Математическое моделирование многокомпонентных процессов ионного обмена

• Автор: Даутов, Алексей Салимович
• Шифр специальности: 01.01.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 83 с. : ил.

Краткий обзор литературы

Сорбция и ионный обмен

Математическая постановка задач сорбции

Постановка изучаемых задач

Задачи на разделение изотопов

1 Кинетика процесса диффузии компонентов в зерно сорбента

1.1 Описание процесса и задачи, стоящие перед моделированием

1.2 Математическая модель

1.3 Разностная схема

1.4 Обсуждение результатов моделирования

1.5 Моделирование процесса проникновения противоиона в

зерно
1.6 Выводы и результаты
2 Математическое моделирование процесса разделения изотопов на смеси катионита и анионита
2.1 Описание процесса и задачи, стоящие перед моделированием
2.2 Математическая постановка задачи
2.3 Разностная схема
2.4 Анализ разностной схемы и поправки на схемную вязкость
2.5 Условия существования устойчивого строба
2.6 Предельный профиль концентрации изотопов в стробе
2.7 Получение разделения до заданного значения
2.8 Выводы и результаты

3 Процесс разделения изотопов на смеси двух катионитов
3.1 Физическая постановка задачи разделения
3.2 Математическая модель процесса
3.3 Разностная схема
3.4 Условия существования строба
3.5 Стабилизация строба внутри колонны
3.6 Выводы и результаты
Общие выводы
Список литературы

Процессы ионного обмена широко изучаются в физической химии и применяются в химической технологии. Начавшись с самых простых задач в 40-х годах прошлого века исследование процессов ионного обмена продолжается до сих пор.
Из множества различных процессов сорбции процессы ионного обмена выделяются тем, что из раствора (или газа) поглощаются только ионы, причём сорбент (ионит) содержит активные центры, в которых происходит замена одного иона на другой. Вследствие этого обстоятельства количество связанных с ионитом ионов всегда постоянно. Эта величина называется обменной ёмкостью ионита.
Основное назначение процессов ионного обмена — разделение компонентов. Подобное разделение применяется для широкого круга задач: это задачи очистки веществ, обогащение смесей целевым компонентом, выделение какого-либо компонента из смеси и т.д. Для этой цели растворы пропускаются через ионнообменные колонны, и на выходе получается пространственное разделение компонентов. Одним из важных направлений применения ионного обмена является очистка природных и сточных вод.
Современное высокоточное лабораторное оборудование позволяет подробно изучать процессы ионного обмена, как и другие процессы сорбции на микро и на макро уровне. Развитие вычислительной техники и теории численных методов дают возможность рассматривать достаточно сложные математические модели с учётов множества факторов и процессов взаимодействия. Решено множество технологических задач, досконально исследованы достаточно сложные процессы, однако возникло множество вопросов, которые ждут решения.

C/Cs
Водород — — - Литий ОН-труппт — — Анион
Рис. 2.1. Графики концентрации ионов в растворе внутри колонны для трёх различных случаев:
(а) - скорость движения катионов опережает скорость движения анионов,
(б) - скорость движения анионов опережает скорость движения катионов,
(в) - скорости движения катионов и анионов согласованы и фронт замены ОН-группы на анион находится внутри строба, то есть между фротнами замены лития на водород и водорода на литий. Для удобства графики нормированы на суммарную концентрацию катионов в растворе.