RU2392038C1 - Device for mass exchange between liquid and gas phase - Google Patents
Device for mass exchange between liquid and gas phase Download PDFInfo
- Publication number
- RU2392038C1 RU2392038C1 RU2008148049/15A RU2008148049A RU2392038C1 RU 2392038 C1 RU2392038 C1 RU 2392038C1 RU 2008148049/15 A RU2008148049/15 A RU 2008148049/15A RU 2008148049 A RU2008148049 A RU 2008148049A RU 2392038 C1 RU2392038 C1 RU 2392038C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- mass transfer
- exchanging
- channels
- liquid phase
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 29
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 20
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 16
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 3
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 2
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 2
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области осуществления массообменных процессов в системе жидкость-газ с помощью пористых мембран, применяемых для разделения или выделения веществ, а также для направленной массопередачи веществ из одной обменивающейся фазы в другую, например с целью концентрирования этих веществ для их последующего определения.The invention relates to the field of mass transfer processes in a liquid-gas system using porous membranes used to separate or isolate substances, as well as for directional mass transfer of substances from one exchanging phase to another, for example, to concentrate these substances for their subsequent determination.
Известен ряд устройств, предназначенных для осуществления массообмена между жидкой и газовой фазой, в которых обменивающиеся фазы находятся по разные стороны мембран из пористых полимерных материалов, поры которых заполнены газовой фазой [1-10]. Процесс массообмена в известных устройствах осуществляется на стороне мембраны, контактирующей с жидкой фазой, не смачивающей материал мембраны, а интенсивность массообмена определяется скоростью диффузионного массопереноса через поровое пространство мембраны и величиной поверхности раздела обменивающихся фаз, за счет чего снижается эффективность массообмена.A number of devices are known for mass transfer between a liquid and a gas phase, in which exchanging phases are located on opposite sides of membranes made of porous polymeric materials, the pores of which are filled with a gas phase [1-10]. The mass transfer process in known devices is carried out on the side of the membrane in contact with the liquid phase, which does not wet the membrane material, and the intensity of mass transfer is determined by the rate of diffusion mass transfer through the pore space of the membrane and the size of the interface between the exchanged phases, thereby reducing the efficiency of mass transfer.
Известны устройства, в которых увеличение поверхности межфазного контакта в единице массообменного пространства достигается за счет использования мембран в виде полых волокон [11-12]. Однако при этом резко усложняется конструкция массообменных устройств. Кроме того, в этих устройствах полостью не исключается возможность попадания одной из обменивающихся фаз в поток другой фазы.Known devices in which the increase in the surface of the interphase contact in the unit of mass transfer space is achieved through the use of membranes in the form of hollow fibers [11-12]. However, this greatly complicates the design of mass transfer devices. In addition, in these devices the cavity does not exclude the possibility of one of the exchanging phases entering the flow of the other phase.
Известно устройство, более эффективное по сравнению с известными устройствами, осуществляющее массообмен, которое является наиболее близким к заявленному изобретению по решаемой задаче и технической реализации и которое выбрано в качестве прототипа [13]. В известном устройстве массообменная камера содержит две мембраны из полимерного не смачиваемого жидкостью материала, между которыми помещен слой не смачиваемого жидкостью пористого полимерного материала с размерами пор 0,003-1,0 мкм, имеющий систему сквозных каналов произвольной формы. Поток обменивающейся жидкости пропускают непосредственно через пористый слой, а поток газа вводят в пористый слой и выводят из него через мембраны, не проницаемые для жидкой фазы при рабочих давлениях. Наличие в пористом материале двух типов пор, существенно отличающихся по размеру, дает возможность одновременного пропускания через него потоков обменивающихся фаз: газовая фаза заполняет и движется по порам полимерного материала, а жидкая фаза, не смачивающая этот материал, заполняет и движется по системе сквозных каналов. Невозможность попадания одной из обменивающихся фаз в поток другой фазы обеспечивается поддержанием определенных давлений этих фаз. Газовая фаза не может попасть в поток жидкой фазы за счет того, что давление жидкой фазы в пористом слое поддерживают большим, чем давление газовой фазы. С этой целью на линии потока жидкой фазы на выходе из пористого материала устанавливают регулируемый дроссель. Водная же фаза не может попасть в поток газовой фазы за счет того, что ее давление в пористом материале поддерживают меньше, чем сумма давления газовой фазы и капиллярного давления, возникающего в порах материала и мембран. Капиллярное давление регулируют, выбирая материал пористого слоя и мембран и размеры пор в них. За счет увеличения поверхности межфазного контакта и устранения диффузионных ограничений скорости массообмена, которое осуществляется путем конвективного перемешивания каждой из фаз, устройство обеспечивает более высокую эффективность массообмена по сравнению с устройствами, в которых потоки обменивающихся фаз контактируют между собой через мембрану.A device is known that is more efficient than the known devices, which performs mass transfer, which is closest to the claimed invention in terms of the task and technical implementation and which is selected as a prototype [13]. In the known device, the mass transfer chamber contains two membranes of a polymeric non-wettable material, between which a layer of a non-wettable porous polymeric material with a pore size of 0.003-1.0 μm, having a system of through channels of arbitrary shape, is placed. The flow of exchanging fluid is passed directly through the porous layer, and the gas stream is introduced into the porous layer and removed from it through membranes that are not permeable to the liquid phase at operating pressures. The presence in the porous material of two types of pores, significantly differing in size, makes it possible to simultaneously pass flows of exchanging phases through it: the gas phase fills and moves through the pores of the polymer material, and the liquid phase that does not wet this material fills and moves through a system of through channels. The impossibility of one of the exchanging phases getting into the flow of the other phase is ensured by the maintenance of certain pressures of these phases. The gas phase cannot get into the flow of the liquid phase due to the fact that the pressure of the liquid phase in the porous layer is maintained greater than the pressure of the gas phase. For this purpose, an adjustable choke is installed on the flow line of the liquid phase at the outlet of the porous material. The aqueous phase cannot get into the gas phase flow due to the fact that its pressure in the porous material is maintained less than the sum of the gas phase pressure and capillary pressure that occurs in the pores of the material and membranes. The capillary pressure is regulated by choosing the material of the porous layer and membranes and the pore sizes in them. By increasing the surface of the interphase contact and eliminating the diffusion limitations of the mass transfer rate, which is carried out by convective mixing of each phase, the device provides higher mass transfer efficiency compared to devices in which the flows of exchanging phases contact each other through a membrane.
Недостатком известного устройства является недостаточно высокая эффективность массообмена за счет того, что в устройстве-прототипе каналы в пористом полимерном материале, по которым движется поток жидкой фазы, имеют произвольную форму, а следовательно, и произвольную площадь поперечного сечения. Это неизбежно приводит к неравномерности потока жидкости по сечению и длине пористого слоя, а также является причиной неравномерности потока и газовой фазы, поскольку заполненные жидкостью каналы, не проницаемые для потока газовой фазы, распределены по слою неравномерно. Такая неравномерность потоков фаз обуславливает значительное размывание зон выделяемых компонентов и, в конечном счете, существенно снижает эффективность массообмена.A disadvantage of the known device is the insufficiently high efficiency of mass transfer due to the fact that in the prototype device the channels in the porous polymer material through which the flow of the liquid phase moves have an arbitrary shape and, therefore, an arbitrary cross-sectional area. This inevitably leads to uneven fluid flow over the cross section and length of the porous layer, and also causes uneven flow and the gas phase, since the channels filled with liquid, which are not permeable to the gas phase flow, are unevenly distributed over the layer. Such uneven flow of phases leads to a significant erosion of the zones of the released components and, ultimately, significantly reduces the efficiency of mass transfer.
