автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Разработка процесса разделения азеотропных водно-спиртовых смесей испарением через мембрану

Российский химико-технологический университет имени Д.М.Менделеева

На правах рукописи

БЫКОВ ИГОРЬ РОСТИСЛАВОВИЧ

АЗРАБОТКА ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ АЗЕ0ТР0ПНЫХ ВОДНО-СПИРТОВЫХ СМЕСЕЙ ИСПАРЕНИЕМ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ

05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена на кафедре процессов и аппаратов химической .технологии Российского химико-технологического университета имени Д. И. Менделеева.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Ю.И:. Дытнерский.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В.Д. Волгин; кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.А. Кичик. Ведущая организация - АО "Полимерсинтез"

(г. Владимир). /L j__

Зацита состоится 10 199^г.

в// час, в ауд.Л^Зна/ заседании специализированного совета Д 053.34.08 в РХТУ им. Д. И. Менделеева (125047, Москва, А-47, Миусская пл., дом 9).

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-информационном центре университета^

Автореферат разослан ¡D Х_199фг.

Ученый секретарь специализированного совета Д.А. Бобров

ОБЩАЯ ДРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы.Энергетический кризис и загрязнение окружащей среды заставляют искать возможности снижения энергопотребления и сокращения токсичных выбросов,особенно'в химической промышленности.

Большой интерес в последнее время вызывает разделение азео-тропных водно-спиртовых смесей испарением через мембрану (ИМ), основанное на различии в скоростях проникновения компонентов через полимерный материал. Это обусловлено экономичностью и уникальными техническими достоинствами процесса ММ : безреагентностью, малой энергоемкостью, возможностью использования низкопотенциального тепла, высокой эффективностью при низких содержаниях воды в разделяемых смесях , хорошей регулируемостью, поскольку мембраны работают длительное время без регенерации в широких температурных и концентрационных диапазонах, малой чувствительностью к изменениям расхода исходной смеси, простотой контроля за качеством получаемого продукта. Продукт не загрязняется посторонними примесями, мембранные модули не требуют крупных производственных помещений.

Движущей силой процесса является градиент химического потенциала, для поддержания которого на достаточно высоком уровне исходную жидкую смесь,контактирующую с селективным рабочим слоем мембраны, подогревают до невысокой температуры (30-90°С),а парообразный пермеат непрерывно отводят с помощью вакууммирования или потока газа-носителя.

Процесс ИМ обладает специфическими особенностями,отличающими его от других мембранных процессов, например потребность в подведении теплоты испарения пермеата, сильная зависимость параметров разделения от нескольких факторов ( температуры, давления пермеата, состава разделяемой смеси и некоторых других). Реализация процесса ИМ в промышленности сдерживается неизученностью возможностей применения отечественных мембран, отсутствием надежных методов расчета. В связи с этим, была поставлена задача разработки процесса разделения азеотропных водно-спиртовых смесей испарением через мембрану-от-исследования основных массопроводных характеристик отечественных мембран и разработки расчета до решения конкретных технологических задач.

Работа выполнена в соответствии с Российской Государственной

научно-технической црограммой (ГНТП) "Экологически безопасные процессы химии и химической технологии " по заказу Государственного Комитета Российской Федерации по Высшему Образованию.

Цель работы. Подбор и испытание отечественных мембран для разделения азеотропных водно-спиртовых смесей. Разработка научно-технических основ процесса. Исследование влияния определяющих факторов на характеристики разделения. Разработка математической модели и создание на ее основе метода расчета процесса. Исследование возможности и практической целесообразности использования процесса ИМ при переработке реальных технологических смесей.

Научная новизна работы. Разработана математическая модель ИМ, учитывающая совместное влияние полей температуры,

концентрации и давления пермеата, в зависимости от гидродинамики, теплофизических свойств компонентов смеси, характеристик мембраны. Установлена адекватность модели реальному процессу. Экспериментально определены характеристики процесса разделения азеотропных водно-спиртовых смесей: изопропанол-вода, этанол-вода, изобута-нол-вода, вторбутанол-вода испарением через новые высокоэффективные мембраны на основе полиэлектролитов, ацетата и гидрата, целлюлозы, в зависимости от состава смеси, температуры, давления.

Практическая значимость работы. На основе математической модели разработан метод расчета процесса ИМ в плоскокамерных мембранных испарителях при ламинарном режиме течения , позволяющий рассчитывать производительность аппаратов заданной геометрии, а также основные конструктивные размеры аппаратов, обеспечивающих работу мембран в высокоэффективном режиме. Выполнен подбор и ресурсные испытания отечественных мембран для процесса разделения азеотропной смеси изопропанол-вода. ' Установлено, что мембраны на основе полиэлектролитного комплекса разработки АО "Полимер-синтез" превосходят мембраны типа поливиниловый спирт-голиакри-лонитрил фирмы ОРТ- мирового лидера в области процессов ИМ , по коэффициенту разделенияи смеси изопропанол-вода на порядок (а более 10000), а по удельной производительности в три раза. Испытаны в динамическом режиме при разделении водно-спиртовых азеотропных смесей плоскокамерные элементы опытно - пилотного модуля. Показана возможность применения ИМ для концентрировании промышленных растворов: смесей изопропанол - вода производства газоразделительных мембран АО "Полимерсинтез", смесей вторбута-

нол-вода АО "ИРЕА"; водно-спиртовых экстрактов натуральных ароматизаторов (экстракты мелиссы), используемых для приготовления безалкогольных напитков. Предложена технологическая схема опытно-промышленной установки для разделения азеотропной смеси изопропанол-вода производительностью 1,5 т/сутки. Оценка экономической эффективности показывает целесообразность внедрения процесса в промышленность.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на заседаниях кафедры "Процессы и аппараты химической технологии", Седьмой республиканской конференции "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств", сентябрь 1988г., Львов, на Второй Всесоюзной конференции "Теплофизика и гидро-газо-динами-ка процессов кипения и конденсации" , Рига декабрь 1988 г., Международном симпозиуме "Мембраны для газо- и паро-разделения", февраль- март 1989 г., г.Суздаль, 5-й Всесоюзной конференции "Мембранные методы разделения смесей" декабрь 1991 г., Суздаль, "Первом российском семинаре по первапорации", апрель 1994 г., Москва.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ. Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, содержащего наименований, и приложений, общий объем работы ЛГ^страниц, в том числе Ц 2- рисунков, // таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе приведен анализ литературы посвященной ММ, физико-химическим основам процесса, известным методам расчета процесса. Показана перспективность применения ИМ для разделения азеотропяых и близкокипящих смесей. Выявлены технические достоинства процесса и связанные с ними возможности снижения приведенных затрат на 30-50Ж, уменьшения экологической опасности процесса разделения . Сформулированы цели и задачи исследбваний.

Вторая глава посвящена описанию использованных в работе методик экспериментов, статических и проточных установок, мембран, ячеек, приборов, реактивов, материалов. В качестве объектов исследования использовали водно-спиртовые смеси: изопропанол (ИПС)-вода, этанол (ЭС)- вода, вторбутанол(ВБС)-вода, изобутанол (ИБС)-вода. Приведены методики анализа и обработки данных. Основные характеристики мембран- удельная производительность 3

и коэффициент

3 =

разделения ) 60

Б (т^-т.,)

(кг/м ч) (I)

рассчитывались по формулам: У/(1-У)

а

Х/(1-Х)

где т2 и т1 - масса ловушки с пробой и без пробы

(м2);

(2)

(кг);

г2 и

'1

время

Б - площадь рабочей поверхности мембраны окончания и начала заполнения этой ловушки по шкале времени в минутах, X и У массовая концентрация легкопроникающего компонента соответственно в разделяемой жидкой смеси и в пермеате.

Третья глава содержит результаты экспериментов и их обсуждение. Изучалось влияние определяющих факторов:типа мембраны, состава и температуры смеси у поверхности активного слоя мембраны, давления пермеата на основные характеристики процесса ИМ. Результаты экспериментов в статической ячейке с интенсивным перемешиванием по испарению смеси ИПС-вода . через некоторые мембраны приведены на рис.1. Ацетат-целлюлозные мембраны МГА-100 более селективны, чем МГА- 95, но менее производительны. Для смеси МПС/ вода азеотропного состава коэффициент разделения Ощ-д-кхг30 а а щпд.д^ лишь 6. Причиной большей селективности мембраны

МГА-100 по сравнению с МГА-95 является наличие селективного слоя (меньшая пористость).

