автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Гидродинамика и массообмен при хемосорбции диоксида углерода в мембранном микробарботажном аппарате

На правах рукописи Акимов Владимир Владимирович

Гидродинамика и массообмеи при хемосорбции диоксида углерода в мембранном микробарботажном аппарате

05.17.08 - процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 С 0К7 2011

Москва 2011

4857808

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете имени Д.И. Менделеева.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Дмитриев Евгений Александрович

доктор технических наук, профессор Таран Александр Леонидович кафедра процессов и аппаратов химической технологии Московского государственного университета тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

кандидат технических наук, доцент Романенко Юрий Константинович ООО «ГЕНОС»

Ведущая организация:

Московский государственный университет инженерной экологии

Защита состоится « » ноября 2011 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.204.03 в РХТУ им. Д. И. Менделеева (125047 г. Москва, Миусская пл., д. 9) в 443 ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-библиотечном центре РХТУ имени Д.И. Менделеева.

Автореферат диссертации разослан « ^ » октября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.204.03

Кандидат технических наук, Доцент

А. В. Женса

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Процессы, в основе которых лежит контакт между газом и жидкостью, такие как абсорбционная очистка газов, проведение химических реакций между газовой и жидкой фазами, флотация и другие, широко распространены в различных областях химической промышленности. При осуществлении этих процессов, одним из ключевых параметров является поверхность контакта взаимодействующих фаз. При этом величина поверхности непосредственно зависит от размеров получаемых пузырьков -чем меньший диаметр они имеют, тем больше величина поверхности раздела фаз (при одинаковом газосодержании в барботажном слое). В последнее время в литературе появился ряд публикаций, сообщающих о том, что при диспергировании газа через пористые мембраны образуются микропузырьки, имеющие размеры от 0.5 до 150 мкм. Благодаря малым размерам образующихся пузырьков процесс мембранного микробарботажа может быть положен в основу разработки высокоэффективных массообменных аппаратов. Такие аппараты могли бы проектироваться по типу кожухотрубного мембранного модуля и благодаря высокой удельной поверхности контакта фаз имели бы значительно меньшие размеры по сравнению с обычными барботажными аппаратами. При этом недостатки, связанные с ограничением нагрузок по газу и жидкости для таких аппаратов отсутствуют. Кроме того, имеются указания и на другие преимущества тонкого диспергирования газа перед обычным барботажом. Благодаря уникальным свойствам микропузырьков тонкое диспергирование газов может найти широкое применение в химической, пищевой и фармацевтической промышленностях, а также в области биотехнологии и медицины. Большой интерес представляет сравнение микробарботажного аппарата с мембранными контакторами на основе половолоконных мембран, применение которых к процессам абсорбционной очистки газов в настоящее время активно исследуется. Однако, несмотря на свою практическую значимость, детальные исследования гидромеханики процесса образования микропузырьков и межфазного массообмена в мембранных микробарботажных аппаратах до настоящего времени отсутствуют.

Цель работы и основные задачи исследования. Целью данной работы является теоретическое и экспериментальное исследование основных гидродинамических и массообменных характеристик процесса мембранного микробарботажа, направленное на выяснение возможности применения мембранных микробарботажных аппаратов для проведения массообменных процессов между газом и жидкостью.

В непосредственные задачи исследования входило: • Разработка и экспериментальная проверка математической модели

механики образования микропузырьков при инерционном воздействии

жидкой фазы.

• Теоретическое и экспериментальное исследование межфазного массообмена в мембранном микробарботажном аппарате на примере хемосорбции С02 из его смеси с воздухом растворами NaOH.

• Оценка эффективности мембранного микробарботажного аппарата. Научная новизна работы. Проведено теоретическое исследование

механики диспергирования газа через пористые мембраны при инерционном воздействии жидкой фазы. На основе рассмотрения баланса сил, действующих на микропузырек, в момент его роста на отверстии мембранной поры, получена математическая модель, описывающая зависимость среднего диаметра микропузырька от скорости набегающего потока жидкости, характеристик мембраны и физических свойств жидкой фазы. Проведено сравнение полученной модели с экспериментальными данными по микробарботажу на керамических и стеклянных мембранах с различным размером пор. Получены математические зависимости для описания основных массообменных параметров при проведении процесса хемосорбции в мембранном микробарботажном аппарате. Выполнено экспериментальное исследование процесса хемосорбции диоксида углерода из его смесей с воздухом растворами NaOH при различных скоростях жидкости в мембранном контакторе. Проведены эксперименты по физической абсорбции диоксида углерода в мембранном микробарботажном аппарате. Установлены зависимости основных массообменных параметров - удельной поверхности контакта фаз, межфазного потока поглощаемого вещества, коэффициентов массоотдачи - от скорости жидкости и от концентрации активной части поглотителя.

Практическое значение работы. Выявлены основные факторы, влияющие на гидродинамические и массообменные характеристики мембранного микробарботажа. Дана оценка эффективности мембранных микробарботажных аппаратов с точки зрения межфазного массообмена. Выработаны практические рекомендации по выбору оптимальных значений скорости жидкости, характеристик мембран, давления газа для проведения межфазного массообмена при микробарботаже. Полученные данные могут быть использованы для определения удельной поверхности контакта фаз в мембранных микробарботажных аппаратах, оценки и контроля размеров микропузырьков в аппаратах мембранной флотации, а также для определения основных размеров мембранных микробарботажных аппаратов.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Четвертом Международном конгрессе молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-2008" (Москва, 2008 г.) и на Всероссийской конференции "Молодые ученые и инновационные химические технологии (Москва, 2008 г.).

Публикация работы. По результатам работы опубликовано 3 научные статьи, 5 докладов в трудах конференций.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, семи глав (с подразделами), выводов, 3 приложений и списка литературы из 108

источников. Работа изложена на 169 страницах, содержит 60 рисунков, 10 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность использования мембранных микробарботажных аппаратов для проведения массообменных процессов между газом и жидкостью, ставится цель работы, намечаются пути решения

поставленных задач.

В первой главе приводится обзор основных гидродинамических характеристик процесса мембранного диспергирования газа. Рассмотрены основные факторы, влияющие на процесс микробарботажа, такие как характеристики мембраны, давление и расход газа, газосодержание, присутствие ПАВ.

К наиболее важным характеристикам используемых мембран относятся: распределение пор по размерам, порозность, тип поверхности и тип пористой структуры. Установлено, что чем больше средний диаметр пор мембраны и чем шире распределение размеров пор, тем больше размеры образующихся микропузырьков и тем больше их полидисперсность. Что касается влияния типа поверхности, то данные свидетельствуют о значительном увеличении диаметра образующихся микропузырьков для мембран с углами смачивания выше 45°. Таким образом, применение мембран с сильно гидрофобной поверхностью можно считать нецелесообразным. В настоящее время для проведения микробарботажа рекомендуется использовать стеклянные и керамические мембраны.

Давление, необходимое для осуществления микробарботажа, главным образом зависит от размера пор и для мембран с мелкими порами может достигать значительной величины. Поэтому использование мембран с порами меньше 100 нм может привести к высоким энергозатратам.

Важным параметром также является доля активных пор, поскольку, как

-г

й

71

отмечается, при величинах к > —

¿о у

может происходить взаимодеиствие

между соседними пузырьками, растущими на отверстиях пор, что приводит к изменению механизма отрыва. Этот факт следует учитывать при моделировании гидромеханики в микробарботажном аппарате.

Добавление в жидкую фазу ПАВ, как правило, приводит к уменьшению размеров образующихся микропузырьков, однако, в некоторых случаях, взаимодействие молекул ПАВ с поверхностью мембраны может приводить к ее гидрофобизации и увеличению размеров микропузырьков. Наиболее подходящим для проведения микробарботажа на стеклянных и керамических мембранах ПАВ является додецилсульфат натрия.

Во второй главе приводится анализ основных моделей переноса вещества с точки зрения их применимости к условиям массопередачи в мембранном микробарботажном аппарате, рассмотрены факторы, способные оказать влияние на массообменные параметры при микробарботаже, а также представлены имеющиеся в литературе данные по влиянию размеров микропузырьков на интенсивность протекания межфазного массообмена между газом и жидкостью.

