КПД энергетический мембранное

Энергетическое сопряжение процессов в мембране. .. 15 [c.3]

Термодинамические и кинетические представления о процессе проницания газов через мембраны опираются прежде всего на понятия о формах энергетического взаимодействия проникающих газов с матрицей и о механизме массопереноса. Оба критерия позволяют провести довольно детальную классификацию газоразделительных мембран, однако целесообразно ограничиться главными признаками. Все мембраны в зависимости от возможности фазового массопереноса можно разделить на две группы —с пористой и сплошной матрицей. По энергетическому критерию можно выделить четыре типа мембранных систем пористые газодиффузионные и сорбционно-диффузионные, непористые сорбционно-диффузионные и реакционно-диффузионные. [c.13]

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ СОПРЯЖЕНИЕ ПРОЦЕССОВ В МЕМБРАНЕ [c.15]

Энергетическое сопряжение отдельных процессов приводит к сильному, а в ряде случаев принципиальному, изменению кинетических и разделительных характеристик мембран. [c.16]

Таким образом, при энергетическом сопряжении процессов в мембране в принципе возможно усиление или ослабление результирующего потока массы в направлении, определяемом градиентом химического потенциала р. (пассивный перенос), и даже миграция газов в область более высоких значений (активный перенос). В любом случае в мембране совершается работа по перемещению массы за счет части свободной энергии, освобождающейся при химической реакции другая ее часть диссипирует. [c.18]

Рассмотрим влияние энергетического сопряжения на результирующий перенос массы и селективность мембранного процесса в стационарных условиях [1]. Для анализа введем следующие комплексы феноменологических коэффициентов из уравнения (1.7) [c.18]

Обычно при разделении газовой смеси через мембрану мигрируют все компоненты. Энергетическое сопряжение процессов диффузии и химической реакции позволяет интенсифицировать перенос целевого компонента с одновременным подавлением потоков других компонентов иногда возможна организация активного транспорта нецелевого компонента, проникшего в дренажную полость. Очевидно, реализация принципов энергетического сопряжения позволит резко повысить селективность разделения при сохранении высокой производительности мембран по целевому компоненту, что в конечном счете определяет экономичность мембранного газоразделения. [c.22]

Матрицы пористых мембран представляют собой пористые среды, структурными свойствами которых обусловлен процесс разделения газовой смеси. При этом в газодиффузионных мембранах влияние матрицы ограничено в основном объемом пор и функцией распределения пор по размерам. В мембранах сорбционно-диффузионного типа, кроме того, существенно энергетическое взаимодействие компонентов газовой смеси и матрицы, количественно определяемое адсорбционным и капиллярным потенциалами. [c.38]

Таким образом, подобно адсорбционному потенциалу, капиллярный потенциал характеризует дополнительное энергетическое взаимодействие в пористом теле. Однако если величина соответствует силам межмолекулярного взаимодействия структурных элементов матрицы мембран и компонентов газовой смеси, то капиллярный потенциал отражает влияние межмолекулярного взаимодействия между жидкостью и паром при искривленной поверхности раздела. Роль матрицы мембран сводится к формированию участков поверхности определенной кривизны за счет поровой структуры. [c.52]

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]

Анализ энергетической эффективности мембранной разделительной системы предполагает как интегральную оценку энергетических затрат на реализацию процесса в целом, так и изучение распределения этих затрат по отдельным стадиям технологического процесса с целью его оптимизации. Для решения этой задачи необходимо установить зависимость критерия энергетической эффективности от проницаемости и селективности мембран, термодинамических и гидродинамических параметров газовых потоков в мембранном модуле и других конструктивных и эксплуатационных характеристик. Анализ сложной мембранной установки включает выявление связи между интегральными энергетическими затратами на разделение газовой смеси и различными вариантами организации газовых потоков. В лю- [c.228]

Энергетическое совершенство процессов в этом основном элементе во многом определяет эксплуатационные затраты и экономическую эффективность технологической системы разделения в целом. Проведем анализ в следующей последовательности вначале введем понятие эксергетического к. п. д. как меры термодинамического совершенства процесса и далее используем это представление для анализа селективного проницания газов через мембрану и оценки потерь от необратимости в напорных и дренажных каналах и в мембранном модуле в целом. [c.239]

Анализ соотношений для эксергетического к. п. д. и приведенных массообменных характеристик показывает, что эти величины оказываются функцией отношения (а не разности) давлений в напорном и дренажном каналах. Однако масштабный поток, согласно (7.59), непосредственно зависит именно от разности давлений (Р —Р"), коэффициента проницаемости и толщины диффузионного слоя мембраны. Следовательно, производительность мембранного модуля также окажется функцией этих характеристик мембраны и технологического режима. Повышение разности давлений при сохранении оптимального их отношения (е е ) позволит интенсифицировать мембранное разделение при сохранении максимума энергетической эффективности. Разумеется, этот путь интенсификации ограничен возрастающим негативным влиянием внешнедиффузионного сопротивления массообмену (см. гл. 4). Далее будет дана оценка потерь эксергии в результате этого влияния. [c.248]

Проблеме энергетической эффективности селективного проницания, сопряженного с химической реакцией в мембране, посвящен следующий раздел. [c.248]

В гл. 1 показано, что энергетическое сопряжение диффузии и химической реакции в мембране позволяет резко повысить скорость проницания целевого компонента и подавить перенос балластных компонентов разделяемой смеси. Количественной ха- [c.248]

Исследуем влияние степени сопряжения и отношения движущих сил массопереноса и химической реакции на энергетическую эффективность мембранного процесса. Процесс буде.м считать изотермичным (Г=7 ср), проницание компонентов газовой смеси взаимно независимым, кроме того, допустим, что сопряжение с химической реакцией наблюдается только для целевого компонента 1, все остальные ( >1) мигрируют в матрице мембраны только под действием внешней движущей силы —А я.. [c.250]

Рис. 7.12 дает представление о характере изменения функции (7.73) при положительном сопряжении чем выше степень сопряжения массопереноса и химического превращения, тем более совершенен процесс. Следует обратить внимание, что вблизи состояния с фиксированным потоком [2( г/— 1 ")где коэффициент ускорения массопереноса Ф] наиболее значителен (см. рис. 1.4) энергетическая эффективность падает до нуля. Однако при т)->-т)тах МОЖНО получить ДОВОЛЬНО высокие значения массообменных характеристик процесса /р и Х ", значительно превышающие аналогичные показатели несопряженного массопереноса в мембране. [c.252]

С ростом давления Р энергетическое совершенство процессов в модуле быстро падает, причем определяющее влияние оказывает рост потерь эксергии в процессе селективного проницания через мембрану. Общий вид зависимости т]мд = 11(Рг) определяется видом функции Ппр = т](Р) ), так как сумма относитель- [c.261]

Анализ энергетического совершенства основной стадии мембранного процесса — селективного проницания — выполнен в разд. 7.2.2, где исследовано влияние свойств мембраны и параметров газовой смеси на локальные характеристики процесса. [c.262]

Таким образом, при известных характеристиках мембраны и заданном давлении и Рр можно подбором состава исходной смеси добиться оптимальных энергетических характеристик мембранного процесса в модуле. Такая возможность направленного изменения состава Xf- Xf ) появляется в схемах мембранных ступеней разделения с рециклом проникшего или сбросного потоков, при этом условие т]мд(л )->тах следует учесть при выборе коэффициента рециркуляции. [c.263]

Другой путь энергетической оптимизации процессов в мембранном модуле связан с выбором разности давлений Pf—Рр при сохранении оптимального значения отношения этих величин е = = Р 1Р,- г. [c.263]

Полезный энергетический эффект этого процесса — минимальная работа извлечения целевой фракции — при этом также снижается, что приводит к падению т]мд. Таким образом, основное влияние внешнедиффузионного сопротивления на энергетику мембранного процесса сказывается косвенно, через массообменные показатели процесса. [c.265]

Оценку энергетической эффективности многостадийной или многоступенчатой мембранной газоразделительной установки выполняют аналогично, с использованием изложенного выше аналитического аппарата. [c.268]

В гл. 8 будут сопоставлены технико-экономические показатели при разделении некоторых газовых смесей, здесь лишь отметим, что мембранные газоразделительные системы, уступая традиционным методам разделения смеси (ректификация или сорбция) по ряду основных энергетических и экономических критериев, имеют явные преимущества при учете социальных и экологических требований. [c.270]

