kristályosítók modelljeinek kidolgozásában kapott eredmények.
1. Matematikai modellt dolgoztam ki a folyamatos MSMPR és MSCPR izoterm, valamint hűtéses kristályosítók dinamikai vizsgálatára, amelyek a kristálypopuláció méret szerinti darabszám eloszlását leíró populációs mérlegegyenletből, az oldott szilárd komponens illetve oldószer tömegmérlegből, valamint a hűtéses kristályosító esetében a kristályszuszpenzióra vonatkozó energiamérlegből áll. A folyamatos MSCPR izoterm és hűtéses kristályosítók esetében a megadott mérlegegyenletek magukban foglalják az osztályozott elvételt leíró szelekciós függvényt.
2. Matematikai modellt adtam meg a folyamatos kevert szuszpenziójú és reprezentatív elvételű (MSMPR) vákuum kristályosítók dinamikai vizsgálatára. A kidolgozott modellben feltételeztem, hogy mind a kristályszuszpenzió, mind a gőztér állapota dinamikusan változik. A gőzfázis állapotát a gőztér hőmérséklete és sűrűsége jellemzi. A vákuum kristályosító matematikai modellje a kristálypopuláció méret szerinti darabszám eloszlását leíró populációs mérlegegyenletből, a kristályszuszpenzió térfogatmérlegből, az oldott komponens és az oldószer tömegmérlegéből, a kristályszuszpenzió hőtani változásait leíró energiamérlegből, valamint a gőzfázisra vonatkozó tömeg- és energiamérlegből áll. A mérlegegyenletek kiegészülnek továbbá a kristályszuszpenzió térfogatának és a gőztér nyomásának szabályozását leíró szabályozó modellekkel.
2. Tézis. A folyamatos kevert szuszpenziójú nem tökéletes mikrokeveredésű kristályosító modelljének kidolgozásában kapott eredmények.
Egy új matematikai modellt alkalmaztam a nem tökéletes mikrokeveredési feltételek mellett lejátszódó kristályosítási folyamatok dinamikai vizsgálatára folyamatos kevert szuszpenziójú kristályosítóban. A modell a kristálypopuláció méret szerinti darabszám eloszlását leíró populációs mérlegegyenletből, valamint a folyadékelem populáció koncentráció szerinti darabszám eloszlását leíró populációs mérlegegyenletből áll. A folyadékelemek mikrokeveredésének leírására a koaleszcencia-rediszperzió modellt alkalmaztam, amelyet a folyadékelemek populációs mérlegegyenlete foglal magába. A gócképződési és kristálynövekedési kinetikát tekintve a folyadékelemek koncentrációeloszlásának megfelelő átlagos gócképződési és kristálynövekedési sebességet adtam meg.
3. Tézis. A kristályosító modellek numerikus megoldásához kapcsolódó eredmények.
1. A folyamatos MSMPR izoterm, hűtéses és vákuum kristályosító modellek, valamint a mikrokeveredési modell esetében a populációs mérlegegyenletek momentum transzformációjával megadtam a méreteloszlás momentumait leíró momentum modelleket. A folyamatos MSMPR izoterm és hűtéses kristályosító modellekben, valamint a folyamatos MSCPR izoterm és hűtéses kristályosító
modellekben szereplő populációs mérlegegyenletek megoldására olyan algoritmust dolgoztam ki, amely a súlyozott reziduum módszerébe tartozó végeselemű ortogonális kollokáció alkalmazását foglalja magába.
2. A végeselemű ortogonális kollokáció alkalmazásához kapcsolódóan a kristályok méretkoordinátáján a méreteloszlás teljes számítási intervallumának meghatározására, és annak végeselem felosztására olyan adaptív algoritmust dolgoztam ki, amelyben a számítási intervallum nagyságát a maximális kristályméret aktuális értéke határozza meg, míg a végeselemek elosztása az aktuális megoldásfüggvény méret szerinti elsőrendű differenciálértékeitől függ.
4. Tézis. A folyamatos MSMPR és MSCPR izoterm kristályosítók dinamikai vizsgálatának eredményei.
1. Az MSMPR izoterm kristályosító dinamikai vizsgálatával azt kaptam, hogy a gócképződési kinetika paramétereinek növekedésével a kristályosító fokozatosan instabil állapotba kerül és a kristályosító hozamában, valamint az átlagos kristályméretben csillapítatlan oszcillációk alakulnak ki. A kristálynövekedési sebesség emelkedésével a kristályosító állapota stabilizálódik és az átlagos kristályméret változási tartománya jelentősen megnövekszik. Megmutattam, hogy a kidolgozott adaptív számítási intervallum felosztási módszer és a végeselemű ortogonális kollokáció együttes alkalmazása hatékony módszert biztosít a kristályok populációját leíró populációs mérlegegyenlet megoldásában és a méreteloszlás dinamikájának meghatározásában. Az adaptív végeselemű ortogonális kollokációval meghatározott időbeli méreteloszlási változások azt mutatják, hogy a különböző gócképződési paraméterek esetében a kialakuló méreteloszlás dinamikája jelentősen különbözik egymástól.
2. Az izoterm MSCPR kristályosító dinamikai vizsgálatával megmutattam, hogy a kisméretű kristályok relatíve gyorsabb elvételét leíró szelekciós függvények alkalmazása esetén az instabil állapotú kristályosító működése stabilizálódik, míg a nagyméretű kristályok relatíve gyorsabb elvételét leíró szelekciós függvények alkalmazása esetén az instabil állapotú kristályosító működésében megfigyelhető oszcillációk amplitúdója növekszik. Megállapítottam, hogy mind a kisméretű, mind a nagyméretű kristályok relatíve gyorsabb elvétele esetén a teljes mérettartományra vonatkozó elvételi szint növekedésével a kristályosító hozama, valamint a hozamban és az átlagos kristályméretben jelentkező oszcillációk amplitúdója csökken, míg a frekvenciája növekszik. Megmutattam, hogy a dinamikusan változó méreteloszlás domináns mérettartománya jelentősen csökken az elvételi szint emelkedésével.
5. Tézis. A folyamatos MSMPR hűtéses és vákuum kristályosítók dinamikai vizsgálatának eredményei.
1. A folyamatos MSMPR hűtéses kristályosító dinamikai vizsgálatával megmutattam, hogy a különböző bemeneti változók perturbációja jelentősen megváltoztatja a kristályosítóban kialakuló túltelítési szintet és hőmérsékletet. A belépő anyalúg koncentráció megnövelésének hatására azt kaptam, hogy a kristályosító hozama, valamint a képződő kristályok átlagos mérete jelentősen megnövekszik. A belépő anyalúg hőmérséklet, valamint a betáplálási térfogatáram megnövelésének hatására a kristályosító hozama és az átlagos kristályméret csökken.
Az adaptív végeselemű ortogonális kollokáció alkalmazásával meghatározott méreteloszlás dinamika azt mutatja, hogy a bemeneti változók perturbációjának hatására a stacionárius állapotot jellemző exponenciális méreteloszlás nem változik jelentősen.
2. A méretfüggő kristálynövekedési feltételek esetén végzett dinamikai vizsgálatokkal megmutattam, hogy a méretfüggő kristálynövekedés a méreteloszlást tekintve egy gyorsított elvételként jelenik meg, és hatására a méreteloszlás értékei csökkennek. Megállapítottam, hogy a méretfüggő növekedés hatásaként a kristályosítási folyamat kezdetén a méreteloszlás domináns tartománya jelentősen megnövekszik, majd a stacionárius állapotban az átlagos kristályméret csökken. A kristályosító hozamát tekintve a méretfüggő kristálynövekedés nem változtatja meg a kristályosító hozamát.
3. A folyamatos MSMPR vákuum kristályosító dinamikai vizsgálatában megmutattam, hogy az anyalúg betáplálási hőmérsékletében és a gőztér nyomásában bekövetkező változások jelentősen megváltoztatják a kristályosító hőmérsékleti és túltelítési viszonyait, valamint az oldószer párolgási sebességét. A belépő anyalúg hőmérsékletének illetve a gőztér nyomásának növelésével a kristályosító hozama és az átlagos kristályméret csökken.
6. Tézis. A folyamatos kevert szuszpenziójú nem tökéletes mikrokeveredésű kristályosító dinamikai vizsgálatának eredményei.
A nem tökéletes mikrokeveredési feltételek mellett lejátszódó kristályosítási folyamat dinamikai szimulációjával megmutattam, hogy a részleges szegregáció tartományában kapott kristályosítási dinamika jelentősen eltér az MSMPR kristályosító dinamikájától. A folyadékfázis szegregációjának növekedésével az átlagos kristályméret és a folyadékelemek átlagos koncentrációjának stacionárius értéke csökken, illetve a kristályosító hozamának stacionárius értéke jelentősen megnövekszik. Megállapítottam, hogy tökéletes mikrokevertségű folyadékfázis esetében a tartózkodási idő növekedésével a kialakuló átlagos kristályméret stacionárius értéke növekszik, míg a folyadékfázisban kialakuló részleges szegregáció esetében az átlagos kristályméret stacionárius értéke csökken. A folyadékelemek átlagos koncentrációjának stacionárius értéke a mikrokevertség minden szintjén a tartózkodási idő növekedésével csökken.