Массоперенос через мембрану из гибридного оксида кремния в процессах первапорационного разделения жидких смесей

• Автор: Анашкин, Иван Петрович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Основы процесса первапорации, материалы мембран, методы моделирования
1.1. Первопарационное разделение на мембранах из гибридного оксида кремния
1.2. Молекулярно-статистические методы исследования процессов мембранного разделения
1.2.1. Моделирование гибридного оксида кремния молекулярностатистическими методами
1.3. Способы определения параметров потенциала межмолекулярного взаимодействия
Выводы по главе
Глава 2. Метод определения параметров потенциала межмолекулярного взаимодействия по линии Zeno
2.1. Описание межмолекулярного взаимодействия одним силовым центром
2.2. Описание межмолекулярного взаимодействия многоцентровой моделью
2.3. Сравнение расчетов термодинамических свойств с экспериментальными данными
Выводы по главе
Глава 3. Компьютерное моделирование процесса первапорации
3.1. Модификация метода контрольных объемов для расчета плотных сред
3.2. Изучение массопереноса чистого леннард-джонсовского флюида через мембрану
3.2.1. Влияние толщины мембраны
3.2.2. Влияние температуры
3.2.3. Влияние плотности в сырьевой части
3.2.4 Влияние взаимодействия молекул диффундирующего вещества и
мембраны
3.3. Изучение массопереноса смеси леннард-джонсовских флюидов через
мембрану
Выводы по главе
Глава 4. моделирование процесса первапорации смеси этанол-вода на мембране из гибридного оксида кремния
4.1. Модели межмолекулярного взаимодействия воды и этанола
4.2. Метод моделирования молекулярной структуры мембран из гибридного оксида кремния
4.3. Обсуждение результатов численного моделирования первапорации
Выводы по главе
Заключение
Список литературы: Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования и степень ее разработанности. В
химической технологии процессы разделения веществ являются одними из наиболее энергозатратных, поэтому увеличение их эффективности является важным направлением энерго- и ресурсосбережения. Применение процессов мембранного разделения представляет собой одно из перспективных направлений при разделении многокомпонентных смесей. К достоинствам данной группы процессов можно отнести то, что большинство из них проводится при сравнительно невысоких температурах и без испарения исходной смеси. Это позволяет избежать значительных энергозатрат на нагревание и разделять термически нестабильные вещества. Использование мембранных процессов позволяет сократить расходы на разделение веществ более чем на 50 % [1,2]. Полная замена технологического процесса не всегда целесообразна, в большинстве случаев достаточно комбинации различных процессов разделения. Это открывает широкие возможности для модернизации существующих технологий синтеза и переработки химических веществ с использованием мембранных процессов.
Одним из до тоинств процессов мембранного разделения является возможность разделения азеотропных смесей. По сравнению с другими методами разделения азеотропных смесей - экстрактивной ректификацией, экстракцией - мембранное разделение менее энергозтратно. В связи с этим широко исследуется возможность внедрения мембранного разделения в существующие технологические схемы. В качестве примера можно привести процесс получения биоэтанола, как замены традиционным топливам [3]. Использование мембранных процессов [4,5] позволяет обезводить биоэтанол до концентраций, позволяющих использовать его в качестве топлива.
Ведется разработка технологических схем, в которых процесс мембранного

коэффициента В2= — , времени

— , коэффициентов диффузии
, потоков ] а3 . Следует заметить, что хотя потенциалы (8) и
(9) имеют разное обозначение параметров гт и а, а также а и т, они имеют сходную физическую интерпретацию. Поэтому в формулах безразмерных величин и последующих формулах будет использоваться обозначение, применимое к конкретному модельному потенциалу.
На рисунке 5 представлено сравнение результатов решения уравнения Орнштейна-Цернике с использованием найденного значения параметра [3 и моделирования методом Монте Карло. Моделирование производилось в ПУТ ансамбле с использованием 500 молекул. На установление термодинамического равновесия системы отводилось около 8 млн перемещений, на усреднение термодинамической величины отводилось 30 млн перемещений. Из представленной зависимости видно, что результаты расчетов и численного моделирования сходятся, что указывает на правильный выбор вида замыкания и значения параметра р.
Расчет температуры Бойля проводился из условия равенства нулю второго вириального коэффициента, который определялся по выражению: