Geum.ru

Ю. С. Барсуков 1, А. Ю. Окунев 2 1 Московский инженерно-физический институт (государственный университет) 2 ОАО "Аквасервис", Москва исследование

Вид материалаИсследование
Подобный материал:

УДК 530.1(06) Молекулярно-селективные и нелинейные явления и процессы

Ю.С. БАРСУКОВ1, А.Ю. ОКУНЕВ2

1Московский инженерно-физический институт (государственный университет) 2ОАО “Аквасервис”, Москва


ИССЛЕДОВАНИЕ

ГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

МЕМБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ


Исследованы разделительные характеристики одномодульных и двухмодульных технологических схем с перекрёстным током и противотоком. Определена область существенного различия режима разделения в модулях перекрёстного тока и противотока. Определены области целесообразного использования одномодульных схем, а так же двухмодульных рециркуляционных каскадов для разделения воздуха.


На практике при разделении газовых смесей используются различные технологические газоразделительные схемы, в том числе одномодульные схемы (противоточная и перекрёстноточная), различные мембранные каскады, в том числе рециркуляционные схемы. Выбору своей газоразделительной схемы для каждой конкретной задачи, а так же выбору мембранного модуля уделяется, как правило, недостаточно внимания.

При расчете мембранных модулей использовались идеализированные модели переноса многокомпонентной смеси: перекрестный ток, противоток и прямоток [1]. В данных моделях предполагается, что в полости высокого давления (ПВД) газ течет в режиме идеального вытеснения. В полости низкого давления (ПНД) для случая прямотока и противотока газ течёт также в режиме идеального вытеснения параллельно течению в ПВД. Потерями давления в полостях пренебрегается.

Для исследований использован компьютерный программный комплекс расчёта мембранных газоразделителей «Membrane Gas Separation» версии 3.х. Определение проницаемостей в непредельных режимах проведено на основе экспериментальных данных с помощью программы «Permeability Calculation Simple».

Исследование проводилось на примере разделения воздуха, предполагая его бинарной смесью трудно проникающего компонента (ТПК) через мембрану азота и легко проникающего компонента (ЛПК) - кислорода.

При малом отношении давлений в ПНД и ПВД различия между результатами разделения в модулях с идеальным противотоком и идеальным перекрёстным током мало. Но при уменьшении перепада давления на мембране разница становится всё более существенна, доходя до максимума. При дальнейшем уменьшении перепада давления разница постепенно уменьшается и окончательно пропадает при отсутствии перепада давления на мембране. При низком перепаде давления на мембране процесс разделения определяется отношением давлений, и от режима и селективности мембраны зависит слабо.

Следует отметить, что при некотором промежуточном значении отношения давлений и достаточно высоких селективностей мембран фактор разделения в режиме перекрёстного тока оказывается значительно ниже, чем в режиме противотока. Этот факт приводит к тому, что в двухмодульной рециркуляционной схеме замена отвального модуля с перекрёстноточного на противоточный при относительно невысоких перепадах давления на мембране приводит к существенному снижению циркуляционного потока, а, следовательно, к снижению необходимой площади мембран, а также к снижению энергопотребления связанного со сжатием газа.

Для исследования процесса обогащения ТПК проведено сравнение одиночного модуля и отвальной частью простого мембранного каскада на базе противоточных модулей. Показано, что данный каскад является промежуточным по степени обогащения ТПК между одиночными противоточным и перекрёстноточным модулями, при сохранении суммарной площади мембраны.

Получено, что область целесообразности использования одномодульного газоразделителя по сравнению с двухмодульной рециркуляционной схемой увеличивается при переходе от режима перекрёстного тока к противотоку в модулях.

Список литературы


1. Hwang S.-T., Kammermyer K. Membranes in Separations. N.Y., John Wiley & Sons. 1975. Р.559.




ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 9