ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Области практического применения метода и экономика процесса из "Мембранные процессы разделения жидких смесей" Исследования показали [1, 10, И, 26—38], что методом испарения через мембрану возможно обезвоживать растворы спиртов разделять азеотропные смеси, углеводороды разных классов (например, отделять насыщенные углеводороды от ненасыщенных, алифатические от алициклических, повышать октатоновое число топлив), водные растворы органических кислот, кетонов, аминов смещать равновесие в химических реакторах путем удаления одного из продуктов реакции (например, воды в реакции этерификации) очищать сточные воды химических производств и т. п. [c.126] Разделение водных растворов спиртов. Исследования Кузнецова и Малю-сова [10], Хейслера с сотр. [26], Сандерса и Чу [18, 20, 21], Биннинга и Джеймса [19, 27, 28] показали, что с помощью целлофановых и некоторых других пленок достигается значительное разделение за одну ступень (рис. Ц-2, Ц-3) при высокой удельной производительности мембраны. [c.126] Наилучшие результаты получены в опытах с растворами изопропилового, к-пропилового и и-бутилового спиртов (рис. И-З, а). Так, для смеси изопропанол — вода [18] скорость проницания менялась от 24 до 2л/(м -ч) при изменении концентрации воды в исходной смеси от 50 до 10%. Для разделения указанной смеси была создана [18, 20] непрерывнодействующая пилотная установка с рабочей площадью мембраны Р = 1,86 м (материал мембраны не указывается), а затем полупромышленная установка с Р = 93 м . [c.127] Как следует из рис. П-2, сравнительно невысокая селективность наблюдается при разделении смеси метанол — вода с помощью целлофановых мембран [10], особенно цри высоких концентрациях метанола в жидкости. Эти результаты Кузнецова и Малюсова подтвердились в экспериментах Картера и Яганадасвамы [7, 23], в которых было показано также, что при добавлении в исходную смесь 0,5% лимоннокислого натрия селективность разделения значительно улучшается, аналогично тому, как это описано в работе [26] при разделении водных растворов этанола. [c.127] Разделение азеотропных смесей. Одним из достоинств метода разделения смесей испарением через мембрану является возможность разделения азеотропных смесей [1, 18, 21, 29—31]. Причем особенно эффективным для этого случая разделения представляется сочетание метода испарения через мембрану с обычными методами дистилляции [30]. [c.128] Исследовано [1, 31] разделение ряда азеотропных смесей нспареннем через пропиленовые мембраны. Для разделения выбирали смеси, не содержащие воду. В большинстве случаев один из компонентов смеси являлся хорошим растворителем для пропилена, а второй — кислородсодержащим углеводородом, не растворяющим пропилен (табл. П-З). [c.128] Как видно из табл. 11-3, селективность разделения была высокой. Проницаемость для некоторых смесей может быть повышена путем увеличения температуры разделяемой смеси (стр. 150). В этой связи уместно отметить, что полипропиленовые мембраны по сравнению с полиэтиленовьши, не уступая последним в скорости и селективности разделения при низких температурах, более устойчивы в работе при высоких температурах разделяемой смеси. [c.129] Использование ректификации предусматривается и в установке [19, 27, 28] для разделения тройной азеотропной смеси изопропанол — этанол — вода (рис. П-5). Как показала сравнительная экономическая оценка, затраты на оборудование, эксплуатационные расходы и стоимость единицы готового продукта в этом случае соответственно на 31, 15 и 20% ниже, чем при азеотропной дистилляции с гексаном, применяемой в настоящее время. [c.129] Общая стоимость установки производительностью —50 000 м год (по 92,5%-ному изопропанолу) при селективности мембраны 84% составит 147,4 тыс. долл., а эксплуатационные затраты — 71,3 тыс. долл. Предполагаемый срок окупаемости — около двух лет. [c.129] Мамедовой, Багровой, Галустян [35] разработана схема абсолютирования изопропанола, полученного прямой гидратацией пропилена, до сорта А (ГОСТ 9805—69) с применением метода испарения через мембрану из регенерированной целлюлозы азеотропной смеси изопропанол — вода. Предварительное технико-экономическое