Изменение условий обычно связано с повышением (понижением) температуры (что не всегда желательно) и ростом капитальных и энергетических затрат. Поэтому обычно на первой стадии проводится разделение смеси на газовую и жидкую фазы (что при большой разности температур не представляет труда) с последующей раздельной их переработкой. Причем газовая фаза в дальнейшем может быть разделена как ректификацией (при повышенном давлении), так и другими способами (абсорбцией, мембранными процессами, адсорбцией и т. д.). Выбор того или иного способа будет опять определяться в значительной степени свойствами смеси. [c.96]

Следующая стадия развития включает образование макромоле-кулярных структур, наделенных обратными связями. Эти организации несомненно возникли из первичных мембран, обладавших вместе с фиксированными на них катализаторами, структурной и функциональной упорядоченностью. К сожалению, в настоящее время мы не располагаем сведениями, достаточными для исчерпывающего описания этой стадии. Исследование кодовых механизмов, действующих в биологических системах, вероятно, откроет в этой области новые перспективы. Именно здесь встречается поразительное явление, которое можно было бы назвать передачей и распространением состояний. Оно обнаруживается не только в процессах репликации и репродукции, но и в тех высших формах взаимодействия биологических систем, которые уже не имеют энергетической природы, но тем не менее способны оказать решающее влияние на судьбы и поведение живых организмов (язык, письменность и т. п.). Мы полагаем, что последовательное применение кодовых принципов позволит уловить логические связи этого явления с общими законами эволюции динамических структур. ЛИТЕРАТУРА [c.8]

Непористые реакционно-диффузионные мембраны отличаются от прочих химической формой связи компонентов разделяемой смеси и исходного материала мембраны. Химические реакции приводят к образованию новых веществ, участвующих в транспорте целевого компонента. Массоперенос компонентов разделяемой газовой смеси определяется не только внешними параметрами и особенностями структуры матрицы, но и химическими реакциями, протекающими в мембране. В подобных системах за счет энергетического сопряжения процессов диффузии и химического превращения возможно ускорение или замедление мембранного переноса, в определенных условиях возникает активный транспорт, т. е. результирующий перенос компонента в направлении, противоположном движению под действием градиента химического потенциала этого компонента. В сильнонеравновесных мембранных системах могут формироваться структуры, в которых возникают принципиально иные механизмы переноса, например триггерный и осциллирующий режимы функционирования мембранной системы. Обменные процессы такого рода обнаружены в природных мембранах, но есть основания полагать, что синтетические реакционно-диффузионные мембраны в будущем станут основным типом разделительных систем, в частности, при извлечении токсичных примесей из промышленных газовых выбросов. [c.14]

Если выбор движущих сил 1 и Дг независим, то при определенных условиях выражение в скобках и величина Р могут приближаться к нулю при конечных значениях потоков. Поскольку диссипативная функция характеризует рассеяние свободной энергии, это означает приближение процессов в условиях полного сопряжения к термодинамической обратимости. Подробнее проблема энергетической эффективности процессов мембраны в условиях их сопряжения рассмотрена в гл. 7. Здесь же оценим влияние степени сопряжения на скорость массопереноса в мембране. На рис. 1.2 показан общий вид зависимости, где величина Z использована для приведения отношений потоков /]//2 и сил Х-21Х1 к безразмерной форме. [c.19]

Таким образом, расчет проницаемости пористых сорбционнодиффузионных мембран по уравнениям (2.66) или (2.67) сводится к расчету коэффициента стесненной кнудсеновской диффузии по уравнению (2.48) и эффективного энергетического параметра е по условиям (2.68). [c.63]

На рис. 7.6 и 7.7 показано изменение энергетической эффективности селективного проницания при а= 13 и 3,5, что соответствует разделению смесей СОг—N2 и 62—N2 на мембране из поливинилтриметилсилана. Четко фиксируется максимальное значение т)пр при определенных значениях состава исходной смеси лгщ и отношения давлений е, причем чем выше а, тем ближе эти значения к предельным, определяемым равновесием при а- оо. Область значений состава 0<лги<л и и отношения давлений 0<е< е для мембраны с конечным значением фактора разделения (l< ai,2росту энергетической эффективности мембранного разделения с увеличением доли легкопроникаюшего компонента и отношения давлений. Заметим, что в этой области происходит одновременное улучшение массообменных характеристик разделения. После достижения максимума т пр дальнейший рост и е приводит к противоположному характеру изменения энергетических и массо-обменных показателей мембранного разделения, как это наблюдалось при а оо во всем диапазоне. vi, и е. [c.247]

