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Abstract

Calculation methods for single- and multi-stage permeation of a multi-component mixture are presented. The use of the local permeate concentration in the formulation results in a relatively simple form of solution for the binary system in the cross-flow pattern. A parametric analysis of the permeation cascade is given. For a given permeability of the more permeable component, there exists a membrane selectivity which gives rise to a minimum membrane area requirement in the cascade. It is shown that the compression power requirement is dependent only on the operating pressure ratios, irrespective of actual pressure levels in each stage. A study on the effect of interstage mixing loss shows that the ideal cascade (with no interstage mixing loss) is not necessarily always the thermodynamically most efficient one; some non-ideal cascades may have higher efficiencies due to more effective permeation steps. Examples given relate to He/CH4 and O2/N2 separations.

On présente des méthodes de calcul dans le cas de la perméation monoétagée ou multiétagée d'un mélange de plusieurs composants. L'emploi, dans la formule de la concentration locale de l'agent de perméation, permet d'obtenir une forme relativement simple de solution pour le système binaire en écoulement transversal. On présente une analyse paramétrique de la cascade de perméation. Dans le cas d'une perméabilité donnée du composant le plus perméable, il y a une sélectivité de la membrane qui donne lieu à une exigence minimale relativement à l'aire de cette membrane dans la cascade. On constate que l'exigence relative à l'énergie de compression ne dépend que des rapports de pression opératoire, quels que soient les degrés réels de pression dans chaque étage. Une étude de l'effet de la perte due au mélange entre les étages indique que la cascade idéale (dans laquelle il n'y a pas de perte due au mélange entre les étages) n'est pas nécessairement toujours la plus efficace au point de vue thermodynamique; quelques cascades non idéales peuvent fournir des rendement supérieurs par suite d'étapes de perméation plus efficaces. On donne des exemples qui ont trait aux séparations de l'hélium du méthane et de l'oxygène de l'azote.