Tài liệu Bài 3: Mô hình hóa quá trình chuyển khối qua màng pptx

Kỹ Thuật Màng và Ứng Dụng Bài 3: Mô hình hóa quá trình chuyền khối qua màng Giảng viên: Nguyễn Minh Tân Bộ môn QT-TB CN Hóa học & Thực phẩm Trường Đại học Bách khoa Hà nội Tannm-dce@

Kỹ Thuật Màng và Ứng Dụng

Bài 3: Mô hình hóa quá trình chuyền khối

qua 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

Cơ sở các mô hình chuyền khối qua màng

Mô hình thể tích rỗng

hòa tan-khuyêch tán

Mô hình lỗ

C _ Mô hình nh chuyên khối qua mang

Xuất xứ NC cơ bản/ Kỹ thuật/ Phân tích hỏi qui /

ứng dung |_ ché tạo màng nghiên cứu - Chế tạo thiết bị

Ví dụ Dual-Sorption-Modell Lésungs-Diffusions-Modell Friction-Modell

Free-Volume-Modell Porenmodell Kedem-Spiegler-Modell

Mô hình hấp phụ kép _ Mô hình Mô hình ma sát

Mô hình Kedem-Spiegler f L)

Các mô hình lý tưởng

khuyêch tán

“iF

=>

jP

Lớp hoạt động

Các trở lực tác dụng đồng thời

Lỗ châm kim

|

Mô hình dòng lỗ

- |

Humanserum- lu 7 '# ————®>> Dextfan T110 albumin

= | p ƒ —

Dextran T20 <@— Dextran T70

80 Pepsin

lee Chymotrypsin

Ỉ ®>_PEG 20000

, ị

8

^ th Insulin

ƒ Ug PEG 1500

5 | Vitamin B

10° 10° 10° 10° 10° 10°

Khối lượng mole M [kg/kmol]

Đường đặc trưng phân tách của màng lỗ với MvWCO = 60000kg/kmol

Mô hình dòng lỗ

Pị @ O55 xo © P2

— io “

i Vp =P = AAp

-Dòng qua lỗ tương ứng với dòng qua lớp màng

-Lớp màng được coi như là tập hợp của các lô mao quản song song nhau

Mô hình dòng lỗ

V

Độ rỗng của màng cha 3 = — o 8

oren ° a: “fT Ne có Hệ sô Karman-Kozeny

+ » "¬ —_— ©

V ges @ (OS Tm) .Ø ° `» vs 7 yet Tel? eh 2rõ

Ầ vg uta 9 e > po —— _ 1) - ( -€) Sy 47

In q — £) Vp = P_ AAp

Độ ngoằn nghoèo của maoquản T=L/ 0d

Dòng qua một mao quản

-

Phương trinh Hagen Poiseuille : 2 Đường kính thủy lực Y Kạp — _ mp

€

Vp

E

Mo hinh Hoa tan — khuyéch tan

-Coi mang la mét lop

đồng nhát, liên tục

-Trong khôn gian trê

bề mặt màng và

khoảng dung dịch

ngay sát bề mặt

màng tôn tại

—

Lớp đồng nhất, cấu trúc không lô

(Sy, = 0,3 —2,5 pm) (6, = 50-100 um)

cân bằng thế hóa Lớp hoạt động

-Bỏ qua sự kết hợp

giữa các dòng riêng

phần

Ou

Hy =-Ckw Đgự >

Mô hình Hòa tan — khuyêch tan

Nước trong

Dung dịch đầu

Độ linh động tính qua hệ

số khuyêch tán

Dio =9% Thy

—

Lớp đồng nhất, cấu trúc không lô

Me Cee Pe

Lớp hoạt động Lớp phụ trợ (© = 0,3—2,5 tm) (8; = 50-100 pm)

Khi quá trình khuyêch tán biểu diễn bởi định luật Fick

Mô hình Hòa tan — khuyêch tan

1000 |

ms

¬

mo

oD F

š

š 500 Triebkraftgrenze

7 4000 x,

= fiir Wasser

3

73000 £

<

3

J

<i

§

2000 œ

ặ

RO, Ap = 100 bar š

i999 -&

—— 2-Propanol

I I 0

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Molanteil Wasser im Feed xy [-]

