Моделирование мембранных каскадов для удаления следовых количеств воды при глубокой очистке специальных газов

Проект посвящен решению фундаментальной научной проблемы удаления следовых количеств воды мембранными методами при глубокой очистке специальных газов. В ходе проекта планируется моделирование и детальный анализ энергоэффективных мембранных каскадов на основе половолоконных модулей для удаления микропримеси воды из таких газов как оксид диазота, летучие хлорсиланы, фторуглеводороды. Удаление примеси воды до уровня (10-4÷10-6) % об. и ниже является крайне актуальной задачей в микроэлектронике. Также остро стоит проблема повышения пределов обнаружения следов воды различными методами, в связи с чем будет исследована возможность аналитического предконцентрирования микропримеси воды в высокочистых специальных газах мембранным способом. В связи с существенным отличием проницаемости паров воды от проницаемости газов применение мембранного метода может послужить эффективной альтернативой традиционным энергоемким методам, основанным на фазовых переходах (дистилляция, криофильтрация) или использовании сорбентов и реагентов, требующих регенерации и являющихся потенциальными источниками нежелательных примесей. Отсутствие жидкой фазы при работе c взрывоопасными специальными газами существенно увеличивает безопасность метода.Применение мембранного газоразделения для удаления следовых количеств примесных компонентов из газовой смеси и получения высокочистых газов получило развитие сравнительно недавно. Для достижения требуемой низкой концентрации примеси воды необходимо обеспечить существенно бо́льшую степень очистки газа в мембранном аппарате, чем это реализуется в известных процессах (например, при осушке природного газа). При этом не так остро стоит вопрос производительности, поскольку получение высокочистых газов является малотоннажным процессом.В ходе проекта будет проведен анализ энергозатрат различных конфигураций мембранных каскадов для удаления следов воды из ряда специальных чистых газов, анализ влияния и выявление путей оптимизации рабочих параметров процесса для достижения требуемой степени очистки при минимальных энергозатратах и потерях продукта. Будет выполнено сравнение мембранного метода с традиционными физико-химическими методами глубокой очистки. Фундаментальная составляющая проекта заключается в исследовании и сравнении нескольких режимов работы аппарата (вакуумный режим, режим поперечного тока, противотока, sweep-режим) и моделей течения потока газа в каналах модуля (модель полного перемешивания, модель идеального вытеснения, учет продольного перемешивания при малых скоростях отбора продукта). Будет рассмотрено поведение разделительной способности единичного модуля и каскадов с рециклами потоков в области малых концентраций примеси для систем очищаемый газ – микропримесь воды и мембран разной селективности, что необходимо для разработки научных основ процесса удаления микропримеси воды при глубокой очистке специальных газов в мембранных каскадах.