АБСОРБЦИОННО-ДЕСОРБЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к технике разделения и очистки газов.
Известно устройство для разделения газовых смесей с помощью тонкого слоя жидкости, неподвижно расположенного между двумя микропористыми полимерными мембранами (см. патент US №4750918, кл. В01D 53/22, 14.06.1988).
Это устройство позволяет разделить газовую смесь на две составляющие части, однако производительность данного устройства сравнительно невысока, что связано с необходимость периодической регенерации жидкости.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство для мембранного разделения газовой смеси, содержащее компрессор для подачи исходной газовой смеси, мембранный блок в виде емкости, разделенной двумя мембранами на камеру для исходной смеси, присоединенную к компрессору и имеющую отводящий патрубок, камеру для отделенного газа и камеру для сорбирующей жидкости, и присоединенную к последней циркуляционную линию с насосом, при этом на циркуляционной линии установлен десорбер, выполненный в виде емкости, разделенной мембраной на камеру для сорбирующей жидкости и камеру для отделенного газа (патент RU №2056148, кл. B01D 61/38, опубл. 20.03.1996).
Данное устройство обеспечивает более высокие характеристики производительности при разделении газовых смесей, однако данное устройство не в полной мере использует свои возможности, поскольку важное значение имеют конструкционные особенности используемых мембран и относительные размеры мембранного блока.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является оптимизация конструктивных элементов мембранного блока и параметров его работы.
Технический результат заключается в повышении производительности и селективности газоразделения газовых смесей.
2
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что абсорбционно-десорбционное устройство содержит мембранный блок для очистки исходной газовой смеси, выполненный в виде емкости, разделенной мембраной на камеру для исходной смеси, присоединенную со стороны входа к устройству подачи исходной газовой смеси и со стороны выхода - к потребителю очищенной газовой среды, и камеру для сорбирующей жидкости, при этом мембраны выполнены из непористого высокопроницаемого (не менее 500 л/м×час×атм) материала, устройство снабжено регенерационным мембранным блоком, выполненным в виде емкости, разделенной мембраной на камеру для отделенного газа и камеру для дегазации сорбирующей жидкости, причем камера для сорбирующей жидкости и камера для дегазации сорбирующей жидкости содержат турбулизирующую сетку и подключены к циркуляционной линии с насосом и емкостью для сорбирующей жидкости, камера для отделенного газа подключена к средству откачки отделенного газа, толщина слоя сорбирующей жидкости в камерах для сорбирующей жидкости и для дегазации сорбирующей жидкости составляет от 0.0001 до 0.01 от расстояния между входом и выходом сорбирующей жидкости в указанные выше камеры при перепаде давления между камерой для исходной смеси и камерой для отделенного газа от 0.01 до 0.1 МПа.
В ходе проведенных исследований было выявлено, что применение мембран из непористого высокопроницаемого материала, например мембран с селективным слоем из поливинилтриметилсилана, позволило исключить проникновение сорбирующей жидкости в структуру мембраны, что имеет место в пористых мембранах, и, за счет этого стабилизировать массоперенос
через мембрану. Подключение камеры для отделенного газа к средству откачки отделенного газа позволило создать оптимальный перепад давления между камерой для исходной смеси и камерой для отделенного газа, составляющий от 0.01 до 0.1 МПа. При этом было выявлено, что при меньшем перепаде давления резко снижается производительность устройства, а при перепаде давления выше 0.1 МПа начинается процесс резкого снижения селективности газоразделения, что не может быть компенсировано ростом производительности устройства. Установка на циркуляционной линии емкости с сорбирующей жидкостью позволяет компенсировать технические потери сорбирующей жидкости и одновременно снизить пульсацию подачи сорбирующей жидкости через мембранный блок, что, в свою очередь, позволяет стабилизировать работу устройства. Кроме того, важное значение на повышение производительности оказывает наличие турбулизирующей сетки и толщина слоя сорбирующей жидкости, которая должна составлять от 0.0001 до 0.01 от расстояния между входом и выходом сорбирующей жидкости в камеру для сорбирующей жидкости. При меньшей толщине слоя сорбирующей жидкости резко возрастает гидравлическое сопротивление, что приводит к увеличению затрат энергии на прокачку сорбирующей жидкости, снижению скорости протекания сорбирующей жидкости и, как следствие, к снижению производительности устройства. Увеличение расстояния выше указанной верхней границы диапазона приводит к снижению гидравлического сопротивления, но при этом снижается массоперенос на единицу объема сорбирующей жидкости между мембранными блоками, что при максимально достигнутой производительности ведет к ухудшению массогабаритных характеристик мембранных блоков.
На чертеже представлена схема абсорбционно-десорбционного устройства.
Абсорбционно-десорбционное устройство содержит мембранный блок 1 для очистки исходной газовой смеси, выполненный в виде емкости 2,
разделенной мембраной 3 на камеру 4 для исходной смеси, присоединенную со стороны входа к устройству 5 подачи исходной газовой смеси и со стороны выхода - к потребителю 6 очищенной газовой среды, и камеру 7 для сорбирующей жидкости. Устройство снабжено регенерационным мембранным блоком 8, выполненным в виде емкости 9, разделенной мембраной 10 на камеру 11 для отделенного газа и камеру 12 для дегазации сорбирующей жидкости. Мембраны 3 и 10 выполнены из непористого материала. Камера 7 для сорбирующей жидкости и камера 12 для дегазации сорбирующей жидкости содержат турбулизирующую сетку 17 и подключены к циркуляционной линии 13 с насосом 14 и емкостью 15 для сорбирующей жидкости. Камера 11 для отделенного газа подключена к средству 16 откачки отделенного газа. Толщина L слоя сорбирующей жидкости в камерах 7 и 12 для сорбирующей жидкости и для дегазации сорбирующей жидкости составляет от 0.0001 до 0.01 от расстояния S между входом и выходом сорбирующей жидкости в указанные выше камеры 7 и 12 при перепаде давления между камерой 4 для исходной смеси и камерой 11 для отделенного газа от 0.01 до 0.1 МПа.
Устройство работает следующим образом.
Для разделения газовой смеси, например, смеси метана и углекислого газа, ее подают с помощью устройства 5, например компрессора, в камеру 4 для исходной смеси, проходя через которую, один из компонентов исходной смеси, в данном случае углекислый газ, проникает через мембрану 3 в находящуюся в камере 7 сорбирующую жидкость, например водный раствор карбоната калия, а другой компонент, в данном случае метан, выходит из камеры 4 в очищенном от углекислого газа виде и подается потребителю 6. Углекислый газ, поглотившийся сорбирующей жидкостью, из камеры 7 сорбирующей жидкостью переносится в регенерационный мембранный блок 8, где в камере 12 за счет созданного перепада давления дегазируется из сорбирующей жидкости и проникает через мембрану 10 в камеру 11 для отделенного газа и из последней откачивается средством 16 откачки
отделенного газа, например вакуумным насосом. Сорбирующая жидкость из регенерационного мембранного блока 8 по циркуляционной линии 13 насосом 14 подается в емкость 15 для сорбирующей жидкости и из последней обратно в мембранный блок 1.
Насос 14 позволяет изменять скорость прокачки сорбирующей жидкости, что позволяет изменять газоразделительные характеристики устройства. Настоящая полезная модель может быть использована в химической и других отраслях промышленности, где необходимо разделение газовых смесей, например при очистке различных газов от примесей.