Моделирование и масштабирование процессов получения аэрогелей и функциональных материалов на их основе

• Автор: Лебедев, Артем Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 156 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Типы аэрогелей и способы их получения

1.1.1 Неорганические аэрогели на основе диоксида кремния

1.1.2 Органические аэрогели на основе полисахаридов

1.2 Сверхкритическая сушка

1.3 Получение функциональных материалов на основе аэрогелей

и их применение

1.4 Математическое моделирование процессов в среде

сверхкритических флюидов

1.4.1 Свойства сверхкритических флюидов
1.4.2 Математические модели сверхкритической сушки
1.4.3 Математические модели сверхкритической адсорбции
1.5 Масштабирование процессов, протекающих
в сверхкритических условиях
1.6 Постановка задачи исследования
Глава 2. Экспериментальное исследование процессов получения
аэрогелей и функциональных материалов на их основе
2.1 Получение аэрогелей различной природы
2.1.1 Получение аэрогеля на основе диоксида кремния
2.1.2 Получение микрочастиц аэрогеля на основе крахмала
2.1.3 Получение микрочастиц аэрогеля на основе альгината
2.1.4 Характеристики получаемых аэрогелей
2.2 Установки для сверхкритической сушки и адсорбции
2.3 Экспериментальное изучение кинетики процесса
сверхкритической сушки
2.4 Экспериментальное изучение кинетики процесса сверхкритической
адсорбции ибупрофена в аэрогельную матрицу

2.5 Сверхкритическая адсорбция и получение композиций «аэрогель -
активное вещество»
2.5.1 Адсорбция ибупрофена
2.5.2 Адсорбция лоратадина
2.5.3 Адсорбция рифабутина
2.5.4 Адсорбция дигидрокверцитина и артемизинина
2.5.5 Количественное определение максимальной загрузки
активных веществ
2.5.6 Обсуждение результатов
2.6 Исследование биодоступности
Глава 3. Разработка математических моделей процессов сверхкритической сушки и сверхкритической адсорбции
3.1 Системы в сверхкритическом состоянии
3.2 Математическая модель сверхкритической сушки
3.2.1 Уравнения модели
3.2.2 Расчет плотности смеси
3.2.3 Определение коэффициента диффузии
3.2.4 Теплоперенос
3.3 Математическая модель сверхкритической адсорбции
3.3.1 Уравнения модели
3.3.2 Физико-химические свойства сверхкритического
диоксида углерода
3.3.3 Определение константы скорости и предельной
величины адсорбции
3.3.4 Определение коэффициента диффузии
3.4 Численные методы решения уравнений математической модели
3.4.1 Расчетная сетка
3.4.2 Преобразование и расчет уравнений модели
Глава 4. Результаты моделирования процессов сверхкритической сушки и
сверхкритической адсорбции
4.1 Результаты моделирования процесса сверхкритической сушки
4.1.1 Построение геометрии реактора
4.1.2 Задание исходных данных расчета
4.1.3 Результаты расчетов
4.2 Результаты моделирования процесса сверхкритической адсорбции
4.2.1 Построение геометрии реактора
4.2.2 Задание исходных данных расчета
4.2.3 Результаты расчетов
Глава 5. Масштабирование процесса сверхкритической сушки
5.1 Построение геометрии реактора объемом 5 л
5.2 Задание исходных данных расчета
5.3 Результаты расчетов
Выводы
Список использованной литературы
Приложение 1. Приказы о регистрации «НОУ-ХАУ»
Приложение 2. Полученные награды

остаточная теплоемкость, для вычисления которой может быть использован метод Ли-Кеслера [111].
Для расчета теплоемкости, как важного термодинамического параметра, возможно использовать уравнения состояния [112]. В таком случае расчетное значение будет справедливым для тех же параметров системы, что и соответствующее уравнение состояния.
Физико-химические свойства смесей
Наиболее простой способ вычисления физико-химических свойств смеси — использование аддитивной функции [45]:
где а>1 - массовая доля компонента /; Qi - соответствующее свойство.
Данный способ не отличается высокой точностью и подходит в основном для веществ, которые близки по свойствам. В более сложных задачах требуется индивидуальный метод расчета для каждого из требуемых параметров.
Вязкость смеси высокомолекулярных соединений и сверхкритического диоксида углерода может быть вычислена по уравнению, которое основано на модификации уравнения Аррениуса первого порядка [113]:
где Кем - молярный объем смеси, м3/моль; (р - объемная доля соответствующего компонента; д - параметр растворения; 1п - константа, которая отражает отклонения от классической теории растворения [114].
Коэффициент диффузии
Важным параметром многокомпонентной системы является коэффициент диффузии. Все соотношения для расчета коэффициента диффузии можно условно разделить на четыре группы [115]:
• диффузия зависит от вязкости и температуры;
• диффузия зависит только от вязкости растворителя;

(1.19)

(1.20)