Заявленное изобретение лишено указанного недостатка и его техническим результатом является повышение эффективности массообмена.The claimed invention is devoid of this drawback and its technical result is to increase the efficiency of mass transfer.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для осуществления массообмена между жидкостью и газом, включающее средства подачи и вывода потоков обменивающихся фаз, массообменную камеру, образованную двумя мембранами из пористого полимерного материала, не смачиваемого обменивающейся жидкой фазой, между которыми помещен слой не смачиваемого жидкой фазой пористого полимерного материала с системой сквозных каналов, в соответствии с заявленным изобретением сквозные каналы имеют одинаковые размеры, параллельны и равноудалены друг от друга, имеют постоянную конфигурацию и площадь поперечного сечения по всей длине и направлены от системы подачи к системе вывода обменивающейся жидкой фазы.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for mass transfer between liquid and gas, including means for supplying and outputting flows of exchanging phases, a mass transfer chamber formed by two membranes of porous polymeric material not wettable by the exchanged liquid phase, between which a layer of non-wettable liquid is placed the phase of the porous polymer material with a system of through channels, in accordance with the claimed invention, the through channels have the same dimensions, are parallel and equal remote from each other, have a constant configuration and a cross-sectional area along the entire length and are directed from the supply system to the output system of the exchanging liquid phase.
Эффект повышения массообмена достигается тем, что сквозные каналы в полимерном материале имеют не произвольную форму и не равномерное сечение, как это имеет место в устройстве, принятом в качестве прототипа, а имеют, как указано выше, одинаковые размеры, параллельны и равноудалены друг от друга, а также они имеют постоянную конфигурацию и площадь поперечного сечения по всей длине и направлены от системы подачи к системе вывода жидкой фазы. Идентичность, параллельность и равноудаленность друг от друга каналов, по которым движется жидкая фаза, в комплексе обеспечивают равномерность потоков жидкой и газовой фазы через пористый материал и тем самым существенно увеличивается (по сравнению с прототипом) эффективность массообмена между жидкой и газовой фазой.The effect of increasing mass transfer is achieved by the fact that the through channels in the polymer material are not of arbitrary shape and not uniform in cross section, as is the case in the device adopted as a prototype, but, as indicated above, have the same dimensions, are parallel and equidistant from each other, and they have a constant configuration and cross-sectional area along the entire length and are directed from the supply system to the liquid phase withdrawal system. The identity, parallelism and equidistance from each other of the channels through which the liquid phase moves together provide a uniform flow of the liquid and gas phases through the porous material and thereby significantly increase (compared with the prototype) the efficiency of mass transfer between the liquid and gas phase.
Эффективность процесса массообмена в предлагаемом устройстве зависит от размеров и числа каналов в пористом материале. Чем меньше размеры каналов и больше их число, приходящееся на единицу площади сечения пористого материала, тем при прочих равных условиях выше эффективность процесса. Однако при этом падает производительность процесса, поскольку уменьшается проницаемость пористого слоя и соответственно уменьшаются максимально возможные расходы обменивающихся фаз через пористый материал. Оптимальный размер каналов и их число зависят уже от конкретной решаемой утилитарной задачи.The effectiveness of the mass transfer process in the proposed device depends on the size and number of channels in the porous material. The smaller the size of the channels and the greater their number per unit cross-sectional area of the porous material, the ceteris paribus the higher the efficiency of the process. However, this reduces the productivity of the process, since the permeability of the porous layer decreases and, accordingly, the maximum possible costs of the exchanging phases through the porous material are reduced. The optimal size of the channels and their number already depend on the particular utilitarian problem being solved.
Заявленное устройство поясняется чертежом.The claimed device is illustrated in the drawing.
