Российский химико-технологический
университет им. Д.И. Менделеева
университет им. Д.И. Менделеева
НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ / Научные проекты кафедры
РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ОБРАТНОГО ОСМОСА
Больше пятидесяти лет обратный осмос применяется в промышленности. За это время мы узнали почти все о возможностях этого метода разделения. Но до сих пор остается много загадочного в его теоретических основах. Почему ионы радиусом в десятые доли нм задерживаются порами с размером 1 - 2 нм? Почему некоторые большие молекулы проходят через мембрану лучше, чем маленькие?Ответы на эти и другие вопросы десятки лет искали мембранщики РХТУ им. Д.И. Менделеева. Множество диссертаций было посвящено механизму разделения в обратном осмосе.Удалось получить уравнения, позволяющие рассчитывать селективность мембран при разделении растворов сильных электролитов, скорость перехода воды через мембрану при различных условиях проведения процесса. Но появляются новые усовершенствованные мембраны и то, что казалось уже твердо установленным, начинает подвергаться сомнению. Поэтому до сих пор на кафедре мембранной технологии исследования теории разделения в обратном осмосе являются важным направлением научной работы.
МЕМБРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РАЗДЕЛЕНИЯ АЗЕОТРОПНЫХ СМЕСЕЙ ПЕРВАПОРАЦИЕЙ
Область применения и назначение: высокоэффективные технологические схемы промышленных установок для безреагентного разделения индустриально важных азеотропных смесей, позволяющие значительно сократить расход пара по сравнению с традиционными технологиями, исключить загрязнение продуктов и окружающей среды токсичными добавками.Краткое описание и основные технические характеристики: разработка новой технологии и оборудования для широкого применения паропроницания через мембрану взамен экологически опасных и энергоёмких процессов азеотропной ректификации, адсорбции и других. В технологии используются новейшие российские разработки -композиционные высокоселективные мембраны. ПЕРВАПОРАЦИЯ - безреагентный метод разделения азеотропных и близкокипящих смесей. Актуальность проблемы: энергетический и экономический кризисы и загрязнение окружающей среды заставляют искать возможности снижения энергопотребления и сокращения токсичных выбросов, особенно в химической промышленности. Большой интерес в последнее время вызывает разделение азеотропных смесей паропроницанием через мембрану, основанное на различии в скоростях проникновения компонентов через полимерный материал. Это обусловлено экономичностью и уникальными техническими достоинствами процесса ПЕРВАПОРАЦИИ: 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 будет загрязняться посторонними примесями, мембранные модули не требуют крупных производственных помещений.Преимущества (замещает ли импортный продукт или технологию): замещает импортную технологию. При втрое меньшей стоимости достигаются на порядок лучшие коэффициенты разделения и более высокая производительность.Степень освоения: изучены возможности применения отечественных мембран, разработаны надежные методы расчета процесса.Правовая защита: в настоящее время патента нет. Формы сотрудничества: совместные исследования, совместное патентование, изготовление единичных экземпляров оборудования; разработку оптимальных режимов разделения поставляемых заказчиком образцов азеотропных жидких смесей.Разработка технологии получения пектина.
В рамках этой научной работы был проведен широкий спектр исследований в области разделения раствора, получаемого путем вываривания пектина из различного сырья. Проблема была достаточно сложной, т.к. пектин быстро забивает фильтры, откладывается в системе переработки, что приводит либо к ее остановке, либо проходится работать в ущерб качеству конечного продукта и с существенными потерями. Используя мембранные технологии и разумно составив технологическую схему, руководствуясь высококвалифицированными знаниями, удалось решить проблему и провести соответствующие испытания. В результате, на основании проведенных исследований был построен завод по получению пектина из апельсиновых корок (отходов производства апельсинового сока).Получение соевого масла.
