Введение к работе
уальность проблемы. Быстрый рост потребительских способностей )еменного общества требует от промышленности внедрения новых окоэффективных технологий и совершенствование старых. Процессы іеления 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 ! 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 SO2. В ізводстве 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 биофильтраї 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 SPEEC 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 биосиїт
ГосНИИСинтезбелок, зав. лабораторией д.т.н., проф. Винаров А.Ю.
/бчатом керамическом мембранном элементе, который позволяет ^считывать на ЭВМ основные параметры процесса микрофильтрации, жазана 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, шск; 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 :НЕМА'97, Germany, Frankfort-on Main, June 9-14, 1997; 13th 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 їв, выводов, списка литературы и приложения. Основной материал изложен
страницах машинописного текста, содержит рисунков,
)лиц. Список литературы содержит наименований.