Kalvojen erotteluteknologiat perustuvat molekyylien liikkumiseen kalvojen kautta erottumisen saavuttamiseksi. Diffuusionopeuden laskeminen on välttämätöntä näiden järjestelmien suunnittelussa ja optimoinnissa. Tämä artikkeli tarjoaa vaihe vaiheelta opasta kalvoprosessien diffuusion laskemiseen.

Diffuusion ymmärtäminen membraanien osalta

Diffuusio on prosessi, jolla molekyylit siirtyvät alueelta, jossa on korkeampi pitoisuus, alueelle, jossa on pienempi pitoisuus. Membraanierotuksessa tämä liike tapahtuu läpi puoliläpäisevän kalvon. Diffuusionopeus riippuu tekijöistä, kuten pitoisuusgradientista, kalvon ominaisuuksista ja lämpötilasta.

Fickin ensimmäinen diffuusiolaki

Yleisin diffuusionopeuden laskentamalli on Fickin ensimmäinen laki. Siinä todetaan, että virtaus, J, on suhteessa pitoisuusgradientin koko kalvon:

]J = -D (dC/dx)

jossa

  • ]J = diffuusiovuo (määrä yksikköä kohti/aika)
  • D = diffuusiokerroin
  • dC/dx[ = pitoisuusgradientti kalvon läpi

Lasketaan diffuusionopeutta

Määrittää diffuusionopeus, seuraavat nämä vaiheet:

  • Mitataan kalvon (ΔC) välinen pitoisuusero.
  • Määritetään kalvon paksuus (Δx).
  • Etsi diffuusiokerroin (D) tietylle molekyylille ja kalvomateriaalille.
  • Laske vuo käyttäen Fickin lakia: J = D * (ΔC / Δx).
  • Kertokaa kalvon alueen vuo kokonaisdiffuusionopeuden löytämiseksi.

Esimerkkilaskenta

Oletetaan, että kalvon diffuusiokerroin on 1 x 10-9 m2/s, pitoisuusero 50 mol/m[]3[] ja paksuus 0,001 m. Kalvon pinta-ala on 2 m2.

Laske diffuusiovirta:

J = 1 x 10[-9 * (50 / 0,001) = 5 x 10-5 mol/m2[]/s

Sitten kokonaisdiffuusionopeus:

Rate = J * Area = 5 x 10 -5 * 2 = 1 x 10-4 mol/s