膜分離技術は、膜を介して分子の動きに依存して分離を達成します。拡散率を計算することは、これらのシステムの設計と最適化のために不可欠です。この記事は、膜プロセスの拡散率を計算するためのステップバイステップガイドを提供します。

膜の拡散を理解する

拡散は、分子がより高い濃度の領域から下濃度の領域に移動するプロセスです。膜分離では、この動きは半透過膜全体で発生します。拡散率は、濃度勾配、膜特性、温度などの要因によって異なります。

フィックスのファースト・ロー・オブ・拡散

拡散率を計算するための最も一般的なモデルは、Fickのファーストローです。 これは、フラックス、Jは、膜全体に濃度勾配に比例していると述べています。

J = -D(dC/dx)[]

どこ:

  • J] =拡散フラックス(単位面積あたりの時間)
  • D] =拡散係数
  • [dC/dx] =膜全体に濃度勾配

拡散率の計算

拡散率を決定するには、次の手順に従ってください。

  • 膜(ΔC)の周囲の集中差を測定します。
  • 膜厚(Δx)を決定。
  • 特定の分子および膜材料のための拡散係数(D)を見つけて下さい。
  • フィックの法則を使用してフラックスを計算する:J = D * (ΔC / Δx).
  • 膜領域のフラックスを多重化し、拡散率を全体的に確認します。

計算例

膜は1 x 10-9]の拡散係数が1 x 10]]のm]の2の集中差、50のmol/mの3[の3]のの厚みおよび0.001 mの厚み。膜領域は2 m]2[]2です。

拡散フラックスを計算します。

J = 1 x 10-9] *(50 / 0.001) = 5 x 10]-5 mol/m2[]/秒

それから、総拡散率:

レート = J * エリア = 5 x 10-5 * 2 = 1 x 10] - 4[ mol/s