автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование процесса микрофильтрации на трубчатом керамическом элементе (на примере производства лимонной кислоты)

На правах рукописи

„ « А "!

; а ^ ''

Гусева Елена Владимировна

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МИКРОФИЛЬТРАЦИИ НА ТРУБЧАТОМ КЕРАМИЧЕСКОМ ЭЛЕМЕНТЕ (НА ПРИМЕРЕ ПРОИЗВОДСТВА ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ)

05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1998

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университет им. Д.И. Менделеева и Государственном научно-исследовательском институт биосинтеза белковых веществ (ГосНИИСинтезбелок).

Научный руководитель - профессор, зав. кафедрой кибернетики химике технологических процессов Гордеев Л. С и кандидат технических наук, доцен Меньшутина Н.В.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ивашкин Ю.А.;

кандидат технических наук, Дмитриев Е.А.

Ведущая организация - Государственное унитарное предприяти биотехнологический завод, Московская область, Серебряные пруды.

Защита состоится 1998 г. в часов

на заседании диссертационного совета Д 053.34.08 в РХ"П им. Д.И. Менделеева по адресу: 125047, Москва, А-47, Миусская пл., д. 9.

С диссертацией можно ознакомится в научно-информационном центр! РХТУ им. Д.И. Менделеева.

г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Д.А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

•уальность проблемы. Быстрый рост потребительских способностей )еменного общества требует от промышленности внедрения новых окоэффективных технологий и совершенствование старых. Процессы 1елсния жидких систем играют важную роль во многих отраслях иышленности. Для осуществления этих процессов применяют такие методы перегонку, ректификацию, дистилляцию, адсорбцию и другие. Одним из эолее универсальных методов разделения является разделение с эльзованием полупроницаемых мембран.

В то же время, значительный прогресс в области синтеза и переработки ерального сырья, технологии получения сверхтонких пленок, а также гро растущая потребность в тонком разделении высокотемпературных и :ссивных сред обусловили в последние годы интенсивное развитие и эльзование мембран из различных керамических материалов. Благодаря г существенных преимуществ перед полимерными мембранами: более экой термической, механической, химической и биологической стойкости, южности регулирования пористой структуры, пониженной засоряемости, экой производительности и возможности регенерации обратной ульсной промывкой или выжиганием, - они все шире применяются для ггки жидкостей и газов в биотехнологии, пищевой, фармацевтической, ической, металлургической и других отраслях промышленности.

В данной работе рассматриваются проблемы моделирования процесса рофильтрации на трубчатом керамическом мембранном элементе. В ;стве объекта моделирования взят процесс фильтрации биосуспензии, ^чающейся в результате ферментации при производстве лимонной кислоты.

Лимонная кислота (ЛК) одна из важных органических кислот. Она >льзуется в пищевой промышленности, при производстве напитков, в нацевтической промышленности и для технических целей: как [вспениватель, при обработке текстиля, в производстве чистых металлов, заменитель полифосфатов в детергентах, для поглощения БОг. В «водстве напитков лимонная кислота используется в качестве сислителя, чему способствует ее хорошая растворимость и чрезвычайно :ая токсичность. Применение находят и побочные продукты ферментации.

Растущая потребность в лимонной кислоте требует значительного ичения ее производства, поиска активных штаммов и разработки новых :е эффективных способов. В промышленности, как правило, используется зобиологический способ производства лимонной кислоты, который оляет организовать безотходное, экологически безопасное производство в ае разработки эффективных методов выделения лимонной кислоты из туральной жидкости, применении в процессе нетоксичных веществ и изации отходо в.

Одним из способов повышения эффективности производства лимонной оты является переход от периодического способа к непрерывному и

использование для этой цели мембранных биореакторов. Исследова процесса фильтрации биосуспензии, содержащей лимонную кислоту, мембране есть один из важных этапов улучшения качества процесс; повышения его эффективности.

Основанием для выполнения работы является Программа Госкоме России «Биохимическая технология» (с 1994 года по наст, время), код 1 Часть «Разработка программно-математического обеспечения, автоматиза моделирования, оптимизация и управление процессами биофильтра! мембранного разделения биосуспензий биологической очистки сточных вод)

Цель работы заключается в разработке математической модели прощ микрофильтрации биосуспензии, содержащей лимонную кислоту, на трубча керамическом элементе. Для достижения поставленной цели необходимо основе стратегии системного анализа решить следующие задачи:

• исследовать свойства керамической мембраны;

• экспериментально изучить процесс микрофильтрации биосуспензии трубчатом керамическом мембранном элементе;*

• исследовать свойства биосуспензии;

• разработать математическую модель процесса микрофильтрации трубчатом керамическом элементе биосуспензии лимонной кислоть проверить ее на адекватность;

• адаптировать программный пакет динамического моделирования БРЕЕС для решения уравнений модели;

• определить потенциальную возможность организации непрерывн процесса получения лимонной кислоты в мембранном биореакторе.

Научная новизна. Разработана математическая модель проце микрофильтрации биосуспензии лимонной кислоты на трубча' керамическом элементе, основанная на уравнениях сохранения массы и энер и уравнении фильтрации сквозь пористую среду. Предложена схема реше уравнений модели и методика определения входящих в них параметров основе экспериментальных данных. Полученная система уравнений позвол прогнозировать изменение основных переменных процесса микрофильтра] по длине мембранного канала, а также проследить их изменение во времен учесть накопление осадка на фильтрующей поверхности.

Разработана математическая модель мембранного биореактора непрерывного способа производства лимонной кислоты и доказ принципиальная возможность получения ее таким способом.

Практическая ценность. Разработан пакет программ на осн математической модели процесса микрофильтрации биосуспензии

• Экспериментальные исследования с получением лимонной кислоты методом микробиологического синт работы с .биообъектами проводились на базе лаборатории «Технология промышленного биоси!г ГосНИИСинтезбелок, зав. лабораторией д.т.н., проф. Винаров А.Ю.

/бчатом керамическом мембранном элементе, который позволяет ^считывать на ЭВМ основные параметры процесса микрофильтрации, •казана возможность производства лимонной кислоты непрерывным эсобом в мембранном биореакторе с вынесенными мембранами.

Выданы рекомендации по оптимальной организации процесса льтрации и промывке мембраны.

Рассчитаны параметры проведения непрерывного способа получения монной кислоты в мембранном биореакторе и выданы рекомендации по ганизации технологии получения лимонной кислоты непрерывным способом ганизации ГосНИИ Синтез-Белок.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и :уждались на: 8 Международной конференции молодых ученых по химии и мической технологии "МКХТ - 8". 1994; Международной конференции [атематические методы в химии и химической технологии <ММХ-9>", 1995, ерь; IX Международной конференции молодых ученых по химии и мической технологии <МКХТ-95>, 1995 3-ем Минском Международном руме по тепломассообмену («Heat/mass Transfer MIF-96»), (20-24 мая), 1996, ihck; Международной конференции "Математические методы в химии и мической технологии" (ММХ-10), Тула, 1996; «Process Control RIP-96», rdubice, June, 1996; Международной Конференции «Математические методы химии и химической технологии», Школа по моделированию гоматизированных технол. процессов, Новомосковск, 1997; International :eting on Chemical Engineering, Environmental Protection and Biotechnology :HEMA'97, Germany, Frankfort-on Main, June 9-14, 1997; 13lh International ngress of Chemical and Process Engineering CHISA'98, 23-28 August 1998, iga, Czech Republic.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти iB, выводов, списка литературы и приложения. Основной материал изложен

_страницах машинописного текста, содержит _рисунков, _

)лиц. Список литературы содержит_наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, поставлена цель юты, обоснован применяемый подход к решению проблемы.

В первой главе - литературном обзоре - представлен анализ работ и временный подход к проблемам, возникающим при моделировании крофильтрации биологических суспензий.

Отмечено, что керамические мембраны являются мембранами тре поколения, а их производство относится к высоким технологиям. Они е раз дороже полимерных, но их применение быстро окупается за счет высоких эксплуатационных показателей. Диапазон применения керамич мембран с каждым годом все расширяется. Они используются для сепа] газов, для фильтрации жидкостей в различных отраслях промышлен (пищевой, химической и т.д.), а также в биотехнологии и биомедици процессах плавки металлов. Наиболее перспективно использо керамических мембран в мембранных биореакторах

Было установлено, что задачей моделирования процессов разделен мембранах является определение необходимой поверхности мембран, р потоков и их состава, определение потерь давления, выбор аппарату оформления и вспомогательного оборудования, в конечном итоге соз. возможности прогнозирования эффективности использования мембра) различных систем и смесей.

