автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Мембранное разделение газовых смесей, содержащих диоксид серы

Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им. Д. И. Менделеева

На правах рукописи

КОВАЛЕНКО НАТАЛЬЯ ФЕДОРОВНА

МЕМБРАННОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ ДИОКСИД СЕРЫ

05.17.08— Процессы и аппараты химической технологии

А ВТОР ЕФ ЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1991 г.

Работа выполнена .па кафедре процессов н аппаратов химической технологии Московского ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологического института им, Д. И. Менделеева.

Научный руководитель — кандидат технических наук, доцент Каграманов Г. Г.

Научный консультант — кандидат технических -паук, доцент Смирнов В. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ветохин В. Н.; кандидат химических наук, старший научный сотрудник Тала-кин О. Г.

Ведущая организация — НПО «Минудобре-ния», Государственный союзный институт по проектированию заводов основной химической промышленности.

Защита состоится _ 1991 г.

в час. в а уд. Л-/ЛЪ на заседании специа-

лизированного совета Д 053.34.08 при Московском химико-технологическом институте им. Д. И. Менделеева по адресу: 125190 Москва, А-190, Миусская пл., 9.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре Московского химико-технологического института им. Д. И. Менделеева.

Автореферат разослан У >!•{ 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета

10. А. КОМИССАРОВ

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Проблема извлечения диоксида серы вз газов цветной металлургии, нефтепереработки, топочных и технологических газов актуальна как с экологической, так о экономической точек зрения. В связи с высокими темпами развития энергетики а химических производств загрязненность атмосферы диоксидом сери розяо увеличилась. Общее его количество, выбрасываемое ежегодно вагмоефе-ру в нашей стране, измеряется шишгонаыа тонн а (в пересчете на моногидрат серной кислоты) практзческл соответствует количеству прозз-. водтаой серной кислоты.

Выбросы диоксида серы с отработанными газаия в атмосферу является, кроые того, в бессмысленной потерей вещества, в котором промышленность испытывает острую потребность, те« более, что душ удовлетворения этой потребности прзходзтся спэцналько получать сврнлстыЗ газ, например, обжигом колчедана зля сжиганием серы (этот газ дол-ген содержать от 5 до 11$ об. 502 ).

Препятстнием к промышленному использованию отработанных газов яв ляется низкая концентрация в них £0, (от 0,1 до 1,6$ об. ¡>0г). Существующие способы разделения, очистки п обогащения смесей газов, содержащих диоксид серы иыет ряд принципиальных недостатков, такие как: высокая капиталоемкость, большой расход химических реагентов, необратимое поглощение | низкая экономическая эффективность.

Наиболее рациональным ЛЕЛяется совмещение газоочистки с получением концентрата £0, , применимого для дальнейшей переработки.

Мембранное газоразделение представляет такую возмоаюсть, при этом исключает использование химических реагентсз, обеспечивает непрерывность процесса, обладает энергетическими а технологическими преимуществами. Реализация мембранной технологии газоочистки, совмещенной с получением концентрата диоксида серы перспективна, но до настоящего времени экономически нецелесообразна ввиду отсутствия высокоселективных и стойких в среде Б02 мембран. В связи с этиц разработка мембранного процесса разделения 50г -содержащих газовых смесей в комплексе с разработкой мембраны, селективной по £0а . а также стойкой в среде диоксида серы, является актуальной и практически важной задачей.

Работа выполнена на кафедре процессов и аппаратов химической технологии МХТИ им.Д.И.Мвицелеева в соответствия с Координационный планом АН СССР, ГЖГ и Госплана СССР Л 211/425 от 06.02.81 Н7П 0Л0.С1, этап ОЗЛИ.

Данная тема включена в перечень научно-исследовательских раба?

МХП. т.д.H.Менделеева.

Практическая ценность, Разработанная мембрана "Серагель" с высокими эксплуатационными свойствам« является перспективным материалом для создания мембранных газоразделительных аппаратов.

Технико-экономическая оценка возможности применения мембраны "Серагель" для разделения смеси - 02 в термоэлектрохимическом сернокислотном цикле при падении водорода и серной кислоты (для линии 30000 т М2 и 4500С0 т H2£0¿ в год) показала, что ожидаемый эЭДект составит - 200 тыс.руб.в год ).

