Магистерская диссертация на тему "ТЮМГУ | Определение параметров установки с селективными мембранами "

Работа на тему: Определение параметров установки с селективными мембранами
Оценка: отлично.
Оригинальность работы на момент публикации 50+% на антиплагиат.ру.
Ниже прилагаю все данные для покупки.
https://studentu24.ru/list/suppliers/Anastasiya1---1326

Описание работы

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ·
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИНСТИТУТ МАТЕМАТИКИ И КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК
Кафедра фундаментальной математики и механики

РЕКОМЕНДОВАНО К ЗАЩИТЕ В ГЭК
Заведующий кафедрой

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
магистерская диссертация
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ С СЕЛЕКТИВНЫМИ МЕМБРАНАМИ

Математика
Магистерская программа «Вычислительная механика

Тюмень 2022

СОДЕРЖАНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕОРИЯ МЕМБРАННЫХ АППАРАТОВ 5
1.1. МЕМБРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ 5
1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕМБРАН 10
1.3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МЕМБРАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ 15
ГЛАВА 2. ПОДХОДЫ К ОПИСАНИЮ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ ГАЗОВ В СЕЛЕКТИВНЫХ МЕМБРАНАХ 17
2.1. СТАТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПИСАНИЮ РАБОТЫ СЕЛЕКТИВНЫХ МЕМБРАН 17
2.2. ДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПИСАНИЮ РАБОТЫ СЕЛЕКТИВНЫХ МЕМБРАН 21
ГЛАВА 3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 25
3.1. РАСЧЕТ ПРОНИЦАЕМОСТИ И КОЛИЧЕСТВА ВОЛОКОН В МЕМБРАНЕ 25
3.1.1. ПРОНИЦАЕМОСТЬ 26
3.1.2. КОЛИЧЕСТВО ВОЛОКОН 28
3.2. СИСТЕМА УРАВНЕНИЙ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩАЯ ПРОЦЕСС ГАЗОРАЗДЕЛЕНИЯ 29
3.3. ОБЕЗРАЗМЕРИВАНИЕ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ ДЛЯ ГАЗОРАЗДЕЛЕНИЯ 36
3.4. ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ И ВЫЧИСЛЕНИЯ С ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ 38
3.5. ПРИВЕДЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ НАЧАЛЬНЫХ И ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ 41
3.6. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ 48
3.7. АНАЛИЗ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПАРАМЕТРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ПРОЦЕСС МЕМБРАННОГО ГАЗОРАЗДЕЛЕНИЯ 51
ВЫВОДЫ 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 58
ПРИЛОЖЕНИЕ 62

