Il fenomeno della polarizzazione della concentrazione
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- Valentina Fortunato
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1 Il feomeo della polarzzazoe della cocetrazoe S ha quado o soo trascurabl le ressteze al trasporto d matera al d fuor della membraa. Ne segue ua dmuzoe della forza motrce attraverso la membraa e qud del flusso d peetrate. Nella permeazoe de Gas: feomeo trascurable l processo d soluzoe dffusoe è assa leto F 0 e Nel caso d dffusoe d lqud le veloctà d dffusoe possoo essere basse feomeo mportate per dals, osmos versa e pervaporazoe. I geerale l coeffcete globale dpede da propretà del fludo, geometra del caale d flusso e regme d flusso (lamare o turboleto). S usao aaloge per la determazoe de coeffcet N Sh k d H /D a N Reb N Sc 0.33 (d H /) d Ved esempo
2 DIISI Membraa mcroporosa per favorre l trasporto del soluto (per Δc) soluto d tpo B ha molecole troppo grosse e (se) passao co dffcoltà. Tale trasporto s chama dals. ( collod o passao) Se passa ache l solvete el verso opposto (osmos) Se > l feomeo può dvetare trascurable. Idealmete l utà d dals dovrebbe permettere ua separazoe perfetta tra da u lato e B e collod dall altro I realtà. S veda l esempo e applcazo soo pù modeste d quelle della osmos versa e della permeazoe d gas. C soo tuttava vare applcazo: rmozoe d alcool dalla brra (l aalcolca..); rmozoe d acd meral da compost orgac; purfcazoe d prodott farmaceutc EMODIISI o RENE IFICIE per la rmozoe d urea, creata e acdo urco e fosfat. S usao acetato d cellulosa, copolmer polvlc, polsulfo, polmetlmetacrlato (spessor <50 μm; dametr de por 5 00 Å.) Modul a fbre cave. arecche mglaa d fbre (00 μm d dametro co spessore 0-30 μm e lughezza d 0-30 cm). Nota che le presso soo pù o meo le stesse K l d K ( c c ) dm F M + + Coeffcete d trasporto globale k F M k a superfce s ottee tegrado la co rfermeto al modulo specfco
3 Il cellophae poroso: ua delle prme membrae. Il umero d trasporto dell acqua flusso d acqua/flusso d soluto Deve essere < + (se egatvo stessa drezoe de fluss) Ne modul cotroccorrete per la dals s utlzza l equazoe K Ved esempo per l recupero d acdo solforco. M ( Δc ) M Co l Δc medo logartmco e l coeffcete d trasporto globale OSMOSI INVERS Rcordamo quato gà vsto e vedamo perché vale la. er soluzo dlute π β c j E l processo pù largamete dffuso per produrre acqua potable medate dssalazoe. S trasfersce l solvete (acqua) da acqua salata a acqua pura utlzzado ua Delta > della pressoe osmotca. acqua salata s cocetra
4 S utlzzao membrae dese (polammd) permeabl all acqua ma o al sale. Soo ecessare membrae spesse data la grade dffereza d pressoe: s usao qud membrae composte o asmmetrche. No s ottee geere u separazoe perfetta tra solvete e soluto poché soltato ua parte d acqua (crca l 50% geere) dvee ERMETO (acqua pura). Dal 990 è pratca l uco processo utlzzato (s utlzzava prma la dstllazoe a flash). Ogg s producoo el modo per RO crca m 3 d acqua potable al goro. Modul: membrae a fbra cava d tracetato, dacetato d cellulosa o d polammde. Modulo tpco lughezza 40, D 8 (33.9 m ) Codzo tpche: psa (pressoe osmotca 350 psa, 3.5 % peso d sale) Gl us della RO soo var: trattameto d acque quate, cocetrazoe d succh d frutta, Trattazoe teorca del feomeo S tratta d trasporto d lqudo e soo qud mportat tutte le ressteze: membraa e flm d lqudo (se l permeato è puro o c è ressteza da questo lato). Nella pratca s usa ua forza motrce basata sulle presso ache se s tratta d lqud. Vedamo COME s opera. Studo dell equlbro elle codzo d massma geeraltà. Uguaglaza delle fugactà a due lat della membraa (lato almetazoe, permeato) () f ( () f a f T, ) a f ) Ma, per soluzoe pura a () e oltre γ f ) f ) S ot che le gradezze co apce rappresetao le gradezze per compost pur. er u lqudo compressble s dmostra che f ) f v )ep ( )
5 Sosttuedo s ha: γ f ) f v )ep ( ) e qud ( ) π v l( S può usare la pressoe osmotca a msura della attvtà d u lqudo.. E oltre per soluzo dlute Ma è ache per b pccolo Sosttuedo e rsulta γ B l( B ) B ( ) π v B γ ) v B v V del solvete lqudo B π c c B B pplegate suggersce π.t m psa, K, molaltà mol/l Nel caso geerale, preseza d soluto da etramb lat, l equlbro rchede π π a forza motrce qud è E l flusso N H O Δ Δπ M H O l M ( Δ Δπ ) feed permeato π feed π permeato ll aumetare d delta dmusce S ovvero c sale,perm /c sale,feed U dato: π (35000mg/l d sale) 385psa 6 atm Oservazo: per proteggere la membraa da mbrattamet soo ecessar pretrattamet (fltrazoe, flocculazoe,..)
