Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Моделирование и оптимизация технологической схемы процесса первапорации на примере разделения водных смесей спиртов С2-С4 Шарикова, Татьяна Геннадьевна

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Шарикова, Татьяна Геннадьевна. Моделирование и оптимизация технологической схемы процесса первапорации на примере разделения водных смесей спиртов С2-С4 : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.16.- Барнаул, 1999.- 127 с.: ил. РГБ ОД, 61 00-5/1295-3

Введение к работе

Актуальность работы. Нормальные спирты и их изомеры находят широкое применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности как в качестве исходного сырья, так и в качестве растворителей. В ходе технологических процессов спирты образуют смеси с водой, вследствие чего повторное их использование невозможно без предварительного обезвоживания.

Одним из перспективных методов разделения водно-органических смесей является диффузионное испарение через мембрану - первапорация, обладающая по сравнению с традиционными способами такими достоинствами, как безреагент-ность, низкое энергопотребление, высокая эффективность. Первапорация привлекает внимание прежде всего как экологически чистая и безотходная технология, применяемая для разделения азеотропных смесей, а также близкокипящих или термически неустойчивых веществ. Однако внедрение процесса первапора-ции в практику сдерживается рядом причин, одной из которых является недостаточная изученность закономерностей процесса и, как следствие, отсутствие надежных методик технологических расчетов. Ввиду этого проблема разработки математической модели, позволяющей проводить расчет и оптимизацию основных технологических параметров и характеристик процесса пер-вапорационного разделения водно-органических смесей, является актуальной.

Цель диссертационной работы состоит в разработке и программной реализации математической модели процесса пер-вапорационного разделения смесей в технологической схеме с рециркуляцией и в решении задачи оптимизации площади мембран при разделении смеси до заданной концентрации конечных продуктов.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

получить и проанализировать статистическими методами модели характеристик первапорационных мембран, предназначенных для разделения водных смесей спиртов С24;

методами нестатистического анализа уточнить параметры моделей и рассчитать их доверительные интервалы;

- разработать математическую модель, алгоритмы и соот
ветствующее программное обеспечение для расчета основных
параметров процесса первапорационного разделения смесей в
циркуляционно-порционной технологической схеме;

разработать методику определения оптимальной по технико-экономическому критерию площади мембран, необходимой для разделения смеси до заданной концентрации продуктов;

внедрить полученные результаты в практику научных исследований и учебный процесс.

Методы исследования, используемые в работе, основаны на общеизвестных способах математического моделирования, пространственно-временной декомпозиции процессов, методах статистической и нестатистической оценки параметров эмпирических зависимостей.

Достоверность и обоснованность научных выводов подтверждается качественным и количественным сравнением результатов расчетов с данными физических экспериментов и выводами теоретического анализа, использованием современных методов и средств обработки данных, всесторонним анализом литературных источников и патентной проработкой по теме диссертации.

Совместное использование статистических и нестатистических методов оценки параметров эмпирических зависимостей позволило повысить надежность и достоверность моделей характеристик процесса первапорационного разделения водных смесей спиртов С24, а также устранить противоречия в исходной информации, оценить пригодность найденных эмпирических зависимостей и область их применения в модели технологической схемы процесса.

На защиту выносятся:

- статистические модели, описывающие зависимость удель
ной производительности и состава паровой фазы от состава
исходной смеси при разделении водных смесей спиртов С24 на
отечественных композитных мембранах основе полиэлектролит
ного комплекса (ПЭК) и полиамидосульфокислоты (ПАСК);

- математическая модель и на ее основе информационно-
программный комплекс, позволяющие определить основные па
раметры и характеристики процесса первапорационного разде
ления водных смесей спиртов С24 в технологической схеме с
рециркуляцией;

- результаты тестирования модели и численного исследова
ния процесса при параллельном использовании от 1 до 10 мем
бранных модулей;

- методика определения оптимальной по технико-
экономическому критерию площади мембран в технологической
схеме процесса первапорационного разделения смеси.

Научная новизна работы состоит в следующем:

  1. Предложена и реализована методика расчета технологических параметров процесса первапорационного разделения жидких смесей на основе эмпирических моделей массообменных характеристик мембран.

  2. Впервые получены модели массообменных характеристик отечественных композитных мембран ПАСК и ПЭК для разделения водных смесей спиртов С24 в области высоких концентраций спирта.

  3. Разработана математическая модель расчета и оптимизации основных технологических параметров циркуляционно-порционной технологической схемы процесса первапорационного разделения.

  4. Выполнено исследование характеристик процесса первапорационного разделения водных смесей спиртов С24 и оптимизация площади мембран в циркуляционно-порционной технологической схеме.

Практическая значимость. Разработанная математическая модель позволяет определить следующие технологические параметры: материальные потоки, производительность, время протекания процесса, оптимальную площадь мембран, необходимые для синтеза технологических схем разделения и ускорения перехода от лабораторных исследований к промышленному внедрению процесса. Математическая модель исследована на примере первапорационного разделения водных смесей спиртов С24 в технологической схеме с рециркуляцией, но методику можно использовать и для синтеза технологических схем разделения широкого круга водно-органических смесей. Результаты работы могут служить базой для создания малоотходных, экологически и экономически обоснованных технологических процессов.

Реализация результатов. Предлагаемые подходы могут быть использованы в любой отрасли промышленности, где применяются аналогичные смеси и стоит задача их разделения. В частности, одной из конкретных прикладных задач являлась раз-

работка технологического процесса регенерации изопропилового спирта из водных сред на Волгоградском ПО "Химпром" и НИ-ИМВ г. Зеленограда.

Работа выполнена в рамках федеральной научно-технической программы "Университеты России (технические университеты)" Госкомитета РФ по высшему образованию7 по направлению 2.7.4, раздел "Энергосбережение и экология" и региональной научно-технической программы Алтай-2.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международной конференции "Экологически чистые технологические процессы в решении проблем окружающей среды" (ИГТУ, Иркутск, 1996); Байкальском международном студенческом форуме "Безопасное развитие регионов" (ИГУ, Иркутск, 1996); международной научно-технической конференции "Научные основы высоких технологий" (НГТУ, Новосибирск, 1997); XI международной конференции молодых ученых МКХТ -97 (МХТИ, Москва, 1997); 4й международной научно-практической конференции "Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири" (АГТУ, Барнаул, 1998); первой краевой конференции по математике МАК-98 (АГУ, Барнаул, 1998); Third international congress "Water: Ecology and Technology" ECWATECH-98 (Moscow, 1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Похожие диссертации на Моделирование и оптимизация технологической схемы процесса первапорации на примере разделения водных смесей спиртов С2-С4