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