Исследование диффузионных характеристик мембран

УДК 530.1 (06) Молекулярно-селективные и нелинейные явления и процессы
Г.И. ПИСАРЕВ1, 2, О.Г. ТАЛАКИН2, Н.И. ЛАГУНЦОВ1
1Московский
инженерно-физический институт (государственный университет)
2ОАО “Криогенмаш”
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕМБРАН РАЗЛИЧНОГО
ТИПА
В настоящее время в промышленном мембранном газоразделении используются как мембранные модули из плоскорамных мембранных элементов (на основе ПВТМС) так и модули на основе полых волокон. Целью работы было сравнение характеристик мембранных модулей этих типов.
Исследования проводились на стенде в ОАО “Криогенмаш”. Стенд предназначен для определения проницаемостей половолоконных и плоских мембран по различным газам и исследования процессов разделения
газовых смесей в модулях на основе этих мембран, а также для определения производительности данного
типа модулей.
В результате были получены данные по производительности для половолоконного модуля и модуля на
основе ПВТМС мембраны для таких газов как кислород, азот, водород, неон, гелий и по характеристикам
разделения смесей, содержащих эти газы.
Сопоставление полученных результатов указало на довольно близкое совпадение величин коэффициентов селективности для этих модулей. В табл. 1 приведены значения коэффициентов селективности газов по
отношению к азоту.
Таблица 1
Газ
Неон
Гелий
Кислород
Водород
Однако, дальнейший анализ
полученных данных, показал,
что по практической значимо5,6
19,5
4
18,5
сти вовсе не означает, что половолоконные
мембранные
модули эквивалентны модулям
из ПВТМС мембраны. Нельзя
5,1
20
3,9
18
не учитывать такой эффективный фактор как вид мембраны.
Мембрана на основе полых
волокон позволяет развить большую поверхность в единице объема и тем самым осуществить процесс при
меньшем перепаде давления и сделать аппарат более компактным. Это влечет за собой как снижение энергозатрат, так и капитальных затрат при создании промышленных мембранных установок.
В табл. 2 приведены основные характеристики исследуемых модулей.
Коэффициент селективности газов по отношению к азоту половолоконного модуля
Коэффициент селективности газов по отношению к азоту
плоскорамного модуля
на основе ПВТМС
Таблица 2
Тип модуля
Модуль на
основе
ПВТМС
Половолоконный модуль
Производ.
по 97% N2,
нм3/ч
∆Р,
МПа
Fвозд.,
нм3/ч
mмод,
кг
Г.р.,
ø/l, м
8
2,0
29,6
80
0,3/1,8
8
0,8
27,3
5
0,2/0,79
Энергозатраты для данных модулей были оценены по формуле:
N=0,64·10-6·RT·G·lg(Рнаг/Рвс), где G-количество сжимаемого газа.
Видно, что потребляемая мощность прямо пропорциональна lg(Р наг/Рвс) и таким образом в случае половолоконного модуля она в 1,3 раза меньше, чем в случае модуля на основе ПВТМС.
Таким образом, становится не удивительным довольно стремительный переход в области промышленного
газоразделения от плоскорамных модулей к мембранным модулям на основе полых волокон.
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 4
1