Мембранная колонна

НОЙ селективностью. Поэтому для более полного разделения газов приходится прибегать к созданию многостадийных установок (каскадов) с промежуточным компримированием и рециркуляцией части потоков, что отрицательно сказывается на технико-экономиче-ских показателях процессов мембранного разделения. Качественно новой концепцией является принцип разделения с использованием установок колонного типа — мембранных колонн непрерывного действия. Следует отметить, что принцип действия таких установок аналогичен работе массообменных аппаратов с непрерывным контактом фаз, широко применяемых в процессах ректификации, экстракции, абсорбции (рис. 6.13) [24]. [c.215]

Рис. 6,13. Мембранная колонна непрерывного действия

Следует отметить, что высокую степень разделения газовой смеси с помощью мембранной колонны можно получить, используя мембраны с относительно низкими значениями проницаемости и селективности. Предпочтительным представляется использование в аппаратах колонного типа мембран в виде полых волокон, сочетающих высокую плотность упаковки с достаточно хорошими технологическими характеристиками. [c.216]

Определив граничные условия, решают систему уравнений (6.48) — (6.50) методом Рунге — Кутта, причем интегрирование проводят по известной длине (высоте) исчерпывающей части колонны. В точке питания необходимо определить новые граничные условия для расчета укрепляющей части мембранной колонны, решая совместно уравнения материального баланса по всему веществу и по целевому компоненту. Далее систему уравнений (6.48) — (6.50) решают интегрированием по длине (высоте) укрепляющей колонны. Численные методы решения этих уравнений позволяют определить профили концентраций, скоростей и давлений по высоте колонны, знание которых позволяет выбрать, исходя из принятого определяющего критерия (например, предельное гидравлическое сопротивление),скорость (точнее, диаметр) колонны. [c.217]

С увеличением флегмового числа, как и при ректификации, возрастает степень разделения и уменьшается высота мембранной колонны в пределе (Я = оо) можно получить максимально возможное при данных условиях разделение бинарной смеси. При этом высота колонны минимальна. Составы газовых потоков в каждом сечении напорного и дренажного прост- [c.219]

Рис. 6.14. Сравнение реальной И и расчетной Н1 высоты мембранной колонны

Рис. 6.14 иллюстрирует хорошее совпадение между рассчитанными по уравнению (6.60) и реальными значениями высоты мембранной колонны. Экспериментальные и расчетные данные, полученные при исследовании мембранной опытной колонны [c.220]

Выбор компонентов газовых смесей имеет и практическое, и теоретическое значение. Факторы разделения в ряду СО2— СН4—N2 для мембран из силиконового каучука невысоки и равны соответственно 3,6 (СО2—СН4) и 3,3 (СН4—N2) как известно, применение мембранной колонны особенно эффективно при разделении смесей, имеющих невысокие значения фактора разделения. [c.221]

Рис. 6.16. Профиль концентрации в мембранной колонне разделения исходно смеси СО2—СН4 [50,7% (об.) СО2, 40,3% (об.) СН4]

Недостатком, снижающим эффективность работы мембранной колонны, является тот факт, что с увеличением требуемой степени разделения резко возрастают высота (площадь мембран) колонны, флегмовое число и связанные с этим энергозатраты на компрессор. Этого можно избежать, если газовую флегму (или часть потока флегмы) направить после компрессо- [c.222]

Мембранная колонна может быть составлена и из нескольких последовательно соединенных между собой модулей плоскокамерного типа (см. рис. 6.17). В этом случае можно гибко регулировать нагрузку (производительность) установки по разделяемой смеси газов и степень разделения и использовать серийно выпускаемые стандартные модули. [c.223]

Рис. 6.20. Мембранная колонна для разделения многокомпонентных смесей с отбором компонента, имеющего промежуточное значение проницаемости, из дополнительного мембранного модуля (ДММ) в исчерпывающей (а) или укрепляющей (б) части колонны

Расчет процесса разделения многокомпонентной газовой смеси в мембранной колонне с ДММ обычно проводят при заданных потоке питания и концентрации исходной смеси qf и уц коэффициентах деления потоков 01, 02, 03 и 04 [c.225]

Остальные потоки в мембранной колонне можно определить, составив дополнительные уравнения балансов, подобные (6.62). [c.225]

СРАВНЕНИЕ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ УСТАНОВКИ С РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ И МЕМБРАННОЙ КОЛОННЫ [c.226]

Очевидным преимуществом мембранной колонны перед многоступенчатыми (каскадными) установками является возможность значительного сокращения капитальных затрат на стадии компримирования вместо нескольких межступенчатых компрессоров в мембранной колонне устанавливают один компрессор-дефлегматор. Кроме того, сильно упрощаются аппара- [c.226]