К настоящему времени работы в этой области весьма ограничень связано в значительной степени, с отсутствием глубокого анализа проц( протекающих при переносе вещества через керамическую мембрану.

Анализ литературных источников показал, что, лимонная кислс основном, производится периодическим микробиологическим спос Вопросы непрерывного получения лимонной кислоты недостаточно изу особенно, с использованием мембранных биореакторов. Вопросы мембрг фильтрации биосуспензии, содержащей лимонную кислоту, с целью огде. от клеточной массы практически не освещены.

В соответствие с целью работы и на основании выводов, сделан! результате анализа литературы, была сформулирована постановка задачи мечены этапы ее решения. На основании анализа существующих пр< предложена общая стратегия разработки математического описания про микрофильтрации биосуспензии на трубчатом керамическом мембрг элементе, включающая, во-первых, проведение экспериментам исследований, результаты которых должны быть использованы в модел: вторых, разработку математической модели, проверку адекватности, расче

Вторая глава посвящена описанию экспериментальных исследо! процесса микрофильтрации биосуспензии на трубчатом керамич* одноканальном мембранном элементе, изготовленном в РХТУ им. Менделеева.

Экспериментальные работы проводились в несколько этапов.

На первом этапе изучались свойства керамической мемб Проведены экспериментальные работы по определению распределенш мембраны по размерам методом пузырька. Было установлено, что мем< имеет достаточно узкое распределение пор, и средний радиус поры мемС равен 0.23 мкм.

На втором этапе была создана экспериментальная установка для нфофильтрации биосуспензии, содержащей лимонную кислоту, на трубчатом рамическом мембранном элементе. Ряд экспериментальных работ был юведен в ГосНИИ Синтез-Белок. В результате экспериментов были [ределены режимы ведения процесса микрофильтрации. Было установлено, о практически все микроорганизмы Aspergillus Niger задерживаются :мбраной (около 95%), следовательно, фильтрация возможна и целесообразна. <оло 77% лимонной кислоты уходит в фильтрат, следовательно, при-пользовании мембранного биореактора продукты ферментации будут длены из зоны реакции.

Далее были определены размеры глобул Aspergillus Niger в юсуспензии. С этой целью на счетчике Коултера на кафедре процессов и паратов РХТУ им. Д.И. Менделеева проводился эксперимент по

.......... определению распределения

частиц по размерам. На основании экспериментальных данных была построена дифференциальная кривая плотности распределения

частиц по размерам для исходной суспензии (Рис. 1). В расчетах использовалось

значение наиболее вероятного радиуса частицы (гср = 0.25 мкм).

Проведенные эксперименты способствовали изучению процесса микро--шьтрации на керамической мембране, и полученные результаты, в льнейшем, использовались при разработке модели и проверки адекватности.

о1 V V "V v V fe1 л> <ъ-

V

'ис. 1. Дифференциальная кривая плотности ^определения частиц по размерам.

Третья глава посвящена разработке математической модели трубчатого рамического мембранного элемента.

Математическая модель микрофильтрации базируется на уравнениях ¡хранения массы исходной суспензии и одного из компонентов смеси, а также равнения сохранения энергии для исходной суспензии. Блок-схема построения »тематической модели приведена на Рис. 2.

Модель базируется на следующих допущениях: поток в напорном и дренажном каналах однородный, изотермический, ламинарный, несжимаемый, мембрана представляет собой пористое несжимаемое тело, содержащее капилляры одинакового размера. Поток сквозь мембрану подчиняется уравнению Пуайзеля.

Рис. 2. Блок - схема моделирования процесса микрофильтрации на трубч; керамическом элементе.

на мембране образуется осадок, представляющий собой пористый слой, состоящий из твердых несжимаемых частиц. Поток жидкости сквозь слой осадка описан с помощью уравнения Козени-Кармана.

в модели учитывается дисперсионный состав среды. В основу модели положен ситовой механизм разделения.

для достижения необходимой точности весь канал разбивается на N одинаковых участков длины. На каждом участке рассчитывается изменение скорости, давления, удельной производительности мембраны, реальный процесс микрофильтрации является нестационарным. Нестационарность всех переменных учитывается через изменяющуюся толщину осадка 58(0.

