408 ÂÅÑÒÍ. ÌÎÑÊ. ÓÍ-ÒÀ. ÑÅÐ. 2. ÕÈÌÈß. 1999. Ò. 40. ¹ 6 ÐÀÄÈÎÕÈÌÈß ÓÄÊ 539.217.5: 66.077 ÈÍÒÅÃÐÈÐÎÂÀÍÍÛÅ ÌÅÌÁÐÀÍÍÛÅ ÑÈÑÒÅÌÛ Ñ ÏÎÄÂÈÆÍÛÌ ÆÈÄÊÈÌ ÍÎÑÈÒÅËÅÌ È. Í. Áåêìàí, Ä. Ã. Áåññàðàáîâ*, Ð. Ä. Ñàíäåðñîí* (êàôåäðà ðàäèîõèìèè) Ðàññìîòðåíû ïåðñïåêòèâû èñïîëüçîâàíèÿ èíòåãðèðîâàííûõ ìåìáðàííûõ ñèñòåì äëÿ èíòåíñèôèêàöèè ïðîöåññîâ ðàçäåëåíèÿ ìíîãîêîìïîíåíòíûõ ãàçîâûõ ñìåñåé. Îñíîâíîå âíèìàíèå óäåëåíî ìåòîäè÷åñêîìó îáåñïå÷åíèþ ðàçðàáîòîê äâóõ òèïîâ ìåìáðàííûõ êîíòàêòîðîâ: ìåìáðàííîãî ïåðìàáñîðáåðà è ñåëåêòèâíîãî ìåìáðàííîãî çàòâîðà ñ ïîäâèæíûì æèäêèì íîñèòåëåì. Ïîêàçàíî, ÷òî ñîâìåùåíèå â îäíîì óñòðîéñòâå íåñêîëüêèõ ðàçëè÷íûõ ñïîñîáîâ ðàçäåëåíèÿ ïîçâîëÿåò ñîõðàíèòü òàêèå èçâåñòíûå ïðåèìóùåñòâà ìåìáðàííîé òåõíîëîãèè, êàê êîìïàêòíîñòü è ãèáêîñòü, äîïîëíèâ èõ âûñîêîé ñåëåêòèâíîñòüþ, õàðàêòåðíîé äëÿ àáñîðáöèîííîãî ìåòîäà. Ïðåèìóùåñòâà ìåìáðàííûõ àáñîðáåðîâ ñ ïîäâèæíûì æèäêèì íîñèòåëåì ïðîäåìîíñòðèðîâàíû íà ïðèìåðàõ ðàçäåëåíèÿ áèîãàçà, âîçäóõà, îòäåëåíèÿ îëåôèíîâ îò ïàðàôèíîâ è äð. Ñîâðåìåííàÿ õèìè÷åñêàÿ òåõíîëîãèÿ áàçèðóåòñÿ íà îáúåäèíåíèè õèìè÷åñêèõ, áèîëîãè÷åñêèõ è ôèçè÷åñêèõ êîìïîíåíòîâ â åäèíóþ ñèñòåìó, à òàêæå íà îïòèìàëüíîì óïðàâëåíèè äèíàìèêîé ìàññîïåðåíîñà âñåõ âåùåñòâ.  ìåìáðàííîé èíòåãðèðîâàííîé ñèñòåìå (ÌÈÑ) ñî÷åòàþòñÿ â îäíîì óñòðîéñòâå ìåòîäû ìåìáðàííîé òåõíîëîãèè è äðóãèå ñïîñîáû ðàçäåëåíèÿ âåùåñòâ [1, 2].  íàñòîÿùåé ðàáîòå ðàññìîòðåíû ñóùåñòâóþùèå òèïû ÌÈÑ ñ ïîäâèæíûì æèäêèì íîñèòåëåì è ñïîñîáû èõ èñïîëüçîâàíèÿ äëÿ èíòåíñèôèêàöèè ïðîöåññîâ ðàçäåëåíèÿ ìíîãîêîìïîíåíòíûõ ñìåñåé ãàçîâ. Îñíîâíîå ïðåèìóùåñòâî ÌÈÑ ñ ïîäâèæíûì íîñèòåëåì çàêëþ÷àåòñÿ â âîçìîæíîñòè ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàçäåëåíèÿ êîìïîíåíòîâ ñìåñè âåùåñòâ. ×àñòíûì ñëó÷àåì ÌÈÑ ÿâëÿåòñÿ ìåìáðàííûé êîíòàêòîð (ÌÊ), ïîçâîëÿþùèé ñîâìåùàòü ñ ìåìáðàííûìè òàêèå ïðîöåññû ðàçäåëåíèÿ, êàê àáñîðáöèÿ è ýêñòðàêöèÿ. Ðàáî÷èé ýëåìåíò ÌÊ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìíîãîñëîéíûé «ñàíäâè÷» c íåïîäâèæíûìè è ïîäâèæíûìè ñëîÿìè [3, 4]. Ïîäâèæíàÿ ìåìáðàíà, ðàçäåëÿþùàÿ âåùåñòâà, íàõîäÿùèåñÿ â ðàçëè÷íûõ ôàçîâûõ ñîñòîÿíèÿõ (ãàç æèäêîñòü, ãàç òâåðäîå òåëî, æèäêîñòü òâåðäîå òåëî), ìîæåò ïðåäñòàâëÿòü ñîáîé ñëîé ãàçà èëè æèäêîñòè, òêàíü èëè ôîëüãó.  çàâèñèìîñòè îò òèïà ïîäâèæíîé ìåìáðàíû ðàçëè÷àþò òàêèå àïïàðàòû, êàê ìåìáðàííûé àäñîðáåð, â êîòîðîì ðàáî÷èì ýëåìåíòîì ÿâëÿåòñÿ äâèæóùàÿñÿ òêàíü, èçãîòîâëåííàÿ èç âîëîêîííîãî àäñîðáåíòà, è ìåìáðàííûé àáñîðáåð, â êîòîðîì ðàáî÷èì ýëåìåíòîì ÿâëÿåòñÿ ñëîé òåêóùåé æèäêîñòè, ñåëåêòèâíî ïîãëîùàþùèé îäèí èç êîìïîíåíòîâ ãàçîâîé ñìåñè. Ýòè ÌÊ ïðèìåíÿþò äëÿ ðàçäåëåíèÿ ìíîãîêîìïîíåíòíûõ ãàçîâûõ ñìåñåé.  ìåìáðàííûõ ýêñòðàêòîðàõ èñïîëüçóþò ïîäâèæíûé ñëîé æèäêîãî ýêñò* Ñòåëëåíáîøñêèé óíèâåðñòåò, ÞÀÐ, õèìè÷åñêèé ôàêóëüòåò. Ðèñ. 1. Áëîê-ñõåìà ìåìáðàííîé èíòåãðèðîâàííîé ñèñòåìû ñ ïîäâèæíûì íîñèòåëåì (òâåðäûì, æèäêèì èëè ãàçîîáðàçíûì): I àäñîðáåð, II äåñîðáåð ðàãåíòà (ðàñòâîð, ðàñïëàâ ñîëåé), ñåëåêòèâíî èçâëåêàþùèé ÷åðåç íåïîäâèæíóþ ìåìáðàíó ìèêðîêîìïîíåíòû (íàïðèìåð, òÿæåëûå ìåòàëëû, ñëåäû îðãàíè÷åñêèõ ðàñòâîðèòåëåé è ò.ï.) èç ðàñòâîðîâ è ðàñïëàâîâ. Ìåìáðàííûå àáñîðáåðû ïîçâîëÿþò óìåíüøèòü îáúåì îáîðóäîâàíèÿ â 20, à ìåìáðàííûå ýêñòðàêòîðû â 500 ðàç. Îáùàÿ ñõåìà ÌÊ ñ ïîäâèæíûì ñëîåì ïðèâåäåíà íà ðèñ. 1. Àïïàðàòóðà âêëþ÷àåò äâå äèôôóçèîííûå ÿ÷åéêè (I è II). Ïåðâàÿ ÿ÷åéêà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êàìåðó, ðàçäåëåííóþ íà äâå ÷àñòè «ñàíäâè÷åì», ñîñòîÿùèì èç äâóõ íåïîäâèæíûõ ìåìáðàí Ì1è Ì3, ìåæäó êîòîðûìè äâèæåòñÿ ìåìáðàíà (ñëîé) Ì2. Ìåìáðàíû ìîãóò áûòü ïîðèñòûìè (ìåòàëëû, êåðàìèêà, ïîëèìåðû), ñïëîøíûìè (íàïðèìåð, àñèììåòðè÷íûìè ñ òîíêèì ðàáî÷èì ñëîåì) èëè æèäêèìè ÂÅÑÒÍ. ÌÎÑÊ. ÓÍ-ÒÀ. ÑÅÐ. 2. ÕÈÌÈß. 1999. Ò. 40. ¹ 6 èìïðåãíèðîâàííûìè ìåìáðàíàìè. Íåïîäâèæíûå ìåìáðàíû «ñàíäâè÷à» ìîãóò áûòü îäíîãî òèïà, íî ìîãóò áûòü è ðàçíûìè. Ïîäâèæíûé ñëîé Ì2 ìîæåò áûòü ãàçîì, æèäêîñòüþ (â òîì ÷èñëå ðàñïëàâîì) èëè òâåðäûì ìàòåðèàëîì (ïîëèìåð, àäñîðáåíò). Êàìåðû 1à è 1b ïðîìûâàþò ëèáî ãàçàìè (÷èñòûìè èëè ñìåñüþ), ëèáî æèäêîñòÿìè (ðàñòâîð, ðàñïëàâ), ëèáî ñìåñüþ ãàç æèäêîñòü.  