Рассмотрение массопередачи в мембранном микробарботажном аппарате показывает, что наиболее подходящей для описания массопереноса из микропузырьков, движущихся в турбулентном потоке жидкости, можно считать пенетрационную модель. Однако при ее использовании, вероятно, потребуется внесение корректив на основе опытных данных с учетом влияния на коэффициенты массоотдачи таких гидродинамических факторов как скорость жидкости, размеры микропузырьков, характеристики мембран, давление газа, поверхностное натяжение жидкости. В тоже время особенности микробарботажа в аппарате с трубчатыми мембранами указывают на то, что в данном случае наиболее эффективным будет проведение хемосорбционных процессов.

Третья глава посвящена разработке математической модели механики образования микропузырьков при инерционном воздействии жидкой фазы.

Для получения уравнения, связывающего диаметр образующихся микропузырьков со скоростью жидкости, характеристиками мембраны и физическими свойствами жидкой фазы был рассмотрен баланс сил действующих на микропузырек в момент его роста на отверстии поры. Сила трения, действующая со стороны жидкости на пузырьки, расположенные по периметру мембраны в направлении, равном диаметру одного пузырька, имеет вид:

?> ^ «>2Рг.

4. 2 , , ,

Поскольку пузырьки при наличии в жидкости ПАВ имеют поверхность, аналогичную твердой, при определении коэффициента гидравлического трения пузырьки рассматривались как зернистая шероховатость и в случае малого газосодержания (~ 5 %) с достаточной точностью может быть использована формула Блазиуса X = 0.316Л1е025. Число пузырьков, расположенных по периметру мембраны, приближенно определялось исходя из диаметра пузырька в момент отрыва как пс1ы/с1. Учитывая это, получим величину силы трения, действующей на один пузырек:

„ X (ф,со2т/и2)£/ X , ,, ' 8 ж/м2 8 Н£ '

Анализ показывает, что поскольку на поверхности мембраны присутствуют поры разных размеров, а скорость роста пузырьков пропорциональна ¿Д на

(1)

поверхности мембраны присутствуют пузырьки, диаметры которых очень сильно отличаются друг от друга: под пузырьками большого диаметра расположены пузырьки очень малых диаметров. В ходе роста, поверхности пузырьков большого и малого диаметров сближаются, что приводит к возникновению нормальной составляющей сил взаимного давления меньших пузырьков на пузырек большего размера. Эта сила в момент отрыва должна быть пропорциональна размерам крупного пузырька. При этом сила трения потока жидкости дополнительно прижимает пузырьки друг к другу увеличивая силы их взаимного давления. При постоянной величине плотности и вязкости жидкости нормальная составляющая сил взаимного давления имеет вид:

Рп=Мг<й\ (3)

где Кип- эмпирически определяемые коэффициенты. В виду того, что величина нормальной силы зависит от расстояния между порами, соотношения размеров контактирующих пузырьков и шероховатости мембран, следует ожидать, что значения этих коэффициентов зависят от пористости мембран, среднего размера пор, распределения размера пор и шероховатости.

Реакция поверхностного натяжения на силы, действующие по нормали к поверхности мембраны, имеет вид:

/„= ткЧ. (4)

Реакция силы поверхностного натяжения на тангенциальные силы трения, действующая в направлении противоположном течению жидкости на элементарной длине окружности поры с11 будет:

(¡/^асоъ^сИ^аКсоъ^^а., (5)

где а - угол между направлением силы Ы1 и направлением противоположным направлению течения жидкости, Я - радиус мембранной поры. Интегрирование уравнения (5) по всей окружности поры дает выражение силы реакции поверхностного натяжения на тангенциальные силы, действующие вдоль поверхности мембраны:

/, = 4л|стсоз(а)^а = 4стЛ = 2сс10.

о

(6)

Поскольку тангенциальная и нормальная силы реакции поверхностного натяжения пропорциональны действующим тангенциальной и нормальной силам, получим уравнение баланса сил:

= (7)

Преобразовав уравнение (7) с учетом выражений (2) и (3), получим выражение для определения диаметра микропузырька:

(Хр^со2)2 +64(К(й")г

с1 =

(8)

При рассмотрении действующих сил не учитывалась подъемная архимедова сила, так как в данном случае она пренебрежимо мала по сравнению с тангенциальной силой трения и нормальной составляющей сил взаимного давления пузырьков.

Четвертая глава посвящена моделированию межфазного массообмена в мембранном микробарботажном модуле при хемосорбции.

Исследование межфазного массообмена в данной работе проводилось на примере хемосорбции диоксида углерода растворами щелочи различной концентрации, для чего использовалась методика, предложенная Данквертсом. Данный процесс включает две последовательные реакции:

С02 + ОН~= НС03" НСОз + ОН"= С0з2~+Н20. Таким образом, суммарная реакция протекает по уравнению:

С02 + 20Н~ = СОз2- + Н20. При достаточном избытке щелочи вторая реакция протекает практически мгновенно, поэтому процесс лимитируется первой реакцией, скорость которой определяется выражением:

Л^=£2[С02][0Н1. (9)

Поэтому при избытке ионов ОН данная реакция может рассматриваться в качестве реакции псевдо-первого порядка. Согласно основному уравнению массопередачи, мольный поток С02 из фазы в фазу может быть определен как:

М = ку(С0Л~С,а)Г = к'х (С, ^ - С01 , (Ю)

При достаточно быстрой химической реакции можно считать, что С0>/, = 0 и учитывая, что концентрации на границе раздела фаз связаны равновесием -

С10 = тСл1, из выражения (10) можно получить:

и - С«.ор

V (П)

1 т

. к'

\ у Л1 у

Далее рассмотрим решение, приводящее к выражению для коэффициента массоотдачи при хемосорбции. Рассматривается быстрая необратимая химическая реакция, вида:

уаА + у^В vdD>

при псевдо и-ом порядке по веществу А (соответствующему избытку вещества В). В этом случае константа скорости реакции кР определяется по выражениюкР = к„+тСЦ , в котором к„+т - константа скорости реакции порядка п+т. В качестве основного допущения принимается, что зона реакции начинается непосредственно у межфазной поверхности, концентрация вещества А в жидкости у границы раздела фаз принимается постоянной, а концентрация в глубине фазы принимается равной нулю. Процесс считается стационарным. Уравнение конвективной диффузии в данном случае можно записать в виде:

D

d2C, A dy2

• — к p С *,

(12)

с граничными условиями:

dC

y = 0 Ca= CA¡ y = oo С A = O

Обозначив-- = q , уравнение (12) можно представить в виде:

dy

,dq_ dC

D.

(13)

- А ы А

Интегрирование этого выражения с учетом второго граничного условия приводит к выражению:

dy

п + 1 D.

-с:

dC.

Поскольку —¡j- отрицательна, то:

' dC

dy

п + 1 V D

■С.

(14)

(15)

Таким образом, для скорости хемосорбции на границе раздела фаз можно записать:

л + 1

(16)

Na =-Da I*7'"

2kpDj» 2

í-' Ai П + 1

dy ),.o

Из выражения (16) следует, что в случае реакции псевдопервого порядка скорость хемосорбции может быть рассчитана как:

ffj = 4KD~aCA. ■ О7)

Тогда, учитывая, что при достаточно быстрой реакции САо = 0, получаем выражение для коэффициента массоотдачи при абсорбции, сопровождаемой реакцией псевдопервого порядка (считая также, что реакция имеет первый порядок по веществу В):

N' -=a/VD7= Jk2CBDA . (18)

к. =

(CAI-CA0)

Для соблюдения условия о псевдопервом порядке и выполнении допущения о достаточной скорости реакции выражение (20) рекомендуется использовать в диапазоне:

5 < аСВ <

' С 4

я

\v¡,CAI ;

(19)

где кх - коэффициент массоотдачи при физической абсорбции. Подставляя выражение (18) в уравнение (11), и учитывая, что Р=аУра5, получим:

СппаУ„„„

1 т

- +

М= -ГМ-Ш

ку ^кгСвОС0г

Уравнение (20) можно преобразовать к виду:

Ср,сУраб =_1_ +_т_

М куа а^к2СвОС01 '

г. ,, „__т

В координатах ———, ПГг~=п=== УРавнение (21) описывает прямую

1 1

линию с тангенсом угла наклона — и пересечением оси ординат в точке •

Таким образом, экспериментально исследовав зависимость у от л: можно определить удельную поверхность контакта фаз в аппарате и коэффициент массоотдачи в газовой фазе, что позволит установить эффективность межфазного массообмена в мембранном микробарботажном аппарате. Однако поскольку применение выражения (18) требует соблюдения условия (19), необходимо провести дополнительные исследования физической абсорбции с целью определения величины кх.

