Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

Газоразделение в пористых мембранах

    В предыдущей главе были даны термодинамические и кинетические соотношения для описания формирования мембраны с помощью процессов инверсии фаз. Эти соотношения содержат различные параметры, которые оказывают большое влияние на диффузию и процессы фазового разделения и, следовательно, на конечную морфологию мембраны. Показано, что могут быть получены два различных типа мембран, пористые мембраны (микрофильтрационные и ультрафильтрационные) и непористые мембраны (для первапорации и газоразделения), в зависимости от типа механизма формирования, а именно мгновенного фазового разделения или фазового разделения с запаздыванием. [c.139]


    Термодинамика необратимых процессов очень полезна для понимания и количественного описания явлений сопряжения. Однако модели, рассматривающие структуру мембраны, более полезны, чем подход неравновесной термодинамики для разработки конкретных мембран. Разработан ряд таких транспортных моделей, частично основанных на принципах термодинамики необратимых процессов, как для пористых, так и для непористых мембран. Снова здесь будут рассматриваться два типа структуры пористые мембраны как основа процессов микрофильтрации и ультрафильтрации и непористые мембраны, обычно используемые в первапорации и газоразделении. [c.226]

    Особенно сильно торможение проявляется в процессах микрофильтрации и ультрафильтрации, поскольку пористые мембраны, использующиеся в этих процессах, по своей природе особенно склонны к забиванию. При первапорации и газоразделении забивания использующихся в этих процессах плотных мембран практически не происходит. Таким образом, степень торможения определяется типом задачи разделения и типом применяемых при этом мембран. Поэтому процессы отложения осадков (или забивания) целесообразно рассмотреть в связи с процессами обратного осмоса, ультрафильтрации и микрофильтрации. Все случаи отложения загрязнений грубо можно разделить на три типа  [c.420]

    Мембраны из немодифицированных ПС и ПЭС используют в виде пленки и в форме полых волокон для процессов гиперфильтрации (ГФ), ультрафильтрации (УФ), микрофильтрацин (МФ) и газоразделения. Для УФ и МФ эти материалы используют индивидуально, а для ГФ и газоразделения — совместно с другими материалами. Они широко используются в качестве пористых подложек для ГФ [67] и в качестве основного барьерного слоя в половолоконных газоразделительных мембранах, которые используют последовательно с проницаемыми слоями из силоксанов или других эластомеров [44]. [c.139]

    Это прямо противоположно тому, что обычно происходит в процессах мокрого и сухого формования. Толщина барьерного слоя приблизительно равна толщине стенки отдельной ячейки он -может быть либо цельным (абсолютно непористым), либо нецельным (некоторая пористость), что зависит от условий его формирования. Наличие непрерывного барьерного слоя желательно, если мембрану предстоит использовать для газоразделения, ГФ, УФ и т. д. С другой стороны, если барьерный слой нежелателен, то он может быть удален непродолжительной обработкой мембраны подходящим растворителем, таким как гексан, в случае полипропилена. [c.264]


    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]

    Ниже мембраны будут рассматриваться в соответствии с классификацией по двум типам мембраны с открытой пористостью, которые применяются в микрофильтрации и ультрафильтрации, и плотные непористые мембраны, применяемые в газоразделении и первапорации. Причиной для использования такой классификации являются [c.69]

    Возьмем в качестве примера полисульфон. Это полимер, который часто используется в качестве мембранного материала как для микрофильтрации и ультрафильтрации, так и для подложки в композиционных мембранах — в этих областях применения необходима открытая пористая структура но кроме того могут быть получены также асимметричные мембраны с плотным непористым поверхностным слоем, полезные для первапорации и газоразделения. [c.128]

    В результате того, что раз.тичные компоненты проникают через мембрану с различной скоростью, смесь, поступающая в напорный канал, обогащается труднопроникающими компонентами и удаляется из него. Из дренажного канала отводится смесь, обогащенная компонентами, проникающими через мембрану с большей скоростью. Мембраны для газоразделения могут иметь однородную структуру, но чаще используются асимметричные и композиционные мембраны. Такие мембраны имеют тонкий селективный слой и пористую подложку, причем основное сопротивление массопереносу сосредагочено в селективном слое мембраны. Обычно предполагают, что плотность потока -го компонента смеси через мембрану линейно зависит от [c.417]

    Если образование двух фаз жидкость/жидкость протекает мгновенно, получаются мембраны с относительно пористым поверхностным слоем. Этот механизм приводит к образованию пористых мембран (микрофильтрационного или ультрафильтрационного типа). Однако, если фазовое разделение жидкость/жидкость начинается через некоторое время, получаются мембраны с относительно плотным поверхностным слоем. Этот процесс фазообразования приводит к формированию плотных мембран (для газоразделения и первапорации). В обоих случаях толщина поверхностного слоя зависит от всех параметров формования мембран (а именно от концентрации полимера, процедуры коагуляции, наличия добавок и т. д., см. разд. 1П-7). [c.137]

