FI61636C - Flerkomponentmembran foer gasseparationer och foerfarande foerdess anvaendning - Google Patents

Description

Γβΐ KUULUTUSJULKAISU

® <11) UTLÄGGm4^«SKA»FT---6-1 63_6 ,^C Patentti my^n^tty 10 09 1932

Patent x·? j ;?lat ^ (51) K».ik?/int.a.3 B 01 D 53/22 SUOMI —FINLAND (21) P.t«nttlh«k.inui — Ptt«ntamBk>itn( 773^+39 (22) Hakamltpllvl —Anaeknlniadig lU.11.77 (23) Alkupilvl — GIMgh«ttdtg 11+.11.77 (41) Tullut julklMkf! — Bllvlt offwitllg 16.05.78 PMenttl* j« reki.terlh.Hitu. NihtMk.lp.rn» |t kuul,|ulk»ltun pvm. — 5ί qc gp

PltMt- och regirterttyrelaen AiMttkM utlagd och utl.tkrift·» publicerid (32)(33)(31) Pyydatty «cuotkoui—Bogftrd priority 15-11.76 13.09.77 USA(US) 7^2159, 832U81 (71) Monsanto Company, 800 North Lindbergh Boulevard, St. Louis, Missouri 63166, USA(US) .(72) Jay Myls Stuart Henis, Creve Coeur, Missouri, Mary Kathryn Tripodi,

Creve Coeur, Missouri, USA(US) (7!+) 0y Kolster Ah (5I*) Monikomponettikalvo kaasuerotuksiin ja menetelmä sen käyttämiseksi -Flerkomponentmembran för gasseparationer och förfarande för dess användning

Keksinnön kohteena on monikomponenttikalvo ainakin yhden kaasun erottamiseksi kaasuseoksista ja menetelmä ainakin yhden kaasun selektiivisesti erottamiseksi kaasuseoksista käyttäen hyväksi tällaista monikomponenttikalvoa.

Erottaminen, joka käsittää ainakin yhden valitun kaasun pitoisuuden nostamisen kaasuseoksesta, on erikoisen tärkeä työvaihe vaatimusten kannalta, joita syötettävien kemiallisten raaka-aineiden tarjonnalle asetetaan. Usein nämä vaatimukset täytetään erottamalla yksi tai useampia haluttuja kaasuja kaasuseoksista ja käyttäen näitä kaasutuotteita hyväksi jalostusta varten. On ehdotettu käytettäväksi erotuskalvoja yhden tai useampien kaasujen selektiivisesti erottamiseksi kaasuseoksista. Selektiiviseen erottamiseen pääsemiseksi on kalvolla vähemmän vastusta yhden tai useamman kaa- 2 61636 sun siirtymiselle kuin ainakin yhdelle muulle seoksen kaasuista. Siten selektiivinen erottaminen voi tarjota yhden tai useampien seoksessa olevien kaasujen etuoikeutetun loppuunkulumisen tai vä-kevöitymisen ainakin yhden muun kaasun suhteen ja sen tähden antaa tuote, jossa yhden tai useamman halutun kaasun suhde ainakin yhteen muuhun kaasuun on erilainen kuin tämä suhde seoksessa. Kuitenkin, jotta yhden tai useamman kaasun selektiivinen erottaminen käyttämällä erotuskalvoa olisi taloudellisesti houkutteleva, täytyy kalvojen ei ainoastaan pystyä kestämään olosuhteita, joille ne altistetaan erotusvaiheen aikana, vaan niiden täytyy myös antaa yhden tai useamman halutun kaasun riittävän selektiivinen erottuminen riittävän suurella virtauksella, ts. läpitunkeutuneen aineen läpäisynopeus pintayksikköä kohti, niin että erotusmenetelmän käyttö on taloudellisesti houkuttelevalla pohjalla. Siten erotuskalvot, jotka pystyvät riittävän hyvään selektiiviseen erottamiseen, mutta joilla virtaukset ovat ei-toivottavan alhaisia, vaativat niin suuria erotuskalvon pinta-aloja, että näiden kalvojen käyttö ei ole taloudellisesti toteutettavissa. Samoin erotuskalvot, joiden virtaus on suuri, mutta selektiivinen erotuskyky alhainen, eivät myöskään ole taloudellisesti houkuttelevia. Niinpä työtä on jatkettu erotuskalvojen kehittämiseksi, jotka voivat antaa yhden tai useamman halutun kaasun riittävän selektiivisen erottumisen sekä riittävän suuren virtauksen, niin että näiden erotuskalvojen käyttö kaupallisella pohjalla on taloudellisesti toteutettavissa.

Yleensä kaasun kulku kalvon läpi voi edetä huokosten kautta, ts. jatkuvia kanavia pitkin juoksevaa virtausta varten, jotka kanavat ovat yhteydessä sekä kalvon syöttö- että poistopintoihin (jolloin huokoset voivat olla tai eivät ole sopivia erotukseen Knudsen-virtauksella tai diffuusiolla); eräässä toisessa mekanismissa membraaniteorian yleisen käsityksen mukaisesti kaasun kulkeminen kalvon läpi voi tapahtua kaasun ja kalvoaineen keskinäisestä vaikutuksesta. Tässä jälkimmäisessä edellytetyssä mekanismissa kaasun läpäisyyn kalvon läpi uskotaan liittyvän kaasun liukeneminen kalvoaineeseen ja kaasun diffuusio kalvon läpi. Läpäisevyysvakion yksittäiselle kaasulle katsotaan nykyään olevan tämän kaasun liukoisuuden ja diffuusiokyvyn kalvoon tulo. Annetulla kalvoaineella 3 61636 on nimenomainen läpäisevyysvakio annetun kaasun kululle kaasun keskinäisestä vaikutuksesta kalvoaineen kanssa. Kaasun läpä.isynopeus, ts. virtaus kalvon läpi, on suhteessa läpäisevyysvakioon, mutta siihen vaikuttavat myös eri muuttujat, kuten kalvon paksuus, kalvon fysikaalinen luonne, läpäisykaasun osittaispainedifferentiaali kalvon poikki, lämpötila jne.

Näihin asti on ehdotettu erilaisia muunnoksia kalvoihin, joita käytetään neste-erotuksiin, yrityksissä ratkaista erityisongelmat, jotka liittyvät erotusprosessiin. Seuraava esitys valaisee spesifisiä muunnoksia, joita on tehty kalvoille, joita käytetään neste-erotuksiin erityisongelmien ratkaisemiseksi ja se antaa pohjan, jolla keksintöä voidaan täysin arvioida. Esimerkiksi sel-luloosakalvoja kehitettiin ensin ja niitä käytettiin suolan poistamiseksi vedestä, ja näitä kalvoja voitiin yleisesti kuvata "tilleiksi" tai "tiiviiksi" kalvoiksi. "Tiheät" tai "tiiviit" kalvot ovat kalvoja, jotka ovat pääasiallisesti vapaita huokosista, ts. juoksevista virtauskanavista, jotka ovat yhteydessä kalvon pintoihin, ja ne ovat pääasiallisesti vapaat onteloista, ts. alueista kalvon paksuudella, jotka eivät sisällä kalvoainetta. Tiiviiden kalvojen ollessa kysymyksessä, sopii kumpikin pinta syötön kosketuspinnaksi, koska tiiviin kalvon ominaisuudet ovat samat kummankin pinnan suunnasta, ts. kalvo on symmetrinen. Koska kalvo on pääasiallisesti samanlainen koko rakenteeltaan, se kuuluu isotrooppisten kalvojen määritelmän piiriin. Vaikka jotkut näistä tiiviistä kalvoista ovat melko selektiivisiä, on niiden päähaittana alhainen lä-päisyvirtaus, mikä johtuu näiden kalvojen suhteellisen suuresta paksuudesta. Sen tähden on ollut epätaloudellista rakentaa laiteasennuksia, jotka ovat tarpeen suolan poistamiseksi huomattavista määristä vettä käyttäen tiiviitä kalvoja. Yritykset kalvojen virtauksen lisäämiseksi neste-erotuksia varten ovat käsittäneet esimerkiksi täyteaineiden lisäämisen kalvoon huokoisuuden muuttamiseksi ja kalvojen tekemiseksi niin ohuiksi kuin mahdollista läpivir-tausnopeuksien lisäämiseksi. Vaikkakin parantuneisiin läpäisyno-peuksiin on päästy rajoitettuun määrään asti, nämä parantuneet nopeudet on yleensä saatu nimenomaisten kalvojen selektiivisyyden kustannuksella.

Eräässä toisessa yrityksessä kalvojen suorituskykyjen pa- 14 61636 rantamiseksi Loeb apulaisineen esittävät, esimerkiksi US-patentin-sa n:o 3 133 132 menetelmän modifioidun selluloosa-asetaattikalvon valmistamiseksi suolan poistoa varten vedestä valamalla ensin sel-luloosa-asetaattiliuos ohueksi kerrokseksi ja muodostama], la si tten tiheä membraanikalvo tälle ohuelle kerrokselle eri menetelmillä, kuten haihduttamalla liuotin, mitä seuraa äkkijäähdytys kylmässä vedessä. Näiden tiheäkalvoisten membraanien muodostamiseen liittyi yleensä lopullinen lämpökäsittely kuumassa vedessä. Loeb-menetel-mällä valmistetut membraanit koostuvat kahdesta selvästi erottuvasta alueesta, jotka on tehty samasta selluloosa-asetaattlaineesta, ohuesta tiiviistä puoliläpäisevästä kalvosta ja vähemmän tiiviistä, ontelolta sisältävästä, ei-selektiivisestä tukialueesta. Koska membraanit eivät ole pääasiallisesti tiheydeltään tasaisia kautta koko rakenteensa, ne luetaan anisotrooppisiksi määriteltyihin kalvoihin kuuluviksi. Näistä kahdesta erillisestä alueesta ja membraa-nin ominaisuuksien eroista, jotka voidaan havaita riippuen siitä, kumpi membraanin pinta on kohti syötettävää suolaliuosta, johtuen, Loeb-tyyppiset membraanit voidaan kuvata epäsymmetrisiksi.

Esimerkiksi käytännön suolanpoistokokeissa on epäsymmetrisillä tiheäkalvoisilla membraaneilla osoittautunut olevan parempi läpäisyvirtaus verrattuna vanhemmantyyppisiin tiiviisiin kalvoihin. Loeb-tyyppisten membraanien läpäisynopeuden parannus on katsottu johtuvaksi tiheän selektiivisen alueen paksuuden lisääntymisestä. Vähemmän tiheä alue tällaisessa membraanissa antaa riittävän rakenteellisen tuen estämään membraanin murtumisen käyttöpaineissa, mutta antaa vähän vastusta läpivirtaukselle. Tämän takia tiheä kalvo pääasiallisesti suorittaa erottamisen ja vähemmän tiheän tukialueen ensisijainen tehtävä on fysikaalisesti tukea tiheää kalvoa. Kuitenkin tällaisissa Loeb-tyyppisissä membraaneissa tämä vähemmän tiheä tukialue usein puristuu kokoon paineiden vaikutuksesta, jollaisia halutaan suolanpoistoa varten vedestä ja tällaisissa olosuhteissa vähemmän tiheä tukialue menettää jonkin verran onteloti-lavuudestaan. Tämän seurauksena läpivirranneen aineen vapaa virtaus pois tiheän kalvon ulosvirtauspuolelta estyy, minkä vaikutuksesta läpäisynopeus alenee. Lisäksi Loeb’in et ai. esittämät sel-luloosa-asetaattimembraanit ovat myös alttiina tukkeutumiselle ja erilaisille kemiallisille hajaantumissille. Sen tähden on huomio 5 61636 suunnattu Loeb-tyyppisten membraanien kehittämiseksi muista aineista kuin selluloosa-asetaatista, jotka voivat antaa lujempia rakenneominaisuuksia ja lisääntyneen kemiallisen kestävyyden. Polymeeri-aineiden "Loeb»käsittely" yksittäisten komponenttikalvojen saamiseksi, joilla on hyvä selektiivisyys ja hyvä läpäisynopeus, on havaittu erittäin vaikeaksi. Useimpien yritysten tuloksena saadaan membraaneja, jotka ovat joko huokoisia, ts. niissä on juoksevia virtauskanavia tiheän kalvon läpi eivätkä erota, tai joilla on liian paksu tiheä kalvo antamaan käyttökelpoisia läpäisynopeuksia. Niinpä usein nämä epäsymmetriset kalvot eivät toimi hyväksyttävästi neste-erotusprosesseissa, kuten vastakkaisessa osmoosissa. Kuten tämän jälkeen lisäksi selostetaan, on vielä vaikeampaa valmistaa Loeb-tyyppisiä membraaneja, joilla on hyvä selektiivisyys ja hyvät läpäisynopeudet kaasunerotusprosesseja varten.

Lisäkehittelyt edullisten erotuskalvojen saamiseksi suolan poistamiseksi vedestä ja muita neste/neste-erotuksia varten, kuten orgaanisten aineiden erottamista varten nesteistä, ovat johtaneet yhdistelmämembraaneihin, jotka käsittävät huokoisen alustan, joka läsnäolevien virtauskanavien ansiosta voi helposti läpäistä nestettä ja on lisäksi riittävän luja kestämään käyttöolosuhteet, sekä sen tukeman puoliläpäisevän kalvon. Ehdotetut yhdistelmämembraa-nit kuuluvat ns. "dynaamisesti muodostettuihin" membraaneihin, jotka muodostetaan saostamalla jatkuvasti polymeerikalvoainetta syöt-töliuoksesta huokoiselle alustalle. Tämä jatkuva seostaminen on tarpeen, koska polymeerikalvoaine on alttiina kulkeutumiselle huokosiin ja huokoisen alustan läpi ja sen tähden tarvitsee täydennystä. Lisäksi polymeerikalvoaine on usein riittävän liukoinen neste-seokseen, joka erotettavaksi tuodaan, niin että se tavallisesti on alttiina myös yksipuoliselle kulumiselle, ts. se huuhtoutuu pois alustasta.

On ehdotettu valmistettavaksi yhdistelmäsuolanpoistomembraa-neja järjestämällä pääasiallisesti kiinteä diffuusio- tai erotus-membraani huokoiselle alustalle. Ks. esimerkiksi Sachs, et ai., US-patentti n:o 3 676 203, jossa esitetään polyakryylihappoerotus-kalvo huokoisella alustalla, kuten selluloosa-asetaatilla, poly-sulfonilla jne. Erotuskalvon paksuus on suhteellisen suuri, esim.

60 mikroniin asti, niin että erotuskalvo on riittävän luja, että 6 61636 se ei pyri valumaan huokoisen alustan huokosiin tai murtumaan näiden kohdalla. Muut ehdotukset ovat käsittäneet anisotrooppisen alustan käyttämisen, jossa on tiheämpi alue pinnalla, esim. kalvo, välittömänä tukipintana erotuskalvo varten. Ks. esimerkiksi Cabasso et ai., Research and Development of NS-1 and Related Polysulfone Hollow Fibers for Reverse Osmosis Desalination of Seawater, Gulf South Research Institute, heinäkuu, 1975, jakelee National Technical Information Service, U.S. Department of Commerce, Publication PB 248 666. Cabasso et al. esittävät suolan poistoa varten vedestä yh-distelmämembraaneja, jotka koostuvat ontoista ansitrooppisista po-lysulfonikuiduista, jotka on päällystetty esim. polyeteeni-imiinil-lä, joka ristisidotaan iai situ tai furfuryylialkoholilla, joka po-lymeroidaan in situ antamaan päällekkäisen erotusmembraanin. Toisen tavan vastakkaisosmoosimembraanien valmistamiseksi on esittänyt Shorr US-patentissa 3 556 305. Shorr esittää kolmiosaisia erotus-membraaneja vastakkaisosmoosia varten ja nämä käsittävät anisotrooppisen huokoisen alustan, äärimmäisen ohuen sideainekerroksen huokoisella alustalla ja ohuen puoliläpäisevän kalvon, joka on si-deainekerroksella kiinnitetty alustaan. Usein nämä äärimmäisen ohuet puoliläpäisevät kalvot yhdistelmämuodossa huokoisten alusta-aineiden kanssa valmistetaan valmistamalla erikseen äärimmäisen ohut kalvo ja huokoinen alusta, mitä seuraa näiden kahden saattaminen pinta pintaa vastaan kosketukseen.

Muuntyyppisiä membraaneja, joita on käytetty nesteiden käsittelyyn, ovat ns. "ultrasuodatusM-membraanit, joissa on halutun läpimittaisia huokosia. Riittävän pienet molekyylit voivat kulkea huokosten läpi, kun sen sijaan suuremmat, enemmän tilaa ottavat molekyylit pidättyvät membraanin syöttöpinnalle. Esimerkin ultra-suodatusmembraanityypeistä tarjoaa Massucco US-patentissa n:o 3 556 992. Näissä membraaneissa on anisotrooppinen alusta ja geeli, joka on palautumattomasta puristettu alustaan antamaan membraaneja, joilla on sopivat huokoskoot emäksisten hydroksidien erottamiseksi hemiselluloosasta ja ultrasuodatus tapahtuu geelin läpi.

Edellä esitetty kuvaus tämän keksinnön taustasta on suuntautunut membraaneihin nesteen erottamista varten nesteseoksesta, kuten suolan poistossa vedestä. Nykyään on enemmän painoa pantu ero-tuskalvojen kehittämiseen, jotka sopivat kaasun erottamiseen kaa- 7 61636 suseoksesta. Kaasun tunkeutuminen erotuskalvojen läpi on ollut monien eri tutkimusten kohteena; kuitenkaan kaasunerotuskalvoja, joilla on sekä suuri läpivirtaus että käyttökelpoinen selektiivinen erotuskyky, ei todennäköisesti ole valmistettu, ainakaan kaupallisesti. Seuraava kuvaus valaisee spesifisiä muunnoksia, joita on tehty kalvoille, joita on käytetty kaasun erotuksiin ja se tarjoaa pohjan, jolla tätä keksintöä voidaan täysin arvioida.

Yrityksiä on tehty kehitetyn tiedon lähestymiseksi, joka koskee neste/neste-erotuskalvoja. On kuitenkin olemassa monia eri tärkeitä seikkoja kehitettäessä sopivaa erotuskalvoa kaasusystee-mejä varten verrattuna sopivan kalvon kehittämiseen nestesysteemejä varten. Esimerkiksi pienten huokosten läsnäolo kalvossa ei vaikuta kohtuuttoman haitallisesti kalvon suorituskykyyn neste-erotuksia varten, kuten suolan poistossa, mikä johtuu absorptiosta membraanille ja sen turpoamisesta sekä nesteiden korkeasta viskositeetista ja hyvistä koossapysyvyysominaisuuksista. Koska kaasuilla on äärimmäisen alhaiset absorptio-, viskositeetti- ja koossapysy-vyysominaisuudet, ei mitään estettä muodostu estämään kaasuja helposti kulkemasta huokosten läpi tällaisessa kalvossa, mistä on seurauksena kaasujen hyvin vähäinen erottuminen, jos ollenkaan. Eräs äärimmäisen tärkeä ero nesteiden ja kaasujen välillä, joka voi vaikuttaa selektiiviseen erottamiseen tunkeutumalla kalvojen läpi, on kaasujen yleensä alhaisempi liukenevuus kalvoihin verrattuna nesteiden liukenevuuteen tällaisiin kalvoihin, mistä on seurauksena alhaisemmat läpäisyvakiot kaasuille verrattuna nesteiden läpäisyva-kioihin. Muita eroja nesteiden ja kaasujen välillä, jotka voisivat vaikuttaa selektiiviseen erottamiseen tunkeutumalla kalvojen läpi, ovat tiheys ja sisäinen paine, lämpötilan vaikutus viskositeettiin, pintajännitys ja valmiusaste.

On havaittu, että aineilla, joilla on hyvä kaasujen erotuskyky, on usein alemmat läpäisevyysvakiot verrattuna aineiden, joilla on vähäinen kaasujen erotuskyky, vastaaviin vakioihin. Yleensä ponnistukset on suunnattu kaasunerotuskalvon aineen tuottamiseksi niin ohuessa muodossa kuin mahdollista alhaisiin läpäisevyyksiin nähden, riittävän virtauksen aikaansaamiseksi vielä saada kalvo niin vapaana huokosista kuin mahdollista, niin että kaasut kulkevat kalvon läpi keskenäisestä vuorovaikutuksesta kalvoaineen kans- 61 6 3 6 8 sa. Eräs yritys erotuskalvojen kehittämiseksi, jotka sopivat kaasu-systeemeille, on käsittänyt yhdistelmämembraanien valmistamisen, joissa on päällekkäismembraani tuettuna anisotrooppisella huokoisella alustalla, jolloin päällekkäismemebraani aikaansaa halutun erottumisen, ts. päällekkäismembraani on puoliläpäisevä. Päällek-käismembraanit ovat edullisesti riittävän ohuita, ts. ultraohuita antaakseen kohtuulliset virtaukset. Huokoisen alustan oleellisena tehtävänä on tukea ja suojata päällekkäismembraania vahingoittamatta herkkää, ohutta päällekkäismembraania. Sopivat alustat antavat vähäisen vastuksen läpikululle sen jälkeen, kun päällekkäismembraani on suorittanut tehtävänsä erottaa selektiivisesti läpäisevä aine syöttöseoksesta. Niinpä nämä alustat ovat edullisesti huokoisia antamaan alhaisen vastuksen läpäisevän aineen kululle ja ovat silti riittävän kannattavia, ts. niiden huokoskoot ovat riittävän pienet estämään päällekkäismembraanin murtuminen erotusolosuhteissa. Klass et ai., US-patentti n:o 3 616 607, Stancell et ai., US-pa-tentti n:o 3 657 113 ja Yasuda, US-patentti n:o 3 775 303 esittävät esimerkkejä kaasunerotusmembraaneista, joissa on päällekkäis-membraaneja huokoisella alustalla.

Tällaiset yhdistelmämembraanit kaasunerotuksia varten eivät ole olleet ongelmattomia. Esimerkiksi, Browall esittää US-patentis-sa 3 980 ä56 yhdistelmämembraanikalvojen valmistuksen hapen erottamista varten ilmasta, ja nämä käsittävät alustana mikrohuokoisen polykarbonaattilevyn ja erikseenmuodostetun, ts. esimuodostetun päällekkäin asetetun ultraohuen erotusmembraanin, jossa on 80 % poly(fenyleenioksidia) ja 20 % organopolysiloksaani/polykarbonaat-ti-sekapolymeeriä. Membraanien valmistuksessa on Browall todennut äärimmäisen pienten hiukkasmaisten epäpuhtauksien, ts. hiukkasten, jotka ovat kooltaan pienempiä kuin n. 3 000 Angström'iä, poissulkemisen valmistusaineelta epäkäytännölliseksi tai mahdottomaksi. Nämä hienot hiukkaset voivat laskeutua ennalta muodostettujen ult-raohuiden membraanikerrosten alle tai väliin, ja niiden suuresta koosta johtuen verrattuna ultraohuisiin membraaneihin, puhkaisevat nämä. Tällaiset murtumat alentavat membraanin tehokkuutta. Bro-wall’in patentissa esitetään käytettäväksi ennalta muodostettua or-ganopolysiloksaani/polykarbonaatti-sekapolymeeriä tiivistysmassa-na ultraohuella membraanilla hienojen osasten aiheuttamien murtu- 9 61636 mien kattamiseksi. Browall esittää myös ennalta muodostetun kerroksen organopolysiloksaani/polykarbonaatti-sekapolymeeristä käyttämisen ultraohuen membraanin ja huokoisen polykarbonaatti-alus-tan välissä sideaineena. Siten Browall’in yhdistelmämembraanit ovat rakenneaineiltaan ja -menetelmiltään monimutkaisia.

Yhteenvetona todettakoon, että ilmeisesti kaasunerotuksia varten ei ole valmistettu sopivia anisotrooppisia membraaneja, joilla päällekkäismembraanin, selektiivisen erotuksen aikaansaamiseksi, poissaollessa olisi riittävä virtaus ja erotusselektiivi-syys yleisiä kaupallisia prosesseja varten. Lisäksi näyttää siltä, että yhdistelmämembraaneilla kaasunerotusta varten, joissa on pääl-lekkäismembraani aikaansaamaan selektiivisen erottumisen, on saavutettu vain vähäistä tai vaatimatonta parannusta membraanien suorituskykyyn, eikä näillä kaasunerotusmembraaneilla näytä olevan menestyksellistä suuren mittakaavan kaupallista käyttöä. Lisäksi päällekkäismembraani, vaikkakin se on mahdollisimman ultraohut ai-kaansaadakseen halutun selektiivisen erottamisen, voi merkittävästi alentaa läpäissyn kaasun virtausta yhdistelmämembraanin läpi verrattuna huokoisen alustan, jolla ei ole päällekkäismembraania, läpäisyyn .

Tämä keksintö koskee erityisiä monikomponentti- tai yhdis-telmämembraaneja kaasujen erottamista varten ja ne käsittävät päällysteen kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa, jolloin moni-komponenttimembraanien erotusominaisuudet pääasiallisesti määräytyvät huokoisen erotuskalvon mukaan vastakohtana päällysten aineelle, menetelmiä kaasun erottamiseksi käyttäen monikomponenttikalvo-ja laitteistoa kaasujen erottamiseksi käyttäen hyväksi näitä moni-komponenttikalvoja. Näillä monikomponenttikalvoilla ainakin yhden kaasun erottamiseksi kaasuseoksesta, voi olla haluttu selektiivi-syys ja vielä käyttökelpoinen virtaus. Tämä keksintö tarjoaa monikomponentt ikalvoja kaasunerotusta varten ja niitä voidaan valmistaa suuresta joukosta eri kaasunerotuskalvoaineita ja siten tehdä mahdolliseksi suuremman laajuuden kuin mitä tähän saakka on ollut, valittaessa tällaista kalvoainetta, joka on edullinen tiettyä kaasunerotusta varten. Tämä keksintö tarjoaa monikomponenttikalvoja, joissa virtauksen ja selektiivisen erottamisen halutut yhdistelmät voi- 10 61636 daan aikaansaada konfiguraatiolla ja valmistusmenetelmillä sekä komponenttien yhdistämisellä. Niinpä ainetta, jolla on suuri ero-tusselektiivisyys, mutta suhteellisen alhainen läpäisevyysvakio, voidaan käyttää monikomponenttikalvojen valmistukseen, joilla on halutut läpäisynopeudet ja haluttu erotusselektiivisyys. Lisäksi tämän keksinnön kalvot voivat olla suhteellisen tunnottomia saastumisen vaikutuksille, ts. hienoille hiukkasille valmistuksen aikana, jotka aikaisemmin aiheuttivat vaikeuksia yhdistelmämembraa-nien valmistuksessa ennalta muodostetusta ultraohuesta erotuskal-vosta alustan päälle asetettuna. Edullisesti sideaineiden käyttö valmistettaessa tämän keksinnön monikomponenttikalvoja, ei ole tarpeen. Sen tähden tämän keksinnön monikomponenttikalvojen ei tarvitse olla monimutkaisia rakennetekniikaltaan. Tämän keksinnön mukaisia monikomponenttikalvoja voidaan valmistaa antamaan suuri raken-nelujuus, sitkeys ja kestävyys kulutusta ja kemikaaleja vastaan, niin että niillä silti on kaupallisesti edullinen virtaus ja selektiivinen erotuskyky. Näillä monikomponenttikalvoilla voi myös olla haluttuja käsittelyominaisuuksia, kuten pieni herkkyys staattisille sähköisille voimille, pieni tarttuvuus viereisiin monikom-ponenttikalvoihin jne.

Käsitteiden määrittely Tämän keksinnön mukaisesti monikomponenttikalvot kaasun erotusta varten käsittävät huokoisen erotuskalvon, jossa on syöttö- ja poistopinnat sekä päällystysaineen, joka on kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa. Huokoisella erotuskalvolla on pääasiallisesti sama koostumus eli aine kautta sen koko rakenteen, ts. huokoinen erotuskalvo on pääasiallisesti kemiallisesti homogeeninen. Huokoisen erotuskalvon aine läpäisee selektiivisesti ainakin yhden kaasun kaasuseoksesta ainakin yhden kaasun jäädessä kaa-suseokseen ja tästä syystä huokoinen erotuskalvo määritellään "ero-tus"-kalvoksi. Kuvattaessa erotuskalvo "huokoiseksi" tarkoitetaan, että kalvossa on jatkuvia kanavia kaasun virtausta varten, ts. huokosia, jotka ovat yhteydessä syöttöpinnan ja poistopinnan kanssa. Nämä jatkuvat kanavat, jos niitä on riittävästi lukumäärältään ja poikkileikkaukseltaan, voivat laskea pääasiallisesti koko kaasu-seoksen virtaamaan huokoisen erotuskalvon läpi, jolloin tapahtuu 11 61636 vähän tai ei ollenkaan erottumista, mikä johtuu vuorovaikutuksesta huokoisen erotuskalvon aineen kanssa. Tämä keksintö tarjoaa edullisesti monikomponenttikalvoja, joilla ainakin yhden kaasun erottaminen kaasuseoksesta huokoisen erotuskalvon aineen vuorovaikutuksen ansiosta paranee verrattuna huokoiseen erotuskalvoon yksinään. Tämän keksinnön monikomponenttikalvot käsittävät huokoisia erotus-kalvoja ja päällysteitä, joilla on erityiset suhteet. Jotkut näistä suhteista voidaan sopivasti ilmaista suhteellisina erotusteki-jöinä jonkin kaasuparin suhteen huokoisia erotuskalvoja, päällysteitä ja monikomponenttikalvoja varten. Erotustekijä (a^) kalvolle annettua kaasuparia a ja b varten määritellään kalvon, kaasua a varten, läpäisevyysvakion (P ) suhteeksi kalvon, kaasua b varten, lä-päisevyysvakioon (P^). Erotustekijä on myös yhtä suuri kuin kalvon, jonka paksuus on ji, läpäisevyyden (P /X), kaasuseoksen kaasulle a, 3 suhde saman kalvon kaasulle b läpäisevyyteen, (P^/X), jolloin läpäisevyys annetulle kaasulle on kaasun tilavuus, normaalilämpötilassa ja paineessa (NTP), joka kulkee kalvon läpi pinnan neliösent-timetriä kohti sekunnissa, 1 elohopea-senttimetrin osapaineen alenemalle kalvon poikki paksuusyksikköä kohti, ja ilmaistaan lausek-3 2 keella P = cm /cm -s-cmHg/X.