Детальное технико-экономическое сравнение двух способов мембранного процесса разделения провел У. Вернер с сотр. на примере обогащения воздуха кислородом [31—33]. Проведенный ими на основании экспериментальных данных (мембранная колонна высотой 14,4 м на основе полых волокон диаметром 2 мм суммарной поверхностью мембран 2,5 м ) и теоретических расчетов анализ показал, что применение принципа мембранной ректификации позволяет, кроме всего прочего, экономить и на поверхности мембран в устаиовках (по сравнению с многоступенчатыми установками с рециркуляцией). Причем разделение мембран в колонных аппаратах выгодно проводить вплоть до относительно высоких концентраций целевого продукта (кислорода) в пермеате (рис. 6,21). [c.227]

Сравнивая профили концентраций в каскаде и мембранной колонне, можно оптимизировать процесс разделения совмещением двух этих методов в одной комбинированной установке. Частным случаем такой комбинированной схемы является мембранная колонна с дополнительным мембранным элементом (см. рис. 6.17). [c.227]

Мембранная колонна непрерывного действия [c.369]

Рис. 7.20. Мембранная колонна непрерывного действия

Для исследования работы мембранной колонны непрерывного действия необходимо получить ее математическую модель. Для составления математического описания выделим и рассмотрим элементарный участок М мембраны по длине аппарата I (рис. 7.21). [c.370]

Рассмотрим мембранную колонну непрерывного действия с мембраной в виде полого волокна с внутренним ГвИ наружным г радиусами. [c.372]

Пошаговое числовое интегрирование позволяет получить полную информацию о профиле состава, профиле давления и распределении скорости потоков по мембранной колонне непрерывного действия. [c.373]

Так как получение аналитического решения задачи невозможно, а моделирование на ЭВМ процессов, описываемых системами уравнений типа (7.307) связано с известными трудностями, то зоны разделительного аппарата представляются совокупностью ячеек идеального перемешивания. Известно, что применение такой модели справедливо для некоторых аппаратов с непрерывно распределенными параметрами. В этом случае мембранная колонна непрерывного действия разбивается на N участков (рис. 7.23), в каждом из которых принимается, что концентрация во всем объеме участка не меняется из-за малого пути прохождения потока вдоль мембраны и отсутствия перемешивания между участками. [c.374]

Рис. 7.22. Профиль концентраций СОз в меж-капиллярном пространстве мембранной колонны при разделении смеси СОа—N2 (линия— расчет точки — эксперимент)

Ряс. 7.23. Схематическое представление мембранной колонны с дополнительным модулем в виде ячеек идеального перемешивания [c.375]

Аналогично записывается выражение, определяющее давление в ячейках зоны НД. Выражение зависит от организации потока и для противотока в мембранной колонне непрерывного действия имеет вид [c.377]

В качестве примера с помощью динамической модели рассчитывался процесс разделения ранее описанной смеси Oj—Nj в мембранной колонне с дополнительным модулем, включенным между выходом компрессора и входом в зону высокого давления обогатителя (рис. 7.23). При прочих неизменных условиях проведения процесса определялись длина колонны и элемента и нагрузка компрессора. Результаты расчета показали, что при тех же количествах и составах продуктов длина колонны с модулем уменьшается более чем в два раза и составляет 2,35 м, а поток рецикла снижается почти в четыре раза и равен 0,42 см /с. [c.377]

Рис. 15.5.3.8. Схема мембранной колонны непрерывного действия

Термин колонна или мембранный аппарат колонного типа не следует понимать буквально. Мембранная колонна может состоять как из одного, так и из нескольких последовательно соедиеннных стандартных модулей. [c.215]

Хвангом и Дж. М. Торманом на примере мембранного колонного аппарата на полых волокнах [24, 25] при усло вии противоточного движения потоков в напорных и дренажных каналах в режиме идеального вытеснения. При этом принимали следующие допущения исходная смесь газов подается внутрь полых волокон — в трубное пространство колонны геометрические размеры волокон, вязкость и плотност газовой смеси, коэффициенты проницаемости компонентов являются функцией изменяющегося давления в напорном пространстве аппарата (Р1) температура в колонне и давление в дренажном пространстве (Рг) постоянны. [c.216]

В общем случае, учитывая изменение многих из входя1цмх в уравнения (6.51) — (6.53) параметров, использование метода чисел единиц переноса для расчета высоты мембранной колонны весьма затруднительно. Поэтому прибегают к упрощениям. Например, в случае незначительной потери давления в напорном пространстве аппарата можно с достаточной для инженерных расчетов точностью допустить постоянство газопроницаемой и геометрических размеров волокон по высоте колонны. Тогда уравнение (6.53) можно представить следующим образом [c.218]