    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]

    Газоразделение возможно осуществить с использованием обоих типов мембран пористых и непористых. Однако механизмы транспорта через мембраны этих двух типов совершенно различны, как было показано в гл. V. [c.309]

    Мембраны, применяемые для процесса первапорации, представляют собой асимметричные или композиционные мембраны. Как и в случае мембран для газоразделения, пористая под)южка должна иметь открытую пористую структуру для уменьшения сопротивления переносу пара и предотвращения капиллярной конденсации. Существенное требование, предъявляемое к пер-вапорационным мембранам, — это устойчивость материалов мембраны к компонентам разделяемой смеси при повышенных температурах. Сравнительно высокие температуры жидкой смеси необходимы для поддержания достаточно большой движущей силы процесса испарения через мембрану, которой является разность парциальных давлений паров компонентов разделяемой смеси по разные стороны от мембраны. Выбор полимерного материала в значительной мере зависит от того, для решения какой задачи предназначена мембрана. В отличие от газоразделения, при испарении через мембрану эластомеры в результате сильного набухания могут обладать не большими проницаемостями, чем стеклообразные полимеры. К полимеру предъявляются два противоречивых требования. С одной стороны, мембрана не должна набухать слишком сильно во избежание существенного уменьшения селективности. С другой стороны, при низкой растворимости выделяемого компонента в полимере и недостаточном набухании слишком низким оказывается поток вещества через мембрану. Полимеры, имеющие аморфную структуру (стеклообразные полимеры или каучуки), могут оказаться [c.432]


    Процесс газоразделения также уже достиг промышленной стадии развития. В этом процессе могут использоваться два различных типа мембран (хотя и в различных режимах применения) плотные мембраны, в которых транспорт реализуется как молекулярная диффузия, и пористые мембраны, в которых действует поток Кнудсена. Промышленное применение газоразделение нашло в процессах извлечения водорода другие примеры — процессы разделения кислорода и азота, а также метана и углекислого газа. [c.34]

    Мембранное газоразделение-разделение на компоненты газовых смесей или их обогащение одним из компонентов. При использовании пористых перегородок с преим. размером пор (5-30)-10 мкм разделение газов происходит вследствие т. наз. кнудсеновской диффузии. Для ее осуществления необходимо, чтобы длина своб. пробега молекул была больше диаметра пор мембраны, т. е. частота столкновений молекул газа со стенками пор превышала частоту взаимных столкновений молекул. Поскольку средние скорости молекул в соответствии с кинетич. 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 мол. массой, концентрат-с большей. Коэф. разделения смеси = и,/ 2 = (Мз/М,) , где 1 и 2-числа молей компонентов соотв. с мол. массами М1 и М2. В реальных условиях весьма трудно с помощью пористых мембран обеспечить чисто кнудсе-новский механизм разделения компонентов. Это объясняется адсорбцией или конденсацией их на стенках пор перегородки и возникновением дополнительного т. наз. конденсационного либо поверхностного газового потока, наличие к-рого приводит к снижению К . [c.25]

    Мембранное газоразделение применяют с помощью пористых мембран-в производстве обогащенного и, для очистки воздуха от радиоактивного Кг, извлечения Не из прир. газа и т.п. посредством непористых мембран-для выделения Н2 из продувочных газов произ-ва МНз ДР-(преим. металлич. перегородки на основе сплавов Рс1), для обогащения воздуха кислородом, регулирования газовой среды в камерах плодоовощехранилищ, извлечения Н , NHз и Не из прир. и технол. газов, разделения углеводородов и в перспективе для рекуперации оксидов 8 из газовых выбросов (гл. обр. полимерные мембраны). [c.25]

    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]

    Проводятся большие работы по созданию пористых стекол для применения их в газоразделении. Показана возможность получения стекол с заданными размерами пор от нескольких ангстрем до десятков и сотен ангстрем. В. А. Соколовым и Г. Н. Сельяновой [86] установлено, что проницаемость газов через мембраны из пористого стекла зависит не только от размера пор мембраны и молекулярного веса разделяемых газов, но и от структуры последних. Было установлено, что предельные и непредельные углеводороды с одинаковым числом атомов углерода обладают заметно отличающимися скоростями проникновения. Так, например, скорость диффузии пропилена в различных условиях была в 2—4 раза меньше, чем у пропана. В опытах С. Ш. Шик и Р. П. Кирсановой [87] из метановодородной смеси, содержащей 20% водорода, при диффузии в одну ступень, получен водород 90%-ной концентрации. [c.79]