В пятой главе представлены объекты и цели экспериментального исследования, приведена схема лабораторной установки, описаны порядок проведения экспериментов и методики обработки экспериментальных данных.

Экспериментальные исследования, проводимые в рамках данной работы, направлены на выяснение основных гидродинамических и массообменных характеристик процесса мембранного микробарботажа.

Объектами исследования являлась: зависимость размеров микропузырьков, образующихся при диспергировании газа на трубчатых керамических мембранах с различным диаметром пор, от скорости протекающей в канале мембраны жидкости, а также зависимости межфазного мольного потока поглощаемого вещества, коэффициентов массоотдачи и удельной поверхности контакта фаз от скорости жидкости в мембранном модуле и от концентрации активной части поглотителя. Для проверки выполнения условия о псевдопервом порядке реакции были также проведены эксперименты по физической абсорбции чистого СОг водой.

Определение распределения размеров микропузырьков в данной работе осуществлялось одним из известных кинетических методов исследования дисперсных систем, основанном на анализе скорости всплытия микропузырьков из столба газожидкостной суспензии. При исследовании по данному методу экспериментально получают зависимость снижения уровня газожидкостного слоя от времени - АН = где величина АН - равна разности между начальной высотой слоя Н0 и высотой слоя в произвольный момент времени Я может быть описана функцией вида:

АН = Л#_

(22)

в которой ДНт и /о - экспериментально определяемые константы. На основе дальнейшего анализа зависимости (22) определяют интегральную и дифференциальную кривые распределения микропузырьков по размерам.

Исследование межфазного массообмена базировалось на использовании зависимости (23). При этом мольный поток поглощенного СОг в данной работе экспериментально определялся по изменению концентрации щелочи в растворе и рассчитывался по уравнению:

(с* -с а ж

—-(23)

Л/ =

Схема лабораторной установки для исследования гидродинамических и массообменных характеристик мембранного микробарботажного процесса представлена на рисунке 1.

Рис.1 Схема лабораторной установки для исследования гидродинамических и массообменных характеристик мембранно-абсорбционного процесса.

Установка состоит из мембранного модуля, в котором располагалась керамическая мембрана (использованные в данной работе мембраны имели средние размеры пор 0.5 мкм и 2.6 мкм), центробежного насоса для подачи жидкости, компрессора и баллона для подачи газов. В качестве жидкой фазы использовались 0.01 масс. % раствор додецилсульфата натрия и растворы ЫаОН: 0.03-0.07 кмоль/м3 (для мембраны с4 = 0.5 мкм) и 0.01-0.03 кмоль/м3 (для мембраны = 2.6 мкм). В качестве газовой фазы использовался воздух и

смесь воздуха и диоксида углерода с содержанием С02 10 об. %. Скорость жидкости варьировалась в диапазоне от от 0.5 м/с до 3.6 м/с. Расходы газа для мембраны с порами 0.5 мкм составляли от 26.5 л/ч до 101.4 л/ч (при рабочих давлениях 6.2 - 6.4 бар и Т = 293 К), для мембраны с порами 2.6 мкм от 25.8 л/ч до 100.7 л/ч (при рабочих давлениях 2.0 - 2.1 бар и Т = 293 К). Снятие кривых АН = /{t) производилось в колонне, выполненной из оргстекла и снабженной мерной шкалой.

Шестая глава посвящена проверке адекватности математической модели механики образования микропузырьков при инерционном воздействии жидкой фазы, изложенной в главе 3.

На рисунках 2 и 3 представлено сравнение экспериментальных данных с результатами математического моделирования. Рисунок 2 иллюстрирует данные, полученные на керамической мембране со средним размером пор 2.6 мкм. Наилучшее согласие с зависимостью (8) наблюдается при значениях коэффициентов К = 243.1 и п = 1.41, ошибка при этом составляет 8.5%. Рисунок 3 представляет данные, полученные на керамической мембране со средним размером пор 0.5 мкм. В этом случае лучшее согласие с зависимостью (8) наблюдается при К = 231.5 и п = 0.34, ошибка в этом случае 1.1%. Для сравнения на рисунках 2 и 3 приведены также литературные данные, полученные при диспергировании воздуха на трубчатых стеклянных мембранах. На рис. 2 приведены данные для стеклянной мембраны со средним размером пор 2.23 мкм. Сравнение с зависимостью (8) показывает, что для этой мембраны коэффициент К = 373.3, а коэффициент п = 1.6, при этом ошибка не превышает 6.3%. На рис. 3 приводятся данные для стеклянной мембраны со средним размером пор 0.55 мкм. Эти данные хорошо согласуются с зависимостью (8) при К = 3884 и п = 0.97. Ошибка в данном случае составляет 8.6%.

Анализируя полученные данные, можно сделать следующие выводы. Значения коэффициентов К для керамических мембран с различными диаметрами пор достаточно близки, в то время как показатель степени п для мембраны с порами 0.5 мкм в несколько раз ниже величины п для мембраны с порами 2.6 мкм. Это можно объяснить тем, что выступы шероховатости керамических мембран экранируют пузырьки малого диаметра, в результате чего снижается силовое воздействие мелких пузырьков на крупные, интенсифицированное силой трения жидкости. Снижение воздействия силы трения с уменьшением размеров микропузырьков также, по всей видимости, связано с тем, что рост микропузырьков малого размера (< 20 мкм) происходит главным образом внутри ламинарного подслоя, скорость жидкости в котором невелика и мало изменяется при увеличении скорости в ядре потока. Влияние шероховатости на средний диаметр пузырьков и величины К и п особенно заметно при сравнении экспериментальных данных, полученных на керамических и стеклянных мембранах. Для мембран с крупными порами (рис. 2) диаметры пузырьков, а так же величины Кип для шероховатых

керамических и гладких стеклянных мембран отличаются значительно меньше, чем аналогичные величины для мембран с мелкими порами (рис. 3).

Рис. 2 Зависимость диаметра микропузырьков от скорости жидкости в канале мембраны:

1) керамическая мембрана с do = 2.6 мкм;

2) стеклянная мембрана с do = 2.23 мкм.

Рис. 3 Зависимость диаметра микропузырьков от скорости жидкости в канале мембраны:

1) керамическая мембрана €¿0 = 0.5 мкм;

2) стеклянная мембрана с do = 0.55 мкм.

Это подтверждает наличие эффекта экранирования мелких пузырьков выступами шероховатости. Кроме эффекта экранирования, выступы шероховатости способствуют разъединению пузырьков, мешая контакту мелких пузырьков с крупными. В результате этого пузырьки на гладкой стеклянной мембране с мелкими порами (с/0 = 0.55 мкм) имеют диаметр в три раза меньше, чем диаметры пузырьков, полученных на шероховатой керамической мембране с порами 0.5 мкм. Общей закономерностью для керамических и стеклянных мембран является сильная зависимость от скорости жидкости при ее низких значениях (0.5 - 1 м/с) и весьма слабая при высоких. При скорости выше 2 м/с с Яе более 12000 диаметр пузырьков практически не зависит от скорости жидкости. Из приведенного выше анализа экспериментальных данных и зависимости, выраженной уравнением (8) можно заключить, что для получения пузырьков малого размера наиболее эффективно использовать мембраны с малой шероховатостью при скоростях жидкости около 2 м/с (Де ~ 12000).

Седьмая глава посвящена анализу эффективности межфазного массообмена в мембранном микробарботажном аппарате. Представлены зависимости удельной поверхности контакта фаз, межфазного потока и коэффициентов массоотдачи в газовой фазе от скорости жидкости в аппарате, а так же рассмотрено влияние концентрации щелочи в растворе на эффективность поглощения СОг.