кгЛ^ч

У,кг НоО/кг смеси

Щг, -

более плотного

0,2 0,4 0,6 0,8 а,бх ^ 0 0 < 0,2 0,4 0,6 0 8 а,б х>кг н ( 0,05 0,1 0,15 0,2в,г,|а, смеси ' °''15 кГсмё!

смеси д

РисЛ Зависимости удельной производительности и состава пермеата от массовой доли воды X в исходной смеси изопропанол-вода. Мембраны: а) МГА-95, 0) МГА-100, в) МГ-1, г) МГ-2 (данные автора), д) ОРТ (данные й.НаигепЪас)!, С.НегЮп), г=70-72°С.

Разделение смесей изопропанол-вода различной концентрации испарением через композитные мембраны типа полианион-катион

(МГ-1) и ша полианион-поликатион на пористом фторопласте (МГ-2) показало, что эти мембраны превосходят мембраны типа поливиниловый спирт-полиакрилонитрил фирмы йРТ по удельной производительности в три раза, причем мембрана МГ-2 обеспечивает коэффициент разделения смеси изопропанол-вода на порядок выше (а более 10000). Такие высокие значения коэффициента разделения позволяют судить о специфическом взаимодействии воды с материалом мембраны МГ-2.

Селективность мембран МГ-1 ниже, а удельная производительность выше, чем МГ-2 для малых X. С уменьшением массовой доли вол да в исходной смеси от 0,17 до 0,009 коэффициент разделения а уменьшался от 2-3*103 до 20. Удельная производительность этой мембраны составляла 0,33 кг/м2ч при Х=0,01 (г=72°С). Вода является преимущественно проникающим компонентом вследствие гидрофильности мембранообразующих полимеров. Рост удельной производительности мембран с увеличением концентрации воды в исходной смеси объясняется пластифицирующим действием воды на селективный слой мембран и увеличением движущей силы процесса. Полученные в экспериментах на статической ячейке с интенсивным перемешиванием данные по влиянию состава водно-спиртовых смесей на удельную производительность и состав пермеата для мембран на основе полиэлектролитов, ацетатов и гидрата целлюлозы (МГА, Влацефан, Диацелл ) полиамидосульфокислоты (ПАСК), были аппроксимированы многочленами для дальнейшего использования в математической модели процесса (таблица I).

Таблица 1. Основные характеристики мембран

Мембрана Разделяемая смесь Удельная производительность, ]о(х) Состав пермеата, Y(x) X кг/кг смеси То [°К]

МГА-95 mc/HgO 0,281+8,70х--3.93Х2 0,0228(In х)2 +0,309In х + +1,03 0,005 -1,0 345

МГА-100 ипс-н2о 0,199+3,13х--1.25Х2 0,00711(lnx)2 +0,07671nx+ +0,994 0,005 -1,0 345

Влацефан ВЁС/Н20 -3,947+3,553Х+ 113.5Х2 -0.00574/X+ +1,031 0,010,27 352

МГ-2 ипс/н2о 3,36х+355х2--3,063х3+ +11946Х4--19Т19Х5 0,878+2,69х--12,3х2 0,009 -0,17 345

ПАСК ипс/н2о 4,01818х+ +141.142Х2 42.9256Х-514, 45х2+1790х3 0,010,16 348

МГ-2 ЭС/ н2о 0,092271+ +3.35604Х+ +75.5673Х2 0,0371207+ +33,9212х-0.0351763Х2 +1103,29хЭ 0,005 -0,17 343

Диацелл ипс/н2о 0,00585449+ 0,0271112х+ +69,5641х2 0,0055499* ехр(84,3637х +351,03х2) 0,010,13 345

С увеличением температуры исходной смеси возрастала удельная производительность вследствие увеличения движущей силы процесса и возрастания коэффициентов диффузии компонентов смеси в полимерах, образующих селективный олой мембран. Опытные точки хорошо ложились вдоль прямых линий в координатах 1п 3 - обратная температура. По результатам экспериментов с отечественными мембранами были определены энергии активации процесса (таблица 2) для использования в математической модели процесса.

В небольших пределах изменения температуры (То-15°К) состав

пермеата У практически сохранялся постоянным для исследованных мембран и смесей.

