Обоснование выбора конструкции основного аппарата. Выбор конструкционных материалов

Для проведения микробарботажного процесса разработана конструкция мембранного хемосорбера (рисунок 2) с использованием семиканального мембранного модуля изготовленного из керамики[1]. Семиканальный мембранный модуль выбран из соображения увеличения производительности аппарата и степени очистки газовой смеси. Он представляет собой стальной цилиндрический корпус длиной 750 мм и диаметром Ø50×3 мм, внутри которого устанавливается трубчатая керамическая мембрана. Мембрана крепиться в модуле с помощью системы прокладок и прижимных втулок. Такая конструкция, во-первых, обеспечивает необходимую герметизацию пространства для подачи газа, а во-вторых, позволяет легко заменить одну мембрану на другую. В мембранном модуле происходит непосредственный контакт между газовой и жидкой фазами с образованием тонкой дисперсии микропузырьков. Газовая фаза (смесь СН₄ от СО₂ и H₂S) подается под нужным давлением внутрь корпуса с наружной стороны мембраны. Жидкая фаза поступает внутрь керамической мембраны. Продавливаясь через мембранные поры, газ образует в жидкости микропузырьки, которые затем отрываются и уносятся набегающим потоком жидкости.

Рисунок 2. Мембранный модуль для проведения микробарботажной очистки газа от СО₂

Мембранный модуль является сердцем мембранной газоразделительной установки. Отдельные мембранные модули собираются (коллектируются) в мембранные блоки, а их количество зависит от необходимой производительности мембранной установки по продуктовому газу (например азоту). Половолоконный мембранный модуль представляет собой пучки полых волокон диаметрами в несколько десятых и даже сотых долей миллиметра, герметично закрепленные концами в корпусе цилиндрической формы. Конструктивно половолоконный модуль схож с кожухотрубчатым теплообменником. В зависимости от того внутренняя или наружная поверхность мембранного волокна является активной (селективно проницаемой) разделяемый газ может подаваться во внутриволоконное либо межволоконное пространство аппарата. Плотность упаковки мембран в корпусе аппарата может достигать 20 000 - 30 000 м²/м³.

Разделение в мембранном половолоконном модуле происходит следующим образом. Исходный атмосферный воздух, предварительно сжатый, осушенный и очищенный от механических частиц и масла подается на вход в мембранный модуль. Далее воздух равномерно распределяется по полым волокнам, закрепленным в корпусе модуля. Разделение воздуха внутри каждой из половолоконных мембран происходит за счет разницы парциальных давлений на внешней и внутренней поверхностях мембраны.

Таким образом, использование мембранного аппарата позволит обеспечить за счет улучшенного гидродинамического режима разделения, исключающего возникновение застойных зон, увеличить ресурс работы аппарата при упрощении его конструкции. Особенно предпочтительно его использование для разделения жидких смесей методом нанофильтрации (преимущественно воды), содержащих многокомпонентные загрязнители, склонные в процессе мембранного разделения к осадкообразованию.

Для изготовления экспериментальной установки микробарботажного половолоконного мембранного аппарата применялся семиканальный мембранный модуль, изготовленный из керамики, а также сталь марки 12Х18Н10Т .( ГОСТ 5632-72 «Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки», ОСТ3-1686-90 «Заготовки из конструкционной стали для машиностроения. Общие технические условия). Применяется для деталей работающих при температуре до 600̊ С, сварные аппараты и сосуды, работающие в разбавленных растворах азотной, уксусной, фосфорной кислот, растворах щелочей и солей и другие детали, работающие под давлением при температуре от —196 до +600 °С, а при наличии агрессивных сред до +350°С. Хромоникелетитановая аустенитная сталь 12Х18Н10Т получила наибольшее распространение в промышленности ввиду возможности успешного использования ее в разнообразных эксплуатационных условиях. Она обладает высокой коррозионной стойкостью в ряде жидких сред, устойчива против межкристаллитной коррозии после сварочного нагрева, сравнительно мало охрупчивается в результате длительного воздействия высоких температур и может быть применена в качестве жаропрочного материала при температурах ~600° С. Будучи высокопластичной в условиях глубокого холода, эта сталь используется в установках для получения жидкого кислорода.