Мембранный элемент для разделения газовых смесей Советский патент 1990 года по МПК B01D53/22 

ел

Јь

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.

ел

ОЭ

оо

сриг.1

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. I изображена схема мембранного 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 оребрен- ные с другой, при этом сребренные 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

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 на0 сыщенные водяные пары, что приводит к дополнительному увеличению селективности мембраны и снижению удельных энергозатрат на процесс газоразделения.

В таблице приведены экспериментальные данные по влиянию относительной влажности водяных паров в воздухе на селективность мембраны из поливинилтриметилсилана при разделении воздуха.

Относительная влажность, % 8 18 40 50 90 100

Селективность мембраны, О2/2

3,25 3,5 3,74 3,8 3,9 3,94

Если воспользоваться стандартным тер- мостатом и использовать его для термоста- тирования 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 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

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 источником хладагента.

фиг.2