îáùåì ñëó÷àå ñîñòàâ ñìåñåé âåùåñòâ â êàìåðàõ 1à è 1b ðàçëè÷åí.  õîäå ýêñïëóàòàöèè àïïàðàòà ñìåñè ðàçäåëÿåìûõ âåùåñòâ â ýòèõ êàìåðàõ èëè íåïîäâèæíû, èëè ïåðåìåùàþòñÿ âäîëü ïîâåðõíîñòåé «ñàíäâè÷à». ×àñòî èñïîëüçóþò ðåæèì, â êîòîðîì îäíà èç êàìåð 1à èëè 1b íåïðåðûâíî âàêóóìèðóåòñÿ. Ïðè ïåðåðàáîòêå ñìåñè ãàçîâ îáùèå äàâëåíèÿ â êàìåðàõ 1à è 1b ïîääåðæèâàþò ïîñòîÿííûìè èëè èçìåíÿþò âî âðåìåíè ïî îïðåäåëåííîìó çàêîíó. Ïðè ýêñïëóàòàöèè óñòðîéñòâà ðàçëè÷àþò ñëåäóþùèå ðåæèìû: ñîðáöèîííûé, êàòàëèòè÷åñêèé è ðåæèì ïðîíèöàåìîñòè.  ñîðáöèîííîì âàðèàíòå â êàìåðû 1à è 1b ïîäàåòñÿ îäèíàêîâàÿ ñìåñü âåùåñòâ, êîìïîíåíòû êîòîðîé äèôôóíäèðóþò ñêâîçü íåïîäâèæíûå ìåìáðàíû, ïîãëîùàþòñÿ ñëîåì M2 è óíîñÿòñÿ â êàìåðó II.  ðåæèìå ïðîíèöàåìîñòè ðàçäåëÿåìàÿ ñìåñü ïîäàåòñÿ â îäíó èç êàìåð, â òî âðåìÿ êàê äðóãàÿ ïðîìûâàåòñÿ ãàçîì-íîñèòåëåì èëè íåïðåðûâíî âàêóóìèðóåòñÿ. Ïðè ýòîì ðàçäåëÿåìàÿ ñìåñü âåùåñòâ ñåëåêòèâíî äèôôóíäèðóåò ñêâîçü ìåìáðàíó Ì1 â ïîäâèæíûé ñëîé. Áûñòðî äèôôóíäèðóþùèå è ïëîõî ðàñòâîðèìûå â âåùåñòâå ïîäâèæíîé ìåìáðàíû êîìïîíåíòû ñìåñè ïðîõîäÿò «ñàíäâè÷» íàñêâîçü è ÷åðåç ìåìáðàíó Ì3 âûäåëÿþòñÿ â êàìåðó 1b. Ìåäëåííî äèôôóíäèðóþùèå è õîðîøî ðàñòâîðèìûå êîìïîíåíòû ñìåñè ôëþèäîâ óâëåêàþòñÿ ïîäâèæíîé ìåìáðàíîé â ÿ÷åéêó II. Êîíâåðñèÿ âåùåñòâ ðåàëèçóåòñÿ òðåìÿ ñïîñîáàìè.  ñîðáöèîííîì ðåæèìå èñõîäíàÿ ñìåñü ïîäàåòñÿ íà îáå ïîâåðõíîñòè «ñàíäâè÷à». Ïîä äåéñòâèåì êàòàëèçàòîðîâ â ìåìáðàíàõ Ì1, Ì2 è Ì3 êîìïîíåíòû ñìåñè íà÷èíàþò âçàèìîäåéñòâîâàòü äðóã ñ äðóãîì èëè ñ àêòèâíûìè öåíòðàìè ìåìáðàí.  õîäå ðåàêöèîííîé äèôôóçèè ïðîèñõîäèò êàê ðàçäåëåíèå êîìïîíåíòîâ ñìåñè ôëþèäîâ, òàê è èõ ïåðåðàáîòêà â äðóãèå âåùåñòâà.  ðåæèìå ïðîíèöàåìîñòè ðåàêöèîííàÿ ñìåñü ïîäàåòñÿ íà îäíó èç ñòîðîí «ñàíäâè÷à».  ðåæèìå âñòðå÷íîé äèôôóçèè ó÷àñòíèêè ðåàêöèè ïîñòóïàþò íà ðàçíûå ïëîñêîñòè «ñàíäâè÷à». Îíè äèôôóíäèðóþò ñêâîçü íåïîäâèæíûå ìåìáðàíû, âñòðå÷àþòñÿ è ðåàãèðóþò äðóã ñ äðóãîì â âåùåñòâå êàòàëèòè÷åñêè àêòèâíîãî ïîäâèæíîãî ñëîÿ. Ïðîäóêòû ðåàêöèè ÷àñòè÷íî âûäåëÿþòñÿ ñêâîçü ìåìáðàíû Ì1 è Ì3, ÷àñòè÷íî óíîñÿòñÿ â ÿ÷åéêó II.  áàçîâîì ðåæèìå ýêñïëóàòàöèè îáîðóäîâàíèÿ êîíöåíòðàöèÿ âåùåñòâà íà âõîäå â ÿ÷åéêó I ïîääåðæèâàåòñÿ ïîñòîÿííîé. Íî èíîãäà èñïîëüçóþòñÿ è íåñòàöèîíàðíûå ðåæèìû [5, 6]. Íàïðèìåð, â èìïóëüñíîì âàðèàíòå íà âõîä «ñàíäâè÷à» ðàçäåëÿåìàÿ ñìåñü ïîäàåòñÿ â âèäå ïðÿìîóãîëüíîãî èìïóëüñà èëè ñåðèè èìïóëüñîâ.  ìåòîäå êîíöåíòðàöèîííûõ âîëí êîíöåíòðàöèÿ ñìåñè èçìåíÿåòñÿ âî âðåìåíè ïî ñèíóñîèäàëüíîìó çàêîíó. Âîçìîæíî îñóùåñòâëåíèå âñòðå÷íîé äèôôóçèè êîìïîíåíòîâ â ðåæèìå äâóõ èíòåðôåðèðóþùèõ êîíöåíòðàöèîííûõ âîëí, êàæäàÿ ñî ñâîåé ÷àñòîòîé, àìïëèòóäîé è ñäâèãîì ôàçû. Äðóãîé 409 íåñòàöèîíàðíûé âàðèàíò ïîñòîÿííàÿ êîíöåíòðàöèÿ ãàçîâîé ñìåñè ïðè èçìåíÿþùåéñÿ âî âðåìåíè (íàïðèìåð, ïóëüñèðóþùåé) ñêîðîñòè äâèæåíèÿ ïîäâèæíîãî êîìïîíåíòà èëè ãàðìîíè÷åñêîå êîëåáàíèå êîíöåíòðàöèè àêòèâíîãî êîìïîíåíòà â ïîäâèæíîì ñëîå. Ýôôåêòèâíî ñî÷åòàíèå êîíöåíòðàöèîííûõ âîëí ðàçäåëÿåìîé ñìåñè ñ êîíöåíòðàöèîííûìè âîëíàìè â ïîäâèæíîì ñëîå. Äèôôóçèîííàÿ ÿ÷åéêà II (äåñîðáåð) òàêæå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êàìåðó, ðàçäåëåííóþ «ñàíäâè÷åì» íà äâå ïîëîâèíû (2à è 2b). Íåïîäâèæíûå ìåìáðàíû Ì4 è Ì5 îòëè÷àþòñÿ êàê äðóã îò äðóãà, òàê è îò ìåìáðàí Ì1 è Ì3. Ïîäâèæíûé íîñèòåëü èìååò òîò æå ñîñòàâ, ÷òî è â ÿ÷åéêå I, õîòÿ èçâåñòíû óñòðîéñòâà, ãäå äëÿ àáñîðáåðà è äåñîðáåðà èñïîëüçóþò ðàçëè÷íûå íîñèòåëè. Ïëîùàäè ìåìáðàí â ÿ÷åéêàõ I è II, êàê ïðàâèëî, ðàçíûå. Ñêîðîñòü äâèæåíèÿ ïîäâèæíîãî ñëîÿ â ÿ÷åéêå II ìîæåò îòëè÷àòüñÿ îò ñêîðîñòè åãî äâèæåíèÿ â ÿ÷åéêå I. Òåìïåðàòóðû ÿ÷ååê òàêæå íå îäèíàêîâû ( ÒII ≠ ÒI ). Îáû÷íî äåñîðáöèîííàÿ ÿ÷åéêà II ðàáîòàåò â ðåæèìå äåãàçàöèè (ïðè ðàáîòå ñ ãàçîîáðàçíûìè ñìåñÿìè ôëþèäîâ) ëèáî â ðåæèìå ðåýêñòðàêöèè (ðàçäåëåíèå ñìåñè æèäêîñòè). Îñíîâíîå íàçíà÷åíèå ÿ÷åéêè II èçâëå÷åíèå öåëåâûõ êîìïîíåíòîâ èç æèäêîãî íîñèòåëÿ, î÷èñòêà åãî îò ïîñòîðîííèõ âåùåñòâ è ïîëó÷åíèå êîíå÷íûõ ïðîäóêòîâ. Äàâëåíèå ãàçîâ â êàìåðàõ 2à è 2b ðàçëè÷íî, íî â îáîèõ ñëó÷àÿõ, êàê ïðàâèëî, ïîääåðæèâàåòñÿ íèçêèì è ïîñòîÿííûì. Ïðè ðàáîòå ñî ñìåñÿìè æèäêîñòåé ðåýêñòðàêöèþ ïðîâîäÿò â ïîòîêàõ ñïåöèàëüíûì îáðàçîì ïîäîáðàííûõ æèäêîñòåé (ðàçíûõ ñ ðàçíûõ ñòîðîí «ñàíäâè÷à»).  