Уравнения модели для момента времени ^ на единичном п-ом участке лины 1:

уравнение скорости в напорном канале

О)

зе 1!] - скорость продольного потока вдоль мембраны, м/с; удельная роизводительность мембраны или скорость поперечного потока сквозь ембрану, м~\;м~*с; 5|=71*(К|-88)" - площадь поперечного сечения трубки, м"; т=271*Л1*! - площадь элементарного участка мембраны, м"; К| - внутренний адиус трубки, м; - толщина осадка, м; уравнение давления в напорном канапе

I

(и1г]>

V

— 0.5

к(

я-1)

и,

("-1)2

-и

<»)2

' Г>

0.5-—-Ц—+ 0.5

1 + 0.5

у:

(я-1)

и\п)

5,

(2)

це Р| - давление в напорном канале; РГг - потери давления на трение, Па; а -оэффициент кинетической энергии (принят постоянным в входном и ыходном сечениях); р( - плотность исходной суспензии уравнение удельной производительности мембраны

АР „ /?,+Д2 А/1-Т _ 2К2 /¿-5

---' 5 ~ —^л'ТТГТТ^ГЗГ (3)

Я=-

я-г

пор

(2Л.-55) 6Л5-10Г4-4

^е Кт - сопротивление мембраны, Па/с*м; Яя - сопротивление осадка, Па/с*м; 2 - сумма внутреннего радиуса трубки и толщины мембраны, м; Т — толщина ембраны, м; ц - вязкость исходной суспензии, Па*с; гпор - радиус пор ембраны, м; с!$ - диаметр частиц, образующих осадок, м; уравнение для расчета толщины осадка

>;9(/) + 55-ДГ (4)

/

/

V

где - скорость роста слоя осадка, м/с; Дт - временной интервал при рас с;

уравнение гидравлических потерь в напорном канале

7 1 Я, 2 ' - Яе

где Ко — коэффициент, учитывающий потери давления на трение, Яе - кри! Рейнольдса;

уравнение для расчета радиуса уносимых частиц г ^ У2 Гу 2(2Я,-55) 4/, ;

уравнение для расчета вероятности попадания частиц в слой осадка

п3 =

уравнение для расчета скорости движения осадка

8 у ' х '

где Рн - напряжение сдвига в слое осадка, Па; (.ц - вязкость осадка, Па*с;

уравнение фиктивной скорости накопления осадка и вели поперечного потока в напорном канале

р,-с5 (/?, -55) (р5-с5) ^ У5/ 0 (Л,-55) схрц-с5рх где 1 ^^ 2-^,-55) 2(/?, -55)

где С), с2, 05 - концентрации исходной суспензии, фильтрата и ос соответственно; рь рг, Рэ - плотности исходной суспензии, фильтрата и ос соответственно;

уравнение для расчета фактической скорости накопления осадка: 55 = М-П$

Начальные и граничные условия:

и!/х=о=ию V2Л=o=0

Р1/х=о=Рю 88г=о—О

Таким образом, процесс микрофильтрации на керамической мем( рассчитывается по уравнениям (1)-(12). Были разработаны алгори: программа расчета по уравнениям модели. На основе численного реи уравнений

• была установлена адекватность модели;

• были проведены исследования зависимости удельной производительности мембраны от исходной концентрации биосуспензии, давления в напорном канале, скорости в напорном канале;

• исследован процесс микрофильтрации для биосуспензии, содержащей лимонную кислоту, и определены основные параметры процесса.

Расчет процесса микрофильтрации по уравнениям (1-12) проводился с использованием программного пакета Excel Visual Basic 97. В качестве примера расчета приведены графики зависимости давления в напорном канапе и удельной производительности мембраны от времени (Рис. 3, 4, 5, 6).

Скорость в напорном канале

Давление в напорном канале

Cretan's, м

еремй,

Удегъная г^хмавдтегъгостъ мэМэраш

цсшв

_а

с О) - цоохб

efSjfl > ого | х5 QQ0TO4 аогаг

о. с 0

Удельная производительность 0,00008 . мембраны. 0,00006

г 0,00004

40 мин

0,00002

— 90 мин

дгwav&ETB,

EpaJF\№H

о4 ■!> ^ f i i-

Сг O- О- O- Q>-

длина мембранного элемента, м

Рис. 3, 4, 5. Зависимость скорости, давления в напорном канале и удельной производительности мембраны от времени н по длине канала (длина элемента 0.8 м, внутренний диаметр 0.025 м).