Анализ функции т1пр(Р1) и отыскание оптимальных значений Р), и е, соответствующих максимуму эксергетического к. п. д., является одной из важных стадий технико-экономической оптимизации мембранных разделительных систем. Наиболее существенно влияние этих параметров в схемах с рециклом, где варьируется состав разделяемой смеси на входе в мембранный модуль и необходимо определить степень рециркуляции, которая позволит улучшить массообменные показатели разделительной ступени с наименьшими энергетическими издержками. [c.248]

Рис. 1.12. Энергетическая эффективность сопряженного массопереноса в реакционнодиффузионных мембранах при различных значениях степени сопряжения

Рис. 1.12. <a href="/info/766210">Энергетическая эффективность</a> <a href="/info/1402105">сопряженного массопереноса</a> в реакционнодиффузионных мембранах при <a href="/info/736172">различных значениях</a> степени сопряжения

Реальные процессы в реакционно-диффузионных мембранах гораздо сложнее рассмотренной модели, поскольку проницание компонентов взаимозависимо, например, через определенные звенья в цепи химических превращений. Кроме того, в мембране, наряду с сопряженным механизмом, существует пассивный несопряженный массоперенос химически несвязанного компонента газовой смеои. Это усложняет анализ энергетической эффективности мембранного процесса, но основной вывод сохраняет силу, а именно энергетическое сопряжение массопереноса и химического превращения позволяет радикально улучшить массообменные характеристики при сохранении достаточно высоких значений энергетической эффективности чем выше степень сопряжения, тем значительнее этот эффект. Справедливости ради следует отметить, что противоположные тенденции изменения массообменных и энергетических показателей мембранного процесса сохраняются в реакционно-диффузионных мембранах, хотя на более высоком уровне совершенства процесса. [c.253]

Подставив выражения для химического сродства Аг, скорости реакции Vrr и перекрестного коэффициента г в уравнение диссипативной функции (7.77) и интегрируя ifo по объему мембраны (см. 7.45), можно получить уравнение для расчета и анализа потерь эксергии в процессе селективного проницания через реакционно-диффузионную мембрану. Необходимое значение степени сопряжения массопереноса и химического превращения находят по уравнению (1.18) на основе опытных значений коэффициента ускорения Фь Предполагается также, что известно распределение концентраций всех компонентов разделяемой газовой смеои и веществ матрицы мембраны, участвующих в реакциях, как решение системы нелинейных дифференциальных уравнений (1.26). Энергетическая эффективность процесса при 7 = Гер оценивает эксергетический к. п.д., вычисляемый по уравнению (7.71). [c.255]

Влияние внешнедиффузионного сопротивления на массообменную и энергетическую эффективность процесса разделения смеси СО2—N2 в плоскокамерном модуле с мембраной из поливинилтриметилсилана исследовано в работе [9]. Результаты расчета коэффициента извлечения /Си = 0г/р/х/ как функции давления в напорном канале были представлены и обсуждались в разд. 4.4 (см. рис. 4.27). [c.265]

В заключение сделаем некоторые выводы. Оптимизация процесса в мембранной ступени по энергетическому критерию эффективности предполагает выбор оптиМ ального отношения давления е = Р//Рр при заданном составе смеси на входе в модуль, варьирование состава газовой смеси Х[ подбором кратности рециркуляции проникшего или сбросного потоков при фиксированном значении отношения давления повышение давления в напорном и дренажном каналах при сохранении оптимальных значений х/ и е интенсификацию массообмена стимулированием смешанноконвективного движения газа в каналах за счет концентрационной неустойчивости ламинарного течения газа. [c.268]

Критерием энергетического совершенства сложной мембранной установюи также принят эксергетический к. п. д., который оказывается функцией эксергетических к. п. д. г г и доли затраченной эксергии у1 всех стадий сложного процесса. Общим соотношением для анализа является уравнение (7.38), где 1/, и 11, в свою очередь зависят от выбора термодинамических, гидродинамических параметров и конструктивных особенностей аппаратов, схем организации газовых потоков и т. д. [c.268]

Кроме очевидной важности проблемы создания высокоселективных и производительных мембран, возникает сложная задача оптимизации конструкций аппаратов, технологических схем и режимов мембранных разделительных систем. Разумеется, энергетический критерий не может быть единственным и даже определяющим, поскольку стоимость газоразделительных мемб- [c.268]

