Типы мембранных газоразделительных модулей

Основной любой мембранной газоразделительной установки является мембранный модуль, представляющий собой сгруппированные в особом порядке однотипные мембраны. В настоящее существуют следующие конструкции аппаратов:

• Плоскорамный. Представляет собой набор плоских мембранных элементов, каждый из которых состоит из 2 мембран и двух крупнопористых подложек. Между мембранными элементами уложены турбулизирующие вставки. Обычные размеры элементов не более чем 0,5-1,0 метра по каждой из его сторон. Плотность упаковки мембран (отношение площади разделительной поверхности мембран к объему аппарата) в таких аппаратах не превышает 400-600 м²/м³.

Устройство и принцип действия мембранного газоразделительного аппарата плоскорамного типа: 1 – стальной кожух;    2 – крышка кожуха; 3 – мембранный элемент; 4 – коллектор пермеата (перфорированная стальная труба); 5 – проставочные листы с окнами для прохода газа; 6, 7, 8 – штуцеры соответственно исходной смеси, ретанта и пермеата; 9 – металлическая сетка, на которую уложен слой герметика.

• Рулонный. Аппараты рулонного типа  представляют собой несколько последовательно вставленных в стальной кожух рулонных модулей. Модуль состоит из нескольких мембранных элементов, каждый из которых, в свою очередь, представляет собой две склеенные с трех сторон между собой мембраны, разделенные пористым дренажным слоем, по которому движется пермеат (проникший поток газа). С четвертой стороны мембранный элемент крепится к расположенной на оси аппарата перфорированной дренажной трубе – коллектору пермеата. Пространство между модулями и внутренней стенкой кожуха заполняют изолирующим составом на основе клеевых композиций или эпоксидной смолы. Плотность упаковки мембран в аппарате может достигать 800 м²/м³.

Устройство и принцип действия мембранного рулонного газоразделительного аппарата:   1-  мембрана; 2  – дренажный слой; 3 – сетка-турбулизатор; 4 – дренажный коллектор (перфорированная труба)

• Половолоконный. Аппараты данной конструкции представляют собой пучки полых волокон диаметрами в несколько десятых и даже сотых долей миллиметра, герметично закрепленные концами в корпусе цилиндрической формы (рисунок 7). Конструктивно половолоконный модуль схож с кожухотрубчатым теплообменником. В зависимости от того внутренняя или наружная поверхность 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.

Устройство половолоконного мембранного газоразделительного аппарата: 1 – корпус; 2 –полые волокна; 3 – стенка корпуса; 4 – заглушка; 5, 6, 7 – штуцера соответственно для ввода исходной смеси, вывода непроникшего газа (ретанта) и проникшего газа (пермеата).

Наибольшее распространение в последние годы получил именно половолоконный тип мембранных аппаратов, что обусловлено возможностью развивать значительно более высокие площади поверхности разделения и тем самым обеспечивать гораздо большую удельную производительность как моудля, так и мембранной установки. Кроме того, появляется возможность использовать для создания половолоконных мембран менее производительные, однако, более селективные по компонентам разделяемого газа материалы.