Процесс газоразделения с помощью мембран реализуется в установках, главным элементом которых являются мембранные газоразделительные модули. Основной рабочий элемент модулей — полимерная мембрана, на которой происходит процесс газоразделения. Эффективность работы мембранных модулей зависит от свойств полимерных мембран, их коэффициентов газопроницаемости и селективности по отношению к целевым компонентам газовой смеси, конструкции мембранного модуля, технологической схемы работы установки с объектом.[ ...]
При разделении воздуха для получения обогащенного кислородом воздуха и азота используется свойство мембраны, заключающееся в гораздо большей скорости проницания кислорода, чем азота. Ниже рассматриваются получившие наибольшее применение для разделения воздуха непористые полимерные мембраны. По обе стороны мембраны (на стороне просачивания и на стороне подачи) создается разность давлений (рис. 2.3). При этом на стороне просачивания с низким давлением получают воздух с повышенной концентрацией кислорода.[ ...]
Как следует из (2.1), скорость проницания газа через мембрану определяется значением, прямо пропорциональным коэффициенту проницаемости, площади мембраны, разности давлений и обратно пропорциональным толщине мембраны.[ ...]
В соответствии с современными представлениями процесс проницания через полимерную мембрану протекает следующим образом: газ абсорбируется на поверхности мембраны со стороны высокого давления, растворяется в полимере, диффундирует через толщину мембраны, а затем десорбируется с поверхности мембраны со стороны низкого давления.[ ...]
Таким образом, при разделении газовых смесей с помощью мембран эффективность разделения определяется свойствами применяемой мембраны, а именно, коэффициентами проницаемости и селективности мембраны по компонентам исходной газовой смеси.[ ...]
Различные полимерные материалы характеризуются, при прочих равных условиях, неодинаковыми коэффициентами проницаемости и селективности (табл. 2.4) [12]. Чем выше селективность, тем, в большинстве случаев, ниже проницаемость по кислороду. Поэтому актуальным является создание мембран, характеризующихся как высокой селективностью, так и высокой проницаемостью.[ ...]
Коэффициенты селективности мембраны по отношению к целевым компонентам определяют энергозатраты процесса газоразделения, а газопроницаемость мембраны — капитальные затраты, т.е. чем выше селективность мембраны и ее газопроницаемость, тем ниже соответственно энергозатраты и капитальные затраты на газо-разделение.[ ...]
Наиболее газопроницаемым из известных полимеров является полидиметилсилоксан (ПДМС) — термически стабильный гидрофобный аморфный полимер с очень низкой температурой стеклования (150 К). Полимер содержит кремний как в основной цепи, так и в обрамляющих ее группах и отличается высокими параметрами селективного газопереноса. Его молекулы наряду с небольшими потенциальными барьерами вращения вокруг связи 81—0 имеют спиралевидную структуру, способствующую рыхлой упаковке молекул полимерами отличаются сравнительно небольшой энергией межмолекулярного взаимодействия. Работы по улучшению газоразделительных и механических свойств ПДМС ведутся разными путями: введением наполнителей, сшивкой, блок-сополимеризацией, нанесением тонких слоев на полимерные подложки.[ ...]
Рассмотрим влияние внешних факторов на характеристики мембран. Коэффициент проницаемости кислорода через образцы пленок из полиэтилена, полипропилена, поли-4-метилпенте-на-1 закономерно увеличивается при повышении температуры. Концентрация кислорода в проникшей через образец смеси газов возрастает с ростом перепада давления и снижается с увеличением температуры. Удельная производительность исследованных образцов пленок возрастает при повышении температуры и перепада давления.[ ...]
Важным направлением повышения эффективности разделения воздуха является разработка мембран новых типов, в том числе жидких мембран. Реализованные промышленные процессы обогащения воздуха кислородом выполнены с мембранами, имеющими селективность до 3,5. Для ряда процессов необходимо применение воздуха, обогащенного кислородом до 70— 90%. Получение кислорода таких концентраций возможно при коэффициенте селективности мембран по смеси кислород-азот порядка 10—15. К таким мембранам относятся жидкие мембраны (см. гл. 1, § 1.1). Использование жидких мембран для разделения воздуха позволяет повысить как производительность установок, так и селективность разделения.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| К рассмотрению закономерностей разделения воздуха на полимерной мембране |
 |
| Связь между производительностью, селективностью по кислороду и стоимостью эквивалентно чистого кислорода |
 |
| К пояснению геометрических характеристик параметров мембранной поливолоконной упаковки |
 |
| Разделительный элемент мембранной половолоконной упаковки, рассчитываемый в математической модели (радиальная подача газа, противоток) |
 |
| Зависимость концентрации кислорода в обогащенном кислородом воздухе (пермеате) от кратности разделения (отношение расхода подаваемого на разделение воздуха к расходу пермеата) |
 |
| Схемы соединения мембранных модулей в каскады |
 |
| Схемы соединений мембранных модулей в колонны |
 |
| Зависимости удельных затрат на разделение от степени извлечения (отношение расхода воздуха, обогащенного кислородом, к расходу воздуха на входе) |
 |