Modelno zasnovan dizajn mikrofluidne destilacijske napravePotočnik, Martina (Avtor) Ambrožič, Rok (Mentor) destilacijamikrostrukturirani sistemiintenzifikacija procesamodelno zasnovan dizajnoptimizacija procesaDestilacija je ena izmed najstarejših in najbolj široko uporabljenih separacijskih postopkov, ki temelji na različnih vreliščih komponent v mešljivih kapljevinskih mešanicah. Zaradi svoje preprostosti, visoke učinkovitosti za različne mešanice ter možnosti kontinuirne izvedbe separacije, je ta metoda široko uporabljena v številnih industrijskih panogah, kot so farmacevtska, naftna, prehrambena in kemijska industrija. Kljub številnim prednostim ima destilacija tudi določene omejitve; gre za energijsko zelo potratne procese, kar nasprotuje smernicam trajnostnega razvoja, naprave so zaradi želje po zagotovitvi ustrezne produktivnosti velike, torej za proces potrebujemo veliko obratovalno površino, sistemi so nepremični in kot posledica naštetih omejitev je izvedba separacije z destilacijo relativno drag postopek. Naštete omejitve bi se dalo izboljšati z izvedbo destilacije v mikrostrukturiranih sistemih, za katere so značilne velike specifične površine, ki izboljšajo prenos toplote in snovi v sistemu ter omogoča hitrejšo separacijo, lažjo regulacijo temperature v sistemu in predvsem večjo energijsko učinkovitost. Zaradi manjših reakcijskih volumnov se zmanjša poraba kemikalij, energije, proizvodnja odpadkov, vpliv na okolje, poleg vsega pa lahko pri mikrodestilaciji s povečanjem števila separacijskih enot (angl. numbering-up) enostavno povečamo produktivnost in s tem poenostavimo njihovo implementacijo v večje sisteme. Mikrodestilacijske enote lahko tudi integriramo z drugimi (mikro)reaktorji ali analizatorji, s čimer sestavimo t. i. »end-to-end processing« sistem za enovito proizvodnjo ali analizo. Pri modelno zasnovanem načrtovanju (angl. model based design, MBD) mikrodestilacijske enote je ključno, da po opredelitvi problema, transportnih mehanizmov in lastnosti izdelamo model, ki matematično opiše ter napove obnašanje mešanice v napravi. Model nato rešimo in izvedemo simulacijo procesa, ki med drugim omogoča razumevanje delovanja naprave in analizo vpliva različnih spremenljivk na delovanje sistema. S tem optimiziramo procesno enoto že pred njeno izdelavo, kar je ena izmed ključnih prednosti MBD pristopa. V okviru raziskave smo razvili mikrostrukturirano destilacijsko napravo, v kateri je gonilna sila separacije kapilarna sila in izdelali pripadajoče matematične modele za opis procesa. Temu je sledilo numerično reševanje modela, njegova verifikacija in optimizacija destilacijskega procesa z namenom izboljšanja učinkovitosti separacije, zmanjšanja porabe energije in možnosti povečevanja sistema (angl. scale-up).20252025-09-02 12:40:00Magistrsko delo/naloga171776VisID: 25735COBISS_ID: 252618243sl