Podrobno

Modelno zasnovan dizajn mikrofluidne destilacijske naprave
ID Potočnik, Martina (Avtor), ID Ambrožič, Rok (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (2,44 MB)
MD5: A209B6FAEEF47D61ED131AF93523E8A3

Izvleček
Destilacija 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).

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:destilacija, mikrostrukturirani sistemi, intenzifikacija procesa, modelno zasnovan dizajn, optimizacija procesa
Vrsta gradiva:Magistrsko delo/naloga
Tipologija:2.09 - Magistrsko delo
Organizacija:FKKT - Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo
Leto izida:2025
PID:20.500.12556/RUL-171776 Povezava se odpre v novem oknu
COBISS.SI-ID:252618243 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:02.09.2025
Število ogledov:217
Število prenosov:37
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Model-based design of a microfluidic distillation unit
Izvleček:
Distillation is one of the oldest and most frequently used separation processes, based on the different boiling points of components in miscible liquid mixtures. Due to its simplicity, high efficiency for various mixtures and the possibility of continuous separation, this method is widely applied in numerous industrial sectors, such as the pharmaceutical, petroleum, food and chemical industries. Despite its many advantages, distillation also has certain limitations. It is an energy-intensive process, which conflicts with sustainable development guidelines. The equipment required to ensure adequate productivity is large, meaning the process demands significant operational space. Additionally, distillation systems are stationary and as a result, distillation is a relatively expensive separation process. The distillation process could be improved, if performed in micro-structured systems, which are characterized by large specific surface areas (high surface-to-volume ratio). This enhances heat and mass transfer within the system, enabling faster separation, easier temperature regulation and, most importantly, greater energy efficiency. Due to smaller reaction volumes, the consumption of chemicals and energy is reduced, along with waste production and environmental impact. Additionally, in micro-distillation, productivity can be easily increased by numbering-up the units. Microdistillation units can also be integrated with other (micro)reactors or analysers, creating a so-called "end-to-end processing" system for seamless production or analysis. In model-based design (MBD) of a microdistillation unit it is essential that after problem description, transport mechanisms definition, and other system characteristics definition, a model is created that mathematically describes and predicts the behaviour of the mixture within the device. After solving the model, a process simulation is carried out, allowing for a deeper understanding of the device's operation and an analysis of the impact of different variables on system performance. This enables the optimization of the process unit before its fabrication, which is one of the key advantages of the MBD approach. Within this research, microstructured distillation device, in which the driving force for separation is capillary force, was developed, and corresponding mathematical models were derived to describe the process. This was followed by numerical model solving, verification and optimization of the distillation process to improve separation efficiency, reduce energy consumption, and enable system scale-up.

Ključne besede:distillation, microstructured systems, process intensification, model-based design, process optimization

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj