Bài 4: Mô hình hóa quá trình chuyển khối trên màng

Chia sẻ: Phan Thi Quyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

0
136
lượt xem
34
download

Bài 4: Mô hình hóa quá trình chuyển khối trên màng

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phân cực nồng độ trong lớp biên phía dịch vào (và phân cực nhiệt độ trong quá trình thấm bốc và thẩm khí) - Phân bố nồng độ trong lớp dế của màng đảo pha/màng Composit - Tổn thất áp suất của dòng thấm qua lớp đế

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài 4: Mô hình hóa quá trình chuyển khối trên màng

  1. Kỹ Thuật Màng và Ứng Dụng Bài 4: Mô hình hóa quá trình chuyển khối trên màng Giảng viên: Nguyễn Minh Tân Bộ môn QT-TB CN Hóa học & Thực phẩm Trường Đại học Bách khoa Hà nội Tannm-dce@mail.hut.edu.vn Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Các hiệu ứng giảm động lực quá trình Trở lực cấp khối cục bộ Dung dịch vào Nước trong - Phân cực nồng độ trong lớp biên phía dịch vào (và phân cực nhiệt độ trong quá trình thấm bốc và thẩm khí) - Phân bố nồng độ trong lớp dế của màng đảo pha/màng Composit - Tổn thất áp suất của dòng thấm qua lớp đế - Phân cực nồng độ trong lớp biên của phía nước trong Phân cực nồng Lớp Lớp Phân cực độ phía dung nồng độ phía dịch vào hoạt đế rỗng nước trong động 1
  2. Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Các hiệu ứng giảm động lực quá trình Phân cực nồng độ trong lớp biên phía dịch vào Màng Phân cực nồng độ phía dịch vào Dòng (khuyếch tán, đối lưu, chính) trong lớp biên phía dịch vào Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Các hiệu ứng giảm động lực quá trình Phân cực nồng độ trong lớp biên phía dịch vào (1) Quá trình chuyển chất phụ thuộc vào màng - Xảy ra trong các quá trình phân tách các chất lỏng tan lẫn tuân theo nguyên lý Hòa tan – Khuyếch tán - Dòng nước lọc nhỏ - Trở lực của màng đóng vai trò quan trọng - Dòng nước lọc chịu ảnh hưởng của hiện tượng phân cực nồng độ (2) Quá trình chuyển chất phụ thuộc lớp cặn - Xảy ra trong quá trình Siêu lọc (UF) và Vi lọc (MF) - Dòng nước lọc lớn hơn - Hệ số khuyếch tán của các phân tử bị màng giữ lại nhỏ hơn - Các cấu tử bị giữ lại trên màng liện kết với nhau tạo thành lớp cặn/cake layer - Trở lực của màng nhỏ hơn trở lực của lớp cặn 2
  3. Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Các hiệu ứng giảm động lực quá trình Phân cực nồng độ trong lớp biên phía dịch vào (1) Quá trình chuyển chất phụ thuộc vào màng Giải thiết để tính toán nồng độ của các cấu tử trên bề mặt màng: - Quá trình đạt cân bằng - Quá tình khuyếch tán tuân theo định luật Fick - Không xảy ra biến đổi hóa học - Gradient nồng độ theo hướng song song với màng nhỏ hơn Gradient nồng độ vuông góc với màng Cân bằng vật liệu đối với cấu tử j bên phía dịch vào: 0= ∂ (w j mGes ) y − ∂ ⎛ ρ F Dij ⋅ ∂w j & ′′ ⎜ ⎞ ⎟ ∂y ∂y ⎜ ⎝ ∂y ⎟ ⎠ Dòng đối lưu Dòng khuyếch tán Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Các hiệu ứng giảm động lực quá trình Phân cực nồng độ trong lớp biên phía dịch vào Tích phân phương trình cân bằng vật liệu trên kết hợp với: mGes ( y ) = − m′′ = const & ′′ &P hay mij′,Ges ( y ) = − mij′, P = const &′ &′ Cùng với điều kiện biên: y = 0: wj = wj2 y = δF : w j = w j1 Phân bố nồng độ khoảng không gian bên trên màng: Đối với màng loại ống (hệ tọa độ trụ) w j1 − w* ⎛ δF ⎞ w j1 − w* ⎛ Ri dr ⎞ = exp⎜ − m′′ ∫ dy ⎟ = exp⎜ − m′′ RM ∫ ⎟ j j &P &P w j 2 − w* ⎜ ρ F Dij ⎟ wj2 − wj * ⎜ rρ F Dij ⎟ j ⎝ y =0 ⎠ ⎝ Ri −δ F ⎠ Nồng độ khối lượng cấu Dòng lọc tử j trong dòng lọc tại vị trí đang khảo sát 3
  4. Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Các hiệu ứng giảm động lực quá trình Phân cực nồng độ trong lớp biên phía dịch vào Kết quả tích phân là phương trình mô tả phân cực nồng độ trong lớp biên phía dịch vào w j1 − w* ⎛ m′′δ & ⎞ ⎛ & ′′ ⎞ j = exp⎜ − P F ⎟ = exp⎜ − mP ⎟ wj2 − wj * ⎜ ρ D ⎟ ⎜ ρ k ⎟ ⎝ F ij ⎠ ⎝ F F ⎠ Đối với màng loại ống (hệ tọa độ trụ) 1/kF Hệ số cấp khối m′′ RM &P w j1 − w* ⎛ m′′ R & ⎛ Ri ⎞⎞ ⎛ D ⎞ ρ F Dij = exp⎜ − P M ln⎜ ⎟ ⎟ = ⎜1 − ij ⎟ j wj2 − wj * ⎜ ρ D ⎜ R −δ ⎟⎟ ⎜ R k ⎟ ⎝ F ij ⎝ i F ⎠⎠ ⎝ i F ⎠ Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Các hiệu ứng giảm động lực quá trình Phân cực nồng độ phía dung dịch đầu vào của một số kiểu mô đun màng m′′ d hyd &P Pe = ρ F Dij w j1 − w* ⎛ PeDij ⎞ = exp⎜ − j ⎟ = exp⎛ − Pe ⎞ ⎜ ⎟ wj2 − w * ⎜ k d ⎟ ⎝ Sh ⎠ j ⎝ F hyd ⎠ Chuẩn số Pecle Phân cực nồng độ phía dịch vào trong các loại mô đun màng khác nhau 4
