Abstrakt pracy: „Model Maxwella-Stefana w modelowaniu procesów separacji membranowej”

praca dyplomowa magisterska

autor: inż. Jakub Sznycer

Na początku pracy znajduje się omówienie procesu nanofiltracji oraz krótki opis podstawowych modeli matematycznych opisujących nanofiltrację. Do tych modeli zalicza się między innymi model transportu w porach, który opiera się na równaniu Carmana – Kozeny`ego oraz na mechanizmie sitowym. Model rozpuszczalnościowo – dyfuzyjny (MRD) oraz model Nernsta – Plancka opierają się na procesie, w którym następuje rozpuszczenie się składnika permeującego przez membranę, a następnie jego dyfuzję. Model Nernsta – Plancka jest dokładniejszy od MRD, ponieważ uwzględnia dodatkowo konwekcję oraz potencjał chemiczny. Następnie jest podana klasyfikacja membran, które są wykorzystywane do rozdzielania mieszanin.

Zasadniczym elementem pracy jest zapoznanie się oraz przedstawienie modelu
Maxwella – Stefana w modelowaniu procesu nanofiltracji roztworów wodnych. Do wykonania modelu Maxwella – Stefana została wykorzystana teoria o wolnych przestrzeniach. Model ten dodatkowo bierze pod uwagę takie parametry jak współczynnik tarcia, spęcznienie membrany oraz objętość wolnych przestrzeni między cząsteczkami. Opracowany model wieloskalowy został przygotowany w taki sposób, aby łatwo można go było zaimplementować do programów komputerowych. W pracy został on użyty do przeprowadzenia przykładowych obliczeń dla danych dostępnych w literaturze. Model wieloskalowy został użyty do procesu separacji membranowej mieszaniny glicerol – woda przy użyciu membrany celulozowej (nieporowatej). Wyniki symulacji zostały porównane z wynikami eksperymentalnymi wykonanymi przez Bowena i Welfoota (dla membrany celulozowej porowatej). W dalszej części pracy przedstawiono wpływ parametrów fizykochemicznych oraz parametrów procesowych na jakość przeprowadzonego procesu rozdziału.