ïðîòî÷íîì ðåæèìå ðàáîòû ÌÀ ïîäâèæíûé ñëîé óíîñèò êîìïîíåíòû ðàçäåëÿåìîé ñìåñè èç ÿ÷åéêè I â ÿ÷åéêó II, ãäå îíè îòäåëÿþòñÿ îò íîñèòåëÿ. Ïðè ýòîì ñàì íîñèòåëü óäàëÿåòñÿ èç ñèñòåìû.  öèðêóëÿöèîííîì ðåæèìå ïîäâèæíûé íîñèòåëü ïîñëå âûõîäà èç ÿ÷åéêè II ñíîâà ïîäàåòñÿ íà âõîä ÿ÷åéêè I. Öèðêóëÿöèîííûé ðåæèì ïîçâîëÿåò ýêîíîìèòü âåùåñòâî íîñèòåëÿ. ÌÊ ñ ïîäâèæíûì ñëîåì îáëàäàåò áîëüøèì ÷èñëîì ñòåïåíåé ñâîáîäû, ÷òî îáåñïå÷èâàåò åãî òåõíîëîãè÷åñêóþ ãèáêîñòü.  õîäå îïòèìèçàöèè óñòðîéñòâà âîçìîæåí ïîäáîð ïÿòè òèïîâ ìåìáðàí, äâóõ çíà÷åíèé òåìïåðàòóð, ïëîùàäåé ïîâåðõíîñòè è äëèí «ñàíäâè÷åé», òîëùèí ïÿòè ìåìáðàí, ÷åòûðåõ çíà÷åíèé äàâëåíèé â êàìåðàõ è ò.ï. Íî îñîáåííî öåííîé ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü îáåñïå÷åíèÿ ðàçëè÷íûõ ìåõàíèçìîâ ñîðáöèè, ðàñòâîðåíèÿ è äèôôóçèè íèçêîìîëåêóëÿðíûõ âåùåñòâ â ðàáî÷èõ ýëåìåíòàõ. Ìåìáðàííûé ïåðìàáñîðáåð (ÌÏÀ) ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ðàçäåëåíèÿ ñìåñè äâóõ ãàçîâ è ñîñòîèò èç äâóõ ÿ÷ååê (àáñîðáöèîííîé è äåñîðáöèîííîé), ìåæäó êîòîðûìè öèðêóëèðóåò æèäêèé àáñîðáåíò (ðèñ. 2) [711]. Óñòðîéñòâî ñíàáæåíî ñïåöèàëüíîé êàìåðîé äëÿ ðåãåíåðàöèè íîñèòåëÿ. Íàëè÷èå áàéïàñíîé ëèíèè ïîçâîëÿåò ðàáîòàòü ñ ðàçëè÷íûìè ñêîðîñòÿìè äâèæåíèÿ ïîäâèæíîãî ñëîÿ â àáñîðáåðå è äåñîðáåðå èëè âîîáùå îòêëþ÷èòü äåñîðáåð. Îãðàíè÷èìñÿ ñëó÷àåì èñïîëüçîâàíèÿ äâóõ îäèíàêîâûõ àñèììåòðè÷íûõ ïîëèìåðíûõ ìåìáðàí. Àñèììåòðè÷íàÿ ìåìáðàíà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé òîíêèé ñïëîøíîé ðàáî÷èé ñëîé (òîëùèíà ñëîÿ 0.5 ìê), ðàñïîëîæåííûé íà ïîðèñòîé ïîäëîæêå òîëùèíîé 100 ìê.  àñèììåòðè÷íîé ìåìáðàíå ñ íåïîðèñòûì ðàáî÷èì ñëîåì äèôôóçèîííîãî 410 Ðèñ. 2. Ñõåìà ìåìáðàííîãî ïåðìàáñîðáåðà: 1 àáñîðáöèîííàÿ ÿ÷åéêà; 2 äåñîðáöèîííàÿ ÿ÷åéêà; 3 öèðêóëÿöèîííûé íàñîñ; 4 íàãðåâàòåëü æèäêîñòè; 5 îõëàäèòåëü æèäêîñòè; 6 ñèñòåìà ðåãåíåðàöèè æèäêîãî íîñèòåëÿ òèïà êàê ñëîé, òàê è ïîäëîæêà èçãîòàâëèâàþòñÿ èç îäíîãî è òîãî æå ïîëèìåðà, íàïðèìåð ïîëèâèíèëòðèìåòèëñèëàíà (ÏÂÒÌÑ). Èñõîäíàÿ ñìåñü ãàçîâ ïðîõîäèò íàä ïîëèìåðíîé ìåìáðàíîé â àáñîðáöèîííîé ÿ÷åéêå. Íàèáîëåå ëåãêî ïðîíèêàþùèé êîìïîíåíò ãàçîâîé ñìåñè ñåëåêòèâíî äèôôóíäèðóåò ÷åðåç ïîëèìåðíóþ ìåìáðàíó â äâèæóùóþñÿ ïîä íåé æèäêîñòü, ïîãëîùàåòñÿ ýòîé æèäêîñòüþ è óíîñèòñÿ åþ â äåñîðáöèîííóþ ÿ÷åéêó. Äåãàçàöèÿ æèäêîñòè ïðîõîäèò â äåñîðáöèîííîé ìåìáðàííîé ÿ÷åéêå ÷åðåç âòîðóþ ïîëèìåðíóþ ìåìáðàíó. Èç äåñîðáåðà âûõîäèò â îñíîâíîì âûñîêîïðîíèöàåìûé êîìïîíåíò ãàçîâîé ñìåñè (äåñîðáàò). Ïëîõî ïðîíèêàþùèé êîìïîíåíò ãàçîâîé ñìåñè óäàëÿåòñÿ èç àáñîðáöèîííîé ÿ÷åéêè (ðåòåíòàò). Ôåíîìåíîëîãè÷åñêàÿ òåîðèÿ ñåëåêòèâíîé äèôôóçèè ïîäðîáíî ðàññìîòðåíà â ðàáîòàõ [2, 12, 13]. Ïîêàçàíî, ÷òî â ìåìáðàííîì àáñîðáåðå ïðîòî÷íîãî ðåæèìà ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîãî íîñèòåëÿ, ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñíà÷àëà óâåëè÷èâàåòñÿ, äîñòèãàåò ìàêñèìóìà è çàòåì ìåäëåííî ïàäàåò. Ôàêòîð ðàçäåëåíèÿ α çàâèñèò îò ñêîðîñòè äâèæåíèÿ íîñèòåëÿ, ñóùåñòâóåò ñêîðîñòü, ïðè êîòîðîé ôàêòîð ðàçäåëåíèÿ äîñòèãàåò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ. Ïîëîæåíèå ìàêñèìóìà çàâèñèò îò âåëè÷èíû êîíñòàíòû ðàñòâîðèìîñòè öåëåâîãî ãàçà â æèäêîé ñðåäå, à åãî àáñîëþòíîå çíà÷åíèå îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíîé ïîòîêà ïåíåòðàíòà ÷åðåç ìåìáðàíó. Ñóùåñòâóþò äâå ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîñòè, ïðè êîòîðûõ ôàêòîð ñåëåêòèâíîñòè ðàâåí åäèíèöå, ò.å. ðàçäåëåíèÿ ãàçîâ íå ïðîèñõîäèò. Ïðè ìîíîòîííîì óâåëè÷åíèè ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîãî íîñèòåëÿ ïðîöåññ ðàçäåëåíèÿ ïðåòåðïåâàåò èíâåðñèþ. Ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ íîñèòåëÿ ïîòîê íà âûõîäå ÌÏÀ îáîãàùåí ãàçîì B, ïðè ñðåäíèõ ñêîðîñòÿõ ãàçîì A, à ïðè âûñîêèõ ãàçîì Á. Ïðè ñêîðîñòÿõ, ñïîñîáñòâóþùèõ îáîãàùåíèþ âûõîäíîãî ïðîäóêòà ãàçîì Â, ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ÌÏÀ î÷åíü ìàëà. Åñëè æèäêîñòü íåñïîñîáíà äåëèòü ãàçîâóþ ñìåñü (êîíñòàíòû ðàñòâîðèìîñòè ãàçîâ â æèäêîñòè îäèíàêîâû), òî ÌÏÀ âñå æå ñïîñîáåí îñóùåñòâèòü ðàçäåëåíèå çà ñ÷åò ñåëåêòèâíûõ õàðàêòåðèñòèê ïîëèìåðíîé ìåìáðàíû. Ïðè áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ ÂÅÑÒÍ. ÌÎÑÊ. ÓÍ-ÒÀ. ÑÅÐ. 2. ÕÈÌÈß. 