автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Процесс первапорации и его аппаратурное оформление при разделении многокомпонентных смесей

Введение.

1. Литературный обзор.

1.1 Применение процесса первапорации и его особенности.

1.2 Физико-химические основы процесса и его модели.

1.3 Факторы, влияющие на процесс первапорации.

1.4 Типы мембран и требования к ним.

1.5 Типы мембранных модулей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе анализа литературных источников изложены существующие теоретические подходы к описанию процесса первапорации многокомпонентных смесей, физико-химические основы процесса и предложено его математическое описание.

2. Получены зависимости экспериментально-статистического характера для определения основных технологических показателей работы ионообменных мембран (удельных производительностей и состава пермеата) в зависимости от условий проведения процесса (температуры и состава смеси) для бинарньк и трех-компонентных водно-спиртовых смесей.

3. Для бинарных смесей предложена функциональная зависимость типа уравнения Аррениуса, где предэкспоненциальный член представляет собой полный двупараметрический полином третьего порядка.

4. Получены графические зависимости влияния концентраций и температур исходной смеси на производительность, состав пермеата, фактор разделения, коэффициенты девиации и диффузии; для отображения зависимостей свойств мембраны от состава трехкомпонентных смесей предложено использовать графики в симплексной системе координат.

5. Установлено, что вследствие межкомпонентного взаимодействия спиртов при прохождении через мембрану производительность и селективность разделения водно-спиртовых трехкомпонентных смесей меньше, чем бинарных при прочих равных условиях.

6. Разработана методика инженерного расчёта мембранного аппарата спирального типа, примененного для разделения многокомпонентных водно-спиртовых смесей.

1. Дытнерский Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей. М.: Химия, 1975.

2. Хванг СТ., Каммермейер К. Мембранные процессы разделения. М.: Химия, 1981.

3. Николаев Н.И. Диффузия в мембранах. М:, Химия, 1980.

4. Дытнерский Ю.И., Быков И.Р. Испарение через мембрану как альтернатива азеотропной ректификации. Хим.пром., №8, 1989, с. 9-17.

5. Дытнерский Ю.И., Быков И.Р. и др. Разделение жидких смесей испарением через мембрану и мембранной дистилляцией. РИИТЭХИПМ, Москва, 1989, 50 стр.

6. Волков В.В. Разделение жидкостей испарением через полимерные мембраны. Изв.РАН, Сер.Хим.,1994, с.208-219.

7. М.Мулдер. Введение в мембранную технологию. М.: Мир, 1999, 513 стр.

8. Дытнерский Ю.И., Быков И.Р. Хим.пром., 1995, № 8, с.27.

9. Быков PI.P. Разработка процесса разделения азеотропных водно-спиртовых смесей испарением через мембрану. Автореферат диссерт. канд.технич. наук, М:, 1994 г.

10. Ю.Лыков A.B. Явление переноса в капиллярно-пористых телах. Гостехиздат, 1954.

11. Агеев Е.П., Смирнов B.C. Осцилляция проницаемости и селективности аси-метричных мембран из поливинилтриметилсилана П. Механизм процесса. //Журнал физической химии, 1987, т.60, № 7, с. 1903 1906.

12. Панков СП., Ефимова СП. О кажущейся плотности поливинилового спирта в пленках, полученных через стадию студня. Коллоид, ж. , 1967, т. 29, с.202 -206.

13. Лепилкина Л.А. Исследование структуры механических свойств влажных материалов в процессе сушки. Канд.дисс. :ММ., МРПХТ им.М.В.Ломоносова, 1995.

14. Агеев Е.П., Вершубский A.B. Мамематическое моделирование колебательно-. го режима работы асимметричной мембраны поливинилтриметилсилана. // Высокомолек.соед. Серия Б, 1987, т.29, с.344 346.

15. Волгин А.Д. Теоретические основы химической технологии. 1978, т.12, № 3, с.285 -287.

16. Кениг Е.Я. Теоретические основы химической технологи . 1994, т.28, № 3, С.223 242.

17. Кафаров В.В. Основы массопередачи. М., Высш.шк., 1979.

18. Кафаров В.В., Гордеев Л.С., Глебов М.Б. Разделение азеотропных смесей в мембранно-ректификационных комплексах. ТОХТ, 1996, т.ЗО, № 2, с.180-187.

19. Трифонов С.А., Палеев Д.Л., Тырин Н.В., Муштаев В.И. Подход к разделению многокомпонентных смесей за счет первапорации. Хим.пром., № 8, 1997, с.546- 551.

20. Трифонов С.А., Палеев Д.Л., Муштаев В.И. Разделение бинарных смесей испарением через мембрану. / Хим. и нефтегазовое машиностроение, № 7, 1998, с. 3-6.

21. Палеев Д.Л. Разделение многокомпонентных водно-спиртовых смесей испарением через мембрану. Автореферат дисс.канд.техн.наук, М:, 1998.

22. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты.: М, Химия, 1992.