    В случае композитных мембран, содержащих барьерные пористые слои и плотные пленки, проницаемость и селективность определяются исключительно свойствами плотных пленок. Поэтому тонкие барьерные слои и толстые подложки могут быть получены из разных мембранных полимеров, что позволяет достичь требуемой комбинации свойств, недостижимой при применении единого материала. Такие мембраны изначально были разработаны для обессоливания гиперфильтрацией (тонко- или ультратонкопленочные композиты или мембраны с отдельно сформированным барьерным слоем). Другой тип композитных мембран используется в газоразделении. Это композит, содержащий асимметричную мембрану, дефекты поверхностного [c.277]

    В газодиффузионных мембранах массоперенос обычно обусловлен тремя механизмами объемной диффузией, кнудсеновской диффузией и вязкостным течением. Поскольку известно, что объемная диффузия и вязкостное течение ухудшают процесс разделения, то процесс газоразделения следует проводить в режиме свободномолекулярного (кнудсеновского) течения, реализующегося при низких давлениях, когда средняя длина свободного пробега молекулы Л 2(1р т. е. параметр Кнудсена Кп = Х/ёр 1, где р = 2г — характерный размер пористой системы, (г — радиус поры для мембраны с одинаковыми параллельными капиллярами) или с1р = АП/З, где и — пористость, 3 — площадь поверхности пор в единице объема тепа. При этом поток вещества [c.389]

    В соответствии с данным определением микрофильтрационные мембраны являются пористыми объектами, содержащими макропоры, а ультрафильтрационные мембраны — также пористые объекты с мезопорами в верхнем слое. Таким образом, тип пористых мембран предполагает наличие макропор и мезопор. Для мембран этого типа характеризуют не материал мембраны как таковой, а лишь ее поры. В таком случае размеры пор или распределение пор по размерам будет определять, какие частицы или молекулы будут задерживаться мембраной, а какие проходить через нее. Характеристики же разделения мало зависят от природы ее материала. С другой стороны, плотные мембраны для газоразделения или первапорации не содержат фиксированных пор, и в этих случаях характеристики работы мембран определяются их материалом. Морфология, а точнее, физическое состояние полимерного материала мембраны (кристаллический или аморфный, стеклообразный или высокоэластический) непосредственно определяет ее проницаемость. Такие факторы, как температура или взаимодействие полимерного материала с растворителями, оказывают значительное влияние на сегментальную подвижность. Поэтому свойства матерала мембраны будут зависеть от температуры, состава разделяемой среды и т. д. В данной главе описаны и обсуждены методы определения характеристик мембран, как пористых, так и непористых. [c.167]

    В предыдущих разделах была сделана попытка сформулировать существенные различия принципов, лежащих в основе различных мембранных процессов, и то, как они реализуются в разных макроскопических моделях. Предельными случаями при этом являются процессы, в которых используются пористые (ультрафильтрация и микрофильтрация) и непористые мембраны (газоразделение и первапорация). Существующие модели можно классифицировать по тому, используется ли в них феноменологический подход или термодинамика необратимых процессов, с одной стороны, или подход, основаный на модели пор и механизме растворения и диффузии, с другой стороны. Во всех феноменологических моделях реализуется принцип черного ящика , т. е. они не дают информации о том, как в действительности протекает процесс разделения. В механистических моделях пытаются связать параметры процессов разделения со структурными параметрами мембран и описать на этой основе поведение смесей. Этот тип моделей уже дает определенную информацию о реальном процессе разделения и о факторах, которые на него влияют. [c.259]

    Вместе с тем мембранная технология перспективна и для очистки гелиевого концентрата. При лабораторных исследованиях указанного процесса очистки применена модифицированная асимметричная ацетатцеллюлозная мембрана, толщина рабочего слоя которой равна 0,2-10 м, а пористой подложки - ТВО Ю м. Проницаемость и селективность изучали на установке, подобной примененной ранее [10]. Определяли следующие параметры газоразделения давление в полости высокого давления Рв, давление в полости низкого давления Р , скорости потоков пермеата Ор и апермеата Оу,. Результаты опытов в виде зависимости Кпр мембраны от ДР = Рв -- Рн ДЛЯ Не, Нг, СОг, СН4 и N2 при комнатной температуре представлены на рис. 1. Каждая экспериментальная точка отражает среднее значение пяти параллельных опытов. [c.50]


Смотреть страницы где упоминается термин Газоразделение в пористых мембранах: [c.70]    [c.152]   
Смотреть главы в:

Введение в мембранную технологию -> Газоразделение в пористых мембранах




ПОИСК





Смотрите так же термины и статьи:

Пористость мембраны



© 2025 chem21.info Реклама на сайте