Закономерности массопереноса кислорода из газовой фазы в водно-органические среды

• Автор: Казаков, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 145 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ КИНЕ ГИКИ МАССОГТЕРЕНОСА ГАЗОВ В ВОДНЫЕ И ВОДНООРГАНИЧЕСКИЕ СРЕДЫ
1.1. Основные закономерности массопереноса вещества из газовой фазы в водные и водноорганические среды

1.1.1. Кинетика абсорбции газов водными средами

1.1.2. Особенности массопереноса кислорода в водноорганические среды.

1.2. Влияние гидродинамических условий и содержания органического компонента на массоперенос кислорода из газовой фазы в водноорганические среды.

1.2.1. Массоперенос кислорода в водноорганические эмульсии

1.2.2. Массоперенос кислорода в водноорганическис растворы

1.2.2.1. Объмный коэффициент массопсредачи при массопереносе кислорода в водноорганические растворы
1.2.2.2. Коэффициент массопередачи и удельная поверхность контакта газовой и водной фаз при массопереносе кислорода в водноорганические растворы.
1.3. Взаимосвязь физикохимических свойств органических соединений с их влиянием на массоперенос кислорода.
1.3.1. Влияние свойств органической фазы на массоперенос в водноорганические эмульсии
1.3.2. Влияние свойств органического компонента на массоперенос в водноорганические растворы
1.4. Подходы к описанию механизма массопереноса кислорода в водноорганические среды.
1.4.1. Модели механизма массопереноса кислорода в водноорганические эмульсии.
1.4.1.1. Псевдогомогенная модель.
1.4.1.2. Гетерогенная модель
1.4.2. Механизм влияния растворимых органических веществ на массоперенос кислорода
1.5. Влияние газотранспортных жидкостей на процессы, лимитируемые массопсреносом малорастворимьтх газов.
1.6. Цель и задачи исследования. Выбор объектов исследования
ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Методика исследования массопереноса кислорода из газовой фазы в водноорганические среды
2.2. Методика исследования окисления сульфитионов кислородом в водноорганических средах.
2.3. Методики исследования гетерогенного биокаталитического окисления метана в водной и водноорганических средах.
2.3.1. Исследование биокаталитического окисления метана в водной среде.
2.3.1.1. Микроорганизмы. Среда культивирования и приготовление газовых смесей
2.3.1.2. Определение зависимости удельной скорости окисления метана от концентраций метана и кислорода в культуральной жидкости. Расходные коэффициенты по метану и кислороду, коэффициент выхода по углекислому газу
2.3.1.3. Оценка влияния интенсивности массообмена газжидкость на
скорость гетерогенного биокаталитического окисления метана
2.3.2. Исследование биокаталитического окисления метана в водноорганических средах.
2.3.2.1. Изучение биокаталитического окисления метана в условиях с усилением массопереноса кислорода за счт газотранспортных жидкостей.
2.3.2.2. Оценка влияния ндодекана на скорость удаления метана из
низкоконцентрированной газовоздушной смеси
2.4. Физикохимические методы анализа.
2.4.1. Газохроматографический анализ
2.4.2. Фотометрический анализ
2.5. Математические методы.
2.5.1. Решение математической модели биокаталитического окисления метана.
2.5.2. Определение параметров аппроксимирующих уравнений по экспериментальным данным.
2.6. Метрологическое обеспечение исследования
2.7. Статистическая обработка результатов экспериментов
ГЛАВА 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ МАССОПЕРЕНОСА КИСЛОРОДА ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ В ВОДНООРГАНИЧЕСКИЕ ЭМУЛЬСИИ.
3.1. Влияние гидродинамических условий и содержания газотранспортных жидкостей на массоперенос кислорода в водноорганичсские эмульсии
3.2. Взаимосвязь физикохимических свойств газотранспортных жидкостей с
их влиянием на массоперенос кислорода
ГЛАВА 4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ МАССОПЕРЕНОСА КИСЛОРОДА ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ В ВОДНООРГАНИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ.
4.1. Влияние гидродинамических условий и содержания органических соединений на массоперенос кислорода в водноорганические растворы
4.2. Взаимосвязь физикохимических свойств растворимых органических
соединений с их влиянием на массоперенос кислорода.
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА СКОРОСТЬ ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, ЛИМИТИРУЕМЫХ МАССОПЕРЕНОСОМ КИСЛОРОДА.
5.1. Окисление сульфитионов кислородом в водноорганических средах
5.2. Биокаталитическое окисление метана в водной и водноорганических средах.
5.2.1. Кинетические закономерности биокаталитического окисления метана в водной среде.
