Получение неона из неоно-гелиевой смеси на мембране из кварцевого стекла

• Автор: Михайлов, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с. : ил

Оглавление

Условные обозначения
Введение
Глава L Основные положения мембранной технолог ии разделения газов.
1.1.Теоретические основы проникновения газа через стекла.
Анализ параметров, влияющих на проницаемость
1.2. Варианты схем мембранного модуля и многоступенчатого мембранного аппарата
5.3. Критерии оценки эффективности работы
мембранного аппарата
1.4. Методы моделирования процесса разделения в
мембранном модуле
1.5. Выводы. Постановка задачи работы
Глава 2. Исследование процесса мембранного разделения
неоно-гелиевой смеси.
2.1. Конструкция мембранного модуля
2.2. Экспериментальный стенд для изучения мембранного процесса разделения
2.3. Расчёт погрешности измерений
2.4. Разработка математической модели работы модуля
2.5. Анализ экспериментальных и расчётных результатов
Глава 3. Сравнительный анализ методов разделения.
Рекомендации по практическому применению мембранного
метода разделения
Основные результаты и выводы
Список литературы
Приложение 1. Пользовательский блок программы
моделирования разделения в мембранном модуле
Приложение 2. Хроматограмма исходной смеси и ретанта
Условные обозначения
с - массовая доля гелия в смеси;
С - коэффициент растворимости газа в стекле; сь. - мол. доля гелия в смеси; сиНе - мол. доля гелия в пенетрате; си]Че - мол. доля гелия в ретанте;
Су - объёмная доля гелия в смеси;
0 - коэффициент бинарной диффузии в газовой фазе Ост - коэффициент диффузии газа в стекле;
Е - энергия активации процесса;
.Енагрев - энергия нагрева;
Н - энтропия информации;
Г - количество информации; г - энтальпия;
К - проницаемость газа в стекле; к - энтропийный коэффициент; к’ - постоянная Больцмана;
1 - длина канала;
! - удельная работа разделения;
!шм • минимальная удельная работа разделения;
Мсм - молекулярная масса смеси;
N - потребляемая мощность; п - число капилляров; пНе, Пме - число молекул в объёме; р - давление;
(2 - поток пенетрата;
II - универсальная газовая постоянная;
г 5 - эквивалентный внешний радиус;
г,' - внутренний радиус мембранного модуля;

г2 - внешний радиус капилляра; г3 - внутренний радиус капилляра;
гсред" среднее значение радиуса капилляр а,
8 - площадь мембранной поверхности;
8 - энтропия термодинамической системы;
Т - температура; и - мол. расход исходной смеси; иНе - мол. расход пене грата; и№ - мол. расход ретанта; иУке ■ объёмный расход ретанта; и ■ осевая скорость;
ин - осевая скорость на входе в напорный канал;
V - радиальная скорость;
V - объём;
X - значение измеряемой величины; х - координата вдоль оси канала; г - коэффициент сжимаемости;
Р - коэффициент извлечения; у - приведённая погрешность измерений;
А - основная погрешность измерений; б - толщина мембраны;
8 ■ эксцесс распределения;
Р - к. п. д.;
тн - термодинамический к. п. д.;
0 - отношение мол. расхода пене граза к мол. расходу исходной смеси; р - динамическая вязкость смеси;
тгк - отношение давлений в напорном и дренажном каналах;
р - плотность смеси;
руп - плотность упаковки;

При наличии трещин изменение проницаемости связано с изменением диффузионного потока как в газовой фазе, так и с влиянием поверхностного потока, который особенно интенсивен при низких температурах.
Значения проницаемости по Не и Ме для некоторых стекол представлены в табл.
Таблица
Зависимость проницаемост и от температуры
Стекло Проницаемость, нм3 м/(м2 с Па)
по Не 20° С 100° С 300° С 500° С
Бресігоч'і 2,7 10-18 6,5 10-12 1,9
Агпега! 4,0 10 ^ 2,2 10-18 2,5 10-12 8,6
(мол % Ті02)+8і
6,6 4ъ.| и>] 1 <|| 1,4
Викор 1,4 10-12 5,8
по Не
Брссітозіі 1,1 10-19 1,1
Викор 5,8 10-13 2,5
Влияние давления сводится к деформации структуры матрицы мембраны в результате ее сжатия, что отражается на процессах сорбции и диффузии и, соответственно, на проницаемости. Для кварцевого стекла "уплотнение" наступает при достижении критического давления 100 кбар [24]. Уплотненное стекло сохраняет повышенное значение плотности и после снятия воздействия высокого давления. При последующем нагревании плотность уменьшается.
Можно считать, что проницаемость Не и Не в стеклах не зависит от давления, так как деформация матрицы мембраны возникает при величинах внешнего давления, которые намного превышают возможные рабочие.