Käytännössä erotustekijä annetun kaasuparin suhteen annetulle kalvolle voidaan määrittää käyttäen lukuisia menetelmiä, jotka antavat riittävästi tietoa läpäisevyysvakioiden tai läpäisevyyksien laskemiseksi kullekin kaasuparille. Useita monista menetelmistä, joita on käytettävissä läpäisevyysvakioiden, läpäisevyyksien ja erotustekijoiden määrittämiseksi, ovat esittäneet Hwang, et ai., Techniques of Chemistry, nide VII, Membranes in Separations, John Wiley & Sons, 1975, luku 12, sivut 296-322.

Ominaiserotustekijä, jollaiseen tässä viitataan, on erotus-tekijä aineelle, jossa ei ole kanavia kaasun virtausta varten aineen poikki, ja on suurin saavutettavissa oleva erotustekijä tälle aineelle. Tällaisen aineen voidaan sanoa olevan jatkuva tai ei-huokoinen. Jonkin aineen ominaiserotustekijä voidaan arvioida mittaamalla aineen tiiviin kalvon erotustekijä. Kuitenkin saattaa esiintyä lukuisia vaikeuksia määritettäessä ominaiserotustekijää, kuten epätäydellisyydet, joita esiintyy tiiviin kalvon valmistuksessa, kuten huokosten läsnäolo, hienojen osasten läsnäolo tiiviissä kai- 12 61636 vossa, määrittelemätön molekyylijärjestys, mikä johtuu vaihteluista kalvojen valmistuksessa jne. Niinmuodoin määritetty ominaisero-tustekijä voi olla alempi kuin ominaiserotustekijä. Niinpä "määritetty ominaiserotustekijä", kuten sitä tässä käytetään, tarkoittaa kuivan tiiviin tästä aineesta valmistetun kalvon erotustekijää.

Tämän keksinnön mukaisella monikomponenttikalvolla kaasujen erottamista varten on ainakin yhden kaasuparin suhteen erotustekijä, joka on merkittävästi suurempi kuin päällystysaineen, joka on suljetussa kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa, määritetty ominaiserotustekijä. Käsitteellä "merkittävästi suurempi" kuvattaessa monikomponenttikalvon erotustekijän ja päällystysaineen määritetyn ominaiserotustekijän suhteita, tarkoitetaan, että erotus-tekijöiden ero on tärkeä, ts. se on yleensä ainakin n. 10 % suurempi. Käsitteellä "suljettu kosketus" tarkoitetaan, että päällystys on kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa niin, että mo-nikomponenttikslvossa kaasujen, jotka kulkevat huokoisen erotus-kalvon aineen läpi, suhde kaasuihin, jotka kulkevat huokosten läpi, kasvaa verrattuna tähän suhteeseen huokoisessa erotuskalvossa yksinään. Niinpä kosketus on sellainen, että monikomponenttikal-vossa saadaan huokoisen erotuskalvoaineen lisääntynyt myötävaikutus erotustekijään, joka monikomponenttikalvolla on ainakin yhtä kaasuparia varten, verrattuna myötävaikutukseen huokoisessa erotus-kalvossa yksinään. Niinmuodoin ainakin tämän yhden kaasuparin suhteen on monikomponenttikalvon erotustekijä suurempi kuin huokoisen erotuskalvon erotustekijä. Lisäksi, ainakin yhden kaasuparin suhteen, huokoisen erotuskalvon aineen määritetty ominaiserotustekijä on suurempi kuin päällystysaineen määritetty ominaiserotustekijä. Myös, mitä ainakin yhteen kaasupariin tulee, on monikomponenttikalvon erotustekijä usein yhtä suuri tai pienempi kuin huokoisen erotuskalvoaineen määritetty ominaiserotustekijä. Usein, huolimatta monikomponenttikalvon aiotusta kaasunerotuskäytöstä, erotustekijöi-den suhteet voidaan osoittaa ainakin yhtä kaasuparia varten, joka käsittää jonkin vedystä, heliumista, ammoniakista ja hiilidioksidista sekä jonkin hiilimonoksidista, typestä, argonista, rikkihek-safluoridista, metaanista tai etaanista. Myös joissakin tämän keksinnön monikomponenttikalvoissa erotustekijöiden suhteet voidaan osoittaa kaasuparille, joka käsittää hiilidioksidin ja jonkin ve- 13 616 3 6 dystä, heliumista ja ammoniakista, tai ammoniakin ja jonkin hiilidioksidista, vedystä ja heliumista.

On toivottavaa, että keksinnön mukaisella monikomponentti-kalvolla on ainakin yhden kaasuparin suhteen erotustekijä, joka on ainakin n. 35 % suurempi, ja edullisesti ainakin n. 50 % suurempi ja joskus ainakin n. 100 % suurempi kuin päällysteaineen määritelty luontainen erotustekijä. Usein, ainakin yhden kaasuparin suhteen, on monikomponenttikalvon erotustekijä ainakin n. 5, usein ainakin n. 10 % suurempi, ja joskus ainakin n. 50 tai n. 100 % suurempi kuin huokoisen erotuskalvon erotustekijä.

Tämä keksintö käsittää monta eri kohtaa. Eräs kohta liittyy monikomponenttikalvoihin kaasun erotuksia varten, toinen kohta liittyy menetelmiin kaasunerotuksia varten käyttäen näitä monikom-ponenttikalvoja ja kolmantena kohtana on laite kaasunerotuksien suorittamiseksi, jolloin laite sisältää näitä monikomponenttikal-voja.

Tämän keksinnön kohdan, joka koskee monikomponenttikalvoja, eräs muoto käsittää monikomponenttikalvoja, jotka koostuvat päällysteestä suljetussa kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa, joka on tehty aineesta, joka selektiivisesti läpäisee ainakin yhden kaasun kaasuseoksesta ainakin yhden tai useamman kaasun jäädessä kaasuseokseen, jolloin huokoisella erotuskalvolla on huomattava ontelotilavuus, ja jolloin monikomponenttikalvolla on ainakin yhden kaasuparin suhteen huomattavasti suurempi erotustekijä kuin päällysteaineen määritetty ominaiserotustekijä. Ontelot ovat huokoisessa erotuskalvossa olevia alueita, jotka ovat vapaita huokoisen erotuskalvon aineesta. Niinpä, kun ontelolta on läsnä, on huokoisen erotuskalvon tiheys pienempi kuin huokoisen erotuskalvon massa-aineen tiheys. Kuvaamalla ontelotilavuus "oleelliseksi", tarkoitetaan, että riittävästi onteloista, esim. ainakin n. 5 ti-lavuus-% ontelolta on huokoisen erotuskalvon paksuudelta läsnä antamaan toteutettavissa olevan lisäyksen läpäisynopeuteen kalvon läpi verrattuna havaittavaan läpäisynopeuteen tiiviin sama-aineisen ja samanpaksuisen kalvon läpi. Edullisesti ontelotilavuus on n.

90 %:iin asti, kuten väliltä n. 10-80, ja joskus n. 20 tai 30-70 % laskettuna ulkotilavuudesta, ts. tilavuudesta, joka muodostuu huo- 14 61 6 3 6 koisen erotuskalvon ulkomittojen mukaisesta tilavuudesta. Eräs menetelmä huokoisen erotuskalvon ontelotilavuuden määrittämiseksi käsittää tiheysvertailun huokoisen erotuskalvon massa-aineen tilavuuden kanssa, joka vastaisi kalvoa, jolla on samat fysikaaliset ulkomitat ja muodot kuin huokoisella erotuskalvolla. Tämän takia ont-tokuituisen huokoisen erotuskalvon tyhjä tila ei vaikuttaisi huokoisen erotuskalvon tiheyteen.

Huokoisen erotuskalvon tiheys voi olla pääasiallisesti sama läpi koko sen paksuuden, ts. isotrooppisesti tai huokoiselle ero-tuskalvolle voi olla ominaista, että sillä on ainakin yksi suhteellisesti tiheämpi alue sen paksuudesta sulkuna kaasuvirran suhteen huokoisen erotuskalvon poikki, ts. huokoinen erotuskalvo on aniso-trooppinen. Päällyste on edullisesti suljetussa kosketuksessa an-isotrooppisen huokoisen erotuskalvon suhteellisen tiheän alueen kanssa. Koska suhteellisen tiheä alue voi olla huokoinen, se voidaan helpommin tehdä aivan ohueksi verrattuna samanpaksuisen tiiviin kalvon valmistukseen. Huokoisten erotuskalvojen, joissa on suhteellisen tiheitä alueita, jotka ovat ohuita, käyttö antaa parannetun virtauksen monikomponenttikalvon läpi.

Keksinnön monikomponenttikalvoja koskevan kohdan eräässä muodossa monikomponenttikalvot käsittävät päällysteen suljetussa kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa, joka on tehty aineesta, joka selektiivisesti läpäisee ainakin yhden kaasun kaasuseoksessa yhden tai useamman muun kaasun jäädessä kaasuseokseen, jolloin päällyste levitetään käyttäen pääasiallisesti nestemäistä ainetta, joka on sopiva päällysteen muodostamiseksi, ja jolloin, ainakin yhden kaasuparin suhteen, monikomponenttikalvolla on erotustekijä, joka on merkittävästi suurempi kuin päällystysaineen määrite tty ominaiserotustekijä. Aine, joka levitetään huokoiselle erotuskal-volle, on pääasiallisesti neste, sikäli, että se on kykenemätön säilyttämään muotonsa ulkoisen tuen puuttuessa. Päällysteen aine voi olla neste tai se voidaan liuottaa tai suspendoida hienojakoisena jähmeänä aineena (esim. kolloidisessa koossa) nestemäiseen liuotti-meen antamaan pääasiallisesti nestemäinen aine levitettäväksi huokoiselle erotuskalvolle. Edullisesti päällystysaine tai päällystys-aine nestemäisessä liuottimessa kostuttaa huokoisen erotuskalvon 15 61 £ 3 6 aineen, ts. pyrkii tarttumaan siihen. Siten päällysteen kosketus huokoisen erotuskalvon kanssa usein helpottuu. Pääasiallisesti nestemäisen aineen käyttö päällysteen aikaansaamiseksi huokoiselle ero-tuskalvolle tekee mahdolliseksi käyttää yksinkertaisempia menetelmiä kuin mitä on käytetty valmistettaessa yhdistelmäkalvoja erikseen muodostetuista, jähmeistä aineista. Lisäksi voidaan päällystystä varten käyttää suurta joukkoa eri aineita ja levitysmenetel-mät voidaan helposti sovittaa eri muotoisten huokoisten erotuskal-vojen käyttöön.

Tämän keksinnön monikomponenttikalvoja koskevan kohdan eräässä lisämuodossa monikomponenttikalvo käsittää päällysteen suljetussa kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa, joka on poly-sulfonia, jolloin ainakin yhden kaasuparin suhteen monikomponent-tikalvolla on merkittävästi suurempi erotustekijä kuin päällystys-aineen määritetty ominaiserotustekijä. Tämän kohdan eräässä toisessa muodossa monikomponenttikalvot käsittävät päällysteen suljetussa kosketuksessa onttokuituisen huokoisen erotuskalvon kanssa, joka on tehty aineesta, joka selektiivisesti läpäisee ainakin yhden kaasun kaasuseoksessa verrattuna yhteen tai useampaan jäljelle jäävään kaasuun tässä kaasuseoksessa, jolloin ainakin yhden kaasuparin suhteen, monikomponenttikalvolla on merkittävästi suurempi erotustekijä kuin päällystysaineen määritetty ominaiserotustekijä. Ontoissa miselleissä (ts. ontoissa kuiduissa) ulkopinta voi olla huokoisen erotuskalvon syöttö- tai poistopinta ja sisäpinta voi vastaavasti olla poisto- tai syöttöpinta. Ontot kuidut helpottavat edullisesti kaasunerotuslaitteen aikaansaamista, jolla on suuret käytettävissä olevat pinta-alat erotusta varten laitteen annetuissa tilavuuksissa. Onttojen kuitujen tiedetään pystyvän kestämään suurempia paine-eroja kuin tukemattomat kalvot, joilla on pääasiallisesti sama paksuus ja morfologia.

Tämän keksinnön toinen kohta koskee menetelmiä kaasun erottamiseksi käyttäen monikomponenttikalvoja. Tässä keksinnön kohdassa ainakin yksi kaasu kaasuseoksessa erotetaan ainakin yhdestä muusta kaasusta selektiivisellä läpäisyllä antamaan läpimennyt tuote, joka sisältää ainakin yhden läpimenneen kaasun. Menetelmä käsittää: kaasuseoksen saattamisen kosketukseen monikomponenttikaivon pinnan (syöttöpinnan) kanssa, jolloin ainakin yhden kaasuparin suhteen 16 616 3 6 kaasuseoksessa monikomponenttikalvo selektiivisesti läpäisee yhden kaasun kaasuparista jättäen kaasuparin toisen kaasun; pidetään mo-nikomponenttikalvon vastaikkainen pinta (poistopinta) alemmassa kemiallisessa potentiaalissa ainkin yhtä läpäisevää kaasua varten kuin kemiallinen potentiaali mainitulla toisella pinnalla; annetaan ainakin yhden läpäisevän kaasun tunkeutua monikomponenttikal-voon ja läpäistä se; ja poistetaan vastakkaisen pinnan läheisyydestä läpäissyt tuote, jossa ensimmäisen kaasun kaasuseoksessa suhde ainakin yhteen muuhun kaasuseoksen kaasuun on erilainen kuin kaasu-seoksessa tämän ainakin yhden kaasun suhde ainakin yhteen muuhun kaasuun. Tämän keksinnön erotusprosessit käsittävät tämän ainakin yhden kaasun väkevöimisen monikomponenttikalvon syöttöpuolella väkevöidyn tuotteen saamiseksi ja käsittää tämän ainakin yhden kaasun tunkeutumisen monikomponenttikalvon läpi läpäissyn tuotteen saamiseksi, jossa mainittu suhde on suurempi suhde.

Tämän kohdan eräässä muodossa monikomponenttikalvo käsittää päällysteen suljetussa kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa, jolla on huomattava ontelotilavuus. Keksinnön tämän kohdan eräässä toisessa muodossa vety erotetaan selektiivisesti kaasuseoksesta, joka sisältää myös ainakin yhden seuraavista: hiilimonoksidin, hiilidioksidin, heliumin, typen, hapen, argonin, rikkivedyn, typpioksidin, ammoniakin ja hiilivedyn, jossa on 1 - n. 5 hiiliatomia. Keksinnön tämän kohdan eräässä lisämuodossa ainakin yksi kaasu kaasuseoksessa erotetaan ainakin yhdestä muusta kaasusta saattamalla kaasuseos kosketukseen monikomponenttikalvon kanssa, joka käsittää päällysteen suljetussa kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa, joka on polysulfonia.

Keksinnön eräs lisäkohta koskee laitetta kaasunerotuksia varten, jossa käytetään hyväksi tämän keksinnön mukaisia monikom-ponenttikalvoja. Laite käsittää kehyksen, jossa on ainakin yksi tämän keksinnön mukainen monikomponenttikalvo, jolla on syöttöpinta ja sitä vastapäätä poistopinta, ja kehyksessä on laitteet kaasu-seoksen syöttämiseksi monikomponenttikalvon syöttöpinnalle ja poistamiseksi syöttöpinnan läheisyydestä sekä laitteet läpäissyn tuot-tteen poistamiseksi monikomponenttikalvon poistopinnan läheisyydestä.

17 61 636

Yllättäen on havaittu, että aine päällystettä varten, jolla voi olla alhainen määritetty ominaiserotustekijä, voidaan aikaansaada huokoiselle erotuskalvolle, jolla huokoisella erotuskalvolla voi olla alhainen erotustekijä, monikomponenttikalvon valmistamiseksi, jonka erotustekijä on suurempi kuin sekä päällysteellä että huokoisella erotuskalvolla. Tämä tulos on melko yllättävä vastakohtana aikaisemmille ehdotuksille kaasunerotusyhdistelmäkalvoja varten, joissa on päällekkäiskalvo tuettuna huokoiselle alustalle, jotka ehdotukset ovat pääasiallisesti vaatineet, että päälleasete-tulla kalvolla on suuri erotustekijä selektiivisen erotuksen aikaansaamiseksi kalvolla. Havainto, että päällysteitä, joilla on alhaiset erotustekijät, voidaan käyttää huokoisten erotuskalvojen yhteydessä antamaan monikomponenttikalvoja, joilla on suurempi erotustekijä kuin kummallakaan päällysteistä tai huokoisesta erotuskalvos-ta, johtaa erittäin edullisiin monikomponenttikalvoihin kaasujen erottamista varten. Esimerkiksi aineita, joilla on halutut ominais-erotustekijät, mutta joita oli vaikea käyttää hyväksi päällekkäis-membraaneina, voidaan käyttää tämän keksinnön mukaisen huokoisen erotuskalvon aineena, jolloin huokoisen erotuskalvon aineen erotuskyvyn selektiivisyys merkittävästi myötävaikuttaa monikomponent-tikalvon erotustekijään.

Voidaan selvästi nähdä, että monikomponenttikalvojen huokoinen erotuskalvo voi olla anisotrooppinen, erotusalueen ollessa ohut, mutta suhteellisen tiheä. Siten huokoinen erotuskalvo voi käyttää hyväksi anisotrooppisten kalvojen antamaa alhaista läpäisyvastusta ja antaa monikomponenttikalvoja, joilla on halutut erotustekijät. Lisäksi virtauskanavien läsnäolo, mikä voi tehdä yksikomponentti-set (ei-yhdistelmä) anisotrooppiset kalvot ei hyväksyttäviksi kaa-suerotuksia varten, voi olla hyväksyttävä ja jopa toivottava huokoisissa erotuskalvoissa, joita käytetään tämän keksinnön monikom-ponenttikalvoissa. Päällyste voi edullisesti antaa alhaisen läpäi-syvastuksen ja päällysteaineella voi olla alhainen määritetty omi -naiserotustekijä. Joissakin monikomponenttikalvoissa päällyste voi pyrkiä selektiivisesti torjumaan halutun läpäisevän kaasun, mutta syntyvällä monikomponenttikalvolla käyttäen tätä päällystettä voi olla erotustekijä suurempi kuin huokoisella erotuskalvolla.

18 61 636 Tämä keksintö koskee monikomponenttikalvoja, joita on muodostettu yhdistämällä ennalta muodostettu huokoinen erotuskalvo, ts. huokoinen erotuskalvo, joka on valmistettu ennen päällysteen levittämistä, ja päällyste. Keksinnön kohteena on erityisesti mo-nikomponenttisia kaasunerotuskalvoja, joissa huokoisen erotuskal-von aineen erotuskyvyn selektiivisyys myötävaikuttaa merkittävästi monikomponenttikalvon läpi menneiden kaasujen suhteellisiin läpäi-synopeuksiin ja selektiivisyyteen. Keksinnön mukaisilla monikompo-nenttikalvoilla voi yleensä olla suuremmat läpäisynopeudet kuin yh-distelmäkalvoilla, joita kuvattiin ennen tätä keksintöä ja joissa käytetään hyväksi päällekkäismemebraaneja, joilla on suuret erotus-tekijät. Lisäksi tämän keksinnön monikomponenttikalvot antavat ero-tustekijän, joka on parempi kuin päällysteellä ja huokoisella ero-tuskalvolla. Keksinnön monikomponenttikalvot voivat olla jollakin tavalla samanlaisia, muttei vain pintapuolisesti, kuin kaasunero-tuskalvot, joita kuvattiin ennen tätä keksintöä ja joissa on pääl-lekkäismembraanit, joilla on suuri erotustekijä huokoisella alustalla. Näissä yhdistelmäkalvoissa, joita kuvattiin ennen tätä keksintöä, ei käytetä tukea tai alustaa, joka aikaansaa oleellisen osan erotuksesta.

Tämän keksinnön monikomponenttikalvot sallivat suuren joustavuuden spesifisten erotusten tekemiseksi, koska sekä päällyste että huokoinen erotuskalvo myötävaikuttavat kokonaiserotussuori-tukseen. Tuloksena on lisääntynyt kyky mukauttaa näitä kalvoja spesifisiä erotusvaatimuksia varten, esim. halutun kaasun tai kaasujen erottamiseksi eri kaasuseoksista kaupallisesti hyväksyttävinä nopeuden ja erotuksen selektiivisyyden yhdistelminä. Monikomponenttikalvoja voidaan valmistaa suuresta joukosta kaasunerotusai-neita ja siten saada laajempi liikkuma-ala kuin tähän asti on ollut olemassa valittaessa edullinen kalvoaine annettua kaasunero-tusta varten. Lisäksi nämä monikomponenttikalvot pystyvät antamaan hyviä fysikaalisia ominaisuuksia, kuten sitkeyden, kulumiskestä-vyyden, lujuuden ja pitkäikäisyyden sekä hyvän kemiallisen kestävyyden .

19 61 6 3 6

Keksinnön kohteena on erikoisia monikomponenttikalvoja kaa-sunerotuksia varten ja nämä käsittävät päällysteen kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa, jolloin monikomponenttikalvon ero-tusominaisuudet määräytyvät pääasiallisesti huokoisen erotuskalvon mukaan vastakohtana päällysteelle, menetelmiä kaasunerotusta varten käyttäen hyväksi näitä monikomponenttikäIvoja.

Monikomponenttikalvot sopivat laajalti käytettäviksi kaasun-erotusprosesseissa. Kaasuseokset, jotka ovat sopivia syötettäviksi tämän keksinnön mukaisesti, käsittävät kaasumaisia aineita, tai aineita, jotka normaalisti ovat nestemäisiä tai jähmeitä, mutta ovat höyryjä lämpötilassa, jossa erottaminen suoritetaan. Keksintö, kuten sitä tämän jälkeen yksityiskohtaisesti kuvataan, koskee pääasiallisesti, esimerkiksi, hapen erottamista typestä; vedyn erottamista ainakin jostakin seuraavista: hiilimonoksidista, hiilidioksidista, heliumista, typestä, hapesta, argonista, vetysulfi-dista, typpioksidista, ammoniakista ja hiilivedystä, jossa on 1 - n. 5 hiiliatomia, erityisesti metaanista, etaanista ja eteenistä; ammoniakin erottamiseksi ainakin yhdestä seuraavista: vedystä, typestä, argonista ja hiilivedystä, jossa on 1 - n. 5 hiiliatomia, esim. metaanista; hiilidioksidin erottamiseksi ainakin yhdestä seuraavista: hiilimonoksidista ja hiilivedystä, jossa on 1 - n. 5 hiiliatomia, esim. metaanista; heliumin erottamiseksi hiilivedystä, jossa on 1 - n. 5 hiiliatomia, esim. metaanista; rikkivedyn erottamiseksi hiilivedystä, jossa on 1 - n. 5 hiiliatomia, esimerkiksi metaanista, etaanista tai eteenistä; ja hiilimonoksidin erottamiseksi ainakin yhdestä seuraavista: vedystä, heliumista, typestä ja hiilivedystä, jossa on 1 - n. 5 hiiliatomia. On korostettava, että keksintö ei rajoitu näihin erityisiin erotussovellutuksiin tai kaasuihin eikä liioin esimerkeissä esitettyihin spesifisiin monikom-ponenttikalvoihin.

Monikomponenttikalvot keksinnön mukaista kaasunerotusta varten voivat olla kalvoja tai onttoja misellejä tai kuituja, joissa on huokoinen erotuskalvo tai alusta ja päällyste suljetussa kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa. Joitakin tekijöitä, jotka vaikuttavat monikomponenttikalvojen käyttäytymiseen ovat päällystyksen ja huokoisten erotuskalvojen aineiden läpäisevyysvakiot, reikien (ts. huokosten tai virtauskanavien) kokonaispoikkileikkaus- 20 61 6 3 6 pinta-ala suhteessa huokoisen erotuskalvon kokonaispinta-alaan, mo-nikomponenttikalvon sekä päällysteen että huokoisen erotuskalvon suhteellinen paksuus, huokoisen erotuskalvon morfologia sekä kaikkein tärkeimpänä suhteellinen vastus sekä päällysteen että huokoisen erotuskalvon läpivirtaukselle monikomponenttikalvossa. Yleensä monikomponenttikalvon erotusasteeseen vaikuttaa suhteellinen vastus jokaisen kaasun kaasuvirtaukselle kaasuseoksessa päällysteessä ja huokoisessa erotuskalvossa, jotka voivat olla erikoisesti valittu kaasuvirtausvastusominaisuuksiensa perusteella.

Aine, jota käytetään huokoiseen erotuskalvoon, voi olla jähmeä luonnon- tai synteettinen aine, jolla on käyttökelpoisia kaa-sunerotusominaisuuksia. Polymeerien tapauksessa voidaan käyttää sekä additio- että kondensaatio-polymeerejä, joita voidaan valaa, suulakepuristaa tai muuten käsitellä antamaan huokoisia erotuskal-voja. Huokoiset erotuskalvot voidaan valmistaa huokoisessa muodossa, esimerkiksi, valamalla liuoksesta, joka käsittää liuottimen po-lymeeriainetta varten ainetta heikosti tai ei ollenkaan liuottavaan liuottimeen. Kehruu- ja/tai valuolosuhteet ja/tai käsitellyt alku-muodostamisen jälkeen jne. voivat vaikuttaa huokoisen erotuskalvon huokoisuuteen ja kaasunvirtausvastukseen.

Yleensä käytetään orgaanisia polymeerejä tai orgaanisia polymeerejä sekoitettuna epäorgaanisten suodattimien kanssa huokoisen erotuskalvon valmistukseen. Tyypilliset polymeerit, jotka sopivat keksinnön mukaista huokoista erotuskalvoa varten, voivat olla subs-tituoituja tai substituoimattomia polymeerejä ja voidaan valita ryhmästä, joka käsittää polysulfonit; polystyreenit, joita ovat styreeniä sisältävät sekapolymeerit, kuten akryylinitriili/styreeni-sekapolymeerit, styreeni/butadieeni-sekapolymeerit ja styreeni/ vinyylibentsyylihalidi-sekapolymeerit ; polykarbonaat it; selluloosa-polymeerit, kuten selluloosa-asetaatti-butyraatti, selluloosapro-pionaatti, etyyliselluloosa, metyyliselluloosa, nitroselluloosa jne.; polyamidit ja polyimidit, kuten aryylipolyamidit ja aryyli-polyimidit; polyeetterit; polyaryleenioksidit, kuten polyfenylee-nioksidi ja polyksylyleenioksidi; polyesteriamidi-di-isosyanaatti; polyuretaanit; polyesterit, kuten polyeteenitereftalaatti, polyal-kyylimetakrylaatit, polyalkyyliakrylaatit, polyfenyleeniterefta-laatti jne.; polysulfidit; monomeerien, joissa on alfa-olefiininen 21 616 36 tyydyttämättömyys, muu kuin edellä mainittu, polymeerit, kuten po-lyeteeni, polypropeeni, poly(buteeni-1), polyO+-metyylipenteeni-1), polyvinyylit, esim. polyvinyylikloridi, polyvinyylifluoridi, poly-vinylideenikloridi, polyvinylideenifluoridi, polyvinyylialkoholi, polyvinyyliesterit, kuten polyvinyyliasetaatti ja polyvinyylipro-pionaatti, polyvinyylipyridiinit, polyvinyylipyrrolidonit, poly-vinyylieetterit, polyvinyyliketonit, polyvinyylialdohydit, kuten polyvinyyliformaali ja polyvinyylibutyraali, polyvinyyliamidit, po-lyvinyyliamiinit, polyvinyyliuretaanit, polyvinyyliureat, polyvi-nyylifosfaatit ja polyvinyylisulfaatit; polyallyylit; polybentso-bentsimidiatsoli; polyhydratsidit; polyoksadiatsol i.t; polytriatso-lit; polybentsimidiatsoli; polykarbodi-imidit; polyfosfatsiinit; jne., ja sekapolymeerit, kuten möhkälesekapolymeerit, jotka sisältävät jatkuvia yksiköitä edellisistä, kuten akryylinitriili/vinyy-libromidi/para-sulfofenyylimetallyylieettereiden natri.umsuola-terpo-lymeerit; sekä oksassekapolymeerit ja seokset, jotka sisältävät joitakin edellä mainituista. Tyypillisiä substituentteja, jotka antavat substituoituja polymeerejä, ovat halogeenit, kuten fluori, kloori ja bromi; hydroksyyliryhmät; alemmat alkyyliryhmät; alemmat alkoksiryhmät; monosyklinen aryyli; alemmat asyyliryhmät jne.