Указанное обстоятельство позволило для инженерных целей использовать соотношения для'определения удельной производительности мембран и состава пермеата вида:

I- Еа (То-ТЬ

з = 30<х>е*р[х * — ]; У=ж) (3)

где ^о(Х) - удельная производительность мембраны в зависимости от состава смеси, измеренная при некоторой "стандартной" температуре То, Еа - "кажущаяся" энергия активации процесса испарения через мембрану, И - универсальная газовая постоянная.

Таблица 2. Величины энергий активации процесса испарения водно-спиртовых смесей испарением через различные мембраны

№ Мембрана Компоненты смеси Диапазон темпе- Энергия ак-

масс.соотношение ратур, °С тивации Еа кДж/моль

1. МГА-95 ИПС/Н20

88/12 20-78 21,0

2. МГА-100 - 20-80 27,0

3. МГ-2 - 50-75 48,4

4. ПАСК ИПС/Н20

82,5/17,5 25-70 35,2

5. МГ-2 Этанол/НгО

90/10 40-75 26,3

б. Влацефан Вторбутанол/НгО

68/32 60-79 44,4

7. Диацелл ИПС/Н20

88/12 40-78 31,5

С увеличением давления под мембраной удельная производительность мембраны и содержание легкопроникащего компонента (воды) в пермеате снижались вследствие уменьшения движущей силы процесса и приближения состава пермеата к соответствущему равновесию пар-жидкость при атмосферном давлении.

Характер хода экспериментальных зависимостей 3(Р) и У(Р) позволил условно выделить из общего диапазона изменения давлений пермеата область высокоэффективного режима,характеризущегося высокой селективностью и высокой удельной производительностью, существенно не зависящими от давления (устранялось сопротивление мас-сопереносу со стороны пермеата). Имело место плато постоянного состава пермеата для Р меньших Р^.

В случае- мембран МГА, ПАСК, МГ и смеси изопропанол-вода 88/12 (1;=720С) величина Р^. составляла порядка 0,1 от давления насыщенного пара пермеата.

В ходе работы были проведены ресурсные испытания элементов пилотного плоскокамерного мембранного модуля. В результате 225-ти суточного эксперимента было установлено, что конструкция элементов

шлотного модуля обеспечивает длительную устойчивую работу мембран в высокоэффективном режиме разделения (коэффициент разделения а достигал величины нескольких тысяч, при удельной производительности до 3 кг/м2ч.).

Четвертая глава посвящена разработке математической модели мембранного испарителя и анализу.процесса на ее основе.

Исходные физические предпосылки следующие: I. Пермеат отводится свободно ( Р < ), изотермический поток парообразного пермеата подчиняется законам идеальных газов и движется ламинарно по дренажному каналу. 2. Процесс протекает в стационарном режиме. 3. Теплообмен и массообмен с окружающей средой отсутствует. 4. Удельная производительность и состав пермеата определяются типом мембраны, концентрацией и температурой смеси на поверхности активного' слоя мембраны.. 5. Диффузионное сопротивление подложки пренебрежимо мало. 6. Жидкая смесь несжимаема, течет ламинарно. 7. Изменение теплового потока вдоль мембранного канала вследствие теплопроводности мало по сравнению с изменением теплового штока вдоль мембранного канала, обусловленного конвекцией. 8. Толщина активного слоя мембраны пренебрежимо мала по сравнению с высотой напорного канала (рис.2).

Величина локального потока пермеата может быть выражена уравнением массопередачи :

3 = КМЛ (4)

где Км- коэффициент массопредачи, & - перепад концентраций

А = С1 - С2 (5)

С1 и С2 - концентрации легкопроникающего компонента в ядре потока ретанта и равновесная, соответственно.

Км = --—---(6)

1 6„ 1 _ + _м+ _п+ _

01 Ч. ХП Н

где - коэффициент массоотдачи от потока жидкой смеси к поверхности мембраны, А, - коэффициент массопроводности мембраны, бм- толщина селективного слоя мембраны, Л^ - ко-коэффициент массопроводности поддерживающей мембрану порис-

той подложки, еп- толщина пористой подложки, |32 - коэффициент массоотдачи от поверхности подложки к ядру потока пер-меата.

С учетом допущений I и 5 выражнение для коэффициента массопередачи упрощается:

К„

1

Р1+ \

(7)

Комплекс -

м м

Ч 3(СМ)

был определен исходя из экспериментальных

данных, полученных в условиях интенсивного перемешивания жидкости , где См-концентрация легкопроникающего компонента в исходной смеси.

