Парофазное концентрирование биобутанола с применением полимерных мембран на основе поли-1-триметилсилил-1-пропина и поли-4-метил-2-пентина

• Автор: Яковлев, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.18, 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

1. ВВЕДЕНИЕ
2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
2 Л. Применение низших алифатических спиртов в качестве биотоплива
2.2. Производство низших алифатических спиртов
2.3. Методы выделения спиртов из ферментационных сред
2.4. Описание процесса переноса газов и паров в непористых
полимерных мембранах
2.4.1. Механизм процесса
2.4.2. Выбор полимера для изготовления мембраны
2.4.3. Влияние параметров процесса при разделении газов и паров
2.5. Термодинамическое описание фазового равновесия в водных
растворах спиртов
2.6. Мембраны на основе высокопроницаемых полимеров для
выделения бутанола из ферментационных смесей
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Объекты и методы исследования
3.1.1. Полимеры ПТМСП и ПМП
3.1.2. Методики приготовления образцов пленок и композиционных мембран с тонким селективным слоем
3.2. Измерение параметров проницаемости мембран
3.2.1. Экспериментальная установка 8
3.2.2. Методика измерения проницаемости мембран
3.2.3. Обработка результатов

4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
4.1. Построение фазовых диаграмм жидкость-пар однокомпонентных
и бинарных систем
4.2. Исследование проницаемости индивидуальных компонентов
4.3. Исследование переноса компонентов в смесях
4.4. Расчет мембранного разделения
4.5. Оптимизация процесса разделения
4.6. Оценка энергозатрат при выделении спиртов из ферментационных
сред
4.7. Применение корреляционного подхода к определению параметров диффузии молекул спиртов
5. ВЫВОДЫ
6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Для удовлетворения всех видов своей жизнедеятельности человечество постоянно нуждается в энергии, при этом потребности в ней увеличиваются с каждым годом. В настоящее время суммарное потребление тепловой энергии в мире составляет 200 млрд. кВт-ч/г, при этом доля России в мировом энергопотреблении составляет около 5 %. Вместе с тем, запасы таких традиционных природных топлив как нефть, уголь, газ и других невозобновляемых источников энергии постепенно сокращаются. Свыше 80 % всех геологических запасов органического топлива в мире приходится на долю угля, который становится все менее востребованным в связи с негативным влиянием на окружающую среду выбросов при его горении. Уже сейчас заметны тенденции к сокращению добычи нефти и газа за счет истощения природных ресурсов. В соответствии с прогнозами к 2020 г. доля нефти и газа в топливно-энергетическом балансе снизится с 66,6 % до 20 % [1]. Доля гидро- и ветроэнергетики на данный момент составляет всего 2,3% общего производства энергии в мире, в связи, с чем они могут играть только вспомогательную роль. Широкое использование ядерной энергии ограничивается проблемами безопасности атомных энергоблоков и утилизации ядерных отходов. Практически неисчерпаемы запасы термоядерного топлива - водорода, однако управляемые термоядерные реакции пока не освоены и неизвестно, когда они будут использованы для промышленного получения энергии. Таким образом, рассмотренные способы получения энергии не могут решить проблемы энергообеспечения будущих поколений. Остаются два пути: предельно экономное расходование энергоресурсов и использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Именно возобновляемые источники энергии представляют сегодня реальную альтернативу традиционным технологиям и остаются наиболее перспективными с точки зрения сохранения первичных природных ресурсов и отсутствия негативного влияния на экологию [2].

Таблица 10. Параметр растворимости полимеров
Полимер Параметр растворимости, *10'3 (Дж/м3)1/2 (Т=20 °С) [58] Параметр растворимости, *10'3 (Дж/м3)1/2 (Т=20 °С [59] Вклад дисперсионной составляющей Вклад дипольных взаимодействий Вклад водородных связей
ПТФЭ - 16,7 16,2 1,8 3,4
ПДМС 14,6 - - - -
ПВДФ - 23,2 17,0 12,1 10,2
ПЭ 15,9 17,6 16,8 3,8 3,8
ПП 16,2 18,0 17,7 2,9 1,2
ПММА 18,6 21,3 17,9 10,1 5,4
ПВХ 19,1 20,0 16,8 8,9 6,1
пвдх - 23,1 17,0 12,1 10,2
ПС - 21,5 18,5 8,5 7,0
ПВА - 25,7 20,9 11,3 9,7
пвс - 25,2 14,7 14,1 14,9
Таблица 11. Параметр растворимости некоторых растворителей
Растворитель Параметр растворимости, *10 (Д ж/м3)1/2 (Т=20 °С) [58] Параметр растворимости, *10'3 (Дж/м3)172 (Т=20 °С) [60]
Вода 46,4 47,9
Метанол 29,0 29,3
Этанол 25,4 26,0
1 -пропанол - 24,4
Ацетон 20,0 -
1-бутанол - 23,3
н-пентан 15,2
н-гексан 14,6 15,5
Хлороформ 18,6
Т етрах лорметан 17,2