Электродиализное концентрирование хлорида лития из водно-органических растворов на основе N,N - диметилацетамида

• Автор: Дёмин, Алексей Вячеславович
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 184 с. : ил.

1 ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРЕДЕЛЬНО ГО КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА
1.1 Применение электромембранных методов для обработки вод и технологических растворов.
1.1.1 Применение и основные закономерности процесса электродиализного концентрирования природных и сточных вод
1.1.2 Применение электромембранных методов в водных и неводных средах для разделения, синтеза и удаления органических веществ.

1.2 Теоретические основы процесса электродиализного концентрирования.

1.3 Сольватация ионов в водных, неводных и сметанных растворах электролитов

2 ВЛИЯНИЕ АПРОТОННОГО РАСТВОРИТЕЛЯ НА ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ И ТРАНСПОРТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИОНООБМЕННЫХ МЕМБРАН.

2.1 Характеризация ионообменных мембран

2.2 Влияние апротонного растворителя на свойства и структуру гетерогенных мембран МК, МА иМА.
2.3 Влияние апротонного растворителя на электротранспортные и структурные характеристики гомогенных иерфторированиых мембран МФ4СК.

2.4 Влияние апротонного растворителя на селективность ионообменных мембран

2.5 Влияние апротонного растворителя на электроосмотическую проницаемость ионообменных мембран
3 ЭЛЕКТРОДИАЛИЗНОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ВОДНЫХ И ВОДНООРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
3.1 Проверка адекватности модели предельного электродиализного концентрирования водных растворов электролитов.
3.2 Электродиализное концентрирование водноорганических растворов хлорида лития
3.2.1 Влияние концентрации хлорида лития на транспортные параметры мембранной пары МКМА в водноорганических растворах на основе ДМАА.
3.2.2 Влияние концентрации ДМАА на закономерности процесса электродиализного концентрирования и транспортные характеристики мембранной пары МКМА в водноорганических растворах на основе ДМАА.
3.2.3 Сольватация хлористого лития в водных и водноорганических растворах
4 НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗНОГО КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ В ВОДНООРГАНИЧЕСКИХ СРЕДАХ
4.1 Разработка и исследование электромембраиной технологии концентрирования 1ЛС1 из технологических растворов производства упрочненных ароматических полиамидных волокон
4.2 Разработка и исследование электромембраиной технологии концентрирования термсстабильных солей из водноорганического раствора сорбента кислых газов на основе диэтаноламина.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников ПРИЛОЖВНИЯ
Приложение 1. Акт об использовании результатов в учебном процессе кафедры
физической химии Кубанского государственного университета г. Краснодар
Приложение 2. Акт об использовании результатов диссертационной работы на
предприятии ООО Инновационное Предприятие Мембранная Технология
Приложение 3. Акт опытнопромышленных испытаний электродиализного комплекса
ЭДК1 на производстве ОАО Каменскволокно.
Приложение 4. Справка об использовании результатов диссертационной работы в планируемом внедрении электродиализной технологии регенерации водноорганических технологических растворов.
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ Сокращении
ДМДА Ы, диметилацетамид
ДЭА Ы, диэтаноламин
ИБС изобутиловый спирт
эдк элекфодиализаторконцен фатор
НАс уксусная кислота
ТСС термостабильная соль
Характеризация ионообменных мембран
Обозначения
толщина .мембраны, мм
б обменная емкость мембраны, ммольг
IV влагоемкость мембраны,
п удельная влагоемкость мембраны, моль Нмолъ фикс.групп
I электродиффузионный коэффициент, где ,
сп электромифационное число переноса противоиона через мембрану
со. элекфомиграционное число переноса коиона через мембрану
н, число переноса воды через мембрану, моль НР
соь Ьп динамическое число гидратации ко и противо ионов,
моль Нмоль коионов, моль Нмоль противоионов соответственно обобщенная проводимость проводимость геля и раствора соответственно объемная доля геля и раствора в фазе мембраны соответственно параметр, отражающий взаимное расположение фаз элскфопродность гелевых участков в точке изоэлектропродности, Смм
электропродность мембраны и раствора соответственно, Смм дифференциальный и интегральный коэффициенты диффузионной проницаемости мембраны, м2с комплексный параметр, м моль хс
диффузионный поток соли через индивидуальную мембрану,
мольм2 Хс
Нижние индексы
об набухшая мембрана
сух сухая мембрана
арм армированная мембрана
Электродиализное концентрирование растворов электролитов
О
Кио Кт, К
в
Обозначения
плотность тока, Ам
Я постоянная Фарадея, 0 А смоль или .8 А часкг
сь концентрация электролита в камерах концентрирования, мольл
концентрация электролита в камерах обессоливания, мольл ноток вещества через индивидуальную мембранумембранную пару,
мольм2 хс
электромиграционное число переноса го сорта ионов через
мембрану, где
Р5 линейная скорость диффузионного потока соли через
мембранумембранную пару, мс линейная скорость осмотического потока воды через мембранумембранную пару, мс Р линейная скорость осмотическою потока го растворителя через
мембранумембранную пару, мс выход по току,
число переноса воды через мембранумембранную пару, моль НР дм а а число переноса ДМАА через мембранумембранную пару,
молъДМААР
к, число гидратации ионов сорта моль Нгэкв иона
И суммарное число гидратациисольватации соли, моль Нмоль соли
ТУ, концентрация рассола выраженная в мольных долях
диэлектрическая проницаемость
энергозатраты на выделения 1 кг продукта, кВтчаскг
0 степень концентрирования
У массовая доля,
и падение потенциала на парной камере Впар. кам.
Я сопротивление ионообменной мембраны Ом
Верхние индексы
индивидуальная катионообменная мембрана индивидуальная анионообменная мембрана мембранная пара Нижние индексы 5 указывает, что величина относится к переносу соли
и, указывает, что величина относится к переносу воды
1 указывает, что величина относится к переносу го растворителя
дмаа указывает, что величина относится к переносу ДМАА
ВВЕДЕНИЕ