ЖИДКАЯ СМЕСЬ

Рис.2. Схема потоков мембранного испарителя

МЕМБРАНА

ПОДЛОЖКА

ПАРООБРАЗНЫЙ ПЕРМЕАТ

ИСХОДНАЯ. "ШЕСТ—'

ИСХОДНАЯ. "СМЕСь-1

ШАШАШ

Ьн---

птанн

шииич

ШФЩГ

ШАШШ

патш

■ШГ

ПЕРМЕАТ

РКТАНТ к ПЕРМЕАТ

Р'ЕТАНТ

- ю -

Коэффициент массоотдачи со стороны жидкости рассчитывался на основе соотношений Дреснера^олученных решением уравнений Навье-Стокса и конвективной Здаффузии для проницаемых каналов: ЗЬ=4Ре/1п(1+1,536£°'ЗЭЗ) для Ы 0,02 (8)

Б11=4Ре/Ьп(£+6-5ехр(->'£7з')) для С > 0,02 (9)

5=2Ре23 Х/ЗИхр11н (10) Ре=Я/2рБ (11)

(З^БИ Ь/\ (12)

где ¿^-эквивалентный диаметр канала, Б-коэффициент диффузии, Ре- критерий Пекле , р-плотность жидкости,

Их~продольная скорость жидкости.

Удельный тепловой поток был определен соотношением :

Ч = КуМ = ЛАНд + С^) (13)

где ДНП - скрытая теплота парообразования пермеата, 3 -величина удельного трансмембранного потока, Д1; - перепад температуры ядро потока жидкости-поверхность испарения , Сп-теплоемкость пермеата, Коэффициент теплопередачи К^, определялся уравнением :

1

К,, = --(14)

1 ем - + -м

а1 Ч

где а, - коэффициент теплоотдачи от ядра потока жидкой смеси к поверхности мембраныД?- коэффициент теплопроводности селективного слоя мембраны.

Коэффициент теплоотдачи в напорном канале а, рассчитывался на основе решения уравнения конвективной теплопровод-

ности:

> X » X >гХ

щ- + да- = а —- (15)

х»Х iY¿

с параболическим профилем скорости, граничными условиями первого

рода,основанном на разложении функции температуры в степенной ряд

с учетом первых трех членов ряда:

Г з 9 1 х 1

4\т > В^ ехр----

5-0 1-8 Ре Ъ")

-, а,'= ' п"°-----(Тб)

Г 8 „ 1 X 1

где йд- высота канала; А^теплопроводность жидкой смеси ; -

компоненты скорости в направлении X и У;

X - продольная координата; У-поперечная координата; еп,^-собственные значения функции температуры и константы (по Петухову 6^=2,83; 8^=32,1; е|=93,5; В0=0,858; В1=0,569; В2=0,47б)

Гидравлическое сопротивление дренажного канала рассчитывалось на основе решения уравнений Навье-Стокса и неразрывности для каждого элемента канала ДХ^ (рис.2), с граничными условиями, полученными для постоянной скорости поперечного штока

(Берман, Ерошенко).

Локальный перепад давления определялся соотношением: Зц Г- V . ДХ?

ДР. =

" 1 2 11

(17)

где .¡-величина средней по сечению скорости вдоль оси X, У^-попервчная- скорость пермеата в' 1-ом элементе канала.

Уравнения (3)-(17) совместно с уравнениями, описывающими связь теплофизических свойств смеси с составом и температурой, уравнениями материального и теплового баланса образуют систему, которая решалась методом последовательных приближений на ПЭВМ с целью анализа процесса Алгоритм подробно описан в диссертации.

Сравнение расчетных величин с экспериментальными данными для мембранного испарителя с плоским напорным каналом длиной 0,33 м, мембран отечественного производства марок МГА-95,МГА-100,

смеси изопропанол-вода (рис.3) показало хорошее соответствие между ними в исследованном диапазоне чисел Рейнольдса. Отклонение не превышает 20%.

Актуальными задачами при разработке мембранных испарителей являются расчет гидравлического сопротивления дренажных каналов этих аппаратов, а также обратная задача-определение конструктивных размеров дренажных каналов, обеспечивающих работу всей поверхности мембраны в высокоэффективном режиме. На рис.4, по оси ординат отложено отношение среднего по сечению давления Р внутри дренажного канала к давлению перехода Р^. Из графиков видно, что зависимости относительного давления Р/Р^. от длины дренажных каналов обладают крутизной, значительно увеличивающейся при уменьшении поперечного размера дренажных каналов.

