与双极膜电渗析
电渗析与双极膜利用水分离的双极膜电渗析堆栈酸和碱的生产从相应的盐。过程和堆栈设计在很多方面类似于普通电渗析。与双极膜电渗析的关键元素是双极膜。它的性能很大程度上决定了过程的技术可行性和经济[25]。
4.2.1双极膜,准备和它的结构和功能
双极膜的功能见图16,这显示了一个双极膜组成的阴离子和阳离子交换
图16原理图说明双极膜的功能显示(a)双极膜和(b) 4 - 5 nm厚的界面过渡区两个阳离子,阴离子交换层。
图16示意图说明双极膜的功能显示(a)双极膜和(b) 4 - 5 nm厚过渡区两相间的阳离子和阴离子交换层。
层排列在平行的两个电极之间。如果电极之间的电位差成立,所有带电组件将被删除从两个离子交换层之间的界面。如果只剩下水膜之间的解决方案,进一步运输电荷可以实现只有通过质子和羟基离子,由于加工再生水分离很薄,也就是4 - 5 nm厚,阳离子和阴离子交换层之间的过渡区双极膜如图16所示。是由水离解平衡
水分离所需的能量可以从集中的能斯特方程计算链之间的解决方案不同的pH值[28]。它是由
AG)是吉布斯在哪里iOS雷竞技 F是法拉第常数,R是气体常数,T是绝对温度,ApH和j pH值和电压之间的差异这两个解决方案由双极膜隔开。1 molL-1酸和碱解的两个阶段的双极膜分离,公司股价是0.022 kWhmol-1和Aj 0.828 V 25°C。
H +的运输速度和哦离子从过渡区向外阶段不能超过他们这一代人。然而,H +和哦离子的产生率在一个双极膜相比大大增加获得的水由于催化反应速率(途径)。因此,高生产率的酸和碱在双极膜可以实现。
4.2.2系统和流程设计与双极膜电渗析
的设计电渗析过程双膜的传统密切相关电渗析脱盐的过程。堆栈的主要区别是建设和额外的能量水分离的要求。此外,mono和双极膜以及其他硬件组件必须有良好的化学稳定性,强烈的酸和碱。
堆栈设计双极膜电渗析。与双极膜电渗析堆栈的典型布置见图3,其中显示了酸和碱的生产从相应的盐在一个重复单元单元,它由三个包含盐溶液的单个细胞,酸和碱,和三个膜,也就是说,阳离子交换,阴离子交换和双极膜。在行业尺寸的栈,50 - 100个重复单元单位可能被放置在两个电极之间。
的主要区别与双极膜电渗析脱盐堆栈和堆栈用于生产的酸和碱的歧管的分布不同流流。因为在大多数实际应用中,需要高酸和碱浓度,栈通常是在一个饲料和流血的概念图17所示。
4.2.3电渗析双膜过程成本
成本的确定,生产相应的酸和碱盐遵循相同的一般程序为应用电渗析海水淡化的成本分析。总成本的贡献之和的各项成本和运营成本。
投资成本与双极膜电渗析。投资成本直接关系到所需的膜面积为特定的设备容量,可以表示为一个特定比例的总要求的膜面积为给定的能力,这可以从电流密度计算
水
盐溶液
基地
盐溶液
水
图17示意图表明酸和碱的生产从相应的盐与饲料和流血堆栈操作。
Aunit哪里所需的细胞单位面积包含一个双极膜,和阳离子和阴离子交换膜;我电流密度;Qpro产品体积流量;F法拉第常数;X当前利用率;和Cpro产品的浓度。
运营成本与双极膜电渗析。运营成本与双极膜电渗析强烈取决于能源的需求,这是由能源所需的水分离的双极膜和盐离子转移所需的能量饲料的解决方案,和质子和氢氧根离子的过渡区双极膜在酸和碱的解决方案。总能量生产的酸和碱中相应的盐是电渗析脱盐的总电流通过堆栈,堆栈上的电压降。栈上的电压降是膜的电阻的结果,也就是说,阳离子和阴离子交换膜和双极膜和酸的抗性,包含流流的基础和盐栈。除了克服各种所需的电压降电抗性的堆栈,需要提供额外的电压降水分解的能量是由Eq (30)。假设堆栈中的三种细胞的细胞单元具有相同的几何和流量条件下,总能源消耗在电渗析栈模拟给出的能量在传统表达的电渗析[29]
E _ NntAunt阵线- + r * m + rcm,。bm, 2-3RTApH \
Espe 'pro”Vpro AiQ + ' + ' + ' + Fi)
Espc pro是所需的能源生产一定量的酸和碱;我是通过堆栈电流密度;Nunit是细胞的数量单位堆栈;Aunit细胞单位面积;C和C是一个细胞的浓度和平均浓度;D是单个细胞的厚度;一个相当于电导率;;是区域阻力;X是当前利用; R is the gas constant; T is the absolute temperature; F is the Faraday constant; ApH is the difference in the pH value between the acid and base; the subscript pro refers to product and the subscript i refers to salt, acid, and base; the superscripts am, cm, and bm refer to the cation-exchange, the anion-exchange, and the bipolar membrane; the superscripts out and in refer to cell outlet and inlet; Q is the flow of the acid or base through the stack; and t is the time.
的平均浓度酸、基地、盐大部分解决方案的整体平均解决方案由ln (C°u7qn) Ci = (t ') (33)
与双极膜电渗析装置的操作需要三个泵循环盐溶液、酸和基地通过堆栈。
所需的能量通过栈是由泵流流
Ep,规范= Q t = keff Q (34)
Qprot Qpro Ep,,规范是泵的总能量单位产品解决方案通过堆栈,keff是一个效率的泵,Q是体积流率,上标fs是指不同的流流,下标p和pro是指泵产品,分别。
的总成本与双极膜电渗析的水分离固定支出的总和与工厂投资的摊销成本,能源成本和运营成本,包括维护成本和所有的预处理和后处理程序。
双极膜电渗析的实际应用问题。除了多价离子的沉淀中包含流流和稳定的基础离子交换膜在强烈的酸和碱,一个严重的问题是污染产品的盐离子渗透双极膜,一般不是完全选择性渗透。此外,目前利用泄漏的影响通过单极H +离子和哦~阴离子和阳离子交换膜。特别是,当需要高浓度的酸和碱,盐污染通常是相当高的和当前的利用率低。这是一个双极膜的实际应用的主要限制的有效生产相应的酸和碱盐的解决方案。
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