1999. Ò. 40. ¹ 6 íîñèòåëÿ ôàêòîð ñåëåêòèâíîñòè ïðîòî÷íîãî ìåìáðàííîãî àáñîðáåðà ðàâåí êâàäðàòó ñåëåêòèâíîñòè èñõîäíîé ïîëèìåðíîé ìåìáðàíû. B öèðêóëÿöèîííîì ðåæèìå ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ÌÏÀ ñ ðîñòîì ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîãî àáñîðáåíòà óâåëè÷èâàåòñÿ, ñòðåìÿñü ê ïîñòîÿííîìó çíà÷åíèþ. Ñ ðîñòîì ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîãî íîñèòåëÿ ôàêòîð ðàçäåëåíèÿ ìîíîòîííî óìåíüøàåòñÿ, èçìåíÿÿñü îò ðàçäåëèòåëüíîé ñïîñîáíîñòè íîñèòåëÿ äî ðàçäåëèòåëüíîé ñïîñîáíîñòè ïîëèìåðíîé ìåìáðàíû, ò.å. ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ ñåëåêòèâíîñòü ãàçîðàçäåëåíèÿ öèðêóëÿöèîííûì ìåìáðàííûì àáñîðáåðîì îïðåäåëÿåòñÿ òåðìîäèíàìè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè æèäêîé ôàçû, à ïðè âûñîêèõ ñåëåêòèâíûìè ñâîéñòâàìè ïîëèìåðíîé ìåìáðàíû. Åñëè ìåìáðàíà íå ñåëåêòèâíà ê äàííîé ñìåñè ãàçîâ, òî ïðè áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ æèäêîñòè ðàçäåëåíèå íå ïðîèñõîäèò. Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ÌÏÀ â öèðêóëÿöèîííîì ðåæèìå âûøå, ÷åì â ïðîòî÷íîì. Îäíàêî äèàïàçîí èçìåíåíèé ôàêòîðà ñåëåêòèâíîñòè â ïðîòî÷íîì ðåæèìå áîëüøå, ÷åì â öèðêóëÿöèîííîì. Ñåëåêòèâíûé ìåìáðàííûé çàòâîð (ÑÌÇ) ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ðàçäåëåíèÿ ñìåñè òðåõ ãàçîâ [1418]. Îí ñîñòîèò èç äâóõ ìîäóëåé: ïåðìåàòîðà è äåñîðáåðà (ðèñ. 3). Ïåðìåàòîð ðàçäåëåí íà äâå ãàçîâûå êàìåðû äâóìÿ ñåëåêòèâíûìè ïîëèìåðíûìè ìåìáðàíàìè, ìåæäó êîòîðûìè äâèæåòñÿ òîíêèé ñëîé æèäêîãî àáñîðáåíòà. Êîìïîíåíò ãàçîâîé ñìåñè, õîðîøî ðàñòâîðèìûé â æèäêîñòè, óâëåêàåòñÿ åþ â äåñîðáåð. Ãàç, íå ðàñòâîðèìûé â ìåìáðàíå, ïðîõîäèò íàä íåé (ðåòåíòàò), áûñòðî ïðîíèêàþùèé ãàç èäåò ñêâîçü «ñàíäâè÷» (ïåðìåàò), à õîðîøî ðàñòâîðèìûé â æèäêîñòè ãàç óíîñèòñÿ â äåñîðáåð (äåñîðáàò). ÑÌÇ ìîæåò ôóíêöèîíèðîâàòü â ÷åòûðåõ ðåæèìàõ: ïðîòî÷íîì (ñ äåñîðáåðîì èëè áåç íåãî) è öèðêóëÿöèîííîì (ñ äåñîðáåðîì èëè áåç íåãî). Ìàòåìàòè÷åñêèé àïïàðàò ÑÌÇ ïðèâåäåí â ðàáîòàõ [2, 1921].  ïðîòî÷íîì ðåæèìå ïðè áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ æèäêîñòè ïîòîê ãàçà ÷åðåç «ñàíäâè÷» ìîæåò áûòü ïîëíîñòüþ îñòàíîâëåí (çàòâîð çàêðûò). Ïðè óâåëè÷åíèè Ðèñ. 3. Ñõåìà ìåìáðàííîãî ñåëåêòèâíîãî çàòâîðà: 1 ïåðìåàòîð; 2 äåñîðáåð; 3 öèðêóëÿöèîííûé íàñîñ ÂÅÑÒÍ. ÌÎÑÊ. ÓÍ-ÒÀ. ÑÅÐ. 2. ÕÈÌÈß. 1999. Ò. 40. ¹ 6 ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîãî íîñèòåëÿ ôàêòîð ñåëåêòèâíîñòè èçìåíÿåòñÿ îò çíà÷åíèé ñåëåêòèâíîñòè ïîëèìåðíîé ìåìáðàíû äî çíà÷åíèé ñåëåêòèâíîñòè æèäêîñòè.  îòëè÷èå îò îáû÷íîãî ìåìáðàííûé çàòâîð íå òîëüêî óïðàâëÿåò ïîòîêîì ãàçà ñêâîçü íåãî, íî è èçìåíÿåò ñîñòàâ ãàçîâîé ñìåñè. Èçìåíÿÿ ïîòîê æèäêîñòè, ìîæíî èçìåíèòü ñîñòàâ ãàçîâîé ñìåñè íà âûõîäå èç ïåðìåàòîðà è äîñòèãíóòü îïòèìàëüíîãî ñî÷åòàíèÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè è ñåëåêòèâíîñòè. Ïðè ðîñòå ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîñòè ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ÑÌÇ ïî äåñîðáàòó ïàäàåò. ÑÌÇ äåëèò äàæå òå ãàçîâûå ñìåñè, êîìïîíåíòû êîòîðûõ â ñòàöèîíàðíîì ñîñòîÿíèè íå ñåïàðèðóþòñÿ íè ïîëèìåðíûìè ìåìáðàíàìè, íè æèäêîñòüþ. Ðàçäåëåíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ çà ñ÷åò ðàçíèöû â êîýôôèöèåíòàõ äèôôóçèè ãàçîâ â ìàòåðèàëå ìåìáðàíû. Òîò ôàêò, ÷òî ÑÌÇ ïîçâîëÿåò îïåðèðîâàòü äâóìÿ çíà÷åíèÿìè ôàêòîðîâ ñåëåêòèâíîñòè (â ïåðìåàòîðå è äåñîðáåðå), ñóùåñòâåííî ðàñøèðÿåò âîçìîæíîñòè åãî ïðèìåíåíèÿ.  îòëè÷èå îò ïðîòî÷íîãî, â öèðêóëÿöèîííîì ðåæèìå ïîòîê ïåðìåàòà íèêîãäà íå ìîæåò áûòü ïîëíîñòüþ îñòàíîâëåí. Ìàòåìàòè÷åñêèé àïïàðàò íåñòàöèîíàðíîé äèôôóçèè íèçêîìîëåêóëÿðíûõ âåùåñòâ â «àêòèâíûõ» (ò.å. ñïîñîáíûõ ê âçàèìîäåéñòâèþ ñ ïåíåòðàíòîì) ïîëèìåðíûõ ìåìáðàíàõ ïîäðîáíî ðàññìîòðåí â ðàáîòàõ [2225], à ôåíîìåíîëîãè÷åñêàÿ òåîðèÿ ìàññîïåðåíîñà â ïðîòî÷íûõ ìåìáðàííûõ êîíòàêòîðàõ ñ àêòèâíûì æèäêèì íîñèòåëåì â ðàáîòàõ [26, 27].  íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàçðàáîòàíû è èñïûòàíû ïîëóïðîìûøëåííûå ìåìáðàííûå êîíòàêòîðû ðàçëè÷íîãî òèïà. Îñíîâíîé îñîáåííîñòüþ ïîäîáíûõ óñòàíîâîê ÿâëÿåòñÿ óïàêîâêà íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ ìåìáðàííûõ ÿ÷ååê òèïà ãàç ìåìáðàíà æèäêîñòü â îäèí ìîäóëü (ðèñ. 4). ß÷åéêè ìîæíî ñîåäèíÿòü ïîñëåäîâàòåëüíî èëè ïàðàëëåëüíî, îðãàíèçóÿ ãàçîðàçäåëèòåëüíûå êàñêàäû. Èñïîëüçîâàíèå ðàçëè÷íûõ ïîëèìåðíûõ ìåìáðàí è ðàçëè÷íûõ òèïîâ æèäêîñòåé ïîçâîëÿåò ïðèìåíÿòü ïîäîáíûé ìîäóëü äëÿ ðàçäåëåíèÿ ìíîãîêîìïîíåíòíûõ ãàçîâûõ ñìåñåé. Ðèñ. 4. Áëîê-ñõåìà àáñîðáöèîííîãî ìîäóëÿ ïðîìûøëåííîãî ìåìáðàííîãî êîíòàêòîðà ñ ïðîòî÷íûì æèäêèì íîñèòåëåì: 1 ïîëîñòè äëÿ ãàçà, 2 ïîëîñòè äëÿ æèäêîñòè 411 Ïðè ìàòåìàòè÷åñêîì îïèñàíèè ìàññîïåðåíîñà â ïðîìûøëåííûõ ÌÈÑ îñíîâíàÿ òðóäíîñòü çàêëþ÷àåòñÿ â íåîáõîäèìîñòè ó÷åòà ïðîäîëüíîé è ïîïåðå÷íîé äèôôóçèè ãàçà â ìîäóëå è ïàäåíèÿ êîíöåíòðàöèè ãàçà ïðè ïðîõîæäåíèè èñõîäíîé ñìåñè íàä äëèííûì ìåìáðàííûì «ñàíäâè÷åì». Àíàëèç ïðîáëåìû ïîêàçàë, ÷òî ðåøàþùåå çíà÷åíèå èìååò îòíîñèòåëüíîå íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ ãàçà è æèäêîñòè â àáñîðáåðå è äåñîðáåðå [20]. Íàïðèìåð, â ïðîòî÷íîì ÌÏÀ â ðåæèìå ïîòîêà, êîãäà íàïðàâëåíèÿ äâèæåíèÿ ãàçà è æèäêîñòè ñîâïàäàþò, ïðè áîëüøîé ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîñòè ïàðàìåòðû ìàññîïåðåíîñà îïðåäåëÿþòñÿ ñâîéñòâàìè ìåìáðàíû è ñêîðîñòüþ ïîäà÷è èñõîäíîé ãàçîâîé ñìåñè. Ïðîòèâîòîê (ïðîòèâîïîëîæíûå íàïðàâëåíèÿ äâèæåíèÿ æèäêîñòè è ãàçà) ÿâëÿåòñÿ áîëåå ýôôåêòèâíûì ðåæèìîì äëÿ îòáîðà öåëåâîãî êîìïîíåíòà. ÌÊ ñ ïîäâèæíûì æèäêèì íîñèòåëåì è ïîëèìåðíûìè àñèììåòðè÷íûìè ìåìáðàíàìè ñî ñïëîøíûì (íåïîðèñòûì) ðàáî÷èì ñëîåì ïðèìåíÿþòñÿ â ïðîìûøëåííîñòè äëÿ ïåðåðàáîòêè ãàçîâûõ ñìåñåé, ðàçäåëåíèå êîòîðûõ çàòðóäíåíî òðàäèöèîííûìè ìåòîäàìè. Òàê, ïðèìåíåíèå ÌÏÀ ñ àñèììåòðè÷íîé ìåìáðàíîé èç ÏÂÒÌÑ è òàêèõ æèäêèõ íîñèòåëåé, êàê âîäà, í-áóòèëîâûé ñïèðò, 20%-é ðàñòâîð ìîíîýòàíîëàìèíà (ÌÝÀ) â âîäå, 1N ðàñòâîð Ê2ÑÎ3 â âîäå ïîçâîëÿåò ðàçäåëèòü ñìåñü ÑÎ2 ÑÍ4 ñ ôàêòîðîì ñåëåêòèâíîñòè ~1000 (ïðè òðàäèöèîííîé ìåìáðàííîé òåõíîëîãèè ñ ìåìáðàíîé èç ÏÂÒÌÑ ôàêòîð ñåëåêòèâíîñòè ñîñòàâëÿåò 10, ïðè ñîðáöèîííîì ìåòîäå 25). Ïðè ðàçäåëåíèè áèîãàçà ñîñòàâà 62% CÍ4 – 38% CO2 ÷èñòîòà ïîëó÷àåìûõ ÑÍ4 è ÑÎ2 ñîñòàâëÿåò 96 è 98% ñîîòâåòñòâåííî. Ïðè ðàçäåëåíèè ñìåñè ÑÎ2 Î2 ÷èñòîòà ÑÎ2 ñîñòàâëÿåò 99.7% [7, 8, 28]. Èñïîëüçîâàíèå òåõ æå æèäêèõ íîñèòåëåé ïîçâîëèëî ðàçäåëèòü êîìïîíåíòû âîçäóõà (îáîãàùåíèå ïî Î2 65% [7]). Åñëè â õîäå ðàçäåëåíèÿ ãàçîâ òåìïåðàòóðû â àáñîðáåðå è äåñîðáåðå ïîääåðæèâàòü ðàçëè÷íûìè, òî ôàêòîðû ñåëåêòèâíîñòè ñòàíîâÿòñÿ åùå âûøå. Õîðîøèå ðåçóëüòàòû äàåò èñïîëüçîâàíèå â êà÷åñòâå íîñèòåëÿ Î2 ñîåäèíåíèé Ñî(II). Ñóùåñòâóåò áîëüøîå ðàçíîîáðàçèå ïîäîáíûõ ñîåäèíåíèé (Øèôîâû îñíîâàíèÿ), ðàçëè÷àþùèõñÿ õèìè÷åñêèì ñîñòàâîì, ñïèíîâûì ñîñòîÿíèåì êîáàëüòà, òèïîì ðàñòâîðèòåëÿ è ò.ï. Íàïðèìåð, êîìïëåêñ Ñî(II) ñ α-α′-äèïèðèäèëîì è äîïîëíèòåëüíûì îñíîâàíèåì è ìåìáðàíà èç ïîëèäèìåòèëñèëîêñàíà (ÏÄÌÑ) äàþò ïîòîê âîçäóõà èç äåñîðáåðà ñ êîíöåíòðàöèåé Î2 70 îá.%. ÑÌÇ ñ ìåìáðàíîé èç ÏÂÒÌÑ è 25%-ì âîäíûì ðàñòâîðîì ìîíîýòàíîëàìèíà óñïåøíî ïðèìåíÿþò äëÿ ðàçäåëåíèÿ òðåõêîìïîíåíòíîé ãàçîâîé ñìåñè ñîñòàâà 40% ÑÎ2, 30% ÑÍ4 è 30% Í2. Íà âûõîäå èç ÑÌÇ ïîëó÷åíû Í2, CH4 è CO2 ÷èñòîòîé 99. 94 è 75% ñîîòâåòñòâåííî [14, 18, 29]. ÌÏÀ ñ ïîäâèæíûì ïåðåíîñ÷èêîì (íèòðàò ñåðåáðà) ïðèìåíåí äëÿ ðàçäåëåíèÿ ñìåñè ìåòàí ýòèëåí [3033]. Èîíû ñåðåáðà ñïîñîáíû îáðàòèìî âçàèìîäåéñòâîâàòü ñ ýòèëåíîì, ñîäåðæàùèì C=C-ñâÿçü, ÷òî ïðèâîäèò ê ðåçêîìó óâåëè÷åíèþ åãî ïîòîêà èç äåñîðáåðà. Ïðè îïòèìàëüíîì âûáîðå òåìïåðàòóð àáñîðáöèîííîãî è äåñîðáöèîííîãî ìîäóëåé, ñêîðîñòè òå÷åíèÿ æèäêîñòè, êîíöåíòðàöèè êîìïëåêñîîáðàçîâàòåëÿ â ðàñòâîðå óäàåòñÿ ïîëíîñòüþ î÷èñòèòü ýòèëåí îò ìåòàíà. Ìåòîäèêà ïîäõîäèò äëÿ ðàçäåëåíèÿ ëþáûõ ñìåñåé, ñîñòîÿùèõ èç íàñûùåííûõ è íåíà- 412 ñûùåííûõ óãëåâîäîðîäîâ (àëêåíû àëêàíû). Äëÿ ðàçäåëåíèÿ îëåôèíñîäåðæàùèõ ñìåñåé èñïîëüçóþò âîäó, âîäíûå ðàñòâîðû àçîòíîêèñëîãî ñåðåáðà èëè õëîðèñòîé ìåäè, õëîðèñòîãî àììîíèÿ è ñîëÿíîé êèñëîòû. Ýôôåêòèâíîñòü ïðîöåññîâ ðàçäåëåíèÿ áèíàðíîé ñìåñè ýòàí ýòèëåí ìîæíî âàðüèðîâàòü ïóòåì èçìåíåíèÿ ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîãî íîñèòåëÿ, ïëîùàäè ìåìáðàíû, êîíöåíòðàöèè ñåëåêòèâíîãî íîñèòåëÿ â æèäêîñòè, òåìïåðàòóðû æèäêîãî íîñèòåëÿ, ãàçîðàçäåëèòåëüíûõ ñâîéñòâ ïîëèìåðíîé ìåìáðàíû. Èñïîëüçîâàíèå ËÅÑÒÎÑÈËà òîëùèíîé 2 ìê, âîäíîãî ðàñòâîðà AgNO3 êîíöåíòðàöèåé 26.7 ìàñ.