Традиционная технология получения соевого масла представляет собой экстрагирование его из соевых бобов с применением гексана. Затем гексан удаляется, но любой образованный человек понимает, что полностью извлечь его невозможно, остаточные количества остаются даже с применением высочайших современных технологий. Поэтому во многих развитых странах соевое масло в качестве пищевого не используется и не продается вообще, только как техническое. Не единожды предпринимались попытки получить соевое масло другим путем, т.к. оно является полезным и диетическим продуктом. В нем, в первую очередь, заинтересованы кухни детского питания, отрасль диетического питания, вегетарианцы и др. На кафедре мембранной технологии также проводилась исследовательская деятельность в этом направлении. Масло было решено получать из соевого молока, которое варили из соевых бобов в специальном аппарате прямо в лаборатории. Затем масло выделяли из молока различными разделительными способами. Применить ту же технологию, которую используют для получения сливочного масла из коровьего молока в данном случае не получится, т.к. процент масла в соевом молоке гораздо ниже, что и приводит к ряду трудностей. В конечном итоге, было получено соевое масло внешне очень похожее на сливочное. Но из-за ограниченных возможностей лабораторного оборудования выход его был невелик. Для дальнейших исследований необходимо более мощное и дорогостоящее оборудование. Работа осталась открытой и, возможно, будет продолжена. А результаты проведенных экспериментов являются серьезным прорывом на пути к получению соевого масла без применения вредных веществ.Очистка сточных вод.
Эта тема очень обширна и многогранна. Научная работа по очистке различных производственных стоков проводится на кафедре постоянно. Интерес к ним обусловлен возросшими требованиями к очистке сбросных смесей в связи со всемирным ростом внимания к проблеме загрязнения окружающей среды. Кроме того, все более выгодно становится использование в производстве оборотной воды, т.е. воды, выделенной из стоков, очищенной до требуемых показателей чистоты и возвращенной в производство. Это связано с удорожанием как самой воды, поступающей из водопровода, так и с увеличением цен на сброс стоков. Сегодня многим предприятиям выгоднее поставить систему глубокой очистки, чем платить за все это. Специфика стоков заключается в их «индивидуальности», т.е. для каждого типа сточных вод необходимо отдельное исследование, потому что стоки обычно представляют собой сложную комбинацию различных химических соединений. На кафедре мембранной технологии проводятся исследования по разделению стоков с производства изобутанола, содержащее очень широкий спектр органики и минеральных солей, с лакокрасочного производства, стоки которого представляют собой устойчивую масляную эмульсию. Также разрабатываются технологии разделения радиоактивных стоков, высококонцентрированных солевых стоков различного состава, стоков с содержанием тяжелых металлов. Стоит заметь, что в данном случае термин «разделение» подразумевает не просто выделение воды из стоков и, следовательно, их концентрирование. В различных случаях возможны различные варианты разделения. Например, выделение заданного вещества с дальнейшим его использованием или переработкой на том же производстве, дополнительная очистка выделенного вещества для его продажи другим производствам, для которых он является сырьевым продуктом. Также возможно получение товарного продукта прямо в процессе очистки, например, в случае разделения солей электродиализом можно сразу на выходе из электродиализного аппарата получать кислоты, щелочи и другие соединения из заданного вещества. Следует упомянуть ряд работ, посвященных флотационной и электрофлотационной очистке сточных вод от различных загрязнений.Разработка технологии обогащения биогаза, как альтернативного источника энергии.
Данная работа - одна из новых. Интерес к ней во всем мире вызван приближающимся энергетическим кризисом. Использование вторсырья, как альтернативного источника энергии сегодня представляется одним из возможных путей решения наступающего кризиса. Суть метода заключается в биоразложении органических отходов в основном с фермерских хозяйств и пищевых производств. Сама по себе биологическая переработка не является чем-то новым. Ее уже широко используют во всем мире, но в основном как способ утилизации большого объема отходов. В результате жизнедеятельности сообщества микроорганизмов, отходы перерабатываются с образованием смеси газов (так называемый биогаз) и уменьшаются в объеме. Основные компоненты биогаза – углекислый газ и метан. Последний, как известно, горюч, однако из-за большого содержания углекислого газа (около 60%) общая теплотворная способность биогаза невелика и сжигание такого газа может покрыть лишь небольшую часть энергетических потребностей. Задача мембранной технологии – разделить компоненты с получением высококонцентрированного метана.Применение известных газоразделительных мембран в этом случае малоэффективно. Работа ведется в направлении совмещении мембранных, абсорбционных и других процессов. Вот лишь краткий перечень наиболее интересных научных работ, проводимых на кафедре мембранной технологии. Сегодня в головах сотрудников кафедры созревают и приобретают все более четкие очертания новые научно-исследовательские работы, связанные с последними инновациями в мировой науке – нанотехнологией и водородной энергетикой. Возможно, уже следующее поколение студентов и аспирантов будет проводить исследование в этих областях, защищая дипломный и кандидатские работы.