cm/s，n=1，K=0.03(浓度以 mmol/L 表示时的 K 值)代入上式得：

8、ilim 0.03102.32 0.696 0.7mA/cm2（6）确定工作电压。由于膜对数较多，考虑组装方式选二级一段，中间设共电极，每膜对电压取3.5V，则利用式（15）计算膜堆电压US NUP 7335 256V采用铅电极，若每对电极极区电压取15V，那么，利用式（16）可算的工作电压为U USUe 25615 271V（7）计算操作电流。由于有共电极，操作电流应为二级电流之和，则：33ID 2AIlim10 28960100.712.5A（8）计算耗电量。电渗析器耗电量可利用式（13b）计算WiUI103Qm式中，m 为整流器效率，约等于0.950.98，取 0.97，则：WiUI32

9、7112.510103 0.5kWh/m3Qm70.97根据以上计算，本可选用聚乙烯异相膜，粘普通鱼鳞网;采用 800mm1600mm 的隔板，隔板厚度2mm;所组装的电渗析器共 146 对膜对，采用二级一段的并联组装方式，中间设共电极；该电渗析器运行过程中的操作电流为 12.5A、电压为 271V、耗电量为 0.5 kWh/m3。5-65-6 已知含总可溶性盐为已知含总可溶性盐为 1.75g/l1.75g/l 的盐水，的盐水，用电渗析脱盐要求渗析水中总可溶性含盐量降低到用电渗析脱盐要求渗析水中总可溶性含盐量降低到 0.2g/l0.2g/l，试设计试设计0.7450.745日产（日产（24h2

10、4h 计）渗析水计）渗析水 300m300m3 3的电渗析系统。该系统的极限电流密度可用式：的电渗析系统。该系统的极限电流密度可用式：I Ilimlim/c=9.3/c=9.32 2V V计算，取实计算，取实际电流密度为极限电流密度的际电流密度为极限电流密度的 0.90.9 倍。电流效率为倍。电流效率为0.850.85，膜面线速度为，膜面线速度为6cm/s6cm/s，选用电渗析器的规格为：有，选用电渗析器的规格为：有效膜面积长效膜面积长 1600mm1600mm、宽、宽 230mm230mm，膜间隔，膜间隔 0.75mm0.75mm，每台最大组装膜对为，每台最大组装膜对为 400400 对。试

11、求电渗析器每段脱盐对。试求电渗析器每段脱盐比比 c ci i/c/co o，脱盐段数，脱盐段数n n（取整数）（取整数），循环量，循环量Q QR R，以及每段膜对数，以及每段膜对数mm，并画出部分循环的连续操作示意图，注明，并画出部分循环的连续操作示意图，注明各段进出口物料衡算量和浓度。各段进出口物料衡算量和浓度。解：当脱盐室的 V=6cm/s 时实际电流密度iDCilimC fc fs ft 35.30.9 31.5A dm2 N每段脱盐比ciI L 0.8531.51600 expD exp 2.68c09650060.075FCVd取两段。采用三级连续操作，用下式求得脱盐的循环流量：QR

12、QFncFcP130031.75 0.2 1 7.89m3/hci242.6811coQR7.89106 211.7对故各级所需膜对数：NSVdW6230.07536005-75-7 采用电渗析工艺进行碳酸氢盐水型原水脱盐，原水盐含量为采用电渗析工艺进行碳酸氢盐水型原水脱盐，原水盐含量为1220.97mg/l1220.97mg/l，其组成如表，其组成如表5-145-14 所示，要求所示，要求产水量为产水量为 12m12m3 3/h/h，产品水中盐含量低于产品水中盐含量低于 250mg/l250mg/l。现采用现采用 DSDSA A-1-11/2001/200 型电渗析器，型电渗析器，该型号的隔

13、板外形该型号的隔板外形尺寸为尺寸为 400mm400mm1600mm1600mm，隔板的有效宽度，隔板的有效宽度WW 为为 0.34m0.34m，厚度，厚度d d 为为 0.9mm0.9mm，标准台装膜对数为，标准台装膜对数为200200 对；电对；电流效率为流效率为 0.950.95，操作水温为，操作水温为 3 32 2。试按多级连续式、一级多段连续式工艺进行设计计算。试按多级连续式、一级多段连续式工艺进行设计计算。组分组分含量含量/(mg/l)/(mg/l)当量浓度当量浓度/NaNa+351.00351.0088.5988.59K K+5.205.200.770.77CaCa2+2+12.

14、1412.143.513.51MgMg2+2+12.1512.155.805.80FeFe2+2+0.200.200.040.04NHNH4 4+4.004.001.291.29Cl Cl-264.83264.8343.4743.47HCOHCO3-3-550.80550.8052.5352.53COCO3 32-2-20.6520.654.004.00解：（1）按等电压操作工艺参数计算：采用等电压操作工艺，通常选用较低电压的那一级作为预算基础，故取第三级电压作为系统的操作电压进行预算。根据 DSAII-11/200 型电渗析器的性能，提供的操作电流为极限电流的0.92 倍、电流效率为0.95

15、，故对第一级：V Q12 0.0546m/s 5.446cm/sWdns36000.340.00092000.9580.658极限电流Ilim 0.00515cdiV 0.005151220.970.9585.4460.65814.23A操作电流ID 0.92IlimU398.4214.230.9210.76AU1119.69进出口浓度差c 70.84NID70.842000.9510.76 450.33mg/LQF1226.8其中 70.84 为原水的平均当量；出口浓度cdo cdic 1220.97450.33 770.64mg/L其余各级的计算步骤与第一级相同，计算得：cdo3 240.

16、4mg/L通过预算获得的第三级的对数平均浓度为：cm3cdicdo3451.3240.4 334.8mg/L clndicdo3451.3ln240.4故第三级的运行电压：U3 kCmU N 0.065334.80.15895.4460.67200101.9V（2）一级多段脱盐工艺参数计算：假定各段流速相同，则每段的组装膜对数应为：N 最后一段的拖延率为：Q12198.06对WdU0.340.00090.0553600 AexpU 0.73exp0.06530.0550.920.47cdo250 471.6mg/L110.47则最后一段入口的浓度为：cdi最后段运行电流为：IDcdicdoQF

17、471.62501226.85.35ANcm19870.840.95由于同一级各段运行电流相同，并选用最后一段电流，则脱盐系统所需的膜对数为：N cdicdo1220.972501226.8867.3对cmID0.9570.845.35故所需段数为867.3 198.06 4.38段。脱盐系统总压降：p 0.01065.4460.8645 0.225MPa计算结果表明，此脱盐流程不仅水流压降大，而且所需总膜对数多，显然是不合理的组装形式。5-85-8 简述双极膜电渗析及其水解机理，提出与普通电渗析的差异。简述双极膜电渗析及其水解机理，提出与普通电渗析的差异。答：双极膜电渗析系统由双极性膜与其他

18、阴、阳离子交换膜组合而成。双极膜电渗析利用水直接离解产生H+和 OH-，将水溶液中的盐转化生成相应的酸和碱，或将废酸、废碱回收利用等。而普通电渗析是在直流电场作用下，溶液中的荷电离子选择性地定向迁移透过离子交换膜并得以去除的一种膜分离技术。与其相比较，双极膜电渗析可同步进行电解和离子交换，也有可能实现溶液的循环和零排放。5-95-9 双极膜电渗析器可根据分离体系和要求，采用双极膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜组装成三种不同构双极膜电渗析器可根据分离体系和要求，采用双极膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜组装成三种不同构型方式，试设计用于柠檬酸生产的三种不同构型的双极膜电渗析器，并比较其各自的特色。型方式，试设计用于柠檬酸生产的三种不同构型的双极膜电渗析器，并比较其各自的特色。答：可采用双极膜：双极膜单独使用时可实现电解反应，用于电解过程，然后再外加一个生成柠檬酸的工艺。双极膜+阳离子交换膜；双极膜+阳离子交换膜+阴离子交换膜。后两者在实现电解的同时可实现离子交换，转化得到柠檬酸。