Коэффициент газоразделения мембранного

Рассмотрим газоразделение через пористую мембрану. В общем случае для транспортировки компонента разделяемой газовой смеси через пористую мембрану могут быть задействованы одновременно несколько механизмов переноса в зависимости от структуры матрицы мембраны, разделяемой смеси и условий реализации процесса разделения. Так, массоперенос компонентов смеси может быть обусловлен конвективно-диффузионным переносом, различного типа скольжением вдоль поверхности пор, баро-и термодиффузией, кнудсеновской и поверхностной диффузией, пленочным течением, капиллярным переносом конденсированной фазы в анизотропных структурах [72, 73]. Однако не все эти механизмы равнозначны по вкладу в результирующий поток вещества, поэтому при вычислении коэффициента проницаемости необходимо определять механизмы, лимитирующие перенос вещества в пористой мембране. [c.388]

В то время как микрофильтрация, ультрафильтрация и обратный осмос — более или менее сходные процессы, газоразделение, первапорация и диализ достаточно сильно отличаются друг от друга. Основное общее свойство последних трех процессов — использование в них непористых мембран. Заметим, что термин непористые не несет информации о проницаемости. В гл. II было показано, что проницаемость газа через высокоэластический или стеклообразный материал может различаться более чем на пять порядков, хотя оба материала относятся к непористым. Такая большая разница связана с особенностями сегментальной подвижности, которая в стеклообразном состоянии чрезвычайно затруднена. Присутствие кристаллитов может дополнительно снижать подвижность сегментов. Присутствие низкомолекулярных пенетрантов, как правило, увеличивает сегментальную подвижность и подвижность цепей. С увеличением концентрации пенетрантов (газа или жидкости) внутри полимерной мембраны растет подвижность цепей и, как следствие, увеличивается проницаемость (или коэффициент диффузии). Концентрация пенетранта внутри полимерной мембраны определяется по большей части сродством между пенетрантом и полимером. [c.308]

При газоразделении любые взаимодействия между молекулами газа и материалом мембраны очень слабо выражены, поэтому концентрации газа в мембране очень невелики. Молекулы газа должны диффундировать сквозь жесткую структуру мембраны, не оказывая на состояние полимера практически никакого влияния. В то же время, даже при очень низком сродстве пенетрантов такого типа, все-таки наблюдается различие, например, для азота и диоксида углерода. В противоположность этому растворимость жидких пенетрантов в мембране может быть значительно выше, вследствие этого цепи приобретают большую подвижность. При диализе может наблюдаться даже более сильное взаимодействие между жидкостью и мембраной, приводящее к более сильному набуханию полимера, и тогда относительно большие молекулы диффундируют сквозь мембрану с таким образом открытой пористой структурой. Рис. VI-14 схематически иллюстрирует изменение коэффициента диффузии низкомолекулярного компонента при увеличении степени набухания мембраны (набухание мембраны определяется отношением массовой доли пенетранта внутри мембраны к массовой доле сухого полимера). Видно, что коэффициент диффузии может изменяться от 10 до 10" м /с это убедительно доказывает, что подвижность полимерных цепей увеличивается в результате набухания и достигнутый коэффициент диффузии [c.308]

Размерность коэффициентов проницаемости указывает, на зависимость потока от толщины и площади мембраны, а также давления. В случаях неприменимости закона Генри коэффициент проницаемости перестает быть константой и зависит от движущей силы, т. е. при изменении давления коэффициент проницаемости Р принимает различные значения. Тем не менее, коэффициент проницаемости остается по-прежнему удобным параметром для сравнения эффективности различных мембран для разделения определенных смесей, а также для сравнения поведения различных газов в определенном материале. Для описания законов газоразделения необходимо учитывать и другие факторы, связанные с природой полимера (его химической структурой). В связи с этим особое значение приобретают два параметра 1) температура стеклования и 2) кристалличность. [c.312]

Процесс газоразделения с помощью мембран реализуется в установках, главным элементом которых являются мембранные газоразделительные модули. Основной рабочий элемент модулей — полимерная мембрана, на которой происходит процесс газоразделения. Эффективность работы мембранных модулей зависит от свойств полимерных мембран, их коэффициентов газопроницаемости и селективности по отношению к целевым компонентам газовой смеси, конструкции мембранного модуля, технологической схемы работы установки с объектом. [c.50]

