Диффузия через мембраны

Разделение с помощью мембран относится к новому и перспективному направлению химической технологии. Такое разделение отличается относительной простотой, проведением процесса при обычных температурах, достаточно высокой четкостью разделения и малыми энергозатратами.

Основной элемент этого метода – мембрана, т. е. технологическая перегородка, обеспечивающая за счет своей селективной проницаемости разделение веществ без их химических превращений.

Для разделения смесей газов применяют обычно пористые мембраны или сплошные мембраны из полимеров, стекол или металлокерамических сплавов. Движущей силой процесса в этом случае является перепад давлений на мембране.

Разделение газов и жидких смесей углеводородов диффузией через непористые полимерные мембраны основано на различии в форме молекул разделяемых компонентов и их растворимости в материале мембраны.

Перенос вещества через непористые мембраны включает стадии сорбции, диффузии и десорбции с противоположной стороны мембраны. Обычно сорбция и десорбция протекают быстро по сравнению с диффузией, скорость которой определяет суммарную скорость переноса.

Основное препятствие для широкого применения мембран – трудность создания мембран с высокой селективностью и с большой газовой проницаемостью. Эти два свойства находятся для большинства мембран в обратной зависимости. Обычно используют высокоселективные полимеры с низкой проницаемостью в виде очень тонких слоев (<0,1 мкм) на пористой неселективной полимерной подложке.

Применяются и мембраны с облегченным переносом – пористые, пропитанные селективным растворителем, связывающим один из компонентов, что облегчает его перенос через мембрану.

На зарубежных промышленных установках реализованы мембранные процессы концентрирования водорода из водородсодержащих газов установок гидроочистки, гидрокрекинга и риформинга. Применяют также процессы разделения смесей Н₂/СО для корректировки состава синтез-газа. С помощью мембран выделяют H₂S и СО₂ из газов, проводят осушку газа. Реализовано в промышленности и мембранное концентрирование кислорода и азота из воздуха.