Введение к работе
Актуальность проблемы.
Можно с уверенностью сказать, что практически во всех существующих в настоящее время химических технологиях важным составным элементом являются процессы разделения веществ. Очевидно, что разработка новых высокоэффективных схем проведения массообменных процессов позволит существенным образом интенсифицировать процессы химической технологии.
В последнее время все более широкое применение находят процессы разделения, в которых используются жидкие мембраны. Они расширяют круг решаемых задач, позволяют существенно интенсифицировать массообмен и обеспечивают решение ряда других важных проблем, таких как селективность, безопасность и управляемость технологических процессов. Однако их применение осложняется тем, что при разработке и проектировании процессов с использованием жидкой мембраны мы будем сталкиваться с трудностями, определяющимися необходимостью подбора вещества для мембранной фазы. Для этого необходимо иметь предсказательную систему моделирования мембранных процессов, опирающуюся на обширную базу данных по различным термодинамическим характеристикам возможных компонентов мембраны, включая уравнение состояния, химпотенциалы и др., по широкому классу чистых веществ и их смесей. Сделать это на основе существующих в настоящее время полуэмпирических моделей невозможно из-за их низкой точности и огромной трудности экспериментов по широчайшему диапазону возможных вариантов составов мембран. Поэтому естественно, что наиболее точной и привлекательной является схема моделирования массообменных процессов с жидкой мембраной на базе теоретического расчета термодинамических характеристик таких систем на основе потенциалов межмолекулярного взаимодействия. Решению этой проблемы посвящена настоящая работа.
Работа выполнялась в рамках следующих программ: I. Тематический план Госкомитета по высшей школе. 1.30.91. "Разработка методов математического моделирования мембран разделения" (I99I-I995 г.г.), раздел 28.17.19.50.51.15.
- I -
"Построение замкнутого описания массопереноса в химически активных мембранах".
I.3I.9I. "Разработка теоретических методов описания массо-и теплопереноса в двухфазных системах газ(пар)- кидкость-твердая стенка-реагирущая среда и оптимального проектирования массообменшх аппаратов" (I99I-I995);
-
Программа "Университеты России-. Координационный план Госкомитета науки и высшей школы Г-53-76-93. Тема 2.2. "Теоретические основы разработки энергосберегающих технологий и экологически безопасных аппаратов в промышленной химии".
-
Программа ГКВШРФ -Разработка экологически чистых и энергосберегающих технологий разделительных и реакционных массообменный процессов".
Цель работы:
Математическое моделирование процессов разделения веществ, реализуемых с использованием жидких мембран, на основе -замкнутого описания равновесия и кинетики процессов, протекающих в мембранной фазе, на универсальной базе данных о межмолекулярных потенциалах взаимодействия.
Научная новизна:
предложено замкнутое описание состояния равновесия в одно- и многокомпонентных жидких средах в терминах радиальных функций распределения и парных потенциалов межмолекулярного взаимодействия;
разработана процедура построения уравнения состояния и вычисления термодинамических потенциалов для модельных систем, с потенциалом взаимодействия типа потенциала Леннарда-Джонса-,
- на основе синтеза теоретической схемы расчета и
полуэмпирических теорий предложен метод расчета
термодинамических и кинетических характеристик полярных смесей;
- построено физико-химическое описание явлений Б жидкой
мембране в виде последовагельного рассмотрения технологии
разделения веществ с ее применением как целостного явления в
многофазной, многокомпонентной, гетерогенной среде на основе
принципа сокращенного описания;
- разработана математическая модель технологического
- г -
процесса получения полимерного сферического продукта с использованием жидких мембран. С помощью физико-химического анализа показано, что мембрана является определяющим элементом технологии. Практическая значимость.
Предложенное описание равновесия и кинетики в жидких смесях и процедура построения уравнения состояния могут быть использованы для расчета баз справочных данных равновесных параметров, при проектировании и реконструкции промышленных аппаратов; разработанные программные комплексы могут быть составной частью систем автоматизированного проектирования.
Разработанные физико-химические основы применения жидких мембран в процессах разделения веществ позволили осуществить моделирование технологии промышленного производства сферического продукта на предприятиях Государственного комитета оборонной промышленности. Предложенные рекомендации по ее совершенствованию приняты к использованию, о чем имеется подтверждение соответствующими документами. Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: International conference on advanced and laser technologies, Moscow, 1992; докладывались на семинарах КГТУ, РХТУ им. Д.И.Менделеева, института Биофизики (г. Пущино). Обьем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы из ІІЄ наименований. Содержание работы изложено на 128 страницах машинописного текста, включая 10 таблиц и 8 рисунков. .