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

1
Kỹ ThuậtMàngvàỨng Dụng
Bài 3:
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối
qua màng
Giảng viên: NguyễnMinh Tân
Bộ môn QT-TB CN Hóa học& Thựcphẩm
Trường Đạihọc Bách khoa Hà nội

Cơ sở các mô hình chuyểnkhối qua màng
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Mô hình chuyểnkhối qua màng
Xuấtxứ
ứng dụng
Loại
mô
hình
Ví dụ
NC cơ bản/
Chế tạomàng
Phân tích hồiqui /
Chế tạo thiếtbị
Kỹ thuật/
Chế tạothiếtbị,
nghiên cứu
Mô hình
cấutrúc
Mô hình
Bán thựcnghiệm
Mô hình
Thựcnghiệm

Phụ thuộc
màng
Không phụ
thuộcmàng
Mô hình hấpphụ kép
Mô hình thể tích rỗng
Mô hình
hòa tan-khuyêch tán
Mô hình lỗ
Mô hình ma sát
Mô hình Kedem-Spiegler
2
Cácmôhìnhlýtưởng
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Màng hòa tan-
khuyêch tán
Màng lỗ
Thẩmthấungược
Thấmbốc
Thẩmkhí
Siêu lọc
Vi lọc
Thẩmtích
Các trở lực tác dụng đồng thời
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Các trở lựcnốitiếp
Các trở lực song song
Lớphoạt động
Lỗ châm kim
3

Mô hình dòng lỗ
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Đường đặctrưng phân tách củamànglỗ với MvWCO = 60000kg/kmol
Khốilượng mole
Độ giữ lại
Mô hình dòng lỗ
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Dung dịch đầu
Nướctrong
Giả thiết:
-Dòng qua lỗ tương ứng với dòng qua lớp màng
-Lớp màng được coi như là tậphợpcủacáclỗ mao quản song song nhau
4
Mô hình dòng lỗ
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Dung dịch đầu
Nướctrong
Độ rỗng củamàng
Bề mặtriêng
Độ ngoằn nghoèo củamaoquản
Phương trình Hagen Poiseuille
Đường kính thủylực
Dòng qua mộtmaoquản
Dòng nước trong
ges
poren
V
V
=
ε

Hệ số Karman-Kozeny
Mô hình Hòa tan – khuyêch tán
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Dung dịch đầu
Nướctrong
Lớphoạt động
Lớpphụ trợ
Lớp đồng nhất, cấu
trúc không lỗ
Giả thiết:
-Coi màng là mộtlớp
đồng nhất, liên tục
-Trong khôn gian trê
bề mặt màng và
khoảng dung dịch
ngay sát bề mặt
màng tồntại
cân bằng thế hóa
-Bỏ qua sự kếthợp
giữa các dòng riêng
phần
Dòng = Nồng độ x Độ linh động x Động lực
5
Mô hình Hòa tan – khuyêch tán
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Dung dịch đầu
Nướctrong
Lớphoạt động
Lớpphụ trợ
Lớp đồng nhất, cấu

trúc không lỗ
Độ linh động tính qua hệ
số khuyêch tán
Khi quá trình khuyêch tán biểudiễnbởi định luậtFick
Mô hình Hòa tan – khuyêch tán
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Với quá trình thẩmthấungược
Với quá trình thấmbốcvàthẩmkhí
6
Hấpphụ
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Các qui luậthấpphụ mô tả mốiquanhệ giữanồng độ c
k,M
ở trạng thái cân bằng
củacấutử k trong trạng thái hòa tan vào màng và Áp suất, nhiệt độ và thành phần
của pha ngoài
Các loại đường đẳng nhiệthấpphụ khác nhau
Hoạt độ a
k
của pha ngoài
Hấpphụ Henry
Mô hình tổng quát
Khuyêch tán
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Áp suất phía dung dịch đầu
Độ thẩmthấu
Ảnh hưởng củaápsuấttới độ thẩmthấucủamàngPDMS đốivớiCO
2
và CH
4

Hệ số củamôhình
thể tích tự do
Thể tích tự do
7
Tổng kết các mô hình chính mô tả quá trình
chuyểnkhốiqua màng
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Các phươngtrìnhtínhtoán
Quá trình Các giả thiết
RO ( hệ chất
hữucơ (i)-
nước(W))
RO ( dung
dịch
muối)
Thẩmkhí
Thấmbốc
Mô hình hóa sự vậnchuyểnkhívàhơi trong vậtliệu
cấutrúclỗ
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Cơ chế chuyểnkhối trong vậtliệucấutrúcrỗng
Khuyêchtánphântử
Kích thướclỗ giảm
Lỗ Macro
Lỗ Micro
Lỗ Meso
Đốilưu
Khuyêch tán
Knudsen
Khuyêch tán qua cấutrúc

sàng phân tử
8
Chuyểnkhối trong Macropore và Mesopore
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Khuyêch tán tự do, phương trình Maxwell-Stephan
Đinh luậtFick
Chuyểnkhối trong Macropore và Mesopore
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Khuyêch tán Knudsen
Đinh luậtFick
Quãng đường trung bình
Áp suất trung bình trong lỗ
Dòng phân tử trung bình trong lỗ
Động lựccủaquátrìnhlàchênhlệch
áp suất riêng phần
9
Chuyểnkhối trong Macropore và Mesopore
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Dusty Gas Model/ Mô hình khí đục
Nguyên lý mô hình khí bụi
Các phân tử cốđịnh
Các phân tử linh động
Chuyểnkhốitronglỗ Micro
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Các nguyên lý chuyểnkhối trong lỗ micro:
A: sàng phân tử toàn phần
B: khuyêch tán bề mặt
C: ngưng tụ mao quản
Nguyên lý mô hình chuyểnkhối
trong lớp các phân tử bị hấpphụ

Hệ số chuyển
khốibề mặt
10
Chuyểnkhối trong Mikropore
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Các nguyên lý chuyểnkhối trong lỗ micro: Ví dụ trong Zeolith
Nhiệt độ
Dòng
Khuyêch tán
hơichủđộng
Khuyêch tán
bề mặt&
khuyêch tán
hơichủđộng
Khuyêch tán bề mặt
Chuyểnkhối trong màng có tích điệnbề mặt
Mô hình hóa quá trình chuyểnkhối qua màng
Mô hình lỗ biếntínhápdụngchomàngchọnlọcion
Dung dịch
Dung dịch