сравнение с существующей схемой абсолютирования азеотропной ректификацией с диизопропиловым эфиром показало целесообразность концентрирования изопропанола мембранным методом до 95—96% с последующей ректификацией для получения изопропанола сорта А. [c.129] Разделение смесей углеводородов. Обычно при разделении углеводородов достигается лишь обогащение смеси одним или несколькими компонентами, как это имеет место при разделении изомеров ксилола [9]. Тем не менее разделение испарением через мембрану, по-видимому, будет иметь большое значение в различных процессах нефтепереработки, таких, как разделение каталитического крекинг-бензина на фракции с различными октановыми числами, выделение ароматических углеводородов из продуктов каталитического риформипга и др. [И, 21, 26, 37, 38]. [c.129] Сообщается [39, 40], например, об успешно работающей в течение нескольких месяцев пилотной установке для выделения толуола из нафтафракции при температуре 100—110° С при проницаемости мембраны 24,2 л/(м2-ч). [c.129] В табл. П-4 приведены результаты опытов [21, 26, 43, 44]. Как и следовало ожидать, смесь, проникшая через мембрану, обогащается относительно более летучими и более простыми по строению компонентами (бензол, толуол, этилбензол). Следовательно, уменьшается содержание высококипящих углеводородов (не идентифицированы) и м-, ге-дивинилбензолов. [c.131] Особняком стоит мембрана из полиэтилена низкого давления. При очень низкой скорости проницания [0,2 кг/(м ч) при tж = 58 °С, = 20 °С в Рп = = 6,67 кН/м (50 мм рт. ст.)] селективность разделения заметно выше, чем для трех других пленок. Эти результаты хорошо согласуются с данными работы [9], в которой показано, что селективность разделения изомеров ксилола с помощью мембран из полиэтилена низкого давления много выше, а скорость проницания значительно меньше, чем с помощью мембран из полиэтилена высокого давления. [c.131] Выделение продуктов химических реакций. В работах [17, 21] приводятся примеры использования метода испарения через мембрану для постоянного смещения равновесной реакции путем непрерывного отвода из реакционной зоны одного из продуктов реакции, чем достигается полное превращение исходных веществ. Указывается, что наиболее просто реакция может быть ускорена, если одним из продуктов равновесной реакции является вода, так как вода хорошо отводится через мембрану, например в реакциях этерификации, при полученш ацеталей, оксимов и в других случаях. [c.131] Таким образом, при очистке жидкостей от примесей возникает дополнительное осложнение в подборе мембраны мембрана должна обладать не только способностью селективно пропускать компоненты смеси, но и, что желательно, являться в большей степени проницаемой для компонента, содержание которого в смеси невелико. [c.132] Однако в ряде случаев при наличии достаточных ресурсов недефицитного тепла (пар низких параметров, тепло, отводимое от реакторов и т. д.) и хороших характеристик мембраны по проницаемости и селективности разделения, механической прочности и химической стойкости, может oкaзiaть я экономически целесообразным использование в процессах разделения мембран, проницаемых основным компонентом смеси большей концентрации. Эти соображения легли в основу проведенной работы по разделению водных растворов фурфурола, тетрагидрофурана и капролактама [46]. [c.132] Результаты испытаниЁ полупромышленной установки. Исследование метода в промышленных условиях проводилось [46] на установке, принципиальная схема которой представлена на рис. П-10. [c.133] Аппарат состоит из емкости, в которую вставляется разделительная ячейка 1 — сетчатый каркас, обтянутый целлофановой мембраной. Исходный раствор непрерывно подается в аппарат из промежуточной емкости 2 через двухтрубный теплообменник 4. Проникшие через мембрану пары конденсируются в теплообменнике 5 и конденсат собирается в мерной емкости 6. Вакуум в системе поддерживается вакуум-насосом 7. [c.133] Рабочая площадь разделительной кассеты — 2,5 м . Ее размеры и конструкция выбираются с таким расчетом, чтобы в дальнейшем совместить в аппарате целый ряд кассет и увеличить общую производительность установки. [c.134] Вернуться к основной статье