Новые процессы сушки с использованием сверхкритических флюидов. Моделирование

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Развитие химической отрасли – одна из приоритетных задач Российской Федерации. Разработка новых подходов к получению ценных материалов, интенсификация и оптимизация существующих процессов позволяют увеличить производительность, получить качественно новые виды продукции, уменьшить экологический след и повысить безопасность. Все это еще в середине прошлого века понимали выдающиеся химики-технологи СССР. Как раз таким был Петр Григорьевич Романков. Сегодня перед химической отраслью страны стоят не менее амбициозные задачи. К вышеперечисленным задачам добавились новые: внедрение достижений нанотехнологии, автоматизация и цифровизация на различных уровнях, разработка принципиально новых процессов и аппаратов. Примером новых подходов для реализации ряда химико-технологических процессов является использование сверхкритических флюидов. В статье на примере сверхкритической сушки рассмотрены подходы к моделированию, интенсификации и оптимизации сверхкритических процессов, показано оборудование высокого давления для различных масштабов. Сверхкритическая сушка – ключевой этап получения высокопористых материалов аэрогелей. В данной работе получены альгинатные аэрогели с иерархической пористой структурой, обладающие высокими значениями удельной площадью поверхности (более 700 м2/г) и объема пор (более 10 см3/г).

С использованием математического моделирования показано, что увеличение температуры интенсифицирует как конвективный, так и диффузионный транспорт. При увеличении расхода диоксида углерода наблюдается интенсификация конвективного транспорта. Влияние конвективного транспорта в свободном объеме аппарата и в пограничном слое пластины особенно заметно на первом этапе сверхкритической сушки. Увеличение давления не оказывает значительного влияния на скорость процесса сверхкритической сушки.

Sobre autores

П. Цыганков

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Autor responsável pela correspondência
Email: pavel.yur.tsygankov@gmail.com
Rússia, Москва

Н. Меньшутина

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: pavel.yur.tsygankov@gmail.com
Rússia, Москва