23. Голиков Б.И., Чалых А.Е. в кн.: Диффузионные явления в полимерах. Тезисы докл. III Всесоюзной конфер. Часть 1. Рига, 1997, с. 122.

24. Дытнерский Ю.И. Труды МХТИ им. Д.И.Менделеева, 1966, № 51, с.39-40.

25. Чалых А.Е. Высокомолекулярные соединения 1975, Т.17Б, № 3Л с.215 219.

26. С.А.Рейтлингер.Проницаемость полимерных материагюв. М:Химия, 1974,272 с.

27. L.Kahlenbeg.//J.Phys.Chem. 1906, V. 10, р. 141.

28. D.H.Hederbaumer and K.Kammermeyer. // Ani.Ind.Chem.Eng.J. 1955, V . l , p. 215.

29. Н.Е.А. BruscMte, W.H.Schneider and G.F.Tusel. // Memarane News, V.4, 1983.31. n.E.A.Bruschke//German Patent DE 3220570 AI, 1983.

30. G.F.Tusel and H.E.A. Bruschke // Desalination, 1985, V.53, p.327.

31. Mulder M.H. V. e.a. J.Membr. Sci. 1980, V.7, p.203.

32. Barton A.F.M. // Chem Rev. 1975, V.75, p.731.

33. Paul D.R., Ebra-Lime O.E. // J.Polum.Sci.Polum.Phys. 1971, V.15, p.2199 2210.

34. Paul D.R. // J.Polum.Sci.Polum.Phys. Ed. 1974, V.12, p.l221.

35. Aptel P., Cuny J.,Jozefovicz J. e.a. // J.Appl.Polum.Sci. 1974, V.18, p.365.

36. Cobasso L, Jagur-Grodzinski, Vofsi D. // J.Appl.Polum.Sci. 1974, V.18, p.2137.

37. Kim S.N., Kammermayer K. // Separation Sci. 1970, V.5, p.679.

38. Brun J.P. // Ph. D. Thesis. University of Paris, June 1981. 42.Suzuki f., Onozato // // J.Appl.Polum.Sci. 1982, V.7, p.4229.

39. Krevinghaus A.R. // Ph. Thesis. Massachusetts Institute of Technology, April, 1966.

40. Greenlaw F.W., Sheldon R.A., Thompson E. V. // J. Membr. Sci., 1977, V. 2, p.333.

41. TockB.W.M., Yu J., Cheng, Cook R.L. // Sep.Sci. 1974,V.9, p.361.

42. Aptel P.,Cuny J.e.a. //J.Appl.Polum.Sci. 1974, V.1 8, p.351.

43. Huang R. Y., Lin V.J.C. // J.Appl.Polum.Sci. 1968, V.12, p.2615.

44. LongR.B. // Ind. Tng.Chem.Fundam. 1965, V.4, p.445.

45. Chandler H.W., Henley E.J. // Am.Inst.Chem. Eng. J. 1961, V.7, p.295.

46. Mc Call D.W. // J.Polum.Sci. 1957, V.16, p.151.

47. Mulder M.H.V.,Franken A.C.M.,Smolders C.A. // J.Membr.Sci.,1985, N 23, p.41 -58.

48. Fujita H. // Fortshr.Hochpolym.Forsch. 1961.V.3, p.l

49. Pels M. // Am. Inst. Chem. Eng. Symp. Ser. 1972, V.68, No. 120, p.49.

50. Fels M., Huang R.Y.M. // J.Macromol. Sci. 1971, V. 5, No. 1, p.89.

51. Flory P.J. Principles of Polymer Chemistry. Cornell Universiyy Press, Ithaca, 1953.

52. E.Korin, I.Ladizhensky, E.Korngold. "Chem.Eng. and Proc", V.35, N 6, 1996, p.451 -457.

53. Habib I. Shaban "Chem. Eng. and Proc", V.35, N 6, 1996, p.429 434.

54. Bell CGemer F.J., Strathman H. // J. Membr. Sci., 1988, N 36, p.315 325.

55. Volkov V.V. , Fadeev A.G. Comb-shapped polimers: aggeration state molecular mobility and pervaporation properties. // I COM 93, p. 5 - 40.

56. Larcher C, Bulvestre G., Gullow J. // J. Membr. Sci., 1984, N 17, p.263.

57. ScisselP., OrthR.A. //J. Membr. Sci., 1984, N 17, p.l09 120.

58. Zu Wei, Ji Wanchano, Lin Мое // Congress in membranes and membrane proc. To-Icyo, 1987, P.490-491.

59. Неппере H.LG., Bargeman D., Mulder M.H.V., Smolders C.A. // Congress in membranes and membrane proc. Tokyo, 1987, P.484.

60. Uragami Tadashi, Saito Masaharu, Tokigawa Katsumi. Исследование синтеза проницаемости мембран на основе специальных полимеров. // Malcro-mol.Chem.Rapid. Commun. 1988, V.9, N 5, Р.361-365.