На рис. 6.14 дано сравнение экспериментальных и расчетных значений высоты мембранной колонны для разделения воздуха при работе с бесконечно большим флегмовым числом [24]. В качестве мембран (л = 35 шт.) использованы полые волокна из силиконового каучука 0 610X186 мкм. Внутренний диаметр опытной ячейки (мембранной колонны) 7,94 мм, толщина стенки 1,59 мм. Давление на выходе из компрессора поддерживали равным 0,223—0,227 МПа в дренажном (межтрубном) пространстве давление было равно атмосферному. Интересно отметить, что в напорном пространстве колонны давление изменялось не более чем на 0,009 МПа. [c.220]

Расчет мембранной колонны можно проводить по методам матричного исчисления [26]. С.-Т. Хваиг и Ш. Галчи [27] исследовали процесс выделения метана из бинарных и тройных смесей в системах СО2—СН4, СН4—N2 и СО2—СН4—N2 на мембранной колонне общей высотой 5,5 м (высота укрепляющей и исчерпывающей частей соответственно 2,76 и 2,74 м). В качестве мембран использовали полые волокна из силиконового каучука (34 волокна в аппарате), средний внутренний и виёшний диаметры которых составляли соответственно 0,123 и 0,310 мм. [c.221]

Рис. 6.18, Мембранная колонная установка для разделения трехкомпонентной газовой смеси

Рассмотрим принцип действия такой установки на примере разделения смеси, состоящей из трех компонентов, отличающихся газопроводностью через данную мембрану. Исходную смесь под давлением подают в точку питания первой колонны установки. Компонент с наибольшей проницаемостью отводится в качестве дистиллята с верхней части первой колонны. Кубовый остаток этой колонны подают на разделение во вторую, дистиллят которой представляет собой в основном компонент с промежуточным значением проницаемости, а кубовый остаток— газ с наименьшей проницаемостью. (По другому варианту во вторую колонну на разделение подают дистиллят первой, а компонент с наименьшей проницаемостью выводят в качестве кубового остатка первой колонны.) Расчет мембранных колонн для разделения многокомпонентных смесей можно проводить по уравнениям, выведенным для разделения как двухкомпонентных [24, 25, 26], так и многокомпонентных смесей [30]. [c.223]

Разумеется, чем меньше отношение <7комп/9р, тем экономичнее процесс, и в этом отношении вариант мембранной колонны с ДММ представляется наиболее целесообразным. Однако прн сравнении вариантов организации процесса с помощью высоко-селективных мембран (а° = 40) положение существенно изменилось. Оказалось [33], что в этом случае наиболее эффективно осуществление процесса разделения в многоступенчатой (каскадной) установке, [c.228]

Аналогично составляется материальный баланс для проникшего газа. Полное математическое описание мембранной колонны непрерывного действия может быть получено соединением математических описаний исчерпывателя и обогатителя с учетом внешнего потока питания и потока рецикла. [c.372]

Возможность обогащения пермеата легко проникающим компонентом в одноступенчатой установке ираничена селективностью мембраны и отношением давлений в напорном и дренажном каналах. Для более полного разделения газовых смесей приходится исноль-зовать установки с промежуточным компримированием и рециркуляцией части потоков. Эго отрицательно сказывается на технико-экономических показателях процессов мембранного газоразделения. Кроме каскадных установок для обеспечения более полного разделения могуг быть использованы мембранные колонны непрерывного действия. Как отмечается в [1], термин мембранный аппарат колонного типа не следует понимать буквально. Мембранная колонна может включать в себя один или несколько последовательно соединенных мембранных модулей. Мембранная колонна (рис. 15.5.3.8) состоит из укрепляющей и исчерпывающей частей, разделенных между собой точкой подачи питания, и компрессора. При движении газовой смеси сверху вниз в канале высокого давления происходит ее обеднение легко проникающим через мембрану компонентом. В канале низкого давления газ движется противотоком по отношению к разделяемой смеси и обогащается легко проникающим через мембрану компонентом. На выходе из укрепляющей части колонны получается пермеат, представляющий собой практически чистый легкопроникающий компонент. Часть этого потока возвращается в колонну в виде газовой флегмы после сжатия в компрессоре. Оставшаяся часть отводится в качестве конечного продукта разделения. [c.425]

С увеличением требуемой степени разделения резко увеличивается высота мембранной колонны, т. е. требуемая площадь мембран, а также флегмовое число и связанные с этим затраты энергии на компрессор. Здесь по аналогии с процессом ректификации флегмовым числом назьшают отношение расходов флегмы и дистиллята [c.425]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология