Мембранный элемент для разделения газовых смесей
Изобретение относится к диффузионному разделению газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использовано в химической промышленности. Цель изобретения - уменьшение удельных энергозатрат на разделение газовых смесей. Мембранные элементы газораспределительного аппарата имеют дренажное устройство, снабженное сеткой капилляров, входы и выходы которых объединены в два различных коллектора, соединенных с источником хладагента, например фреона-12. При уменьшении температуры мембраны на 10 К посредством циркуляции хладагента удельные энергозатраты снижаются приблизительно на 10% за счет увеличения селективности мембраны. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (51)5 В 01 D 53/22
1
ГОСУДАРСТНЕННЬ)Й КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬ1ТИЯМ
ПРИ ГННТ СССР (2l) 4350833/23-26 (22) 28.12.87 (46) 15.03.90. Бюл. № 10 (75) A. А. Бабенков, А. A. Марченко и A. Б. Орлов (53) 66.071.61.8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 774002, кл. В 01 D 13/00, 1977. (54) МЕМБРАННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ (57) Изобретение относится к диффузионному разделению газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть
„„SU„„1549568 д 1 использовано в химической промышленности.
Цель изобретения — уменьшение удельных энергозатрат на разделение газовых смесей.
Мембранные элементы газораспределительного аппарата имеют дренажное устройство, снабженное сеткой капилляров, входы и выходы которых объединены в два различных коллектора, соединенных с источником хладагента, например фреона-12. При уменьшении температуры мембраны на 10 К посредством циркуляции хладагента удельные энергозатраты снижаются приблизительно на 10% за счет увеличения селективности мембраны.
2 ил.
1549568
Изобретение относится к диффузионному разделению газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран и может быть использовано в химической промышленности.
Цель изобретения — уменьшение удельных энергозатрат на разделение газовых смесей.
На фиг. 1 изображена схема мембран: ного элемента, Элемент содержит две полупроницаемые мембраны 1, между которыми расположена сетка переплетенных между собой капилляров 2. Полупроницаемые мембраны герметично соединены по периметру 3, а в мембранном элементе выполнено сквозное отверстие
4, через которое проходит коллектор вывода пермеата. Коллекторы 5 и 6 капилляров, образующих дренажное устройство, подсоединены к источнику хладагента 7.
На фиг. 2 приведен другой вариант схемы мембранного элемента, содержащего две полупроницаемые мембраны 1, между которыми расположены две пористые пластины 2, плоские с одной стороны и оребренные с другой, при этом оребренные стороны повернуты друг к другу. В ребрах пористых пластин расположены капилляры 3, служащие для циркуляции хладагента. Полупроницаемые мембраны герметично соединены по периметру. В мембранном элементе выполнено сквозное отверстие 4, через которое проходит коллектор вывода пермеата.
Коллекторы 5 капилляров подсоединены к источнику хладагента 6.
Устройство работает следующим образом.
В аппарат, содержащий мембранные элементы, подают под давлением разделяемую смесь. Проникающая через полупроницаемые мембраны 1 из поливинилтриметилсилана, обогащенная целевым компонентом смесь попадает в дренажное устройство, содержащее капилляры, и затем по каналам дренажного устройства отводится к отверстию 4, откуда выводится через коллектор из аппарата.
От источника хладагента к коллекторам капилляров подают хладагент, например фреон-12, который циркулирует по каналам капилляров и снижает температуру мембраны до заданной.
При уменьшении температуры мембраны посредством циркуляции хладагента в мембранном элементе повышается ее фактор разделения. Снижение температуры на 10 К приводит к повышению фактора разделения кислород-азотной смеси на 0,3. При отношении давлений по обе стороны мембраны равным 10 концентрация кислорода в пермеате в процессе разделения воздуха повышается на 2% (с 39 до 41%). При смешении с воздухом выход продукта — воздуха, обогащенного кислородом до 39 % — при тех
Относительная влажность, %
18
100
Селективность мембраны, О /2
3,25
3,5
3,74
3,8
3,9
3,94
Если воспользоваться стандартным термостатом и использовать его для термостатирования мембранного аппарата, работающего в режиме получения воздуха, обогащенного кислородом, то в этом случае придется охлаждать весь объем газа, поступающего на разделение (в 20 — 30 раз
4О больше потока пермеата), и удельные энергозатраты будут выше, даже по сравнению с базовым вариантом.
Формула изобретения
Мембранный элемент для разделения газовых смесей, содержащий две полупроницаемые мембраны и дренажное устройство, соединенные по периметру, отличающийся тем, что, с целью уменьшения удельных
50 энергозатрат на разделение газовых смесей, дренажное устройство снабжено сеткой капилляров и двумя коллекторами, объединяющими входы и выходы капилляров, а также источником хладагента, например фреона-12, при этом коллекторы соединены с ис55 точником хладагента.
4 же энергозатратах увеличивается на 11 %.
Следовательно, по сравнению с базовым вариантом удельные энергозатраты снижаются на 10%. При снижении температуры на 20 С удельные энергозатраты снижаются на 10,4%. В связи с тем, что фактор разделения мембраны и ее газопроницаемость зависит от влажности разделяемой газовой смеси, то при охлаждении мембраны вблизи ее поверхности образуются на10 сыщенные водяные пары, что приводит к дополнительному увеличению селективности мембраны и снижению удельных энергозатрат на процесс газоразделения.
В таблице приведены экспериментальные данные по влиянию относительнои влажности водяных паров в воздухе на селективность мембраны из поливинилтриметилсилана при разделении воздуха.
1549568
С оста вит ель М. Кр ык и н
Редактор В. Ковтун Техред И. Верес Корректор О. Кравцова
Заказ 226, Тираж 565 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Рву шская на 6., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, lOI