и

На рисунках 4 и 5 показаны экспериментально полученные зависимости удельной поверхности контакта фаз и межфазного потока поглощаемого вещества от скорости жидкости.

31000 26000 т 21000

<3

16000 11000 6000

0.5 1 1.5 2 2,5 3 3.5 ы,м!с

.У

1' •

»2 • 1

Рис. 4 Зависимость удельной поверхности Рис. 5. Зависимость межфазного потока С02

контакта фаз от скорости жидкости: от скорости жидкости:

1) мембрана с с/о = 2.6 мкм; 1) мембрана с с/о = 2.6 мкм (Св = 0.03 кмоль/м3);

2) мембрана с с/о = 0.5 мкм. 2) мембрана с с/о = 0.5 мкм (Св = 0.07 кмоль/м3).

Рост удельной поверхности контакта фаз с увеличением скорости может быть объяснен уменьшением размеров образующихся микропузырьков, что также объясняет разницу в величинах удельной поверхности для мембран с различными порами и хорошо согласуется с результатами исследования гидродинамики процесса. Увеличение межфазного потока непосредственно связано с увеличением поверхности контакта, а также с ростом коэффициентов массоотдачи в газовой фазе, которые согласно полученным данным с увеличением скорости возрастают от 2.5-Ю"5 до 10.5 -10"5м/с для мембраны с с/0 = 0.5 мкм и от МО"4 до 3.5 10"4 м/с для мембраны с с!0 = 2.6 мкм.

Расчеты коэффициента массопередачи, проведенные на основе экспериментальных данных показывают, что для условий, исследованных в данной работе, коэффициент массопередачи в мембранном контакторе (рассчитанный по газовой фазе) имеет значения 1.6-10" - 4.5-10' м/с для мембраны с порами 0.5 мкм и 2.3'10"5 - 4.5'10'5 м/с для мембраны с порами 2.6 мкм.

Анализ влияния концентрации щелочи на величину межфазного потока показывает, что во всех случаях этот поток увеличивается с ростом концентрации, что объясняется увеличением коэффициента массоотдачи в жидкой фазе, рассчитанного по выражению (18).

Проверка выполнения условия (19) показала, что во всех случаях хемосорбции должен иметь место псевдопервый порядок реакции, коэффициент ускорения составил от 5.1 до 14.2.

Сравнение мембранного аппарата с барботажными аппаратами обычного типа по величинам удельной поверхности контакта фаз и коэффициентам массопередачи позволяет сделать вывод о том, что для достижения заданной степени поглощения мембранный микробарботажный аппарат может иметь рабочий объем в 5 - 20 раз меньше.

Также представляет большой интерес сравнение микробарботажного аппарата с мембранными контакторами на основе половолоконных мембран. Применение половолоконных мембран для проведения процесса хемосорбции СО2 в настоящее время активно исследуется.

На рисунке б приводится сравнение удельного межфазного потока С02 в микробарботажном аппарате и в мембранном контакторе с полимерными половолоконными мембранами при сопоставимых условиях.

Как видно из рисунка при использовании мембраны с диаметром пор 2.6 мкм удельный поток имеет значения 3.5-10"4 - 4.8-10"4 моль/м2-с, что весьма близко к данным для половолоконной мембраны (5.6-10"4 - 6.2-10"4 моль/м2-с). В случае мембраны с порами 0.5 мкм величина У (5.6-10"4 - 11.3-10"4 моль/м2-с) превосходит значения для половолоконной мембраны, особенно при скоростях жидкости 1.5 - 2.5 м/с. Это позволяет заключить, что при использовании микропористых мембран микробарботажный аппарат может иметь преимущества с точки зрения эффективности массообмена перед аппаратами с половолоконными мембранами.

Рис. 6 Сравнение удельного межфазного потока в микробарботажном аппарате и мембранном контакторе с половолоконными мембранами при хемосорбции СОг раствором ИаОН (Св = 0.1 кмоль/м3): 1) половолоконная мембрана с ¿/о = 0.2 мкм (литературные данные); 2) керамическая мембрана с ё0 = 2.6 мкм; 3) керамическая мембрана с ¿о = 0.5 мкм.

На основе полученных данных предложена методика расчета мембранного микробарботажного аппарата, состоящая в расчете основных размеров, таких как количество мембран, длинна и диаметр. Последовательность расчета можно представить в виде следующего алгоритма:

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Теоретически и экспериментально исследованы гидромеханика и массообмен в тонкодисперсных системах газ-жидкость. Тонкие газо-жидкостные дисперсии создавались путем микробарботажа через трубчатые микрофильтрационные керамические мембраны при воздействии набегающего потока жидкости.

2. Разработана математическая модель гидромеханики диспергирования газа на микропористых мембранах при инерционном воздействии жидкой фазы. На основе рассмотрения баланса сил, действующих на микропузырек в момент роста, получено уравнение, связывающее средний диаметр микропузырька со скоростью жидкости, характеристиками мембраны и физическими свойствами жидкой фазы. Адекватность модели доказана собственными экспериментами и сравнением с литературными экспериментальными данными.

3. Исследованы процессы абсорбции и хемосорбции при микробарботаже в подвижную жидкую фазу. Определены коэффициенты массоотдачи, удельные поверхности контакта фаз и межфазные потоки в микробарботажном аппарате при поглощении диоксида углерода из его смесей с воздухом чистой водой и растворами ИаОН.

4. Создана лабораторная установка для исследования гидромеханики образования микропузырьков и массообмена в процессе микробарботажа. Разработана экспериментальная методика для изучения распределения размеров микропузырьков. Проведены серии экспериментов по исследованию гидромеханики образования микропузырьков, физической абсорбции чистого диоксида углерода водой и хемосорбции диоксида углерода растворами ИаОН из его смесей с воздухом.

5. Показано, что величина удельной поверхности контакта фаз при микробарботаже в 8-30 раз больше, чем при обычном барботаже, что приводит к существенному уменьшению рабочего объема аппарата при одинаковой эффективности. Сравнение с мембранными половолоконными контакторами показывает, что при использовании микропористых керамических мембран величина удельного межфазного потока в микробарботажном аппарате сопоставима или выше, чем в половолоконном контакторе.

6. Разработана методика расчета основных размеров микробарботажного аппарата.

Список обозначений

а - удельная поверхность контакта фаз, м" ; Со - объемная концентрация в глубине фазы, кмоль/м3; Са, - объемная концентрация на границе раздела фаз, кмоль/м3; С/>, С", Сд - средняя, начальная и конечная объемные концентрации щелочи соответственно, кмоль/м3; Ба - коэффициент диффузии, м2/с; с1 -средний диаметр микропузырька, м; ¿о - средний диаметр отверстий мембранных пор, м; </м - внутренний диаметр трубчатой мембраны, м; F -площадь поверхности контакта в аппарате, м2; - нормальная составляющая сил бокового давления микропузырьков, Н; - сила трения, вызванная течением жидкости, действующая на один микропузырек, Н; /„ ~ реакция сил поверхностного натяжения на нормальные силы, действующие на микропузырек, Н; _/> — реакция сил поверхностного натяжения на тангенциальные силы, действующие на микропузырек, Н; % - ускорение свободного падения, м/с2;//- высота столба газожидкостной суспензии, м; У-удельный мольный межфазный поток (моль/м2-с); к„ - константа скорости химической реакции порядка п, м3/кмоль-с; А/> - константа скорости химической реакции, м3/кмоль'с; кх, ку — коэффициенты массоотдачи в жидкой и газовой фазах соответственно, м/с; кх' - коэффициент массоотдачи в жидкой

фазе при хемосорбции, м/с; М - межфазный поток поглощаемого вещества, кмоль/с; т - коэффициент распределения; Na - скорость хемосорбции компонента А, кмоль/м2'с; Р - давление газа, Па; S - степень поглощения; t -время, с; V - объемный расход, м3/с; Ураб - рабочий объем аппарата, м3; е -пористость мембраны; к - доля активных пор; X - коэффициент гидродинамического трения; ц - динамическая вязкость, Пас; v, -стехиометрический коэффициент при /-ом компоненте в уравнении химической реакции; р - плотность, кг/м3; а - поверхностное натяжение, Дж/м2; со -скорость жидкости, м/с. Нижние индексы: G - газовая фаза; L - жидкая фаза.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. A.M. Трушин, Е.А. Дмитриев, В.В. Акимов. К определению газосодержания на барботажных тарелках // Теор. основы хим. технол., 2008, т. 42, №3, с. 276 - 282.

