wyklad 11, inżynieria bioprocesowa
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
WYMIARY CHARAKTERYSTYCZNE
Obiekt (Masa molowa) Średnica w nm
Drożdże, grzyby strzępkowe
10
3
-10
4
Bakterie
300 – 1 000
PROCESY MEMBRANOWE
Zawiesiny koloidalne
100 – 1 000
Makromolekuły (10 – 10 )
2 – 10
Krzysztof W. Szewczyk
Antybiotyki ( 300 – 1 000)
0,6 – 1,2
Cukry proste, dwucukry (200–400)
0,8 – 1,0
Kwasy organiczne ( 100 – 500)
0,4 – 0,8
Jony nieorganiczne (10 – 100)
0,2 – 0,4
Woda (18)
0,2
METODY ROZDZIELANIA
MEMBRANY PERMEACYJNE
rozmiar
mikrofiltracja
ultrafiltracja
odwrócona osmoza
filtry włókninowe
dyfuzyjność
HOMOGENICZNE
MIKROPOROWATE
dializa
elektrodializa
ultrawirówki
SYMETRYCZNE
NIESYMETRYCZNE
gęstość
wirówki
sedymentacja
10
0
10
1
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
d
p
nm
Makromolekuły(10
4
– 10
6
)
2 – 10
Membrany
DIALIZA
rozpuszczalnik
MEMBRANY
symetryczne
niesymetryczne
J
∆
=
K
C
J
K
∆
C
C
s
C
TREKOWE
PROWATE
NIEPOROWATE
POROWATE
NASKÓRKOWE
KOMPOZYTOWE
roztwór
DIALIZA OKRESOWA
DIALIZA OKRESOWA
C
L
C
P
dC
C
L
C
P
−
V
F
=
K
A
( )
P
C
−
C
dC
F
dt
C
m
F
( )
P
−
V
F
=
K
A
C
−
C
F
dt
A
m
F
C
F
L
( ) ( )
P
−
C
=
K
A
C
−
C
P
L
C
m
F
C
p
= 0
V
F
C
F
V
F
C
L
= 0
t
=
L
ln
C
F
C
=
K
C
A
m
C
P
L
+
K
A
F
K
A
C
C
m
A
m
O
( )
C
V
L
+
K
A
L >> K
A
A
m
t
=
F
C
m
ln
F
,
0
V
C
L
K
A
C
t
=
F
ln
F
,
0
C
m
F
,
K
K
C
A
m
C
F
K
C
C 0
,
DIALIZA OKRESOWA
DIALIZA PRZECIWPRĄDOWA
C
F
F
C
P
• Usuniecie 90% soli w dializerze
okresowym wymaga 2 godzin. Obliczyć
czas usunięcia 99% soli.
J
∆
A
C
=
K
C
_____
A
t
=
V
F
ln
C
F
DIALIZAT
DYFUZAT
K
A
C
C
m
O
C
m
O
C
_____
( ) ( )
( )
( )
L
−
C
−
C
−
C
∆
C
=
F
P
O
L
ln
F
( )
A
C
−
C
L
t
C
ln
100
C
L
C
0
ln
F
P
2
=
=
=
2
2
t
C
ln(
10
)
C
−
C
1
ln
F
O
−
F
( )
C
C
1
+
C
Φ
−
1
1
F
L
L
C
=
−
F
K
A
O
F
Φ
=
exp
1
C
m
t
=
2
⋅
2
=
4
h
Φ
−
L
F
2
L
DIALIZA PRZECIWPRĄDOWA
ELEKTRODIALIZA
∆
E
J
=
z
u
−
K
∆
C
• Moduł dialityczny ma powierzchnię 10 m
2
. Obliczyć stopień
oczyszczenia soli, jeżeli moduł zasilany jest czystą wodą z
natężeniem 20 dm
3
/h , współczynnik dialityczny wynosi 10
-6
m
2
/s ,
natężenie przepływu roztworu dializowanego 10 dm
3