Рис. 6. Зависимость удельной производительности мембраны по длине канала для разных значений времени канала (длина элемента 0.8 м, внутренний диаметр 0.025 м).

Из графиков видно (Рис. 3, 4, 5), что изменения скорости и давления в напорном канале незначительны. В то время как поперечный поток сквозь мембрану значительно изменяется с течением времени вследствие забивки мембраны и накопления осадка.

Из графика (Рис. 6) видно, в течение часа удельная производители мембраны уменьшается примерно в два раза.

На основании полученных результатов расчета по уравнениям мо были сделаны следующие выводы:

• увеличение концентрации исходной суспензии (от 5 г/л до 35 г/л) приво; более быстрому образованию слоя осадка и забивке мембраны и, вследс этого, большему падению значения удельной производительности мемб| и уменьшению времени работы мембраны без очистки;

• увеличение давления приводит сначала к возрастанию значения удел производительности мембраны, а затем к ее резкому уменьшению; бы происходит забивка мембраны и образование слоя осадка (Рис. 7).

Рис. 7. Зависимость удель производительности мембраны времени при разных значен давления в напорном канале.

Удельная производительность мембраны

- -Р1 =147000 Па

Р!=250000 Па

Р1 =120000 Па

еремя, мин

В четвертой главе была предложена стратегия моделиров; мембранного биореактора.

Основными блоками при построении мембранного биореактора (Ри являются кинетическая модель; модель структуры потоков; мо, микрофильтрации на мембране, представленная выше.

Для выбора кинетической модели была рассмотрена проб! систематизации кинетических уравнений ферментативных процес включающих уравнения роста биомассы, накопления продукта и утилиза субстрата. Среди них - для накопления биомассы: уравнения Моно, Иерусалимского, Мозера и др.; для накопления продукта: уравнение про< ферментативной реакции (Михаелиса-Ментена), уравнение для схем! конкурентным ингибированием; для потребления субстрата: уравне выраженное через расходные коэффициенты по биомассе и продукту, основе этого была записана кинетическая модель ферментационного проц получения лимонной кислоты в периодическом биореакторе (кинетич& модель была разработана проф. А.Ю. Винаровым).

Далее были рассмотрены возможные конструкции мембран биореакторов, таких как с иммобилизованными ферментами, с вынесем мембранным элементом и с встроенным мембранным элементом. Выявл преимущества мембранных биореакторов по сравнению с обычш

юреакторами. Кроме этого, была учтена гидродинамическая обстановка в тореакторе.

1'ис. 8. Блок-схема построения математической модели мембранного юреактора.

Составлены уравнения математической модели получения лимонной 1слоты в мембранном биореакторе с вынесенными мембранами. Уравнения вдели имеют вид:

-=иХ- ЬХ2 - ЭХА. 11

а: <И + сИ

Я I и/х . п.

- =---+--+ 0(Бо - 8)А2

р

— = аХ-кР -ЭРАз II

;е А|, А2, Аз - коэффициенты, характеризующие селективность мембраны по юмассе, субстрату и продукту; О - скорость протока через реактор, 1/час; Б, , Р - концентрации субстрата, биомассы, продукта, соответственно, г/л; а"5 и - стехиометрические коэффициенты потребления субстрата на биомассу и 1монную кислоту, соответственно, г субстр./г; £ - коэффициент скорости роста юмассы, ч"'; р - коэффициент взаимодействия клеток, л/(г*ч); q -

коэффициент удельной скорости образования лимонной кислоты, г JI.F биом. ч); к - коэффициент ингибирования, л/(г*ч); t - текущее время. Фильтрация биосуспензии на мембране учитывается последними членам системе уравнений (13).

Коэффициенты Al, А2 и A3 оценивались на основе эксперименталы данных с использованием уравнений математической модели. Величина может быть как постоянной (идеальный случай - движущая сила проце фильтрации постоянна), так и переменной (реальный случай - движущая с процесса фильтрации падает вследствие накопления осадка на мембра: Первоначально биореактор работал в периодическом режиме. По подключения мембранного элемента система биореактор - мембрана начин работать в проточном режиме. Система уравнений математической мод была записана из условия наличия в реакторе режима идеального смешен Конечная математическая модель мембранного биореактора выводится пу добавления к соответствующим уравнениям периодической фермента1 членов, отвечающих за удаление из зоны реакции культуральной жидкост добавления свежего субстрата.