2. A.M. Трушин, Е.А. Дмитриев, В.В. Акимов. Механика образования микропузырьков при диспергировании через поры микрофильтрационных мембран // Теор. основы хим. технол., 2011, т. 45, №1, с. 28 -34.

3. В.В. Акимов, Е.А. Дмитриев, A.M. Трушин. Исследование массообмена при хемосорбции СОг в мембранном микробарботажном аппарате // Теор. основы хим. технол., 2011, т.45, №6, с. 1 - 7.

4. В.В. Акимов, Е.А. Дмитриев, A.M. Трушин. Исследование абсорбционно-мембранного процесса // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Т. XXI. № 2.-М.:РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007, с. 59 - 62.

5. В.В. Акимов, H.A. Мамченков, Е.А. Дмитриев. Исследование процесса получения тонких газо-жидкостных дисперсий // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Т. XXIII. № 2.-М.:РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009, с. 57-61.

6. В.В. Акимов, H.A. Мамченков, A.M. Трушин, Е.А. Дмитриев, Г.Г. Каграманов, П.С. Судиловский. Распределение по размерам пузырьков, полученных при мембранном диспергировании газа в неподвижный слой жидкости // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Т. XXIII. № 2.-М.:РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009, с. 53 - 57.

7. В.В. Акимов, JI.H. Крылов, Е.А. Дмитриев, A.M. Трушин. Математическая модель гидромеханики образования микропузырьков при инерционном воздействии жидкой фазы // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Т. XXIV. № 2.-М.:РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007, с. 56 - 59.

8. В.В. Акимов, К. В. Заморский, Е.А. Дмитриев, A.M. Трушин. Исследование процесса хемосорбции двуокиси углерода в мембранном микробарботажном контакторе // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Т. XXIV. № 2.-М.:РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007, с. 51 -55.

Заказ №57-а/09/2011 Подписано в печать 21.09.2011 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 0,8

д ООО "Цифровичок", тел. (495) 649-83-3 0

Ц^)) www.cfr.ru ; е-таИ:info@cfr.ru

ч •.....у/

Список обозначений.3 стр.

Введение.7 стр.

Литературный обзор

Раздел 1. Основные гидродинамические закономерности мембранного диспергирования газов.11 стр.

1.1 Характеристики мембран, используемых для осуществления процесса микробарботажа.11 стр.

1.2 Давление, расход газа и газосодержание в мембранном микробарботажном контакторе.21 стр.

1.3 Влияние ПАВ на гидродинамические и массообменные характеристики процесса микробарботажа.29 стр.

Раздел 2. Массообмен между газом и жидкостью при микробарботаже.38 стр.

2.1 Модели переноса вещества и факторы, влияющие на параметры массопередачи.38 стр.

2.2 Интенсификация массообменных процессов при микробарботаже.54 стр.

Выводы из литературного обзора и постановка задач исследования.65 стр.

Теоретическая часть

3.1 Математическая модель механики образования микропузыръков при инерционном воздействии жидкой фазы.69 стр.

3.2 Моделирование межфазного массообмена в мембранном контакторе при хемосорбции.80 стр.

Экспериментальная часть

4.1 Объекты и цели исследования.96 стр.

4.2 Экспериментальная методика определения зависимости размеров микропузыръков от скорости жидкости в канале мембраны.99 стр.

4.3 Экспериментальная методика исследования межфазного массообмена в мембранном микробарботажном модуле.102 стр.

4.4 Описание лабораторной установки для исследования гидродинамических и массообменных характеристик мембранно-абсорбционного процесса и порядок проведения экспериментов.108 стр.

Обсуждение результатов

5.1 Проверка адекватности математической модели механики образования микропузыръков при инерционном воздействии жидкой фазы.113 стр.

5.2 Эффективность межфазного массообмена в мембранном контакторе.118 стр.

Выводы.135 стр.

Процессы, в основе которых лежит контакт между газом и жидкостью, такие как абсорбционная очистка газов, ректификация, проведение химических реакций между газовой и жидкой фазами, флотация и другие, широко распространены в различных областях химической промышленности. При осуществлении этих процессов, одним из ключевых параметров является поверхность контакта взаимодействующих фаз. При этом величина поверхности непосредственно зависит от размеров получаемых пузырьков — чем меньший диаметр они имеют, тем больше величина поверхности раздела фаз (при одинаковом газосодержании в барботажном слое).

В настоящее время в промышленности контакт между газом и жидкостью осуществляется, главным образом, в тарельчатых или насадочных колоннах. Невысокая удельная поверхность контакта в таких аппаратах обуславливает их большие размеры, а следовательно высокие капитальные затраты на изготовление. Монтаж и техническое обслуживание колонн связано с большими трудностями. Кроме того, эти аппараты имеют ряд недостатков, связанных с ограниченностью допустимых нагрузок по газу и жидкости вследствие возможности захлебывания, а также уноса или провала жидкости с тарелки.

В последнее время в литературе появился ряд публикаций [1-3], сообщающих о том, что при диспергировании газа через пористые мембраны образуются микропузырьки, имеющие размеры от 0.5 до 150 мкм. Благодаря столь малым размерам микропузырьки обладают рядом уникальных свойств и могут найти широкое применение в химической, пищевой, фармацевтической промышленности, а так же в области биотехнологии и медицины. Так в работе [1] указывается на возможность применения процесса мембранного диспергирования газа для создания высокоэффективных аппаратов газожидкостного контакта — абсорберов, реакторов, ферментеров. В работе [4] процесс мембранного диспергирования газа был применен для очистки сточных вод от органических красителей. При этом было обнаружено, что распределение кислорода в виде микропузырьков увеличивает константу скорости разложения органического вещества более чем в два раза. В пищевой промышленности тонкое диспергирование газа может быть использовано для улучшения текстуры и свойств продуктов на кремовой и гелевой основах [5]. В химической технологии образование микропузырьков может быть использовано для получения различных высокопористых материалов, таких например как микроячеичные пластичные пены [6]. Широкое применение микропузырьки находят и в области флотации [7-10]. При этом важной отличительной особенностью данного процесса является увеличение эффективности флотирования мелких частиц, размеры которых сопоставимы с размерами микропузырьков.

Процесс мембранного микробарботажа схематично представлен на рис. 1. В ходе процесса газовая фаза продавливается через поры внутрь трубчатой мембраны. Образующиеся при этом микропузырьки срываются и уносятся потоком набегающей жидкости, которая может содержать ПАВ.

Параметры процесса:

1. Давление газа

2. Скорость жидкости

Характеристики мембраны

1. Форма пор

2. Порозность

3. Тип поверхности I

Свойства жидкости:

1. Вязкость

2. Плотность

3. Поверхностое натяжение

Рис.1 Факторы, влияющие на размеры микропузырьков.

К факторам, влияющим на размеры микропузырьков можно отнести:

• Характеристики мембраны, такие как порозность, размер и форма пор, тип поверхности и другие.

• Физические свойства жидкости.

• Давление газа и газосодержание.

• Скорость жидкости.

Следует отметить, что скорость жидкости и размеры пор оказывают наибольшее влияние на размеры микропузырьков. Так в работах [1,2] процесс получения микропузырьков осуществлялся путем диспергирования газа через трубчатые стеклянные и керамические мембраны с различным средним размером пор, внутри которых с разной скоростью протекала жидкость. При этом экспериментально была выявлена зависимость среднего диаметра образующегося пузырька от скорости жидкости. Кроме того, отмечается, что с уменьшением размера пор мембраны уменьшаются и размеры образующихся пузырьков. Процесс мембранного микробарботажа может также быть осуществлен путем диспергирования газа через плоскую мембрану в неподвижную жидкую фазу. Однако, как отмечается в работе [3], образующиеся в данном случае микропузырьки имеют размеры больше, чем в случае инерционного воздействия жидкой фазы.