/h. Obliczyć
stopień oczyszczenia dializatu
i
i
∆
x
C
(-)
(+)
A
-
−
6
10
10
anoda
F
m
C
K
A
( )
1
−
0
5
katoda
(
−
)
0
01
3600
Φ
=
e
L
F
=
e
=
6
05
Me
+
1
−
F
Me
+
C
L
1
−
0
0
=
=
=
0
09
A
-
C
F
6
05
−
0
F
Φ
−
L
C
−
C
C
Membrana kationitowa
Membrana anionitowa
η
=
F
0
=
1
−
0
=
1
−
0
09
=
0
91
roztwór
C
C
F
F
C
A
/
ELEKTRODIALIZER
WIELOKOMOROWY
ELEKTRODIALIZER
węwnętrznie stopniowany
+
K
A
K
A
K
A
roztwór
rozcieńczony
C
P
(-)
(+)
K
+
K
+
K
+
K
K
K
+
katoda
anoda
A
-
A
-
A
-
-
roztwór
zatężony
C
Z
F
C
F
TECHNIKI MEMBRANOWE
ciśnieniowe
TRANSPORT PRZEZ
MEMBRANĘ
membrana
Ciśnienie osmotyczne
π
C
R
T
P
1
P
1
P
1
P
1
C
1
∆
C
C
2
Strumień rozpuszczalnika
P
2
P
2
P
2
P
2
∆
=
µ
P
−
σ
∆
π
J
Mikrofiltracja
Ultrafiltracja
Nanofiltracja
Osmoza odwrócona
P
1
P
2
L
(
R
+
R
)
∆
P
c
m
p
Rozpuszczalnik
Jony jednowartościowe
Strumień substancji rozpuszczonej
Jony dwuwartościowe
P
1
> P
2
( )
Makromolekuły
J
= σ
C
1
−
J
+
K
C
Cząstki
s
1
L
C
< 0,5 MPa
0,1 – 1 MPa
1 – 10 MPa
σ
-współczynnik zatrzymania
∆
WSPÓŁCZYNNIK
ZATRZYMANIA
POLARYZACJA STĘŻENIOWA
σ
1
PEŁNE ZATRZYMANIE
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
ss
s
s
H
2
O
H
2
O
H
2
O
H
2
O
J
s
= σ
C
1
( )
−
J
L
+
K
C
∆
C
PEŁNA PRZEPUSZCZALNOŚĆ
H
2
O
H
2
O
H
2
O
H
2
O
d
p
POLARYZACJA STĘŻENIOWA
Polaryzacja stężeniowa
Moduł kapilarny: d= 0,1 cm, l = 100 cm, Lepkość ciecz = 1,2 10
-3
Pa.s, gęstość
1100 kg/m
3
. Współczynnik dyfuzji bałek: 9 10
-11
m
2
/s. Liniowa prędkość
przepływu ciecz 3 m/s. Szybkość filtracji 45 dm
3
/m
2
h.
Strumień filtratu J
L
Ustalony rozkład stężeń
N
=
0
082
N
0
Re
69
N
0
33
Sh
Sc
u
d
ρ
3
⋅
1
⋅
10
−
3
1
⋅
10
3
µ
1
⋅
10
−
N
=
=
=
2750
Re
µ
1
⋅
10
−
3
N
Sc
=
=
=
1
21
10
4
ρ
D
1
10
3
9
10
11
d
C
J
L
−
C
=
D
C
D
d
x
N
=
0
038
(
2
75
⋅
10
3
)
0
69
(
21
⋅
10
4
)
,
0
33
=
431
C
w
Sh
9
8
−
11
N
D
431
⋅
9
⋅
10
m
7
J
k
=
Sh
=
=
3
88
⋅
10
−
J
δ
c
−
3
6
C
L
L
d
1
⋅
10
s
5
w
=
e
D
=
e
k
4
c
3
C
−
3
10
2
J
45
⋅
10
C
c
k
1
b
W
=
e
=
e
3600
⋅
3
,
88
⋅
−
5
=
1
38
0
C
b
C
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
b
J (m
3
/m
2
h)
δ
s
1
,
3
⋅
⋅
⋅
⋅
−
J
,
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]