Особенности трансмембранного переноса газов в области высоких давлений (до 15 МПа)

• Автор: Зудин, Сергей Васильевич
• Шифр специальности: 05.17.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 164 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Сір.
ВВЕДЕНИЕ
Глава I. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА ГАЗОВ В ПОЛИМЕРНЫХ МЕМБРАНАХ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ
МЕМБРАНАХ. (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1.1. Описание процессов диффузии г азов в полимерных мембранах
1.1.1. Молекулярные модели теории активированных скачков
1.1.2. Модели свободного объема
1.1.3. Модель Угегйая, Виба
1.1.4. Другие модели теории свободного объема
1.1.5. Модели двойной сорбции
1.1.6. Описание переноса смесей моделью двойног о транспорта
1.1.7. Модификации моделей двойной сорбции
1.1.8. Матричная модель
1.1.9. Другие модели
1.2. Экспериментальное исследование переноса в мембранах
1.2.1. Диффузия, сорбция и проницаемость в интегральном режиме
1.2.2. Газопроницаемость мембран в дифференциальном режиме
1.2.3. Исследование вопросов применения мембранных схем разделения газовых смесей в промышленности 59 Глава И. ИССЛЕДУЕМЫЕ ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ
2.1. Исследуемые системы газоразделительных полимерных мембран-газов
2.2. Экспериментальные методики измерения параметров переноса газов в мембранах
Глава III. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ МЕМБРАН В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ
3.1. Особенности процессов переноса гелия, кислорода и азота через мембрану из поли-4- метилпентена-] при высоких давлениях
3.2. Исследование переноса и растворения кислорода и азота в мембране из полиэтилена низкой плотности, находящегося в высокоэластическом состоянии
3.3. Исследование переноса кислорода, азота и углекислого газа через газоразделительную мембрану из поливинилгриметилсилана

3.4. Особенности трансмембранного переноса кислорода, азота и их смесей через мембрану из поликарбоната 12(5
ВЫВОДЫ і
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Развитие мембранной технологии газоразделеиия связано как с разработкой и созданием новых высокоселективных и высокопроницаемых мембран, так и с выявлением и реализацией условий осуществления процессов трансмембранного переноса газов, приводящих к интенсификации процессов газоразделеиия. Одним из перспективных направлений является осуществление процесса переноса газов при высоких давлениях, так как при этом наряду с высокими коэффициентами проницаемости возможны эффекты увеличения селективности одного из компонентов газовой смеси. Об этом свидетельствуют уже полученные данные других работ по переносу газов в различных режимах: так называемых интегральном и дифференциальном. Однако эти исследования носят несистематический харакгер и полученные данные имеют значительный разброс в величинах коэффициентов переноса. В связи с этим актуальной является разработка специальной экспериментальной установки для изучения особенностей переноса газов и их смесей в условиях высокого давления как в интегральном, гак и дифференциальном режимах, и проведение систематических исследований процессов переноса газовых смесей.
Цель данной работы - установление физико-химических закономерностей трансмембранного переноса газов при высоких давлениях.
Для достижения указанной цели спроект ирована и создана экспериментальная установка для исследования переноса как индивидуальных газов, так и их смесей через мембраны в широком диапазоне давлений до 25 МПа, позволяющая проводить измерения в интегральном и дифференциальном режимах. Эта установка также позволяет снимать кинетические кривые переносимых потоков газов в различных режимах и после соответствующей обработки этих кривых получать коэффициенты диффузии переносимых газов. Исследования процессов переноса газов в различных режимах и сопоставление полученных результатов позволяют более глубоко изучить физико-химические особенности процессов проницаемости и диффузии газов в матрице полимера, и в дальнейшем служить основой для разработки принципов регулирования г азоразделительных свойств полимерных мембран.

D(C) = D(0) exp (ccC) (1.159)
только здесь: a - некоторая константа.
Авторы работы Barrer [72] анализируя изменение теплоты сорбции по мере увеличения давления паров (величина экзотермичности сорбции при этом уменьшается) пришли к выводу, что это связано с сорбцией в дырках, которые постоянно находились в матрице и число которых конечно. Данный вид сорбции описывается изотермой Ленгмюра. По виду экспериментальной изотермы сделан вывод о том, что кроме сорбции Ленгмюра происходит также растворение в полимере по закону Генри, как это имеет место в каучуке и резине. Таким образом полная изотерма сорбции состояла из двух составляющих:
C = CD + CH= kDp + CH'bp/(l+bp) (1.160)
где: CD -концентрация сорбата по Генри, Сн - то же по Ленгмюру, kD -константа Г енри, Сн' - емкость сорбции по Ленгмюру, b - константа равновесия сорбции по Ленгмюру(а1ГтЦу constant).
Это уравнение описывает модель сорбции, впоследствии названной моделью двойной сорбции (dual-mode sorption). Авторы статьи Barrer [72] впервые сформулировали уравнение (1.160) и указали, что в каучуке и резине Сн ' = 0 , а также предположили, что влияние на коэффициент диффузии оказывает только сорбат CD , так, что в уравнении (1.159) можно заменить аС = cdCß . Кроме того в уравнении, связывающем коэффициент диффузии и подвижность - В тоже используется не полная концентрация, а только CD:
D = (RTB/N)d ln a/d ln CD (1.161)
В работе Michaels [73] была измерена сорбция ряда газов и паров в аморфно-кристаллическом полиэтилентерефталате (ПЭТФ) при температуре 25-65°С. Показано, что изотерма сорбции описывается уравнением:
С* = kD* р + Сн'* bp/(l+bp) (1.162)
где символ * относится к полностью аморфному полимеру. Для аморфно-кристаллического полимера при объемной доле аморфной части фа : ко = к0*Фа (1.163)
Авторы работы Michaels [74] измерили коэффициенты диффузии для газов и паров в ПЭТФ при температуре 25-130°С методом кинетики сорбции. Показано, что:
D = D*(j)a (1.164)
Также было предложено уравнение диффузии в стеклообразных полимерах:
Л (CD+CH))

Модель диффузии, описываемая уравнениями (1.160) , (1.165) предполагает полную иммобилизацию сорбата Ленгмюра Сн и поэтому в последующих работах стала называться транспортной моделью двойной
(1.165)