ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Типовые каскадные схемы соединения разделительных модуТехнико-экономические показатели. Эксплуатационные и конструктивные преимущества мембранных методов разделения Мембранный метод получения воздуха, обогащенного кислородом, и азота из "Мембранная технология в решении экологических проблем газовой промышленности" Экологические проблемы встают при разработке практически всех технологических процессов. При проведении многих из них образуется большое количество газовых выбросов и сточных вод, загоязненных токсичными компонентами, которые необходимо обезвредить. Поэтому в целях охраны природной среды следует, во-первых, прекратить сброс неочищенных загрязненных газовых отходов и сточных вод, а во-вторых, значительно сократить потребление свежей воды. Достичь этого можно путем локальной очистки газовых выбросов и сточных вод в местах их образования, повторным использованием воды в производстве и утилизацией ценных отходов. [c.9] Достижению этих целей служит мембранная технология. Она позволяет просто и эффективно решать технологические задачи, дает значительный экономический эффект, открывает возможности для создания принципиально новых, малоэнергоемких, безреагентных и экологически чистых технологических схем. [c.9] Сущность мембранного разделения состоит в различной скорости проницания разных компонентов смеси через мембрану, в результате чего концентрации легко- и труднопроникающих компонентов различны по обе стороны мембраны. [c.9] В последнее время повышенный интерес к мембранной технологии отмечается в различных отраслях промышленности. Ежегодный прирост мощности мембранных процессов разделения составляет 10—20%. Мембранная технология позволяет проводить процессы очистки без изменения агрегатного состояния среды и связанных с этим затрат энергии, чем обусловлена потенциальная перспективность ее разработки. Этим объясняется продолжающаяся активная разработка мембранных методов даже по тем направлениям, по которым такие методы в настоящее время уступают традиционным. Вместе с тем уже сейчас имеются примеры использования мембранной технологии в промышленных масштабах получение азота, обессоливание воды, выделение водорода. [c.9] В последние пятнадцать лет опубликовано более десяти книг по мембранной технологии разделения жидких и газовых смесей . Однако ни одна из них не посвящена целиком мембранной технологии для решения экологических проблем. Кроме того, к настоящему времени накоплен новый, достаточный для обобщения материал по мембранам, аппаратам и перспективным разработкам, который может быть применен для решения таких проблем. В книге рассматривается современный и прогнозируемый отечественный и мировой уровень мембранной технологии, мембран, аппаратов и установок для очистки газов и сточных вод, предназначенных для применения в газовой промышленности. Большое внимание уделяется разработкам ведущих зарубежных фирм, которые применяются в промышленности или находятся на стадии промышленного освоения. [c.10] Материалом для написания книги явились работы последнего десятилетия, как отечественные, так и из ведущих зарубежных журналов, а по ряду разделов, в том числе по разделу оксигенации вод, — дополнительно результаты работ АО Пром-газ , РАО Газпром , НПП Гравитон , НПО Химволокно , АО НИЦ физико-математических проблем . [c.11] Мембрана (полупроницаемая мембрана) — перегородка, обладающая свойством пропускать преимущественно определенные компоненты газовых или жидких смесей. Это свойство, в свою очередь, обусловлено различием в одном или нескольких параметрах компонентов смеси — молекулярной массе, размере или форме частиц, электрическом заряде, растворимости, скорости диффузии и др. [c.15] Процесс разделения смесей мембранным методом происходит в потоке вещества, движущегося вдоль разделительной мембраны. Исходная смесь теряет отдельные частицы, которые уходят через разделительную мембрану, при этом возрастает концентрация веществ, остающихся в потоке. [c.15] Схематически процесс мембранного разделения представлен на рис. 1.1. За счет градиента гидростатического давления концентрация мелких частиц, проходящих через мембрану, возрастает в пермеате (фильтрате), а крупные частицы исходного раствора образуют транзит (концентрат). [c.15] Мембранное разделение представляет процесс фильтрации в потоке, чем отличается от традиционного метода статической фильтрации, когда разделяемые вещества не имеют составляющей скорости вдоль фильтрата. На рис. 1.2 показано распределение частиц при фильтрации статическим методом и в потоке. [c.16] Основными показателями мембран в отношении компонентов разделяемой смеси являются проницаемость и селективность. [c.16] Другими важными характеристиками мембран являются химическая стойкость, механическая прочность, долговечность. [c.17] Движущей силой разделения смесей в основном является избыточное давление со стороны исходного потока или градиент концентрации разделяемых веществ. [c.17] Разнообразие материалов для изготовления мембран, способов их получения, принципов работы и условий, в которых они используются, требует сложной классификации. Для целей настоящей работы выделим три группы мембран полимерные (пористые и непористые) жидкие мембраны керамические мембраны. [c.17] Полимерные мембраны могут быть пористыми и непористыми (понятие непористые мембраны условно, поскольку они могут иметь поры размером 0,5—1 мм) (рис. 1.3). [c.17] Практика показывает, что композитные материалы мембран меньше подвержены деформации под давлением. Для создания асимметричного селективного слоя используются полимеры с уникальными свойствами, так как из-за малой толщины селективных пленок стоимость даже очень дорогих полимеров не является существенным препятствием. Создание асимметричных мембран является основным направлением в мембранной технологии. [c.19] Высокая проницаемость и соответственно производительность пассивных жидких мембран обусловлены более высоким значением диффузии газов в жидкостях, чем в полимерных или твердых мембранных материалах, хотя растворимость газов в жидкостях может быть близка к растворимости в полимерах. Второе важное свойство этих мембран — потенциально высокая селективность, что обусловлено возможностью подбора жидкостей с требуемыми физико-химическими свойствами. При этом к жидкости, кроме селективности, предъявляются определенные требования. Она должна обладать низкой летучестью, смачивать микропористую подложку и иметь химическую совместимость с ней. Жидкость должна иметь довольно низкую вязкость, поскольку в этом случае увеличивается проницаемость газов, вызванная увеличением их диффузии. [c.20] Жидкие мембраны в виде пленок наносятся на поверхность пор полимерных мембран или могут существовать в виде пен. Жидкие мембраны обладают более высокой разделяющей способностью и производительностью по сравнению с твердыми полимерами, но имеют ряд существенных недостатков. К таким недостаткам, затрудняющим промышленное применение, можно отнести нестабильность, невысокую экономическую эффективность и слабую проработку аппаратурного оформления. [c.21] Для осуществления разделительного процесса должны быть организованы потоки исходной смеси, пермеата (фильтрата) и транзита (концентрата). Простейшая принципиальная схема такой организации потоков была представлена на рис. 1.1. Конструкции промышленных установок оказалось удобнее компоновать отдельными стандартными модулями из мембранных элементов, которые компактны и взаимозаменяемы. Большие разделительные аппараты и установки состоят, таким образом, из модулей, совокупность которых обеспечивает разделение исходного потока смеси. [c.22] Модули имеют разнообразную конструкцию, основными из которых являются плоскорамные, рулонные и половолоконные. [c.22] Вернуться к основной статье