Моделирование процесса микрофильтрации на трубчатом керамическом элементе

• Автор: Гусева, Елена Владимировна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 178 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Литературный обзор.
1.1. Керамические мембраны и их применение
1.2. Математическое моделирование процессов
разделения на трубчатых керамических мембранах
1.3. Технология производства лимонной кислоты
1.4. Постановка задачи
2. Экспериментальные исследования процесса микрофильтрации биосуспензии в системе микробиологического синтеза лимонной кислоты на трубчатом керамическом элементе.
2.1. Исследования керамической мембраны
2.1.1. Физико-химические свойства и материал
керамической мембраны
2.1.2. Исследование поровой структуры керамической мембраны
2.2. Экспериментальные исследования и результаты эксперимента по
изучению процесса микрофильтрации биосуспензии.
2.2.1. Описание экспериментальной установки
2.2.2. Результаты эксперимента по фильтрации биосуспензии на керамическом микрофильтрационном мембранном элементе
2.2.3. Экспериментальное определение распределения
частиц (микроорганизмов) по размерам в биосуспензии
2.2.4. Методы анализа свойств биосуспензии

3. Разработка математической модели процесса микрофильтрации в трубчатом керамическом элементе.
3.1. Исходные физические предпосылки микрофильтрационной
модели
3.2. Основные уравнения процесса микрофильтрации
3.3. Метод расчета процесса микрофильтрации биосуспензии
на трубчатом керамическом мембранном элементе
3.4. Результаты расчета трубчатого керамического мембранного
элемента
4. Математическое моделирование мембранного биореактора для получения лимонной кислоты
4.1. Математические модели кинетики биосинтеза
4.2. Разработка модели мембранного биореактора
4.3. Результаты расчета мембранного биореактора
непрерывного действия для получения лимонной кислоты
5. Динамическое моделирование и его использование для решения прикладных задач.
5.1. БреесШр - программный пакет для динамического
моделирования
5.2. Использование 8реесШр для технологических расчетов.
5.2.1. Расчет биореактора для производства лимонной
кислоты
5.2.2. Расчет трубчатого керамического мембранного
элемента
Основные результаты и выводы
Список использованной литературы
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Быстрый рост потребительских способностей современного общества требует от промышленности внедрения новых высокоэффективных технологий и совершенствование старых. Процессы разделения жидких систем играют важную роль во многих отраслях промышленности [1]. Для осуществления этих процессов применяют такие методы как перегонку, ректификацию, дистилляцию, адсорбцию и другие. Одним из наиболее универсальных методов разделения является разделение с использованием полупроницаемых мембран [2].
В то же время, значительный прогресс в области синтеза и переработки минерального сырья, технологии получения сверхтонких пленок, а также быстро растущая потребность в тонком разделении высокотемпературных и агрессивных сред обусловили в последние годы интенсивное развитие и использование мембран из различных керамических материалов. Благодаря ряду существенных преимуществ перед полимерными мембранами: более высокой термической, механической, химической и биологической стойкости, регулируемой пористой структуре, пониженной засоряемости, высокой производительности и возможности регенерации обратной импульсной промывкой или выжиганием, - они все шире применяются для очистки жидкостей и газов в биотехнологии, пищевой, фармацевтической, химической, металлургической и других отраслях промышленности.
В данной работе рассматриваются проблемы моделирования процесса микрофильтрации на трубчатом керамическом мембранном элементе. В качестве объекта моделирования взят процесс фильтрации биосуспензии, получающейся в результате ферментации при производстве лимонной кислоты. Лимонная кислота (ЛК) - одна из важных органических кислот. Она используется в пищевой промышленности, при производстве напитков, в
1.2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ НА ТРУБЧАТЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ
МЕМБРАНАХ
Задачей моделирования процессов разделения на мембранах является определение необходимой поверхности мембран, расчет потоков и их состава, определение потерь давления, выбор аппаратурного оформления и вспомогательного оборудования, в конечном итоге создание возможности прогнозирования эффективности использования мембран для различных систем и смесей [99].
К настоящему времени работы в этой области весьма ограничены, что связано в значительной степени, с отсутствием глубокого анализа процессов, протекающих при переносе вещества через керамическую мембрану.
Наиболее упрощенный подход к оценке скорости массопереноса через мембрану основан на использовании уравнения массопередачи, не отражающего механизма переноса [99]:
где Д и Д - коэффициенты массоотдачи; сопротивление мембраны, т -время.
Корреляции для определения коэффициентов Р] и р2 для каналов различной геометрической конфигурации приведены в литературе [100, 101]. Так как значение этих сведений крайне ограничено, то они могут быть
М - К*Р*Ат
(1.2.1)
где коэффициент массопереноса К определяется в обычной форме:
(1.2.2)