Итоги работ по исследовании газоразделителыгах свойств композитны! мембран "Серагель" положены в основу разработан технологии получения ассортимента мембран типа "Серагель" в НПО "Полимерсинтез" (г.Владимир).

Предложенный метод расчета мембранного газоразделительного аппарата , учвтыпшквй особенности процесса мрссопереноса через выео-коселективную мембрану, применим для любых компонентов смесей на мембранах с селективности) > 10.

Цель работы. Рвзрайотка внсокооелекткгной по отношению к S0¿ мембраны механически и химически стойкой в среде S0¿ . Определение газоразделвтельных характеристик мембраны в широком интервале технологических параметров процесса. Разработка метода расчета процесса разделения газов в аппаратах с высокоселективными мембранами, с учетом влияния на эффективность разделения концентрационных: градиентов, диффузионного перемешивания, потерь давления вдоль потока газовой смеси.

Научная новизна. Разработана газоразделительная полимерная мембрана "Серагель", отличащаяся высокой селективностью и производительностью при разделении S0¿ -содержащих газовых смесей. На мембрану получено авторское свидетельство СССР.

Исследованиями гвзоразделительных свойств мембраны показано преимущественное влияние сорбции диоксида серы в полимере мембраны на селективность разделения газовых смесей.

Гйзработан метод расчета мембранного газоразделительного модуля с плоским каналом, учитывапций наличие поперечных концентрационных градиентов в канале, а также потерь давления как на трение так и на переменность расхода массы.

Апробация работы. Результаты настоящей работы доложены на:

1. 17 Всесоюзной конференции по мембранным методам разделения смесей, г.Москва, май 1937 г.

2. Международном симпозиуме "Мембраны для разделения газов и паров", г.Суздаль, феврель-март, -1989 г.

3. Меадународном симпозиуме "Мембраны и мембранные процессы раэде-

леиия", г.Торунь, Польша, сентябрь, 1989 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, получено I авторское свидетельство.

Объец работы. Диссертация изложена на 15б страницах машинописного текста. Состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 130 работ советских и зарубежных авторов, приложений . Работа содержит 22 рисунка и 21 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе показана актуальность исследования.

Во второй главе проведена сравнительная оценка существующих методов извлечения диоксида серн из газов, показаны ях достоинства и недостатки, а также перспективность применения мембранного метода для очистки и обогащения газовых смесей до концентрации диоксида в ней, достаточной для дальнейшей переработка.

Рассмотрены основные фазнко-^мическне закономерность! процесса газопроницаемости г модели диффузионного переноса в непорастнх иенЗ-ранах из различайте типов полимеров (жестких и эластичных), а такге в асимметричных и композитных мембранах. Проанализировано элитае рззлзчннх параметров на проницаемость (сорбцию я дяйузгв), тагах как степень и природа взаимодействия между даффундиругсдимя компонентами, размер и форма молекул сорбируемых веществ, гибкость полимерных цепей, химическая природа полимера, температура, давление,

В результате анализа литературных данных о свойствах суцествую-щих газопроницаемых полимерных материалов сделан пывод, что поиск материала мембраны высско-прошгцаемой л селектлЕНой но дзокепду серу, следует пестз по путз оптимизации состава сульфонсодоряаипх блод--сопольмеров, включая лсследоваюв избирательной проп:л;ае?:остз газс-разделительных ."е?.:бран, выявление прпродк селсктзвлостз, по~ск соот-пс;^е;ш1 кэлду паргоетрага «ассопереноса газа и харант«зряст:::шма слстгки полпг^ер-газ.

Прореден аналзтдчвекяа обзор совсо?-оштх м*5то1;оа расчзга процессов мембранного разделения газовых с^чсэй, по;саап;гр, что бол*ш."нс?г,о известных методов расчетов ие охзатазмют всего многообразия процессоз 1 факторов-, на них.

3 связз с этом поставлена палача разработка истода расчета, унгашгавдего градяент генц^нтрац/Ш в пржггчбрзнно:..' слот, а т2кг::о потер:; дозлекля в канале гад ктабраней как на трох'О, так л переменность расхода ыассн, что характерно дал ыгмбрашшх процессоз.

в 2]втьеЛ главе приведены методики проведения экспериментов,

анализов I обработки данных результаты экспериментальных исследований и их обсуждение.

Основная часть экспериментов проведена на универсальном лабораторной стенде, на котором измерялась как проницаемость чистых газов 5.0;, 0, , /V, , так и разделение газовых смесей. Анализ составов смесей газов проводился хроматографическиы методом.

Основные характеристики мембранного разделения: фактор разделения - идеальный коэффициент разделения, который находится как отношение коэффициентов пронш^рностр?. чистых газов: "С** ,

где К, и К'г - ког^иигенты проницаемости компонентов газовой смеси, молЬ'и/м2с Па.

На первом этапе исследований осуществлялся выбор материала -основы высокоселективной по $1). мембраны. Выбор материала мембраны проводился на основе анализа литературных данных, а также исследований промасленных в опытных образцов полимерных пленок, полученных на ксфедре пластических масс МХТИ км.Д.И.Менделеева, для которых данные во проницаемости в литературе отсутствуют. Экспериментально исследованы об1>аэцы мембран следующих групп полимеров: длолы - блок-сополимеры на осноие триазинсодерхащлх диолов и эластичных блоков с различными радикалами (4 состава); модифицированные поликарбонаты - карборансодерзглщие поликарбонаты (7 составов); поли-сульфон - полнбутадиеновый блок-сополимер (БСП), который состоит пз жестких блоков ароматического полнеульфона (ПАСО) и эластичных блоков полибутадизята (ПБ).

Акиллз экспериментальных данных для различных групп полимеров показал, что наилучшими характеристиками обладают пленки из полимера типа ПАСО-ПБ (табл. I).

Таблица I

Выбор полимера для селективной по 50г мембраны

----- -...... --'Г Коэффициент проницаемо сти ¡Коэффициент разде-

1^>уппы полимеров; К-1015 моль м/м с Па ления ос.

! 1 БО4 1 1 /V, | 50,/О, | 50, /и,

Диолы 700 15 4,2 46 167

Поликарбонаты 90 31 7,2 3 12,5

Дифлоны 27 22 2,1 1.3 12,9

ПАСО-ПБ 2100 10 2,6 210 808

Состав ПАСОПЕ менялся в пгроких пределах за счет различия молекулярной массы кестких к Г'лпэтичных блоков, а также за счет нзмеш кия соотношения их содержания в макроцвпи.

Проведена оптгшззация состава полимера, т.а. целенаправленный подбор такого соотношения удельных объемов жесткой и гайкой фьзы а такой молекулярной нассы блоков, при которых достигас.^я максимальная газопроницаемость полимера. Из риа исследованных полимеров ПАСО' ПБ наилучшими газоразделительныма характеристиками обладают планки к. полимера с удельным объемом гибкой фазы 70-80? и молекулярными массами ПАСО-4700, ПБ-2000. Это? состав блок-сополвмера был выбран в качестве материала для мембраны, получившей название "Серагель".

Сравнение данных по газопроницаемости в зависнмоста от состава полимера проводилось в условиях установившегося процесса. Эта условия бшш определены в результате ресурсных испытаний мембран. Див-тельные испытания образцов мембран при выдерживании их в среде , содержащей 75* и 2Ъ% воздуха с влажностью Ш», давлении 2,5 зт а температуре 20£2°С, показали, что мембрана "Серагель" устойчива в разделяемой среде и газоразделительные свойства стабилизируются на уровне 800-1200-1С-15 моль-м/м?с-Па (рис. I).

Т*с. I. Зависимость проницаемости от времени экспозиция (годовые испытания) в разделяемой среде. Состав полимера:

1 - 70* ПБ,

2 - 8С£ ПБ.

ъооо

гмо

мое

»у

11* С Ли

0

о 2- ь б г

Показана возможность получения композитной мембраны "Серагель" путем нанесения тонкого активного слоя полимера на пористую подложку нз материала прочного и стой'.ого в среде разделяемых газов. Исследованы газоразделительные свойства ряда образцов мембран с различной пористостью подложки, а также проведена серия экспериментов на композитных мембранах, полученных различными способами нанесения активного слоя на пористую подложку. Полученные данные показали, что изготовление и применение композитных мембран "Серагель" - перспективное направление разработки технологии получения мембран дая разделения -содержащих газовых смесей.

На втором этапе исследовано влияете различных факторов на процесс массояереноса как индивидуальных газов 30.,, 0, , Л^ , так а

смесей $0г-04 , Известно, что газопроницаемость полтаериых пепорастых ыембран определяется рсетворлностьв н дв^ФузяеЕ:

К°в-ъ ш

где К , (5 , 2) . - соответственно, коэффициенты проницаемости, растворимости ¡з диффузвв.

