Математична модель процесу вакуумної мембранної дистиляції у виробництві біоетанолу
DOI:
https://doi.org/10.18372/2310-5461.49.15293Ключові слова:
процес вакуумної мембранної дистиляції, плоска гідрофобна мембрана, математична модель, статичні і динамічні характеристики, керування процесомАнотація
В даній роботі досліджувався процес вакуумної мембранної дистиляції в процесі витягу етанолу з розчину меляси. Зростання виробництва біопалива (особливо безводного етанолу) стимулював пошук нових методів, які дозволяють витягати і концентрувати його більш ефективним і прибутковим способом; мембранна технологія є одним з них. Мембранна дистиляція , призначена для вилучення спиртів, являє собою методику з використанням пористих мембран для поділу рідкої суміші, в якій рушійною силою процесу є градієнт парціального тиску на мембрані. Під час процесу летючі компоненти повинні змінити фазу, щоб пройти через мембрану. Основна перевага цього методу полягає в можливості безперервного видалення етанолу на стадії виробництва паливного спирту. Мембранна дистиляція з вакуумом , що призначена для відновлення спиртів майже не вивчена. Актуальною задачею є створення математичної моделі процесу. В даній роботі розроблена математична модель динаміки температури і концентрації на виході з мембранного модуля. Сформульовані припущення прийняті при розробці математичної моделі процесу. Математична модель враховує зміну концентрації етанолу в розчину на виході і в парі, що дифундує через мембрану. Можливими керуючими впливами розглянуті зміна вакууму в каналі пермеату і витрати охолоджуючої води для конденсації парів етанолу. . Визначаються статичні та динамічні характеристики за каналами керування і збурення на основі створеної математичної моделі процесу. Досліджується вплив допущень на вид і характер динамічних властивостей. Досліджувалася система в просторі стану. Метод кінцевих різниць використано для розв’язку математичної моделі з використанням програмного інструмента Matlab. Наведені графічні результати дослідження.
Посилання
Бурбан А. Ф. Мембранна дистиляція в процесах водопідготовки, знесолення та очищення стічних вод. Наукові записки. 2014. № 157. С. 15-24.
Drioli E., Romano M. Progress and New Perspectives on Integrated Membrane Operations for Sustainable Industrial Growth. Industrial & Engineering Chemistry Research. 2001. V. 40. P. 1277 – 1300.
Брык М.Т., Нигматуллин Р.Р. Мембранная дистилляция. Успехи химии. 1994. №12 (63). С. 1114 – 1129.
Alkhudhiri A., Darwish N., Hilal N. Membrane distillation: A comprehensive review. Desalination. 2012. № 287. – P. 3 – 18.
Pelin Onsekizoglu. Membrane Distillation: Principle, Advances, Limitations and Future Prospects in Food Industry, Distillation - Advances from Modeling to Applications, Dr. Sina Zereshki (Ed.), ISBN: 978-953- 51-0428-5, InTech, 2012. Available from: http://www.intechopen.com/books/distillation-advances-from-modeling-toapplications/membrane-distillation-principle-advances-limitations-and-future-prospects-in-food-industry (data access 25/12/2020)
Khayet M. Membranes and theoretical modeling of membrane distillation: A review. Advances in Colloid and Interface Science. 2011. V. 164. P. 56 – 88.
Угрозов В.В. Математическое моделирование процесса контактной мембранной дистилляции в проточном модуле. ТОХТ. 1994. Т. 28 № 4. С. 375 – 380.
Benavides-Prada O. A., Guevara-Lastre C. A., Barón-Núñez F. W. Vacuum membrane distillation: modeling and analysis for recovery of ethanol from ethanol/water solutions [Text]. J. of oil & gas and alt. Energy. 2013. Vol. 5, Num. 2. P. 47-57 ISSN 0122-5383.
Ладієва Л. Р., Жулинський О. А. Математична модель процесу контактної мембранної дистиляції. Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. 2004. №2(14). С.46 – 51.
Ладієва Л. Р., Жулинський О. А. Математична модель динаміки процесу контактної мембранної дистиляції. Автоматизація виробничих процесів. 2005. №1(20). С. 19 – 21.
Ладієва Л.Р., Оніщенко В.О., Дубік Р.М. Математичне моделювання розподілу температур у мем-бранному модулі в процесі мембранної дистиляції. Наукоємні технології. 2015. № 1 (25). С. 5 – 8.
Ладієва Л.Р., Дубік Р.М. Математична модель теплообміну в процесі контактної мембранної дистиляції. Енергетика, економіка, технології, екологія. 2011. №1(28). с. 10 – 16.
Патент на корисну модель 144730. Спосіб автоматичного керування процесом мембранної дистиляції / Л.Р. Ладієва, О.М. Береза; заявл. 12.03.2020; опубл. 26.10.2020, Бюл. № 20, 2020 р.
