التكنولوجيا

التكنولوجيا الغشائية

أساس تكنولوجيا فصل الغزات بالتكنولوجيا الغشائية هو بلا شك الغشاء، الذي تتم بواسطته فصل الغازات. فالأغشية الحديثة لفصل الغازات ليست بأي حال من الأحوال مجرد صفيحة مبسطة أو شريط، بل هي عبارة عن ألياف ذات تجويف.
تكنولوجيا فصل الغازات بواسطة الحرارة عالية البرودة معروفة منذ زمن بعيد . فمبدأ عمل منصات التبريد العالي يقوم على تسييل الهواء ليتم فصله إلى نيتروجين وأوكسجين وأرغون. وتسمى هذه الطريقة لفصل الهواء بطريقة التبريد العميق — deep chilling في البداية يتم ضغط الهواء بواسطة المضخة، وبعد مروره خلال المشتّتات الحرارية يتمدّد داخل آلة التبريد — expansion machine gas أو من خلال صمام خانق — throttle valve . وفي النتيجة يتم تبريده لدرجة حرارة 93°К متحولا بذلك إلى سائل. المرحلة التالية لفصل الهواء المسيَل، والمكوّن بالأصل من نيتروجين سائل وأوكسجين سائل، تقوم على أساس الفرق في درجة الغليان لمكوناته، فدرجة غليان الأوكسجين — 90,18°К، بينما درجة غليان النيتروجين — 77,36°К.
مع حدوث عملية التبخر التدريجي للهواء المسال، كقاعدة يبدأ تبخر النيتروجين، بينما يتشبع السائل المتبقى بالأوكسجين. ومع تكرار هذه العملية عدة مرات على أطباق التقطير لأعمدة فصل الهواء، نحصل على غازات الأوكسجين والنيتروجين والأرغون السائلة وبدرجة النقاوة المطلوبة. الألياف. ويستخدم في التكنولوجيا الغشائية لفصل الغازات غشاء من أشباه الألياف الحديثة، والتي تتكون بدورها من ألياف البوليمير المسامية زود سطحها الخارجي بطبقة لفصل الغازات. الألياف المسامية تمتاز بتركيبة غير متناسقة، وتزداد فيها كثافة البوليمير كلما إقترب من من السطح الخارجي. إستخدام الوسائد المسامية ذات التركيبة غير المتناسقة يتيح فصل الغاز في ظروف ضغط مرتفع يصل إلى (6.5 MPa). ولا تزيد سماكة طبقة الألياف عن 0.1 MKM ، الأمر الذي يضمن للغازات درجة نفاذ عالية من خلال الغشاء البوليميرى. مستوى التطور التكنولوجي الموجود يسمح بتصنيع بوليمير يتمتع بدرجة إنتقاء عالية عند فصل مختلف الغازات، والذي من الطبيعي أن يوفر النقاوة العالية للغازات الناتجة. الوحدة الغشائية الحديثة ، المستحدمة في تكنولوجيا الفصل الغشائي للغازات، تتكون من خراطيش غشائية قابلة للإستبدال و هيكل مجسم، وتصل كثافة الألياف المحصورة إلى 500–700 متر مربع في المتر المربع الواحد ، مما يتيح إمكانية تقليص حجم منصات فصل الغاز.

رسم تخطيطي لخرطوشة فصل الغازات

مجسم الوحدة الغشائية يمتلك إنبوبا لدخول مزيج الغاز الخام، وأنبوبين آخرين لخروج الغازات الناتجة.

عملية فصل مزيج الغزات التي تتم بواسطة التكنولوجيا الغشائية تجري على حساب فرق الضغط الجزئي بين السطحين الخارجي والداخلي للغشاء المكوّن من أشباه الألياف. والغازات التي تمر "بسرعة" من خلال الغشاء البوليميري ( مثل , H₂, CO₂, O₂, بحار الماء، والكربوهيدراتات العالية) ، تصب داخل الألياف، وتخرج من الخرطوشة الغشائية من خلال واحد من أنبوبي الخروج . أما الغازات التي تمر عبر الغشاء "ببطء" (مثل CO, N₂, CH₄ ) ، فتخرج من الوحدة الغشائية من خلال أنبوب الخروج الثاني.

Gas Penetration Rate through Membrane Material

Membrane Based Gas Separation Process

	Schematic presentation of the membrane cartridge operation
	Dependence of the membrane module capacity on the nitrogen purity at various pressures
	Dependence of the nitrogen purity on the membrane module inlet and outlet streams ratio at various pressures

Flow Diagram of Membrane Plants Operation

	Membrane nitrogen plant
	Membrane oxygen plant

Economic Expediency of Membrane Technology Application

	Economic expediency of the membrane technology application for nitrogen production (N2)
	Economic expediency of the membrane technology application for oxygen production (O2)
	Economic expediency of the membrane technology application for hydrogen production (H2)