Huokoisen erotuskalvon valinta tätä monikomponenttikalvoa varten kaasunerottamisia varten voidaan tehdä huokoisen erotuskalvon kuumuudenkestävyyden, liuotinkestävyyden ja mekaanisen lujuuden perusteella sekä myös muiden tekijöiden perusteella, jotka määräytyvät toimintaolosuhteiden mukaan selektiivistä läpäisyä varten, niin kauan kuin päällysteellä ja huokoisella erotuskalvolla on keksinnön mukaiset ratkaisevat suhteelliset erotustekijät ainakin yhtä kaasuparia varten. Huokoinen erotuskalvo on edullisesti ainakin osittain itsekantava, ja voi joissakin tapauksissa olla pääasiallisesti itsekantava. Huokoinen erotuskalvo voi antaa pääasiallisesti kaiken rakennetuen kalvolle tai monikomponenttikalvo voi sisältää rakenteellisen tukiosan, jolla on hyvin vähän, jos ollenkaan, vastusta kaasunvirtaukselle.

Eräs edullisista huokoisista erotuskalvoista, joita käytetään muodostettaessa monikomponenttikalvoja, on polysulfoni. Käyttökelpoisia polysulfoneja ovat ne, joissa on polymeerirunko, joka koostuu toistuvasta rakenneyksiköstä: 22 61 636 - o ~ 11 - -R—s—r» —

Tl o jossa R ja R* voivat olla samoja tai erilaiset ja ovat alifaatti-sia tai aromaattisia hydrokarbyyliä sisältäviä osia, joissa on 1 -n. 40 hiiliatomia , jolloin rikki sulfonyyliryhmässä on sitoutunut alifaattisiin tai aromaattisiin hiiliatomeihin, ja polysulfonin keskimääräinen molekyylipaino on sopiva kalvon tai kuidun muodostamiseen, usein vähintäin n. 10 000. Kun polysulfoni ei ole ristisi-dottu, polysulfonin molekyylipaino on yleensä vähemmän kuin n.

500 000 ja usein se on pienempi kuin n. 100 000. Toistuvat yksiköt voivat olla sidottuja, ts. R ja R' voivat olla sidottuja hiili-hiilisidoksin tai erilaisilla sitovilla ryhmillä, kuten 0 0 0 0 -0-, -S-, -C-, -C-N-, -N-C-N-, -0-C-, jne.

* » t

H H H

Erityisen edullisia polysulfoneja ovat ne, joissa ainakin toinen R:sta ja R':sta on aromaattinen hydrokarbyyliä sisältävä osa ja sulfonyyliosa on sidottu ainakin yhteen aromaattiseen hiiliatomiin. Tavallisia aromaattisia hydrokarbyyliä sisältäviä osia ovat fenyleeni- ja substituoidut fenyleeni-osat; bisfenyyli- ja substituoidut bisfenyyli-osat, bisfenyylimetaani- ja substituoidut besfenyylimetaani-osat, joissa on renkaat R~ R7 Rq Rr R4 R8 R10 R6 substituoidut ja substituoimattomat bisfenyylieetterit, joilla on kaava 23 , s -7 s 616 3 6 R3 R7 R9 Rs R4 R8 R10 R6 jossa X on happi tai rikki; jne. Kuvatuissa bisfenyylimetaani- ja bisfenyylieetteri-osissa R1 - g edustavat substituentteja, jotka voivat olla samoja tai erilaiset ja joilla on rakenne z

-t—L—L

X2 jossa ja X^ ovat samoja tai erilaiset ja ovat vety tai halogeeni (esim. fluori, kloori ja bromi); p on 0 tai kokonaisluku, esimerkiksi 1:stä n. 6:een; ja Z on vety, halogeeni, (esim. fluori, kloori ja bromi) -(-Y —)— R11 (jossa q on 0 tai 1 , Y on -0-, -S-,

0 0 q M

If ft -SS-, -0C- tai -C-, ja R^ on vety, substituoitu tai substituoima-ton alkyyli, jossa on 1 - n. 8 hiiliatomia, tai substituoitu tai substituoimaton aryyli, monosyklinen tai bisyklinen, jossa on n.

6-15 hiiliatomia), heterosyklinen yhdiste, jossa heteroatomi on ainakin joku typestä, hapesta ja rikistä ja joka on monosyklinen tai bisyklinen ja jossa on n. 5-15 rengasatomia, sulfaatti tai sul-foni, erityisesti alemman alkyylin sisältävä tai monosyklisen tai bisyklisen aryylin sisältävä sulfaatti tai sulfoni, fosforia sisältävä osa, kuten fosfiini ja fosfaatti sekä fosfoni, erityisesti alemman alkyylin sisältävä tai monosyklisen tai bisyklisen aryylin sisältävä fosfaatti tai fosfoni, amiini, kuten primäärinen, sekundäärinen, tertiäärinen ja kvaternäärinen amiini, jolloin sekundääriset, tertiääriset ja kvaternääriset amiinit usein sisältävät alempia alkyyli- tai monosyklisiä tai bisyklisiä aryyli-osia, isotio-ureyyli, tioureyyli, guanidyyli, trialkyylisilyyli, trialkyylistan-nyyli, trialkyyliplumbyyli, dialkyylistibinyyli, jne. Usein subs-tituentit bisfenyylimetaani- ja bisfenyylieetteri-osien fenyleeni- 2,1 61636 ryhmillä ovat orto-asemassa, ts. R? - q ovat vety. Polysulfoneil-la, joissa on aromaattisia hydrokarbyyliä sisältäviä osia, on yleensä hyvä lämmönkestävyys, ne ovat kestäviä kemialliselle vaikutukselle ja niissä on erinomaisesti yhdistynyt sitkeys ja joustavuus. Käyttökelpoisia polysulfoneja myy kauppanimillä ”P—1700” ja "P-3500" Union Carbide, ja molemmissa näissä kaupallisissa tuotteissa on suora ketju, jolla on yleinen kaava -<oV -<oVo-ZoVf -(o)-0 - \—' I '—' '—' o '— CH« υ 3 τι jossa n, joka edustaa polymeroitumisastetta, on n. 50-80.

Myös polyaryleenieetterisulfonit ovat edullisia. Käyttökelpoisia ovat myös polyeetterisulfonit, joilla on rakenne -° _ 0 _ ja joita toimittaa ICI, Ltd, Englanti. Vielä muita käyttökelpoisia polysulfoneja voitaisiin valmistaa polymeerimuunnelmin, esimerkiksi ristisitomalla, oksastamalla, kvaternisoimalla jne.

Valmistettaessa onttokuituisia huokoisia erotuskalvoja, voidaan käyttää suurta joukkoa erilaisia kehruuolosuhteita. Erään menetelmän onttojen polysulfoni-kuitujen valmistamiseksi ovat esittäneet Cabasso, et ai., julkaisemassaan tutkimuksessa Research and Development of NS-1 and Related Polysulfone Hollow Fibers for Reverse Osmosis Desalination of Seawater, kuten edellä. Erityisen edullisia onttoja kuituja polysulfoneista, esim. polysulfonista P-3500, jota tuottaa Union Carbide ja ICI:n, Ltd polyeetterisulfo-neista, voidaan valmistaa kehräämällä polysulfoni liuoksessa, joka 25 61 636 käsittää liuottimen tätä polysulfonia varten. Tyypillisiä liuottimia ovat dimetyyliformamidi, dimetyyliasetamidi ja N-metyy 1 i.pyrro-lidoni. Polymeerin painoprosenttimäärä liuoksessa voi vaihdella laajalti, mutta on riittävä antamaan onton kuidun kehtuuolosuhteissa. Usein polymeerin painoprosentti liuoksessa on n. 15-50, esimerkiksi n. 20-35. Jos polysulfoni ja/tai liuotin sisältävät saastuttavia aineita, kuten vettä, hiukkasia jne., tulisi näiden saastuttavien aineiden määrän olla riittävän alhainen, jotta kehruu olisi mahdollinen. Jos on tarpeen, voidaan saastuttavat aineet poistaa poly-sulfonista ja/tai liuottimesta. Kehruusuuttimen koko vaihtelee onton tuotekuidun sisä- ja ulkoläpimittojen mukaan. Yhdellä luokalla kehruusuuttimia voivat aukkojen läpimitat olla n. 15-35 tuhannes-osatuumaa (0,38 - 0,88 mm) ja neulaläpimitat n. 8-15 tuhannesosa-tuumaa (0,2 - 0,38 mm), jolloin neulassa on injektiokapillaarri. Injektiokapillaarin läpimitta voi vaihdella neulan määräämissä rajoissa. Kehruuliuos pidetään usein pääasiallisesti inertissä atmosfäärissä saastumisen ja/tai polysulfonin koaguloitumisen estämiseksi ennen kehruuta ja liiallisen palovaaran välttämiseksi haihtuvilla ja syttyvillä liuottimilla. Sopiva atmosfääri on kuiva typpi. Liiallisten kaasumäärien läsnäolo kehruuliuoksessa saattaa johtaa suurien onteloiden muodostumiseen.

Kehruu voidaan suorittaa käyttäen märkäsuutin- tai kuivasuu-tinmenetelmää, ts. suutin voi olla koaguloimiskylvyssä tai siitä erillään. Märkäsuutinmenetelmää käytetään usein mukavuussyistä. Edullisesti kehruuolosuhteet eivät ole sellaisia, että kuitu liiallisesti venyy. Usein kehruunopeudet ovat väliltä n. 5-100 m/min, vaikkakin suurempia kehruunopeuksia voidaan käyttää, edellyttäen, että kuitua ei liiallisesti venytetä ja varataan riittävä viipumis-aika koaguloimiskylvyssä. Koaguloimiskylpyä varten voidaan käyttää jotakin liuotinta, johon polysulfoni on pääasiallisesti liukenematon. Edullisesti käytetään vettä pääaineena koaguloimiskylvyssä. Tavallisesti ruiskutetaan kuidun sisään nestettä. Neste voi olla esim. ilmaa, isopropanolia, vettä jne. Viipymisaika kehrätylle kuidulle koaguloimiskylvyssä on vähintäin riittävä takaamaan kuidun jähmettyminen. Koaguloimiskylvyn lämpötila voi myös vaihdella laajalti, esim. -15°C:sta 90°:seen tai sen yli, ja useimmiten se on n.

26 61 636 välillä 1-35°C, n. 2° - 8 tai 10°. Koaguloitu ontto kuitu pestään edullisesti vedellä liuottimen poistamiseksi ja sitä voidaan varastoida vesikylvyssä ainakin n. kahden tunnin ajan. Kuidut kuivataan yleensä ennen päällysteen levittämistä ja kokoamista laitteessa kaasunerotuksia varten. Kuivaaminen voidaan suorittaa n. 0-90°C:n lämpötilassa, sopivasti n. huoneen lämpötilassa, esim. n. 15-38° C:ssa ja n. 5-95 %:n, edullisesti n. 40-60 %:n suhteellisessa kosteudessa.

Edellä esitetty kuvaus menetelmistä onttokuituisten huokoisten erotuskalvojen valmistamiseksi polysulfonista, on annettu pelkästään menetelmien valaisemiseksi, joita on käytettävissä huokoisten erotuskalvojen valmistamiseksi eikä se rajoita keksintöä.

Päällyste voi olla pääasiallisesti keskeytymättömän kalvon, ts. pääasiallisesti huokosettoman kalvon muodossa, kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa, tai päällyste voi olla epäjatkuva tai keskeytetty. Kun päällyste on keskeytetty, sitä joskus sanotaan sulkuaineeksi, koska se voi sulkea kanavia kaasunvirtauksel-ta, ts. huokosia. Edullisesti päällyste ei ole niin paksu, että se haitallisesti vaikuttaa monikomponenttikalvon suorituskykyyn, esim. aiheuttamalla liiallista vähentymistä virtauksessa tai aiheuttamalla kaasuvirtauksessa sellaisen vastuksen, että monikomponenttikalvon erotustekijä on pääasiallisesti sama kuin päällysteellä. Usein päällysteen keskimääräinen paksuus voi olla n. 50 mikroniin asti. Kun päällyste on keskeytetty, on tietenkin alueita, joissa ei ole päällystettä ollenkaan. Päällysteen keskimääräinen paksuus on usein väliltä n. 0,0001 - 50 mikronia. Joissakin tapauksissa päällysteen keskimääräinen paksuus on pienempi kuin n. 1 mikroni ja voi olla jopa pienempi kuin n. 0,5 mikronia. Päällyste voi käsittää yhden kerroksen tai ainakin kaksi erillistä kerrosta, jotka voivat olla tai eivät ole samaa ainetta. Kun huokoinen erotuskalvo on an-isotrooppinen, ts. siinä on suhteellisen tiivis alue pitkin paksuuttaan kaasunvirtausestosuhteessa, levitetään päällyste edullisesti olemaan suljetussa kosketuksessa suhteellisen tiheällä alueella. Suhteellisen tiheä alue voi olla huokoisen erotuskalvon toisella tai kummallakin pinnalla tai se voi olla huokoisen erotus-kalvon paksuuden keskiosassa. Päällyste levitetään sopivasti ainakin toiselle huokoisen erotuskalvon poisto- ja syöttöpinnoista, ja kun monikomponenttikalvo on ontto kuitu, voidaan päällyste levittää 27 61636 ulkopinnalle suojaamaan monikomponenttikalvoa ja/tai helpottamaan sen käsittelyä.

Samalla, kun voidaan käyttää mitä tahansa sopivaa menetelmää, menetelmä, jolla päällyste levitetään, voi myös jonkin verran vaikuttaa monikomponenttikalvojen kokonaissuoritukseen. Keksinnön mukaiset monikomponenttikalvot voidaan valmistaa esimerkiksi päällystämällä huokoinen erotuskalvo aineella, joka sisältää päällysteen ainetta, niin että monikomponenttikalvossa päällysteen vastus; kaasuvirtaukselle on alhainen verrattuna monikomponenttikäIvon ko-konaisvastukseen. Päällyste voidaan levittää jollakin sopivalla tavalla, esim. ruiskuttamalla, sivelemällä, upottamalla pääasiallisesti nestemäiseen aineeseen, joka sisältää päällystysaineen tai vastaavan. Kuten edellä todettiin, päällysteen aine on edullisesti pääasiallisesti nestemäisessä aineessa, levitettäessä ja voi olla liuoksessa, käyttäen liuotinta päällysteainetta varten, joka liuotin on pääasiallisesti ei-liuotin huokoisen erotuskalvon aineelle. Edullisesti aine, joka sisältää päällysteaineen, levitetään huokoisen erotuskalvon pinnalle ja huokoisen erotuskalvon toinen puoli saatetaan alempaan absoluuttiseen paineeseen. Jos pääasiallisesti nestemäinen aine on polymeroituva aine ja polymeroituva aine poly-meroituu levittämisen jälkeen huokoiselle erotuskalvolle päällysteen aikaansaamiseksi, saatetaan huokoisen erotuskalvon toinen pinta edullisesti alempaan absoluuttiseen paineeseen polymeroitumisen aikana tai ennen sitä. Kuitenkaan itse keksintöä ei rajoita se, millä nimenomaisella menetelmällä päällysteaine levitetään.

Erityisen edullisilla aineilla päällystettä varten on suhteellisen suuret läpäisevyysvakiot kaasuille, niin että päällysteen läsnäolo ei liiallisesti alenna monikomponenttikalvojen läpäisyno-peutta. Päällysteen vastus kaasuvirtaukselle on edullisesti suhteellisen pieni verrattuna monikomponenttikalvon vastukseen. Kuten edellä todettiin, riippuu aineiden valinta päällysteen aineen määritetystä ominaiserotustekijästä suhteessa huokoisen erotuskalvon aineen määritettyyn erotustekijään monikomponenttikäIvon saamiseksi, jolla on haluttu erotustekijä. Päällysteen aineen tulisi pystyä antamaan suljettu kosketus huokoisen erotuskalvon kanssa. Esimerkiksi, levitettynä sen tulisi olla riittävän kostea ja tarttua huo- 28 616 3 6 koiseen erotuskalvoon, että suljettu kosketus voi tapahtua. Päällysteen aineen kostutusomi.naisuudet voidaan helposti määrittää saattamalla päällysteen aine kosketukseen, joko yksinään tai liuot-timessa, huokoisen erotuskalvon aineen kanssa. Lisäksi huokoisen erotuskalvon keskimääräisen huokosläpimitan arvioinnin pohjalta voidaan päällystettä varten valita aineita, joilla on sopiva molekyylikoko. Jos päällysteaineen molekyylikoko on liian suuri mahtuak-seen huokoisen erotuskalvon huokosiin, ei aine ole käyttökelpoinen antamaan suljettu kosketus. Jos toisaalta päällysteaineen molekyylikoko on liian pieni, se voi valua huokoisen erotuskalvon huokosten läpi päällystys- ja/tai erotusvaiheiden aikana. Niinpä huokoisilla erotuskalvoilla, joilla on suuremmat huokoset, saattaa olla eduksi päällystettä varten käyttää aineita, joilla on suurempi molekyylikoko kuin pienemmillä huokosilla. Kun huokosten koot vaih-televat suuresti, saattaa olla eduksi käyttää päällysteaineena po-lymeroituvaa ainetta, joka polymeroidaan levittämisen jälkeen huokoiselle erotuskalvolle, tai käyttää kahta tai useampaa päällyste-ainetta, joilla on erilaiset molekyylikoot, esim. levittämällä pääl-lysteaineet niiden kasvavassa molekyylikoon järjestyksessä.

Päällysteaineet voivat olla luonnon- tai tekoaineita, ja ovat usein polymeerejä ja edullisesti niillä on sopivat ominaisuudet antaakseen suljetun kosketuksen huokoisen erotuskalvon kanssa. Tekoaineet käsittävät sekä additio- että kondensaatiopolymeerejä. Tyypillisiä käyttökelpoisia aineita, jotka voivat muodostaa päällysteen, ovat polymeerit, jotka voivat olla substituoituja tai subs-tituoimattomia ja jotka ovat jähmeitä tai nestemäisiä kaasunero-tusolosuhteissa, ja näitä ovat tekokumit; luonnon kumit; suhteellisen suurmolekyylipainoiset ja/tai korkealla kiehuvat nesteet; orgaaniset esipolymeerit; polysiloksaanit (silikonipolymeerit); poly-silatsaanit; polyuretaanit; polyepikloorihydriini; polyamiinit; polyimiinit; polyamidit; akryylinitriiliä sisältävät sekapolymee-rit, kuten poly («x-klooriakryylinitriili) sekapolymeerit; polyesterit (kuten polylaktaamit), esim. polyalkyyliakrylaatit ja polyal-kyylimetakrylaatit, joiden alkyyliryhmissä on 1 - n. 8 hiiliatomia, polysebasaatit, polysukkinaatit, ja alkydihartsit; terpinoidihart-sit, kuten pellavansiemenöljy; selluloosapolymeerit; polysulfonit, 29 61 6 3 6 erityisesti alifaattisia yhdisteitä sisältävät polysulfonit; poly-alkeeniglykolit, kuten polyeteeniglykoli, polypropeen i.glykoli jne.; polyalkeenipolysulfaatit; polypyrrolidonit; monomeerien, joissa on oc-olefiininen tyydyttämättömyys, polymeerit, kuten polyolefiinit, esim. polyeteeni, polypropeeni, polybutadieeni, poly(2,3-dikloori-butadieeni), polyisopreeni, polykloropreeni, polystyreeni, poly-styreeni-sekapolymeerit mukaan luettuina, esim. styreeni-butadi.ee-ni-sekapolymeeri, polyvinyylit, kuten polyvinyylialkoholil, polyvi-nyylialdehydit (esim. polyvinyyliformaali ja polyvinyylibutyraali), polyvinyyliketonit (esim. polymetyylivinyyliketoni), polyvinyyli-esterit (esim. polyvinyylibentsoaatti), polyvinyylihalidit (esim. polyvinyylibromidi), polyvinylideenihalidit, polyvinylideenikarbo-naatti, poly(N-vinyylimaleimidi) jne., poly(1,5-syklo-oktadieeni), polymetyyli-isopropenyyliketoni, fluorattu eteeni-sekapolymeeri; polyaryleenioksidit, esim. polyksylyleenioksidi; polykarbonaatit; polyfosfaatit, esim. polyeteenimetyylifosfaatti; jne. sekä jotkut sekapolymeerit, kuten möhkälesekapolymeerit, jotka sisältävät toistuvia yksiköitä edellisistä ja oksaspolymeerejä ja seoksia, jotka sisältävät joitakin edellä esitetyistä. Polymeerit voidaan polyme-roida levittämisen jälkeen huokoiselle erotuskalvolle tai niitä ei polymeroida.

Erityisen käyttökelpoisia aineita päällysteitä varten ovat polysiloksaanit. Tyypilliset polysiloksaanit voivat käsittää alifaattisia ja aromaattisia osia ja usein niissä on toistuvia yksiköitä, jotka sisältävät 1 - n. 20 hiiliatomia. Polysiloksaanien mo-lekyylipaino voi laajasti vaihdella, mutta yleensä se on ainakin n. 1 000. Usein polysiloksaanien molekyylipaino on n. väliltä 1 000 - 300 000, kun niitä levitetään huokoiselle erotuskalvolle. Tavallisia alifaattisia ja aromaattisia polysiloksaaneja ovat po-lymonosubstituoidut ja di-substituoidut siloksaanit, esim. joissa substituentit ovat alempia alifaattisia ryhmiä, esimerkiksi alempi alkyyli, kuten sykloalkyyli, erityisesti metyyli, etyyli ja propyy-li, alempi alkoksi; aryyli, kuten mono- tai bisyklinen aryyli, kuten bifenyleeni, naftaleeni jne.; alempi mono- ja bisyklinen aryy-lioksi; asyyli, kuten alempi alifaattinen ja alempi aromaattinen asyyli jne. Alifaattiset ja aromaattiset substituentit voivat olla 30 61 6 3 6 vat olla substituoituja, esim. halogeeneilla, kuten fluorilla, kloorilla ja bromilla, hydroksyyliryhmillä, alemmilla alkyyliryhm.illä, alemmilla alkoksiryhmillä, alemmilla asyyliryhmillä jne. Polysi-loksaani voi olla ristisidottu silloitusaineen läsnäollessa antamaan silikonikumin, ja polysiloksaani voi olla sekapolymeeri ris-tisitoutuvan komonomeerin, kuten a-metyylistyreenin kanssa risti-sitomisen helpottamiseksi. Tyypillisiä katalyyttejä silloittaminen edistämiseksi ovat orgaaniset ja epäorgaaniset peroksidit. Silloittaminen voi tapahtua ennen polysiloksaanin levittämistä huokoiselle erotuskalvolle, mutta edullisesti polysiloksaani seilloitetaan sen jälkeen, kun se on levitetty huokoiselle erotuskalvolle. Usein polysiloksaanin molekyylipaino on väliltä n. 1 000 - 100 000 ennen ristisitomista. Erityisen edullisia polysiloksaaneja ovat polydi-metyylisiloksaani, polyfenyylimetyylisiloksaani, polytrifluori-propyylimetyylisiloksaani, oc-metyylistyreenin ja dimetyylisilok-saanin sekapolymeeri ja jälkikovetettu polydimetyylisiloksaania sisältävä silikonikumi, jonka molekyylipaino on n. 1 000 - 50 000 ennen silloittamista. Jotkut polysiloksaanit eivät riittävästi kostuta huokoista polysulfoni-erotuskalvoa antaakseen niin paljon suljettua kosketusta kuin halutaan. Kuitenkin polysiloksaanin liuottaminen tai dispergoiminen liuottimineen, joka ei oleellisesti vaikuta polysulfoniin, voi helpottaa suljetun kosketuksen saamista. Sopivia liuottimia ovat normaalisti nestemäiset alkaanit, esim. pentaani, sykloheksaani jne.; alifaattiset alkoholit, esim. metano-li; jotkut halogenoidut alkaanit; ja dialkyylieetteri jne.; sekä niiden seokset.

Seuraavat aineet huokoisia erotuskalvoja ja päällystettä varten ovat edustavia käyttökelpoisista aineista ja niiden yhdistelmistä antamaan tämän keksinnön monikomponenttikalvoja ja kaasun-erotuksia, joita varten niitä voidaan käyttää. Nämä aineet, yhdistelmät ja sovellutukset ovat kuitenkin vain edustavia laajasta aineryhmästä, joka on keksinnössä käyttökelpoinen eikä niitä anneta keksinnön rajoittamiseksi, vaan niiden tehtävänä on yksinomaan valaista niiden etujen laajaa käyttöä. Tyypillisiä aineita huokoisia erotuskalvoja varten hapen erottamiseksi typestä ovat selluloosa-asetaatti, esim. selluloosa-asetaatti, jonka substituutioaste on n. 2,5; polysulfoni; styreeni/akryylinitriili-sekapolymeeri, jossa 31 61636 on esim. n. 20-70 paino-% styreeniä ja n. 30-80 paino-% akryylinit-riiliä, styreeni/akryylinitriili-sekapolymeerien seokset jne. Sopivia päällysteaineita ovat polysiloksaanit (polysilikonit) esim. polydimetyylisiloksaani, polyfenyylimetyylisiloksaani, polytrifluo-ripropyylimetyylisiloksaani, esivulkanoidut ja jälkivulkanoidut si-likonikumit jne.; polystyreeni, esim. polystyreeni, jonka poJyrne-roitumisaste on n. 2-20; polyisopropeeni, esim. isopropeeni-esipo-lymeeri ja poly(cis-1,4-isopreeni); alifaattista hydrokarbyyliä sisältävät yhdisteet, joissa on n. 14-30 hiiliatomia, esim. heksa-dekaani, pellavansiemenöljy, erityisesti raaka pellavansiemenöljy jne.

Tyypillisiä aineita huokoisia erotuskalvoja varten vedyn erottamiseksi vetyä sisältävistä kaasuseoksista ovat selluloosa-asetaatti, esim. selluloosa-asetaatti, jonka substituutioaste on n. 2,5; polysulfoni; styreeni/akryylinitriili-sekapolymeeri, jossa on esim. n. 20-70 paino-% styreeniä ja n. 30-80 paino-% akryyli-nitriiliä, styreeni/akryylinitriili-sekapolymeerien seokset jne.; polykarbonaatit; polyaryleenioksidit, kuten polyfenyleenioksidi , polyksylyleenioksidi, bromattu polyksylyleenioksidi, bromattu po-lyksylyleenioksidi, joka on jälkikäsitelty trimetyyliamiinilla, tiourea jne. Sopivia päällysteaineita ovat polysiloksaanit (poly-silikonit); esim. polydimetyylisiloksaani, esivulkanoitu ja jälki-vulkanoitu silikonikumi jne.; polyisopreeni; -metyylistyreeni/di-metyylisiloksaani-möhkälesekapolymeeri; alifaattisen hydrokarbyy-lin sisältävät yhdisteet, joissa on n. 14-30 hiiliatomia jne.

Edullisesti tässä keksinnössä käytetyt huokoiset erotuskal-vot eivät ole liian huokoisia ja siten anna huokoisen erotuskalvo-aineen riittävää pintaa erottamisen suorittamiseksi kaupallisesti houkuttelevalla pohjalla. Huokoiset erotuskalvot vaikuttavat merkittävästi tämän keksinnön monikomponenttikalvojen erotuskykyyn ja niinmuodoin on toivottavaa aikaansaada suuri kokonaispinta-alan suhde huokosten kokonaispoikkileikkauspinta-alaan huokoisessa erotus-kalvossa. Tämä tulos on selvästi päinvastainen kuin alan aikaisemmat tavoitteet valmistettaessa yhdistelmäkalvoja, joissa päällek-käismembraani pääasiallisesti suorittaa erottamisen ja alustat tehdään edullisesti niin huokoisiksi kuin suinkin niiden pääasiallisen 32 6 1 6 3 6 tehtävän mukaan, ts. tukea päällekkäismembraania, ja edullisesti alusta ei ole vuorovaikutuksessa läpäisseen kaasun kanssa eikä hidasta tai estä kaasuvirtausta päällekkäismembraanilta.

Huokoisen erotuskalvon aineen läpi kulkevan kaasun määrään ja sen vaikutukseen keksinnön monikomponenttikalvojen suorituskykyyn vaikuttaa selvästi huokoisen erotuskalvon kokonaispinta-alan suhde huokosten kokonaispoikkipinta-alaan ja/tai keskimääräinen hiukkasläpimitta. Usein huokoisilla erotuskalvoilla kokonaispinta- alan suhteet huokosten kokonaispoikkipinta-alaan ovat vähintäin n.

3 8 10:1, edullisesti ainakin 10 :1 - 10 :1 ja joillakin huokoisilla 3 8 erotuskalvoilla voi olla suhteita väliltä n. 10 :1 - 10:1 tai 12 - . . .

10 :1. Huokosten keskimääräinen poikkileikkausläpimitta voi vaih della laajasti ja usein se voi olla väliltä n. 5 - 20 000 Ang-strömiä, ja joissakin huokoisissa erotuskalvoissa, varsinkin joissakin huokoisissa polysulfoni-erotuskalvoissa, keskimääräinen huo-kospoikkileikkausläpimitta voi olla n. 5 - 1 000 tai 5 000 jopa n. 5-200 Angströmiä.

