2.2. Gázok transzportja membránpórusokon keresztül

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A membrános szakirodalomban az alkalmazott membrán pórusméretétől függően háromféle áramlást szoktak megkülönböztetni (2.2. ábra).
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

2.2. ábra. Áramlási minták különböző pórusméretű membránok esetében
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A nagyobb méretű pórusok esetén a gázok molekulái szabadon áramolnak át a pórusokon, sebességük között nincs különbség. A nagyon kicsi pórusokat tartalmazó membránok ún. molekuláris szitaként működnek, és szinte kizárólag a póruson átférő, apró gázmolekulák (például hidrogén) jutnak át, jellemzően elég alacsony fluxussal. A két „véglet” között helyezkedik el az ún. Knudsen-áramlás, ahol a pórusok mérete hasonló a gázmolekulák átlagos szabad úthosszához, így a gázmolekulák viszonylag gyakran beleütköznek a pórus falába. Ezért átjutási sebességük már eltérő lesz, s ez az alapja az elválasztásnak.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

Knudsen-áramlás esetén az i-edik komponens membránon keresztüli áramlási sebességét a következő egyenlettel szokták leírni (Mulder, 1996):
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

(2.4)
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

ahol Joi az i-edik komponens fluxusa, so a pórus keresztmetszete, Ni az i-edik komponens móltörtje, r a pórus sugara, Dk a Knudsen-féle diffúziós koefficiens, Δp a nyomáskülönbség a membrán két oldalán, R a gázkonstans, T a hőmérséklet, τ a tortuozitás és l a membrán vastagsága.. A Dk értékét a következőképpen szokták meghatározni:
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

(2.5)
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

ahol M a molekula tömege.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A fenti egyenletekből jól látszik, hogy az áramlás fordítottan arányos a molekulatömeg négyzetgyökével, s ez az egyetlen paraméter, amely meghatározza a fluxust adott membrán és nyomáskülönbség esetén. Így két gáz szeparációját a Knudsen-áramlás mechanizmusa szerint – ahogy a Graham-féle diffúziónál is láttuk – a két molekulatömeg négyzetgyökének aránya határozza meg.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A Knudsen-féle szeparációs faktor (α*) értékéről (Keizer, 1995) mutat néhány adatot a 2.1. táblázat. Látható, hogy ezek a számok meglehetősen kicsik. Nagyobb szeparációs faktor csak kaszkádrendszerű üzemmódban érhető el, ez azonban csak akkor lehet igazán gazdaságos, ha rendkívül drága anyagról van szó.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

2.1. táblázat. Knudsen-féle szeparációs faktorok
Gázelegy
Szeparációs faktor (α*)
238UF6 / 235UF6
1,0043
O2/N2
0,94
CO2/CH4
0,60
H2/CH4
2,83
He/CH4
2,00
H2/N2
3,74
H2/C3H8
4,69
H2/C6H12
6,48
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A Knudsen-áramlásnak azonban van egy másik fontos vetülete is. A nempórusos membránokkal történő gázszeparáció során, ha kompozit membránt használnak (ahol a sűrű aktív réteget pórusos támasztóréteg tartja), a pórusos rétegben fellépő Knudsen-áramlás hozzájárulhat az összáramláshoz.
Tartalomjegyzék navigate_next
Keresés a kiadványban navigate_next

A kereséshez, kérjük, lépj be!
Könyvjelzőim navigate_next
A könyvjelzők használatához
be kell jelentkezned.
Jegyzeteim navigate_next
Jegyzetek létrehozásához
be kell jelentkezned.
    Kiemeléseim navigate_next
    Mutasd a szövegben:
    Szűrés:

    Kiemelések létrehozásához
    MeRSZ+ előfizetés szükséges.
      Útmutató elindítása
      delete
      Kivonat
      fullscreenclose
      printsave