Краткие выводы по результатам исследований 1. Создана лабораторная модель экспериментально-исследовательской установки для очистки биогаза с целью получения высококонцентрированного метана с микробарботажным модульем. Обоснована возможность создания низкоэнергоемких и высокоэффективных контактных устройств для проведения сопряженных мембранных и абсорбционных процессов на основе микробарботажного взаимодействия потоков газа и жидкости. 2. Теоретически и экспериментально исследованы гидромеханика и массообмен в тонкодисперсных системах газ-жидкость. Тонкие газо-жидкостные дисперсии создавались путем микробарботажа через трубчатые микрофильтрационные керамические мембраны при воздействии набегающего потока жидкости. 3. Разработана математическая модель гидромеханики диспергирования газа на микропористых мембранах при инерционном воздействии жидкой фазы. На основе рассмотрения баланса сил, действующих на микропузырек в момент роста, получено уравнение, связывающее средний диаметр микропузырька со скоростью жидкости, характеристиками мембраны и физическими свойствами жидкой фазы. Адекватность модели доказана собственными экспериментами и сравнением с литературными экспериментальными данными. 4. Исследованы процессы абсорбции и хемосорбции при микробарботаже в подвижную жидкую фазу. Определены коэффициенты массоотдачи, удельные поверхности контакта фаз и межфазные потоки в микробарботажном аппарате при поглощении диоксида углерода из его смесей с воздухом чистой водой и водной суспензии СаО. 5. Создана лабораторная установка для исследования гидромеханики образования микропузырьков и массообмена в процессе микробарботажа. Разработана экспериментальная методика для изучения распределения размеров микропузырьков. Проведены серии экспериментов по исследованию гидромеханики образования микропузырьков, физической абсорбции чистого диоксида углерода водой и хемосорбции диоксида углерода растворами СаО из его смесей с воздухом. 5. Показано, что величина удельной поверхности контакта фаз при микробарботаже в 8-30 раз больше, чем при обычном барботаже, что приводит к существенному уменьшению рабочего объема аппарата при одинаковой эффективности. 6. На основе полученных предварительных теоретических и экспериментальных результатов исследований гидродинамических и массообменных характеристик мембранно-микробарботажного процесса направленное на выяснение возможности применения при очистке биогаза разработана технологическая схема получения высококонцентрированного метана. Оценка полноты решений поставленных задач. Проведение экспериментальных исследований гидродинамических и массообменных характеристик мембранно-микробарботажного процесса, теоретическое обобщение результатов определения размеров образующихся микропузырьков в микробарботажном аппарате при очистке биогаза и создание лабораторной модели экспериментально-исследовательской установки для очистки биогаза с целью получения высококонцентрированного метана с микробарботажным модульем полностью соответствуют поставленным в работе задачам. Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов. Разработанная математическая модель гидромеханики диспергирования газа на микропористых мембранах при инерционном воздействии жидкой фазы и разработанная технология очистки биогаза с целью получения высококонцентрированного метана могут быть рекомендованы научным, инженерно-техническим работникам различных отраслей промышленности, проектным и научно-исследовательским институтам, для модернизации существующих систем очистки газов и для оптимизации мембранных и абсорбционных процессов. Исходными данными по конкретному использованию результатов являются данные анализа различных способов очистки биогаза с целью получения высококонцентрированного метана и опыта их эксплуатации в промышленности, а также результаты исследований ученых развитых стран, сообщающих о том, что при диспергировании газа через пористые мембраны образуются микропузырьки, имеющие размеры от 0,5 до 150 мкм. Благодаря столь малым размерам микропузырьки обладают рядом уникальных свойств, таких как повышение поверхности контакта взаимодействующих фаз и могут найти широкое применение в химической, пищевой, фармацевтической промышленностях, а также в нетрадиционной энергетике. Оценка технико-экономической эффективности внедрения.В результате выполнения работы будут разработаны научные основы расчета совмещенных мембранных и абсорбционных процессов, способствующие созданию высокоэффективного технологического оборудования. Оценка научно-технического уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Предложенные нами технология и разработки по исследованию процесса мембранно-микробарботажной очистки биогаза, которая совмещает мембранно-абсорбционные процессы, на сегодняшний день является прорывной технологией в нетрадиционной энергетике и является наиболее сложной проблемой, возникающей на стыке двух фундаментальных процессов: мембранных и абсорбционных. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1 Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз: теория и практика (Пер. с нем. и предисловие М. И. Серебряного.) - М.:Колос, 1982. - С.148. 2 DominikRutzM.Sc. Dr. Rainer Janssen. Biofuel Technology Handbook.Dipl.-Ing. WIPRenewableEnergies, Sylvensteinstr. Munchen, Germany, www.wip-munich.de 3 Deublein D. Steinhauser A. Biogas from Waste and Renewable Resources. Издательство: Wiley, 2008, -С.472. 4 Werner Kossmann, UtaPonitz, Stefan Habermehl, Thomas Hoerz, Pedro Kramer, B. Klingler, C. Kellner, Thomas Wittur, F. v. Klopotek, A. Krieg, H. Euler. Biogas Digest Volume II Biogas - Application and Product Development. Information and Advisory Service on Appropriate Technology. Design: UtzDornberger. 5 Biogas plants in Europe: A practical handbook. Springer.-2007. - 361 p. 6 Biogas Praxis. BarbaraEder. HeinzSchulz. 2006 /переводнарус. Биогазовые установки:практическое пособие 7 Дытнерский Ю.И., Брыков. В.П., Каграманов Г.Г. Мембранное разделение газов - М.: Химия, 1991. –С.344. 8 ChristensenТ.,ChristensenТ.Н., CossuR, Stegmann R. Landfilling of Waste: Biogas (Hardcover). -Publisher:Taylor&Francis; 1st ed edition, 1996.-840p. 9 Concise Encyclopedia of Bioresource Technology. CRCPress, 2004.-735р. 10 Пак И.В., Цой Р.М. Введение в биотехнологию. -Тюмень:Издательство ТюмГУ, 2002. -С.188. 11 Хиггинса И.и др. Биотехнология. Принципы и применение. -М.: Мир, 1988. –С.316. 12 Ментелл С.Г.и Смит Г. Биотехнология сельскохозяйственных растений. -М.: Агропромиздат, 1987. –С.286. 13 S. Atchariyawut, R. Jiraratananon, R. Wang; Separation of CO2 from CH4 by using gas-liquid membrane contacting process // Journal of membrane science 304 (2007) p.163-172. 14 M. Kukizaki, M. Goto; Size control of nanobubbles generated from SPG membranes // Journal of membrane science 281 (2006) p.386-396. 15 M. Kukizaki, M. Goto; Spontaneous formation behavior of uniform-sized microbubbles from SPG membranes in the absence of water-phase flow // Colloids and surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 14097 (2006). 