Päällyste on edullisesti suljetussa kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa, niin että malleihin nähden, jotka on kehitetty tämän keksinnön monikomponenttikalvojen suorituskykyhavaintojen pohjalta, aikaansaadaan kasvanut vastus kaasujen kululle erotus-kalvon huokosten läpi, ja kaasujen, jotka kulkevat huokoisen ero-tuskalvoaineen läpi, suhde kaasuihin, jotka kulkevat huokosten läpi paranee verrattuna suhteeseen käytettäessä huokoista erotuskal-voa, jolla ei ole päällystettä.

Eräs hyödyllinen ominaispiirre kaasunerotuskalvoilla on tehokas erotuspaksuus. Tehokas erotuspaksuus, kuten sitä tässä käytetään, on jatkuvan (ei-huokoisen) ja huokoisen erotuskalvon aineen tiiviin kalvon paksuus, jolla olisi sama läpäisynopeus annetulle kaasulle kuin monikomponenttikalvolla, ts. tehokas erotus-paksuus on osamäärä, joka saadaan jakamalla huokoisen erotuskalvon aineen läpäisevyysvakio jollekin kaasulle monikomponenttikalvon läpäisevyydellä tälle kaasulle. Järjestämällä alempia tehokkaita ero-tuspaksuuksia läpäisynopeus jollekin nimenomaiselle kaasulle lisääntyy. Usein monikomponenttikalvojen tehokas erotuspaksuus on oleellisesti pienempi kuin kalvon kokonaispaksuus, varsinkin, kun 33 61 636 monikomponenttikalvot ovat anisotrooppisia. Usein monikomponentl j -kalvojen tehokas erotuspaksuus jonkin kaasun suhteen, joka voi olla ainkin joku seuraavista, hiilimonoksidi, hiilidioksidi, typpi, argon, rikkiheksafluoridi, metaani ja etaani, on pienempi kuin n. 100 000, edullisesti pienempi kuin 15 000 ja on n. väliltä 100 -15 000 Angströmiä. Monikomponenttikalvoissa, jotka käsittävät esim. huokoisia polysulfoni-erotuskalvoja, on monikomponenttikalvon tehokas erotuspaksuus ainakin yhdelle mainituista kaasuista edullisesti pienempi kuin n. 5 000 Angströmiä. Joissakin monikomponent-tikalvoissa tehokas erotuspaksuus, erityisesti ainakin yhden suhteen mainituista kaasuista, on pienempi kuin n. 50, edullisesti pienempi kuin n. 20 % monikomponenttikalvon paksuudesta.

Ennen tätä keksintöä eräässä menetelmässä kalvojen valmistamiseksi kaasunerotuksia varten huokosia sisältävistä kalvoista käsiteltiin huokosia sisältävän kalvon ainakin toinen pinta pinnan tiivistämiseksi ja siten huokosien läsnäolon vähentämiseksi, jotka huokoset vähentävät kalvon erotuksen selektiivisyyttä. Tämä tihentäminen on tapahtunut esimerkiksi kemiallisesti käsittelemällä liuottimilla tai turvotusaineilla kalvoainetta varten tai lämpökä-sittelemällä, mikä voidaan suorittaa joko niin, että kalvo on kosketuksessa nesteen kanssa tai ei ole. Tällaisista tiivistämispro-sesseista on tavallisesti seurauksena oleellinen virtauksen väheneminen kalvon läpi. Joillakin erityisen edullisilla tämän keksinnön monikomponenttikalvoilla on suurempi läpäisevyys kuin kalvolla, joka on pääasiallisesti sama kuin monikomponenttikalvossa käytetty huokoinen erotuskalvo, paitsi, että ainakin toinen kalvon pinnoista on käsitelty riittävästi tiivistämään kalvoa tai riittävästi lämpökäsitelty joko nesteen läsnäollessa tai ilman sitä, antamaan ainakin yhden kaasuparin suhteen erotustekijä, joka on yhtä suuri tai suurempi kuin monikomponenttikalvon erotustekijä. Eräs toinen menetelmä kalvojen erotuksen selektiivisyyden parantamiseksi on muunnella sen valmistusolosuhteita, niin että se on vähemmän huokoinen kuin kalvo, joka on valmistettu samoissa muuntelematto-missa olosuhteissa. Yleensä lisäys erotuksen selekti ivisyyteeri, mikä johtuu valmistusolosuhteista, suoritetaan oleellisesti pienemmällä virtauksella kalvon läpi. Joillakin tämän keksinnön erityisen edullisilla monikomponenttikalvoilla, esimerkiksi niillä, jois- 3“ 6163 6 sa huokoinen erotuskalvo on anisotrooppinen ontto kuitu, on suurempi läpäisevyys kuin anisotrooppisella ontolla kuitukalvolla, joka koostuu huokoisen erotuskalvon aineesta, joka kalvo pystyy säilyttämään onton kuidun muodon kaasunerotusolosuhteissa, esim. ainakin n. 10 kg/cm :n absoluuttisissa paine-eroissa, ja jolloin anisotrooppisen onton kuitukalvon erotustekijä, ainakin yhden kaa-suparin suhteen, on yhtä suuri tai suurempi kuin monikomponentti-kalvon erotustekijä.

Edullisesti huokoinen erotuskalvo on riittävän paksu, niin että ei tarvita erikoislaitteita sen käsittelyyn. Usein huokoisen erotuskalvon paksuus on n. 20-500, väliltä n. 50-200 tai 300 mikronia. Kun monikomponenttikalvo on onton kuidun muodossa, voi kuidun ulkoläpimitta usein olla n. 200 - 1 000, väliltä n. 200-800 mikronia ja seinämän paksuudet ovat n. 50-200 tai 300 mikronia.

Suoritettaessa kaasunerotuksia, joihin liittyy väkevöimi-siä, käyttäen tämän keksinnön monikomponenttikalvoja, pidetään mo-nikomponenttikalvon poistosivu alemmassa kemiallisessa potentiaalissa ainakin yhdelle läpäisevälle kaasulle kuin kemiallinen potentiaali syöttöpuolella. Käyttövoima halutulle läpäisylle moni-komponenttikalvon läpi on erotus kemiallisissa potentiaaleissa mo-nikomponenttikalvon poikki, kuten ovat kuvanneet Olaf A. Hougen ja K.M. Watson teoksessa Chemical Process Principles, osa II, John Wiley, New York (1974), esimerkiksi, aikaansaatuna erolla osapai-neessa. Läpäisevä kaasu kulkee monikomponenttikalvoon ja sen läpi ja voidaan poistaa monikomponenttikalvon poistopuolen läheisyydestä halutun käyttövoiman ylläpitämiseksi läpäisevää kaasua varten. Monikomponenttikalvon toimivuus ei riipu kaasuvirran suunnasta tai kalvon pinnasta, joka ensin joutuu kosketukseen syöttökaasuseoksen kanssa.

Sen lisäksi, että tarjotaan menetelmä ainakin yhden kaasun erottamiseksi kaasuseoksista, joka menetelmä ei vaadi kallista jäähdyttämistä ja/tai muita kalliita energiapanoksia, tämä keksintö tarjoaa lukuisia etuja, jotka ovat hyvin joustavia selektiivisissä läpäisyprosesseissa. Monikomponenttikaasunerotuskalvot, olivatpa ne levyn tai onton kuidun muodossa, ovat käyttökelpoisia erotettaessa teollisuuskaasuja, rikastettaessa happea lääketieteel- 35 61 636 lista käyttöä varten, saastumisen hillintälaitteissa ja kaikkiin tarpeisiin, joissa halutaan erottaa ainakin yksi kaasu kaasuseok-sista. Suhteellisen harvoin on yksikomponenttisella kalvolla sekä kohtuullisen korkea erotuksen selektiivisyysaste että hyvät läpäi-synopeusominaisuudet, ja silloinkin nämä yksikomponenttiset kalvot sopivat ainoastaan hyvin harvojen spesifisten kaasujen erottamiseen. Tämän keksinnön mukaisissa monikomponenttikaasunerotuskal-voissa voidaan käyttää suurta joukkoa eri aineita huokoisia erotus-kalvoja varten, jotka aikaisemmin eivät ole olleet haluttuja yksi-komponenttisiksi kalvoiksi kaasunerottamista varten, mikä johtuu läpäisynopeuksien ja erotustekijän ei-toivottavista yhdistelmistä. Koska huokoisen erotuskalvon aineen valinta voi pohjautua sen se-lektiivisyyteen ja läpäisevyysvakioihin annetuille kaasuille pikemminkin kuin sen kykyyn muodostaa ohuita ja pääasiallisesti huokosista vapaita kalvoja, voidaan tämän keksinnön monikomponenttikal-voja edullisesti sovittaa suuren joukon kaasuja erottamiseksi kaa-suseoksista.

Matemaattinen malli

Huokosten poikkileikkausläpimitta huokoisessa erotuskalvos-sa voi olla suuruusluokaltaan Angströmejä, ja niinmuodoin huokoisen erotuskalvon huokoset ja jakopinta päällysteen ja huokoisen erotuskalvon välissä eivät ole suoraan havaittavissa käytettäessä nykyään saatavissa olevia optisia mikroskooppeja. Nykyisin käytettävissä oleviin menetelmiin, jotka antavat suuremman suurennuksen näytteestä, kuten käytettäessä sädekimppuelektronimikroskooppia ja tansmissio-elektronimikroskooppia, liittyy erikoisia näytteen valmisteluja, jotka rajoittavat niiden elinvoimaisuutta kuvattaessa näytteen tarkkoja piirteitä, erityisesti orgaanista näytettä. Esimerkiksi sädekimppuelektronimikroskooppia käytettäessä orgaaninen näyte päällystetään esim. vähintäin 40-50 Angströmin paksuisella kultakerroksella heijastumisen aikaansaamiseksi, joka antaa havaitun kuvan. Vieläpä tapa, jolla päällyste levitetään, voi vaikuttaa havaittuun kuvaan. Lisäksi päällysteen, jota tarvitaan sädekimppu-elektronimikroskoopin käytössä, pelkkä läsnäolo voi pimentää tai näennäisesti muuttaa näytteen piirteitä. Lisäksi sekä sädekimppu-elektronimikroskooppia että transmissio-elektronimikroskooppia käy- 36 61 636 tettäessä menetelmät, joita käytetään riittävän pienten osien saamiseksi näytteestä, voivat oleellisesti muuttaa näytteen piirteitä. Niinpä monikomponenttikalvon täydellistä rakennetta ei voida näöl-lisesti havaita parhaimmillakaan käytettävissä olevilla mikroskooppisilla menetelmillä.

Tämän keksinnön monikomponenttikalvot toimivat ainutlaatuisesta ja voidaan kehittää matemaattisia malleja, jotka, kuten eri menetelmillä on osoitettu, yleisesti ovat vastaavuussuhteessa tämän keksinnön monikomponenttikalvon havaitun suorituksen kanssa. Nämä matemaattiset mallit eivät kuitenkaan rajoita keksintöä, vaan pikemminkin niiden tehtävänä on edelleen valaista keksinnön tarjoamia etuja ja hyötyä.

Tämän keksinnön monikomponenttikalvojen seuraavan matemaattisen mallin paremmin ymmärtämiseksi viitataan hahmoteltuihin malleihin, jotka on annettu piirrosten kuvissa 1, 2, 3, 4, 6 ja 7. Nämä hahmotellut mallit on tarkoitettu ainoastaan helpottamaan matemaattisessa mallissa kehitettyjen käsitteiden ymmärtämistä eivätkä kuvaa eivätkä ole tarkoitettu kuvaamaan keksinnön monikomponenttikalvojen todellisia rakenteita. Lisäksi, tarkoituksensa mukaisesti auttaa ymmärtämään matemaattisen mallin käsitteitä hahmotellut mallit esittävät ominaispiirteiden läsnäolon, jotka liittyvät matemaattiseen malliin; kuitenkin nämä hahmotellut mallit ovat voimakkaasti suurennettuja verrannollisiin suhteisiin nähden näiden ominaispiirteiden joukossa piirteiden havaitsemisen helpottamiseksi. Kuva 5 on esitetty auttamaan osoittamaan vastaavaisuutta vastus-käsitteen matemaattisen mallin läpivirtausta vastaan ja vastuksen välillä sähkövirralle.

Kuvat 1, 2 ja 4 ovat hahmoteltuja malleja matemaattisen mallin ymmärtämistä varten ja kuvaavat päällysteen ja huokoisen ero-tuskalvon välistä jakopintaa, ts. suurennettua aluetta, joka on esitetty kuvassa 6 alueena viivojen A-A ja B-B välissä, mutta ei välttämättä samassa mittakaavassa. Kuva 3 on suurennettu hahmoteltu malli kuvassa 7 esitetystä alueesta, joka on viivojen C-C ja D-D välissä. Näissä hahmotelluissa malleissa samat merkinnät tarkoittavat samoja kohteita.

Kuva 1 on valaisemistarkoituksessa esitetty suurennettu 37 61 6 3 6 poikkileikkauskuva yhdestä hahmotellusta mallista, joka kuvaa pää-asiallisesti jatkuvaa ja keskeytymätöntä peitettä 1 päällycteai-neesta X kosketuksessa huokoisen erotuskalvon aineen Y kanssa, jossa on kiinteitä osia 2, joissa on huokosia 3, jotka ovat täyttyneet tai osittain täyttyneet aineella X;

Kuva 2 on suurennettu esitys toisesta hahmotellusta mallista, jossa huokoisen erotuskalvon aine Y on käyrän pinnan muodossa, jolloin jakopinta-alueet ovat ontelolta tai osittain täytettyjä päällysteaineella X tasaisessa kosketuksessa, ts. keskeytymättömällä tavalla;

Kuva 3 on suurennettu esitys hahmotellusta mallista, jossa ainetta X on huokosissa 3, mutta keskeytymätöntä peitettä 1 ei ole läsnä.

Kuva H on vielä eräs hahmoteltu malli tämän keksinnön matemaattisen mallin mukaisten käsitteiden kuvaamisen helpottamiseksi. Kuva 4 yhdessä kuvan 5 kanssa osoittaa vastaavuutta hyvin tunnetun sähkövirran vastuspiirin kanssa, joka on esitetty kuvassa 5 ;

Kuva 6 on vielä eräs poikkileikkauskuva hahmotellusta mallista, jossa päällysteaine X on valettu huokoset tukkivaksi kalvoksi huokoisen erotuskalvon tiheämmälle pinnalle, jolle huokoiselle erotuskalvolle on ominaista vastaavasti asteittain tiheys ja huokoinen rakenne läpi koko kalvopaksuuden; ja

Kuva 7 on poikkileikkauskuva hahmotellusta mallista, joka esittää suljettua anisotrooppista erotuskalvoa, joka ei välttämättä vaadi jatkuvaa tai keskeytymätöntä peitettä 1.

Seuraavat yhtälöt kuvaavat matemaattista mallia, joka on kehitetty selittämään tämän keksinnön monikomponenttikalvojen havaitut suoritukset. Käyttämällä sopivasti tätä matemaattista mallia, voidaan valita huokoisia erotuskalvoja ja aineita päällysteitä varten, jotka antavat edullisia tämän keksinnön monikomponent-tikalvoja.

Kuten seuraavassa osoitetaan, voi virtausta Q_ , kaasulle i ,a a monikomponenttikalvon läpi, edustaa funtiona kaasun a virtausvastuksesta monikomponenttikalvon kummankin osan läpi (ks. esimerkiksi kuvaan 4 hahmoteltua mallia) kuvassa 5 esitetyn sähkövirta-piirin kanssa matemaattisesti samanarvoinen vastaavuus.

38 6 1 6 3 6 1) Q =Δρ 1 + R1,a (R2,a * R3,a} R2,a * R3,a T’a PT’a [_ R2,aR3,a J |_R2,aR3,a ΔΡΤ on paine-ero kaasulle monikomponenttikalvon poikki ja R, , *· 1 ,a R2 a ja R3 Edustavat vastusta kaasun virtaukselle päällysteessä 1 huokoisen erotuskalvon kiinteissä osissa 2 ja huokoisen erotus-kalvon huokosissa 3 vastaavasti. Jonkin toisen kaasun b virtaus Q,p saman monikomponenttikalvon läpi voidaan ilmaista samalla tavalla, mutta sopivin termein kaasun b paine-eroille ja kaasun b virtausvastuksille päällysteen 1, huokoisen erotuskalvon kiinteiden osien 2 ja huokosten 3 läpi. Jokainen näistä vastuksista kaasulle b voi olla erilainen kuin jokainen vastuksista kaasulle a. Siten selektiiviseen läpäisyyn voidaan päästä monokomponenttikal-volla. Edullisia monikomponenttikalvoja voidaan muodostaa vaihtamalla R^ , R^ ja Rj suhteessa toisiinsa kumpaakin kaasua a ja b varten haluttujen laskettujen virtausten saamiseksi kummallekin kaasuista a ja b ja muuntelemalla vastuksia kaasulle a suhteessa vastuksiin kaasulle b lasketun selektiivisen läpäisyn saamiseksi kaasulle a kaasun b suhteen.

Muita yhtälöitä, jotka ovat hyödyksi tämän matemaattisen mallin ymmärtämiseksi, on lueteltu seuraavassa.

Jollekin annetulle erotusaineelle, erotustekijä kahdelle kaasulle a ja b, ot^» määritellään yhtälöllä 2 kalvolle aineesta n, jolla on annettu paksuus £ ja pinta-ala A

2) <xi Δ pb

Pn,b «b*Pa jossa a ^n b ova* aineen n vastaavat läpäisevyysvakiot kaasuille a ja b, ja Q ja Q. ovat kaasujen a ja b vastaavat virtauk-

a D

set kalvon läpi, kun Δρ3 ja Δρ. ovat käyttövoimat, ts. osapainei-

CL O

den alenemat kaasuille a ja b kalvon poikki. Virtaus Q aineen n ci kalvon läpi kaasulle a voidaan ilmaista yhtälöllä: 39 61636 o) n - ^Pa?n»a An - ΔΡ^ f n, a n jossa An on aineen n kalvon pinta-ala, i on aineen n kalvon paksuus ja R määritellään mallin tarkoituksia varten aineesta n n 5 a.

tehdyn kalvon vastukseksi kaasun a virtaukselle.

Yhtälöstä 3 voidaan nähdä, että vastusta R edustaa ma* n,a temaattisesti yhtälö M: “> Va = πτ n,a n Tämä vastus on matemaattisessa mielessä analoginen aineen sähköisen vastuksen kanssa sähkövirralle.

Tämän matemaattisen mallin valaisemistarkoituksessa voidaan viitata esimerkiksi kuvan 4 hahmoteltuun malliin. Huokoinen erotus-kalvo esitetään aineen Y kiinteät osat 2 ja huokoset tai reiät 3 sisältävänä. Aine X on läsnä kuvan 4 hahmotellussa mallissa päällysteenä 1 ja aineena, joka tulee huokoisen erotuskalvon huokosiin 3. Jokaisella näistä alueista, päällysteestä 1, huokoisen erotus-kalvon kiinteistä osista 2 ja huokosista 3, jotka sisältävät ainetta X, on sellainen vastus kaasun virtaukselle, että kokonaismoni-komponenttikalvoa voidaan verrata vastaavanlaiseen sähkövirtapii-riin, jollainen on esitetty kuvassa 5, jossa vastus R1 on sarjassa kahden vastuksen R2 ja Rg kanssa, jotka ovat rinnakkaisia.

Jos aine X on jatkuvan, tiiviin päällysteen 1 muodossa, voi silloin sen vastusta R^ annetun kaasun virtaukselle edustaa yhtälö 4 ja se on päällysteen paksuuden , päällysteen pinta-alan A^ ja aineen X läpäisevyysvakion funktio.

Tämän keksinnön monikomponenttikalvon huokoista erotuskal-voa edustaa malli kahtena rinnakkaisvastuksena. Yhtälön 4 mukaan huokoisen erotuskalvon kiinteiden osien 2, jotka ovat ainetta Y, vastus R2 on näiden kiinteiden osien paksuuden > kiinteiden osien 2 kokonaispinta-alan A2 ja aineen Y läpäisevyysvastuksen Py funktio. Huokosten 3 vastus Rg huokoisessa erotuskalvossa on rinnakkain R2 kanssa. Huokosten vastusta R^ edustaa, kuten yhtälössä 4, paksuus 40 61 6 3 6 il3 jaettuna läpäisevyysvakiolla ja huokosten kokonaispoikkileik-kauspinta-alalla A3. Matemaattisen mallin tarkoituksia varten oletetaan, että <?3:ea edustaa aineen X keskimääräinen tunkeutumissy-vyys huokosiin 3, kuten on kuvattu kuvan 4 hahmotetussa mallissa, ja läpäisevyysvakiota edustaa aineen X, jota on huokosissa läsnä, läpäisevyysvakio P .

A

Läpäisevyysvakiot P^ja Ργ ovat aineiden mitattavia ominaisuuksia. Pinta-ala A1 voidaan todeta monikomponenttikäIvon muodon ja koon perusteella ja pinta-alt A^ ja Ag voidaan määrittää tai rajat niille voidaan arvioida käyttäen tavanomaista sädekimppuelektro-nimikroskooppia yhdessä menetelmien kanssa, jotka perustuvat huokoisen erotuskalvon kaasunvirtausmittauksiin. Paksuudet 6. , ja a 2 voidaan määrittää samalla tavalla. Siten Q_ monikomponentti- ^ 1 j ci kalvolle voidaan laskea yhtälöistä 1 ja 4 käyttäen arvoja Δρ^ Ile ^1’ ^2* Ρχ:11β» Fyille, A^rlle, Akille ja A3:lle, jotka voi daan todeta. Erotustekijä (<Χ^) voidaan myös määrittää samalla tavalla yhtälöistä 1 ja 2.

Matemaattinen malli voi olla avuksi kehitettäessä tämän keksinnön edullisia monikomponenttikalvoja. Esimerkiksi, koska ainakin yhden kaasun erottaminen kaasuseoksessa ainakin yhdestä jäljelle jäävästä kaasusta tapahtuu pääasiallisesti huokoisen erotus-kalvon vaikutuksesta erityisen edullisissa monikomponenttikalvois-sa, voidaan aine huokoista erotuskalvoa varten valita sekä sen määritetyn ominaiserotustekijän perusteella näille kaasuille sekä myös sen fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien, kuten lujuuden, sitkeyden, pitkäikäisyyden, kemiallisen kestävyyden jne. perusteella. Aine voidaan sitten tehdä huokoisen kalvon muotoon käyttäen sopivaa menetelmää. Huokoista erotuskalvoa voidaan luonnehtia, kuten edellä todettiin, käyttäen sädekimppuelektronimikroskooppia, edullisesti yhdessä kaasunvirtausmittausmenetelmien kanssa, kuten ovat kuvanneet H. Yasuda et ai., Journal of Applied Science, nide 18, s. 805-819 (1974).

Huokoinen erotuskalvo voidaan esittää mallin tarkoituksia varten kahtena rinnakkaisvastuksena kaasuvirtaukselle, kiinteinä osina 2 ja huokosina 3. Huokosten vastus riippuu huokosten keskimääräisestä koosta, mikä määrää sen, onko kaasuvirtaus huokosten läpi laminaarinen virtaus vai Knudsen-diffuusiovirtaus (kuten esi- 41 616 3 6 tettiin edellä, esimerkiksi Hwang, et ai., kuin edellä sivulla 50-) ja huokosten lukumäärästä. Koska kaasujen diffuusionopeudet avoimien huokosten läpi ovat paljon suuremmat kuin jähmeiden aineiden läpi, laskettu vastus huokosten kaasuvirtaukselle on yleensä oleellisesti pienempi kuin jähmeiden osien laskettu vastus R2 huokoisessa erotuskalvossa, jopa silloinkin, kun huokosten kokonais-poikkileikkauspinta-ala on paljon pienempi kuin kiinteiden osien kokonaispinta-ala. Lisäyksen aikaansaamiseksi läpäisseen kaasuvir-ran osuuteen kiinteiden osien 2 läpi virtauksen suhteen huokosten 3 läpi, täytyy huokosten vastusta R^ lisätä suhteessa kiinteiden osien vastukseen Rj· Tämä voidaan suorittaa tämän mallin avulla, panemalla ainetta X huokosiin vähentämään kaasujen diffuusiomäärää huokosten läpi.

Sen jälkeen, kun on saatu arviointi vastuksesta kaasunvir-taukselle huokosten läpi ja tunnetaan huokoisen erotuskalvon aineen kaasuvirtausvastus, haluttu lisäys vastukseen kaasuvirtaukselle huokosten läpi, joka lisäys tarvitaan antamaan monikomponent-tikalvo, jolla on haluttu erotustekijä, voidaan arvioida. Mukavasti, mutta ei välttämättä, voidaan olettaa, että päällysteaineen syvyys huokosissa ( ^) ja kaasun vähimmäis läpäisyn etäisyys huokoisen erotuskalvon aineen läpi ovat samat. Sitten, perustuen siihen, että päällysteaineiden läpäisevyysvakiot tunnetaan, voidaan valita aine päällystettä varten halutun vastuksen saamiseksi. Aine päällystettä varten voidaan valita myös muita ominaisuuksia varten R3:n lisäämisen ohella, kuten seuraavassa kuvataan. Jos päällysteen aine myös muodostaa peitteen huokoiselle erotuskalvolle, kuten kuvassa 4 on esitetty, se voi pienentää virtausta. Tällainen tilanne on kuvattu matemaattisen mallin mukaisesti yhtälöllä 1. Tällaisessa tapauksessa päällysteaineen ominaisuuksien tulisi myös olla sellaiset, että virtaus ei liiaksi pienene.

Aineen valinta päällystettä varten riippuu sen määritetystä ominaiserotustekijästä suhteessa huokoisen erotuskalvon aineen määritettyyn ominaiserotustekijään ja sen kyvystä aikaansaada haluttu vastus monikomponenttikalvoon. Päällysteaineen tulisi pystyä suljettuun kosketukseen huokoisen erotuskalvon kanssa. Huokoisen erotuskalvon keskimääräisen huokoskoon pohjalta voidaan valita pääl-lysteaineita, joilla on sopiva molekyylikoko. Jos päällysteen mo- 42 61 6 3 6 lekyylikoko on liian suuri, tai jos päällysteaine yhdistää huokoset pinnalla, malli edellyttää, että huokosten vastus Rg ei lisäänny suhteessa huokoisen erotuskalvon kiinteiden osien vastukseen R2, ja tällaisessa tapauksessa kaasuosa, joka läpäisee kiinteät osat 2 suhteessa kaasuihin, jotka diffuntoituvat huokosten läpi, ei lisääntyisi osaan nähden huokoisessa erotuskalvossa yksinään. Jos toisaalta päällysteaineen molekyylikoko on liian pieni, se imeytyy huokosten läpi päällystämisen ja/tai erotustoimitusten aikana.

Usein päällyste valmistetaan peitteen 1 (ks. hahmoteltua mallia kuvassa ·+) muodossa sen päällysteaineen lisäksi, mikä menee huokosiin. Näissä tapauksissa peite 1 edustaa kaasuvirralle vastusta R^, joka on sarjassa huokoisen erotuskalvon yhdistettyjen vastusten kanssa. Kun tällainen tilanne esiintyy, tulisi päällysteaine edullisesti valita niin, että päällyskerros monikomponenttikal-vossa ei anna liian suurta vastusta kaasuvirtaukselle (samalla, kun päällyste vielä antaa riittävän vastuksen huokosissa), jotta huokoinen erotuskalvo pääasiallisesti aikaansaa ainakin yhden kaa-suparin erottumisen kaasuseoksessa. Tämä voitaisiin suorittaa esimerkiksi järjestämällä päällysteeksi aine, jolla on suuret läpäi-sevyysvakiot kaasuille ja alhainen selektiivisyys.

Peitteen paksuus , kuten mallissa on esitetty, voi myös jonkin verran vaikuttaa monikomponenttikalvon virtaukseen ja se-lektiivisyyteen, koska peitteen 1 vastus (R^) on funktio sen paksuudesta Ji^ .

Jos on valittu sopiva aine X ja aine Y, voidaan muodostaa erilaisia näitä aineita sisältävien monikomponenttikalvojen konfiguraatioita käyttäen yhtälöitä 1, 2 ja 4. Tietoja, jotka koskevat esimerkiksi huokosten kokonaispinta-alan (Ag) enemmän haluttuja suhteita kokonaispinta-alaan (A^ + Ag) huokoiselle erotuskalvolle ja enemmän haluttuja paksuuksia huokoisen erotuskalvon erotuskerrok-selle j voidaan saada tästä matemaattisesta muodostetusta. Nämä tiedot voivat olla käyttökelpoisia esimerkiksi määrättäessä menettelytapoja huokoisten erotuskalvojen valmistusta varten, joilla on halutut pinta-alasuhteet Ag/(A2 + Ag) sekä halutut erotuspaksuudet ^2 sekä myös halutut päällystekerrospaksuudet . Anisotrooppisten 1,3 61 636 onttojen, huokoisten kuituerotuskalvojen ollessa kysymyksessä tämä voidaan suorittaa valitsemalla sopivasti kehruuolosuhteet ja/ta.i jälkikäsittelyolosuhteet. Edellä esitetty tutkiskelu kuvaa tapaa, jolla monikomponenttikalvojen konfiguraatioita voidaan matemaattisesti muodostella. Useita menetelmiä on esitetty ainakin yhden kaa-suparin suhteen päällyskerrosten 1 suhteellisten vastusten, huokoisen erotuskalvon kiinteiden osien 2 ja huokosten 3 suhteellisten vastusten vaihtelemiseksi antamaan edullisia monikomponenttikalvo-ja, joilla on suuri virtaus ja suuri selektiivisyys ainakin yhtä kaasuparia varten.