Исследование влеяивя давления п температуры на проницаемость разч личных газов через мембрану "Серагель" (рис.2 к рас.З) показали, что

ш>

гт

К'■/о 1 4 • Л1 & •О

С-Л> | ; 1

* » 1 1©

<

д___-Д й.-£

1

г (П л № 4 (И

г т

ЩК

г,в 4о

©

©

¡1 г/г-геХ

В2с.2.Вллянпе давления на про-кзцазмость мембраны "Серагель" ( £ Еихикм) дпя газоз:

I - Ог . . 2 - БО, . 3 -

-А'г , Т - 255 К.

определяющее влияние иа селективность мембраны "Серагель" оказывает растворимость дноксида серы. С повышением температуры проницаемость

&Ог уменьшается . Аномальный характер этой зависимости объясняется тем, что обычная тенденция к повыиешш проницаемости с ростом температур!!, связанная с увеличение?.« коэффициента диффузии, перекрывается существенным уменьшением растворимости В01 в полимере мембраны.

В исслсдуемом интерзале температур и давлений растворимость подчиняется закону Генри, что позволяет использовать для расчета коэффициента диффузии а) соотношение (I). Цайдгшшз коэф£тзенты даЗФуэпя диоксида серы в полимере мембраны " Серагель" свидетельствуют л о ее високих Л',фрузс:отшх свойства::. (<0 = 1,67-Ю-10 м2/с

Взс. 3. Температурные зависимости проницаемости

I -50,. 2 -Ог. , 3-/^1 . Мембрана "Серагель" ( <5 = 95 »да), ^Р=0,2 МПа

б = 12600 10~6 иоль/и3Па).

При исследовании процесса разделена! газовых сие кй показано, что существенное влияние на процесс ыассопервноса оказывает внесшее диффузионное сопротивление, которое обусловлено наличием градиента концентрации в прныекбранноы слое, за счет различия скоростей проницания компонентов, т.е. явлением концентрационной поляризации (KU).

Наиболее значительно влияние КП для мембран с высокой селективностью, т.е. в том случае, когда различие скоростей проникания газов в смеси велико.

В расчетах мембранных процессов разделения обычно принимается допущение аддитивного переноса компонентов газовой смеси. Это допущение справедливо при незначительном влиянии КП, т.е. для мембран с низкой селективностью, в противном случае для принятия такого допущения необходимо знать концентрацию легкопронжкапцего компонента на поверхности мембраны, т.е. знать концентрационный профиль в канале»

Таким образом, оценка влияния КП на ыассоперенос при разделении смеся газов на высокоселективной мембране крайне важна.

Мембрана "Серагель", отличающаяся высокой селективностью (oi'jot-#2 ~ от 600 800), является интересным объектом для исследования влияния КП на процесс газоразделения.

Показано, что коэффициенты проницаемости по 50, , рассчитанные по средней концентрации S0, в смеси с Ог , существенно ниже,чем для чистого газа при том же давлении. Это объясняется внешним диффузионным сопротивлением в процессе переноса смеси газов через мембрану и влиянием КП на движущую силу процесса (рис.4).

Рис. 4. Зависимость проницаемости S¡0¿ от давления для чистого газа (I) и разных составов смеси SO¿-03 (2) при давлении 0,5 МПа и Т = 293 К.

О Ю 20 10 40 Рс0 ,/0ъПА

О значительном влиянии внешней диффузии свидетельствуют такяе данные по гидродинамике в плоском канале (рис.5).

рас. 5. Зависимость коэффициента ПРОНИЦЭО-ШСТН К $01 от ско" ростп газа в напор-ком канале. 1,2,3 - 50г (1,7% об.)-; 4,5.6-

50г(1.8?ой)-0Л ;

Шсога канала 1 мч, Р: о - 0,3 МШ, * ~ 0,5 МШ, * - 1,0 МПа.

Давленке под мембраной 0,1 МШ.

Увеличение К50 сростом скорости потока обусловлено уменьшенной пляяния КП. При определенной скороста потока над мембраной значения когффЕциснтов проницаемости достигают постоянной величины, опредз-ллемой внутрядиффузиогапм сопротивлением. С ростом общего давления над мембраной необходима большя скорость потока для снятся влияния КП на двикуяую силу процесса.