200

1400 Не 0

2000

Рис.3. Зависимости величин трансмембранных потоков от числа Рейнольдса. Разделение жидкой смеси изопропанол-вода:

а)мембрана МГА-Ю0,о -Хн о=0,1; Д -Хн о=0,2; -ХН2О=0,3;б)

мембрана МГА-95 , о -Хн о=0,1; о - Хн о=0,2; Хн о=0,3;

2 2 л 2

0,2' 0,4 0,6 0,8 1,0 Х,м Рис.4. Распределение давления по длине дренажных каналов •мембранного испарителя :■ - высота канала 2,0мм;А-1,2мм; V- 0,8 мм;о - 0,4 мм; •- 0,2 мм,— — 0,1 мм. 3=1,205кг/м2ч; Р^405 Па; Т=315°К,

На рис.5, приведены зависимости минимальных поперечных-размеров дренажного канала ( высоты 1ц) от его длины. Высокоэффективный режим испарения через мембрану сможет реализоваться для точек, лежащих над расчетной кривой. Из анализа рисунка

следует, что минимальный поперечный размер дренажных каналов (для рассматриваемых расчетных условий) крупных промышленных модулей должен составлять величину I и более миллиметров. Представляло интерес исследовать влияние величины штока перме-ата через мембрану ;) на конструктивные размеры дренажных каналов высотой I мм рис.6.

Рис. 5. Зависимость минимальной высоты плоских

дренажных мембранных

каналов

•Ч

испарителей

от их длины:,205кг/м ч; Р^-1405 Па; Т=315°К, Р/Р^=0.9; (пермеат-вода). Область высокоэффективного режима заштрихована.

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Х+,м

Рис 6. Зависимость максимальной • длины плоских дренажных каналов Х^. от величины удельной производительности мембраны : высота канала 1г= 1мм , Т: Р

=315°К; Р. =1405 Па,

.о/Р4=0.9; (пермеат-вода). Область высокоэффективного режима заштрихована.

У/у///А. 9

0,8 1,2 1,6 J, кг/м^ч

Интересен тот факт, что в рассмотренном диапазоне изменения потока пермеата 0,01-2,0 кг/м2ч, предельная длина дренажных каналов Х1. резко возрастает при уменьшении попереч-

ного потока ниже 0,2 кг/м2ч и достигает величин порядка метра и более для штоков меньших 0,01 кг/м2ч.

В пятой главе приведено описание технологической схемы опытно-промышленной установки для разделения азеотропной смеси изопро-панол-вода производительностью 1,5 т/сутки, позволяющей сократить расход пара на 80% по сравнению с азеотропной ректификацией, исключить загрязнение продукта и окружающей среды бензолом.

ВЫВОДУ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработана математическая модель процесса испарения через мембрану с учетом совместного влияния полей концентрации, температуры и гидравлического сопротивления дренажных каналов, в зависимости от гидродинамики, теплофизических свойств компонентов смеси, характер истик мембраны.

2. На основе математической модели разработан метод расчета процесса в плоскокамерных мембранных испарителях при ламинарном режиме течения для разделения азеотропных водно-спиртовых смесей, требующий минимального числа предварительных экспериментов. Отклонение экспериментальных величин от расчетных данных находится в пределах 20%.

3. С помощью математической модели проведен анализ процесса испарения через мембрану. Проанализировано влияние геометрических размеров мембранного элемента на распределение давлений по дренажным каналам, гидродинамических условий на изменение удельной производительности, удельной производительности и высоты дренажных каналов на их эффективную длину.

4. Изучены характеристики процесса разделения азеотропных водно-спиртовых смесей, имеющих большое промышленное . значение: изопропанол-вода, этанол-вода, изобутанол-вода, вторбутанол-вода испарением через новые мембраны на основе полиэлектролитных комплексов, ацетатов и гидрата целлюлозы, полиамидосульфокислоты, в зависимости от состава смеси, температуры, давления.