Выше рассмотрены выражения для разделения чистых газов (однокомпонентных). Для смесей газов, какой является воздух, процесс разделения означает, что отношение концентраций кислорода к азоту на стороне просачивания больше, чем на стороне подачи. Поэтому помимо коэффициентов проницаемости для характеристики газоразделения вводится фактор разделения (коэффициент селективности), характери-зуюш,ий отношение скоростей проницания кислорода и азота через мембрану. Коэффициент селективности кислорода по отношению к азоту [c.53]

Мембранное газоразделение. Это процесс разделения на компоненты газовых смесей или их обогащение одним из компонентов. При использовании пористых мембран с преимущественным размером пор 0,005-0,03 мкм разделение газов происходит вследствие так называемой кнудсеновской диффузии. Для ее осуществления необходимо, чтобы длина свободного пробега молекул была больше диаметра пор мембраны, т.е. чтобы частота столкновений молекул газа со стенками пор превышала частоту взаимных столкновений молекул. Поскольку средние скорости молекул в соответствии с кинетической теорией газов обратно пропорциональны квадратному корню их масс, компоненты разделяемой смеси проникают через поры мембраны с различными скоростями. В результате пермеат обогащается компонентом с меньшей молекулярной массой, ретант (концентрат) - с большей. Коэффициент разделения смеси Кр = / 2 = где и 2 число молей компонен- [c.331]

Задача о расчете процесса газоразделения может формулироваться по-разному. Полагаем, что состав газовой смеси, подаваемой в мембранный модуль, известен. Обозначим мольную долю легко проникающего через мембрану компонента в этой смеси через х . Кроме того, известен один из расходов, например расход ретен-тата и состав одного из продуктов (например, ретен-тата). Мольную долю компонента г в ретентате обозначим через Хг. Давления в напорном и дренажном каналах также будем считать известными. При расчете необходимо располахать некоторыми характеристиками мембраны. Известны также коэффициент проницаемости лех ко хфоникающего компонента Л фактор разделения [c.421]

Механизмом переноса веществ через неаористые полимерные мембраны в процессах испарения через мембрану так же, как и в процессах газоразделения, является сорбционно-диффузионный механизм. Перенос через мембрану осуществляется в три стадии растворение проникающих через мембрану веществ со стороны жидкости в полимерном материале диффузия этих веществ через мембрану их испарение с другой стороны мембраны. Селективность процесса определяется селективной сорбцией и (или) селективной диффузией. В отличие от газоразделения сильное сродство компонентов жидкой смеси к полимерному материалу мембраны вызывает повыщенную растворимость жидкости в полимере. В процессе первапорации ироисходит значительное анизотропное набухание материала мембраны. Со стороны паровой фазы мембрана остается практически сухой, а со стороны жидкости устанавливается равновесное состояние и степень набухания велика. Перенос компонентов смеси через неравномерно набухшую мембрану определяется величинами локальных коэффициентов диффузии компонентов, зависящими от их концентраций. В результате профиль концентрации каждого из компонентов в направлении, перпендикулярном к поверхности мембраны, оказывается существенно нелинейным. Тогда и коэффициент проницаемости не будет постоянной величиной, а будет существенно зависеть от состава смеси. Например [4], если для разделения системы этанол—вода в качестве полимера использовать поливиниловый спирт, то при низких концентрациях спирта мембрана сильно набухает и селективность равна нулю. При низких концентрациях воды поливиниловый спирт имеет высокую селективность по отношению к воде и достаточно большую проницаемость. [c.431]

Для расчета мембранного модуля необходимо располагать эмпирической информацией. В отличие от процессов газоразделения коэффициенты проницаемости существенно зависят от состава смеси, и расчет не может основываться на данных по проницаемости чистых жидкостей. В мембранном модуле со стороны паровой фазы создается вакуум, и движение пара направлено в основном в нормальном к поверхности направлении. Поэтому мембранный модуль для проведения процесса испарения через мембрану работает по схеме поперечного тока. Будем считать, что известны зависимости потока вещества через поверхность мембраны J и отношения концентраций в паре и в жидкости (фактор обогащения) Р от концентрации жидкости. Введем следующие обозначения. Расход исходной смеси обозначим через qf, расходы пермеата и ретентата через и дг соответственно, концентрации легко проникающего через мембрану ком1юнента в исходной смеси, пермеате и ретентате обозначим через ду, Ур и соответственно. Переменные вдоль поверхности мембраны расход жидкости, концентрации кошюнента в жидкой и паровой фазах обозначим через д,х и у. Будем считать, что известными величинами являются расход исходной смеси и ее состав и концентрация ретентата. Предположим, что жидкость перемещается вдоль поверхности мембраны в режиме идеального вытеснения. Тогда уравнение материального баланса в дифференциальной форме можно записать так [c.433]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология