Экспериментальное исследование процесса массопереноса в

УДК 530.1(06) Молекулярно-селективные и нелинейные явления и процессы
Ю.П. НЕЩИМЕНКО, А.Ю. ОКУНЕВ, А.И. ДИАНОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ОАО “Аквасервис”, Москва
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА
МАССОПЕРЕНОСА В МЕМБРАННО-АБСОРБЦИОННЫХ
СИСТЕМАХ С ПОДВИЖНЫМ ЖИДКИМ НОСИТЕЛЕМ
Разработан и реализован селективный мембранный вентиль позволяющий
проводить исследования процесса переноса в газожидкостных мембранных системах. Результаты экспериментальных исследований могут быть использованы
для определения коэффициентов переноса в элементарных стадиях процесса.
В последнее время, при выборе систем, используемых для обогащения
и разделения различных смесей газов, особое внимание уделяется мембранным системам с подвижным жидким носителем. В таких системах
реализуется возможность комбинирования мембранных и абсорбционных
методов разделения [1]. Селективный мембранный вентиль (СМВ) представляет собой многослойную систему, состоящую из двух независимых
газовых фаз, разделенными подвижным слоем жидкости, ограниченным
двумя мембранами [2]. Разработан специальный селективный мембранный вентиль с рабочими размерами полимерных мембран 25×5 см и с
возможностью варьирования толщины жидкого абсорбента. Увеличенная
рабочая площадь мембран позволяет более точно проводить экспериментальные исследования по сравнению с предыдущими работами [1]. СМВ
реализован с непористыми асимметричными мембранами на основе поливинилтриметилсилана (ПВТМС), а в качестве жидкого носителя использовались чистая вода, и водные растворы моноэтаноламина различных
концентраций.
Жидкий носитель подается при небольшом избыточном давлении, что
обеспечивает одинаковую толщину слоя жидкости, которая проверялась с
помощью гидродинамических расчетов. Исследуемый газ подается в
первую газовую (“нижнюю”) полость, из которой частично проникает
через мембрану и сорбируется в жидком абсорбенте. Сорбированный газ
сносится конвективным потоком жидкости в продольном направлении, и
диффундирует ко второй мембране в поперечном направлении. Проникнув через нее, газ попадает во вторую газовую (“верхнюю”) полость, из
которой сдувается нейтральным газом, например азотом, либо откачивается. Вакуумный режим интересен тем, что исключается попадание газа
носителя в первую газовую камеру и в полость с жидкостью. Таким обраISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 9
21
УДК 530.1(06) Молекулярно-селективные и нелинейные явления и процессы
зом, абсорбированный поток газа из “нижней” полости разделяется на два
потока, первый из которых уносится из системы жидкостью, а второй измеряется на выходе “верхней” полости. Эти потоки зависят от выбора
системы газ-мембрана-жидкий носитель, от гидродинамического режима
течения жидкости. Таким образом, зависимость этих потоков от потока
жидкости, толщины жидкого зазора и режима давления позволяет определять влияние тех или иных физико-химических процессов, происходящих
в жидкости и на границах раздела фаз мембрана-жидкость на процесс
массопереноса и получать необходимые кинетические константы описывающие элементарные стадии процесса (растворение, диффузия, поверхностные и объемные реакции).
На основе полученных экспериментальных зависимостей абсорбированного жидкостью и проникшего в “верхнюю” полость потока от потока
жидкости при различных зазорах определен коэффициент диффузии CO 2
в воде и оценены константы кинетики сорбции для этого процесса.
Авторы благодарят Лагунцова Н.И. за обсуждение работы и полезные
советы.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 06-0801626-а.
Список литературы
1. Шалыгин М.Г., Окунев А.Ю. и др. Газопроницаемость комбинированных мембранных систем с подвижным жидким носителем, Коллоидный журнал. 2006. Т.6. №4. С.566-574.
2. Бекма н И.Н. и др. Интегрированные мембранные системы с подвижным жидким носителем, Вестн Моск. Ун-та. сер. 2. Химия. 1999. Т.40. №6. 408-413.
22
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 9