5. Установлено, что мембраны на основе полиэлектролитного комплекса разработки АО "Полимерсинтез" превосходят мембраны типа поливиниловый спирт-полиакрилонитрил фирмы СРТ-мирового лидера в области процессов ИМ по коэффициенту разделенияи смеси изопропа-нол-вода на порядок (а более 10000), а по удельной производительности в три раза.

6. Предложено в качестве' определяющего параметра для расчета

дренажных каналов мембранных испарителей использовать давление перехода Pt от высокоэффективного к низкоэффективному режиму испарения через мембрану.

7. Испытаны плоскокамерные элементы опытно-пилотного модуля обеспечившие длительную устойчивую работу мембран в высокоэффективном режиме при разделении азеотропной смеси изопропанол-вода.

8. Показана возможность использования ИМ для концентрирования водно-спиртовых экстрактов натуральных ароматизаторов (экстракты мелиссы), используемых для приготовления безалкогольных напитков.

9. Разработанный метод расчета мембранных испарителей и техническая документация на процесс разделения жидких смесей испарением через мембрану переданы в АО "ИРЕА" г. Москва и АО "По-лимерсинтез" г. Владимир, что подтверждено актами.

10. Предложена технологическая схема опытно-промышленной установки для разделения азеотропной смеси изопропанол-вода производительностью 1,5 т/сут, позволяющая сократить расход пара на 80% по сравнению азеотропной ректификацией, исключить загрязнение продукта и окружающей среды бензолом.

Основные результаты диссертации отражены в следующих печатных

работах:

1. Dytnerskl Y.I., Bykov I.R. Study of Hydraullc resistance of flat dralnage Channels of pervaporators// Proceedings of The Fifth International Conierence on Pervaporation Processes In The Chemical Industry. Heidelberg, Germany , March,. 11-15, 1991 Ed. By R.Baklsh, Baklsh Materials Corporation P.O. Box 148, Eng-levood, New Jersey 07631. - P.-250-259.

2. Дытнерский Ю.И., Быков И.Р., Энергозатраты на разделение жидких смесей испарением через мембраны// Тез. докл. 5-й Всесоюз. конф. "Мембранные методы разделения смесей. - Суздаль. 1991.- с. 96-97.

3. Dytnerski Y.I., Bykov I.R., Berechnung des hydraulichen Widerstandes der Dranagekanale von Membranverdampfern// Wissenschaftliche Zeitschrift, Technische Hochshule Kothen 1991/3. - S. 77-84.

4. Дытнерский Ю.И., Быков И.Р. Испарение через мембрану как экологически безопасный процесс разделения азеотропных смесей.//

Тез. докл. конф. "Социально-правовые принципы и технические системы экологической безопасности" в сб. Проблемы обезвреживания , обеззараживания сточных вод, утилизации осадков и принципы формирования малоотходных технологий и производств. - Ленинград. - Северо-западный политехнический институт. - 1991 - С. 134-135.

5. Dytnerskl Y Л., Bykov I.R. The séparation of Isopropanol-Water Mixtures by Pervaporation through. Reverse Osmotic Membranes// Preprints oi Présentations. International Symposium on Membranes For Gas and Vapour Séparation. - 1989. - Suzdal. - USSR,

- P. 90.

6. Дытнерский Ю.И., Быков И.P. Специфика конструирования аппаратуры для испарения через мембрану// Тез. докл. 2-й Всесоюз. конф. "Теплофизика и гидрогазодинамика процессов кипения и конденсации". - Рига. - 1988. - т. 2. - С. 117 - 118.

7. Дытнерский Ю.И., Быков И.Р. Разделение жидких смесей испарением через мембрану. Современное состояние и перспективы развития// Тез. докл. 7-й Республиканской конф. "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств". - Львов. - 1988 - Ч. 3 - С. 100-102.

8. Дытнерский Ю.И., Быков И.Р. Испарение через мембрану как альтернатива азеотропной ректификации // Химическая промышленность. - 1989. - N 8. - С. 17-23.

9. Дытнерский Ю. И., Быков И. Р., Акобян А.А., Смекалов В. Т., Цоколаев Б. Р. Разделение жидких смесей испарением через мембрану и мембранной дистилляцией. -М.: БИИТЭХим - 1989. - 50 с.

10. Дытнерский Ю.И., Быков И.Р. Расчет гидравлического сопротивления дренажных каналов мембранных испарителей// Химическая

промышленность. - 1994. - No 8. - С. 38-42.

.-fî^f