С точки зрения практического применения процесса микробарботажа большое значение имеют размеры образующихся микропузырьков, а так же эффективность массообмена при тонком диспергировании газа. Однако детальные исследования гидромеханики процесса образования микропузырьков и межфазного массообмена в мембранном контакторе до настоящего времени отсутствуют.

Из сказанного выше следует, что процесс мембранного микробарботажа может быть положен в основу разработки высокоэффективных массообменных аппаратов. Такие аппараты могли бы проектироваться по типу кожухотрубного мембранного модуля и благодаря высокой удельной поверхности контакта имели бы значительно меньшие размеры по сравнению с колонными аппаратами. При проектировании таких аппаратов важнейшее значение приобретает исследование зависимости размеров микропузырьков от указанных выше факторов, а так же исследование эффективности межфазного массообмена в мембранном микробарботажном контакторе.

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.

Выводы

1. Теоретически и экспериментально исследованы гидромеханика и массообмен в тонкодисперсных системах газ-жидкость. Тонкие газожидкостные дисперсии создавались путем микробарботажа через трубчатые микрофильтрационные керамические мембраны при воздействии набегающего потока жидкости.

2. Разработана математическая модель гидромеханики диспергирования газа на микропористых мембранах при инерционном воздействии жидкой фазы. На основе рассмотрения баланса сил, действующих на микропузырек в момент роста, получено уравнение, связывающее средний диаметр микропузырька со скоростью жидкости, характеристиками мембраны и физическими свойствами жидкой фазы. Адекватность модели доказана собственными экспериментами и сравнением с литературными экспериментальными данными.

3. Исследованы процессы абсорбции и хемосорбции при микробарботаже в подвижную жидкую фазу. Определены коэффициенты массоотдачи, удельные поверхности контакта фаз и межфазные потоки в микробарботажном аппарате при поглощении диоксида углерода из его смесей с воздухом чистой водой и растворами №ОН.

4. Создана лабораторная установка для исследования гидромеханики образования микропузырьков и массообмена в процессе микробарботажа. Разработана экспериментальная методика для изучения распределения размеров микропузырьков. Проведены серии экспериментов по исследованию гидромеханики образования микропузырьков, физической абсорбции чистого диоксида углерода водой и хемосорбции диоксида углерода растворами №ОН из его смесей с воздухом.

5. Показано, что величина удельной поверхности контакта фаз при микробарботаже в 8-30 раз больше, чем при обычном барботаже, что приводит к существенному уменьшению рабочего объема аппарата при одинаковой эффективности. Сравнение с мембранными половолоконными контакторами показывает, что при использовании микропористых керамических мембран величина удельного межфазного потока в микробарботажном аппарате сопоставима или выше, чем в половолоконном контакторе.

6. Разработана методика расчета основных размеров микробарботажного аппарата.

Основываясь на полученных данных, можно дать следующие практические рекомендации. При проектировании массообменных микробарботажных аппаратов для получения наибольшей поверхности контакта фаз следует использовать керамические или стеклянные мембраны с малой шероховатостью и средним размером пор 0.2 — 3.0 мкм. Наиболее оптимальным диапазоном скоростей жидкости для проведения процесса следует считать 1.5 — 2.5 м/с. Соотношение расходов газа и жидкости в аппарате должно быть таким, чтобы газосодержание в дисперсии не превышало 30 %, при больших величинах газосодержания возможно нарушение механизма образования микропузырьков, приводящее к уменьшению удельной поверхности контакта фаз в аппарате. При выборе размера мембранных пор следует решать компромисс между увеличением поверхности контакта фаз с одной стороны, приводящем к уменьшению рабочего объема аппарата и возрастанием давления в аппарате, приводящем к увеличению энергозатрат с другой стороны. Для достижения наибольшей эффективности массообмена необходимо использовать химические поглотители.

Полученные в работе данные могут быть применены в следующих практических областях:

• Определение удельной поверхности контакта фаз в мембранных микробарботажных аппаратах

• Определение размеров микропузырьков в аппаратах мембранной флотации.

• Определение основных массообменных параметров в мембранных аппаратах газожидкостного контакта (абсорберах, химических реакторах, ферментерах и др.).

Мембранные микробарботажные аппараты могут найти применение в области очистки различных газовых смесей (например, очистки биогаза от диоксида углерода), в области проведения различных химических реакций (гидрирование, окисление), в области очистки сточных вод от различных загрязнений (органических красителей, масел, оксидов железа и др.)

1. Kukizaki M., Goto M. Size control of nanobubbles generated from Shirasu-porous-glass (SPG) membranes. // Journal of membrane science. 2006. V. 281. p. 386.

2. Kukizaki M. Microbubble formation using asymmetric Shirasu-porous-glass (SPG) membranes and porous ceramic membranes — A comparative study. // Colloids and surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2009. V. 340. p. 20.

3. Kukizaki M., Goto M. Spontaneous formation behavior of uniform-sized microbubbles from Shirasu-porous-glass (SPG) membranes in the absence of water-phase flow. // Colloids and surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2006. V. 296. p. 174.

4. Tasaki T., Wada T., Fujimoto K., Kai S., Ohe K., Oshima T., Baba Y., Kukizaki M. Degradation of methyl orange using short-wavelength UV irradiation with oxygen microbubbles. // Journal of hazardous materials. 2009. V. 162. № 2. p. 1103.

5. Ganan-Calvo A.M., Gordillo J.M. Perfectly monodisperse microbubbling by capillary flow focusing. // Phys. review letters. 2001. V. 87. p. 274.

6. Shafi M.A., Lee J.G., Fulmerfalt R.W. Prediction of cellular structure in free expansion polymer foam processing. // Polym. Eng. Sci. 1996. V. 36. p.950.

7. Rodrigues R.T., Rubio J. New basis for measuring bubbles size distribution. // Minerals Eng. 2003. V. 16. № 8. p. 757.

8. Ahmed N., Jameson G.J. The effect of bubble size on the rate of flotation of fine particle. // International journal of mineral processing. 1985. V. 14. № 3. p. 195.

9. Yoon R.-H. Microbubble flotation. // Minerals Eng. 1993. V.6. № 6. p. 619.

10. Yoon R.-H., Lutterell G.H. A hydrodynamic model for bubble particle attachment. // Journal of Colloid and interface science. 1992. V. 154. № 1. p. 129.

11. Kukizaki M., Nakashima T. Acid leaching process in the preparation of porousglass membranes from phase separated glass in the Na20-Ca0-Mg0-Al203-B203

12. Si02 system. // Membrane. 2004. V. 29. p.301.160

13. Kukizaki M., Nakashima T., Song G., Kohama Y. Monodispersed nanobubbles generated from porous glass membrane and bubble size control. // Kagaku Kogaku Ronbun. 2004. V. 30. p. 654.

14. Xu N.P., Xing W.H., Zhao Y.J. Separation technology and application of inorganic membrane. Beijing.: Chemical industrial press. 2003.

15. Tsuru T. Inorganic porous membranes for liquid phase separation. // Sep. Purif. Meth. 2001. V.30. p.191.

16. Dong Y., Liu X., Ma Q., Meng G. Preparation of cordierite-based porous ceramic microfiltration membranes using waste fly ash as the main raw materials. // Journal of membrane science. 2006. V. 285. p. 173.

17. Almandoza M.C., Marchese J., Pradanos P., Palacio L., Hernandez A. Preparation and characterization of non-supported microfiltration membranes from aluminosilicates. // Journal of membrane science. 2004. V. 241. p. 95.

18. Kukizaki M., Goto M. Preparation and characterization of new asymmetric type of Shirasu porous glass (SPG) membrane used for membrane emulsification. // Journal of membrane science. 2007. V. 299. p. 190.

19. Kukizaki M., Wada T. Effect of the membrane wettability on the size and size distribution of microbubbles formed from Shirasu porous glass (SPG) membrane. // Colloids and surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2008. V. 317. p. 146.

20. Yasuda H.K., Lin J.N. Small bubble oxygenation membrane. // J. Appl. Polym. Sci. 2003. V. 90. p. 387.

21. Katoh R., Asano Y., Furuya A., Sotoyama K., Tomita M. Preparation of food emulsions using a membrane emulsification system. // Journal of membrane science. 1996. V. 113. p. 131.