Seuraavassa esitetään matemaattinen johtaminen, joka yhdessä yhtälöiden 3 ja 4 kanssa antaa yhtälön 1.

Hyvin tunnetusta Ohmin sähkövastuksia koskevasta laista voidaan saada matemaattinen ilmaisu kuvassa 5 esitetyn sähkövirtapii-rin kokonaisvastukselle R,p.

5) RT = R1 + R23 = R1 + R2 + R3 jossa R22 on rinnakkaisvastuksen ja R^ yhdistetty vastus ja on yhtä suuri kuin jälkimmäinen termi yhtälössä 5.

Analogisesti edellä kuvatussa matemaattisessa mallissa käytetään hyväksi samaa matemaattista yhtälöä annetun kaasun kokonais-virtausvastuksen ilmaisemiseksi monikomponenttikalvoa varten, kuten on kuvattu suurennetulla tavalla kuvan 4 hahmotellussa mallissa. Vastus R23 edustaa huokoisen erotuskalvon kummankin osan, kiinteiden osien 2 ja huokosten 3, jotka on täytetty aineella X, yhdistettyä vastusta. Jos päällyste ei ole järjestetty pääasiallisesti yhtenäiseksi peitteeksi 1, vaan ainoastaan aineeksi X, joka menee huokosiin 3, tilanne, joka on kuvattu kuvan 3 hahmotellussa mallissa, silloin päällyskerroksen R1 vastus on 0 ja tämä termi putoaa pois yhtälöstä 5 ja kaikista myöhemmistä yhtälöstä 5 johdetuista yhtälöistä.

Annetun kaasun kokonaisvirtaus monikomponenttikalvon läpi on yhtä suuri kuin virtaus sähkövirrassa ja annetaan pysyvässä olotilassa yhtälöllä 6 .

^ 61636 6) ^T,a 3 ,a 3 ^23,a jossa Q. on kaasun virtaus pintakerroksen 1 läpi ja Q9q on yh-Ί j a z o j a distetty kaasuvirtaus huokoisen erotuskalvon sekä kiinteiden osien 2 että huokosten 3 läpi (jotka on täytetty aineella X).

75 Q23,a = Q2,a + Q3,a

Osapaineen kokonaisalenema kaasulle a monikomponenttikalvon poikki on osapaineen aleneman päällysteen 1 läpi, Äp. :n ja osa-paineen aleneman huokoisen erotuskalvon kiinteiden osien 2 ja täytettyjen huokosten 3 poikki, Λρ00 :n summa

Zo )Q

8) *PT,a = «>1,a + **23,a

Kaasun a virtaus monikomponenttikalvon kummankin osan läpi voidaan ilmaista yhtälöllä 3 käyttäen kummallekin osalle ominaisia vastuksia ja osapaineen alenemia.

a 9) Qi a " 1 ,a R1,a

10) Q0. = 4p23,a _ Ap23,a(R2,a + R3,aJ

tOya. ·= - p “-s K2 3 ,a 2,a 3,a

Yhtälöistä 6, 8, 9 ja 10 voidaan poa :lle johtaa lauseke vastus-ten ja osapaineen kokonaisaleneman suhteen: R1 a ^R2 a + R3 a^ 11) Δρ23,a = *pT,a 1 + * R2 a*R3 a 2

Yhtälö 11 yhdessä yhtälöiden 6 ja 10 kanssa antaa yhtälön 1.

Tämän keksinnön mukaisesti päällyste on suljetussa kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa monikomponenttikalvon saamiseksi. Tämä matemaattinen malli, joka on kehitetty selittämään tämän keksinnön monikomponenttikalvoilla esiintyviä ilmiöitä, edellyttää, että huokoset 3 huokoisessa erotuskalvossa sisältävät ai- 61 636 U5 netta X. Ainetta X sisältävien huokosten vastus kaasuvirra]1 e on paljon suurempi kuin huokosten, joita ei ole täytetty aineella X, vastus kaasuvirralle, koska minkä tahansa aineen läpäisevyys kaasuille on paljon pienempi kuin avoimen virtauskanavan läpäisevyys. Niinmuodoin kasvaa monikomponenttikalvossa ja yhtälöön 10 viitaten R£ tulee merkittävämmäksi vaikutukseltaan R^g^en. Koska Rg kasvaa suhteessa R^ieen monikomponenttikalvossa, kulkee suurempi osa kaasusta huokoisen erotuskalvon kiinteiden osien läpi verrattuna kaasuun aineella X täytettyjen huokosten 3 läpi, kuin kaasun osa huokoisessa erotuskalvossa yksinään. Niinmuodoin ainakin yhden kaasuparin erotustekijä paranee monikomponenttikalvossa vuorovaikutuksesta aineen Y kanssa, verrattuna erotustekijään huokoisessa erotuskalvossa yksinään.

Seuraavat esimerkit kuvaavat keksintöä, mutta eivät rajoita sitä. Kaasujen kaikki osat ja prosentit on laskettu tilavuudesta, ja kaikki nesteiden ja kiinteiden aineiden osat ja prosentit on laskettu painosta, ellei toisin ole ilmoitettu.

Esimerkit 1-3

Esimerkit 1-3 taulukossa I edustavat monikomponenttikalvo-ja, jotka koostuvat huokoisista selluloosa-asetaatti -erotuskal-voista ja päällysteestä. Esimerkit 2 ja 3 esittävät samoja yhdistettyjä onttoja kuitukalvoja, jotka erottavat kaksi eri kaasuseos-ta. Näistä kahdesta esimerkistä näkyy, että huokoinen alustakalvo erottaa nämä kaksi kaasuseosta johonkin asteeseen myös päällysteen puuttuessa, mutta kummassakin tapauksessa erotustekijä on paljon pienempi kuin selluloosa-asetaatin määritetty ominaiserotustekijä. Tällaisissa huokoisissa erotuskalvoissa suurin osa kaasusta kulkee huokosten läpi ja selluloosa-asetaatin läpi tapahtuu suhteellisen vähän läpäisevää virtausta.

Päällystämisen jälkeen erotustekijä kaasuille esimerkin 2 ja 3 monikomponenttikalvoilla on suurempi kuin sekä päällysteaineen määritetty ominaiserotustekijä että huokoisen erotuskalvon erotus-tekijä. Niinpä monikomponenttikalvossa suurempi osa kaasuvirtauk-sesta tapahtuu selluloosa-asetaatin läpi kuin huokosten läpi; minkä johdosta monikomponenttikalvon erotustekijä on paljon lähempänä selluloosa-asetaatin määritettyä ominaiserotustekijää.

46 61 6 3 6

Esimerkki 1 esittää erilaista onton selluloosa-asetaatti-kuidun näytettä, jolla on jonkin verran erilaiset ominaisuudet päällystettynä ja päällystämättömänä ja jota voidaan verrata esimerkkiin 2. Vaikkakin huokoisella erotuskalvolla on suurempi läpäisevyys C^ille ja alempi erotustekijä, on monikomponenttikalvolla suurempi erotustekijä kuin kummallakaan sekä päällysteen että huokoisen erotuskalvon aineella erikseen.

I O II

“7 61 636 O o

El *> cm ·η rH ι ·η μ iÖ eö >1 C hO μ XX >1 cö C 03 U-) iT>

03 03 f Tl CD I I

•h 3 03 to c μ o o CO μ £ Ai 5-1 -H 1- τ- XOCOtHOOCOOh 3 0 5h OrHOOO CM X x o 3

φ Φ >·Η χχ o X

031 rH 03 5 03 Ο ^ 03 Γ- CM * UI y μ 1 Λ Ο ·Α Ο ·Α CD O CM " " "CM " - n!

>, ·Η ftrHQAi-mUKT- CM CD cm r- O

μ μ ο) μ

> Cö O II

^ fö CD

•h μ "cm ·η Ό o) i ·η μ •h co >, e μ μ

COlfl >! tfl c 03 CD CD

Ai i μ m ·Η 03 I i oro <m 03 co c μ o o C CO E Ai 5- ·Η V- το O 'rl o O tn ft

EO ΌΗΟΟΟ X X

•H μ Ai Ό co co rH 3 H 01 3 COO £ CO J· CD O CD en μ μ Ο·Η0·Ησ rH CM " " " " " "

•H iH ft rH O > r— CQ M O CM zt T- co r- CO

X Φ 03

03 O II

>1 li o >, ·Η " CM ·Η >03 I ·Η μ 03 ·Η >, C DO μ

C0O τ- >3 03 C 03 CD CD

•H Ai μ Γΰ ·Η 03 I · :rfl Ο 03 03 C μ CD o

ft 3 £ Ai SU ·Η T- V

:ιϋ X Ή o O to ft

μ Ό r-π ο Ο ϋ X X

C >ί·Η Ai fO co CD

q 03 H to s KO £ OO CD CM O CM en >, :rd Ο·μθ·μο rH cm " " " " " "

T3 μ ftrHQ>v-<HOCM LO CM zt CM LO

03 μ > >, ero <Ö Ai •n 1 •h i oi

(Ö ft O Λ Λ 3 G

μ ae (ft 0> e C μ ··

03 rH 03 CM (fl aö 03 03 0) OO

ctj /-N03KCOT-iQ3:(tiO)rö 5-0 EC e *h >» ·η μ -n μ 03 oi (—t o ö3!ö-.h>>a:,Cth,c>> cm •H ·η iöq(Ö>0)3Ai;3>, >.κ ο Γΰ·Ημο3μο3θ3ω>μ 'c’coa Αί£ωοιμο3μ·Η

>, ft OC*H3CCOCCOQ3IO

>) oi μ <u :m μ ·· 3 ·· ·η μ μ > α: >,>,α3Ρ,οομθ8β·Η ο) ·ιΗ ωμμιιΰμοοοΟίμκ οιμ ο3μμ;μο)μ:ο3:ιτ!θ) • Η μ ·Η 0) d CM 03 CM rl OÖ 03 »dc ao μ oi e e a: ä £μ

ft 03 ft -H o o e e X

:rÖ C Ό :rö 5- G > > *H O -H O G 3

rH o :π3 Hrt- H HHl>nl> 'HIO

ft E e/ jö cm iö m μ ft μ μ μ

q £ ή EZAiAioJföiöC

03 O 3 0) 3 03 cOCAiCAi 3 ·· ftAiT-i μ 03 C cm 3 3 03 ·Η6 ·Η μ cm 3 ft o o) ΐΰο)ομμο3μο)μ ai z K q > o q ie aiM-rv o ομμμμ 03 03 Ai G G 5c ft, ,q q ,q G 3 cm q £ :0 ft 03 03/-- 033 033 03/^10 m o en μ 3 3 0) o> (MoicoiqcMitjv-/ •h 03 >.μμο)οί5μκζα o o e en o Ai μ μ jo μ μ·ηχ ω αι c ft c ft ο /-

Ai Ai 03 03 >, 03 03 ft 3 0) ft 03 ··£··£ ft 003 G

a: G >, >ί 03 μ >ι Ai 03 ft 3 ·Η CMO CM Ο 3 <—IOÖ03 3 03 Η rH 3 03 Η 03 OftOZAiZAiftST-iO) rH £ ft η β ιβ η μ C A! X ·Η ft Η·Ημ 3 ·Η »o m ϋ rtm·· O ΙΝΟ CMC CMC CMHAÄ cö en :iö aö 3 ft :3 3 O 30 30 OO OO 03 03 3 H W ft CL,Za;ftftOEM-/:i:-/2:'~/2:'-/Oft03 U8 ^ , ( 61636 I :0 ^

G —I tuO

O rH 3 33 I I MO

G 3 -m 3 C ·Η -H

C £ C « :(0 O I c/3 :3 I O O :<0 G (0 :(0 C C 3 I 3 rH 3 Ai μ •r-π 3 3 3 3 O rH £ r0 at c (d I λ: η «o >> -r-to)

fclC-HC^OrH+J rH rH

•μ ·Η μ £ M—) O -H o G rH

01(¾ -HO 33 3 (¾ (03

£ > "·* 3 :(0 · (0 M

•H G :3 oo ·γ-> X A! " GOO

μ 3 rH £ G ·Η (0 3 3 3 (J w >, O X H ^ μ 3 3 Ai G (0 Ui rH 3 Ai 3 0) ·Η G π Ό :(0 +-1 Ή 0) 3 Ρ O O ,C ·π 0) :3 (0 Η Ο :<0 > =0 X Μ > -η Αί Η •HrHrHX ·Η 3 Ο Ο0> +j(0^Grr;+->^GT-iw 3 G Ai ·Η (0 ·Η 3 ·Η 30 10 £ Ή 3 C Ή "Ο X > Μ Λ +J Ο >; 0) ,Χ·Η-μ γη κ >, ω ο) a; to (0(0 <ο -μ cn rH g λ; μο

G Ai £ G W G rH il) rt H

3 0 3 0) G O £5 G rH

-μ -μ Ό 0) £ -.H Ό ·Η :(0 0) 3 3 τ- >> Ο Ρ Ai (0 (0 rt ο •H G >, μ O G Ο £ >, 3 Ο 3 > μ ι-Η Ο :(0 3 >> £ Ai 3 ο ο ο £ μ <^ω> ιΗ ιΗ 3 3 3 > ·Η ·Η Μ Ο Ο 3 3 Ο ·Η μ Ο 3 ·μ > 3 ^ Ä H rt QU G X G ·Η rH (¾ (0 = :(0 :(0 ••(0 G O MO -μ · MO O MO (¾ GO P O " r Ai X μ1 :(0

MO G ^ ·π CO r-v ·Η X, Q) i—I

:(0(0(0 co oo 0) 3-μ £ Ai £ · " O r- H -HO)

3 O 0) ·Η r-\ ro σ> :(0 3 G H

CO ·η G -μ ίο I r- μ OMOrH

(0 0) G ·< o w ·Η -μ :(0 G

(0 Λ H O CM oo 0) v-/ £ cn X /-n (0 X i bO -μ (0 (0 -J-G to G >i 0) (0 GCOC MO G-C-H <0 <0 -> rH Ai

O (0 0) :θ ^.C CO)--1 H

•H 0) Ai 3 Ht 3 Ai O ·Η O

3 3 G Ai μ -μ rt h μ g h

i—I μ* ·ιΗ ·Η CO μ Oh co :(0 *Ή (0 ι—I

rH ,G 3 3 3 G Ο 3 ·γ~) 3 Ρ 3 3 3 (¾ Ai O O CO 0) 013(0 (O to (0 >, -H (¾ :(0 G to ·Η ίOOcocoμα)G μ o G 3 :3 3 H O 3 3 Ρ Ο μ to O (0 £

Aio 3 3 μ ω·μ Ai £ 3 3 3 μ μ 3 μ £ g ·η O) G to Ai -rl (0 S ·Η :3 ·Ή G 3

rH ·μ CO (0 μ G > μ ·Η ·Η G

μ 3 ·Η Ρ 3 ·Η ,G 0) to £ Ai CU

3 Ph G Λ U CO H >, H d)

μ G :Ό 3 -G HiUHCO

p (0 3 to co [3 Ai μ μ μ μ >, G -n a: 3 ^ co o 3 »d 3 o >> G 3 *H 0 3 > :3 G ·(-> > 3 1 CO μ ·Η G O (¾ 3 3 3 :3 μ G CQ £ :3 3 w i—I ·H > μ :3 :3 μ 3 co -ro ·Η >> ·Η μ 3 £ G 3 3 μ >> ·Η :3 >,μμ;α3ιΗ0330 4->Α;ΡΗ > :θ Ο 3 μ 3 U 3 μ Ό C0 3 :3 3 ρ Ai μ ο μ ό 3 ·η >» μ γη 3£ 03333>i3rH3 •Η :3 :3 3 3 C ·Η > rH ·μ Η 3 G 3 :3 Η ·Η Ρ, 1 3 3 γΗ μ M3 μ Ο μ Ρ G 3 3 £ Ο :3 :3 3 :3 Ο > 3 :3 3 μ 3 3 £ 3 :3 ·Η Ρ G Η ·Η

P3330U33PG 3 3 G

3£μθμθ:3 3 Αί 3 G Ή ·Η G ι—I μ £ Ή ·γΗ ^ G Ρ Ο 3μ> 3:3 3 ·Η Αί 3 μ Ο 3 3 > I—I μ ·Η .—I G 3 Ρ Ai μ ·Η > I—I 3 μ 3 C 3 ι—ι rG G £ Η ι—I rH r—13 333P333 M0 33 QJ333 ^£«)3MX>HiiOW^E>i

OS /-N /-N S~\ /-S

3 Λ O Ό 3 S-/ s./ S»/ N*/ 616 3 6 49

Esimerkit 4-10

Esimerkit 4-10 kuvaavat erilaisia nestepäällysteitä huokoisilla ontoilla polysulfoni-kuituerotuskalvoilla hapen selektiivisesti erottamiseksi ilmasta ja ne on esitetty taulukossa II. Huokoiset erotuskalvot eivät erota happea typestä. Käytetyt päällyste-aineet ovat edustavia suurmolekyylipainoisia orgaanisia ja siliko-ninesteitä, joilla on riittävän alhaiset höyrynpaineet, niin että ne eivät helposti haihdu päällystetyltä pinnalta ja niiden erotus-tekijät hapelle typen suhteen ovat yleensä pienempiä kuin n. 2,5. Päällysteiden molekyylikoot ovat riittävän pieniä antamaan suljetun kosketuksen huokoisen erotuskalvon kanssa, mutta eivät ole liian pieniä, niin että päällystysaine voi kulkea huokosten läpi päällystys- ja/tai erotusolosuhteissa. Havaitut erotustekijät monikom-ponenttikalvoille ovat suurempia kuin sekä huokoisen erotuskalvon erotustekijä (1,0 kaikissa esimerkeissä) että päällystysaineen erotustekijä (2,5 tai pienempi esimerkkien päällystysaineille).

50 6 1 6 3 6

I I I

I <υ a> to -=f vo

co a> s G I I

G H S» to o o -P S H <H r- ΤΟ a -ρ ο e

in i- to ft 3 I X

V >4-- -p g I Η ·Η l/N O 0O LTV 3 •H O'HOtl) * « * « C ft β h P PQ Ov <- -=f CV1 rj fi Vf * .—( I >> I '0 1-5 3 I <u -r-a O t- to σ\β}α}·ΗΗ >» i I—I to sO X "

H G H C C COOlAO

O G <L· G 4) ·> » * ·> ft Kft>g < CVJ f-

03 11 "f VO

•H 0) Ο O 'O T

0) C <U ft-H t— O

•h a) j* ·η u το oo rj ft tl) J) x u ,X cd Ο 4) 4) ” O 3 CO I S <M O T- T- G cd ·η ·η ?>4 ««·*·'

tt)·^ C H <ON<--a-vO

G

ω to - I I

•td G T- G >> -=t t/N

-p ·Η H I I

-p a ·η o o o S f-t Ό C ft *- «- :cd C— O Ρ Ο ·Η

X OaJXto-H X X

bO-H a* ρ

•H > H H I 4) OOOOO

ft Ο >^·Η ·Η <L> * · ·» *> ted O W CO a B Ο T- T- -3 «-

rH

e to I —

O G >4 I -rt VO

> -π ^>.h g I I

H C G H G O O

td β iu X oi T- .- X vo O <h Is, to

•H Uv--p A! X X

-P >> 4) O

-P >H SH O nr Ov £ Ο Ο ·Η ·Η #» λ #» λ 0) OPMHW < t— i- -3“ -d* li, "s 'ίο O Ό t- Λ UV 0) ·Η X *

H to e W

G X G irv O O trv O scö <Dc0 λ#»** a-p «pd ccviT-^tvo

H

:cd 0) nr VO

-P -P III I I

to M ·Η ·Η I cd O O

to ϊη I i—i *h G .— .—

-P rH -p »H X H CO

:Orj — G >a >».X X X

Sted nt >> o ft >> o CO ttd H G O -P H — CO O <- nf G ft O r-H G O ·Η Ή r· r. η τ*

fttflft g II) fi < r- T- -3- OV

H tG

•H *H

W

OÖ »H

-P I

o a oi H 4) to to |

>4 -Ρ ·Η G to I

to ted -p G -h >0 ft o +0 ted <D G tG G O Ot to rH 0) G ted

•H od OH

;g ·ο G G

Pt O O G G

ted cd t) t> f> o O

H Ή ted H H > >

O a cd G H H

G >· H Λ ti β "H O to CO CM ,X Ai CM CO -p G d S Ή

O A! 4J -Ρ -P ^ -P CM -P

O G O O CM -P S -P

••H 4> G ·—· PO G '— G

H G ·> g V dl 1)^ 1) U V

H O to B G O G

-HO >> G H GbO O — O

O X +3 -P O M 0> * ft ft

Ai X to to tn - too a V Θ

rX M >> t»> ·Η ·Η tG O ted O

P s H rl O tl O X "-3 M

H ΘΗ H rM G Pd Ή Ή ·Η ·Η

G -H tG tG 0>j0P<i G X C

G WtG tedGSGGOOO

Eh WO. ftte&K+JSP-S

51 61636

G I

(U I H

ifl I Ό HI (U

CO Η ·Η cfl H

CO O CU G H P :<fl

H p G 0) G scfl -P

> <D ·Η CO (ti ΪΠ3 CO

to g et -h e ε -h

cfl >> 3 scfl cfl H

PH rH g CO C > 3 0 3 CU cfl ·Η CU (¾ > Ή Λ > ·Η co co scfl CU μ

«> sd O 01 H

•H CO μ G ω O <fl G -μ -μ -h g O CU CU LO CU CÖ 3

H -P Ai CO -P

H 0) " :cO P CO +->

3 > G co (U cu CO

co O cfl co 6 Ό P>

>, X cO -H ·Ρ 3 -H

rH -P ^ CO 3 ε o c o p o co

(3, <U Ai CU H O

CU CO ε CO rH «

G rH 3 H CO rH CjO

OH CO CO CO

CU Cfl PJ · rl *n ·

r Ό -P 3 P G

scfl CU -P · ε H

-μ 3 cu Ai G

CU SCO ε H CO O

-P -P H CO G

•rl H r ·· CO cfl (U

CO "rl id (M 'rl Id H

CU G CO 2 Ai H H

dl \ -rl dl Ή

G scfl Ai <m Ό -P G

•rl Ai ‘rl o 2 -H O

CO ·Η Ifl O Ή H (U > m . ε · h 0 r CM H 3

μ SCO G CM H " CO

CO O · CN >, H CO · G *> h

CU CU ·Η G scfl I O

i—I scO * ft Ci G Oi

rH -PC SCO CU cfl H O

Φ -PCU H H > CU »> <U

CU CU H CU -P CM rH

cO μ Ai c fö H CO H

•c-ι -H H CU O CU · ”

> scO Ό -P G G CM

r CU I—I ‘rl Cfl G Z

O H CU > ·Η -rl SCO 'M

O G -P O ·Η Cfl -p CM

LT) SCO CU CO -P-PHO

00 -μ CO CU -μ -P "rt

1 ·Η ·Η G afl ifl cfl H SCO

CP CU ε ·η -P G SCO M-»

μ scfl G ·<π Ή H > H

r CO μ CU Λί ε 3 -¾ CU <UCO G CU -p-pcu Ό G >> H μ G H scfl μ

•rl rH ε CO scfl O ·π CO

J3 -PH cfl G ti p *H 3 P (OSIO cfl μ H CU Ai -P · cfl > scfl -P O Ai ε <U O cfl o · o ft μ ρ <u μ P μ

• O · ‘"HCU-PHCOCUCO

ΜΡσ-Ρΐ0ΗΗεωωΟ3Μ·Ρ O co CU μ ·Η 3 ft -P ·Η O

Cfl H 00 (UOCfl Ifl G lö -p O Cfl > COG I -POCOCOCUGO r G q rH m 3 P C0 H CO CO Ό ·Η p Cfl (UH Ifl o >,ωοο·Ηε<υΗ(οεΑί

Ai 1 scfl H H Ai Ai SO O H H O P U) <-t 4-> P P ·Γ1 G H Cfl CO

H G CO SCO CO i—li—I H -P cu CU G >>-P

3 O H SCO H 3 3 Ai >1 CU G H -P CO

(OH CU ftp cfl (O (U-P-PH ε “P H

-μ H Ai HHHCUmcOOCUCO

3 P h h co μ >, -μ h CCOCUAicflCCGHHifl-PHO CU >, ε a; U <U CUP* p H H >, P Ai -μ H H H μ μ O SCO 30 H μ SCO o 3 O CO fl cfl 3 3 P SCO SCO H CU SCO 3 2ft cu 2 ”3 2 2 W ε ft co μ S 2 \ /-“v /"S /«—'s /““S > co o ό <u μ bo W W P/ W w N-/ 52

Esimerkit 11-15 616 3 6

Esimerkit 11-15 kuvaavat eri päällysteitä, jotka joko levitetään huokoisille erotuskalvoille nesteinä ja saatetaan reagoimaan paikoillaan muuttumaan jähmeiksi polymeeripäällysteiksi (jälkivul-kanointi) tai levitetään, kuten tavallisesti jähmeitä polymeerejä liuotettuina liuottimeen. Tulokset on esitetty taulukossa III. Esimerkeissä happi rikastetaan ilmasyötöstä monikomponenttikalvolla ja käytetään joukkoa erilaisia käsiteltyjä onttoja kuitumaisia, huokoisia polysulfoni-erotuskalvoja.

53 61 636

I bOzt I I

Λ C OO (0 *rl 3 lO tp • Η ·Η τ- * i—I OI I 1 c c _ η -h p ° ° 0 ^ 5¾ ? m g T- T-

Pr r Oh? >C

P ϋ8·Η^ X X

3 bO * P ·Ρ _ ω ΪΗΗΉ C cn cm j-r~ >. O O O ·» ^ · »> " P flffl'nCX h w T- C lo σι 8,

bpji I I

(0 C co 1) ·Η 3 to • Η ·Ρ t ΛΙ H W I t 01 C -Η Ή -H o o •H ^ 5·ρ 3 M 5 T- T- O r- O δ E> ctf

* U (C ·Η 3 X X X

O bO * P P

3 SHH'H c 00 V- o co en

Xl O >> :<Ö O O *> Λ ~ *» ^ Q C/l ·Ρ C * * CM CM r- LO co

C

03

:<0 I =f «O

H CO I I I

4-1 ·γΗ O C-~ O O

S O 01 ·Η Λ V- r- :rd oo Ή C OM *-* * r- >0 I 03 I * * p .3- m m <n cd co co •H O^H Λ Λ Λ C\ Λ p< p_T-ft Q CM CD T- J- en P Λ

hOLO i I

C e oo ό) ·Η 3 4i en dl ·Η T- X H oi l l

•ro C ΗΉ +j O O

O tM f(T) 3 0) P r- T-

P ^ O |! -H 3-¾ X X

rö bO* P *H

X 3 P P ·Η C co oo O 4* 4t •VI n >,« o O Λ " *> * p Q (Λ ·ρ C * W <M v r- en T- *§ «,*, , C :rd e co n) ·Η 3 4± en

Ö P -H v Λ P 01 I I

P, -H C P ·Η P O O

GO) 1-5^2^2 <~ 0 P e— O C i> <0

XX en ϋ 3 Ή p X X X

•H >, bO* P P

(X iH S H H ·Η C CO CO O 00 CM

Or-f O >i»0 0 O - - «· " " E :r0 ö 00 to C * W CM v- r— 4f r- » a

ra n ;0 -ro P 3 :o P

II S ®. H H H

r-1 S QJ X) p >·, 01 rd 3Ö Ό <ϋ Iti Iti 1-1 ·Η 01 to SO (Ö 010103

•V a S δ 2 Ή £ g 8 S

$ * Ί s p -¾ I* ^ ^ -ro o oi oi p 5) p p p S p p en en e g 2 >CÖ :(0 P 2 P iti iti iti

QJ -P -P & O P «0 PPP

OIO P :r0 C P Q< _

rt > QJ P Q) £ :rÖ OQJbO

:rr) P P QJ H · H

1 (Tj -H CC p p oi en oi f S o ä § 5 g g s S s g §

C trOifOi—I*—t i> 01 oi 3 e C

cp EErOiÖHH 01 01 C S £

• •O H XX * <·μ (0 rrt O O G G G

CM s QJ C e oi e * C * * * Q o ö 003 PO) 3 p Q) V 0) V 3 3 3 3 3 QJQJ P PQJPQ3P P P ,§ £ £ o cc p p -e -h ti t; 22335 M ·· 0) P C £ £ C £ C iöiö-hpp h C G O 53 0) 3 03 3 QJ P P 03 <0 <Ö M HOI 01 C 01 C „ _ _ _ O V $ £ 6 Sfi |β | § § s § s * Soi οι οι ·π en en ·· e ·· g pppv'-p

2 C >, >, >>p p ^ P cm O cm O 3 3 3 3 C

Ά li H S2 ***** 3 p :rd :rO:rOPOPOCMCCMCCM ^ /-s

rO 0i:r0 :rO:rOC0 3P 30 00 00 (OdUOOJ

H UI CU U O, p p|v gs-·

Esimerkit 16-18 5*4 61636

Esimetki 16, 17 ja 18 osoittavat, että monikomponenttikalvot käyttäen onttoja, kuitumaisia huokoisia polysulfoni-erotuskalvoja voivat myös tehokkaasti erottaa CO/t^-seoksista keksinnön mukaisesti. Huokoisen erotuskalvon erotustekijää ei mitattu ennen päällystämistä esimerkeillä 16 ja 18, mutta lukuisat kokeet samanlaisilla huokoisilla erotuskalvoilla osoittavat, että erotustekijöi-den voidaan odottaa olevan välillä n. 1,3 - n. 2,5. Tämä odotus vahvistetaan esimerkissä 17, jossa huokoisen erotuskalvon erotusteki-jäksi H2:lle C0:n suhteen mitattiin 1,3. Näillä huokoisilla erotus-kalvoilla on siten jonkin verran erotuskykyä H^in ja CO:n välillä Knudsen-diffuusion vaikutuksesta. Näissä esimerkeissä kuvataan mo-nikomponentti- ja huokoisten erotuskalvojen erilaisia päällysteitä, päällystysmenetelmiä, läpäisevyyksiä ja erotustekijöitä valmistettaessa keksinnön monikomponenttikalvoja. Esimerkit 14 ja 17 sekä esimerkit 15 ja 18 suoritetaan samalla monikomponenttikalvo'1]a ja näiden esimerkkien vertailu osoittaa, että monikomponenttikalvon käyttö yhtä erotusta varten tai yhdellä kaasuseoksella ei estä sen myöhempää toimintaa toisella kaasuyhdistelmällä. Esimerkit on esitetty taulukossa IV.