Основным узлом устройства является массообменная камера. В массообменной камере установлены полимерные пористые мембраны 1, 2. В межмембранное пространство 3 помещен слой полимерного пористого материала, в котором выполнены параллельные, имеющие постоянную конфигурацию и площадь поперечного сечения по всей длине, равноудаленные друг от друга каналы 4, которые направлены от коллектора подачи жидкости 5 к коллектору вывода жидкости 6. Остальные элементы устройства по назначению аналогичны устройству, принятому в качестве прототипа. Коллекторы подачи и вывода жидкости 5 и 6, а также коллекторы подачи и вывода газа 7 и 8 служат для равномерного поступления и равномерного отвода потоков, обменивающихся жидкой и газовой фазы. Устройство содержит средства регулирования давления жидкой и газовой фазы 9 на входе в массообменную камеру и выходе из нее, а также средства, измеряющие давления жидкости и газа 10, например манометры.The main unit of the device is a mass transfer chamber. Polymeric porous membranes 1, 2 are installed in the mass transfer chamber. A layer of polymeric porous material is placed in the intermembrane space 3, in which parallel channels having a constant configuration and a cross-sectional area along the entire length are made equally spaced from each other 4, which are directed from the fluid supply manifold 5 to the fluid outlet manifold 6. The remaining elements of the device are similar in purpose to the device adopted as a prototype. The collectors for supplying and discharging liquids 5 and 6, as well as the collectors for supplying and discharging gas 7 and 8, serve for uniform intake and uniform removal of flows exchanging the liquid and gas phases. The device comprises means for regulating the pressure of the liquid and gas phase 9 at the entrance to and exit from the mass transfer chamber, as well as means measuring the pressure of the liquid and gas 10, for example, pressure gauges.
Предложенное устройство работает следующим образом. Через коллектор 5 вводится поток жидкости. После заполнения жидкостью каналов 4 в межмембранном слое 3 и свободных объемов коллекторов 5 и 6, контролируемого визуально по отсутствию пузырьков газа в потоке жидкости на выходе из коллектора 6, через коллектор 7 подается поток газа под давлением, меньшим величины давления жидкости на выходе из коллектора 6. Необходимое по условиям осуществления конкретного массообменного процесса соотношение скоростей потоков обменивающихся фаз поддерживают с помощью средств регулирования давления на выходе из массообменной камеры.The proposed device operates as follows. A fluid flow is introduced through the manifold 5. After filling channels 4 in the intermembrane layer 3 with liquid and the free volumes of the collectors 5 and 6, which is visually checked by the absence of gas bubbles in the liquid stream at the outlet of the manifold 6, a gas stream is supplied through the manifold 7 under a pressure lower than the liquid pressure at the outlet of the manifold 6 The ratio of the flow rates of the exchanging phases, which is necessary under the conditions of a specific mass transfer process, is maintained by means of pressure control means at the outlet of the mass transfer chamber.
Работоспособность предложенного устройства, которое было испытано в лабораторных условиях в Санкт-Петербургском государственном университете, а также впоследствии в реальных производственных условиях, иллюстрируется различными примерами осуществления массообменных процессов в системе жидкость-газ: газовой экстракции и жидкостной абсорбции.The operability of the proposed device, which was tested in laboratory conditions at St. Petersburg State University, and also subsequently under real production conditions, is illustrated by various examples of mass transfer processes in a liquid-gas system: gas extraction and liquid absorption.
Пример 1.Example 1
Непрерывная газоэкстракционная очистка воды от растворенного кислорода.Continuous gas extraction water purification from dissolved oxygen.
Поток очищаемой дистиллированной воды, насыщенной кислородом воздуха с концентрацией растворенного кислорода 9 мг/кг, с помощью перистальтического насоса с определенным расходом пропускался через предлагаемое устройство и устройство-прототип, заполненные равными объемами (6 см3) пористого полимерного материала (политетрафторэтилен марки 4-ПН) и идентичными мембранами из того же материала. Диаметр каналов в предлагаемом устройстве составлял 1 мм, из длина - 3 см, а число каналов, приходящихся на 1 см2 поперечного сечения пористого слоя, было равно 10. После заполнения устройств очищаемой водой одновременно с подачей воды через устройства с определенным расходом осуществлялось пропускание потока газа-экстрагента - азота высокой чистоты (содержание кислорода менее 0,001 об.%). Остаточная концентрация растворенного в воде кислорода на выходе из устройств измерялась контрольно и с помощью анализатора кислорода марки АКПМ - 01T. Результаты представлены в таблице 1.The flow of purified distilled water saturated with atmospheric oxygen with a dissolved oxygen concentration of 9 mg / kg was passed through a proposed device and prototype device using a peristaltic pump with a certain flow rate and filled with equal volumes (6 cm 3 ) of a porous polymeric material (4-PN polytetrafluoroethylene) ) and identical membranes from the same material. The diameter of the channels in the proposed device was 1 mm, the length was 3 cm, and the number of channels per 1 cm 2 of the cross section of the porous layer was 10. After filling the devices with purified water, a flow was passed simultaneously with the water supply through the devices with a certain flow rate extractant gas - high purity nitrogen (oxygen content less than 0.001 vol.%). The residual concentration of oxygen dissolved in water at the outlet of the devices was measured by control and using an oxygen analyzer brand AKPM - 01T. The results are presented in table 1.