Bibliografia

  1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. М.: Химия, 1987.
  2. Романко П.Г., Фролов В.Ф., Флисюк О.М. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи). М.: ХИМИЗДАТ, 2009.
  3. Мусина Ф.А., Бронская В.В., Игнашина Т.В., Нургалиева А.А., Харитонова О.С. Экологически чистые химические технологии для устойчивого развития химической промышленности// Вестник технологического университета. 2019, Т. 22. № 8. C. 79.
  4. Kiran E., Debenedetti P.G., Peters C.J. Supecritical fluids fundamentals and applications: Series E: Applied Sciences. V. 366. Springer-Science, 1998.
  5. Heidaryan E., Hatami T., Rahimi M., Moghadasi J. Viscosity of pure carbon dioxide at supercritical region: Measurement and correlation approach // J. Supercritical Fluids. 2011. V. 56. № 2. P. 144.
  6. Suárez J.J., Medina I., Bueno J.L. Diffusion coefficients in supercritical fluids: available data and graphical correlations // Fluid Phase Equilibria, 1998, V. 153, Diffusion coefficients in supercritical fluids, № 1. P. 167.
  7. Гумеров Ф.М. Сверхкритические Флюидные Технологии. Экономическая Целесообразность. К.: ООО “Инновационно-издательский дом “Бутлеровское наследие”, 2019.
  8. Vorobei A.M., Pokrovskiy O.I., Ustinovich K.B., Parenago O.O., Savilov S.V., Lunin V.V., Novotortsev V.M. Preparation of polymer – multi-walled carbon nanotube composites with enhanced mechanical properties using supercritical antisolvent precipitation // Polymer. 2016, V. 95. P. 77.
  9. Gavrikov A.V., Loktev A.S., Ilyukhin A.B., Mukhin I.E., Bykov M.A., Vorobei A.M. et al. Partial oxidation of methane to syngas over SmCoO3-derived catalysts: the effect of the supercritical fluid assisted modification of the perovskite precursor // Int. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 8. P. 2998.
  10. Alekseev E.S., Alentiev A.Yu., Belova A.S., Bogdan V.I., Bogdan T.V., Bystrova A.V. et al. Supercritical fluids in chemistry // Russian Chemical Reviews. 2020. V. 89. № 12. P. 1337.
  11. Pokrovskiy O., Vorobei A., Zuev Y., Kostenko M., Lunin V. Investigation of precipitation selectivity and particle size concentration dependences in supercritical antisolvent method via online supercritical fluid chromatography // Adv. Powder Technol. 2020. V. 31. № 6. P. 2257.
  12. Vorobei A.M., Pokrovskiy O.I., Ustinovich K.B., Parenago O.O., Lunin V.V. A method for measuring solubility in multi-component sub- and supercritical fluids using an online hyphenation of supercritical antisolvent precipitation and supercritical fluid chromatography // J. Mol. Liquids. 2019. V. 280. P. 212.
  13. McHugh M., Krukonis V. Supercritical fluid extraction: principles and practice. Supercritical Fluid Extraction. Elsevier, 2013.
  14. Martín A., Cocero M.J. Micronization processes with supercritical fluids: fundamentals and mechanisms: drug delivery applications of supercritical fluid technology // Adv. Drug Delivery Rev. 2008. V. 60, Micronization processes with supercritical fluids, № 3. P. 339.
  15. Menshutina N., Tsygankov P., Khudeev I., Lebedev A. Intensification methods of supercritical drying for aerogels production // Drying Technol. 2022. V. 40. № 7. P. 1278–1291.
  16. Carvalho V.S., Dias A.L.B., Rodrigues K.P., Hatami T., Mei L.H.I., Martínez J., Viganó J. Supercritical fluid adsorption of natural extracts: Technical, practical, and theoretical aspects // J. CO2 Utilization. 2022. V. 56. P. 101865.
  17. Perrut M. Sterilization and virus inactivation by supercritical fluids (a review): special edition on the occasion of Gerd Brunner’s 70th Birthday // J. Supercritical Fluids. 2012. V. 66. P. 359.
  18. West C. Current trends in supercritical fluid chromatography // Analytical Bioanalytical Chem. 2018. V. 410. № 25. P. 6441.
  19. Brunner G. Supercritical fluids as solvents and reaction media. 1st ed. Amsterdam Boston: Elsevier, 2004.
  20. Di Maio E., Kiran E. Foaming of polymers with supercritical fluids and perspectives on the current knowledge gaps and challenges: 30th Year Anniversary Issue of the Journal of Supercritical Fluids // J. Supercritical Fluids. 2018. V. 134. P. 157.
  21. Khudeev I., Lebedev A., Mochalova M., Menshutina N. Modeling and techno-economic optimization of the supercritical drying of silica aerogels // Dry. Technol. 2024. V. 42. P. 1–24.
  22. Özbakır Y., Erkey C. Experimental and theoretical investigation of supercritical drying of silica alcogels // J. Supercritical Fluids. 2015. V. 98. P. 153–166.
  23. Quiño J., Ruehl M., Klima T., Ruiz F., Will S., Braeuer A. Supercritical drying of aerogel: In situ analysis of concentration profiles inside the gel and derivation of the effective binary diffusion coefficient using Raman spectroscopy // J. Supercritical Fluids. 2016. V. 108. P. 1–12.
  24. Griffin J.S., Mills D.H., Cleary M., Nelson R., Manno V.P., Hodes M. Continuous extraction rate measurements during supercritical CO2 drying of silica alcogel // J. Supercritical Fluids. 2014. V. 94. P. 38-47.
  25. Bueno A., Selmer I., S.P R., Gurikov P., Lölsberg W., Weinrich D., Fricke M., Smirnova I. First evidence of solvent spillage under subcritical conditions in aerogel production // Indust. Eng. Chem. Res. 2018. V. 57. № 26. P. 8698–8707.
  26. Nita L.E., Ghilan A., Rusu A.G., Neamtu I., Chiriac A.P. New trends in bio-based aerogels // Pharmaceutics. 2020. V. 12. № 5. P. 449.
  27. Smirnova I., García-González C.A., Gurikov P. Pharmaceutical applications of aerogels // Springer Handbook of Aerogels: Springer Handbooks / eds. M.A. Aegerter, N. Leventis, M. Koebel, S.A. Steiner III. Cham: Springer International Publishing, 2023. P. 1489.
  28. Vignes A. Diffusion in Binary Solutions. Variation of Diffusion Coefficient with Composition // Indust. Eng. Chem. Fundamentals. 1966. V. 5. № 2. P. 189–199.
  29. Tyn M.T., Calus W.F. Diffusion coefficients in dilute binary liquid mixtures // J. Chem. Eng. Data. 1975. V. 20. № 1. P. 106–109.
  30. He C.-H., Yu Y.-S. New equation for infinite-dilution diffusion coefficients in supercritical and high-temperature liquid solvents // Indust. Eng. Chem. Res. 1998. V 37. № 9. P. 3793–3798.
  31. Кафаров В., Дорохов И., Жаворонков Н. Системный анализ процессов химической технологии: основы стратегии 2-е изд., пер. и доп. Монография. Системный анализ процессов химической технологии. М.: Litres, 2018.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».