Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Мембрана-РХТУ
Направление НПИ: 6. Образование и популяризация космических исследований
Секция КНТС: 10. Космическое образование
Наименование эксперимента: Демонстрация эффективности применения мембранной технологии для разделения, очистки и концентрирования жидких и газовых сред в условиях реального орбитального полета
Цель эксперимента:

Исследование эффективности применения мембранной технологии для разделения, очистки и концентрирования жидких и газовых сред в условиях микрогравитации, оценка срока службы и технических характеристик мембран и сопутствующих технических устройств.

Описание эксперимента:

Для отработки технологии и аппаратурных средств извлечения и концентрирования диоксида углерода в условиях длительного орбитального полета создан комплект, состоящий из:

• Компрессора (воздуходувки) и вакуум насоса;

• предварительных фильтров для очистки от пыли;

• мембранного модуля;

• приборов КИПиА;

• шлангов.

Для очистки и регенерации сантехнической и конденсированной воды предлагается комплект, состоящий из:

• накопительной емкости с модельным раствором;

• насоса;

• фильтр тонкой очистки (предфильтр);

• мембранного модуля (нанофильтрация и обратный осмос);

• приборов КИПиА.

Комплект «Мембрана» предназначен для очистки воздуха от мелкодисперсных примесей, извлечению и концентрированию диоксида углерода, а также, очистке модельного раствора сантехнической воды.

Для регенерации сантехнической воды разработана технологическая схема, включающая следующие стадии: исходная вода ? насос повышения давления ?фильтр тонкой очистки ? ММВ– очищенная вода.

При включении комплекта начинает работать насос, подающий воду (модельный раствор) через предфильтр на стадию нанофильтрации или обратного осмоса (на ММВ) для ее обессоливания, в результате чего происходит очистка и регенерация модельного раствора сантехнической воды на борту МКС.

Для исключения из процесса жидких стоков предусмотрена циркуляционная схема очистки с возвратом потоков пермаеата (обессоленной воды) и концентрата в накопительную емкость с модельным раствором.

Эксперимент по регенерации сантехнической воды проходит в полуавтоматическом режиме. На всех входных и выходных потоках предусмотрены датчики контроля расхода, давления и анализаторы концентрации.

Для извлечения диоксида углерода разработана технологическая схема: «атмосфера» МКС - воздуходувка (компрессор) - предварительная очистка  - ММУ - вакуум-насос - поток газа обогащенный диоксидом углерода (пермеат).

При включении комплекта начинает работать воздуходувка (компрессор), нагнетающий воздух через предварительные фильтры - на ММУ. В результате, происходит очистка бортового воздуха и снижение содержания диоксида углерода в нем.

В ходе эксперимента предполагается уточнить основные требования к созданию бортового устройства для извлечения диоксида углерода из воздуха и его концентрирования. Система контроля включает приборы, размещенные на борту МКС и серийные приборы, сертифицированные на МКС.

Эксперимент по извлечению CO2 из воздуха и его концентрированию проходит в полуавтоматическом режиме. Комплект оснащен датчиками концентрации кислорода (O2), диоксида углерода (CO2), давления, и расходов.

Пуск и остановка аппаратуры регенерации сантехнической воды и извлечения и концентрирования диоксида углерода происходит согласно разработанным инструкциям. По окончании эксперимента все мембранные модули возвращаются на Землю для дальнейшего изучения состава растворенных в воде и присутствующих в воздухе на борту МКС веществ и оптимизации работы аппаратуры.

 

Новизна эксперимента:

В открытом доступе отсутствует информация о применении мембранной технологии, и, в частности, половолоконных мембранных модулей, для космического использования.

Проведение КЭ «Мембрана» позволит получить уникальную информацию, которая может стать прорывной для подготовки специалистов в области космической мембранной технологии и разработке принципиально новых СОЖ.

 

Научная аппаратура:

Наименование НА: «Мембрана».

НА «Мембрана» предназначена для формирования тока газовой смеси через съёмные части НА и водно-солевого раствора через съёмные части НА, очистки газовой смеси от мелкодисперсных примесей, извлечения и концентрирования диоксида углерода, очистки водно-солевого раствора от соли, а также, визуально-инструментальной регистрации свойств, структуры и динамики токов газовой смеси и водно-солевого раствора и свойств составных частей НА.

Состав аппаратуры

НА «Мембрана» состоит из двух комплектов:

1. Комплект ММУ;

2. Комплект ММВ.

