Модули мембранные

В установку мембранного разделения газовых смесей кроме модулей входят компрессоры и системы предварительной подготовки исходной смеси. Группу модулей, включенных параллельно и связанных единым каркасом, можно рассматривать как мембранный разделительный аппарат. Более полное разделение смеси, предусматривающее извлечение нескольких компонентов или высокую степень чистоты целевого продукта, осуществляют в несколько стадий. Группа модулей, обеспечивающих частичное разделение смеси на одной стадии процесса, образует ступень разделения. Вся газоразделительная установка представляет собой каскад ступеней с достаточно разнообразными схемами циркуляции потоков. Методы расчета таких систем в принципе идентичны разработанным для других многостадийных массообменных процессов. Следует отметить, что оптимизация многостадийного процесса в целом и процесса разделения в отдельной ступени и модуле взаимосвязаны. При этом необходимо получить показатели, характеризующие массообменное и энергетическое совершенство и экономическую эффективность мембранного процесса, сопоставимые с аналогичными показателями при использовании альтернативных методов разделения (прежде всего низкотемпературной ректификации). [c.159]

Как показано в гл. 3, проницаемость и селективность мембраны в общем случае зависят от типа мембран, температуры, давления и состава смеси в напорном и дренажном каналах. Движущая сила процесса меняется вдоль поверхности мембран и зависит от схемы организации и структуры потоков в напорном и дренажном каналах. Таким образом, для разделительного модуля площадь поверхности мембраны будет определяться [c.158]

Основой мембранных газоразделительных аппаратов является мембранный модуль, представляющий собой пакет однотипных мембранных элементов. Объединенные в модуле мембранные элементы помещены в общий корпус аппарата, имеют общие точки ввода и вывода потоков газа схемы движения потоков в каналах мембранных элементов модуля, как правило, идентичны. По конструктивному признаку мембранные модули можно разделить на четыре типа плоскокамерные, рулонные (спи- [c.156]

F — поверхность мембран в модуле f — безразмерная поверхность мембраны gi —удельная газопроницаемость компонента [c.8]

В мембранных системах с возрастающей энергией связи повышение селективности сопровождается снижением проницаемости и, следовательно, производительности мембранных модулей. В ряде случаев этого удается избежать путем формирования оптимальной структуры матрицы мембраны, направленного синтеза полимерных материалов для разделения газовых смесей определенного состава, причем особенно перспективны реакционно-диффузионные мембраны, в которых возможно максимальное приближение к природным мембранным системам за счет сопряжения процессов диффузии, сорбции и химических превращений. [c.15]

Расчет мембранного модуля можно свести к интегрированию системы уравнений (4.18), (4.21) и (4.29) с граничными условиями (4.5) и (4.6), если известны закономерности изменения коэффициента трения и диффузионного числа Стентона от основных параметров, характеризующих течение в канале. Источником такой информации могут быть аналитические решения и опытные данные, представленные в обобщенной форме, например, в виде относительных законов (4.9). [c.127]

В литературе [1] приведен анализ некоторых решений задачи теплообмена в каналах с отсосом и вдувом при граничных условиях второго и третьего рода, а также при меняющейся температуре стенки канала. Там же дан краткий обзор исследований теплообмена на начальном участке канала для случая, когда формирование гидродинамического и температурного полей происходит одновременно на фоне отсоса (вдува). Эти решения могут быть использованы также в качестве более точных приближений при расчете массообмена в мембранных модулях. [c.137]

Экспериментально исследованы и обобщены [38—43] локальные характеристики массообмена в напорном канале плоскокамерного мембранного модуля. [c.139]

Рис. 4.24. Схема расчета массообмена в мембранном газоразделительном модуле [43]

ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА МЕМБРАННОГО МОДУЛЯ [c.156]

Рис. 5.1. Способы организации потоков в мембранных модулях

Очевидно, мембранный модуль должен обеспечить необходимую производительность по целевому компоненту при заданных технологических условиях. Обычно заданы составы питающей смеси и пермеата (или коэффициент извлечения) и производительность модуля по целевому компоненту ( pt/J нужно определить тип и площадь поверхности мембраны, давления в каналах, температуру процесса и ряд конструктивных параметров. Разумеется, результаты расчета должны соответствовать критерию оптимизации — обычно минимуму приведенных затрат, включающих капитальные вложения и эксплуатационные расходы. Последние определяются прежде всего расходом энергии и учитываются эксергетическим к. п. д. процесса. Капитальные затраты зависят, в первую очередь, от стоимости мембраны. [c.158]

