新型分离技术习题解答——第3章

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1、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:（1）：理想溶液渗透压可用van’tHoff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

2、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10000mg（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

3、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

4、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

5、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6L／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

6、：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2×10-11m3／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

7、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。时的雷诺数为，为完全湍流区，所以由式得：因此由式得：同理可得：3-7用纳滤过程净化农药污染的地表水，已知污染水中三种残留农药的含量分别为10μg/L、14μg/L和17μg/L。膜对这3种微污染物的截留率分别为92％，95％和90％。假定渗透物中农药总浓度不能超过5μg/L，求最大回收率；若要求渗透物中某一农药浓度不超过2μg/L，且农药总浓度不能超过5