Установлено, что максимально возможное соотношение расходов газа-экстрагента и очищаемой воды, от которого при прочих равных условиях зависит степень очистки воды от растворенного кислорода, в случае устройства-прототипа составляет 2:1, в то время как для предлагаемого устройства 4:1. Это обусловлено более равномерным распределением в пористом слое не проницаемых для газовой фазы каналов, по которым перемещается поток жидкости, в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом. При одинаковых расходах обменивающихся фаз предлагаемое устройство обеспечивает более высокую степень очистки воды от растворенного кислорода, что свидетельствует о более высокой эффективности массообмена в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом.It was found that the maximum possible ratio of the flow rate of the extractant gas and the purified water, on which, all other things being equal, determines the degree of purification of water from dissolved oxygen, in the case of the prototype device is 2: 1, while for the proposed device 4: 1. This is due to a more uniform distribution in the porous layer of channels that are not permeable to the gas phase, through which the fluid flow moves in the proposed device compared to the prototype. With the same costs of exchanging phases, the proposed device provides a higher degree of water purification from dissolved oxygen, which indicates a higher mass transfer efficiency in the proposed device compared to the prototype.
Пример 2.Example 2
Непрерывное насыщение физиологического раствора кислородом воздуха.Continuous saturation of saline with atmospheric oxygen.
Поток предварительно дегазированного длительным кипячением физиологического раствора (1% NaCl+4,5% глюкозы) с концентрацией растворенного кислорода менее 0,1 мг/кг с помощью перистальтического насоса с определенным расходом пропускался через предлагаемое устройство и устройство-прототип, заполненные равными объемами (6 см3) пористого полимерного материала (политетрафторэтилен марки 4-ПН) и идентичными мембранами из того же материала. Диаметр, длина и число каналов в предлагаемом устройстве те же, что и в предыдущем примере. После заполнения устройств физиологическим раствором, одновременно с подачей раствора через устройства с определенным расходом, осуществлялось пропускание потока атмосферного воздуха. С помощью анализатора кислорода марки АКПМ - 01T измерялась концентрация растворенного кислорода в физиологическом растворе на выходе из устройств. За степень насыщения физиологического раствора кислородом воздуха принималось выраженное в процентах отношение концентрации кислорода в растворе к предельной растворимости кислорода воздуха в этом растворе. Результаты представлены в таблице 2.A pre-degassed stream of physiological saline (1% NaCl + 4.5% glucose) pre-degassed with a dissolved oxygen concentration of less than 0.1 mg / kg using a peristaltic pump with a certain flow rate was passed through the proposed device and the prototype device, filled with equal volumes (6 3 cm) of a porous polymeric material (polytetrafluoroethylene grade 4-PN) and identical membranes from the same material. The diameter, length and number of channels in the proposed device are the same as in the previous example. After filling the devices with physiological saline, simultaneously with the flow of the solution through the devices with a certain flow rate, the flow of atmospheric air was carried out. Using an AKPM - 01T oxygen analyzer, the concentration of dissolved oxygen in physiological saline was measured at the outlet of the devices. The degree of saturation of the physiological solution with atmospheric oxygen was taken as a percentage of the concentration of oxygen in the solution to the limiting solubility of atmospheric oxygen in this solution. The results are presented in table 2.
Как видно из табл.2, при одних и тех же расходах обменивающихся фаз предлагаемое устройство обеспечивает более полное насыщение физиологического раствора кислородом воздуха по сравнению с устройством-прототипом. Это свидетельствует о более высокой эффективности массообмена заявленного устройства.As can be seen from table 2, at the same costs of the exchanging phases, the proposed device provides a more complete saturation of the physiological solution with atmospheric oxygen compared to the prototype device. This indicates a higher mass transfer efficiency of the claimed device.
