Гидродинамика и массообмен при хемосорбции диоксида углерода в мембранном микробарботажном аппарате

• Автор: Акимов, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 169 с. : ил.

Содержание

Список обозначений.3 стр.

Введение7 стр.

Литерату рный обзор

Раздел 1. Основные гидродинамические закономерности

мембранного диспергирования газов. стр.

1.1 Характеристики мембран, используемых для осуществления процесса микробарботажа. стр.
1.2 Давление, расход газа и газосодержаиие в мембранном микробарботажном контакторе. стр.
1.3 Влияние ПАВ на гидродинамические и массообменные характеристики процесса микробарботажа стр.

Раздел 2. Массообмен между газом и жидкостью при

микробарботаже стр.

2.1 Модели переноса вещества и факторы, влияющие
на параметры массопередачи стр
2.2 Интенсификация массообменных процессов
при микробарботаже стр.
Выводы из литературного обзора и постановка задач
исследования стр.
Теоретическая часть
3.1 Математическая модель механики образования микропузырьков
при инерционном воздействии жидкой фазы. стр.
3.2 Моделирование межфазного массообмена в мембранном контакторе при хемосорбции стр.
I
Экспериментальная часть
4.1 Объекты и цела исследования стр.
4.2 Экспериментальная методика определения зависимости размеров микропузырьков от скорости жидкости в канале
мембраны. стр.
4.3 Экспериментальная методика исследования межфазного массообмена в мембранном микробарботажном модуле2 стр.
4.4 Описание лабораторной установки для исследования гидродинамических и массообменных характеристик мембранноабсорбционного процесса и порядок проведения экспериментов8 стр.
Обсуждение результатов
5.1 Проверка адекватности математической модели механики образования микропузырьков при инерционном
воздействии жидкой фазы 3 стр.
5.2 Эффективность межфазного массообмена в мембранном контакторе8 стр.
Выводы5 стр.
Приложение 1. Экспериментальные данные по исследованию
зависимости размеров микропузырьков от скорости жидкости 8 стр.
Приложение 2. Экспериментальные данные по исследованию
хемосорбции диоксида углерода растворами II8 стр.
Приложение 3. Экспериментальные данные по физической
абсорбции диоксида углерода водой 8 стр.
Список литературы


В целом данная работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию основных гидродинамических и массообменных характеристик мембранного микробарботажа и имеет конечной целью выяснение возможности применения мембранных микробарботажных аппаратов для проведения массообменных процессов между газом и жидкостью. Раздел 1: Основные гидродинамические закономерности мембранного диспергирования газов. Характеристики мембран, используемых для осуществления процесса микробарботажа. К настоящему времени процесс мембранного диспергирования газа осуществляется главным образом на пористых стеклянных или керамических мембранах. Основными характеристиками мембраны, которые следует учитывать при изучении процесса микробарботажа, являются тип и структура поверхности, порозность, а также форма и распределение размеров нор. От этих характеристик зависят как размеры образующихся микропузырьков, так и давление и газосодсржание в мембранном контакторе. Процесс получения микропузырьков с помощью стеклянных мембран рассмотрен в работах [1-3]. В этих работах были использованы пористые стеклянные мембраны особого состава, так называемые SPG - мембраны. В качестве исходного материала для изготовления SPG - мембраны используется смесь Na2C, СаСОз, MgO, Н3ВО3, а так же смесь Ширасу, которая является источником Si и Al3. Данная смесь подвергается плавлению при К в течении 3 часов. После охлаждения до К образуется стеклянная матрица, состоящая из Na - CaO - MgO - В3 -А0з - Sij которой придается нужная форма - плоская или трубчатая. Затем проводится термическая обработка образцов при 3-3 К в течении часов. В ходе данного процесса происходит фазовое разделение гомогенной стеклянной матрицы на две фазы - одна содержит растворимые в кислоте оксиды Na - CaO - MgO — В2Оз, другая нерастворимые А -Si. Далее осуществляется обработка разделенной стеклянной матрицы 0. М раствором соляной кислоты. В результате растворения оксидов Na -CaO — MgO — Вз образуется пористая структура мембраны, при этом размер образующихся пор зависит от условий термической обработки. На рисунке 1. SPG - мембран. Рис 1. Пористая структура стеклянных SPG - мембран: а) мембрана со средним размером пор 3 мкм; б) мембрана со средним размером пор 4,7 мкм. Как видно из рисунков, SPG - мембраны имеют извилистые цилиндрические поры, которые образуют трехмерную рабочую структуру. Порозность таких мембран достаточно высока и лежит в пределах 0. Угол контакта поверхности мембраны с водой составляет ° - °, что соответствует гидрофильной поверхности. Также можно отметить, что на поверхности таких мембран практически отсутствуют выступы шероховатости (что объясняется способом их изготовления). Так, на рисунке 1. На рисунке 1. Здесь также можно видеть достаточно узкое распределение размеров пор — разброс диаметров ±1 мкм. Рис. Распределение размеров пор SPG - мембран: а) интегральные кривые распределения для мембран со средним размером пор - (а) нм, (Ь) нм, (с) нм, (d) нм; б) дифференциальная кривая распределения для мембраны со средним размером пор 3 мкм. Этот факт может быть использован в качестве одного из инструментов контроля размеров микропузырьков при осуществлении процесса микробарбогажа. Рис. Зависимость диаметра микропузырьков от размера мембранных пор. Теперь перейдем к рассмотрению особенностей структуры керамических мембран. Благодаря различным достоинствам - таким как хорошая термическая, химическая и механическая устойчивость, контролируемая микроструктура, экологическая безопасность керамические мембраны находят множество применений в различных областях промышленности. Существует множество различных типов керамических мембран. Обычно главными исходными веществами для их изготовления служат соединения алюминия, циркония, титана и кремния с различными примесями [,]. В последние годы, в виду экономической выгоды, появилась тенденция к производству керамических мембран на основе распространенных природных минералов [-]. Поэтому в настоящее время керамические мембраны производятся, как правило, из различных алюмосиликатов. Одним из наиболее часто применяемых минералов является кордиерит (^0 • 2ЛЬ • Ю2).