55 61 6 36

' 1 +J

Ο Ή <ΰ 3 O I ·η

JZ bOJ- CO

C 03 <0 rV LO XJ

C ·Η r- X *H I C

Q) OO q h C O 3

Si r T- -P

-μ o q > rH 3 -p p Ο Ιί·Η·Η M X X) >, bO,X ω P P> aö CrHrHCcn Ο ·Η

M O >PX) 3 X) " S

OW-nVM Uht- I oo to •H £ o, a)

at) O

rH I P> •H Ä C O I c a) bo J- C ·Ρ w n c oo a) C ιλ

O -H r- λ; O I G

>C-CrHry LO O

rH t~ q TJ 3 *P I O

It) OP>rHC O CJ

,X CJ Xj ·Ρ -P CO r- X

•p βο,χ to p cm ω

H-Ι 3 rH rH 3 CD X " CTi rH

-P 0 >> SX) 3 X) " or rH

C Ο(Λ·Γ-ι-ΡΧΡ-.·5-Ο00ιΧ>

<U CM

C X

0 cx o

6 I J

O j- •X "

•p t— L-O C

c I -p I

o cd co c o C

£ *P (l) ^— O

O 0) Π3 —- SP X c

+-> >. CX =t *P

CO X) rH O CO rj- o •p TO 0 to r m r q COO (X, ·Ρ Q CO Ι-Γ- oo q * > s

0 rH -X

OX) ω to ,Χ «"M 3

1 to I CM r-~ P

CM 3 O PC CM 0 pc p q'-'ajcc h h q \ O CD r w (1) o q to Ό Ό χ) xJ to

Ο a) - p to :ro <xJ co ω *P

I X) >, ·π CO CO to ro to rQ CPo-P>, ooq -P ·Ρ ·Ρ > X >, χ x ·Η tuq £ <ι> a> > a a e

Ό O O CO P CD rPrHO

>, ιρ ·ρ to to aa >^rH >, aO 3 *P X) X) >ι X)

>3 pc+psifl PPPC

t) 01 psiOOft PO

CO >, CD rH q :tt) XJ <D CD P>

•P rH POrHH+JrH

:ro O “P q M m co to ·Ρ rt) q q qoqq 3 3 q -x :rO Ο :ι0 > O O i0 X) P P srö H ro :it) :<0 rH > > CO to 3 3 :<0 »d •p £ £ r-v rö «—I i—I C0C0itJt0£q qto rHOrXioto ooee-p •••p a) c u ω x x ,χ ,x o o q -p cm O Ρ0)"^3·Ρ·Ρ 3333 ·Ρ> PC-X (Dcdcmppp ppjqjqq-p o q q pc ο +-1 p 33<t)rdo-p

tU-PwfnC q fltOrHrPPP

> c £ X) CD CD CD ppctJcOrH

m co coo q q 3 <o •po >> >>:to qo o qqqqtoq O ,Χ P P P ·(-> <D CX CX tD CD CD <D >Ί X) AC AC CO CO CO *P CO £ r-s g: P P P P rH > X q Pb > >>X -POOO 333303 3 o) «h rHrHa)o.xcj,x ^ y; X Μ Λ ,¾ i—l £ i—I 1—li—I P AC ·Ρ M- -h a -p:r0 SrÖSfÖCOOqCMC r-v rM r-v

X) to at) :x) :x) 3 3 O PC O x) Λ O U <D

E-r MCL, X O, p K Sm 2 56 6 1 6 3 6

Esimerkit 19-21

Esimerkit 19,20 ja 21 (taulukko V) esittävät monikomponent-tikalvojen, jotka koostuvat eri päällysteaineista huokoisilla, ontoilla kuitumaisilla kopoly(styreeni-akryylinitriili)erotuskalvoil-la, läpäisyominaisuudet ilman ja C0/H2:n erotukselle. Jokaisessa esimerkissä monikomponenttikalvolla on suurempi erotustekijä kuin yhdelläkään päällysteistä ja huokoisista erotuskalvoista yksinään. Esimerkki 21 esittää huokoista erotuskalvoa, jonka erotustekijä H^’-He CO:n suhteen on 15 ennen päällysteen levittämistä, ts. huokoisessa erotuskalvossa on suhteellisen harvoja huokosia ja keskimääräinen huokosläpimitta on pieni. Esimerkkien 20 ja 21 vertailu osoittaa, että esimerkin 20 monikomponenttikalvolla on suurempi lä-päisynopeus ja suurempi erotustekijä kuin esimerkin 21 huokoisella erotuskalvolla, silloinkin, vaikka tällä kalvolla on suurempi erotustekijä kuin esimerkin 20 huokoisen erotuskalvon erotustekijä. Siten tämän keksinnön mukaisilla monikomponenttikalvoilla voi olla suurempi läpäisynopeus kuin kalvolla, jolla on yhtä suuri tai suurempi erotustekijä ja joka koostuu pääasiallisesti huokoisen erotuskalvon aineesta.

57 616 3 6

O II

Id) ιο • H iti ·Η cm μ -μ ·γ-ι η -μ μ> Ο >> ωμ C > >,·Η Cd) U3 ^ 3 d> ι—ι μ c ·η d) ϊ ι 3

C m <- <υ (ti c μ ο ο X

ο χ cm g ιϋ c μ τ- τ- μ ft ιο μ co ο co ft (0 g 3 ό λ; ο ο ο ο χ χ ^ ο μ >> ο χ ο χ ο μ μ !3 co ο ^ σ> co co •μ μ 0·ΗΟ·Ηο cncni·' ~ m ld ^ ο

Cd) &,lOQ>i- lIIXKr en τ- CM <χ> Ο ^

6 ·Η I

μ ο ιι (Ö ·Η ΙΟ μ μ Ή CN Ή co c μ μ n3 μ >ι Μ μ

g ·Η >ϊ*Η Cd) lO CO

μ C μ C ·Η d) I ι •Η μ O O) (ti C μ ο ° ι—ι cxi g iti μ ή τ * co >, μ m ο η ft

ί^>> Ό X O O O O X X

>, fi >> ο χ ο > χ μ μ 3 co ο ^ oloo cm

Olit) ο μ Ο μ o cm cm ^ «· « lo " o

en ι ftcoQSii-CQKKT- to o esi O CO

♦H ·Η

:<ti C

ft d)

:iti d) I

μ μ μ >, o ι c μ ω c ·η • •co c oo (ti C CO o

cm w μ τ- X O ι I

O >> en C μ X cd o μ τ~ C Ό 3 Ή V- r- rö o o c > μ 3 •n ft ο fti μ μ cd χ χ ο mx co μ iti rti fti 3 μ μ 3 g ooiooooj-o μ o >> ati 3 iti μ cm »· «· *> ·» *· * cniti ΟΜ·ομχΡΜΗΟοΜ ο τ- o o r- •Η ·ι—ί 10 to χ μ ο ο α) χ 1 ω ο +-* ι 3 <ν cm χ ιο μ χ tn iti ati Ο μ μ> c μ en ·μ »ti (ti β

Od) 3 Iti >1 ·Η ·μ CD »ti O :iti CO C >i X -H >, :(ti μ (θμ<~·> d) X Γ>ι g ιο μ iti g o d> μ d) > co >, χοοιοωμο)β >, :iti 'm μ 3 co co d)

>, X μ >, CN Hti μ 3 μ <D

> >,μΕΛθμ:ιΠβ d) μ co μ au C O ft ·Η co ft co d) μ r—l d) C ati iti •H :tti μ μ rti d) μ Ό ati μ aö μ μ C C C -Tti ft ftCOOCCO-μ :iti C Λ ati :(ti cm > > O O > μ μ d> ati H:rdiz;r-ir-i>>r-ix •ι—) g ·—· g m iti ιο ι—ι μ iti d) co μ cmx ,¾ m m χ μ

·· > d) 3 CO CO CO O -X o X COCO

ομ μ co α) ^ 3 30 μα μ 33 cm ie d) ιΰιυμμ^μ^μμμ XX o C π33ΟΟ^Ο0ΜμΓΜμ oo d) X-HatiCcMCKCKC CC C g S3 iti ·π d) X d) d) 0) ^ d> ti) > co μ 3 co μ μ β μ e cm co μ d) >> μ μ >iX C-c c iti o <0 ok C-h o χ μ μ:ομμο)ΰ)(θ<υμο.μρ< o) iti χ χ co ω>,<μωμωμω g g-Hcoc X C >> >i co μ >» co μ μ cm o cm o (ti μ μ 3 d) μ μ3coμ30ιoo2:x:^Γχμog μ g μ μωιΰμμχ:βΧ^·Η'Μ·Η χο

3 μ ati ati iti X ati Ο Ομ O cm C cm C cm O

Iti CO ati ati iti μ ati C 3 μ 30 OO OO 3 >1 h w ft α,χοίΚΦΚ'-'Κ'^^'-^Κ'-^κμ 61 6 3 6 58

•H I

CX Iti e >

e 3 -H

•H 33

•H 3 X

> 3 • H C/D o\°

•H

μ T- LO

CM »> «. o C 3 cm 3 iti τη en > · en 3 o 3 ·· A cm o o μ* o o iti :rfl μ o •i—> en O r—

en 3 I

C μ g o iti 3 3 > a μ e

3 3 -H -H

μ <u 3 -h en 6 a μ O ·Η μ o tn e e A 3 O 3

O H

iti ~ μ 3 μ :io μ bo en m—i e 3

CD ID O O

CD k Αί

3 <D >> I

•H ID μ ·Η iti £ μ tn

>i :iti <D

:iti μ 3 > μ o ,3 en (¾ a) iti :tfl Iti Ai en μ Ai en

CD Ή *A

3 m A! ti

O Ai -H

:iti -H £ »ti ·ιΗ iti 3 •μ C Ai g •H CD 3

A CD · O

CD 3 en IfH

M H μ >> T- ·Η en μ μ iti 3 3 en :3 >, tn tn μ en >, tn en o <jp en μ 0 0 3 -h cd A A ID t" A e 3 3 ω to 3 ·Η μ μ ·η id Ό 3 3 iti 3 £ 3 3 C ·μ ·Η 3 μ μ ·η en e £ :3 3 ,3 Ό 3 Ο ·Η 3 :3 μ 3 μ m en en >, ·μ ·Η ·Η 3 3 μ ·Η ·Η 3 :3 3μμμΑ 3Α > CO 3 3 3 ID μ :3 ιη33μμ·πομ 0££·Ηΐη33μ Α Ο Ο 3 3 ·Η ·Η .-3 333:3 μιΗ3ω μ ί ί mi ο >ι λ ·η

333£3>ι·Ηΐη 3 ι—I ι—I 3 3'—I

μ 3 3 3 A >1 3 3 3 3 >. μ 3 3 3 μ ο Α μ 333cn>ctf>33 μ μ μ 3 η μ 3 333Η3οοθ·Η as a as < a co £ 3 ----\ *—\ f—* 3 Λ U Ό 3 ν—· *—* V—* w

Esimerkki 22 59 61 636

Kaasuvirtaa, jossa on viisi komponenttia, käytetään syöttönä esimerkkien 15 ja 18 monikomponenttikalvolle, Kaasuvirta sisältää vetyä, hiilidioksidia, hiilimonoksidia, typpeä ja metaania sekä vesi- ja metanolimääriä kyllästysarvoihin asti. Syöttövirta johdetaan 4,5 kg/cm2:n paineessa ja 40°C:seen lämpötilassa monikomponent-tikalvon päällystepuolelle. Ontelopaine on yksi ilmakehä. Havaitaan seuraavat kaasun läpäisevyydet ja erotustekijät suhteessa vetyyn: Läpäisevyys : Erotustekijä H^n suhteen H2(8,5 x 1 O-5):lie CO^(3,7 x 1 O-5):lie C02 2,3 CCKO,27 x 10"5):lle CO 31,0 N2(0,68 x 10-5):lle N? 12,4 CH^(0,23 x 1 o”5):lie CH4 36,9 *Yksikkönä cm3 (NPT)/cm2-s-cm Hg.

On selvää, että tässä esimerkissä vedyn erottaminen kaasu-seoksista, jotka sisältävät ainakin jonkin C0:sta, N^sta ja CH^: stä, voidaan helposti suorittaa. Yhden tai useamman muun kaasun läsnäolo kaasuseoksessa, kuten kyllästetyn vesi- ja metanolihöyryn läsnäolo, ei ilmeisesti haittaa monikomponenttikalvon erotussuori-tusta. On myös selvää, että seoksen muita eri kaasuja voidaan erottaa toisistaan, esimerkiksi erotustekijä C02:lle C0:n suhteen olisi läpäisevyyksien suhde, ts. n. 14. Esimerkki 22 kuvaa myös huokoisen erotuskalvon tehoa antamaan suhteelliset läpäisynopeudet monikomponentt ikalvon läpi. Siten päällysteaineen (Sylgard 184) määritetty ominaiserotustekijä on n. 0,3 - 0,4 H2:lle C02:n suhteen (ts. C02 on nopeampi kuin H2), mutta monikomponenttikalvon erotus-tekijä H2:lle C02*.n suhteen on 2,3. Tämä arvo on pääasiallisesti yhtä suuri, koevirheiden puitteissa, kuin polysulfonin määritetty ominaiserotustekijä H2:lie C02:n suhteen.

Esimerkki 23

Esimerkissä 23 (taulukko VI) esitetään läpäisevyydet (P/ii) joukolle kaasuja monikomponenttikalvon läpi käyttäen onttoa, huokoista polysulfonikuituerotuskalvoa. Esimerkki 23 esittää samat arvot samoille kaasuille myös polysulfoniaineesta tehdyn jatkuvan 60 61 636 tiiviin kalvon läpi. Minkä tahansa kahden P:n tai Ρ/ί?:η arvon suhde määrittelee likimääräisen erotustekijän näille kaasuille tiiviin kalvon tai vastaavasti monikomponenttikalvon läpi. Esimerkki kuvaa selvää taipumusta siihen, että läpäisevyydet monikomponenttikäi-voille yleensä vaihtelevat kaasusta toiseen samassa järjestyksessä kuin läpäisevyydet tiiviille polysulfoni-kalvolle. Tämä taipumus osoittaa, että huokoisen erotuskalvon aine aikaansaa huomattavan osan monikomponenttikalvon erotuksesta. Tämä esimerkki osoittaa myös, että monikomponenttikalvoa voidaan käyttää erottamaan joku joukosta kaasuja toisistaan. Taulukosta nähdään esimerkiksi, että ΝΗ^ voitaisiin helposti erottaa H^sta tai N2:sta, He CH^tsta, N20 N2:sta, 02 N^sta tai H2S CH^:sta käyttäen tätä monikomponent-tikalvoa. Monikomponenttikalvojen läpäisynopeuksien etu on osoitettu taulukossa VI esitetyillä arvoilla.

61 61636 0 >

1 -I

(d ft)

μ E

ω ι •Η ΙΌ Ο ·Η λ; c ο ο 3 Μη X: rH rö 3 ^

£ [f) V— LOLOCNJCDOJ

(1) ^"Ί V*" ϋζ f' S'

Kfl rHOOOOCNCDv-t-J-Csloo^-CNl 3

-μ o t— co co i_n oo to oo v- X

+-> CM tn μ >1 X ,α1 :r0 QJ '—' > X X1 ω Dh •h 3 *h

Cm O >

:r0 > -H

rH ι—ι ·μ 3 μ»

G E

O I 3 > O > ι—I ·Η 3 3 c x E ο μ •Η Μη 3 μ μ ι-d μ 3 c tfl cu >, c μ o o a Cm

B

O :rd E μ O tn

G -H

O > Λ

g -H O

•H > 3 μ ι—ι ω 3

>, td E

>, ·Γ"> ·Η 3 > μ ω Λ μ to M n) CO μ μ μ j3- -ί μ •H o Q) μ *> * * " " * :3 > c ομμμοο*— οομμιμτ-ν

Cm μ οΧ'ί-'μ’^’^-μμ

:rd 3 CM '-η CM

μ χ 0-¾) tn ο μ c 3 χχ α> μ μ •μ ο c ci μ ο ω <ρ s 3 ι 3 ·μ x e ο c μ ω μ •μ 3 > ω > >.

ω μ >, Ο cc Cm μ μ μ > •r-1 ο .χ

Ai -X

,γ μ 3 a) ci -=* μ g (λ μ ο μ cc J- Ε 3 μ g :ημ<ι>μομμμΕομμ

3 to -ι e E E E u E o < o o E O

μ ω e 62 , 61636

3 I

Α Ή 3 3 ·Η 3 3 nd >—f I o LD ·π μ 3 10 r 3 I -μ to 3 CM μ :3 3

P E ·Η to fO

-μ 3 o to to a 3 -h > to g 3 a 3 3 0 0 3 3 X X I Ό 3 Ό Ή ε Ή 3 - Η Ο ·Η 3 0 3 A 3 to g •r-ι 2 ro <υ •μ Ο ^ A 3 to d* I—13 ·Η X 3 co 3 0) 3 μ 3 6 > -μ Ai to I ο ·Η 3 a; 3, a: Ai 3 >1 μ μ ai μ 3 :3 " 0) 3 3 > ·η O to

0) > O > -H

Ό O J- rH ε •H μ oo 3 :3 •h 0) :θ T- X μ 3 rH A to μ rH ·Η Ό 3 ·Η 3 O to 3 μ 3 η > A 3 0 :3 Ή >ι W) 3 :3 3 3 Η 0) έ •η A 3 >, ·Η Ο ι tn 3 3 > ·Η Α Ο 0) 3 3 S μ Ό 3 Ο Ο >Η >, 1 μ 3 0 3 >, "μ μ to to > ^33 :3 >1 0) C3 to Η :3 μ to >ι > μ ο -η μ μ 3 μ Ο :3 >, 3 ο μ ·η μ μ > ο μ to 3 :3 μ Ο 3 :3 α) μ 3 μ μ A3 ι μ 0) 0) ·Η -Η CM >, μ-οε ooh 0:3

Η >, > A > A

o >, ·η μοχΗ3 >>μ 33 μ Ο 3 μωιο αο3 > ο 3 to ο ·η ω 3 μ α ·η α μ >, to to 3 3 •Η^ομ μ μ ο to a 0) μ A 3 3 μ α ο 0) μ:3 0 0) 0) 3 Α :3 10 30 3μμ3μ·π 3 3 O to 3 μ to ε 3 · Ο Οι >1 3 3 ·Η :3 03 6 μ μ 3 > μ a to to ομ μ·πμ e to 3 A :3 μ ·Η ·Η Ο ·Η 3 ·Η :3 Λ μ 3 A to to 3 (A :3 :3 •HAA O m) to 3 :3 333 6 c ε 3 μ ε o μ A o μ μ to 6 3 3 3 3 -H 3 33 ·Η 3 μ 3 3 3 μεο a μ 3 ε μ ·η 3 o > 0 μ 3 Ο ·η to Ό 3 μ 30333Α >> Α 3 6 ·μ 6 Λ 3 >ι >ι 3 A ·Η 3 >, >Η to 3 μ >, > 333 3 3 3 3 μ 3 to ·Η 3 :3 μ to •Η Η ·Η bo 3 to μ 3 3 ·Η •·3 > tr: :3 μ μ 3 μ :3 α 3 ·η ε 3 >, μ >, α :3 Ο ·Η ε :3 3 :3 3 :3 :3 Ο Α μ ΟΗΑΑΑΑμ N /-Ν /—Ν 3 Α) Ο Κ 61636 63

Vertailuesimerkit 2*1-26 (eivät ole keksinnön mukaisia)

Esimerkit 24-26 on esitetty taulukossa VII ja ne o so i. i; i rivat, että eivät kaikki yhdistelmäkalvot kuulu keksinnön piiriin, tn. ,(tina monikomponenttikalvoa, jonka erotustekijä on merkittävästi suurempi kuin päällystysaineen määritetty ominaiserotustckijä, vaikku ne koostuisivatkin huokoisista erotuskalvoista ja päällystysaL-neista, joista jokaista voidaan käyttää muiden päällystysaiaie iden tai huokoisten erotuskalvojen kanssa antamaan monikomponentt i ka 1 -voja tämän keksinnön mukaisesti.

Esimerkki 24 tarjoaa monikomponenttikalvon, jossa on esi-vulkanoitu silikonikautsupäällyste huokoisella polysulfoni-erotus-kalvolla. Koska esivulkanoidulla silikonikautsulla voi oltu .liian suuret molekyyliulottuvuudet, että voitaisiin odottaa sen sulkevan huokoset mallin mukaisesti, esimerkiksi, molekyylit voivat ainoastaan yhdistää huokoset, päällyste ei muuta huokosten vastusta ilmavirtaukselle. Esimerkissä 24 päällysteyhdiste on esivulkanoi-tu polymeeri, jolla on sama pääasiallinen polymeerirunko kuin Sylgard 184:llä, jota on kuvattu esimerkiksi esimerkeissä 11, 14 ja 15 taulukossa III. Esivulkanoidulla silikonikautsulla on kuitenkin paljon suurempi molekyylipaino ja -koko kuin Sylgard 184: itä, mikä johtuu esivulkanoinnista, eikä siten ilmeisesti voi täyttää huokosia ja niinmuodoin yhdistelmäkalvon erotustekijä on yhtä suuri (koevirheiden puitteissa) kuin päällysteaineen erotustekijä.

Esimerkki 25 kuvaa monikomponenttikalvoa, jossa Sylgard 184 on käytetty päällysteaineena ja huokoista polyakryylinitri.il iä erotuskalvona. Polyakryylinitriilin läpäisevyys kaasuille on hyvin alhainen, kun se on jatkuvassa, huokosettomassa muodossa. Malliin viitaten tällaisella huokoisella erotuskalvolla on hyvin suuri vastus virtaukselle sen kiinteiden osien läpi, niin että, kun suuren läpäisevyyden omaava päällysteaine, kuten Sylgard 184, on suljetussa kosketuksessa sen kanssa, tapahtuu kaasuvirtaus vallitsevasti päällysteen ja tukittujen huokosten läpi, ja siten monikomponentt ikalvon erotustekijä on yhtä suuri tai pienempi kuin päällys-tekalvon erotustekijä.

Esimerkissä 26 kuvatun monikomponenttikä 1 von erotus!ek i jä 64 616 3 6 on pienempi kuin päallysteaineen määritetty ominaiserotust ok i ]ä. Tämä tilanne on samanlainen kuin esimerkissä ?4 esitetty sikäli, että päällysteaineena käytetyllä polyvinyylibutyrauli]la on suuri molekyylipaino. Lisäksi se ei kostuta polysulfonia yhtä hyvin kuin monet silikonit ja muut edulliset päällysteet. EdelTeen polyvinyy-libutyraalilla on suhteellisen alhainen läpäisevyys. Havainto, tätä monikomponenttikalvon erotustekijä on pienempi kuin päällysle-aineelta odotettu erotustekijä, tuo mieleen, että päällysteessä itsessään on puutteita.

Taulukko VII (ei keksinnön mukainen)

Esimerkki 24 Päällyste General Electric 4164 esivulkanoi- tu silikonikautsu

Huokoinen ontto kuitukalvo Polysulfoni P-3600 Union Carbide

Kaasusyöttö Ilma

Rikastunut kaasu (läpäissyt 0^ kaasu)

Päällystysmenetelmäa E

Päällysteaineen määritetty Olille N^:n suhteen 1,/ omi nais erotus teki jä*3 -4

Huokoisen erotuskalvon läpäi- Ilmalle HB x l] e sevyys

Huokoisen erotuskalvon ero- Olille n suhteen 1,0 tustekij

Monikomponenttikalvon ero- Olille suhteen 1,61 tustekijä*3

Monikomponenttikalvon lä- C^Hle 4>1 x ^ c paisevyys 65 61 6 3 6

Esimerkki 25 Päällyste Dow Corning Sylgard 184 jälkivul- kanoitu silikonikautsu

Huokoinen, ontto kuitukalvo Polyakryylinitrii1i

Kaasusyöttö Ilma

Rikastunut kaasu (läpäissyt 0^ kaasu)

Päällystysmenetelmäa F

Päällysteaineen määritetty O^.'lle N^n GU^teen 7 , 8 ominaiserotustekij ä^ -3

Huokoisen erotuskalvon lä- Ilmalle ? x 10 c paisevyys

Huokoisen erotuskalvon ero- 0„:lle N9:n suhteen 1,0 . . , . . „b tusteki]a

Monikomponenttikalvon ero- Olille N^in suhteen 1,9 tustekij ä^ -r>

Monikomponenttikalvon lä- Olille 1,7 x 10 läpäisevyys0

Esimerkki 26 Päällyste Polyvinyylibufyraall

Huokoinen, ontto kuitukalvo Polysulfoni P-3800 Union Curhide

Kaasusyöttö Ilma

Rikastunut kaasu (läpäissyt 0^ kaasu)

Päällystysmenetelmäa C

Päällysteaineen määritetty Olille N?:n suhteen 4,7 ominaiserotusteki j ä^ -4

Huokoisen erotuskalvon lä- Ilmalle 1,8 x 10 c paisevyys

Huokoisen erotuskalvon ero- 0 :lle N :n suhteen 1,0 e + V· · -b tusteki]a

Monikomponenttikalvon ero- 0 :lle N :n suhteen 4,0 4- +. i · · -b 1 7 t u s t e k i j a

Monikomponent t ikalvon lä- Ovelle 1,4 x 1 ^

O

paisevyys“ 66 _ - 6 '1 6 3 6

(a) kuten alahuomautus d taulukossa I

(b) kuten alahuomautus e taulukossa I

(c) kuten alahuomautus a taulukossa I

Esimerkit 27-34

Esimerkit 27-34 on esitetty taulukossa VIII ja ne kuvaavat sarjaa huokoisen erotuskalvon käsittelyjä kehruun jälkeen ja tapaa, jolla nämä käsittelyt vaikuttavat monikomponen11ikä 1vojen, jotka on tehty tällaisista jälkikäsitellyistä huokoisista erotus-kalvoista, erotusominaisuuksiin. Taulukossa VIII päällysteaine ja levitysmenetelmä ovat pääasiallisesti samat sen korostamiseksi, että muutokset monikomponenttikalvon läpäisevyysuopeudessa ja ero-tustekijässä (sekä ilman että CO/H^-kaasuseoksen syötössä) ilmeisesti johtuvat muutoksista huokoisen erotuskalvon suhteellisen tiheällä alueilla. Käsittelyjen uskotaan vaikuttavan käytettävissä olevaan huokosten poikkileikkauspinta-alaan (Ag) suhteessa huokoisen erotuskalvon kokonaispinta-alaan (A£ + A^). A^:n lisäys suhteessa kokonaispinta-alaan aiheuttaa lisäyksen suhteelliseen vastukseen virtaukselle huokosten läpi huokoisessa erotus- ja moni-komponenttikalvossa. Tämä puolestaan pakottaa enemmän läpäissyttä kaasua virtaamaan huokoisen erotuskalvoaineen läpi ja monikompo-nenttikalvon erotustekijä tulee lähemmäksi huokoisen erotuskalvon aineen ominaiserotustekijää.

Kaikissa taulukon VIII esimerkeissä käytetty huokoinen ero-tuskalvo on huokoinen, ontto polysulfoni-kuitukalvo (Union Carbide, P-3500) samalta puolelta, joka märkäkehrättiin liuoksesta, jossa oli 25 % kiintoainetta dimetyyliformamidi-liuottimessa vesi-koa-guloimisaineeseen n. 3°C:ssa putkiaukkoisen suuttimen läpi, jossa reikään suihkutettiin vettä ja kuitupuolattiin nopeudella 21,4 m/ min. Huokoista erotuskalvoa, jota käytettiin kussakin esimerkissä, varastoidaan deionoidussa vedessä huoneen lämpötilassa kehruun jälkeen, kunnes ne joutuvat jälkikäsittelyprosessiin.

