РАЗДЕЛЕНИЕ РАСТВОРА

ОБРАТНЫМ ОСМОСОМ

Содержание работы

 

Из раздела химии, описывающего свойства растворов, известно, что в том случае, когда раствор вещества и растворитель разделены полупроницаемой перепонкой – мембраной, наблюдается самопроизвольный переход частиц растворителя в раствор. Это явление называется осмосом.

Избыточное давление в растворе, останавливающее этот переход, называется осмотическим давлением. Величина осмотического давления определяется законом Я. Х. Вант-Гоффа:

 

,

(3.6.1)

 

где P – осмотическое давление;

n – число ионов, образующихся при диссоциации 1 молекулы растворённого вещества;

F – осмотический фактор, зависящий от природы и концентрации растворённого вещества;

с – молярная концентрация растворённого вещества;

R = 8,31441 Дж/(моль×К) – универсальная газовая постоянная;

Т – термодинамическая температура раствора.

 

Если избыточное давление в растворе р превышает осмотическое давление, то есть р > P, то наблюдается переход частиц растворителя в обратном направлении – из раствора в растворитель. Такое явление называется обратным осмосом.

Эффективность разделения растворов обратным осмосом характеризуется такими величинами, как селективность и удельная производительность мембраны.

Селективность мембраны j в процессе разделения определяется выражением:

 

,

(3.6.2)

 

где c _F – концентрация компонента в исходном растворе;

с _Р – концентрация в пермеате (от лат. permeare – проходить насквозь), то есть в жидкости, прошедшей сквозь мембрану.

Удельная производительность мембранного аппарата q равна:

 

,

(3.6.3)

 

где V _P – объём пермеата, полученный за время t;

S – площадь поверхности мембраны.

Движущей силой процесса разделения растворов обратным осмосом считается разность давлений D р, равная:

 

D р = р – (P F – P Р),

(3.6.4)

 

где P _F и P _Р – осмотическое давление исходного раствора и пермеата, соответственно.

 

Отношение удельной производительности к движущей силе процесса для некоторых мембран является величиной постоянной:

 

.

(3.6.5)

 

где С – константа проницаемости растворителя.

 

Величина константы проницаемости растворителя, полученная экспериментально при одних значениях движущей силы, может быть использована для прогнозирования производительности мембраны при иных значениях движущей силы.

 

Цель работы:разделение водного раствора неорганической соли (CuSO4) обратным осмосом; экспериментальное определение удельной производительности и селективности мембраны, а также константы проницаемости растворителя.