O In ayyy + -9 Pự ñy =-€kw Dgự o¬ =

Me =~ Cer Dargo’ —3: KT d-

l

Hap phụ

Các qui luật hắp phụ mô tả mối quan hệ giữa nồng độ CL ¡¡ ở trạng thái cân bằng

của cấu tử k trong trạng thái hòa tan vào màng và Áp suất, nhiệt độ và thành phần

của pha ngoài

Henry Flory-Huggins Dual-Sorption

Hoạt độ a, của pha ngoài

Các loại đường đẳng nhiệt hấp phụ khác nhau

by Pr

Crm = Sie Ue c, =cH +c, =S, pp tcp

1+, p;,

Khuyéch tan

16 T Free-Volume-Modell: n

14 [) Reinstoffpermeabilitat

12 Ƒ| Temperatur: 30°C “ — ò FT~~h

i j

| i

= Messwerte Bellingen [3] |

8 ——o oO Messwerte Struck [23] [>

— Free-volume-Modell

i

0

10 20 30 40 50

0

Áp suất phía dung dịch đầu Pr [bat aps]

Ảnh hưởng của áp suất tới độ thảm thấu của màng PDMS đối với CO, và CH,

B

D; = D? exp adi

Tông kết các mô hình chỉnh mồ tả quả trình

chuyên khôi qua màng

RO ( hé chat Creat = Cag + Cry = CONST My = A | Fs | (Ap -Az,)

„ Cự _ =_ hWwy _ ihý = B | — |-(Ap -AZ,)

RO ( dung dens =0: R=100 % mi =Ap,:(Ap-Az,)

muối) |R Tina.| >> V, “(Py ~ Pp) Ms = Bap, =B8 Aw,

#7

Ấ x de, dy, ee Cyy D, (asp )

- — Chụự Deo V, {RT ĐỀ |

|R TIna,| >> AC? —P,) ~ ORT V, In Đạp he |

Mô hình hóa sự vận chuyền khí và hơi trong vật liệu

câu trúc lô

(đp„„ > 50 nm) (2 nm < dpoye < 50 nm) (2 nm < dpore < 50 nm)

Kích thước lỗ giảm

Poll Ku ®

y e ‡ Khuyêch tán qua cấu trúc

ˆ „ a go ỗi ê 5 Molekularsieb, Khuyéch tan phân tử Đôi lưu _~- tán strukturbedingte

~ nudsen Diffusion

Cơ chế chuyên khối trong vật liệu cấu trúc rỗng

Chuyên khối trong Macropore và Mesopore

dc

a’ =-D, -—<

Òz

Dinh luat Fick

Khuyêch tán tự do, phương trình Maxwell-Stephan

avi

J#il

p._T

o=

on

Chuyén khdi trong Macropore va Mesopore

dc,

Oz

Khuyéch tan Knudsen

Dòng phân tử trung bình trong lô

_3ØJ2xWÑTM, 6

áp suât riêng phân

_ Pr†Pp

Pin = 2

Chuyên khối trong Macropore và Mesopore

Dusty Gas Model/ Mô hình khí đục

Các phân tử cố định (N+1)

ae Vy `

©

\/

Các phân tử linh động (¡j)

Nguyên lý mô hình khí bụi

Chuyên khối trong lỗ Micro

„ ®

^ z ^ mà z ke ® ° °

Nguyên lý mồ hình chuyên khôi :

trong lớp các phân tử bị hập phụ oe

7 =— tt °o bo o°9@c @°0 ° ° e

_ ° ° ° [eœoooooo°o°o°o°o°o°o°oofloflofolnolnnoinnoinnọinọoino/00ọi So

Các nguyên lý chuyển khối trong lỗ micro:

A: sàng phân tử toàn phần B: khuyêch tán bề mặt

C: ngung tu mao quản

Chuyên khối trong Mikropore

I tT

Khuyéch tan bé mat

Khuyéch tan

bé mat &

khuyéch tan hơi chủ động

Khuyéch tan hơi chủ động

Các nguyên lý chuyển khối trong lỗ micro: Ví dụ trong Zeolith

Chuyên khối trong màng có tích điện bề mặt

Mô hình lỗ biến tính áp dụng cho màng chọn lọc ion

ding _ Cig Dia ZF ; 9Ø

-/,”

N; = CiyV— Diy -

10