Taulukko VIII

Esimerkit 27-34

Onton kuitukalvon jälkikäsittely

Esimerkkien 27-34 monikomponenttikalvoissu käytetään pää!- 67 61 636 lysteenä Dow Corning Sylgard 184 jälkivulkano i tua silikonikuut suu, seuraten taulukossa XVI esitettyä päällystysmenetelmää F. J.'il k i käsittely suoritettiin ontolle kuitukalvolle kehruun jälkeen, mutta ennen päällysteen levittämistä.

Esimerkki 27 Jälkikäsittely Veden ilmahaihdutus

Kaasusyöttö Ilma

Rikastunut kaasu (läpäissyt 0^ kaasu)

Monikomponenttikalvon lä- 02:lle 1,5 x 10 a paisevyys

Monikomponenttikalvon ero- Ojille Njin suhteen 4,7 tustekij ä^ -4 Jälkikäsitellyn huokoisen ero- Ilmalle 3,7 x 10 tuskalvon läpäisevyys3 Jälkikäsitellyn huokoisen ero- Ojille N^rn suhteen 1,0 tuskalvon erotustekij

Esimerkki 28 Jälkikäsittely Veden ilmahaihdutus

Kaasusyöttö CO, H2

Rikastunut kaasu (läpäissyt Hj kaasu) r - 5

Monikomponenttikalvon lä- Heille 7,6 x 10 a · a päisevyys

Monikomponenttikalvon ero- H-:lie CO:n suhteen 23,1 . . . . ...b tustekija -4 Jälkikäsitellyn huokoisen ero- Heille n. 2,0 x 10 . a tuskalvon läpäisevyys Jälkikäsitellyn huokoisen ero- H_:lle CO:n suhteen n. 2,6 tuskalvon erotustekijä 68 61636

Esimerkki 29 Jälkikäsittely Veden ilmahaihdutus; mitä seuraa altistaminen asetoni höyry 1 le ?5°0: ssa ontelotyhjöllä; mitä seuraa ve-siupotuksen ja metanoliupotuksen vuorottelu ontelotyhjöllä (3 kertaa); mitä seuraa vesiupotuksen ja iso-propyy1ia1koholiupotuksen vuorottelu (2 kertaa)

Kaasusyöttö Ilma

Rikastunut kaasu (läpäissyt 0^ kaasu)

Monikomponenttikalvon lä- 0?:lle 7,7 x 10~G

paisevyys

Monikomponenttikalvon ero- 0o:lle N0:n suhteen 5,3 . . b il tustekijä . -5 Jälkikäsitellyn huokoisen ero- 09:lle 3,5 x 10 • 3. ^ tuskalvon läpäisevyys Jälkikäsitellyn huokoisen ero- 0„:lle N0:n suhteen 1,0 v cc tuskalvon erotustekijäD Esimerkki 30 Jälkikäsittely Veden ilmahaihdutus; mitä seuraa altistaminen asetonihöyrylle 25 C: ssa ontelotyhjöllä; mitä seuraa vesiupotuksen ja metanoliupotuksen vuorottelu ontelotyhjöllä (3 kertaa); mitä seuraa vesiupotuksen ja isopropyylialkoholiupotuksen vuorottelu (2 kertaa)

Kaasusyöttö CO, H2

Rikastunut kaasu (läpäissyt kaasu)

Monikomponenttikalvon lä- Heille 4,5 x 10 S

.. · a paisevyys

Monikomponenttikalvon ero- Heille C0:n suhteen 30,4 tustekij ä^ -4 Jälkikäsitellyn huokoisen ero- f^lle 1,5 x 10 tuskalvon läpäisevyys3 Jälkikäsitellyn huokoisen ero- H ‘.lie C0:n suhteen 5,1 c tuskalvon erotustekijäu

Esimerkki 31 69 61636 Jälkikäsittely Veden ilmahaihdutus; mihä seuraa kuumentaminen kuumassa ilmauunissa 80-9S°C:ssa n. 3 tuntia

Kaasusyöttö Ilma

Rikastunut kaasu (läpäissyt 0^ kaasu)

. . — C

Monikomponenttikalvon lä- CL·:lie 1,6 x 10 ... a ^ paisevyys

Monikomponenttikalvon ero- 0„:lle N„:n suhteen 5,0 . . b ^ ^ tustekijä Jälkikäsitellyn huokoisen ero- Ilmalle 3,7 x 10~4 tuskalvon läpäisevyys3 Jälkikäsitellyn huokoisen ero- CL· :lie N :n suhteen 1,0 L C. C.

tuskalvon erotustekijäD Esimerkki 32 Jälkikäsittely Veden ilmahaihdutus; mitä seuraa kuumentaminen kuumailmauunissa 80-95°C:ssa n. 3 tuntia

Kaasusyöttö CO, H2

Rikastunut kaasu (läpäissyt kaasu)

Monikomponenttikalvon lä- 1^:Ile 9,8 x 10 5 päisevyys3

Monikomponenttikalvon ero- H^-'lle CO:n suhteen 23 tustekijä^ _ Jälkikäsitellyn huokoisen ero- H?:lle n, 2,5 x 10 e ^ tuskalvon läpäisevyys

Jälkikäsitellyn huokoisen ero- H_:lle CO:n suhteen n. 1,3 tuskalvon erotustekijäD

Esimerkki 33 70 61 636 Jälkikäsittely Kuivataan vaihtamalla vesi isopro- pyylialkoholiin; mitä seuraa iso-propyylin vaihtaminen pantaaniin, mitä seuraa pentaanin ilmahaihdutus

Kaasusyöttö Ilma

Rikastunut kaasu (läpäissyt 0^ kaasu)

Monikomponenttikalvon lä- 0?:lie 2,0 x 10-5 ... a ^ paxsevyys

Monikomponenttikalvon ero- O0:lle N„:n suhteen 4,2 ^ 2 2 tustekijäu

. . . _ O

Jälkikäsitellyn huokoisen ero- Ilmalle 1,5 x 10 tuskalvon läpäisevyys3 Jälkikäsitellyn huokoisen ero- CL·:lie N0:n suhteen 1,0 2 2 tuskalvon erotustekijäD Esimerkki 34 Jälkikäsittely Kuivataan vaihtamalla vesi isopro- pyylialkoholiin; mitä seuraa iso- propyylialkoholin vaihtaminen pen-taaniin, mitä seuraa pentaanin ilmahaihdutus

Kaasusyöttö CO, H2

Rikastunut kaasu (läpäissyt H2 kaasu)

Monikomponenttikalvon lä- Heille 1,2 x 10-'4 u · a 1 päisevyys

Monikomponenttikalvon ero- H0:lle CO:n suhteen 15,9

tustekijäD

. , · — il Jälkikäsitellyn huokoisen ero- H2:lle n. 2,5 x 10 tuskalvon läpäisevyys3 Jälkikäsitellyn huokoisen ero- H^lle CO:n suhteen n. 1,3 tuskalvon erotustekijä^

(a) kuten alahuomautus a taulukossa I

(b) kuten alahuomautus e taulukossa I

71 61636

Esimerkit 35-39

Taulukossa IX esitetyt esimerkit 35-39 kuvaavat vaikutusta, joka lisäaineilla päällysteaineessa on monikomponenttikalvon erotustekijään kaksikaasuseosten syöttövirroille (ilma ja CO/H^). Näitä lisäaineita yhdistetään päällysteaineeseen pienissä määrissä ennen päällysteen levittämistä huokoiselle erotuskalvolle. Tällaiset lisäaineet voivat muuttaa monikomponenttikalvojen erotus-ominaisuuksia, esimerkiksi muuttamalla päällysteaineen kostutus-ominaisuuksia ja vaikuttaen siten sen kykyyn olla suljetussa kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa. Jos lisäaine parantaa suljettua kosketusta, odotetaan monikomponenttikalvon erotusteki-jän tällaisen lisäaineen kanssa olevan lähempänä huokoisen erotus-kalvon aineen ominaiserotustekijää kuin samanlaisen monikomponenttikalvon erotustekijä ilman tällaista lisäainetta.

Huokoiset, ontot erotuskuitukalvot, joita esimerkeissä 35-39 käytettiin, olivat kaikki samalta puolalta ja ne oli tehty polysulfonista (P-3500) erittäin huokoisessa muodossa (ks. ala-huomautus a) kehräämällä saman menetelmän mukaisesti kuin esimerkkien 27 — 3<4 ontot kuidut. Polysulfonin määritetty ominaiserotuste-kijä Olille N2:n suhteen ilmasyötöstä on n. 6,0 ja Heille CO:n suhteen CO/H^-seoksesta n. 40.

72 61 636

I I I

Μ ·Η ·Η J- ·Η I

C O C 00 (/3 ·Η •H CO 3 V ^ m ·Η

C J- P ,2 δ <U S-I

03 (3 bp c I (1)

CD Oi-HH d ίΡ·Η -H CD

oo cp oo P -H CO dP -H +J C E p 5(0+-1 C OJ O ?1 in ΙΛ p > - χ _ 5M?ip "OOflOJ ο -μ C ΟΚΟΖ-ΡΛί^-ΟΧπΗΟ, cn p *§ ^

•n tap I

H C ·γ-Ι P

λ: ·η i γη cn 03 C 3- Ifl Ή + +J 03 C 3,¾ CO 3 CO 00 Ο T- H 0)

p ro (_> oo p p ,V

+-> > +J -Γ-i CD CO

P g > ·η ·μ c m OH K O O oo J- 03 0 ¾ 0) CX I <-

(0 I

C bO C

O CP

> I '•H C

H 0) I -r-t C 03 P C" E -H C p in ,2 oo ·η co p o p •V) Ό ·<Η P O dP ·Η +j >vH (0 C 00 Γ- μ> -π >,>; 3 o j- a) - C O So oo >M1) j- o 0) Ph +J i—I Q CSJ o +-i τ α

R, bp I

E q I, -HO) δ I τ'-H r-H r—I Ή x dj I ·η c p >,rj

•H CD g >H C & bO >i P

c 00'HcoPO cop

Q -n-HPO dP ,2 .X

E >,H(0 0·η cdlo .H Χ,Χ 3 O CM C Ό

(Ο O >o O Q O Τ'-Pro 3- CD

pi 0-,-Hi—I O cn O > ^ t— "i 1

rQ ·Η ·Μ O

> CO -H C

CO I -H C μ OO

C oo -H i—I P O

03 T3 >ό P O I

-Ό >> >, CO

•H H+y So OCO

03 003000 τ' τ' C Oh S I-1 o C\l I 00 00

•rH

P

:p

CO

•H

i—t

C

03

•H

> C3 o_ 03 :P :p i—I to -i i O Ή Ή

X X

P 0) 0) CO 4-> +j

CO CO CO

$ 5 5

•S S S

P 0) 0) 03 +-1 λ a a

(0 03 O O

> a > > rH Ή r-H γΗ (—I p P P -—'

3 :S 3 δ 3 S

Dh ·Η +-> 0) +-1 P

O iH ++ + +

a a S

x a a ο P ω p m 03 a co a co

•H 03 03 Q Q

O ^+J +J & C & P

x 2 co co E ·· E ··

X U >> X O NOO

3 03rH <—i Xz X<J> I—I E 1 1—t *oi o*

P ·Ρ :p :p a CN a CN

P co :p :p O O O 3d h wo- cn S'-ts:—' 73 61 6 36 φ

#\ ι—I

αι η X) <ο •Η > ™ X) 3 Ο ί-ι (0 γ0 :3 3 °° Ο μ 3 ω αι ^

C ·Η CO

o e :fö •H :3 C ·Π e μ ο ·Η Ο μ η ν ·η ω ω > G μ •μα; £ co c γη cd 3 Ο X +-1 μ c (0 ο μ ω k k 3 α; 3 ω μ 3 φ >, co X ·Η rH A 3 3 ο <—ι ο £ (¾ μ ·η ·Η

:3 G

Η :3 3 Ο 3 (¾ *ι > οο > ^ οο >, 3 3 μ οο '-'μ -μα; tn no οο μ co c ο ο „ X 3 ο 3 ·η ^ ο μ ο ω 6 cj il ~ ·η η ω b 3 η Τ τ :<t co ·μ ο =3 οο co ε ι ·η n V- χ LO ο υ 3 m -s ΐ Τ »0 3 Ο X »0 ω η μ ο οΗ C0 < Ή

•μ c « C

ο; ·μ 3 3 S Φ η :3 μ 3 μ ο; k μ co μ ω μ ο; μ ο μ μη g ·μ 3 Η Ο (0 3 •μ 3 ·μ 3 *3 (ο ra o m m μ οο 1 ό α; cii co ^ m ne μ C0 3 οο f ^ >ι ·· μ 3 3 ο μ n οο ιο ο > μ η ο ο η 3ο > ο μ 3 ·γ-> ^ o co μ α; μ ο ^ ^ μ α; 3 3 η 3 " ο 3 ή

η ·Γ-> C0 3 ·μ 3 rH

•μ 3 μ rH X ·· μ 3 μ 3 Ο ·μ esi

μ μ 3 3 G X

3 co 3 X O

α; ·μ o co ·μ X τ- C o 3 0 ·μ o > μ μ 3 Hv- (¾ μ ·μ 3 e ·η g 3 μ 3 I Cο :3 o n c ε ·η η n co ω ο .—ι 3 3 •μ 3 co 3 >ι ·μ to c μ ο η α 3 o o e 3 co η 3 g 3 α, -η η 3 μ α> 3 ο η μ •μ ι ·μ c ή ·· λ; n c ·μ 3 ο; λ, ο η 3 > ε η ·(-> ο · rH 4—* ι-Η Ρ χ υο 3 3 3 3 3 ><ί οο χ η ο η ·π *~Ν /^S /—·, /-Ν 3 noo 3 'w' ^ ·»-✓ ^

Esimerkit 40-43 74 616 3 6

Esimerkit 40-43 taulukossa X kuvaavat monikomponenttikalvo-ja, joissa huokoiset erotuskalvot valmistetaan erilaisissa kehruu-olosuhteissa. Esimerkkien 40-43 monikomponenttikalvoissa käytetään Dow Corning Sylgard 184 jälkivulkanoitua silikonikautsupäällystettä (päällystysmenetelmä F, taulukko XVI) huokoisilla polysulfoni (Union Carbide P-3500) -erotuskalvoilla. Huokoiset ontot polysul-foni-kuitusubstraattikalvot kehrätään märkäsuutinmenetelmällä esitetyistä liuoksista vesikoaguloimisaineeseen osoitetussa lämpötilassa ja esitetyllä kehruunopeudella onton kuitukehruusuuttimen avulla, jossa on aukko koaguloimisaineen ruiskuttamiseksi kuiturei-kään, kun se on muodostunut. Esimerkeissä 40-43 esitetyt monikom-ponenttikalvojen läpäisevyydet (0^ ja ) ja erotustekijät (0^

Ngin suhteen ja CO:n suhteen) joko ilmasyötölle tai CO/H^-seossyötölle voivat olla suhteessa huokoisten erotuskalvojen huokosten ja aineen suhteellisten vastusten muuttuvuuteen kaasuvir-ralle. Olosuhteet, joissa huokoinen substraattiaine kehrätään, määräävät suuresti huokoisuusominaisuudet ja tehokkaan erotuspaksuu-den, joka substraatilla tulee olemaan. Lisäksi näitä ominaisuuksia voidaan muunnella huokoisen substraatin kehruun jälkeisin käsittelyin (ks. esimerkit 27-34).

Taulukko X

Kehruuolosuhteet ontoille, huokoisille P-3500 polysulfoni-erotuskuitukalvoille

Esimerkki 40

Liuotin Dimetyyliformamidi

Koaguloitumislämpötila °C 3°

Kehruunopeus, m/min 21,4 m/min

Kehruunesteen väkevyys paino-% polymeeriä 25 %

Monikomponenttikalvon erotustekijä, 4,5 02:lle N2 suhteen^ Läpäisevyys Olille3 7,7 x 10 ^

Monikomponenttikalvon erotustekijä, 16,7 H^tlle C0:n suhteen*5 Läpäisevyys H„:llea 5,0 x 10 ^ ^ a _ 14

Huokoisen erotuskalvon läpäisevyys ilmalle 6x10 616 3 6 75

Esimerkki 41

Liuotin Dimetyyli formamidi

Koaguloitumislämpötila °C 5°

Kehruunopeus, m/min 21,4 m/min

Kehruuliuoksen väkevyys paino-% polymeeriä 25 %

Monikomponenttikalvon erotustekijä, 5,09 C^He suhteen15 Läpäisevyys O^tlle3 6,2 x 10 6

Monikomponenttikalvon erotustekijä, 25 H^tlle C0:n suhteen15

^ o _ C

Läpäisevyys H?:lle 4,9 x 10 * a -4

Huokoisen erotuskalvon läpäisevyys ilmalle 9x10

Esimerkki 42

Liuotin Dimetyyliformamidi

Koaguloitumislämpötila °C 4°

Kehruunopeus, m/min 33 m/min

Kehruunesteen väkevyys paino-% polymeeriä 28 %

Monikomponenttikalvon erotustekijä, 5,9

Olille ^in suhteen15

Läpäisevyys Olille 8,0 x 10 G

Monikomponenttikalvon erotustekijä 30 H9:lle CO:n suhteen15 ^ a -5 Läpäisevyys H9:lie 5,9 x 10 cl 4

Huokoisen erotuskalvon läpäisevyys ilmalle 2x10

Esimerkki 4 3 76 61 636

Liuotin Dimetyyliasetamidi

Koaguloitumislämpötila °C 5°

Kehruunopeus, m/min 33 m/min

Kehruunesteen väkevyys paino-% polymeeriä 27 %

Monikomponenttikalvon erotustekijä, 5,6 02=116 N2 = n suhteen** Läpäisevyys Ojille 6,0 x 10~6

Monikomponenttikalvon erotustekijä, 27

Hjille CO : n suhteen*5 Läpäisevyys3 H2:lie 3,8 x 10~5

Huokoisen erotuskalvon läpäisevyys3 ilmalle 4,5 x 1 O-4

(a) kuten taulukossa I

(b) kuten alahuomautus e taulukossa I

Esimerkit 44-51

Esimerkit 44-47 taulukossa XI kuvaavat monikomponenttikal-voja, joissa huokoinen erotuskalvo on anisotrooppisen kalvon muodossa, joka on akryylinitriili/styreeni-sekapolymeeri, jonka määritetty ominaiserotustekijä Η2=11β CO:n suhteen on 76. Kalvot oli valettu liuottimista, jotka käsittivät dimetyyliformamidin ja ei-liuottimista, kuten taulukossa on osoitettu, levylle, liuotin poistettiin ilmassa 5-45 sekunnissa, koaguloitiin, kuten seuraavassa on esitetty ja upotettiin veteen 25°C:ssa pesua varten, poistettiin tästä ja kuivattiin. Esimerkit 48-51 kuvaavat monikomponent-tikalvoja tiiviiden kalvojen muodossa. Nämä esimerkit kuvaavat keksinnön mukaisia monikomponenttikalvoja, jotka ovat kalvojen muodossa ja voivat sisältää huokoisia erotuskalvoja, joilla on päällyste kummallakin pinnalla.

77 61 636

Taulukko XI

Monikomponenttikalvoja kalvon muodossa Esimerkki 44 Päällyste Dow Corning Sylgard 184 jälkivulka- noitu silikonikautsu

Huokoinen erotuskalvo Kopoly(akryylinitriili/sLyreeni), 32 %/68 paino-%

Kaasusyöttö CO

Päällystysmenetelmäa B

Päällysteaineen määritetty 1,9 ominaiserotustekijä*3, Heille CO:n suhteen

Huokoisen erotuskalvon ero- 13 tustekijä*3, H2:lle CO:n suhteen

Monikomponenttikalvon ero- 34,8 tustekijä*3, H2:lle Esimerkki 45 Päällyste Dow Corning 200 polydimetyylisilok- saani

Huokoinen erotuskalvo Kopoly(akryylinitriili/styreeni), 32 %/68 paino-%

Kaasusyöttö H2, CO

Päällystysmenetelmäa B

Päällysteaineen määritetty 1,9 ominaiserotustekijä*3, Η2:1ΐ6 CO:n suhteen

Huokoisen erotuskalvon ero- 12,2 tustekijä*3 H2:lle CO : n suhteen Monikomponenttikalvon ero- 23,8 tustekijä^, Hpille C0:n suhteen 78 616 3 6

Esimerkki 46 Päällyste Dow Corning Sylgard 184 vulkanoitu silikonikautsu

Huokoinen erotuskalvo Kopoly(akryylinitriili/styreeni), 32 %/68 paino-%

Kaasusyöttö , CO

Päällystemenetelmäa B

Päällysteaineen määritetty 1,9 ominaiserotustekijä*5, H^rlle CO:n suhteen

Huokoisen erotuskalvon ero- 4,0 tustekijä^, H2:lle C0:n suhteen

Monikomponenttikalvon ero- 23,5 tustekijä^, H2:lle CO:n suhteen

Esimerkki 47 Päällyste Dow Corning 200 polydimetyylisilok- saani

Huokoinen erotuskalvo Kopoly(akryylinitriili/styreeni), 32 %/68 paino-% Päällyste Dow Corning 200 polydimetyylisilok- saani

Kaasusyöttö H-, CO

Päällystysmenetelmä B

Päällystysaineen määritetty 1 ,9 ominaiserotustekijäb, H2:lle CO:n suhteen

Huokoisen erotuskalvon ero- 3,4 tustekijä^ Hjille CO:n suhteen

Monikomponenttikalvo, pääl- 7,6 lyste yhdellä puolella, ero-tustekijä^, H0:lle CO:n suhteen

Jatkuu 79 61 636

Monikomponenttikalvo, pääl- 34 lyste kummallakin puolella, erotustekij, H^lle CO:n suhteen (a) kuten taulukossa XVI on selitetty

(b) kuten alahuomautus e taulukossa I

(c) koaguloitu eteeniglykoli/vesiseoksessa (50/50, tilav.) 30 minuuttia 25°C:ssa (d) koaguloitu isopropyylialkoholi/vesiseoksessa (90/10, tilav.) 30 minuuttia 25°C:ssa (e) koaguloitu isopropyylialkoholi/vesiseoksessa (10/90, tilav.) 30 minuuttia 25°C:ssa (f) koaguloitu vedessä 25°C:ssa

Esimerkki 48 Päällyste Dow Corning Sylgard 184 jälkivulka- noitu silikonikautsu

Huokoinen erotuskalvo Kopoly(akryylinitriili/styreeni), 25 %/75 paino-%

Kaasusyöttö Ilma

Rikastunut kaasu (läpäissyt 02 kaasu)

Päällystysmenetelmäa E

Päällysteaineen määritetty 2,3 ominaiserotustekij ä^

Huokoisen erotuskalvon ero- Civile N2:n suhteen 3,6 tustekijä*5

Monikomponenttikalvon ero- 02:lle N2:n suhteen 5,4 tustekijä^ 80 61 636

Esimerkki 49 Päällyste Dow Corning 200 polydimetyylisilok saani

Huokoinen erotuskalvo Kahden akryylinitriili/styreeni-ko- polymeerin polyseos

Kaasusyöttö Ilma

Rikastunut kaasu (läpäissyt 0^ kaasu)

Päällystysmenetelmäa A

Päällysteaineen määritetty 2,3 ominaiserotusteki j ä^5

Huokoisen erotuskalvon ero- O^-.lle N2:n suhteen 4,9 tusteki jä*5

Monikomponenttikalvon ero- Olille N^in suhteen 6,1 tusteki jä13

Esimerkki 50 Päällyste Dow Corning 200 polydimetyyl.i silok- saani

Huokoinen erotuskalvo Kopoly(akryylinitriili/styreeni), 32 %/68 paino-%, suspensiopolyme-roitu

Kaasusyöttö Ilma

Rikastunut kaasu (läpäissyt 02 kaasu)

Päällystysmenetelmä3 A

Päällysteaineen määritetty 2,3 ominaiserotustekijä^

Huokoisen erotuskalvon ero- 0 «lie N_:n suhteen 1,0 b & & tustekij äu

Monikomponenttikalvon ero- 0„:lle N»:n suhteen 6,3 t) ^ ^

tustekijäD

81

Esimerkki 51 61636 Päällyste Dow Corning 200 polydiinetyyi jS3· }0)<_ saani

Huokoinen erotuskalvo Kopoly(akryylinitriil.I/styreeni ) , 32 %/68 paino-%, massapolymeroi+n

Kaasusyöttö Ilma

Rikastunut kaasu (läpäissyt 0^ kaasu)

Päällystysmenetelmäa A

Päällysteaineen määritetty 2,3 ominaiserotustekijä^

Huokoisen erotuskalvon ero- C^lle N2:n suhteen 3,6 tustekijä^

Monikomponenttikalvon ero- 0„:lle N„:n suhteen 4,9 V. t t

tustekijäD

(a) kuten taulukossa XVI on selitetty

(b) kuten alahuomautus e taulukossa I

Esimerkit 52-57

Esimerkit 52-57 kuvaavat useita monikomponenttikalvoja ontossa kuitumuodossa. Huokoisia onttoja kalvoja voidaan valmistaa märkäkehruulla, kuten edellä yleisesti on kuvattu. Esimerkkien 52 ja 53 polykarbonaattikuitu kehrättiin märkäsuulakemenetelmällä keh-ruunesteestä, jossa oli 27,5 paino-% polykarbonaattia N-metyyli-pyrrolidonissa, vesi-koaguloimisaineeseen 25°C:ssa nopeudella 21,4 m/min. Esimerkin 54 ontto polysulfonikuitu kehrättiin kehruunestees-tä, jossa oli 27,5 paino-% polysulfonia (P-3500) sekoitetussa 80/20-dimetyy1iasetamidi/asetöni-liuottimessa vesi-koaguloimisaineeseen 2°C:ssa nopeudella 21,4 m/min. Esimerkin 55 akryylinitriili/styree-ni-sekapolymeerikuitu kehrättiin kehruunesteestä, jossa oli 27,5 paino-% sekapolymeeriä sekaliuottimessa 80/20-dimetyyliformamidi/ formamidi vesikoaguloimisaineeseen 3°C:ssa nopeudella 21,4 m/min. Esimerkkien 56-57 akryylinitriili/styreeni-sekapolymeerikuitu kehrättiin kehruunesteestä, jossa oli 25 paino-% sekapolymeeriä samaa- 82 61 6 ό 6 sa sekaliuottimessa kuin esimerkissä 55 vesi-koaguloimisaineeseen n. 20°C:ssa nopeudella 21,4 m/min. Tulokset onttojen monikomponent-tikuitujen testauksista erotettaessa vety/hiilimonoksidikaasuseos-ta, on esitetty seuraavassa taulukossa XII: 83 61 6 3 6

MJ- Il '— I

C co η) ·Η 3 I J ·Η :p I J-

•Hi-XHWQJHv <Ί >ι OI

aH'H P ft >,·Η ·Η -H H 1-0 t) d i/i 3 O τΐ >,m c M o *-

r- O H > P X P M* rl 0 -H O X

λ cjiÖT/dY aiiTijiKni-t-1 O X o bO-X -P ·Ή X g> p e, G ·η·Η t£ o 5MH-HC<C§-P>>en " o cm jjj- τ ο >>:P O O X >>co M -P *H :n3 cm " " e~~ " f QM'nc,y>Hwc:M(i)i; x x ·<- co i- j-o

MJ II I I

e® n)'W 3 i j-h i fö f

tn Q JHN »"H +j I

e H ·η -μ Λ >>·Ρ -H en ω « p <=> C ·ρ 3 ω 3 O -H >,rH Crtgup „ 1- oOP>PrXP?-rH(l)ACcnP;o lo o ρ ·η p ,k ai S -h 4) ·γ1 >, m id o x o ωΓχ-Ρ·νΐχωΤ3$-ι^Λ;-μ·ΓΗ> *λ o S H H Ή C < g -P >,H ΗΗΉ · O0 * σ> τ 0>ιΊΐ00ϊ>ιΐο·Η^3Ι)»03 cm 1 t" « >

ö ΰ?·π e x £ H to C tn -o-μ (3 Ä X X 1- I o 1- I

bOJ- I I I

C OO p -H 3 II ΙΠ} LOJ- •H 1- X rt B I I >iQ 'H+J Il d rl'H+jiiJpft »to® "3 oo S,p3(n3™'Htno,HatlE,ep t- i- LO O P > P C^ÄP-X^enyp

LO C_> Ρ ·Γ-| P 3X M 'rl M 0) Tl Po Ctt Ρ Ο XX

ΰΟΛί |j H CD H H C 51 X -P Ή >

3 i—f i—I *rl Cd M d>i*H Q) e ι—I r~I t—I Ή r CTl O CM O

5 >>:P O O CO >,·Η ωΡοΙίβΦΟΡ CM r- «> CM r r LO

Q cJy-r-1 £Ärn Cd SH-ntJ CÄ X X r- CO co co cm oo e? I o; Ö I ‘Λ j

•H I ·Η I (—I di Q *ri I I

C/<l'rlr-|p:P<l)La«C oo pG-rlC^PXgO Λ ΌΤ- j oooH(up,m2 Sioin O _

Λ ow SMpyflHOH C_) „ XX

CM^kdlOcOJlJ

s j- -h >, ε i-t I efteo en * τ- o * oo § I Ρ +j ·Η ·Η ·Η ο I >1 CM *> r LO r 1 o

Q X E (OO (» XQcm co r- co j- jJ

if, "οΐ gs.VdSSl ΙδΡ „ * ° co o co η φ >i en S Q ι ·Η p X _

ο(ϋο^φ-Η^:θ<Η&,0·Ρ O X

ΝλΜΟΕΟ· Äf o cm 3J--P>>EHIP.W1-Gnö " 1- co =t co co »

5 | a) +J -p .rl -rl o * LO fd CD CM r r ·> r». OO

Q X g (OT) (0 exeir X C X Q CM 1- CT) cnuo CM

bOJ- Il o Jf

C co ifl Ή 3 C II

η ι- λ; h ra δ ι OO

e H -H -μ X >, 1-1- ~ §Έ S ” 3.3¾ , o x * ·" u aa es · «st; ° o. ^ r « n S H rl Ή e W r G Ρ " CO CM LO J-lO " 0>>:P00*LOpp cm « ·> Λ ro oo

OeOTiCilWryC X X τ co t" j-cm cm 0)

rH

pH

Q) CM ι—!