22. Scherze I., Marzilger K., Muschiolik J. Emulsification using micro porous glass membrane (MPG): surface behavior of milk proteins. // Colloids Surf. B. 1999. V. 12. p. 213.

23. Yasuno M., Nakajima M., Iwamoto S., Maruyama T., Sugiura S., Kobayashi I., Shono A., Satoh K. Visualization and characterization of SPG membrane emulsification. // Journal of membrane science. 2002. V. 210. p. 29.

24. Vladislavljevic G.T., Schubert H. Influence of process parameters on droplet size distribution in SPG membrane emulsification and stability of prepared emulsion droplets. // Journal of membrane science. 2003. V. 225. p. 15.

25. Anagbo P.E., Brimacombe J.K. Plume characteristics and liquid circulation in gas injection through a porous plug . // Metall. Mater. Trans. B. 1990. V. 2IB. p.637.

26. Iguchi M., Kaji M., Morita Z. Effects of pore diameter, bath surface pressure, and nozzle diameter on the bubble formation from a porous nozzle. // Metall. Mater. Trans. B. 1998. V. 29B. p.1209.

27. Vladislavljevic G.T., Shimizu M., Nakashima T. Permeability of hydrophilic and hydrophobic Shirasu-porous-glass (SPG) membranes to pure liquids and its microstructure. // Journal of membrane science. 2005. V. 250. p. 69.

28. Vladislavljevic G.T., Schubert H. Preparation and analysis of oil-in-water emulsions with a narrow droplet size distribution using Shirasu-porous-glass (SPG) membranes. // Desalination. 2002. V. 144. p. 167.

29. Kukizaki M., Baba Y. Effect of surfactant type on microbubble formation behavior using Shirasu-porous-glass (SPG) membranes. // Colloids and surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2008. V. 326. p. 129.

30. Painmanakul P., Loubiere K., Hebrard G., Mietton-Peuchot M., RoustanM. Effect of surfactants on liquid-side mass transfer coefficients. // Chem. Eng. Sci. 2005. V. 60. p. 6480.

31. Sardeing R., Painmanakul P., Hebrard G. Effect of surfactants on liquid-side mass transfer coefficients in gas-liquid systems: A first step to modeling. // Chem. Eng. Sci. 2006. V. 61. p. 6249.

32. Cuenot В., Magnaudet J., Spennato B. The effect of slightly soluble surfactants on the flow around a spherical bubble. // J. Fluid. Mech. 1997. V. 339. p. 25.

33. Calderbank P.H., Moo-Young M.B. The continous phase heat and masstransfer properties of dispersions. // Chem. Eng. Sci. 1961. V. 16. p. 39.

34. Takemura F., Yage A. Rising speed and dissolution rate of carbon dioxide bubble in slightly contaminated water. // Journal of Fluid Dynamics. 1999. V. 378. p. 319.

35. Whitman W.G. Two-film theory of absorption. // Chem. and Met. Eng. 1923. V. 29. p. 147.

36. Рамм B.M. Абсорбция газов. Москва: Химия. 1976.

37. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. Изд. 2-ое. Москва: Наука. 1967.

38. Higbie R. The rate of absorption of pure gas into a still liquid during short periods of exposure. // Trans. Am. Inst. Chem. Eng. 1935. V. 31. p. 365.

39. Danckwerts P.V. Significance of liquid films coefficients in gas absorption. // Ind. Eng. Chem. 1951. V. 43. p. 1460.

40. Richardson J.F. Coulson J.M. Chemical Engineering, sixth edition. V. 1. Oxford: Butterworth-Heinemann. 1999.

41. Toor H.L., Marchello J.M. Film-penetration model for mass and heat transfer. // AIChE Journal. 1958 V. 4. p. 97.

42. Valentine F.H.H. Absorption in gas-liquid dispersions: Some aspects of bubble technology. London: E.& F. Spon. ltd. 1967.

43. Дильман B.B. К теории тепло- и массообмена при турбулентном течении. // ТОХТ. 1967. т.1. №4. с. 438.

44. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. Изд. 2-ое. Москва: Физматгиз. 1959.

45. Еленков Д. Влияние добавок поверхностноактивных веществ на массопередачу в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость. // ТОХТ. 1967. т.1. №2. с. 158.

46. Демченко Б.И. Исследование влияния поверхностного натяжения и некоторых других факторов на массопередачу в жидкой фазе при абсорбции газов. Диссертация к.т.н. Москва: МХТИ им. Д.И. Менделеева. 1971.

47. Scriven L.E., Sterhling C.V. On cellular convection driven by surface tension gradients: effects of mean surface tension and surface viscosity. // Journal of Fluid Mech. 1964. V. 19. № 3. p. 321.

48. Фурмер Ю.В., Аксельрод Ю.В., Дильман B.B. Лашаков A.JL Экспериментальное исследование межфазной турбулентности при абсорбции осложненной химической реакцией. // ТОХТ. 1971. т.5 №1. с.134.

49. Madhavi Т., Golder А.К., Samanta A.N., Ray S. Studies on bubble dynamics with mass transfer. // Chem. Eng. Journal. 2007. V. 128. p. 95.

50. Fukunaka Y., Jiang Y., Yamamoto Т., Asaki Z., Kondo Y. Nonuniformity of NaOH concentration and effective bubble diameter in ССЬ injection into aqueous NaOH solution. //Metal Transact. B. 1989. V. 20B. p. 5.

51. Brian P.L.T., Hurley J.F., Hasseltine E.H. Penetration theory for gas absorption accompanied by a second order chemical reaction. // AIChE Journal. 1961 V. 7. p. 226.

52. Heit G., Braun A.M. Spatial resolution of oxygen measurements during VUV-photolysis of aqueous systems. // Journal Inf. Record. 1996. V.22. p. 543.

53. Han W., Zhang P., Zhu W., Yin J., Li L. Photocatalysis of p chlorobenzoic acid in aqueous solution under irradiation of 254 nm and 185 nm UV lights. I I Water Res. 2004. V.38. p. 4197.

54. Wang C., Wang X., XU B., Zhao J., Mai B., Peng P., Sheng G., Fu J. Enhanced photocatalytic performance of nanosized coupled ZnO/SnC>2 photocatalysts for methyl orange degradation. // Journal Photochem. Photobiol. A: Chem. 2004. V. 168. p. 47.

55. Cui Z.F., Chang S., Fane A.G. The use of gas bubbling to enhance membrane process. // Journal of membrane science. 2003. V. 221. p. 1.

56. Cui Z.F. Experimental investigation on enhancement of cross-flow ultrafiltration with air sparging, in: R. Paterson (Ed.), Effective membrane processes New Respectives. London: Mechanical Eng. Publications ltd. 1993. p. 237.

57. Cui Z.F., Wright K.L.T. Gas-liquid two-phase cross-flow ultrafiltration of dextrans and BSA solution. // Journal of membrane science. 1994. V. 90. p. 183.

58. Cui Z.F., Wright K.L.T. Flux enhancements with gas sparging in downward ultrafiltration: performance and mechanism. // Journal of membrane science. 1996. V. 117. p. 109.

59. Bellara S.R., Cui Z.F., Pepper D.S. Gas sparging to enhance permeate flux in ultrafiltration using hollow fibers membranes. // Journal of membrane science. 1996. V. 121. p. 175.

60. Cui Z.F., Bellara S.R., Homewood P. Airlift cross-flow membrane filtration — feasibility study dextrane ultrafiltration. // Journal of membrane science. 1997. V. 128. p. 83.

61. Li Q.Y., Cui Z.F., Pepper D.S. Effect of bubble size and frequency on permeate of gas sparged ultrafiltration with tubular membranes. // Chem. Eng. Journal. 1997. V. 67. №1. p. 71.

62. Ghosh R., Cui Z.F. Mass transfer in gas sparged ultrafiltration: upward slug-flow in tubular membranes. // Journal of membrane science. 1999. V. 162. p. 91.

63. Hosney A.Y., O'Keefe T.J., Johnson J.W., James W.I. Effect of gas sparging on mass transfer zinc electrolytes. // Journal Appl. Electrochem. 1992. V.22. p. 596.