Альтернативными способами выделения чистых продуктов или фракций обычно являются ректификация, экстракция, адсорбция, кристал.1изация, мембранные процессы, абсорбция, выпаривание. В последнее время стало уделяться значительно больше внимания другим, помимо ректификации, способам разделения в силу нескольких причин. Во-первых, вследствие высокой энергоемкости ректификации и роста цен на источники энергии. Так, в США за 1976 г. на ректификацию было израсходовано 2,11КДж или 3% всех энергетических затрат страны [12]. Во-вторых, по мере совершенствования технологии эти процессы становятся дешевле. В значительной степени этому способствует и совершенствование систем управления. [c.85]

Помимо рассмотренных примеров энергетических и псевдоэнергетических С-элементов, характерными проявлениями- С-свойств обладают также гидравлические, механические и электрические процессы, происходящие соответственно при заполнении гидравлических емкостей, в пружинных и мембранных исполнительных механизмах приборов, в электрических конденсаторах и других элементах, которые могут находиться в непосредственной связи с ФХС. [c.40]

В промышленности для очистки гелия от азота, неона и микропримесей используются низкотемпературные конденсация и адсорбция - процессы, требующие как значительных энергетических затрат, так и хладагента - жидкого азота, поскольку протекают при температурах минус 175-200 °С. Мембранное разделение и концентрирование газов являются альтернативой низкотемпературным методам, так как протекают при температуре окружающей среды и невысоких давлениях. При этом [c.175]

Изучение биологических мембран привело к разработке электродов на основе так называемых "нейтральных переносчиков" -макроциклических полиэфиров - антибиотиков (моноактин, грамицидин, валиномицин). Молекулы циклических полиэфиров содержат кольца иа атомов кислорода, энергетически способные вьшолнять роль сольватной оболочки вокруг катиона. Таким образом, происходит внедрение катиона в органическую фа у. При этом образуются подвижные заряженные комплексы, обеспечивающие катионную проводимость таких сред. Среди них наиболее известен К -селективный электрод с жидкой мембраной - раствором ва-линомицина в органическом растворителе. Коэффициенты селек-tивнo ти составляют = Ю- , = 1 [c.57]

В энергетических процессах, происходящих в живых организмах на MOHO- или бислойных мембранах, потоки (скорости) сопряженного y (например, синтез АТФ из АДФ) и сопрягающего У2 (окисление пищевого субстрата) процессов контролируются механизмом сопряжения. Так, в начальный период функционирования системы скорость У2 мала, что одновременно сопровождается установлением максимальных значений движущей силы Xf. В установившемся стационарном по концентрации АТФ состоянии сопряженный поток У I = О, а А 1 = A" " = -(I12/I-1 )A 2. При этом стационарное значение потока для сопрягающего процесса [c.328]

За два последних десятилетия получила развитие новая отрасль науки — биоэлектрохимия. Важный раздел биоэлектрохимии связан с изучением мембран, отделяющих внутреннюю часть клетки от среды, которая ее окружает, и играющих большую роль в транспорте питательных веществ. В основе этих процессов лежат электрохимические закономерности. Большую роль играет электронная проводимость мембран в энергетических процессах, протекающих в живых организмах. Электрохимические процессы лежат в основе передачи нервных импульсов, в возникновении биотоков. [c.313]

Ввиду того, что уравнение (IX. 98) очень широко применяют при работах с ИСЭ в разных областях науки и народного хозяйства, полезно на конкретном примере выяснить, в какой мере это теоретическое уравнение согласуется с экспериментальными данными. Сплошной линией на рис. IX. 7 изображена зависимость от pH = — gh при pNa = onst для стеклянного электрода, рассчитанная по уравнению (IX. 98). Экспериментальные значения , измеренные в растворах с различной активностью иона Н+ и постоянной активностью мешаюшего иона Na+ изображены точками. Рис. IX. 7 хорошо иллюстрирует совпадение экспериментальных данных с теоретической кривой. Это подтверждает основные положения теории ИСЭ. Лишь в переходной области отклонения часто превышают 2—3 мВ, причиной чего может быть не учтенная простой теорией некоторая энергетическая неравноценность связей ионов с мембраной в различных точках мембраны. В некоторых случаях наблюдается полное совпадение теории с экспериментом (в пределах погрешности измерений 0,5 мВ), например для стеклянных электродов с Ыа+-функцией в присутствии мешаюших ионов К+ или Li+. [c.527]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология