气体膜分离性能-阶段性总结

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1、1.气体膜分离基本原理1.1分离原理气体膜分离是在膜两侧压力差的作用十利用气体混合物中各组分在膜中渗透速率的差异而实现分离的过程，其中渗透快的组分在渗透侧富集,相应渗透慢的组分则在渗余侧富集,气体分离流程示意图如图1所示。原料气压缩机渗余气>Q_>渗透气真空泵图1气体分离过程示意图气体分离膜可分为多孔膜和无孔（均质）膜两种。在实际应用屮，多采用均质膜。气体在均质膜中的传递靠溶解-扩散作用，其传递过程由三步组成：（1）气体在膜上游表面吸附溶解；（2）气体在膜两侧压力差的作用下扩散通过膜；（3）在

2、膜下游表面脱附。此时渗透速率主要取决于气体在膜中的溶解度和扩散系数。气体膜分离具有以下特点：（1）该过程不发生相变化，因此能粍较低；（2）装置紧凑，占地面积小，且装置规模W依处理量大小而变化；（3）膜分离设备本身没有运动的部件，因此设备简单，操作方便，运行可靠性高；（4）无噪声，清洁，产品气为干气，环境友好。1.2性能参数评价气体分离膜性能的主要参数是滲透系数和分离系数。（1）渗透系数渗透系数定义为在单位压力差下，单位时间、通过单位膜面积气体的量Atp式中：气，体渗透量，n?;~一一膜两侧的压

3、力差，Pa;A膜而积，m2；t时间，s;P——渗透系数，m3/(m2•s•Pa)。渗透系数反映气体通过膜的难易程度，渗透系数越大，其渗透能力越强。渗透系数的单位通常也用cm3(STP)/(cm2s-cmHg)表示。(2)分离系数(2)分离系数反映膜对气体各组分透过的选择性，对于含有A、B两组分的浞合物，分离系aAB式中原料中组分A与组分B的摩尔分数;yA,yR——透过物中组分A与组.分B的摩尔分数。分离系数的大小反映该体系分离的难易程度，越大，表明两组分的透过速率相差越大，膜的选择性越好，分离程

4、度越高。若混合气气体在膜两侧均为全混流，且渗透侧压力很小，与原料侧相比可以忽略时，分离系数称为理想分离系数，它反映Y膜材料本身对不同气体的分离能力。可通过测定膜对纯气体的渗透速率获得。膜的渗透系数和分离系数主要取决于膜材料的化学特性和分离膜的形态结构，同时也与膜分离过程的一些操作条件有关。理想的气体分离膜应具有较大的渗透系数和较高的分离系数。1.膜及膜组件性能评价2.1膜性能评价膜性能评价装置如图2所示。对各单位提供的膜片进行了氧氮分离性能测试，分别测定了不同压力下氧气及氮气的渗透性能，并计算出

5、氧气及氮气的渗透系数及分离系数，结果如表1所示。'.7图2胶性能评价装界表1小脱氧鉍分离测试结果胶兮厚度(pm)Jq2(cm3(STP)/cm2.s.cmHg)JN2(cm3(STP)/cm2.s.cmHg)aTB1883.327E-041.621E-042.032DG1951.832E-048.738E-052.075OK2131.819E-048.190E-052.192CYM-11733.647E-041.763E-042.035CYM-21812.028E-039.565E-042.10

6、8YB2262.500E-041.538E-041.629由表屮数据可以看出：(1)YB膜的氧氮分离系数稍小，其它膜的分离系数均在2.0以上，无较大差异；(2)各种膜屮以CYM-2膜的渗透系数为最大，比萁它膜岛出一个数U级；(3)其余膜中TB及CYM-1膜的渗透性能较好，YB膜渗透性居中，DG及OK膜的渗透性相对低一些。2.2膜组件性能评价对各厂家的膜组件进行了氧氮分离性能测试，分别测定了不同压力下氧气及氮气的渗透性能，并计算出氧气及氮气的渗透系数及分离系数，结果如表2所示。巾表中数据可以看出：

7、(1)YB膜的渗透性较强，而分离系数较小；(2)其它膜组件的测评结果与小膜结果相似，分离系数均接近2.0或以上，渗透性能顺序同小膜。对上述膜组件进行了油气回收性能测评。在永邦公司加油站模拟装置上，测定了各膜组件的油气回收性能，操作中保证出口流量基本一致，其中气体中的总烃含量用气相色谱仪分析。测试结果如表3所示。表2膜组件氣鉍分离测试结果组件p(MPa)Q02(m3Zh)Qn2(mVh)aTB1.026112.36DG1.015.57.02.210K1.0167.02.29CYM-11.034.5

8、13.52.56CYM-20.331161.94YB1.041381.07表3膜俎件油气冋收性能评价胶组件原料浓度出门浓度正压(MPa)负压(MPa)出口流量(L/min)mg/L%mg/L%TB1080.5207.7100.1950.051181098.934344.215.50.180.04815进fli门互换34295.913.90.1840.04815DG846.633.471.1().20.05818I0I9.63330.661.00.2170.05515OK859.352.0420.