Техника - молодёжи 1991-10, страница 26

Сделано в СССР

0ЯШШШ

РАЗДЕЛЯЙ И ОБОГАЩАЙСЯ!

Воздух СОСТОИТ В ОСНОВНОМ ИЗ

азота (78%) и кислорода (21%), которые в обогащенном или чистом виде очень нужны металлургам, химикам, находят широкое применение в медицине, легкой промышленности. Как же попроще и подешевле разделить его на составляющие?

Молекулы газов хорошо перемешаны, как, скажем, молекулы сахара и воды в стакане чая. Чтобы вернуть сахару первозданный вид, придется выпарить раствор. Примерно таков же механизм промышленного разделения воздуха на фракции, предложенный в начале 40-х годов академиком П.Л.Капицей. Только воздух в турбодетандерах не нагревают, а, наоборот, глубоко охлаждают, сжижают. Но этот способ и не дешев, и не прост. Вот если бы удалось придумать некий черный ящик, в который по одной трубе закачивался бы воздух, а по двум другим вытекали бы уже разделенные, чистые газы...

«Фантастика! — скажет неискушенный читатель. — Это все равно что придумать ложку, которая будет вычерпывать из воды растворенный в ней сахар». Но тем не менее такие «черные ящики» уже существуют. Еще в 30-х годах были проведены успешные опыты по разделению изотопных разновидностей газовых молекул с помощью пористых мембран. Ведь чем массивней, объемистее молекула, тем больше у нее шансов застрять в узком извилистом проходе мембраны, разделяющей сосуд. И если направить через нее под давлением газ, то легкие и тяжелые изотопы окажутся по разные стороны барьера. Сейчас (хотя,

по понятным соображениям, подробных публикаций на эзу тему нет) пористые мембраны широко используются для получения урана, обогащенного изо-топом-235.

А вот чтобы выделить из смеси различные газы, нужны проницаемые перегородки с особыми свойствами. Это так называемые диффузионные полимерные мембраны, структура которых такова, что молекулы како-го-то определенного газа исключительно хорошо на них сорбируют, растворяются и диффундируют к противоположной поверхности. Избирательная проницаемость полимера зависит от разветвленности его молекулярной цепи, состава мономерных звеньев, характера межатомных связей. Причем очень важную роль играет физическое состояние вещества мембраны. Высокоэластичные полимеры, как правило, более проницаемы, но хуже осуществляют селекцию газов, чем стеклоообраз-ные. Жидкие мембраны для разделения газов пока являются предметом лабораторных исследований.

Первая в мире действующая мембранная газоразделительная установка была создана в СССР (НПО Криогенмаш) в 1976 году. Однако до получения дешевого кислорода и азота в промышленных масштабах было еще далеко. Слишком маленькой оказалась производительность установок, зависящая, кроме величины проницаемости мембраны, также от разности давлений по обе ее стороны — соответственно воздуха и проникшего газа. Понятно, что нельзя беспредельно наращивать давление воздуха, на сжатие которого рас

ходуется немало электроэнергии—мембраны не выдержат и лопнут как барабанные перепонки у пловца, нырнувшего чересчур глубоко. Ну а чем больше мембранных пленок, тем, соответственно, крупнее габариты установки.

Трудно сказать, когда бы появилась у нас достаточно компактная промышленная установка для разделения воздушного потока на два, обогащенные кислородом и азотом, если бы в Институте атомной энергии имени И.В.Курчатова под руководством члена-корреспондента АН СССР В.Д.Русанова не велись работы, казалось бы, в совсем другой области. Перед учеными стояла сугубо прикладная задача: найти надежный способ накапливать вырабатываемую на АЭС энергию в экологически чистых носителях. Предложили получать водород путем разложения водородсодержащих газов на составляющие плазмохи-мическим способом. Для разделения полученных смесей попробовали использовать уже существующие мембраны, но поскольку их эффективность была невелика, пришлось создавать новые. О том, насколько успешно велись эти работы, гс^орит уже то, что в 80-х годах, с легкой руки сотрудников института, в научный обиход вошел новый термин — «плазмохимическая мембранная технология».

Одна из наиболее интересных разработок — мембранный материал в виде полого микроволокна (фирменное название «гравитон») с наружным диаметром трубок всего 60 мкм— тоньше человеческого волоса. Исходная газовая смесь под давлением подается внутрь волокна, и более