% (òåìïåðàòóðà àáñîðáåðà è äåñîðáåðà 20 è 45° ñîîòâåòñòâåííî) ïðè 2 îäèíàêîâîé ïëîùàäè ìåìáðàí 0.57 ì è ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîñòè 0.8 ìë/ñ îáåñïå÷èëî ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïî –4 ç 2 ýòèëåíó 8.0.10 ñì /ñì .ñ.ñì ðò.ñò.), ôàêòîð ñåëåêòèâíîñòè 93 è ÷èñòîòó ýòèëåíà 99.4 îá.%.  íåêîòîðûõ ðåæèìàõ ôàêòîð ñåëåêòèâíîñòè äîñòèãàë 500, íî ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïðè ýòîì áûëà äîñòàòî÷íî íèçêîé. Âûäåëåíèå ýòèëåíà è ïðîïèëåíà âàæíåéøàÿ ïðîáëåìà ñîâðåìåííîé íåôòåõèìèè. Ââèäó áëèçîñòè ìîëåêóëÿðíûõ ðàçìåðîâ è äðóãèõ ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ ñâîéñòâ ðàçäåëåíèå ñìåñè îëåôèíîâ è ïàðàôèíîâ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñëîæíóþ çàäà÷ó.  ðàáîòàõ [27, 34, 35] ÌÏÀ ñ òåêóùèì ðàñòâîðîì íèòðàòà ñåðåáðà â ýòèëåíãëèêîëå èñïîëüçîâàí äëÿ îòäåëåíèÿ âûñîêèõ (Ñ6 Ñ10) æèäêèõ îëåôèíîâ îò ïàðàôèíîâ. Èîíû ñåðåáðà èëè ìåäè îáðàçóþò π-êîìïëåêñû ñ îëåôèíàìè, ÷òî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü èõ êàê ñåëåêòèâíûå íîñèòåëè. Ïðèìåíåíèå ìåìáðàíû èç ÏÄÌÑ òîëùèíîé 4 ìê è ðàñòâîðà íèòðàòà ñåðåáðà â ýòèëåíãëèêîëå ïîçâîëèëî îòäåëèòü 1-ãåêñåí îò í-ãåêñàíà ñ ôàêòîðîì ñåëåêòèâíîñòè 77. Ìåìáðàííûå àáñîðáåðû óñïåøíî èñïîëüçóþò â âîäîðîäíîé è ÿäåðíîé ýíåðãåòèêå, õèìè÷åñêîé, íåôòåõèìè÷åñêîé è ãàçîâîé ïðîìûøëåííîñòè, áèîòåõíîëîãèè, óòèëèçàöèè ãàçîðàçðÿäíûõ ëàìï. Äëÿ ñèñòåì ýêîëîãè÷åñêîãî ìîíèòîðèíãà íà áàçå ÌÏÀ ðàçðàáàòûâàþòñÿ ñåëåêòèâíûå äàò÷èêè òîêñè÷íûõ è îïàñíûõ âåùåñòâ, à äëÿ ñèñòåì àâòîìàòèêè íàòåêàòåëè ãàçîâ ñ èçìåíÿþùèìèñÿ âî âðåìåíè ïî îïðåäåëåííîìó çàêîíó ñîñòàâàìè ñìåñåé. Ñ ïîìîùüþ ÌÏÀ îñóùåñòâëÿþòñÿ òàêèå ïðîöåññû, êàê ïðîèçâîäñòâî ñèíòåòè÷åñêîãî òîïëèâà, ïåðåðàáîòêà áèîãàçà, èçâëå÷åíèå ÑÎ2 èç âîçäóõà, îêñèãåíàöèÿ-äåîêñèãåíàöèÿ âîäû [36], ñàòóðàöèÿ âîäû óãëåêèñëûì ãàçîì, èçâëå÷åíèå ÑÎ 2, SO 2, H2S, NO2 è Hg èç ïðîìûøëåííûõ ñáðîñîâ, î÷èñòêà ïî÷âû îò ðòóòè, îòäåëåíèå àììèàêà îò àçîòà, âûäåëåíèå ëåòó÷èõ ìåòàëëîâ èç ãàçîîáðàçíûõ ïðîäóêòîâ ïåðåðàáîòêè áûòîâûõ îòõîäîâ, îñóøêà ïðèðîäíîãî ãàçà è âîçäóõà, ðàçäåëåíèå âîçäóõà íà îòäåëüíûå êîìïîíåíòû, ðåãóëèðîâàíèå ñîñòàâà âîçäóõà (ïî O2, NOx, CO2, SO2, H2O) â çàêðûòûõ ïîìåùåíèÿõ (íàïðèìåð, â ñèñòåìàõ æèçíåîáåñïå÷åíèÿ ñàìîëåòîâ è ïîäâîäíûõ ëîäîê) è óñòàíîâêàõ èñêóññòâåííîãî êëèìàòà, ðàçäåëåíèå ãàçîîáðàçíûõ ïðîäóêòîâ ïèðîëèçà ïîëèìåðîâ (îáðàçóþùèõñÿ, íàïðèìåð, ïðè ïåðåðàáîòêå áûòîâûõ îòõîäîâ), î÷èñòêà âîçäóõà îò ãàçîîáðàçíûõ òîêñèíîâ è äð. Ïðåäïðèíèìàþòñÿ ïîïûòêè èñïîëüçîâàíèÿ ÌÀ äëÿ î÷èñòêè âîä ïðèðîäíûõ âîäîåìîâ.  ïîñëåäíåå âðåìÿ èíòåíñèâíî èçó÷àåòñÿ âîïðîñ ïðèìåíåíèÿ â ÌÊ ìèêðîáèîëîãè÷åñêèõ íîñèòåëåé. Èçâåñòíî, ÷òî ìíîãèå ìèêðîîðãàíèçìû (âîäîðîñëè, áàêòåðèè) ñïî- ÂÅÑÒÍ. ÌÎÑÊ. ÓÍ-ÒÀ. ÑÅÐ. 2. ÕÈÌÈß. 1999. Ò. 40. ¹ 6 ñîáíû âçàèìîäåéñòâîâàòü ñ ìèêðîêîìïîíåíòàìè ãàçîâîé ñìåñè è òðàíñôîðìèðîâàòü èõ â íîâûå ïîëåçíûå ïðîäóêòû. Ïåðñïåêòèâû èñïîëüçîâàíèÿ áèîêîíâåðòåðîâ ñâÿçàíû ñ ïðîâåäåíèåì òàêèõ òðàíñôîðìàöèé, êîòîðûå íåâîçìîæíî îñóùåñòâèòü õèìè÷åñêèìè ñïîñîáàìè ïðè îáû÷íîé òåìïåðàòóðå è äàâëåíèè. Äëÿ ýòèõ öåëåé ìîæíî èñïîëüçîâàòü íåîáû÷àéíî âûñîêóþ èçáèðàòåëüíîñòü áèîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ. ÌÊ ñ äâèæóùèìèñÿ ñóñïåíçèÿìè áèîíîñèòåëåé ðàçëè÷íîãî òèïà â âîäå ïîçâîëÿþò ïåðåðàáàòûâàòü «ïàðíèêîâûå» ãàçû (íàïðèìåð, ÑÎ2) â ýíåðãîíîñèòåëè (âîäîðîä èëè ìåòàí) è â áèîìàññó [37]. Òàêèì îáðàçîì, èíòåãðèðîâàíèå â åäèíóþ ñèñòåìó ìåòîäîâ ìåìáðàííîé òåõíîëîãèè è àáñîðáöèè ïîçâîëèëî äîñòèãíóòü ïîëîæèòåëüíîãî ñèíåðãèçìà è ñîçäàòü âûñîêîýôôåêòèâíûå ãàçîðàçäåëèòåëüíûå óñòðîéñòâà. ÌÊ íàñëåäóþò òàêèå ïîëîæèòåëüíûå ÷åðòû ìåìáðàííûõ àïïàðàòîâ, êàê âûñîêàÿ êîìïàêòíîñòü è ãèáêîñòü, ò.å. ïåðåñòðàèâàåìîñòü êàê ïî ñûðüþ, òàê è ïî êîíå÷íîìó ïðîäóêòó. Òðàäèöèîííûå íåäîñòàòêè ìåìáðàííîé òåõíîëîãèè (ñðàâíèòåëüíî íèçêàÿ ñåëåêòèâíîñòü è âåñüìà îãðàíè÷åííûé íàáîð ìåìáðàííûõ ìàòåðèàëîâ) êîìïåíñèðóþòñÿ âûñîêîé ñåëåêòèâíîñòüþ àáñîðáöèîííûõ ìåòîäîâ è øèðîêèì íàáîðîì æèäêèõ (àêòèâíûõ è ïàññèâíûõ) íîñèòåëåé.  ñâîþ î÷åðåäü ìåìáðàííàÿ òåõíîëîãèÿ óñòðàíÿåò òàêîé ñóùåñòâåííûé íåäîñòàòîê àáñîðáöèîííîãî ìåòîäà, êàê êàïëåóíîñ è, ñëåäîâàòåëüíî, íåîáõîäèìîñòü î÷èñòêè ãàçîîáðàçíîãî ïðîäóêòà îò ïàðîâ íîñèòåëÿ. Âàæíîå ïðåèìóùåñòâî ÌÊ íåçàâèñèìûé êîíòðîëü ñêîðîñòåé äâèæåíèÿ æèäêîé è ãàçîâîé ôàç, íå äîñòèãàåìûé â îáû÷íûõ àáñîðáöèîííûõ êîëîííàõ. Ïðè ýòîì ñêîðîñòü ïðîòîêà îäíîé èç ôàç (ãàçà èëè æèäêîñòè) îñòàåòñÿ ïîñòîÿííîé ïðè èçìåíåíèè ñêîðîñòè âòîðîé ôàçû. Ñóùåñòâóåò âîçìîæíîñòü çàìåíû îäíîãî æèäêîãî íîñèòåëÿ íà äðóãîé ïðè èñïîëüçîâàíèè îäíîé è òîé æå ìåìáðàíû. ÌÊ õàðàêòåðèçóåò íåîáû÷àéíî âûñîêàÿ êîìïàêòíîñòü óñòðîéñòâà (îòíîøåíèå ðàáî÷åé ïî–1 âåðõíîñòè ê îáúåìó àïïàðàòà), äîõîäÿùàÿ äî 10 000 ñì , è ëåãêîñòü ìàñøòàáèðîâàíèÿ. Ïðèìåíåíèå ñïëîøíîé ìåìáðàíû îáåñïå÷èâàåò àáñîëþòíóþ ìèêðîáîíåïðîíèöàåìîñòü ñèñòåìû, ÷òî ÷ðåçâû÷àéíî âàæíî ïðè èñïîëüçîâàíèè ÌÊ äëÿ ñîçäàíèÿ ñèñòåì æèçíåîáåñïå÷åíèÿ, â êîòîðûõ òðåáîâàíèå ñòåðèëüíîñòè ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì. Ñèíåðãèçì ñîâìåùåíèÿ ìåìáðàííîé è àáñîðáöèîííîé òåõíîëîãèé âîçíèêàåò èç-çà âîçìîæíîñòè îïòèìàëüíîãî ñî÷åòàíèÿ ãàçîðàçäåëèòåëüíûõ ñâîéñòâ ìàòåðèàëà ìåìáðàíû è æèäêîãî íîñèòåëÿ, èç-çà âîçìîæíîñòè ýôôåêòèâíîãî óïðàâëåíèÿ ïðîöåññàìè ìàññî- è òåïëîïåðåíîñà â ñèñòåìå, íî ãëàâíûì îáðàçîì èç-çà ïðèâëå÷åíèÿ äîïîëíèòåëüíîé ñòåïåíè ñâîáîäû ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîãî íîñèòåëÿ, ÷òî ïîçâîëÿåò âîâëå÷ü â ïðîöåññ êâàçèñòàöèîíàðíîãî ðàçäåëåíèÿ òàêîé êèíåòè÷åñêèé ïàðàìåòð, êàê êîýôôèöèåíò äèôôóçèè ãàçà â ìàòåðèàëå ìåìáðàíû. Ðàñòâîðåíèå è äèôôóçèþ êîìïîíåíòîâ ðàçäåëÿåìîé ãàçîâîé ñìåñè âî âñåõ êîìïîíåíòàõ ÌÊ ìîæíî ñòèìóëèðîâàòü ýëåêòðè÷åñêèìè è ìàãíèòíûìè ïîëÿìè èëè óëüòðàçâóêîì. ÌÈÑ ïîçâîëÿþò îñóùåñòâèòü ìàññîïåðåíîñ ïðè òåìïåðàòóðíûõ, ðàäèàöèîííûõ, õèìè÷åñêèõ è ìåõàíè÷åñêèõ âîçäåéñòâèÿõ íà ðàáî÷èå ýëåìåíòû ñèñòåìû. Ïðè íåîáõîäèìîñòè óâåëè÷åíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ðàçäåëåíèÿ (íàïðèìåð, ïðè ñåïàðàöèè ñòåðåîèçîìåðîâ äèîêñèíîâ) ïðèáåãàþò ê ñîçäàíèþ ÂÅÑÒÍ. ÌÎÑÊ. ÓÍ-ÒÀ. ÑÅÐ. 2. ÕÈÌÈß. 1999. Ò. 40. ¹ 6 êàñêàäîâ.  ñëó÷àå ÌÊ ðàçíîîáðàçèå ïîñòðîåíèÿ êàñêàäîâ äîñòàòî÷íî âåëèêî, ïîñêîëüêó êàñêàäèðîâàíèå âîçìîæíî êàê ïî ãàçîâûì ëèíèÿì, òàê è ïî ïîäâèæíûì íîñèòåëÿì. Äàëüíåéøåå ðàçâèòèå ÌÈÑ áóäåò, ïî-âèäèìîìó, ñâÿçàíî ñ ñîçäàíèåì ãèáðèäíûõ èíòåãèðîâàííûõ ìåìáðàííûõ ñèñòåì (ÃÈÌÑ), è â ÷àñòíîñòè êîìáèíèðîâàííûõ ÌÊ.  êà÷åñòâå ïðèìåðà ÃÈÌÑ ìîæíî ïðèâåñòè ìåìáðàííûé çàòâîð, â êîòîðîì âñå ÷åòûðå íåïîäâèæíûå ìåìáðàíû ÿâëÿþòñÿ ðàçëè÷íûìè (ãèáðèäíîñòü ïî ìåìáðàíàì), à æèäêîñòè â ïåðìåàòîðå è äåñîðáåðå òàêæå ðàçëè÷íû (ãèáðèä- 413 íîñòü ïî íîñèòåëþ). Òàêèå óñòðîéñòâà ìîæíî ïðèìåíÿòü äëÿ ðàçäåëåíèÿ ìíîãîêîìïîíåíòíûõ ñìåñåé. Ïðèìåðîì êîìáèíèðîâàííîãî ìåìáðàííîãî êîíòàêòîðà ñëóæèò óñòðîéñòâî, îáúåäèíÿþùåå â ñåáå ìåìáðàííóþ àáñîðáöèþ, ìåìáðàííóþ ýêñòðàêöèþ è ìåìáðàííîå èñïàðåíèå. Îíî ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ ïåðåðàáîòêè ïðîìûøëåííûõ ñáðîñîâ, ñîñòîÿùèõ èç äâóõ æèäêîñòåé, â ñâîþ î÷åðåäü ñîäåðæàùèõ äâà ãàçà è èîíû äâóõ òÿæåëûõ ìåòàëëîâ. Âàæíûå ïåðñïåêòèâû ñâÿçàíû ñ ñîçäàíèåì ìåìáðàííûõ ðåàêòîðîâ ñ êîìïîíåíòàìè èíòåãðèðîâàííûõ ìåìáðàííûõ ñèñòåì, à òàêæå òåïëîâûõ íàñîñîâ è òîïëèâíûõ ýëåìåíòîâ [3842]. ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ 1. Beckman I.N. // Membranes for gas and vapour separation. Suzdal. 1989. P. 24. 2. Beckman I.N. // Polymeric gas separation membranes (D.R. Paul, Y.P. Yampolskii). Boca Raton. 1994. P. 301. 3. Beckman I.N., Balek V., Kralicek J. // Patent, Czechoslovakia. ¹244791. 1988. 4. Áåêìàí È.Í., Äçåëìå Þ.Ð. // Àâò. ñâ. ¹1753811. 1992. 5. Áåêìàí È.Í., Øåëåõèí À.Á., Òåïëÿêîâ Â.Â. // ÄÀÍ ÑÑÑÐ. 1989. 308. C. 635. 6. Beckman I.N., Shelekhin A.B., Teplyakov V.V. //J. Membran. Sci. 1991. 55. P. 283. 7. Áåêìàí È.