ВВЕДЕНИЕ
Основным топливно-энергетическим комплексом Российской Федерации, занимая одно из ведущих мест в мире по добыче, всегда являлся и является по сей день углеводородный ресурс. В особенности, Тюменская область базируется на развитии и поддержании постоянной добычи во многих близлежащих регионах севера. Поэтому получение чистого газа играет немаловажную роль для нашей страны. Существует немалое количество установок, используемых для получения чистого газа из смеси газов с чистотой 70-80%, а то и больше. Большинство таких установок являются энергозатратными и дорогостоящими, чем создают сложность многим компаниям в их приобретении и дальнейшей эксплуатации. Для этого необходимы такие установки, с помощью которых можно получить на выходе газ с чистотой, приближенной к 90-95%, а также не требующие больших материальных затрат. Одной из таких установок является селективная мембрана, работающая по принципу процесса фильтрации. Мембранная технология обладает огромным потенциалом, благодаря разработке новых методов ее использования за XX и XXI век были достигнуты большие промышленные и рыночные достижения. Она предназначается для компонентного газоразделения с эффективностью свыше 70-80%. Однако для такой установки с селективными мембранами необходима правильная подборка математической модели, глубже описывающая весь процесс в динамике, учитывая условия внутри мембраны и снаружи мембраны.
• Актуальность: потребность в введении технологий газоразделения, гарантирующих чистоту газа свыше 90% при сравнительно недорогой технике использования.
• Практическая значимость: природные газы, такие как азот и кислород, являются часто потребляемыми газами во многих отраслях промышленности, из-за чего их ценность в чистом виде растет.
• Цель работы: вычислить технологические параметры селективной мембраны, обеспечивающие наибольшую степень очистки газа на выходе.
Поэтому были поставлены следующие задачи:
1) Получить систему уравнений, которая будет детально описывать принцип действия установки;
2) Получить обезразмеренную систему уравнений, которая будет содержать критерии подобия процесса разделения газов в селективной мембране;
3) Провести исследование модели и вычисления с ее помощью;
4) Получить решение конечной системы уравнений, описывающей весь газоразделительный процесс в мембране;
5) Провести анализ чувствительности параметров, влияющих на процесс мембранного газоразделения;
6) Проанализировать полученные результаты.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Anshu Singh-Ghosal, Koros W.J. Air separation properties of flat sheet homogeneous pyrolytic carbon membranes. Journal of Membrane Science 174, 2000. P. 177–188.
2. Armin Ebrahimi, Mousa Meratizaman, Hamed Akbarpour Reyhani, Omid Pourali, Majid Amidpour. Energetic, exergetic and economic assessment of oxygen production from two columns cryogenic air separation unit. Energy, Volume 90, Part 2 ; 2015. P. 1298-1316.
3. Baker R. W. Future directions of membrane gas separation technology. End. Eng. Chem. Res. 2002. No. 41. P. 1393–1411.
4. Chong K. C., Lai S. O., Thiam H. S., Teoh H. C., Heng S. L. Recent progress of oxygen/nitrogen separation using membrane technology. Journal of Engineering Science and Technology, Vol. 11, No. 7, 2016. P. 1016 – 1030.
5. David F. Sanders, Zachary P. Smith, Ruilan Guo, Lloyd M. Robeson, James
E. McGrath, Donald R. Paul, Benny D. Freeman. Energy-ef?cient polymeric gas separation membranes for a sustainable future: A review. Polymer Volume 54, Issue 18; 2013. P. 4729-4761.
6. Nollet J. A. Investigations on the causes for the ebullition of liquids. J. Membr. Sci. 1995. V. 100. P. 1–3.
7. Paola Bernardo, Gabriele Clarizia. 30 Years of Membrane Technology for Gas Separation. AIDIC Servizi, 2013. P. 1999-2004.
8. Robeson, L.M. The upper bound revisited. Journal of Membrane Science, 320, 2008. P. 390-400.
9. Smith A.R., Klosek J. A review of air separation technologies and their integration with energy conversion processes. Fuel Processing Technology 70, 2001. P. 115–134.
10. Баландина А.Г., Хангильдин Р.И., Ибрагимов И.Г., Мартяшева В.А. Развитие мембранных технологий и возможность их применения для очистки сточных вод предприятий химии и нефтехимии. Электронный научный журнал
«Нефтегазовое дело» №5. 2015, с. 336-376.
11. Баренблатт Г. И. Движение жидкостей и газов в природных пластах/ Г. И. Баренблатт, В. М. Ентов, В. М. Рыжик. – М.: Недра, 1984. – 211 с.
12. Бекман И.Н. Высшая математика: математический аппарат диффузии: учебник для бакалавриата и магистратуры/ И.Н. Бекман. – 2-е изд., испр. и доп.
–М.: Издательство Юрайт Серия: Университеты России, 2017. – 469 с.
13. Бондаренко В. Л., Симоненко Ю. М., Дьяченко О. В. и др. Технико- экономическое обоснование степени предварительной очистки Ne–He-смеси, Технические газы. 2001. № 1-2. С. 20–23.
14. Ганопольский Р.М., Гильманов А.Я., Деменчук. М.А., Дмитриев И.О., Федоров К.М., Шевелев А.П. Методы определения коэффициента проницаемости селективно-проницаемых мембран. Национальная академия наук Беларуси. Инженерно-физический журнал. за январь-февраль 2021-с. 234- 239.
15. Гильманов А.Я., Деменчук М.А., Шевелев А.П. Определение параметров установки с селективными мембранами. Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. Т. 7. № 3 (27), 2021. С. 71-88.
16. Дроздов П.Н. Глубокая очистка газов методом мембранного газоразделения: Дис. д-ра техн. наук: 02.00.04. Нижний Новгород, 2005. 320 с.
17. Кикоин И.К. Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. акад. И. К. Кикоина. – М.: Атомиздат, 1976. – 1008 с.
18. Классификация мембран: [сайт].
19. Ковалев В.Л., Косьянчук В.В., Якунчиков А.Н. Свободномолекулярное течение газа через колеблющуюся мембрану. Известия российской академии наук. Механика жидкости и газа. № 4, 2014. С. 119-124.
20. Кузьменко И. Ф., Горохов В. А., Талакин О. Г. Устройство для концентрирования неона в газовых смесях, содержащих неон. Патент 2441693 РФ, Опубл. 27.12.2010.
21. Лысенко В. И., Труфанов Д. Ю., Бардаханов С. П. Фильтрация и сепарация газов через нанопористую керамику. Теплофизика и аэромеханика. 2011. Т. 18, № 2. С. 285–292.
22. Макаревич Н.А. Теоретические основы адсорбции: учебное пособие / Н.А. Макаревич, Н.И. Богданович; Сев. (Арктич.) федер. ун-т им. М.В. Ломоносова. - Архангельск: САФУ, 2015. - 362 с : ил.
23. Мембранные технологии и их применение: [сайт].
24. Мулдер М. Введение в мембранную технологию — М.: Мир, 1999. —513 c.
25. Особенности мембраны систем обратного осмоса [сайт].
26. Принцип работы мембранных установок (технология газоразделения на полимерных мембранах): [сайт].
27. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Термодинамика и молекулярная физика. т. II. М.: Наука, 1990, 591 с.
28. Скородумов Б. А., Талакин О. Г., Дашко В. Г., Почечуев С. В. Внедрение промышленных газоразделительных установок в различных областях промышленности, Тез. докл. XI Всеросс. науч. конф. “МЕМБРАНЫ- 2010”, 4-8 октября 2010. Москва, 2010. С. 83.
29. Талакин О.Г., Н.Л. Докучаев. Разработка программы расчета мембранного процесса разделения многокомпонентных смесей и аналитические исследования процесса концентрирования водорода Отчет ОАО Криогенмаш № 4152. Балашиха: Криогенмаш. 2005.
30. Тихонов Н.А., Токмачев М.Г. Основы математического моделирования. Учебное пособие. М.: Физический факультет МГУ, 2012-с. 91.
31. Токарь А.Ю. Мембранные процессы разделения. международный научно-исследовательский журнал, выпуск №1, 2014. С. 94-96.
32. Хванг С. Т., Каммермайер К. Мембранные процессы разделения. Москва: Мир, 1981.