  5. Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Trở lực cấp khối trong lớp phụ trợ (1) Phân cực nồng độ Dịch vào Dòng nước lọc cục bộ Dịch nước lọc chung Độ dài tương đối Tương quan giữa các dòng dọc theo chiều dài mô đun z Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Trở lực cấp khối trong lớp phụ trợ - Lớp đế Phân bố nồng độ trong lớp đế khi dùng màng bất đối xứng 5
  6. Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Trở lực cấp khối trong lớp phụ trợ Phân cực nồng độ trong lớp đế trong các quá trình khác nhau Nước trong Áp suất phía nước trong Khối lượng riêng nước trong Hệ số khuyếch tán Độ rỗng lớp đế Bề dày lớp đế Phân cực nồng độ Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Trở lực cấp khối trong lớp phụ trợ (2) Tổn thất áp suất Áp suất sau lớp hoạt động Dòng lọc Isopropanol- nước Áp suất trong thiết bị ngưng tụ Tổn thất áp suất trong lớp đế 6
  7. Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Dòng pha trộn hướng trục /axial back mixing Dòng pha trộn hướng trục được hiểu là tất các các dòng vận chuyển không ngoài dòng Xung bi suy giảm do các dòng pha trộn hướng trục: đối lưu phân bố vận tốc, dòng xoáy, khuyếch tán phân tử,… Xung chuẩn khi t=0 Phân bố đối xứng tại mỗi thời điểm Thời điểm phát sinh xung Thời điểm đo Phân bố các xung chuyển động Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Các loại trở lực và hiệu ứng thủy động lực tác động tới quá trình tối ưu hóa các mô đun màng - Cân bằng vật chất trong không gian trước màng và sau màng - Tổn thất áp suất trong không gian sau màng - Phân cực nồng độ phia dịch vào - Đặc tính của màng - Đặc tính dòng nước trong cục bộ 7
  8. Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Phương pháp tính toán công suất lọc cục bộ của màng Hệ phương trình tính toán công suất lọc của màng (trường hợp tuân theo mô hình Hòa tan – Khuếch tán) Phân cực nồng độ phía dịch vào Trở lực của màng Thẩm thấu ngược (RO) Thấm bốc (PV) Trở lực của lớp đế Phân cực nồng độ phía nước trong Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Phương pháp tính toán công suất cục bộ của màng Thẩm thấu ngược: Hệ phương trình tính toán có kể dến phân cực nồng độ phía dịch vào và trở lực của màng Sh= f( Re, Sh, kích thước hình học) 8
  9. Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Phương pháp tính toán công suất cục bộ của màng Phân cực nồng độ trong quá trình thẩm thấu ngược Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Phương pháp tính toán công suất cục bộ của màng Ảnh hưởng của phân cực nồng độ phía dịch đặc tới dòng qua màng trong các trường hợp khác nhau Quá trình màng Hệ chất Màng Mô đun Loại túi Loại bản Loại ống 9
  10. Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Ảnh hưởng của vị trí lớp hoạt động của màng Dung dịch vào Nước trong Phân cực nồng Lớp Lớp hoạt Phân cực độ phía dung nồng độ phía dịch vào đế rỗng động nước trong Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Ảnh hưởng của vị trí lớp hoạt động của màng Hệ phương trình tính toán công suất lọc của màng khi lớp dế tiếp xúc với dịch vào trong quá trình RO 10
  11. Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Ảnh hưởng của vị trí lớp hoạt động của màng Hệ phương trình tính toán công suất lọc của màng khi lớp dế tiếp xúc với dịch vào trong quá trình PV Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Ảnh hưởng của vị trí lớp hoạt động của màng Hệ phương trình tính cụ thể cho quá trình RO và GP 11
  12. Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Các phương pháp tăng cường quá trình cấp khối trên màng - Tạo ra dòng nhiều pha - Thêm các cơ cấu tạo xoáy trong không gian dịch vào: Feed- Spacer - Tạo màng rung khi làm việc - Đưa dịch đặc vào mô đun dưới dạng xung Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Cấc phương pháp tăng cường quá trình cấp khối trên màng Sơ đồ nguyên lý pp tạo dòng đa pha 12
  13. Vận chuyển vật chất trên bề mặt màng Dùng Feed Spacer Sơ đồ nguyên lý pp dùng Feed Spacer 13

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản