Ю.С. БАРСУКОВ Научный руководитель – А.Ю. ОКУНЕВ, ассистент ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕМБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

Ю.С. БАРСУКОВ
Научный руководитель – А.Ю. ОКУНЕВ, ассистент
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК МЕМБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
СХЕМ
Исследованы разделительные характеристики одномодульных и двухмодульных технологических схем состоящих из модулей с перекрёстным током и противотоком. Определена область существенного различия режима разделения в модулях перекрёстного тока и противотока. Определены области целесообразного использования одномодульных схем, а так же двухмодульных рециркуляционных
каскадов для разделения воздуха.
На практике при разделении газовых смесей используются различные
технологические газоразделительные схемы, в том числе одномодульные
схемы (модуль с противотоком и перекрёстным током), различные мембранные каскады, в том числе рециркуляционные схемы. Выбору оптимальной газоразделительной схемы для каждой конкретной задачи, а так
же выбору мембранного модуля уделяется, как правило, недостаточно
внимания.
При расчете мембранных модулей использовались идеализированные
модели переноса многокомпонентной смеси: перекрестный ток, противоток и прямоток [1,2]. В данных моделях предполагается, что в полости
высокого давления (ПВД) газ течет в режиме идеального вытеснения. В
полости низкого давления (ПНД) для случая прямотока и противотока газ
течёт также в режиме идеального вытеснения параллельно мембране. Потерями давления в полостях пренебрегается.
Для исследований использован компьютерный программный комплекс
расчёта мембранных газоразделителей «Membrane Gas Separation» версии
3.х. Определение проницаемостей в непредельных режимах проведено на
основе экспериментальных данных с помощью программы «Permeability
Calculation Simple».
Исследование проводилось на примере разделения воздуха, в предположении, что он состоит из трудно проникающего компонента (ТПК) через мембрану - азота и легко проникающего компонента (ЛПК) - кислорода.
При малом отношении давлений в ПНД и ПВД различия между результатами разделения в модулях с идеальным противотоком и идеаль-
ным перекрёстным током мало. Но при уменьшении перепада давления на
мембране разница становится всё более существенна, доходя до максимума. При дальнейшем уменьшении перепада давления разница постепенно
уменьшается и окончательно пропадает при отсутствии перепада давления на мембране. При низком перепаде давления на мембране процесс
разделения определяется отношением давлений, и от режима и селективности мембраны зависит слабо.
Следует отметить, что при некотором промежуточном значении отношения давлений и достаточно высоких селективностей мембран фактор
разделения в режиме перекрёстного тока оказывается значительно ниже,
чем в режиме противотока. Этот факт приводит к тому, что в двухмодульной рециркуляционной схеме замена отвального модуля с перекрёстноточного на противоточный при относительно невысоких перепадах
давления на мембране приводит к существенному снижению циркуляционного потока, а, следовательно, к снижению необходимой площади мембран, а также к снижению энергопотребления связанного со сжатием газа.
Для исследования процесса обогащения ТПК проведено сравнение
одиночного модуля и отвальной частью простого мембранного каскада из
противоточных модулей. Показано, что данный каскад является промежуточным по степени обогащения ТПК между одиночными противоточным
и перекрёстноточным модулями, при сохранении суммарной площади
мембраны.
Получено, что область целесообразности использования одномодульного газоразделителя по сравнению с двухмодульной рециркуляционной
схемой увеличивается при переходе от режима перекрёстного тока к противотоку в модулях.
Список литературы
1. Груздев Е.Б., Лагунцов Н.И., Николаев Б.И., Сулаберидзе Г.А. Расчёт разделения
многокомпонентных газовых смесей в мембранных элементах // ТОХТ 1986 Т. 20. №2.
с.157-162
2. Лагунцов Н.И., Таланцева Е.В., Тепляков В.В. Оптимизация мембранного процесса
получения азота из воздуха // ТОХТ 1997 Т. 31. №5. с.510-515