两级空气膜分离系统的设计优化

为了提高膜分离流程的经济效益,进行多级流程的结构和设备优化很有必要。以空气分离氮气为研究对象,构建了两级膜分离系统的设计优化命题,首先分析了不同性能膜材料对生产单位氮气所需膜面积的影响,然后以年总经济效益为目标,对膜材料配置、两级膜流程结构和膜面积的设备费参数进行优化,编制了气相膜分离的严格微分方程模型计算程序用于单元操作模拟。结果表明,将简单串联的单级膜系统改造成串并联结构的两级膜系统时,设备费用降低且经济效益提高;和不带循环优化的最优系统相比,两级带循环的最优系统的氮气产量增加但设备费和操作费也有所增加,不过两级带循环系统经济效益均比对应不带循环系统高;在所有优化方案中,通量和选择性都很高的CMS膜两级带循环膜分离系统C13为最优方案。在常规性能膜材料可选方案中,低通量高选择性的PC膜在前而高通量低选择性的TMHFPSF膜在后的两级带循环流程C20年经济效益最高。流程重排后,第二级膜两侧的传质推动力变大减少了所需膜面积。