Ф. и Шудренко были предложены и испытаны электродиализные технологии комплексной безотходной переработки конденсата сокового пара цехов аммиачной селитры, безреагентной регенерации органических сорбентов углекислого газа, разделения хлорида натрия и мочевины с одновременным концентрированием соли 7, 0. Исследования влияния различных факторов на эффективность процесса электродиализного концентрирования выполнялись параллельно изучению возможности применения этого метода для различных технологических целей. В 9 показано, что в случае морской воды концентрация рассола увеличивается при повышении концентрации электролитов в исходном питательном растворе и при повышении плотности тока, однако она снижается при повышении температуры. Аналогичные закономерности установлены для водных растворов хлорида натрия , , 5 и нитрата аммония 6, для имитата коллекторнодренажных вод, содержащих ионы Са2, 2, 2, НС , а также для ацетата натрия 9. Необходимо отметить, что в случае электродиализного концентрирования соли органической кислоты дополнительно были определены эффективность тока и расход электроэнергии, показавшие, что повышение степени концентрирования раствора с ростом плотности тока сопровождается ростом энергозатрат и снижением выхода по току. Рост энергозатрат, пропорциональный увеличению плотности тока, имеет место и при электродиализном концентрировании сульфата натрия 9. Однако ни степень концентрирования, ни высокий выход по току, достигающий . В отличие от солей электродиализное концентрирование неорганических кислот и оснований обычно характеризуется низкими значениями эффективности тока. Так для случая выделения НС1 из разбавленного загрязненного раствора выход по току равен 9. Исследования процесса электродиализного концентрирования водного раствора аммиачной селитры, выполненные Письменским В. Ф., показали, что наибольшая эффективность процесса концентрирования достигается при токе равном предельному 7. В запредельных токовых режимах возрастают потоки ионов водорода и гидроксила, образующихся вблизи поверхности мембран в результате диссоциации воды. Известно , , что кроме внешних фактор плотности тока, температуры, природы и концентрации исходного раствора, на концентрацию рассола влияют и свойства ионообменных мембран, образующих мембранный пакет электродиализатораконцентратора. Гребенюк В. Д. с сотр. МЛ и МА в условиях предельного концентрирования раствора хлорида натрия электродиализом и установил, что мембрана МА имеет более низкую электроосмотическую и осмотическую проницаемость, чем мембрана МА . Низкая проницаемость но воде мембраны МА в растворе ЫаС1 обеспечивает получение более концентрированного рассола. Авторы работы выполнили теоретическую оценку трех основных вкладов, определяющих величину предельной концентрации соли в рассоле, и показали, что при плотностях тока выше 4 Адм2 концентрация рассола определяется, главным образом, электроосмотическим переносом растворителя. Влияние осмотической и диффузионной проницаемости мембран при достаточно высоких плотностях тока на процесс электродиализного концентрирования хлорида натрия незначительно. В настоящее время наряду с промышленным применением электродиализа для обессоливания и концентрирования природных вод все чаще предпринимаются попытки его использования для удаления ионизированных органических примесей из водных растворов , , , 9, для регенерации, очистки и разделения органических кислот , , 1, 7, синтеза органических соединений в неводных растворителях 9, 5. С. с сотр. Эксперименты были выполнены на лабораторной электродиализной установке, включающей пятикамерную ячейку с ионообменными мембранами и производства v. Модельный раствор циркулировал в средней камере. В остальных камерах циркулировал раствор 2 Процесс обессоливания проводили при плотностях тока равных , и мАсм . Эксперименты показали, что степень обессоливания модельного раствора составляет , а потери фенилаланина за счет диффузии через ионообменные мембраны . Причем влияние плотности тока, как на процесс деминерализации, так и на потери фенилаланина незначительно. В работе были рассчитаны энергозатраты на получение 1 кг аминокислоты, которые составили 3 кВтчас при плотности тока мАсм2.