Комплект ММУ состоит из следующих частей:

• Компрессор – воздуходувка;

• вакуум – насос;

• предфильтр;

• сменный мембранный модуль ММУ;

• приборы КИПиА;

• карта памяти;

• шланги.

Комплект ММВ состоит из следующих частей:

• ёмкость с модельным раствором (2шт);

• насос (2 шт);

• предфильтр

• сменный мембранный модуль ММВ (2 шт);

• карта памяти;

• приборы КИПиА.

 

Ожидаемые результаты:

На Земле и на борту РС МКС должна быть выполнена программа эксперимента в полном объёме (выполнение всех сеансов).

Одновременно, с экспериментом проходящем на борту РС МКС, должен быть проведен аналогичный эксперимент на лабораторном стенде. Параллельность проведения экспериментов позволит сравнить деградацию мембранных модулей в земных условиях и условиях микрогравитации.

Впервые в рамках КЭ предполагается отработать технологию мембранной очистки воздушного потока от примесей и мембранного концентрирования диоксида углерода, а также очистки (регенерации) сантехнической и конденсированной воды в условиях космического полета с использованием мембранной технологии.

В процессе эксперимента будут получены образцы примесей, а также органических (включая ароматические) соединений, загрязняющих атмосферу ГО МКС. Количественный и качественный анализ полученных загрязнений позволит разработать рекомендации по оптимальному методу их очистки и составу комплекта «Мембрана», и/или созданию перспективных систем очистки атмосферы замкнутых герметичных объектов.

Комплект «Мембрана» можно будет использовать не только на МКС и пилотируемых космических аппаратах, но и на напланетных (Луна, Марс) базах.

Результаты КЭ позволят:

- отработать технологии и аппаратурные средства восстановления и поддержания благоприятной атмосферы замкнутых пространств в условиях длительного космического полета, а также систему регенерации сантехнической воды на борту МКС;

- создать устройство для обеспечения комфортных условий работы экипажей космических кораблей.

По результатам эксперимента будет разработан учебный курс для подготовки специалистов в области разработки систем очистки атмосферы и воды в замкнутых герметичных объемах. Предполагаемые этапы данного курса:

- курс лекций о движущей силе, механизме массопереноса, типах мембран, расчетах и перспективах (возможностях) их использования в СОЖ замкнутых герметичных объектах при малых значениях ускорения свободного падения (g), особенностях работы мембранных модулей при малых значениях g,

- семинары по теме выделение (концентрирование) CO2 и других (в том числе органических) вредных примесей из атмосферы замкнутых герметичных объектов, - лабораторные практикумы по рекуперации кислорода из CO2, выводу из атмосферы замкнутых герметичных объектов низко- и высокомолекулярных органических соединений, влиянию величины G на механизм диффузии мембранных процессов, состав, номенклатуру и аппаратурное оформление процесса,

- курс лекций по основам баромембранных процессов разделения, очистки и концентрирования жидких смесей в СОЖ замкнутых герметичных объектов, особенностям работы мембранных модулей при малых значениях g,

- семинары по движущей силе, механизму массопереноса, типам мембран, расчету и перспективам (возможностям) их использования в системах рекуперации (регенерации) жидких стоков замкнутых герметичных объектах,

- лабораторные практикумы по очистке и рекуперации сантехнической воды в замкнутых герметичных объектах, влиянию величины G на механизм баромембранных процессов, состав, номенклатуру и аппаратурное оформление процесса,

- учебно-методические пособия по методам разработки и проектирования высокоэффективных систем мембранного газоразделения в условиях ограниченных энергоресурсов, по оценке характеристик, работоспособности мембран и модулей на их основе, используемых для очистки газовых и жидких сред на МКС.

Основные темы учебного курса:

- Количественный и качественный анализ образцов примесей. Анализ дисперсного состава;

- Вывод уравнений одиночного и стеснённого осаждения в условиях слабой гравитации;

- Изучение поведения газообразных и жидких сред в поле действия центробежных сил;

- Обоснование и выбор материала и типа мембраны;

- Изучение задержания, разделения частиц и веществ с использованием мембран. Получение экспериментальных данных для расчёта мембранного модуля;

- Изучение влияния величины g на механизм баромембранных процессов. Влияние состава воды;

- Качественный и количественный анализ воздуха в модуле. Изменение состава органических соединений в воздухе во времени;

- Качественный и количественный анализ воды в модуле. Измерения химического состава воды во времени;

- Эксперименты по очистке и рекуперации сантехнической воды. Получение данных для расчёта мембранного модуля и аппарата;

- Определение эксплуатационных характеристик мембранной аппаратуры: ресурса, процесса регенерации, производительности.

 

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: 08.2019 – 12.2020 г.
Состояние эксперимента: Новый
Организация постановщик: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева)
Организации участники: Малое инновационное предприятие при РХТУ им. Д.И. Менделеева Общество с ограниченной ответственностью «Мембраника» (ООО «Мембраника»), Фарносова Елена Николаевна, генеральный директор, к.т.н.; СККБ «Искра» МАИ, Фирсюк Сергей Олегович, и.о. начальника; МАИ, Пичулин Владимир Сергеевич, доцент, к.т.н.
Научный руководитель: Каграманов Г.Г., РХТУ им. Д.И. Менделеева, зав.кафедрой, д.т.н., профессор
Публикации по эксперименту:

1. Л.С.Бобе, Л.И.Гаврилов, А.А.Кочетков, Э.А.Курмазенко (ОАО "НИИхиммаш"), П.О.Андрейчук, А.А.Зеленчуков, С.Ю.Романов (НПО "Энергия"), Ю.Е.Синяк (ИМБП РАН). Регенерация воды и атмосферы на космической станции: опыт орбитальных станций "Салют", "Мир" и МКС, перспективы развития Доклад на конференции IAC-10.A1.6.6., 27.10.2010

2. Ильин Е.А. Биология в полетах беспилотных космических аппаратов// Актовая речь. М. 2007. 3. Воронин Г.И., Поливода А.И. Жизнеобеспечение экипажей космических кораблей. Изд. «Машиностроение». М., 1967.

4. Прошкин В. Ю., Курмазенко Э. А., Кочетков А. А., Гаврилов Л. И.  Вопросы эксплуатации регенерационных систем обеспечения газового состава Российского модуля Международной космической станции, электронный журнал «Труды МАИ» №65.

5. Волчек К.А., Каграманов Г.Г., Фарносова Е.Н. Комбинированные мембранные процессы очистки и переработки воды // Химическая промышленность сегодня. 2010. № 7. С. 43-50.

6. Kagramanov G.G., Farnosova E.N., Kandelaki G. I. Heavy Metal Cationic Treatment with Membrane Methods // Water Treatment Technologies for the Removal of High-Toxicity Pollutants. Springer, 2010. Рp. 177-182.

7. Каграманов Г.Г., Фарносова Е.Н. Влияние состава раствора на селективность обратноосмотических и нанофильтрационных мембран // Мембраны и мембранные технологии. 2012. Том 2, № 3. С. 233-240.

8. Kagramanov G.G., Farnosova E.N. Effect of Solution Composition on Selectivity of Reverse Osmosis and Nanofiltration Membranes // Petroleum Chemistry. 2012. Vol. 52, No8 pp. 233-239.

9. Голованева Н.В., Каграманов Г.Г., Фарносова Е.Н. Особенности механизма и влияние основных технологических параметров на характеристики нанофильтрации. Часть I. Механизм мембранного разделения в процессе нанофильтрации // Химическая промышленность сегодня. 2014. № 1. С. 47-52.

10. Голованева Н.В., Каграманов Г.Г., Фарносова Е.Н. Особенности механизма и влияние основных технологических параметров на характеристики нанофильтрации. Часть II. Влияние основных технологических параметров на процесс разделения нанофильтрации // Химическая промышленность сегодня. 2014. № 3. С. 54-56.

11. Дытнерский Ю. И., Каграманов Г.Г., Сторожук И. П. Мембранное разделение природных, технологических и выбросных газов // Журнал ВХО им Д. И. Менделеева. – 1987. – Т. XXXII. – С. 684 – 692.

12. Смирнова О. В., Котюкова Л. А., Каграманов Г.Г., Коваленко Н. Ф.Газопроницаемость мембран на основе карборансодержащих сополикарбонатов // Производство и переработка пластмасс и синтетических смол. Сер. “Хим.”. – 1990. – Вып. 2. - С. 20 – 24.

13. Дытнерский Ю. И., Брыков В. П., Каграманов Г.Г. Мембранное разделение газов. М., Химия, 1991. – 344 с.

14. Каграманов Г.Г., Шибанов И.В. Анализ и сравнение методов очистки природного газа от кислых компонентов // Химическая промышленность сегодня. - 2015. - Вып. 5. - С.

Последнее обновление: 13.12.2017

Информационная справка

Программы

Изображения