61. Mochizuki А., Sato I, Ogawara H, e.a. Разделение смесей спирт-вода через модифицированные полисахаридные мембраны. // Congress in membranes and membrane proc. Tokyo, 1987, P.492-493.

62. Blume L, Wijmans J.G., Baker R.W. // J.Membr. Sci., 1990, V.49, P.253.

63. Frennesson L, Tragardn G. // Chem. Eng. Commun. 1986, V.45, P.277-289.

64. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1988, 464 стр.

65. Туровский Е.Н., Александров И.А. //Инж.-физ. Журнал, 1972. Т.23, № 6, С.1012.

66. Туровский Е.Н., Александров И. А., Гореченков В.Г. //Хим. И технол. Топлива и масел. 1973, № 5, с.3471 .Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. М.: Химия, 1985.

67. Кениг Е.Я., Холпанов Л.П., Малюсов В.А., Жаворонков Н.М. //Теор. Основы хим. технологии. 1982, т. 16, № 6, с.729.

68. Холпанов Л.П., Кениг Е.Я., Малюсов В.А., Жаворонков Н.М. //Докл. АН СССР, 1985, т. 280, №3,с.684

69. Муштаев В.И., Трифонов С.А., Тырин Н.В. // Инж.физ.ж., 1997, т.70, № 1, с.55.

70. Коган В.Б. Азеотропная и экстрактивная ректифткация. Л., Химия, 1971.

71. Людхмирская Г.С. Равновесие жидкость-пар. Справочник. Л.:Химия, 1987, с.5

72. С.К.Огородников, Т.М.Лестева, В.Б.Коган. "Азеотропные смеси". Справочник. Л., Химия, 1971, 848 стр.

73. Брандт. Статистические методы анализа наблюдений. М, Мир, 1975, 312 с.

74. К.Хартман, Э.Лецкий, В.Шефнер. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М., Мир, 1977, 552 с.

75. С.Л.Ахназарова, В.В.Кафаров. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М., Высшая школа, 1978, 319 с.

76. Л.З.Румшинский. Математическая обработка результатов эксперимента. М., Наука, 1971, 192 с.

77. В.Д.Большаков. Теория ошибок наблюдений. М., Недра, 1965, 184 с.

78. Д.И.Менделеев.Научный архив. Растворы. Л., Академия наук СССР, 1960,179 с.

79. Д.И.Менделеев Растворы. Л, Акадения наук СССР, 1959, 1163 с.

80. М.С.Вревский. Работы по теории растворов . Л., Акадения наук СССР, 1953, 335 с.

81. Д.П.Коновалов. Об упругости пара растворов. Л, 1928.

82. Н.А.Изгарышев. Современная теория растворов. М, 1921, 136 с.

83. Н.И.Пирцхалава. Исследование физико-химических свойств спиртовых растворов. Тбилиси, 1964 г.

84. С.П.Панков. Равновесие фаз в системе полимер-растворитель. М., Химия, 1981,272 с.

85. Теоретические описания свойств растворов. Сб.научных трудов. Иваново, ИХ-ТИ, 1987.

86. М.И.Бакеев. Основы теории гидратации и растворения солей. Алма-Ата, АН КазССР, 1990, 54 с.

87. Я. Д.Зельвенский и др. Ректификация разбавленных растворов. Л.,Химия, 1974, 216 с.

88. В.А.Кириллин. Термодинамика растворов. М.,Энергия, 1980, 287 с.

89. В.М.Рамм. Абсорбция газов. М., Химия, 1976, 655с.

90. В.Б.Коган , В.М.Фридман. Справочник по равновесию между жидкостью и паром в бинарных и многокомпонентных системах. Л.,ГХИ, 1957.

91. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет. М., Химия, 1976, 271 с.

92. Барановский Н.В., Коваленко Л.М., Ястребенецкий А.Р. Пластинчатые и спиральные теплообменники. М., Машиностроение, 1973, 288 с.

93. Теплопередача. Учебник для вузов. / В.П.Исаченко, В.А.Осипова, А.С.Сукомел. 4-е изд. перераб . и доп. М.,Энергоиздат, 1981, 416 с.

94. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. 6-е изд., перераб. и доп. М.,изд-во физ-мат. литер. 1962, 870 с.

95. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.,Химия, 1997, 496 с.

96. Горбенко О.О., .Трифонов С.А., .Каталымов А.В., Муштаев В.И. Разделение водно-спиртовых смесей испарением через мембрану. "Химическое и нефтегазовое машиностороение", 2, 2002 г., с.9-12.

97. Горбенко 0.0. , Докторов Д.В., Трифонов С.А., Муштаев В.И. . Разделение многокомпонентных смесей в спиральном мембранном аппарате. "Химическое и нефтегазовое машиностроение", 4, 2002 г., с.40-43

98. Bruchke Н.Е.А., Tusel G.T., Boddeker K.W. / Wwnzlauff A Proc. 5* Int. Alcohol Fuel Tech. Symp. Aukland New Jcaland. May 13-18, 1982.