6 Il peso della polarzzazoe della cocetrazoe Dalla fgura: a varazoe d attvtà dell acqua geera flusso da Feed a ermeato. Tale flusso trasporta co sé ache sale, ma, poché l sale o può peetrare la membraa, s crea l proflo d cocetrazoe d sale fgura. Il proflo della fgura crea u flusso d sale dalla membraa verso l tero della feed. SI NOTI CHE D VORE DI CONCEN- TRZIONE DE SE INTERFCCI DIENDE RESSIONE OSMOTIC E QUINDI FORZ MOTRICE. I asseza d accumulo all terfacca l flusso d sale verso la membraa eguagla l flusso verso. Da tale equlbro rsulta l valore della cocetrazoe. N H O c SF ( S) k ( c c ) c S I c s S I H O S F ks S N + F ( S) ESEMIO d schema S ot l recupero eergetco turba
7 a permeazoe de gas er la separazoe d spece a basso peso molecolare rspetto ad altre. Spesso ad alte temperature. Uso d membrae porose o dese. a forza motrce utlzzata è la dffereza d pressoe. e applcazo d membrae dese soo umerose: separazoe d drogeo da metao; rapporto opportuo drogeo / ossdo d carboo e gas d stes; arrcchmeto d Ossgeo ( o azoto) ara; rmozoe d CO ; rmozoe d elo Vatagg rspetto ad assorbmeto e dstllazoe soo basso captale d vestmeto e facltà d stallazoe. lta flessbltà e basso mpatto ambetale. Separazoe Ossgeo-azoto: dal puto d vsta ecoomco le purezze raggugbl soo % d azoto (el cocetrato) e 30-45% d ossgeo el permeato. ERVORZIONE Da u lato lqudo dall altro vapore: atmosferca o poco d pù, spesso sottovuoto (e comuque ferore al puto d rugada) C possoo due zoe ella membraa (ved fgura) oppure la fase vapore s ha soltato dal lato permeato. pplcazo d dedratazoe d etaolo, dedratazoe d altr alcool orgac rmozoe d orgac dall acqua. S vedao uo schema d rfermeto per la rmozoe da u acqua d VOC.
8 Esempo d mpato Il modulo a membraa opera tpcamete maera adabatca: l calore latete d vaporzzazoe è forto dal calore sesble dell almetazoe. Il blaco è (T d rfermeto par a T R ): Otteuto T come puto d rugada del permeato dal blaco s ottee T R. S sottolea la crtctà della scelta della membraa. S usao membrae composte dese. Il trasporto attraverso la membraa. E u trasporto soluzoe-dffusoe, ma v soo cambameto d fase ed effett d o dealtà. Equlbro * γ _ y Trasporto * N ( ) M γ y
9 Va osservato che la permeabltà dpede ache dalla cocetrazoe del permeate (s ha sovete rgofameto) e questo rede pù dffcoltose le valutazo. Dat spermetal mscela etaolo (massa molare 46 ; composto ; * 35 mmhg) e acqua (; * 49 mmhg) a 60 celsus 76 mmhg Dat su coeffcet d attvtà SOUZIONE.. Calcolo e, gamma, fluss e permeaza
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