Í., Ãëàäêîâ Â.Ñ., Òåïëÿêîâ Â.Â., Øåëåõèí À.Á. // Aâò. Câ. ¹1637850. 1991. 8. Áåêìàí È.Í., Ãëàäêîâ Â.Ñ., Òåïëÿêîâ À.Â., Òåïëÿêîâ Â.Â., Êóçíåöîâ Ë.Ë. // Ïàò. ÐÔ. ¹014632. 1992. 9. Ãëàäêîâ Â.Ñ., Òåïëÿêîâ Â.Â., Áåêìàí È.Í. //2-é Ìåæäóíàð. êîíãðåññ «Áèîêîíâåðñèÿ îðãàíè÷åñêèõ îòõîäîâ íàðîäíîãî õîçÿéñòâà è îõðàíà îêðóæàþùåé ñðåäû».Èâàíî-Ôðàíêîâñê, 1992. C. 120. 10. Shelekhin A.B., Beckman I.N. // J. Membr. Sci. 1992. 73. P. 73. 11. Teplyakov V.V., Beckman I.N., Teplyakov A.V., Netrusov A.I. // 3 rd Conference on bioreactor and bioprocess fluid dinamics. London, 1993. P. 315. 12. Shelekhin A.B., Beckman I.N. // Membranes and membrane processes. 2. Chicago, 1990. P. 1419. 13. Øåëåõèí À.Á., Òåïëÿêîâ Â.Â., Áåêìàí È.Í. // ÒOÕÒ. 1992. 26. Ñ. 570. 14. Áåêìàí È.Í., Äçåëìå Þ.Ð., Áåññàðàáîâ Ä.Ã., Òåïëÿêîâ Â.Â. // Ïàò. PÔ. ¹2056148. 1992. 15. Teplyakov V.V., Beckman I.N. //Membranes and membrane processes. Haidelberg, 1993. P. 212. 16. Beckman I.N., Bessarabov D.G., Teplyakov V.V., Teplyakov A.V. // 3 rd Conference on Effective membrane processes. London. 1993. P. 297. 17. Bessarabov D.G., Sanderson R.D., Jacobs E.P., Beckman I.N., Teplyakov V.V. // Engeneering of membrane processes: Environmental Applications. Ciocca. 1994. 18. Áåêìàí È.Í., Áåññàðàáîâ Ä.Ã., Ãëàäêîâ Â.Ñ., Òåïëÿêîâ Â.Â., Ñûðöîâà Ä.À. //Ïàò. PÔ. ¹021502. 1993. 19. Áåññàðàáîâ Ä.Ã., Áåêìàí È.Í. //Âåñòí. Ìîñê. óí-òà. Ñåð. 2. Õèìèÿ. 1993. 34. C. 194. 20. Áåññàðàáîâ Ä.Ã., Áåêìàí È.Í. //Âåñòí. Ìîñê. óí-òà. Ñåð. 2. Õèìèÿ. 1993. 34. C. 604. 21. Beckman I.N., Bessarabov D.G., Teplyakov V.V. //Ing. Eng. Chem. Res. 1993. 32. P. 2017. 22. Áåêìàí È.Í., Ðîìàíîâñêèé È.Ï. // Óñï. õèì. 1988. 57. C. 944. 23. Áåêìàí È.Í. //Âåñòí. Ìîñê. óí-òà. Ñåð. 2. Õèìèÿ. 1997. 38. C. 202. 24. Áåêìàí È.Í. //Âåñòí. Ìîñê. óí-òà. Ñåð. 2. Õèìèÿ. 1997. 38. C. 273. 25. Áåëüíîâ Â.Ê., Áåêìàí È.Í. // ÆÔÕ. 1996. 70. C. 1108. 26. Bessarabov D.G., Sanderson R.D., Jacobs E.P., Beckman I.N. // Progress in membrane science and technology. Twente, 1994. P. 59. 27. Bessarabov D.G., Vorobiev A.V., Jacobs E.P., Sanderson R.D., Jacobs E.P., Timashev S.F. //Euromembrane95. Bath. 1995. 2. P. 186. 28. Bessarabov D.G., Sanderson R.D., Teplyakov V.V., Beckman I.N., Netrusov A.I. // 7th Symposium on anaerobic digestion. Cape Town, 1994. P. 185. 29. Bessarabov D.G., Beckman I.N., Teplyakov V.V. // Membranes and membrane processes. Haidelberg, 1993. P. 2.23. 30. Áåññàðàáîâ Ä.Ã., Ñûðöîâà Ä.À., Òåïëÿêîâ Â.Â., Áåêìàí È.Í. //Âåñòí. Ìîñê. óí-òà. Ñåð. 2. Õèìèÿ. 1994. 35. P. 385. 31. Teplyakov V.V., Beckman I.N. // Segungo congresso de ciencia e tecnologia de ìembranes, Rio de Janeiro. 1994. P. 13. 32. Bessarabov D.G., Sanderson R.D., Jacobs E.P., Beckman I.N. // Ing. Eng. Chem. Res. 1995. 34. P. 1769. 33. Bessarabov D.G., Jacobs E.P., Sanderson R.D., Beckman I.N. // J. Membr. Sci. 1996. 113. P. 275. 34. Bessarabov D.R., Sanderson R.D. //Chemical Technology SA. 1996. P. 7. 35. Bessarabov D.R., Sanderson R.D. // Membranes and Membrane Processes. Yokohama, 1996. P. 1084. 36. Bessarabov D.G., Sanderson R.D., Jacobs E.P., Wind C.N., Gladkov V.S. // South African Journal of Chemical Engineering, 1994. 6. P. 26. 37. Teplyakov V., Sostina E., Beckman I, Netrusov A. // Word Journal of Microbiology and Biotechnology. 1996. 12. P. 477. 38. Bessarabov D.G., Sanderson R.D., Beckman I.N. // 3th Intern. symposium. «Progress in membrane science and technology». Twente. 1997. P. 23. 39. Teplyakov V.V., Beckman I.N. // 3th Intern. symposium Progress in membrane science and technology». Twente, 1997. P. 72. 40. Bessarabov D.G., Sanderson R.D., Valuev V.V., Popkov Y.M, Timashev S.F. // Ing. Eng. Chem. Res. 1997. 36. P. 2487. 41. Teplyakov V., Kuzina N., Sostina E., Syrtsova D., Netrusov A. // Membrane distillation, osmotic and membrane contactors. Centraro, 1998. P. 58. 42. Laguntsov N.I., Teplyakov V.V., Laguntsov I.N. // Membrane science and technology. Beijing, 1998. P. 168. Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 10.09.98