Рис. 1. Схема мембранного модуля (
а
)
и типы мембран (
б
—
плоская;
в
—
рулонная;
г
—
трубчатая;
д
—
из полых волокон)
двух других. Материал перегородки обладает селективной проницае-
мостью по отношению к компонентам смеси. Мембрана делит корпус
на две полости: надмембранное пространство
2
и дренажный канал
3
.
Понятие “надмембранное пространство” не в полной мере приме-
нимо к некоторым типам мембранных установок (рис. 1,
б–д
).
В общем
случае этот термин служит для обозначения полости, в которую по-
дается питающая смесь с расходом
F
1
и начальной концентрацией
х
1
.
Данная смесь проходит вдоль поверхности мембраны
1
и, обладая по-
вышенным давлением
Р
х
,
стремится проникнуть в полость низкого
давления — дренажный канал
3
.
По мере движения в надмембранном
пространстве расход потока уменьшается на величину
V
,
а его концен-
трация изменяется (
х
1
→
х
k
)
.
При этом давление потока над мембра-
ной практически соответствует давлению исходной смеси
p
х
1
≈
р
х
k
.
В дренажном канале из элементарных объемов проникающего га-
за формируется пермеатный поток с расходом
V
и концентрацией
у
.
Если целевой продукт отличается меньшей проницаемостью, чем дру-
гие компоненты смеси, то он преобладает на выходе из пространства
2
в остаточной смеси
F
k
.
В противном случае это вещество концен-
трируется в пермеатном потоке
V
.
Относительный расход пермеатного потока
θ
=
V/F
1
—
важнейший
эксплуатационный параметр мембранных установок. Перепад давле-
ний
Δ
р
=
р
х
−
р
y
между полостями
2
и
3
(
см. рис. 1,
а
)
является
основной движущей силой процесса баромембранного газоразделе-
ния. Часто этот фактор характеризуется отношением
ϕ
=
р
у
/
р
х
<
1
.
Перепад давлений может создаваться подачей сжатой исходной смеси
либо за счет вакуумирования пермеатного потока [4].
Одним из распространенных типов газоразделителей являются
мембраны, образованные из полых волокон. Их устройство показано
на рис. 2.
Физические основы баромембранного разделения бинарной
смеси.
В атмосфере Земли преобладают два компонента: азот и кисло-
род. В первом приближении воздух можно считать двухкомпонентным
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012
21