Физико-химическое исследование процесса первапорации в многокомпонентных водно-органических системах

• Автор: Аксенова, Елена Леонидовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 149 с. : ил

Оглавление.
Оглавление.
Введеше.

Глава 1. Обзор литературы.

Раздел 1.1. Общие представления процесса первапорации.

Раздел 1.2. Принципы первапорационного процесса.

1.2.1. Модель растворения диффузии.

1.2.2. Модель Раутенбаха Албрехта

1.2.3. М о де ль газоразде ления.

1.2.4. Модель потока через поры.

Раздел 1.3. Полимеры для первапорационных мембран.

1.3.1. Модификации первапорационных мембран.
1.3.1.1. Нелетучие добавки.
1.3.1.2. Сшивание.
1.3.1.3. Смеси полимеров.
1.3.1.4. Сополимеры.
1.3.1.5. Прививочная полимеризация.
1.3.1.6. Ионные полимеры.
1.3.1.7. Полимеры, получаемые плазмохимическим путем.
1.3.1.8. Плазменнопривитые полимеры.
1.3.2. Выбор полимеров для мембран.
1.3.2.1. Параметр растворимости.
1.3.2.2. Поверхностная термодинамика.
1.3.2.3. Жидкостная хроматография.
1.3.2.4. Контактный угол смачивания.
1.3.2.5 Полярность.
1.3.2.6. Коэффициент диффузии и параметр растворимости.
Г лава 2. Методика экспериментального исследования процесса
первапорации.
2.1. Постановка задачи.
2.2. Выбор объектов для исследования процесса первапорации.
Выбор первапорационных мембран и методика их изготовления.
2.3. Очистка реактивов.
2.4. Экспериментальные исследования процесса первапорации в
трехкомпонентной системе вода этанол изопропанол и составляющих ее подсистемах вода этанол, вода изопропанол при температуре 3 К.
2.5. Экспериментальные исследования процесса первапорации в
четырехкомпонентной системе вода этанол этилацетат уксусная кислота при температуре 3 К.
Глава 3. Термодинамические соотношения, описывающие процесс
первапорации. Экспериментальные результаты работы и их обсуждение.
Раздел 3.1. Термодинамические соотношения, описывающие
процесс первапорации.
3.1.1. Некоторые термодинамические соотношения для
мембранных систем.
3.1.2. Соотношения, описывающие массоперенос через мембрану
при первапорации.
3.1.3. Термодинамикотопологические закономерности процесса
первапорации.
Раздел 3.2. Экспериментальные результаты работы и их
обсуждение.
3.2.1. Результаты экспериментального исследования процесса
первапорации бинарных систем вода этанол, вода изопропанол при температуре 3 К. Сравнение процессов первапорации и открытого испарения.
3.2.2. Результаты экспериментального исследования процесса
первапорации трехкомпонентной системы вода этанол изопропанол при температуре 3 К. Сравнение процессов первапорации и открытого испарения.
3.2.3. Результаты экспериментального исследования процесса первапорации четырехкомпонентной системы вода этанол этилацетат уксусная кислота при температуре 3 К. Заключение.
Выводы.
Список литературы


Первапорационная установка для дегидратации этанола включает мембранные модули с общей площадью ховерхиости мембран м2 при производительности кгч этанола 6. Кроме того, существуют другие привлекательные для промышленного применения приложения первапорации, например, концентрация натуральных соков и деалкоголизация пива в пищевой промышленности, а также выделение продуктов ферментативного брожения для повышения биопревращения ,. Одним из последних приложений первапорации является смещение химического равновесия в реакциях этерификации и конденсации при удалении одного или пескольких продуктов реакции . Еще нет коммерческого применения первапорации для разделения органоорганических смесей изза проблем, обычно связанных с отсутствием необходимых селективных к индивидуальному органическому компоненту мембран, а также, изза проблем, связанных с нестабильностью мембран в относительно жестких условиях. Однако современное развитие мембранных технологий делает возможным в скором времени применять первапорацию и для этих целей. Первая пилотная установка, для выделения метанола из смеси метанол мегилтретбутиловый эфир изобутен была предложена фирмой Берагех в году . Недавно была апробирована пилотная установка Еххоп по разделению ароматико алифатических смесей использовались мембраны на основе полиимидполиуретановых блоксополимеров 9. Применение первапорации распространяется и на дегидратацию водных растворов электролитов . Кроме того, существуют исследования первапорации с точки зрения инструментального анализа, как химического сенсора . Как показывает анализ литературы, все исследования первапорации были сконцентрированы на поиске новых селективных, более производительных мембран и на поиске наиболее удачных конфигураций мембранных модулей. Для эффективного разделения требуются мембраны, обладающие высокой проницаемостью и селективностью. Следует отметить, что количественный теоретический анализ первапорационного массопереноса также является весьма трудной проблемой ввиду существенного и нелинейного градиента большого числа параметров вдоль профиля мембраны. Не существует единой точки зрения и на механизм процесса, движущую силу процесса. Некоторые модельные подходы для описания первапорации, предложенные различными исследователями, будут обсуждены далее. Концентрационная поляризация присуща всем мембранным процессам, и можно ожидать большего эффекта граничного слоя для высокоселективных мембран 6,. Влияние концентрационной поляризации, температуры, давления, концентрации исходной смеси и других факторов неоднозначно оцениваются в литературе различными авторами. Следует отметить, что литература по первапорации очень обширна. Множество статей и других публикаций предоставляют достаточную информацию о развитии первапорационной технологии. Приведем обзор современного состояния исследований первапорации. Раздел 1. Принципы первапорационного процесса. В отличие от большинства мембранных процессов, вещества по разные стороны мембраны находятся в различных агрегатных состояниях. Некоторые авторы считают, что в мембране имеет место фазовый переход жидкость пар. Мембрана имеет непористый разделительный слой. Одна из сторон мембраны непористый разделительный слой находится в контакте с разделяемой жидкой смесью. Движущей силой процесса разделения является 1радиент химического потенциала 3 вдоль толщины мембраны. Механизм процесса первапорации остается не ясным окончательно. Остановимся на некоторых общих закономерностях процесса в соответствии с имеющимися точками зрения. Рисунок 1. Массоперенос в розничных фазах и слоях композиционной мембраны и мембранного модуля У жидкая питающая смесь, 2 граничный слой, 3 селективный непористый слой, 4 пористая подложка, 5 парообразный пермеат, б сконденсированный пермеат . Внутри мембранного модуля можно выделить различные граничные слои, что схематически представлено на рис. В процессе диффузии через селективный непористый слой мембраны, по мнению отдельных исследователей, как уже отмечалось выше, происходит фазовый переход. Это приводит к понижению температуры регентата на несколько градусов 3 за счет затраченной теплоты испарения.