5.2.2. Биокаталитическое окисление метана в водноорганических средах с интенсификацией массопереноса газов.
ГЛАВА 6. ОЦЕНКА СПОСОБНОСТИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
УСИЛИВАТЬ МАССОПЕРЕНОС КИСЛОРОДА И ПОВЫШАТЬ СКОРОСТЬ ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
6.1. Газотранспортная способность органических соединений
6.2. Выбор соединений для интенсификации химических и биохимических
процессов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Впервые для оценки газотранспортной способности нерастворимых в воде органических жидкостей использованы коэффициент диффузии кислорода в органической фазе и межфазное натяжение на границе вода органическая фаза и для растворимых в воде органических жидкостей растворимость кислорода. Установлено, что увеличение скорости окисления сульфит ионов в условиях с интенсификацией транспорта кислорода за счт органических соединений с газотранспортной функцией коррелирует с изменением объмного коэффициента массопередачи К. Впервые установлены закономерности влияния газотранспортных жидкостей на биокаталитическое окисление ОНЦ в водной среде. Определены параметры кинетических уравнений, описывающих процесс биоокисления СН4, предложена его математическая модель, выявлены соединения, увеличивающие скорость процесса за счт усиления массопереноса газов и СН4. Практическая значимость. Полученные теоретические и экспериментальные зависимости дают возможность прогнозирования газотранспортной способности органических соединений на основе данных об их физикохимических свойствах. Сформулированы рекомендации по целенаправленному выбору соединений для интенсификации химических и биохимических процессов, лимитируемых скоростью массопереноса из газовой фазы в водную. Результаты исследования массопереноса из газовой фазы в водноорганические эмульсии и растворы влияние гидродинамики и содержания органического компонента на транспорт , взаимосвязь физикохимических свойств органических компонентов с их газотранспортной способностью. Результаты изучения окисления 3 кислородом в водноорганических средах. Влияние интенсивности массопереноса в присутствии ГТЖ и РОЖ на скорость процесса окисления. Закономерности биокаталитического окисления метана в водной и водноорганических средах. Влияние ГТЖ на скорость процесса. Методика интенсификации биокаталитического окисления метана. ГЛАВА 1. Скорость абсорбции вещества из газовой фазы в жидкую связана с механизмом переноса в этих фазах. Перенос вещества внутри фазы может происходить путм молекулярной диффузии и конвекции. Путм молекулярной диффузии вещество перемещается лишь в неподвижной среде. Ос1Р , 1. Для движущейся среды характерна конвективная диффузия, объединяющая молекулярную диффузию и конвективный перенос. СИУ2С , 1. С концентрация н вектор скорости движущейся среды. В дифференциальном уравнении конвективной диффузии, помимо концентрации С, переменной является скорость потока м. Поэтому данное уравнение надо рассматривать совместно с уравнениями гидродинамики уравнениями НавьеСтокса система 1. Получаемая при этом система уравнений не имеет аналитического решения, что обуславливает трудности чисто теоретического рассмотрения массопереноса. В связи с этим для анализа процессов массопереноса используются упрощения и допущения, на которых основывается ряд моделей. На поверхности раздела фазы находятся в равновесии, причм равновесие на границе фазы устанавливается значительно быстрее изменения средней концентрации в ядре фазы. Плночная модель. В плночная модели предполагается, что с обеих сторон от поверхности соприкосновения фаз в каждой фазе образуются неподвижные или ламинарно движущиеся слои плнки, отделяющие поверхность соприкосновения от ядра потока соответствующей фазы. Принято, что в ядре потока концентрация постоянна и изменение е происходит лишь в плнке, через которую передача вещества осуществляется путм молекулярной диффузии. С в уравнении 1. У2С 0. Если ограничиться рассмотрением переноса в одном направлении по оси г, то уравнение 1. Интегрирование уравнения 1. М С С . Коэффициент массоотдачи Дг в соответствии с уравнением 1. Рь 1. Уравнение 1. Д зависит от коэффициента диффузии й и от толщины плнки г0. Последняя определяется гидродинамическими условиями чем больше турбулентность фазы, тем меньше и, следовательно, тем выше Д. Плночная модель не учитывает влияния движения фазы вблизи поверхности раздела фаз на перенос вещества. Поскольку эта модель не дат количественных зависимостей для определения г0, она не может быть использована для предсказания Д . Модель пограничного диффузионного слоя.