16 R. Rodriguez, J. Rubio; New basis for measuring bubbles size distribution // http: // www.lapes.ufrgs.br/Laboratorios/Itm/Itm.html 17 Y. Zong, M. Wan, S. Wang, G. Zhang; Optimal design and experimental investigation of surfactant encapsulated microbubbles // Ultrasonics 44 (2006) p. 119-122. 18 J. Y. Kim, M. Song, J. D. Kim; Zeta potential of nanobubbles generated by ultrasonication in aqueous alkyl polyglycoside solutions // J. Colloids Interf. Sci. 223 (2000) p. 285. 19 Sung-Ho Cho, Jong-Yun Kim, Jae-Ho Chun, Jong-Duk Kim; Ultrasonic formation of nanobubbles and their zeta-potentials in aqueous electrolyte and surfactant solutions // Colloids and surfaces A:Physicochem. Eng. Aspects 269 (2005) p. 28-34. 20 K. Loubiere, G. Hebrard; Influence of Liquid surface tension (surfactants) on bubble formation at rigid and flexible orifices // Chemical Engineering and Processing 43 (2004) p. 1361-1369. 21 P. Painmanakul, K. Loubiere, G. Hebrard; Effect of surfactants on liquid-side mass transfer coefficients // Chemical Engineering science 60 (2005) p. 6480-6491. 22 R. Sardeing, P. Painmanakul, G. Hebrard; Effect of surfactants on liquid-side mass transfer coefficients in gas-liquid systems: A first step to modeling // Chemical Engineering science 61 (2006) p. 6249-6260. 23 E. Unger, T.O. Matsunaga, P.A. Schumann, R. Zutshi; Microbubbles in molecular imaging and therapy // MEDICAMUNDI 47/1 April 2003 p.58-65. 24 В. Некрасов «Микробиологическая анаэробная конверсия биомассы» -Тюмень:Издательство ТюмГУ, 2001. -С.168. 25 Biogas Works, 2002, www.biogasworks.com 26 Веденев А.Г, Веденева Т.А. -Б.: Руководство по биогазовым технологиям. – “ДЭМИ”, 2011.-84с 27 Николаев И. Диффузия в мембранах-М.:1980.-232с. 28 Тимашев С.Ф. Физико-химия мембранных процессов. – М.: 1988.-240с. 29 Хванг С.Т., Каммермейер К. Мембранные процессы разделения. Пер. с анг.- М.:1981.-465с. 30 Сапрыкин В.Л., Пятничко A.И. Промышленные газоразделительные мембраны// Серия «Подготовка и переработка газа и газового конденсата» - Обзор информация ВНИИЭгазпром.-1988.-вып.1.-44с. 31 Сыротин С.A., Бердо Б.Г. Современное состояние мембранной технологии разделения газов// Серия «Подготовка и переработка газа и газового конденсата» - Обзор информация ВНИИЭгазпром.-1987.-вып.3.-27с. 32 Spillman R.W. Economics of Gas Seperation Membranes // Chem.Eng.Progr.-1989.-V.85, no5.-p.41-62. 33 Russel F.G. Application of the DELSEP membrane system// Chem.Eng.Progr.-1984.-V.80, no10.-p.48-52. 34 Shendell R. Membranes can efficiently separate CO2 from mixture // Oil &Gas Journal.-1983.-V.81, no33.-p.52-56. 35 Ryan J.M., Schaffer F.W. The Ryan/Holms Technology-An Economical Route for CO2 and Liguid Recovery // AICHE Winter National Meeting. March 11-14, 1984.-Atlanta,-1984. Paper no 336. 36 US Patent №4.374.657 B01D59/12. Process of separating acid gases from hydrocarbons /R.I. Schendel, F.T. Selleck (US).-11c. 37 Shendell R. Process efficiently treat gases associated with CO2 miscibleslaad // Oil &Gas Journal.-1983.-V.81, no29.-p.82-86. 38 Enstar Engineering Co. DELSEP Membranes // Hydrocarbon Processing.-1984. -V.63, no4.-p.65. 39 Russel F.G. Field Tests of DELSEP Permeators // Hydrocarbon Processing.-1983. -V.62, no8.-p.53-56 40 Lee A.L. Membrane process for CO2 removal tested at Texas plant. // Oil &Gas Journal.-1994.-V.92, no5.-p.90-92. 41 Минералогическая энциклопедия: пер. с англ. / Под ред. К. Фрея. — Л.: Недра, 1985. — 512 с. 42 Руководство по биогазу. От получения до использования [Электронный ресурс]. — Режим доступа. — URL: http://esco-ecosys.narod.ru/2012_9/art272.pdf 43 Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды. — Киев: 1981. — 208 с. 44 Сатаев М., Хусанов.А., Саипов А., Муталиева Б., Сабырханов Д. Применение мембранной технологии и перспективы его использования при очистке биогаза / Сатаев М. [и др.].// Тр.межд.науч.-практ.конф. «Развитие науки, образования и культуры независимого Казахстана в условиях глобальных вызовов современности», посвященной 70-летию ЮКГУ им.М.Ауэзова. - 2013.- T.8.- С.236-239 45 Байысбай О.П., Сатаев М.И., Ескендиров Ш.З., Оспанова М.М., Нурунбетов Т.С. Повышение эффективности массопереноса при ультрафильтрации в мембранном аппарате с неподвижными мембранными элементами // Новости науки Казахстана. - 2006. - Вып. 2(89). - С.101-105. 46 Джунусбекова С.Ш., Сатаева Л.М., Шакиров Б.С., Сатаев М.И. Ультрафильтрационная очистка водных потоков в мембранном аппарате //Новости науки Казахстана. – 2005. №3. - С.66-70. 47 Джунусбекова С.Ш., Сатаева Л.М., Шакиров Б.С.Ультрафильтрация для разделения водомасляных эмульсий // Наука и образование Южного Казахстана. – 2006.-№ 5(54). - С.47-51. 48 Джунусбеков А.С., Сатаева Л.М., Шакиров Б.С., Сатаев М.И., Маханов Б.Б. Нанофильтрационная очистка воды в мембранном аппарате // Труды X юбилейной международной научной конференции «Наука и образование - ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030», - Караганда, 2007.- Вып.1. –С.355-357. 49 MaratSatayev, BirzhanShakirov, BotagozMutaliyeva, LazzatSatayeva, RustemAltynbekov, OmirbekBaiysbay, RavshanbekAlibekov. Mathematical modeling of methoxyanabasine C11H16N2O polymer solution ultrafiltration. Heat Mass Transfer, 2012, №48, Р. 979-987, DOI 10.1007/s00231-011-0948-8. JournalCitationReports®, ThomsonReuters 2010 ImpactFactor0.673Springer 50 Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация.-М.: Химия, 1978, -С.352. 51 Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы.-М.: Химия, 1986.-С.272. 52 ДжераянТ.Г., ШкиневВ.М., ДаниловаТ.В., КарандашевВ.К. Многоступенчатые мембранные системы для непрерывного фракционирования вод в анализе // Крит.технол. Мембраны.-2001.-№ 9.-С.34–37. 53 Саттерфилд Ч. Н. Массопередача в гетерогенном катализе. -М.: Химия, 1976, С.240. 54 Ролдугин В.И. Физикохимия поверхности. Долгопрудный: Интеллект. 2008. 55 Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М.: Недра. 1982. 56 Schröder V., Behrend O., Schubert H. Production of emulsions using microporous ceramic membranes. // Colloids and surfaces A. 1999. no. 152. p. 103. 57 Sharma M.M., Danckwerts P.V. Chemical methods of measuring interfacial area and mass transfer coefficient in two-fluids systems. // British Chemical Eng. 1970. 15(4). p. 522. 58 Хусанов А., Дмитриев Е., Калдыбаева Б., Сатаев М., Сабырханов Д., Саипов А., Мырзакулова А. Разработка технологии очистки биогаза микробарботажным способом с целью получения высококонцентрированного метана из возобновляемых источников энергии / Хусанов.А. [и др.].// Тр.межд.науч.-практ.конф. «Развитие науки, образования и культуры независимого Казахстана в условиях глобальных вызовов современности», посвященной 70-летию ЮКГУ им.М.Ауэзова. - 2013.- T.8.- С.247-250 59 Хусанов А., Сатаев М., Дмитриев Е., Калдыбаева Б., Мырзакулова А., Азимов А., Корганбаев Б. Мембраналы микробарботажды жанасу құрылғысында биогаз құрамындағы көмірқышқыл газын тазалауды зерттеу / Хусанов.А. [и др.].