Показано что, чем выше селективность мембраны, тем больше влияние КП. Сравнение реальных коэффициентов проницаемости, полученных при разделении смесей S0i~Л'г и $0г - 0г , для которых л /оС, „ подтверждает взаимозависимость селективности мемб-

* ¿Ог-О^ '

рани п КП.

Гидродинамические условия проведения процесса определяются );е только скоростным реЕимом потока газа, но и геометрией мембранного кагала. Ешт проведена серия экспериментов по разделению смеси $0г-0г в плоских горизонтальных каналах различной высоты (рис.6).

Таким образом, при конструировании аппарата следует учитывать, что увеличение высоты канала, а следовательно, уменьшение плотности упаковки мембраны, мокет быть компенсировано повышением эффективности

Ш

¡ООО

хан. N V* с Да В5С. Л"

® ® V /

© Г** У* /

•V Па

от парциального давления 50с в смеси 50г - 01 , скорость потока I м/с, высота какала: I -0,5 км; - 2 - 1,0 мм; 3-1,5 ми.

азделеиЕЯ за счет увеличения интенсивности турбулизацил потока.

В четведтоД главе рассматривается математическая' модель провеса разделения газов я' предложен метод расчета мембранного модуля газоразделешш с плоским каналом при условии неполного перемеши--'нкя потока, т.е. с учетом концентрационной поляризации, ГЬссмат-аваетсл ресенне сопряиетгых задач внутреннего п внешнего массо--бмена, считая внутренней задачей процесс массообмена в мембране, неидай-прэцесс конвективного массообмена в канале высокого давле-■ш (рпс.7).

Значение концентрация легкелрошшащего компонента (ЛПК)

а поверхности мембраны, хотя и входит в граничны^ условия внешней оцачи, но н подлс-лнт определению'при совместном решении сопрляенннх а дач.

Принятые обозначениягицдекс ,4 - ЛШС, К - труднопронпкав-.ий компонент, г - оси координат вдоль мембраны п по нормали ней, м/; V - компоненты скорости по осям ,

явление и концентрация исходной смеси, Р(<,у- обедненной ске-1: > ^г , - пермеата, индексы 0 и I - значение параметров на

оверхностп мембраны и по оси канала, И - длина и полувысо-а канала, £ - длина рассматриваемого участка, индексы и е. тносятся к параметрам, соответствэшю на входе и выходе рассматрн-аемого участка, и Зц - потоки ЛШС п ТЖ.

Известными принимаются ряд свойств разделяемой смеси (состав

У///У/////////У7Т77',Т\

' 1Н

I

1 р г*

М,

■/ »1 »

I,

*

¡////(///Л/,

77Л1////1 ( I £

йс, 7. К расчету плоско-параллельного мембранного модуля с учетом концентрационной поляризация в канале высокого давления.

исходной смеси, мольные массы компонентов М* и Мк , коэффициент диффузии , вязкость ¿м , плотность р , давление над мембраной Р, и под мембраной Рг , температура Т ) , а также коэффициенты проницаемости и [кг/н^с-Пл].

При описании процесса проницания газовой смеси приняты допущения: соблюдается принцип аддитивности проницаемости компонентовв нем рднЕ^мотности компонентов и смеси изменяются по законам идеальных газов процесс протекает в изотермических условиях при ламинарном режиме течения в напорном канале й идеальном вытеснении в пространстве пер ыеата. Принимая течение в канале стационарным, двумерным, с учетом допущений, процесс газопроницаемости через мембрану описывается сис темой уравнений движения, неразрывности и сохранения массы:

п1У , Л1/ _ _ 9И . Э /.. ^ ).

Р1У ъу э* - ЪТ дТ )>

ОР

Ж

дг

ъх

/>ц/

дс. вх

ГГ ■ />!/

Ж __

Г

(2)

(3)

(4)

где , с - массовая концентрация ЛПК. Граничные условия: 2-0 И0 ^К» С = Со ъ^н IV - и// к = о с =е ■/ Для численного решения системы (2-4) с граничными условиями (5) после интегрирования по сечению канала получено:

(7) ' (8)

о

Для стабилизированного ламинарного потока профили концентраций (селективно пронжкащэго компонента газовой смеси) и скоростей ггкзют аналогичную форму и заданы параболами ПуазеАля:

(9)

+ (10)

Конкретный вид профилей находится путем совместного решения сясто'Ш уравнений итеративным методом. После преобразования балансовыо соотношения (6-8) принимают вид:

р- -Ра* А ^ -/5 Щ,* -Л Ргр (1Г)-

I'«се=иьсо - % Ма (13)

_ . ,р . .у.I , у _ - лр - -

гд'з /v - ¿314 г • лгт? - /7« > - у" ^

^ - мольный поток ЛПК, $а ~ проницаемость ЛПК,- кмоль/(м?с -Ш), лЬ'Ъ.-Ри-, Р4В = Р«У, ; Р^-'РЛг; Уа*оЛу,*!/*1\ М, * * «-^М*; . //. ^ + /М^« . Блок схема алгоритма расчета представлена на рис.8.

Сопоставление экспериментальных л расчетных данных проводились' па зависимости коэффициента извлечения ^ от скорости потока над мембраной при различных давлениях исходной смеси.

' (14)

Получена хоротал сходимость экспериментальных и расчетных дакних (ряс.9). •

Проведена оценка влзяная дефектов конпозпттшх мембраи на селективность разделения путем решения задачи стационарного ламинарного течения газа в поре мембраны.

Пзнее при рассг.ч>трешга подобных задач для упрсдегая решекяя принималось, что роют течения в порах турбулзнтжЯ, область тзче-ная - автомодельная, т.е. сопротивление не зависит о? сяорзстз»

3 основу кате?я»тпчесяоЯ модели полоясш» урзвпеигя сохтепензз ""нзтячес'ю!! энерпп, сохране'жя массы л урасненле состояния. Излучены зависшаоста потока массы от давления для гэрпааюз:

Рис.8. Блок-схема алгоритма расчета.

Рал и Раь ~ плотности потока, вычисленные по уравнениям баланса и диффузии; УА и 3А - потоки пермеата, рассчитанные по балансовый и кинетическим уравнениям.

Рис. 9. Экспериментальные (точки) я аналитическая зависимости коэффициента извлечения от скорости потока в панале высотой 0,5 им. Давление над мембраной I- 0,3 МПа, 2-0,5 МПа, 3-1,0 МПа. Давление под мембраной 0,1 МПа. Т~ 295 К.

I) течения газа в поре мембраны без ускорения

Л - га'-з'ы2

У " кТЬ '

(15)

где т - массовый расход газа через пору , / - усредненное сечение поры; Р, - давление над мембраной; Рг - под мембраной; ~ -усредненная длина пор; А. - усредненный диметр пор; - динамическая вязкость газа.

2) течения газа с ускорением^

_ [згуи

(16)

где

т

/ "I ¿ИТ

У- кинематическая вязкость.

Полненные аналитические реше!шя проверены экспериментально на зависимостях проницаемости от давления для композитных мембран с различной пористостью подложки.

Цредяоженншт модель процесса дает количествённую оценку дефектней пористости мембраны и ее реальной селективности, что необходимо учитывать в расчетах аппаратов с композитными мембранами.

В пятой главе - представлены результаты испытаний мембраны "Серагель" на промышленных газах сернокислотного производства. На основании проведенных исследований изготовлен газоразделительныЯ мембранный аппарат с плоско-параллельными элементами рабочей поверхностью 0/5 к2 (конструкция НПО "Гриогегшаш") и проведены его испытания на Гомельском химзаводе на установке получения с'ерпой кислоты под давлением.

Результаты испытаний показали хорошее соответствие с данными лабораторных исследований и подтвердили химическую стойкость мембра-

ны "Серагель" в технологической среде.

В шестой главе дана технико-экономическая оценка возможности применения мембраны "Серагель" для разделения смеси 5 0t ~0i в терыоэлектрохимическом сернокислотном цикле при получеши водорода И серной кислоты. Проведенный расчет показал перспективность использования мембранного аппарата на основе мембране "Серагель" на стадии разделения газов S0í-0í .

Ожидаемый годовой экономический эффект составит ~ 200 тыс.руб.

Выводы

1. Разработана новая газоразделительная полимерная мембрана "Серагель", отличающаяся высокой производительностью и селективность разделения смесей SD¿-01 200) и S0s~Ñ2 (°(*»800). Мембрана обладает высокими прочностными свойствами и химической стойкостью в среде диоксида серы.

