新型分离技术习题解答——第2章.doc

第二章 分离过程的基础理论（习题解答）2-1 已知聚酰胺酰肼的重复单元为：其所含三个结构基团对高分子摩尔体积及溶解度参数的贡献分别如下表2-4所示：参数结构集团苯环CONHNHCOCONHVi/(cm3/mol)52.52199.5Vg,i/(cm3/mol)65.549.824.9Fd，i/(J1/2cm3/2/mol)1270.69900.33450.164Eh,i/(J/mol)44503.6232499.49Ecoh,i/(J/mol)31946.8146894.4033496.00试求聚酰胺酰肼的氢键溶解度参数、色散溶解度参数和总溶解度参数。解：氢键溶解度参数色散溶解度参数总溶解度参数2-2 已知盐和水的反渗透通量可分别表示为式中, 分别为膜两侧盐和水的摩尔浓度。若定义分离因子分别为膜两侧各自溶液中盐和水的摩尔浓度比，且假定盐的渗透率很低, ，则膜下游侧可简化为 , 试求出反渗透过程的分离因子。解：已知： ，2-3 已知聚乙烯醇和聚乙烯醇缩丁醛的重复单元分别为：试计算20聚乙烯醇和80聚乙烯醇缩丁醛的混合溶解度参数d、h, 各基团的Vg,i 、Fd,i、Fh,i 可从有关附录查得。解：有关附录查得结构单元Fd,iEh,iVg,i-CH3858.34023.9-CH2-552.68015.9CH-163.2909.5-0H431.2620001.309.7-O-265.163002.0810.0同理可得： 2-4 计算25下，下列水溶液的渗透压：3（质量）NaCL（M NaCL=58.45g/mol）；3（质量）白蛋白（M 白蛋白=65000g/mol）和固体含量微30g/L的悬浮液（其颗粒质量为1ng=10-9g）。解：假设为理想条件，渗透压可用vant Hoff定律计算。对不同溶质可以得到以下结果：NaCl：白蛋白：悬浮液：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vant 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。2-6 延长储藏期及运输方便，常对新鲜果汁进行脱水处理。一种传统的脱水方法是把果汁放入半透膜袋中，再将袋浸入10和25%的盐水中，半透膜袋不渗透盐及果汁，但能透水，于是新鲜果汁中的水从袋中渗出，果汁被增浓。假定果汁固体含量相当于1%（质量）的蔗糖，其与10%的盐水均为理想溶液，而25%的盐水为想液体，求渗透压为多少?解；已知盐水的质量分数分别为10%（密度与水相近）和25%（密度为1186kg/m3） 查附录A，得： ，设在常温25在操作 2-7 在常温、常压下（300K，101.3kPa）下，空气中N2和O2的摩尔分数分别为79%和21%。若用纯氮气和氧气配成1m3上述组成的空气，并假定空气的理想气体，可用理想气体方程pV=nRT计算，则1mol空气的熵变为多少？若再在相同温度与压力下将混合的空气分离成纯氮气和纯氧气，则所需的最小功Wmin，T又为多少？解：常温常压（300K，101.35KPa）下，1mol空气混合熵变为：在相同温度压力下分离1mol空气所需最小功为：1m3空气为理想气体 2-9某聚丙烯微孔膜厚度为20m、孔隙率为50，使该微孔膜孔内充满了水，用于测定氧通量。已知298 K下，氧在水中的亨利定律常数为3.3107mmHg，扩散系数为2.110-5cm2/s，氧在聚丙烯中的渗透系数为P=1.6Barrer。试求通过水进行渗透的那部分氧通量所占比例。解：氧在水中的，在常压101.35KPa，氧在水中的渗透系数膜的空隙率为50%，即水膜与聚丙烯膜的面积一样，且厚度均为20m2-10假定某一反渗透膜的水的渗透系数LP为5104m/（h.bar），在40bar及盐浓度为10000 ppm时，该膜对NaCl和Na2SO4的截留率分别为95.0和99.8，试计算膜对两种盐的溶质渗透系数。解：已知水的渗透系数，：水通量溶质通量同理可得：2-11 25及18bar下某RO膜对5000ppm的NaCl溶液的截留率为95，已知膜的水渗透系数为LP5105g/（cm2sbar）。计算30bar下的截留率。解：已知水的渗透系数 水通量（具体过程见习题2-10）当操作压力变为时，溶质渗透系数不变：水通量解上述方程得：2-12 采用铜仿透析膜将两个体积为100ml的腔隔开。左腔室中装有510-3mol/L的聚丙烯酸钠溶液，右腔室中装有10-3mol/L的氯化钠溶液，膜可以透过Na+和Cl-，但不能透过带负电的聚丙烯酸根离子，试计算平衡时膜两侧钠离子和氯离子的浓度。解：设达到平衡时，由膜右侧扩散到左侧的净通量为若和聚丙烯初始浓度为、根据平衡，达到平衡时平衡时， ，2-13 由Donnan排斥机理可知，带有负电的聚合物膜可以阻止溶液中的阴离子进入膜内，假定膜内固定点荷浓度为0.02eq/L，若膜一侧分别为氯化纳、硫酸钠和氯化钙溶液，其浓度均为1mmol/L。试计算膜对溶液中阴离子的选择性（膜内阴离子浓度与溶液内阴离子浓度之比）。解：已知聚合物内固定电荷浓度为：的氯化钠： 设平衡后膜内阴离子浓度为，阳离子浓度为，溶液内阴离子浓度为，阳离子浓度为，固定电荷为由膜内电中性知： 平衡后联立上面三式，化简后得：膜