// Тр.межд.науч.-практ.конф. «Развитие науки, образования и культуры независимого Казахстана в условиях глобальных вызовов современности», посвященной 70-летию ЮКГУ им.М.Ауэзова. - 2013.- T.8.- С.250-253 60 A.M. Trushin, E.A. Dmitriev, M.A. Nosyrev, A.E. Khusanov, B.M. Kaldybaeva General Method of Measurement of Velocity of Laminar Constrained Motion of Spherical Solid and Gas Particles in Liquids /Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 2013, Vol. 47, No. 6, pp. 730–733. DOI: 10.1134/S0040579513060110 © Pleiades Publishing, Ltd., 2013. Thomson Reuters Impact Factor 0.673 Springer 61 Калдыбаева Б.М., Мырзакулова А.М., Дмитриев Е.А., Корганбаев Б.Н., Хусанов А.Е., Д.Сабырханов. Микробарботажды аппарата биогазды CO2 және H2S-тен тазартудың технологиясын құрудың жолдары» / Калдыбаева Б.М., [и др.].// Тр.межд.науч.-практ.конф. «АУЭЗОВСКИЕ ЧТЕНИЯ – 12: «Роль регионального университета в развитии инновационных направлений науки, образования и культуры», посвященная 70-летию Южно-Казахстанского государственного университета им. М.Ауэзова - 2013.- T.3.- С.150-153 ПРИЛОЖЕНИЕ A  ПРИЛОЖЕНИЕ Б     ПРИЛОЖЕНИЕ В Перечень опубликованных работ по договору №627-5 по теме «Разработка технологии и моделирование процесса микробарботажной очистки биогаза с целью получения высококонцентрированного метана из возобновляемых источников энергии» 1. Сатаев, М. Применение мембранной технологии и перспективы его использования при очистке биогаза / М. Сатаев, А. Хусанов, А. Саипов, Б. Муталиева, Д. Сабырханов // Тр.межд.науч.-практ.конф. «Развитие науки, образования и культуры независимого Казахстана в условиях глобальных вызовов современности», посвященной 70-летию ЮКГУ им.М.Ауэзова. - 2013.- T.8.- С.236-239 2. Хусанов, А. Разработка технологии очистки биогаза микробарботажным способом с целью получения высококонцентрированного метана из возобновляемых источников энергии / А.Хусанов, Е.Дмитриев, Б.Калдыбаева, М.Сатаев, Д. Сабырханов, А. Саипов, А. Мырзакулова // Тр.межд.науч.-практ.конф. «Развитие науки, образования и культуры независимого Казахстана в условиях глобальных вызовов современности», посвященной 70-летию ЮКГУ им.М.Ауэзова. - 2013.- T.8.- С.247-250 3. Хусанов, А. Мембраналы микробарботажды жанасу құрылғысында биогаз құрамындағы көмірқышқыл газын тазалауды зерттеу / А. Хусанов, М. Сатаев, Е. Дмитриев, Б. Калдыбаева, А. Мырзакулова, А. Азимов, Б. Корганбаев // Тр.межд.науч.-практ.конф. «Развитие науки, образования и культуры независимого Казахстана в условиях глобальных вызовов современности», посвященной 70-летию ЮКГУ им.М.Ауэзова. - 2013.- T.8.- С.250-253 4. Khusanov, A.E. General Method of Measurement of Velocity of Laminar Constrained Motion of Spherical Solid and Gas Particles in Liquids/ A.M. Trushin, E.A. Dmitriev, M.A. Nosyrev, A.E. Khusanov, B.M. Kaldybaeva //Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 2013, Vol. 47, No. 6, pp. 730–733. DOI: 10.1134/S0040579513060110 © Pleiades Publishing, Ltd., 2013. Thomson Reuters Impact Factor 0.673 Springer 5. Калдыбаева, Б.М. Микробарботажды аппарата биогазды CO2 және H2S-тен тазартудың технологиясын құрудың жолдары / Б.М.Калдыбаева, А.М.Мырзакулова, Е.А.Дмитриев, Б.Н.Корганбаев, А.Е.Хусанов, Д.Сабырханов. // Тр.межд.науч.-практ.конф. «АУЭЗОВСКИЕ ЧТЕНИЯ – 12: «Роль регионального университета в развитии инновационных направлений науки, образования и культуры», посвященная 70-летию Южно-Казахстанского государственного университета им. М.Ауэзова - 2013.- T.3.- С.150-153 |