Таким образом, разработана математическая модель проце микрофильтрации на трубчатом керамическом мембранном элементе, кото может быть использована как самостоятельно для расчета проце микрофильтрации, так и в качестве составной части математической моД| мембранного биореактора.

На основе системы уравнений (13) был рассчитан мембраш) биореактор непрерывного действия для производства лимонной кисло Результаты расчетов по уравнениям модели мембранного биореактора ; непрерывного производства лимонной кислоты приведены на Рис. 9.

Из графика видно, что с течением времени достигается постояне концентраций биомассы, субстрата и продукта.

На основании расчетов были получены значения производительно! мембранного биореактора в непрерывном режиме, составляющей 180 г/ч, в время как производительность периодического реактора обычно не превыш (40-60 г/ч).

Концентрации субстрата, биомассы и лимонной кислоты в мембранном биореакторе

Рис. 9. Зависимости к« центрами" биомассы, субстра и продукта . от времени д. мембранного биореактора.

может проводиться i традиционными метода!

алгоритма, программы,

включающими

Расчет уравнений мод<

разрабо' написа! тестирова!

[рограммы, расчет по программе, так и с использованием новых современных [акетов прикладных программ.

В пятой главе, в качестве примера, было рассмотрено использование отового программного пакета для динамического моделирования SPEEDUP*.

SPEEDUP представляет собой структурированный ориентированный на асчет по уравнениям технологической схемы программный пакет, ¡азработанный в Imperial College, London. Возможности SPEEDUP включают:

Рис. 10. Изменение концентраций субстрата, биомассы и лимонной кислоты для периодического процесса.

1 статическое моделирование процессов и проблемы конструирования аппаратов;

1 оптимизация статических процессов с использованием объектных функций;

1 динамическое моделирование процессов, параметры которых изменяются во времени;

■ моделирование динамики контроля систем для создания новых устройств или для проведения контрольной проверки;

1 подгонка параметров модели к лабораторным или промышленным данным;

1 согласование данных, предсказанных по модели, работой промышленного объекта в статических условиях;

1 взаимодействие с другими программными пакетами.

SPEEDUP представляет собой систему, где объекты технологической

:хемы представляются в виде операционных единиц (например, реактор,

еплообменник), связанных между собой потоками данных. SPEEDUP можно

alteration OF concentration from time

FOR DATA OF INSTITUTE "SYNTEZ-BELOK'

o 5 10 IS 20 25 30 35 40 45 50 55 GO 65 70 75 80 Time (hours )

*Работы на программном пексте SPEEDUP велись в лаборатории компьютерной инженерии химико-ехнологических процессов Ecole Centrale Париж, Франция, директор лаборатории проф. D. Depeyre.

использовать для моделирования процесса любого типа, который описываетс алгебраическими и обычными дифференциальными уравнениями.

В данной работе SPEEDUP был использован для расчета биореактор периодического действия (Рис. 10) для производства лимонной кислоты и дг расчета трубчатого мембранного элемента. Адекватность модел микрофильтрации на трубчатом керамическом элементе проверялась путе сравнения с экспериментальными данными.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведено исследование свойств трубчатой керамической мембраны и распределение пор мембраны по размерам. Показано, что мембрана пр достаточно узком распределении пор может быть использована дл успешного проведения процесса микрофильтрации биосуспензии.

2. Проведено экспериментальное исследование процесса микрофильтрацш биосуспензии, содержащей лимонную кислоту, на трубчатом керамическо: мембранном элементе и доказана возможность проведения процесса высокой степенью очистки биосуспензии от микроорганизмов.

3. Проведено экспериментальное изучение структуры биосуспензии, определено распределение глобул микроорганизмов по размерам. Оцене средний размер глобулы.

4. Разработана математическая модель процесса микрофильтрации н трубчатом керамическом элементе биосуспензии, содержащей лимонну! кислоту, позволяющая определить изменение основных параметре процесса как по длине мембранного элемента, гак и с течением времени, также учитывать накопление осадка на фильтрующей поверхности. Модел может быть использована в качестве составной части математическо модели мембранного биореактора.

