ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Эксергетический к. п. д. и оптимизация процесса разделения в плоскокамерном мембранном модуле из "Мембранное разделение газов" В качестве уровня отсчета эксергий принято состояние газовой смеси исходного состава (х,о = л г, =1, 2,. .., к) цри температуре То и давлении Ро, обычно соответствующее условиям на входе в ступени разделения, т. е. перед подачей в компрессор. Тогда полная эксергия входного потока определяется только эксергией энтальпии Е(Т, Р , Ху, Хк) =Е Т, Яf). [c.260] Исследовалось влияние давления Р/ на основные энергетические показатели процесса, для всех расчетных режимов принималось, что высота канала равна 2 мм, число Рейнольдса на входе Не = 2000, температура процесса 293 К, состав смеси x = = 0,5. Коэффициент деления потока 0 варьировался от 0,1 до 0,5. Данные табл. 7.1 соответствуют значению 0 = 0,2. [c.261] Анализ энергетического совершенства основной стадии мембранного процесса — селективного проницания — выполнен в разд. 7.2.2, где исследовано влияние свойств мембраны и параметров газовой смеси на локальные характеристики процесса. [c.262] Из рис. 7.6 и 7.7 следует, что для мембраны с фактором разделения а=13 оптимальное значение состава газовой смеси равно Хи = 0,32 при е = Р 1Р = Ь и оптимальное значение отношения давлений е = 2,5—3 при Хи = 0,5. Следовательно, состояние входного потока состава Xf = 0,5 соответствует максимальному локальному значению эксергетического к. п.д. проницания при давлении Р/ = 0,3 МПа и смешено от точки максимума в область больших значений состава при Pf 0,5. [c.262] По мере истощения смеси исходного состава Х х и развития диффузионного пограничного слоя по длине мембранного элемента происходит уменьшение доли легкопроникающего компонента и приближение локальных к. п.д. проницания к максимальному значению. При xf .x заметно смещение функции г]пр = т](д ш) влево от точки максимума (см. рис. 7. ), т. е. ухудшение термодинамического совершенства процесса селективного проницания. [c.262] С ростом давления Pf при Яр=сопз1 и сс = сопз1 также наблюдается падение локальных к. п.д. проницания, причем чем больше ос, тем резче падает эксергетический к. п. д. при отклонении отношений давлений от оптимальных значений. [c.262] Эти выводы можно качественно использовать при анализе интегральных потерь эксергии в стадии проницания для всего модуля, если оценить усредненные значения параметров газовой фазы вблизи поверхности мембраны. В частности, для условий процесса, при которых проведен расчет эксергетических характеристик, общее давление вдоль напорного канала меняется крайне незначительно, поэтому основным переменным параметром является состав газовой фазы х вблизи поверхности мембраны. Очевидно, по мере истощения разделяемой смеси и вследствие внешнедиффузионного сопротивления концентрация легкопроникающего компонента падает, причем чем выше давление и чем больше доля проникшего потока 0, тем заметнее отличается усредненный состав газа Хи от исходного Х(. [c.262] На рис. 7.14 показан вид функций т1пр = т1(х ) и т)мд= п(- г). рассчитанных для процесса разделения смеси СО2—N2 в плоскокамерном модуле с мембранными элементами фиксированной длины Ь=1,5 м), высота напорного канала Я = 2 мм, число Рейнольдса на входе Ке = 2000, давление Pf = 0,5 МПа, Рр = = 0,1 МПа. [c.262] В модуле. Общий характер изменения функции Г1мд=т (л /) определяется зависимостью т]пр = т1(х ), поскольку влияние диссипативных процессов в каналах несущественно. [c.263] Сравнивая интегральные и локальные эксергетические характеристики процесса селективного проницания, показанные соответственно на рис. 7.6, 7.9 и 7.14, можно заметить, что положения максимумов функции т]пр = т1(л /) и т]пр = п(д с,) примерно совпадают, однако функция Ппр = Г1(л ) при убывает быстрее, а при медленнее, чем т]пр = г (Хш) для локального процесса проницания. Это вызвано смещением усредненного состава (х ) газовой смеси в напорном канале в сторону максимума к. п. д. при Xf Xf и, напротив, удалением величины Хш в область низких значений Т1пр при Xf Xf. [c.263] Таким образом, при известных характеристиках мембраны и заданном давлении и Рр можно подбором состава исходной смеси добиться оптимальных энергетических характеристик мембранного процесса в модуле. Такая возможность направленного изменения состава Xf- Xf ) появляется в схемах мембранных ступеней разделения с рециклом проникшего или сбросного потоков, при этом условие т]мд(л )- тах следует учесть при выборе коэффициента рециркуляции. [c.263] Другой путь энергетической оптимизации процессов в мембранном модуле связан с выбором разности давлений Pf—Рр при сохранении оптимального значения отношения этих величин е = = Р 1Р,- г. [c.263] В табл. 7.2 представлены результаты расчета энергетических показателей процесса разделения смеси СО2—N2 при тех же условиях, при которых получены данные табл. 7.1. [c.264] При давлении Р/ = 3—5 МПа режим с оптимальным выбором е позволяет в среднем в два раза повысить термодинамическое совершенство процесса разделения в модуле, сохраняя при этом высокие значения плотности проникшего потока за счет достаточно большой разности давлений Pf—Pp. [c.264] Вид функции т]мд = т)(0) при Р/ = соп5( определяется одновременным воздействием двух факторов — снижением относительной доли потерь в процессе проницания за счет смещения усредненного значения состава газовой фазы на мембране в сторону максимума Ппр и нарастанием потерь эксергии в диссипативных процессах в напорном и дренажном каналах. Для равнения заметим, что при фиксированном значении Рр эксергетический к.п.д. процесса разделения слабо меняется с ростом доли проникшего потока — обе тенденции компенсированы (кривые 36 и 46 на рис. 7.15). [c.265] Совершенно иной характер изменения функций Т1мд=л(9) для режима с е = е — при низких давлениях в напорном канале возможен слабый рост т]мд (кривая /), при повышенных значениях Р влияние диссипативных процессов нарастает и в конечном счете определяет закономерности изменения Г1мд=11(9), показанные на рис. 7.15 в форме кривых 2, 3 и 4. [c.265] Вернуться к основной статье