Пример 3.Example 3
Жидкостно-абсорбционное выделение паров фенола из потока воздуха в водный раствор с его последующим флуоресцентным определением.Liquid absorption absorption of phenol vapor from an air stream into an aqueous solution with its subsequent fluorescence determination.
С помощью насоса заполняли абсорбирующим водным раствором массообменные камеры равного объема (5 см3) предлагаемого устройства и устройства-прототипа, которые содержат одинаковые количества пористого полимерного материала (политетрафторэтилен марки 4-ПН) и идентичные мембраны из того же материала. Объем абсорбирующего раствора в каналах пористого материала в обоих случаях составлял 1,0 см3. Диаметр каналов в предлагаемом устройстве составлял 1 мм, их длина - 5 см, а число каналов, приходящихся на 1 см2 поперечного сечения пористого слоя, было равно 10. После заполнения массообменной камеры абсорбирующим раствором входной и выходной коллекторы жидкой фазы перекрывали. Затем с помощью электроаспиратора пропускали через устройства поток воздуха с известной концентрацией паров фенола (10, 20 и 50 мкг/м3) с расходом 1 л/мин в течение 10 минут. После пропускания анализируемого воздуха перекрывали коллекторы газовой фазы, открывали коллекторы жидкой фазы и с помощью насоса дистиллированной водой вытесняли абсорбирующий водный раствор с поглощенным из воздуха фенолом в проточный флуоресцентный детектор (длина волны возбуждения - 254 нм, диапазон длин волн регистрации излучения 320-340 нм). На полученных фрактограммах измеряли высоту и площадь пика фенола. Площадь пика - пропорциональна количеству фенола в абсорбирующем растворе, а высота пика - пропорциональна концентрации фенола в максимуме зоны вытеснения. Полученные результаты приведены в таблице 3.Using a pump, mass-exchange chambers of equal volume (5 cm 3 ) of the proposed device and prototype device were filled with an absorbing aqueous solution, which contain the same amount of porous polymeric material (4-PN polytetrafluoroethylene) and identical membranes from the same material. The volume of the absorbent solution in the channels of the porous material in both cases was 1.0 cm 3 . The diameter of the channels in the proposed device was 1 mm, their length was 5 cm, and the number of channels per 1 cm 2 of the cross section of the porous layer was 10. After filling the mass transfer chamber with an absorbent solution, the input and output liquid phase collectors were blocked. Then, an air stream with a known concentration of phenol vapor (10, 20, and 50 μg / m 3 ) was passed through the device using an electroaspirator with a flow rate of 1 l / min for 10 minutes. After passing the analyzed air, the gas phase collectors were closed, the liquid phase collectors were opened, and the absorbed aqueous solution with phenol absorbed from the air was displaced with a distilled water pump into a flow fluorescence detector (excitation wavelength - 254 nm, radiation detection wavelength range 320-340 nm) . The obtained fractograms measured the height and peak area of phenol. The peak area is proportional to the amount of phenol in the absorbent solution, and the peak height is proportional to the phenol concentration at the maximum of the displacement zone. The results are shown in table 3.
Как видно из таблицы 3, в случае предлагаемого устройства площади пиков фенола приблизительно на 30% больше, а высоты пиков в 2-3 раза больше, чем в случае прототипа. Большие значения площадей пиков при использовании предлагаемого устройства свидетельствуют о более высокой степени извлечения фенола из потока анализируемого воздуха абсорбирующим водным раствором, что может быть объяснено более высокой эффективностью массообмена. Значительно более высокие высоты пиков в случае предлагаемого устройства свидетельствуют также и о значительно меньшем размывании зоны фенола при его вытеснении в предлагаемом устройстве. В совокупности эти эффекты позволяют в несколько раз снизить пределы обнаружения фенола в воздухе.As can be seen from table 3, in the case of the proposed device, the peak areas of phenol are approximately 30% larger, and the peak heights are 2-3 times greater than in the case of the prototype. The large values of the peak areas when using the proposed device indicate a higher degree of phenol extraction from the analyzed air stream with an absorbing aqueous solution, which can be explained by a higher mass transfer efficiency. Significantly higher peak heights in the case of the proposed device also indicate a significantly less erosion of the phenol zone when it is displaced in the proposed device. Together, these effects can reduce the detection limits of phenol in air by several times.
