Совершенствование и обоснование эффективного мембранного массообменника для экстракционного разделения жидких смесей

• Автор: Гукасян, Александр Валерьевич
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 187 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Технические процессы разделения смесей пищевых жидкостей.

1.2.Мембранные процессы разделения смесей пищевых жидкостей.

1.3. Современные процессы разделения пищевых жидкостей мембранными технологиями

1.4. Теория массопереноса в мембранных аппаратах.

1.5. Выводы по литературному обзору и задачи исследования

Глава 2 РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ МАССОПЕРЕНОСА ПРИ

ЭКСТРАКЦИИ В МЕМБРАННОМ АППАРАТЕ

2.1. Решение задачи массопереноса на элементе аппарата

2.1.1. Решение краевой задачи массопереноса для прямотока.
2.1.2. Решение краевой задачи массопереноса для противотока.
2.1.3. Анализ критерия Шервуда.
2.2. Анализ эффективных режимов экстракции в мембранном экстракторе
2.3. Моделирование гидравлических возможностей
мембранного экстрактора
Глава 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА
МАССОПЕРЕНОСА В МЕМБРАННЫХ АППАРАТАХ
3.1.Описание экспериментальных установок
3.2. Результаты экспериментов и их обсуждения
3.2.1. Результаты экспериментов экстракции жирных кислот подсолнечного масла и их обсуждение.
3.2.2. Результаты экспериментов экстракции эфирного
масла и их обсуждение
3.2.3. Результаты экспериментов экстракции этанола
и их обсуждение
Глава 4.РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ
ИССЛЕДОВАНИЯ
ВЫВОДЫ.
Литература


Этот "сэндвич" свернут в рулон, что делает его компактным. Достоинство таких ячеек — простота их изготовления; недостаток — небольшая удельная поверхность (порядка м2 в 1 м3 мембранной ячейки). Мембранные ячейки из полых полимерных волокон. Они конструктивно оформлены аналогично некоторым видам кожухотрубных теплообменников. Диаметр волокон 3-'4 м, толщина стенок (0,7 - 1э0)-’4 м. Основное достоинство — развитая удельная поверхность — до 4-4 м2/м3. Мембранная аппаратура на основе таких ячеек (модулей) наиболее современна и широко используется в промышленности. Главный недостаток — сложность определения места разрыва мембранного волокна. Из-за этого при разрыве отдельного волокна обычно приходится заменять весь мембранный модуль. Селективность мембран ограничена их природой, механизмом проницания компонентов, физико-химическими свойствами последних, конструктивными особенностями мембранной ячейки. Главным недостатком процессов мембранного разделения является необходимость использовать большие поверхности мембраны, так как в последней преобладают весьма медленные процессы молекулярного переноса массы. При помощи мембранных технологий удается практически осуществить весь диапазон технических процессов разделения. Современные мембранные процессы служат основой создания безотходных технологий и отличаются высокой селективностью и низкими энергозатратами. Классификация мембранных процессов, связанная с характером движущих сил. Из за разнообразности структурной формы твердых мембранных материалов мембраны делятся на: пористые; сплошные; слоистые; гетерогенные; динамические. В свою очередь пористые мембраны могут быть макропористыми « и микропористыми. Сплошные мембранные материалы представлены полимерами, металлами, сплавами. Слоистые или асимметричные мембраны имеют тонкий селективный (активный) слой, нанесенный на макропористую подложку. Гетерогенные мембраны - это мембраны с наполнителем, улучшающим их транспортные характеристики, с замкнутыми порами. Ниже в данном разделе представлены наиболее распространенные процессы мембранного разделения. Из баромембранных процессов: газовая эффузия, микро-, ультра- и нанофильтрация и обратный осмос. Эти процессы применяют для газо- и жидкофазного разделения на пористых мембранах. Газовая эффузия — течение газа под действием разности давлений через пористую перегородку. Эффузия в условиях вакуума называется кнудсеновским течением или молекулярной эффузией. Микрофильтрация - применяется для отделения растворителя от коллоидных или взвешенных микрочастиц размерами 0,1+ мкм. Ультрафильтрация - используется для разделения растворов, в которых молекулярная масса растворенных компонентов намного больше молекулярной массы растворителя. Обычно при ультрафильтрации коллоидные и высокомолекулярные вещества отделяются от низкомолекулярных. Нанофильтрация - или низконапорный обратный осмос применяют для задержки частиц с размерами порядка нанометра. Обратный осмос - баромембранный процесс разделения истинных растворов. Основными концентрационномембранными процессами являются диффузионное газоразделение, первапорация, диализ. Диффузионное газоразделение - процесс селективного трансмембранного газопереноса под влиянием градиента концентрации разделяемых компонентов по толщине мембраны, который задают различные парциальные давления газа на противоположных сторонах мембраны. Диализ - разделение концентрированного и разбавленного раствора основаного на различных скоростях диффузии растворенных веществ отличающихся молекулярной массой, через мембрану. Скорость процесса с течением времени снижается вследствие диффузии растворителя в обратном направлении. Термомембранный процесс - мембранная дистилляция, состоящая в селективном переносе паров воды через микропористую гидрофобную мембрану, у разделяющую два водных раствора, находящихся при различных температурах. Электродиализ - метод разделения под действием разности электрических потенциалов растворов электролитов, которая создается по обе стороны чередующихся анионо- и катионообменных мембран.