Селективный перенос газов в газо-жидкостной мембранной системе

• Автор: Шалыгин, Максим Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.17.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Список сокращений и обозначений
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Газо-жидкостные мембранные системы (ГЖМС)
1.1.1. Типы газо-жидкостных мембранных систем
1.1.2. Применение газо-жидкостных мембранных систем
1.2. Жидкие мембраны (ЖМ)
1.2.1. Общие сведения и особенности газопереноса в ЖМ
1.2.2. Математическое описание облегченного переноса в ЖМ
1.3. Мембранные контакторы (МК)
1.3.1. Особенности и основные результаты исследований
1.3.2. Примеры конструкций МК
1.3.3. Математическое описание газопереноса в МК
1.4. Селективный мембранный вентиль (СМВ)
1.4.1. Особенности и режимы работы СМВ
1.4.2. Математическое описание массопереноса в СМВ
1.5. Мембраны и жидкие абсорбенты для газо-жидкостных мембранных систем
Глава 2. Теоретическая часть
2.1. Математическая модель газопереноса в СМВ. Общий случай
2.2. Абсорбция СО2 водными растворами карбонатов щелочных металлов
2.3. Математическая модель переноса СО2 в СМВ с водным раствором К2СО3
2.4. Упрощенные модели газопереноса в СМВ с физическим абсорбентом
2.4.1. Проницаемость СМВ в проточном режиме
2.4.2. Проницаемость СМВ в циркуляционном режиме

Глава 3. Экспериментальная часть
3.1. Объекты и материалы
3.2. Экспериментальная установка для измерения газопроницаемости СМВ
3.3. Методика проведения эксперимента
Глава 4. Результаты и их обсуждение
4.1. СМВ с физической сорбцией в жидкой фазе
4.2. СМВ с химической сорбцией в жидкой фазе
4.3. Теоретическое исследование газоразделительных свойств СМВ
Выводы
Список литературы
Приложение

Список сокращений и обозначений
Сокращения:
ГЖМС - газо-жидкостная мембранная система
ЖМ - жидкая мембрана
МК - мембранный контактор
СМВ - селективный мембранный вентиль
ПВТМС - поливинилтриметилсилан
ПТМСП - политриметилсилилпропин
МЭА - моноэтаноламин
ДЭА - диэтаноламин
ТЭА - триэтаноламин
МДЭА - метилдиэтаноламин
Обозначения:
В ширина СМВ [м]
С концентрация [кмоль/м3]
D коэффициент диффузии [м2/с]
Я толщина (в направлении оси х) [м]
J поток [кмоль/с]
К константа равновесия химической реакции
L длина СМВ [м]
р парциальное давление [Па]
Q проницаемость [кмоль/(м2с-Па)]
R скорость образования (расхода) компонента [кмоль/(м3-с)]
S коэффициент растворимости газа [кмоль/(м3-Па)]
t время [с]
Т температура [°С]
V скорость [м/с]
х поперечная координата [м]
у продольная координата [м]
Индексы:
0 граничное значение
aver средний
max максимальный
min минимальный
gas газ
mem мембрана
liq жидкость
1 компонент
G летучий компонент
L нелетучий компонент
Приведенная модель газопереноса в СМВ может быть использована для расчета его газоразделительных характеристик. Ее несомненными достоинствами являются наличие аналитических выражений и возможность расчета разделительных характеристик с учетом десорбции компонентов в системе СМВ+десорбер. Ввиду отсутствия в работе сравнения с экспериментальными данными, трудно судить о точности получаемых результатов. Модель не учитывает сопротивление массопереносу в жидкой фазе, которое может быть существенным даже в случае перемешивания жидкости за счет турбулизирующей сетки.
Еще одна модель газопереноса в СМВ с хемосорбентом, работающим в циркуляционном режиме, представлена в работе [15]. В предложенной модели учтено изменение концентрации компонентов газовой смеси вдоль мембраны и сопротивление массопереносу в приграничном слое жидкой фазы. Приведен расчет и получены экспериментальные данные на примере разделения смеси этан/этилен с помощью СМВ с водным раствором нитрата серебра. Известно, что растворенные в жидкой фазе ионы серебра могут образовывать комплексы с ненасыщенными углеводородами (олефинами). Реакция взаимодействия в жидкой фазе представлена в виде:
Предполагается, что реакция протекает мгновенно, поэтому во всех точках жидкой фазы компоненты находятся в равновесии. На рис. 1.18 показаны концентрационные профили компонентов в поперечном сечении СМВ.
Потоки компонента через первую и вторую мембраны могут быть выражены как:
(1.59)
^аи ~ К;лр (Раг Раю )
(1.60)
— квА5 (Рая Раз ) >
(1.61)
где ка - коэффициент массопереноса в газовой фазе.