На основании проведенных исследований приведенные выше примеры наглядно подтверждают существенно более высокую (не менее чем в два раза) эффективность массообменных процессов, протекающих в системе жидкость-газ при использовании новой конструкции заявленного изобретения.Based on the studies, the above examples clearly confirm the significantly higher (not less than twice) the efficiency of mass transfer processes in the liquid-gas system using the new design of the claimed invention.
Заявленное изобретение востребовано в промышленности, а также в лабораторных и производственных условиях, когда требуется высокоэффективная глубокая и непрерывная очистка воды от растворенного в ней кислорода.The claimed invention is in demand in industry, as well as in laboratory and industrial conditions, when a highly effective deep and continuous treatment of water from oxygen dissolved in it is required.
Источники информацииInformation sources
1. Хванг С.Т. Каммермейер К. Мембранные методы разделения. Пер. с англ. М.: Химия, 1981, с.68.1. Hwang S.T. Kammermeyer K. Membrane separation methods. Per. from English M .: Chemistry, 1981, p. 68.
2. Babcoch W.C., Bakez R.W., Kelly D. J. at al. "U. S. government research reports", 1980, 7, PB80-110430, p.1174.2. Babcoch W.C., Bakez R.W., Kelly D. J. at al. "U. S. government research reports", 1980, 7, PB80-110430, p. 1174.
3. Патент США N 345589 (1969).3. US patent N 345589 (1969).
4. Патент США N 4451562 (1984).4. U.S. Patent No. 4,451,562 (1984).
5. Патент ФРГ N 2758546 (1978).5. Patent of Germany N 2758546 (1978).
6. Патент ЮАР N 7903581 (1980).6. Patent of South Africa N 7903581 (1980).
7. Заявка на изобретение ЕП N 0223626(1987).7. Application for the invention of EP N 0223626 (1987).
8. Патент Японии N 63-1860 (1988).8. Japan Patent N 63-1860 (1988).
9. Патент Японии N 63-17465 (1988).9. Japanese Patent N 63-17465 (1988).
10. Патент BБP N 1471308 (1977).10. Patent BBP N 1471308 (1977).
11. Патент Японии N 63-1860 (1988).11. Japan Patent N 63-1860 (1988).
12. Патент Японии N 63-17465 (1988).12. Japan Patent N 63-17465 (1988).
13. Патент РФ N 2023488 (1991) - прототип.13. RF patent N 2023488 (1991) is a prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008148049/15A RU2392038C1 (en) | 2008-12-01 | 2008-12-01 | Device for mass exchange between liquid and gas phase |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008148049/15A RU2392038C1 (en) | 2008-12-01 | 2008-12-01 | Device for mass exchange between liquid and gas phase |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2392038C1 true RU2392038C1 (en) | 2010-06-20 |
Family
ID=42682577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008148049/15A RU2392038C1 (en) | 2008-12-01 | 2008-12-01 | Device for mass exchange between liquid and gas phase |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2392038C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112017005224T5 (en) | 2016-10-14 | 2019-07-11 | Rosneft Oil Company (Rosneft) | Process for extracting components from gas mixtures by pertraction on nanoporous membranes |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2023488C1 (en) * | 1991-08-14 | 1994-11-30 | Леонид Николаевич Москвин | Method of and device for mass transfer |
| RU2109555C1 (en) * | 1996-12-25 | 1998-04-27 | Алексей Николаевич Катрузов | Method of organization of mass transfer and device for its realization |
| WO2005044415A2 (en) * | 2003-10-31 | 2005-05-19 | Ceramen Corporation | Membrane devices for pervaporation, gas separations, and perstraction with permeate and sweep fluid conduit and method of use |
| RU2333443C2 (en) * | 2003-04-11 | 2008-09-10 | Норск Хюдро Аса | Method and device for channel lead-in of two fluids within multichannel monolithic structure, their channel distributions and lead-out, and application of multichannel monolithic structure |