' X Ή C

en »0 en ·· O

•η to en >> cm>

fti C I *rj >> >1 PC rH

e a> a) M > nj

•g Φ +J d> > Q) :iMM

d4_)M +j o) en Tien o X p tn en -h -h p & “ f | a I B § XCeUGH :ee5 ι—ι en cu (U·· Φ Φ ι—I p H o C eu C -Pc •HCJO-PC CO ptll e >XO 0> Pen :ffl :rri 0) >H 3 > C > r~t Q) ·Η

E:(flrM li B H dl H rO in O

-H S .H x reI <U <3 rX 'HX

Φ cncx^jpco PO

+J e CM i X X X p Cp

m eueuxPo-pD-p-P-HX

mo ptupcj-Htn-Pog^ x - ocatipc^c&oc ^ c SS ·3ϊ? S fi S “ >,* 5 3 | ίίί Si 2.8 a S K.

vv >,enen-HencMggena)PrH

1 C Μ >ι>ιΙΙ1·ΗΧ DU) 0'3d) μωΗ Ρφ pMMpOrXMXOM-Η^Φ

enrHM-P>i:P'HrH'H^MCCO

2 X p :p :p p O Ti C ·· e Q · :p ·· C

Pen p:p:PPP-HOCMOp cm poP

h w ^xxpx^sxxxxsop

Esimerkki 58 84 616 36 Tämä keksintö kuvaa monikomponenttikalvoa, jossa on moninkertaiset päällystykset halutun erotustekijän saamiseksi. Huokoinen ontto erotuskuitukalvo, joka koostuu sekapolymeeristä, jossa oli 63 % akryylinitriiliä ja 37 % styreeniä, märkäkehrättiin liuoksesta, jossa oli 27,5 paino-% sekapolymeeriä 93/7-dimetyyliformamidi/ formamidi-sekaliuottimessa 2°C:seen veteen nopeudella 21,4 m/min. Tätä kuitua käsiteltiin ensin kastamalla metanoliin samalla, kun reikään imettiin tyhjö, kuivattiin ja metanolikäsittely ja kuivaaminen toistettiin. Kuivattu substraattikuitu päällystettiin sitten käyttäen menetelmää D poly(cis-isopreenillä) pentaani-liuottimessa, kovetettiin 30 minuuttia 85°C:ssa ja päällystettiin sitten Sylgard 184:n 10-%:isella liuoksella pentaanissa menetelmällä F. Päällystetty substraatti päällystettiin uudelleen poly(cis-isopreeni)1iu-oksella, kuivattiin ja päällystettiin uudelleen Sylgard 184 -liuoksella ja kovetettiin sen jälkeen 30 minuuttia 90°C:ssa, 30 minuuttia 100°C:ssa ja lopuksi 30 minuuttia 105°C:ssa. Tulokset, jotka on saatu testattaessa päällystämätöntä huokoista ja moninkertaisesti päällystettyä monikomponenttikalvoa, on esitetty taulukossa XIII.

Taulukko XIII

Päällysteaineen määritetty ominaiserotus- Cis-isopreeni 3,5 tekijä H2:lle C0:n suhteen Sylgard 184 1,9

Huokoisen erotuskalvon erotustekijä 5,09

Heille CO:n suhteen

Monikomponenttikalvon erotustekijä 82 H_:lle CO:n suhteen 1 . -7

Monikomponenttikalvon läpäisevyys H?:lie 6,5 x 10 1 -5

Huokoisen erotuskalvon läpäisevyys Heille 2,65 x 10 Määritetty ominaiserotustekijä H^^lle 320 CO:n suhteen huokoisen erotuskalvon aineelle

Esimerkit 59 ja 60 85 61 636

Esimerkit 59 ja 60 kuvaavat monikomponenttikä 1voja käyttäen huokoista bromattua polyksylyleenioksidi-erotuskalvoa ontossa kui-tumuodossa päällystettynä. Ontto kuitu märkäkehrätt:i :in kehruuliuok-sesta, jossa oli 30 paino-% polymeeriä N-metyylipyrrolidonissa, ve-si-koaguloimisaineeseen 85°C:ssa nopeudella 14,8 m/min. Esimerkissä 59 bromattu polyksylyleenioksidi, jossa bromaus on pääasiallisesti metyyliryhmissä, päällystetään ilman kehruunjälkeistä käsittelyä. Esimerkissä 60 bromattu polyksylyleenioksidi jälkikäsitellään imeyttämällä 20 tuntia trimetyyliamiinin 10-%:isessa vesiliuoksessa. Päällyste oli kaikissa tapauksissa Dow Corning Sylgard 184 siliko-nikautsua levitettynä menetelmällä B (ks. taulukko XVI). Tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa XIV.

Taulukko XIV

59 60

Dow Corning Dow Corning

Sylgard 184 Sylgard 184 jälkivulkanoitu jälkivulkanoitu silikonikautsu silikonikautsu Bromattu poly- Bromattu poly-ksylyleenioksi- ksylyleenioksidi, di jälkikäsitelty (CH3)3N:lla Päällysteaineen määritetty 1,9 1,9 ominaiserotustekijä, Heille CO:n suhteen

Huokoisen erotuskalvon erotus- 1,48 2,85 tekijä, Heille CO:n suhteen

Monikomponenttikalvon erotus- 11,1 9,59 tekijä H9:lle CO:n suhteen 1 -5 -5

Monikomponenttikalvon läpäi- 9,58 x 10 1,27 x 10 sevyys H9:lle . 1 . -3 -5

Huokoisen erotuskalvon läpäi- 1,25 x 10 3,83x10 sevyys H^:lle Määritetty ominaiserotustekijä 15 34

He CO:n suhteen huokoisen erotuskalvon aineelle

Esimerkki 61 86 61 636 Tämä esimerkki kuvaa monikomponenttikalvoa käyttäen erilaista modifioitua huokoista bromattua polyksylyleenioksidi-erotuskal-voa ontossa kuitumuodossa. Esimerkin 59 ontto bromattu polyksylylee-nioksidi-kuitu jälkikäsiteltiin imeyttämällä n. 70 tuntia 50°C:ssa tiourean 5-paino-%:isessa liuoksessa liuotettuna 95/5, tilavuus-osia, vesi/metanoliin. Kuivaamisen jälkeen ontto kuitukalvo päällystettiin Dow Corning Sylgard 184:n 5-%:isella liuoksella pentaa-nissa käyttäen menetelmää F (ks. taulukko XVI). Jälkikäsitellyn onton, huokoisen kuituerotuskalvon ja päällystetyn monikomponentti-kalvon testaus antoi seuraavat tulokset: Päällysteaineen määritetty ominaiserotustekijä 1,9 P^lle CO: n suhteen

Huokoisen erotuskalvon erotustekijä H2:lle C0:n 5,6 suhteen

Monikomponenttikalvon erotustekijä H2:lle CO:n 46,1 suhteen

_ C

Monikomponenttikalvon läpäisevyys H?:lle 7,2 x 10

Huokoisen erotuskalvon läpäisevyys H2:lie 3,9 x 10 Määritetty ominaiserotustekijä H2:lle CO:n suhteen n. 150 huokoisen erotuskalvon aineelle

Esimerkit 62 ja 63 Näiden esimerkkien tehtävänä on kuvata keksinnön joustavuutta, kun päällyste voi olla läsnä onton, kuitumaisen huokoisen erotuskalvon sisäpinnalla ja sekä sisä- että ulkopinnoilla. Ne kuvaavat keksintöä myös prosessissa, jossa kaasumainen syöttövirta saatetaan kosketukseen monikomponenttikalvon pinnan kanssa päällystettä vastapäätä. Esimerkissä 62 huokoinen, ontto polysulfoni-kuitu-erotuskalvo päällystettiin sisäpinnaltaan Sylgard 184 jälkivulka-noidun silikonikautsun 3-%:isella liuoksella pentaanissa pumppaamalla tällaista liuosta hitaasti onton kuitusubstraatin reiän läpi ja antamalla kuidun kuivua ilmassa. Läpäisevyys määritettiin saattamalla H2/C0-seos läpäisemään syntynyt yhdistelmäkalvo ulkopinnalta sisäonteloon. Esimerkissä 63 esimerkin 62 sisäontelosta päällystetty kuitu päällystettiin lisäksi samalla Sylgard 184 -liuok- 87 61636 sella käyttäen menetelmää F. Tulokset näiden monikomponenttikalvo-jen testauksesta on esitetty seuraavassa taulukossa XV.

Taulukko XV

62 63

Dow Corning Dow Corning

Sylgard 184 Sylgard 184 jälkivulkanoitu jälkivulkanoitu silikonikau tsu silikonikautsu

Polysulfoni a Polysulfoni. d (ainoastaan rei- (sisäreikä ja kä päällystetty) ulkopinta päällystetty ) Päällysteaineen määritetty omi- 2,3 2,3 naiserotustekijä H2:lle CO:n suhteen

Huokoisen erotuskalvon erotus- 3,23 3,23 tekijä H2:lle CO:n suhteen

Monikomponenttikalvon erotus- 22,0 21,2 tekijä H2:lle CO:n suhteen

Monikomponenttikalvon läpäi- 3,6 x 10-5 2,31 x 10 5 sevyys H»:lie ^ - U -Li

Huokoisen erotuskalvon lä- 2,06 x 10 2,06 x 10 päisevyys H2:lle (a) Polysulfoni, Union Carbide, P-3500, märkäkehrätty 30 paino-%:isesta kehruuliuoksesta 50/50 dimetyyliformamidi/N-metyyli-pyrrolidoni-liuotinseoksessa veteen 2°C:ssa nopeudella 21,4 m/min ja puolattiin pesun ja venytyksen jälkeen nopeudella 33 m/min

Esimerkki 64 Tämä esimerkki kuvaa menetelmää monikomponenttikalvon valmistamiseksi ontossa kuitumuodossa käyttäen huokoista polysulfoni-erotuskalvoa ja Sylgard 184 -päällystettä. Polysulfoni-polymeeriä (P-3500, jota tuottaa Union Carbide) kuivataan 100°C:ssa 125 mm Hg:n paineessa n. 25 tuntia. Kuivattu polysulfoni sekoitetaan n. 65-70°C:n lämpötilassa dimetyyliasetamidin (kosteussisältö vähemmän kuin n. 0,1 paino-%) kanssa antamaan liuos, joka sisältää 27,5 paino-% polysulfonia. Liuos siirretään pidätyssäiliöön, jossa on 2 88 61 636 typpiatmosfääri n. 1,4 kg/cm paineessa. Liuosta ei kuumenneta sen ollessa pidätyssäiliössä ja siten se saa jäähtyä ympäristön lämpötilaan .

Polymeeriliuos pumpataan pidätyssäiliöstä onttoon kuitukeh-ruusuuttimeen, joka on upotettu n. 4°C:n vesikylpyyn. Kehruusuutti-men ulomman aukon läpimitta on 0,0559 cm ja sisemmän neulan läpimitta 0,0229 cm ja neulassa olevan ruiskutusaukon läpimitta 0,0127 cm. Polymeeriliuos pumpataan ja mitataan kehruusuuttimeen nopeudella n. 7,2 ml/min ja poistetaan suuttimelta nopeudella n. 33 m/min. Polymeeriliuos koaguloituu onton kuidun muotoon joutuessaan kosketukseen vesikylvyn kanssa. Suuttimen ruiskutusaukon läpi johdetaan tislattua vettä onton kuidun sisäpuolen koaguloimiseksi. Kuitu kulkee vesikylvyn läpi n. 1 m matkan. Tietty määrä vesikylvystä tyhjennetään jatkuvasti dimetyyliasetamidi-pitoisuuden pitämiseksi pienempänä kuin n. 4 paino-% kylvyssä.

Kuitu upotetaan sitten toiseen vesikylpyyn, jota pidetään n. 4°C:n lämpötilassa n. 5 m:n pituudelta. Poistuessaan toisesta vesikylvystä, kuitu sisältää jonkin verran dimetyyliasetamidia.

Toisesta vesikylvystä tuleva kuitu upotetaan kahteen ]isä-vesikylpyyn huoneen lämpötilassa, kumpaankin n. 5 m:n pituudelta, ja kuitu puolataan ainoastaan riittävällä jännityksellä puolauk-sen suorittamiseksi. Kuitu pidetään märkänä vedellä puolauksen aikana ja puolauksen jälkeen puola upotetaan vesisäiliöön ja varastoidaan huoneen lämpötilassa. Sen jälkeen kuitu kuivataan ympäristön olosuhteissa, edullisesti n. 20°C:ssa ja 50 %:n suhteellisessa kosteudessa. Kuivattu kuitu päällystetään sitten liuoksella, jossa on n. 5 % dimetyylisiloksaania sisältävää silinikautsu-esi-polymeeriä (Sylgard 184, jota tuottaa Dow Corning) ja kovetusainet-ta n-pentaanissa. Päällysteen levittäminen suoritetaan upottamalla kuitu esipolymeeriliuokseen samalla, kun liuos pidetään positiivisen paineen alaisena. Kuidun annetaan ilmakuivua ja ristisitoutua antamaan silikonikautsupäällyste.

Taulukko XVI - Päällystysmenetelmät A. Huokoinen, ontto kuitukalvo kastettiin laimentamattomaan nestemäiseen päällystysaineeseen. Nesteylimäärän annettiin tippua pois.

89 6 1 6 3 6 B. Huokoinen, ontto kuitukalvo kastettiin la i.mentamattomaan nestemäiseen päällystysaineeseen, samalla, kun huokoisen, onton kuidun sisäontelo saatettiin tyhjöön. Sen jälkeen, kun kuitu oli poistettu, tyhjö päästettiin ja ylimääräisen nesteen annettiin tippua pois.

C. Huokoinen, ontto kuitukalvo kastettiin nestemäiseen pääi-lystysaineeseen, joka oli laimennettu hiilivetyliuottimellä. Liuottimen annettiin haihtua.

D. Huokoinen, ontto kuitukalvo kastettiin nestemäiseen päällystysaineeseen, jossa oli hiilivetyliuotin, samalla, kun onton kuidun sisäontelo saatettiin tyhjöön. Sen jälkeen, kun kuitu oli poistettu, tyhjö päästettiin ja liuottimen annettiin haihtua.

E. Huokoinen, ontto kuitukalvo kastettiin liuokseen, joka sisälsi päällysteainetta polymeroituvan esipolymeerin muodossa, sopivaa kovetinta ja hiilivetyliuottimen. Liuottimen annettiin haihtua ja kalvoesipolymeeri kovetettiin paikoillaan.

F. Käytettiin kohdassa E kuvattua menettelyä, paitsi, että onton kuidun sisäonteloon saatettiin tyhjö samalla, kun se kastettiin päällystysliuokseen.

Claims (39)

90 616 3 6

1. Monikomponenttikalvo kaasunerotusta varten, joka käsittää päällysteaineen kosketuksessa huokoisen alustan kanssa, tunnet-t u siitä, että huokoinen alusta on huokoinen erotuskalvo, jolla on huomattava ontelotilavuus ja joka koostuu aineesta, joka selektiivisesti läpäisee ainakin yhden kaasun kaasuseoksesta ainakin yhden tai useamman muun kaasun suhteen ja päällysteen aine on suljetussa kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kanssa, jolloin ainakin yhden kaasuparin suhteen huokoisen erotuskalvon aineen määritetty ominais-erotustekijä on suurempi kuin päällysteaineen määritetty ominaiserotus-tekijä ja monikomponenttikäIvon erotustekijä on merkittävästi suurempi kuin päällysteaineen määritetty ominaiserotustekijä ja suurempi kuin huokoisen erotuskalvon ominaiserotustekijä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että ainakin yksi kaasupari muodostuu vedystä, heliumista, ammoniakista ja hiilidioksidista sekä hiilimonoksidista, ty-pestä, argonista, rikkiheksafluoridista, metaanista ja etaanista, ja kalvon ontelotilavuus on n. 10-80 %.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että monikomponenttikäIvon erotustekijä on ainakin n. 35 % suurempi kuin päällysteaineen määritetty ominaiserotusteki jä, jolloin päällyste on kosketuksessa huokoisen erotuskalvon ainakin yhden pinnan kanssa ja huokoinen erotuskalvo on anisotrooppinen ja siinä on suhteellisen tiheä alue.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että huokoinen erotuskalvo koostuu ainakin jostakin seuraavista aineista: polysulfonista, styreenin ja akryylinitriilin sekapolymeerista, polyaryleenioksidista, polykarbonaatista tai selluloosa-asetaatista.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen monikomponenttikalvo, tun nettu siitä, että polysulfonissa on toistuva yksikkö, jota edustaa rakenne _ _ O 11 ---R - s - R'-- ff O 91 61636 jossa sekä R että R' ovat alifaattisia tai eromaattisia hydrokar-byyliä sisältäviä osia, joissa on 1 - n. 40 hiiliatomia.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että polysulfonin toistuvaa yksikköä edustaa kaava _ _Jn jossa n on n. 50-80.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että polysulfoni on poly(aryleenieetteri)sulfoni.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 5-7 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että ainakin yhden kaasun suhteen, joka kaasu on valittu ryhmästä, joka käsittää hiilimonoksidin, typen, argonin, rikkiheksafluoridin, metaanin, etaanin ja hiilidioksidin, monikomponenttikalvon tehokas erotuspaksuus on pienempi kuin n. 5 000 Ängströmiä laskettuna polysulfonin läpäisevyysvakiosta tälle kaasulle; huokoisen erotuskalvon kokonaispinta-alan suhde huokosten 3 koko poikkileikkauspinta-alaan on ainakin n. 10 :1; huokoisen erotus-kalvon keksimääräinen huokosläpimitta on pienempi kuin n. 20 000 Ängströmiä ja polysulfonin molekyylipaino on ainakin n. 10 000.

9. Patenttivaatimuksen 4 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että poly(aryleenioksidi) on poly(ksyleeni-oksidi) .

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että poly(ksyleenioksidi) on bromattu poly(ksyleenioksidi).

11. Patenttivaatimuksen 4 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että huokoinen erotuskalvo on styreenin ja akryyli-nitriilin sekapolymeeri, joka sisältää n. 20-70 paino-% styreeniä ja n. 30-80 paino-% akryylinitriiliä.

12. Jonkin patenttivaatimuksista 1-11 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että päällyste on ainakin joku seuraa-vista: polysiloksaani, polyisopreeni, <^-metyylistyreenin ja poly- 92 61 636 siloksaanin sekapolymeeri, polystyreeni, jonka polymeroitumisaste on n. 2-20, ja alifaattista hydrokarbyyliä sisältäviä orgaanisia yhdisteitä, joissa on n. 14-30 hiiliatomia.

13. Jonkin patenttivaatimuksista 1-12 mukainen monikomponentti-kalvo, tunnettu siitä, että päällyste levitetään käyttäen pääasiallisesti nestemäistä ainetta, joka sopii päällysteen muodostamiseen, ja päällysteen paksuus huokoisen erotuskalvon pinnalla, jolle se on levitetty, on n. 50 mikroniin asti.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että pääasiallisesti nestemäinen aine levitetään huokoisen erotuskalvon toiselle pinnalle ja toinen pinta altistetaan alemmalle absoluuttiselle paineelle levityksen aikana.

15. Patenttivaatimuksen 13 tai 14 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että polymeroituvasta aineesta koostuva pääasiallisesti nestemäinen aine levitetään huokoiselle erotuskalvolle ja polymeroituva aine polymeroidaan huokoiselle erotuskalvolle levittämisen jälkeen antamaan päällyste.

16. Jonkin patenttivaatimuksista 12-15 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että päällyste on polysiloksaania ja päällyste on pääasiallisesti keskeytymätön.

17. Jonkin patenttivaatimuksista 1-16 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että päällyste koostuu ainakin yhdestä alifaattisesta ja aromaattisesta polysikoksaanista, jossa on toistuvia yksiköitä, jotka sisältävät 1 - n. 20 hiiliatomia.

18. Patenttivaatimuksen 16 tai 17 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että polysiloksaani ristisidotaan tuottamaan silikonikautsu sen molekyylipainon ollessa n. 1 000 - 100 000 ennen silloittamista.

19. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 ja 9-18 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että ainakin yhden kaasun suhteen, joka on valittu ryhmästä, joka käsittää hiilimonoksidin, typen, argonin, rikkiheksafluoridin, metaanin, etaanin ja hiilidioksidin, on monikomponenttikalvon tehokas erotuspaksuus pienempi kuin n. 15 000 Angströmiä huokoisen erotuskalvon aineen läpäisevyysvakion pohjalta tälle kaasulle ja huokoisen erotuskalvon kokonaispinta-alan suhde 3 huokosten kokonaispoikkileikkauspinta-alaan on vähintään n. 10 :1.

20. Jonkin patenttivaatimuksista 1-19 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että ainakin yhden kaasun suhteen kaasu-parista päällysteaineen läpäisevyysvakio on suurempi kuin huokoisen erotuskalvon aineen läpäisevyysvakio. 93 61 636

21. Jonkin patenttivaatimuksista 1-20 mukainen monikomponentti-kalvo, tunnettu siitä, että monikomponenttikalvon läpäisevyys on suurempi kuin kalvolla, joka on pääasiallisesti sama kuin huokoinen erotuskalvo, paitsi että ainakin toista kalvon pintaa on riittävästi lämpökäsitelty, nesteen läsnä- tai poissaollessa, antamaan tämän ainakin yhden kaasuparin suhteen erotustekijä, joka on yhtä suuri tai suurempi kuin monikomponenttikalvon erotustekijä.

22. Jonkin patenttivaatimuksista 1-20 mukainen monikomponentti-kalvo, tunnettu siitä, että monikomponenttikalvon läpäisevyys on suurempi kuin kalvolla, joka on pääasiallisesti sama kuin huokoinen erotuskalvo, paitsi että kalvon ainakin toista pintaa on käsitelty kalvon riittäväksi tiivistämiseksi antamaan tämän ainakin yhden kaasu-parin suhteen erotustekijä, joka on yhtä suuri tai suurempi kuin monikomponenttikalvon erotustekijä.

23. Jonkin patenttivaatimuksista 1-20 mukainen monikomponentti-kalvo, tunnettu siitä, että huokoinen erotuskalvo on aniso-trooppinen ontto kuitu, joka pystyy säilyttämään onton kuidun muodon kaasunerotusolosuhteissa ja jossa monikomponenttikalvon läpäisevyys on suurempi kuin anisotrooppisella ontolla kuitukalvolla, joka koostuu huokoisen erotuskalvon aineesta ja joka kalvo pystyy säilyttämään onton kuidun muodon kaasunerotusolosuhteissa, ja jolloin ainakin yhden kaasuparin suhteen tämän kalvon erotustekijä on yhtä suuri tai suurempi kuin monikomponenttikalvon erotustekijä.

24. Jonkin patenttivaatimuksista 1-23 mukainen monikomponentti-kalvo, tunnettu siitä, että monikomponenttikalvon sekä erotus-tekijään että läpäisevyyteen vaikuttaa huokoisen erotuskalvon kokonaispinta-alan suhde huokosten kokonaispoikkileikkauspinta-alaan ja/tai huokosten keskimääkäiseen poikkileikkausläpimittaan.

25. Jonkin patenttivaatimuksista 1-24 mukainen monikomponentti-kalvo, tunnettu siitä, että monikomponenttikalvon sekä erotus-tekijään että läpäisevyyteen vaikuttava kaasuvirran suhteelliset vastukset huokoisen erotuskalvon huokosien läpi ja huokoisen erotuskalvon kiinteiden osien läpi.

26. Jonkin patenttivaatimuksista 1-25 mukainen monikomponentti-kalvo, tunnettu siitä, että monikomponenttikalvo on onttoa kuitua .

27. Patenttivaatimuksen 26 mukainen monikomponenttikalvo, tunnettu siitä, että päällyste on kosketuksessa ainakin onton kuidun ulkopinnan kanssa. 94 616 3 6

28. Jonkin patenttivaatimuksista 1-27 mukainen monikomponentti-kalvo, tunnettu siitä, että päällyste on kosketuksessa ainakin huokoisen erotuskalvon syöttöpinnan kanssa.

29. Jonkin patenttivaatimuksista 1-28 mukainen monikomponentti-kalvo, tunnettu siitä, että päällyste on kosketuksessa huokoisen erotuskalvon kummankin pinnan kanssa ja kummankin pinnan kanssa kosketuksessa olevan päällysteen keskimääräinen paksuus nousee n. 50 mikroniin asti.

30. Jonkin patenttivaatimuksista 1-29 mukainen monikomponentti-kalvo, tunnettu siitä, että päällyste käsittää ainakin kaksi kerrosta.

31. Jonkin patenttivaatimuksista 1-30 mukainen monikomponentti-kalvo, tunnettu siitä, että päällysteaineen molekyylikoko on riittävän suuri, niin että päällysteaine ei kulje huokoisen erotus-kalvon huokosten läpi kaasunerotuksen aikana.

32. Menetelmä monikomponenttikalvon käyttämiseksi kaasuseoksen ainakin yhden kaasun erottamiseksi selektiivisesti ainakin yhdestä muusta kaasusta tässä kaasuseoksessa, jolloin aikaansaadaan kalvon läpäissyt tuote, joka sisältää ainakin yhden läpäisseen kaasun, tunnettu siitä, että kaasuseos saatetaan kosketukseen patenttivaatimuksissa 1-31 määritellyn monikomponenttikalvon ainakin yhden pinnan kanssa, joka monikomponenttikalvo kaasuseoksen ainakin yhden kaasupa-rin suhteen selektiivisesti läpäisee tämän kaasuparin toisen kaasun tämän kaasuparin toiseen kaasuun nähden; pidetään monikomponenttikalvon vastakkainen pinta alemmassa kemiallisessa potentiaalissa tälle ainakin yhdelle läpäisevälle kaasulle kuin kemiallinen potentiaali tällä pinnalla; annetaan tämän ainakin yhden läpäisevän kaasun tunkeutua monikomponenttikalvoon ja sen läpi; ja poistetaan vastakkaisen pinnan läheisyydestä läpäissyt tuote, jolloin kaasuseoksen ainakin tämän yhden kaasun suhde kaasuseoksen ainakin yhteen muuhun kaasuun on erilainen kuin tämän yhden kaasun suhde ainakin yhteen muuhun kaasuun.

33. Patenttivaatimuksen 32 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tämä ainakin yksi kaasu on happi ja kaasuseos on ilma.

34. Patenttivaatimuksen 32 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tämä ainakin yksi kaasu on vety ja ainakin yksi muu kaasu on ainakin joku ryhmästä, joka käsittää hiilimonoksidin, hiilidioksidin, heliumin, typen, hapen, argonin, rikkivedyn, typpioksidin, ammoniakin ja hiilivedyn, jossa on 1 - n. 5 hiiliatomia. 95 61 636

35. Patenttivaatimuksen 32 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tämä ainakin yksi kaasu on ammoniakki ja kaasuseos sisältää ammoniakkia ja ainakin jonkin kaasuista, joihin kuuluvat metaani tai argoni.

36. Patenttivaatimuksen 32 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tämä ainakin yksi kaasu on hiilidioksidi ja kaasuseos sisältää hiilidoksidia ja ainakin jonkin kaasuista, joihin kuuluvat hiilimonoksidi, hiilivety, jossa on 1 - n. 5 hiiliatomia, tai typpi.

37. Patenttivaatimuksen 32 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tämä ainakin yksi kaasu on helium ja kaasuseos sisältää heliumia ja ainakin jonkin hiilivedyn, jossa on 1 - n. 5 hiiliatomia.

38. Patenttivaatimuksen 32 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tämä ainakin yksi kaasu on rikkivety ja kaasuseos sisältää rikkivetyä ja ainakin yhden hiilivedyn, jossa on 1 - n. 5 hiili-atomia .

39. Patenttivaatimuksen 32 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tämä ainakin yksi kaasu käsittää hiilimonoksidia ja ainakin jonkin kaasuista, joihin kuuluvat vety, helium, typpi ja hiilivety, jossa on 1 - n. 5 hiiliatomia. 616 3 6 96