Газоразделительные мембраны

Газоразделительные мембраны предназначены для осуществления мембранного процесса разделения воздушной смеси для получения определенного газа требуемой чистоты. Их действие основано на преимущественной проницаемости некоторых компонентов смеси или коллоидной системы сквозь разделительную мембранную перегородку. Фаза, прошедшая через газоразделительные мембраны, называется фильтратом (пермеатом), а задержанная фаза – концентратом. Движущей силой мембранного процесса является разность химического и электрохимического потенциала по обеим сторонам перегородки. Процессы мембранные могут быть обусловлены градиентами давления, электрическим потенциалом, концентрацией или несколькими факторами сразу.

Газоразделительные мембраны эффективны благодаря конкурирующему взаимодействию различных компонентов смеси с поверхностью мембранной перегородки. 

Обычно эффективность разделения газов оценивается по ряду показателей:

  • селективность j = 1 — c2/c1, где с1 и с2 – соответствующие значения концентрации компонентов исходной смеси и фильтрата;

  • коэффициент разделения Kp= (сА,1/сА,2)/(сВ,1/сВ,2), где сА,1, сВ,1 и сA,2, сВ,2- соответствующие значения концентрации компонентов А и В в начальной смеси и фильтрате;

  • проницательность мембран = V/Ft, где К-количество смеси, прошедшей за время t сквозь мембрану, определяемое по уравнению V2 + 2VC = Kt, в котором С и эмпирические константы, F- площадь поверхности перегородки.

За счет разной скорости проникновения разных компонентов смеси сквозь мембрану, осуществляется концентрационная поляризация, когда в пограничном слое возле перегородки скапливается вещество с наименьшей скоростью проницания. Как следствие, при разделении жидких смесей понижаются движущая сила, селективность, а также производительность и срок службы газоразделительных мембран. На мембранах также могут оседать труднорастворимые соли, возможно гелеобразование соединений, требующих очистки мембраны. Для предотвращения подобных процессов, разделяемую систему перемешивают (путем повышения скорости потока и турбулизации раствора, а также использования ультразвука), чтобы выровнять концентрацию компонентов у поверхности перегородки и в самом ядре потока.

Мембраны могут быть следующих типов:

  • монолитные (сплошные);
  • пористые;
  • жидкие мембраны;
  • составные (композиционные);
  • асимметричные (двухслойные);
  • ионообменные мембраны.



Назад в раздел


Наши партнеры