-
2008
- 2008-12-01 RU RU2008148049/15A patent/RU2392038C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2023488C1 (en) * | 1991-08-14 | 1994-11-30 | Леонид Николаевич Москвин | Method of and device for mass transfer |
| RU2109555C1 (en) * | 1996-12-25 | 1998-04-27 | Алексей Николаевич Катрузов | Method of organization of mass transfer and device for its realization |
| RU2333443C2 (en) * | 2003-04-11 | 2008-09-10 | Норск Хюдро Аса | Method and device for channel lead-in of two fluids within multichannel monolithic structure, their channel distributions and lead-out, and application of multichannel monolithic structure |
| WO2005044415A2 (en) * | 2003-10-31 | 2005-05-19 | Ceramen Corporation | Membrane devices for pervaporation, gas separations, and perstraction with permeate and sweep fluid conduit and method of use |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112017005224T5 (en) | 2016-10-14 | 2019-07-11 | Rosneft Oil Company (Rosneft) | Process for extracting components from gas mixtures by pertraction on nanoporous membranes |
| US10828599B2 (en) | 2016-10-14 | 2020-11-10 | Rosneft Oil Company (Rosneft) | Method of extracting components of gas mixtures by pertraction on nanoporous membranes |
| DE112017005224B4 (en) | 2016-10-14 | 2021-11-11 | Rosneft Oil Company (Rosneft) | Process for extracting components from gas mixtures by pertraction on nanoporous membranes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2396360A1 (en) | Apparatus and method for forming materials | |
| CN105102381B (en) | The board-like positive osmosis system of immersion | |
| US9156001B2 (en) | Method and apparatus for further purifying ultrapure water | |
| AR047043A1 (en) | METHODS OF ENRICHMENT IN MOTHER CELLS THROUGH THE USE OF TANGENTIAL FLOW FILTRATION DEVICES | |
| ES2460016T3 (en) | Apparatus and method for the dissolution of ozone in water and catalytic oxidation | |
| EP3031515A1 (en) | Degassing membrane for dialysis | |
| DE502004012342D1 (en) | Method and device for separating and removing gas bubbles from liquids | |
| KR101716198B1 (en) | Desalinization apparatus and method | |
| CA2442221A1 (en) | Apparatus and method for treatment of water | |
| TWI714147B (en) | Forward osmosis performance improved membrane apparatus and method of separating solution using the same | |
| US20160136590A1 (en) | Gas/liquid mixing apparatus | |
| JP2008510142A5 (en) | ||
| RU2392038C1 (en) | Device for mass exchange between liquid and gas phase | |
| CN106434304A (en) | A microdevice for removing cryoprotectants from cells | |
| EA200870033A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR SEPARATING WATER FROM A STREAM CONTAINING WATER AND HYDROCARBON AND FOR WATER DISTRIBUTION IN THE OPERATIONAL WELL | |
| Mavrov et al. | An investigation on the configuration of inserts in tubular ultrafiltration module to control concentration polarization | |
| CN111491713B (en) | Method and apparatus for generating active clusters of oxygen and/or nitrogen in liquid solution or in gaseous form | |
| CN101218181A (en) | Apparatus and method for preparing oxygen water | |
| RU82577U1 (en) | DEVICE FOR DEEP AND CONTINUOUS CLEANING OF HIGH PURITY WATER FROM DISSOLVED OXYGEN | |
| RU92360U1 (en) | DEVICE FOR IMPLEMENTING MASS TRANSFER | |
| US20200246724A1 (en) | Combined Degassing and Circulation of Liquid | |
| KR20150135593A (en) | Seawater desalinating apparatus and method of the same | |
| ES2748782T3 (en) | Osmotic distillation procedure for the concentration of a liquid containing sodium chloride | |
| US20210155888A1 (en) | Bioreactor with filter unit and method for treating a cell broth | |
| US20170136389A1 (en) | Degassing liquid eluent of a preparative sfc fluid chromatography system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171202 |