5. Разработаны алгоритм и программа расчета процесса микрофильтраци биосуспензии на трубчатом керамическом элементе (с использование! пакета Microsoft Excel Visual Basic). Программа внедрена в ряд организаций.

6. Выполнен расчет периодического способа производства лимонной кислот! и процесса микрофильтрации на трубчатом керамическом с использование! программного пакета динамического моделирования SPEEDUP.

7. Разработана математическая модель мембранного биореактора дл непрерывного способа производства лимонной кислоты и доказан эффективность организации процесса по непрерывной схеме. Выдан! рекомендации по организации технологии получения лимонной кислот! непрерывным способом организации ГосНИИ Синтез-Белок. Внедрени опытно-промышленной установки по непрерывному способу позволи получать экономический эффект.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Гусева Е.В., Инжиевская Н.В., Гордеев JI.C. Моделирование процесса микрофильтрации на керамических трубчатых мембранах. Тезисы докладов 8 Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ- 8". 1994, Москва, стр.30.

Гордеев JI.C., Меньшутина Н.В., Гусева Е.В. Математическое моделирование микрофильтрации в трубчатом керамическом элементе. Тезисы докладов Международной конференции "Математические методы в химии и химической технологии <ММХ-9>", 1995, Тверь, часть 4, стр. 42. Скороходов А.В., Гусева Е.В., Меньшутина Н.В. Математическое моделирование процессов массообмена в мембранных биореакторах. Тезисы докладов IX Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии <МКХТ-95>, 1995, Москва, стр.123. Гордеев Л.С., Меньшутина Н.В., Винаров А.Ю., Гусева Е.В., Скороходов А.В. Моделирование процессов массообмена в мембранных биореакторах. 3-й Минский Международный Форум по тепломассообмену («Heat/mass Transfer MIF-96»), (20-24 мая), 1996, Минск, стр.100 104. Гордеев Л.С., Меньшутина Н.В., Гусева Е.В., Скороходов А.В., Мясоедов С.Н. Моделирование процессов массопереноса через керамическую мембрану в мембранном биореакторе. Тезисы докладов Международной конференции "Математические методы в химии и химической технологии" (ММХ-10), Тула, 1996, стр. 118.

Гордеев Л.С., Меньшутина Н.В., Гусева Е.В., Поляков И.Н. Моделирование процессов массопереноса через керамическую мембрану в мембранном биореакторе (на примере производства лимонной кислоты). Тезисы доклада на IV Международную научно-техническую конференцию "Наукоемкие химические технологии 96", 9-14 сентября 1996, Волгоград - Астрахань, Россия, стр. 140-142.

Menshutina N.V., Guseva E.V., Vinarov A.Yu., Polyakov I. Control processes of membrane bioreactor for citric acid production. Report «Process Control RIP-96», Pardubice, June, 1996, V.l.

Гусева E.B., Меньшутина H.B., Гордеев Л.С., Depeyre D. Решение задач математического моделирования с помощью программного пакета SPEEDUP. Тез. докл. на X Межд. Конф. Мол. ученых по химии и химической технологии «МКХТ-96», Москва, РХТУ, 1996. Menshutina N.V., Guseva E.V., Skorohodov A.V. Design of a membrane bioreactor. Report «International Meeting on Chemical Engineering, Environmental Protection and Biotechnology ACHEMA'97», Germany, Frankfort-on Main, June 9-14, 1997.

Гордеев JI.C., Меньшутина H.B., Гусева Е.В. Керамические мембраны: применение и моделирование. Вестник Тамбовского государственного технического университета, 1997, №3, №1-2, с. 61-82.

11. Menshutina N.V., Tal-Figiel B., Guseva E.V., Gordeev L.S. Modelling microfiltration processes on membranes for water cleaning. Report CHISA'98 print.

12. Gordeev L., Menshutina N., Tal-Figiel B., Guseva E. Modelling of biosuspens microfiltration with ceramic membrane. Report XVI OGOLNOPOLS1 KONFERENCIA INZYNIERII CHEMICZNEJIPROCESOWEJ, 19 September, in print.

13. Menshutina N.V., Tal-Figiel B., Guseva E.V., Gordeev L.S. Modelling microfiltration processes on membranes for water cleaning. 13lh Internatio Congress of Chemical and Process Engineering CHISA'98, 23-28 August 19 Praga, Czech Republic, Summaries V.4, p.43.