64. Imasaka T., Kanekuni N., So H., Yoshini S. Cross-flow filtration of membrane fermentation broth by ceramic membranes. // Journal Ferment. Bioeng. 1989. V. 68. p.200.

65. Imasaka T., So H., Matsushita K., Kurukawa T., Kanekuni N. Application of gas-liquid two-phase cross-flow filtration to pilot-scale methane fermentation. // Drying Technol. 1993. V. 11. p. 769.

66. Cui Z.F., Wright K.I.T. Enhancement of microfiltration of yeast solution, in: Proceedings of the Engineering in membrane processes II Environmental Applications, II Ciocco. Italy. 1994. p. 26.

67. Sur H.W., Cui Z.F. Experimental study on the enhancement of yeast microfiltration with gas sparging. // Journal Chem. Technol. Biotechnol. 2001. V.76. p. 477.

68. Unger E., Matsunaga T.O., Schumann P.A., Zutshi R. Microbubbles in molecular imaging and therapy. // Medicamundi. 2003. V. 47. № 1. p. 58.

69. Meng J.C.S., Uhlman J.S. Microbubble formation and splitting in a turbulent boundary layer for turbulence reduction, in: Proceedings of the international symposium on seawater drag reduction. 1998. p.341.

70. Fujikawa S., Zhang R. Hayama S., Peng J. The control of micro-air-bubble generation by a rotational porous plate. // Journal Multiphase Flow. 2003. V. 29. p. 1221.

71. Sullivan S.L., Hardy B.W., Holland C.D. Formation air bubbles at orifices submerged beneath liquids. // AIChE J. 1964. V. 10. №6. p. 848.

72. Marshall S.H., Chudacek M.W., Bagster D.F. A model for bubble formation from an orifice with liquid cross-flow. // Chem. Eng. Sci. 1993. V. 48. p. 2049.

73. Terasaka K., Murata S., Tsutsumino K. Bubble distribution in shear flow of highly viscous liquids. // Can. J. Chem. Eng. 2003. V. 81. p. 470.

74. Schroder V., Behrend O., Schubert H. Production of emulsions using microporous ceramic membranes. // Colloids and surfaces A. 1999. V. 152. p. 103.

75. Kobayashi I., Yasuno M., Iwamoto S., Shono A., Satoh K., Nakajima M. Microscopic observation of emulsion droplet formation from a polycarbonate membrane. // Colloids and surfaces A. 2002. V. 207. p. 185.

76. Abrahamse A.J., Van Lierop R., Van der Sman R.G.M., Van der Padt A., Boom R.M. Analysis of droplet formation and interactions during cross-flow membrane emulsification. // Journal of membrane science. 2002. V. 204. p. 125.

77. Joscelyne S.M., Tragardh G. Membrane emulsification a literature review. // Journal of membrane science. 2000. V. 169. p. 107.

78. Ролдугин В.И. Физикохимия поверхности. Долгопрудный: Интеллект. 2008.

79. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М.: Недра. 1982.

80. Skudarnov P.V., Lin С.Х. Drag reduction by gas injection into turbulent boundary layer: density ratio effect. // International Journal of Heat and fluid flow. 2006. V. 27. p. 436.

81. Cui Z., Fan J.M., Park A.-H. Drag coefficients for a settling sphere with microbubble drag reduction effects. // Powder technology. 2003. V. 138. p.132.

82. Астарита Д. Массопередача с химической реакцией. Москва: Химия. 1971.

83. Hatta S. On the absorption velocity of gases by liquids. // Tech. Repts. Tohoku Imp. Univ. 1932. V. 10. p. 119.

84. Van Krevelen D.W., Hoftijzer P.J. Kinetics of gas-liquids reactions. Part I. General theory. // Rec. Trav. Chim. 1948. V. 67. p. 563.

85. Van Krevelen D.W., Hoftijzer P.J. Graphical design of gas-liquid reactors. // Chem. Eng. Sci. 1953. V. 2. №4. p. 145.

86. Van Krevelen D.W., Hoftijzer P.J. Micro- and macro- kinetics: general introduction to the symposium. // Chem. Eng. Sci. 1958. V. 8. № 1-2. p. 5.

87. Danckwerts P.V. Absorption by simultaneous diffusion and chemical reactions. // Trans. Faraday Soc. 1950. V. 46. p. 300.

88. Данквертс П.В. Газо-жидкостные реакции. Москва: Химия. 1973.

89. Хоблер Т. Массопередача и абсорбция. Москва: Химия. 1964.167

90. Yoshida F., Miura Y. Gas absorption in agitated gas-liquid contactors. // Ind. Eng. Chem. 1963. V. 2. № 4. p. 263.

91. Yoshida F., Miura Y. Effective interfacial area in packed columns for absorption with chemical reaction. // AIChE J. 1963. V. 9. № 3. p. 331.

92. Chem-Jung II., Chiang-Hai K. General mathematical model for mass transfer accompanied by chemical reaction. // AIChE J. 1963. Y. 9. № 2. p. 161.

93. Фролов Ю.Г. Коллоидная химия. Москва: Химия. 1989.

94. Цюрупа Н.Н. Распределение диспергированной фазы по размеру частиц. // Коллоидный журнал. 1964. т. 24. № 1. с. 117.

95. Sharma М.М., Danckwerts P.V. Chemical methods of measuring interfacial area and mass transfer coefficients in two-fluids system. // British Chem. Eng. 1970. V. 15. №4. p. 522.

96. Винтер A.A. Определение поверхности контакта фаз на барботажных тарелках. Диссертация к.т.н. Москва: МХТИ им. Д.И. Менделеева. 1966.

97. Pohorecki R., Moniuk W. Kinetics of reaction between carbon dioxide and hydroxyl ions in aqueous electrolyte solution. // Chem. Eng. Sci. 1988. V. 43. p. 1677.

98. Pohorecki R., Moniuk W., Zdrojkowski A. Hydrodynamics of bubble, column under elevated pressure. // Chem. Eng. Sci. 1999. V. 54. p. 5187.

99. Maalej S., Benadda В., Otterbein M. Interfacial area and volumetric mass transfer coefficient in a bubble reactor at elevated pressure. // Chem. Eng. Sci. 2003. V. 58. p. 2365.

100. Бобылев B.H. Физические свойства наиболее известных химических веществ. Москва: РХТУ им Д.И. Менделеева. 2003.

101. Versteeg G.F., Van Swaaij W.P.M. Solubility and diffusivity of acid gases (C02 and N20) in aqueous alkaloamin solutions. // Journal of Chem. Eng. Data. 1988. V.33.p. 29.

102. Очистка технологических газов. // под ред. Семеновой Т.А., Лейтеса И.Л. изд. 2-ое пер. и доп. Москва: Химия. 1977.

103. Atchariyawut S., Jiraraton R., Wang R. Separation of C02 from CH4 by using gas-liquid membrane contacting process. // Journal of membrane science. 2007. V. 304. p. 163.

104. Al-Marzouqi M.H., El-Naas M.H., Marzouk S.A.M, Al-Zarooni M.A., Abdullatif N., Faiz R. Modeling of CO? absorption in membrane contactors. // Sep. and Purif. Tech. 2008. V. 59. № 3. p. 286.

105. Yan S.-P., Fang M.-X., Zhang W.-F., Wang S.-Y., Xu Z.-K., Luo Z.-Y., Cen K.-F. Experimental study on the separation of C02 from flue gas using hollow fiber membrane contactors without wetting. // Fuel Processing Tech. 2007. V. 88. p. 501.

106. Zhang H.V., Wang R., Liang D.T., Тау J.H. Modeling and experimental study of CO? absorption in a hollow fiber membrane contactors. // Journal of membrane science. 2006. V. 279. p. 301.

107. Jing-Liang Li, Bing-Hung Chen. Review of C02 absorption using chemical solvents in hollow fibers membrane contactors.// Separation Purification Tech. 2005. V. 41. p. 109.

108. Mansourizadeh A., Ismail A.F. Hollow fiber gas-liquid membrane contactors for acid gas capture: a review.// Journal of Hazardous Materials. 2009. V.171. p.38.

109. Koonaphapdeelert S., Zhentao W., Li K. Carbon dioxide stripping in ceramic hollow fiber membrane contactors.// Chem. Eng. Sci. 2009. V.64. p.l.