Получено авторское свидетельство на изобретение.

2. Проведены исследования газоразделительных свойств изотропных и асимметричных композитных мембран в широком интервале давления, температуры, составов смесей. Аномальный характер температурной зависимости проницаемости S0£ через мембрану "Серагель" свидетельствует о преобладающем влияшш растворимости на перенос газа через мембрану.

3. Получены изотермы сорбции диоксида серы в полимере мембраны, количественно определены вклады растворимости и диффузии в селективный транспорт диоксида серп через мембрану "Серагель".

4. Исследовано влияние гидродинамических факторов па процесс разделения газовых смесей, содеряащкх Sü¿

Показано существенное влияние внеинедаффузнойного сопротивления на иассоиерелос (до 5Q¿) в процессе газоразделенпя на высоко-селектквшх мембранах.

б,- Разработан метод paciera процесса газоразделенпя бинарной с«зсз в момбрашг'-ü аодуло с илоекпи каналом ири наличии концентроцл-ошгих градеентов в хапазя тгеозого давления и с учетом исменокзя r¿ родлнамики как зследс?х.ло потерь давления на трение так и пзремзн-кого потока üaccu. Показана хорошая сходамвсм> расчетных и оксперя-кзнтальпы данных.

6. Проведена оценка влияния дефектов ас:;г.а:зтрячкых мембран на селективность разделения путем решения задачи стационарного ламинарного теченья rasa в гюрз мембраны. Получены аналитические зависимости дяя учета этого явления в расчетах мембротшх газоразделителей.

7. Изготоален газеразделительный аппарат на основе мембраны

"Серагель" рабочей поверхностью 0,5 м^ и проведены его испытания в процессе разделения технологической газовой смеси в сернокислотном цехе Гомельского химзавода.

Результаты испытаний показали хорошее соответстви с данными лабораторных исследований и подтвердили химическую стойкость мембраны "Серагель" в среде диоксида серы.

Публикации по диссертации:

1. Дытнерский Ю.И., Каграманов Г.Г., Коваленко Н.Ф., Пантелеев С.Л., Сторожук И.П. Мембрана "Серагель" для выделения С02 из смесей газов/Тезисы Всес.конф. "Процессы и аппараты биотехнологии", г.Одесса, 1985.,с.41.

2. Дытнерский Ю.И., Коваленко Н.Ф., Каграманов Г.Г. Мембранное разделение SO¿ -содержащих газовых снесей//Тезисы Всес. конф. 'г.Харьков, 1985г., с.13.

3. Дытнерский Ю.И., Сторожук И.П., Коваленко Н.Ф., Тарасов В.В. Мембрана для извлечения диоксида серы из газовых смесей//Тези-сы 1У Всес.конф. по мембранным методам разделения, г,Москва, 1987г., с.103-106.

4. Дытнерский В.И., Каграманов Г.Г., Коваленко Н.Ф. Мембранное извлечение диоксида сэры из смесей газов//Тезисы 1У Всес.

конф. по мембранным методам разделения, г.Москва, 1987, с.58-61.

5. Авторское свидетельство J¿ 1483909, заяв.1986., утв. 1989 г., Сторожук И.II., Дытнерский Ю.И., Каграманов Г.Г., Коваленко Н.Ф. и др.

6. Оирнова О.В., Котюкова А.Л., Коваленко Н.Ф., Каграманов Г.Г.

Газопроницаемость мембран на основе карборансодержащих сополи-карбонатов //Производство и переработка пластмасс и ситетич. смол. Сер.хим. 1990, вып.2, с.20-24.

7. Dytr.ersky х. I., Kagrsmanov 3.G., Storozhuk I.P.,Kovelenko N.F., G0? separtion fren gaseous mixtures by membranes// Journal of Membrane Science, 1989.-V. .-P.49-54.

S. Dytr.ersky У.I.,Kovnlonko Cmirnov V.A,, Tarasov V.V.,

Peroration of 33., - contonin^ gaseous mixtures by membrane ".'jerage 1"//Proceeding of the Intern.Symposium, Poland, 1989 (Sept.).-P.97-99.

9. Dytnerslcy Y. I,, Kovalenko H. F., Kagromanov G.G. The influcns of concentration polarisation on nembrane "Ser&cel" separation efficiency // Preprints of present. Intern. Eynposiun. USSR, Suzdal, 1969.-P.151.