Расчет мембранного разделительного модуля предусматривает решение достаточно сложной сопряженной задачи массопереноса через мембрану и массообмена в напорном и дренажном каналах в условиях, когда оптимизация процесса разделения в целом обусловлена большим числом взаимозависимых переменных. [c.159]

РАСЧЕТ МОДУЛЕЙ НА ОСНОВЕ ИЗОТРОПНЫХ МЕМБРАН ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ БИНАРНЫХ СМЕСЕЙ [c.160]

За единицу времени через площадь Р мембранного модуля переносятся следующие количества компонентов А и В [c.160]

Из уравнений (5.8) или (5.9) можно рассчитать необходимую поверхность мембран в модуле [c.161]

Поверхность мембран в модуле [c.163]

Для любой точки мембранного модуля по уравнению материального баланса имеем [c.164]

Тогда поверхность мембран в модуле Ьг [c.169]

Конструкции модулей на полых волокнах с подачей исходной смеси в межтрубное пространство и выводом пермеата из внутреннего пространства волокон находят все большее применение для определения поверхности мембран систему уравнений (5.59), (5.60) удобнее всего решать прямым численным интегрированием с последующей итерацией. [c.169]

Рте. 5.7. Влияние способа организации истоков на эффективность разделения в мембранно.м модула [c.170]

Рис. 5.8. Зависимость способа организации потоков в мембранном модуле от требуемой поверхности мембран

Мембранные методы разделения обладают следующими достоинствами. Процессы разделения с помощью мембран осуществляются непрерывно. Энергетические затраты, как правило, являются сравнительно низкими. Разделение обычно осуществляется в мягких условиях. Процесс разделения легко масштабировать, так как установка может состоять из нескольких однотипных мембранных модулей. Мембранные процессы могут легко сочетаться с другими процессами разделения. При осуществлении мембранных методов разделения не требуется каких-либо добавок. Однако мембранные методы разделения имеют и некоторые недостатки. К их числу относится короткое время жизни мембран. Производительность мембранных установок снижается из-за таких явлений, как концентрационная поляризация (см. раздел 18), а также из-за загрязнения мембран. Кроме того, мембраннью методы разделения не всегда обладают достаточной селективностью. [c.33]

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]

В мембранном элементе газоразделительного модуля приходится решать более сложную задачу сопряженного массообмена в напорном и дренажном каналах, когда величина г г=к = = Ur( i) и Сг=п = Ск(х) являются искомыми и не могут быть исходно заданы как граничные условия. В качестве нулевого приближения можно принять ия = onst и r= onst, что аналогично условиям теплообмена в канале с постоянным отсосом (вдувом) при T R = onst [1]. [c.133]

Расчет процесса разделения смеси в мембранном модуле представляет сопряженную задачу, включающую решение системы уравнений, неразрывности, движения и диффузии (4.1ч-4.4) в напорном и дренажном каналах, которые взаимосвязаны граничными условиями в форме уравнений проницания (4.5- -4.8). Следует учесть, что скорость отсоса (вдува) и селективность мембраны являются функцией термодинамических и гидродинамических параметров газовых потоков, меняющихся вдоль канала и зависящих от выбранной схемы движения в мембранном модуле. Кроме того, в определенных условиях возможно возникновение свободной конвекции вследствие концентрационной неустойчивости диффузионного погранслоя. Численное решение системы дифференциальных уравнений весьма громоздко и в ряде случаев основано на существенных упрощениях реальной физической картины, например, не учитывается продольная диффузия и свободная конвекция. Процедуру вычислений можно упростить, если использовать одномерные уравнения расхода, импульса и диффузии (4.18), (4.21) и (4.29) и обобщенные законы массообмена, изложенные выше. [c.150]

Таким образом, система одномерных дифференциальных уравнений (4.73), дополненная граничным условием и обобщенными уравнениями для расчета массопереноса внутри мембраны Л,=Л (Г, Р, r) и массообмена в напорном канале Sh = = Sho4 (Rev, Gz, Ra ), образует математическую модель процесса разделения. Обычно заданы состав питающей смеси i = m(x = 0), необходимый состав проникшего потока Ср на выходе из мембранного модуля, коэффициент или степень извлечения целевого компонента. В зависимости от цели расчета определяется производительность по целевому компоненту или необходимая площадь поверхности мембраны. Давление, температура и скорость газа в входном сечении напорного канала II давление в дренажном канале являются параметрами, значение которых можно варьировать для поиска оптимального решения. Подробнее эти вопросы будут освещены далее в главе V, здесь же ограничимся только схемой расчета массообмена в отдельном мембранном элементе, полагая параметры исходной смеси и давление в дренаже известными. [c.153]

В целом процесс разделения газовой смеси в мембранном элементе описывается системой дифференциальных уравнений баланса массы, количеств движения и энергии, записанных для каждой области мембранного элемента — напорного и дренажного каналов, собственно мембраны и пористой подложки. Начальные и граничные условия процессов в каждой области взаимосвязаны, поэтому расчет модуля представляет сложную сопряженную задачу, которая должна быть решена при соблюдении ряда технологических и энергоэкономических требований. Обычно расчет процесса разделения проводят при допущениях, сильно упрощающих аналитические выкладки или процедуру численного расчета. Иногда это приводит к заметному искажению результатов, особенно при разделении неидеальных га- [c.157]

Массообменное совершенство процесса разделения в мембранном модуле, как и в других системах разделения, характеризуется степенью извлечения целевого компонента. Если считать целевым легкопроникающий компонент, то для бинарной смеси степень извлечения определяется отношением количеств этого компонента в проникшем (пермеат) и питающем потоках [c.158]

Если концентрации и давления в напорном и дренажном каналах практически постоянны (рис. 5.2), на практике такой вариант реализуется при небольших значениях коэффициента деления потока (отношение мольных расходов пермеата и исходного потока), невысоких значениях селективности к целевому компоненту, для каналов, в которых длина и ширина соразмерны, причем длина невелика [1, 2]. Например, при разделении воздуха с получением в качестве целевого продукта обогащенного кислородом потока на модулях с плоскопарал яельными и иногда — с рулонными мембранными элементами при разделении изотопов водорода, радиоактивных газов и т.д. [c.160]

Прямоток в напорном и дренажном каналах. Поток компонента А (легкопроникающего) через элемент < мембранного модуля можно выразить уравнением [c.164]

Уравнения (5.51а, б) могут быть решены численными методами относительно конечных условий (на выходе из мембранного модуля). Так как в общем случае уг — величина неизвестная, то наряду с численным решением прибегают и к итерра-ционному вычислению. На выходе из напорного канала у=уг и Уа Уна", поверхность Р неизвестна. Если принять площадь модуля на выходе из напорного канала Р=0, при численном решении она получится отрицательной, поэтому знак минус перед Р необходимо будет заменить на противоположный, т. е. на плюс . [c.167]

Влияние способа организации потоков в напорном и дренажном каналах мембранного модуля многими исследователями изучалось на примере разделения воздуха [5—7]. Так, проведен [5] расчет процесса разделения воздуха ( 1 м /с) на мембране толщиной 25 мкм, коэффициент проницаемости которой по кислороду принят равным 169-10 моль-м/(м -с-Па). В расчетах коэффициент проницаемости азота через мембрану изменяли таким образом, чтобы идеальный фактор разделения составлял 2, 5 и 10. Величина Рг=Р21Р составляла 0,2, причем Рг и Р принимали равными соответственно 0,1 и 0,5 МПа. Результаты расчетов представлены на рис. 5.7 и 5.8. Как и следовало ожидать, наиболее полное разделение газовой смеси можно получить, применяя противоточную схему [c.170]

Таким образом, можно сделать вывод, что и в отношении эффективности разделения — достижения максимально возможных концентраций легко- и низкопроницающего компонентов соответственно в пермеате и сбросном потоке (ретанте), и в отношении требуемой поверхности мембран в модуле наиболее рационален режим, приближающийся к идеальному вытеснению при противотоке в напорном и дренажном каналах мембранного модуля. [c.171]

Введение в мембранную технологию (1999) -- [ c.49 , c.97 , c.396 , c.397 , c.425 , c.430 , c.432 , c.433 , c.434 , c.435 , c.436 , c.437 , c.438 , c.442 , c.443 , c.444 , c.445 , c.454 , c.462 , c.465 , c.465 , c.468 , c.468 , c.484 , c.484 , c.493 , c.493 , c.496 ]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология