Процессы ионного обмена в колонных аппаратах непрерывного действия с плотным движущимся и взвешенным слоем ионита

• Автор: Петрова, Лариса Юрьевна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 169 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава I. Современные представления о процессах ионного обмена в колонных аппаратах непрерывного действия

1.1. Равновесие ионного обмена

1.2. Кинетика ионного обмена

1.3. Анализ конструкций аппаратов непрерывного действия колонного типа

1.4. Моделирование и расчет ионообменных аппаратов колонного . типа непрерывного действия
Глава 2. Математическое моделирование и расчет процесса ионного обмена в колонных аппаратах непрерывного действия для случая линейной изотермы сорбции

2.1. Аппарат с плотным движущимся слоем ионита

2.2. Односекционный аппарат со взвешенным слоем ионита

2.3. Проверка адекватности математических моделей

Глава 3. Моделирование и расчет ионного обмена в тарельчатых колоннах с секционированным взвешенным слоем ионита
3.1. Ступенчатопротивоточный аппарат
3.2. Противоточный аппарат с провальными тарелками
3.3. Проверка адекватности математических моделей
Глава 4. Очистка цинкосодержащих сточных вод гальванического от 0 деления
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список используемых источников


Первые из них, обладая такими достоинствами как простотой конструкции и надежностью в работе, имеют сравнительно невысокую эффективность. Более прогрессивным следует считать применение аппаратов непрерывного действия с противоточным движением раствора и ионита. При такой организации взаимодействия фаз увеличивается средняя движущая сила процесса, сокращается в 2-5 раз необходимое время контакта, наиболее полно используется обменная емкость ионита и сокращается его расход. К ионообменному оборудованию данного типа относятся колонные аппараты с плотным и взвешенным слоем ионита. Они могут быть использованы для обработки высоко и слабо концентрированных растворов. Эффективность работы непрерывно-действующих аппаратов во многом зависит от принятых габаритных размеров, конструкции внутренних насадок, объемных расходов и скоростей движения раствора и ионита и других параметров. Для определения данных технических характеристик достаточно часто применяются методики расчета, основанные на балансовых соотношениях или заимствованные из теории массообменных процессов. Первые из них являются весьма приблизительными. Методики теории массообменных процессов предполагают усреднение движущей силы и кинетических параметров процесса, а также использование графоаналитических построений и графического интегрирования. Поэтому они обладают сравнительно невысокой точностью. Цель работы. Разработка математических моделей и инженерных методов расчета ионного обмена в колонных аппаратах непрерывного действия с плотным и взвешенным слоем ионита на основе учета равновесных закономерностей процесса, полного диффузионного сопротивления массопереносу, продольного и поперечного (радиального) перемешивания движущихся фаз. Научная новизна диссертации. Разработаны математическая модель и инженерный метод расчета процесса ионного обмена в колонном аппарате непрерывного действия с провальными тарелками, основанные на теоретических представлениях неравновесной динамики адсорбции с учетом продольной и радиальной диффузии. Практическая ценность. Предложены инженерные методы расчета колонных аппаратов непрерывного действия с плотным движущимся, взвешенным сплошным и секционированным слоем ионита. Для очистки цинкосодержащих сточных вод гальванического отделения ОАО “Электро” г. Иваново предложена аппаратурно-технологическая схема, основными элементами которой является пульсационная колонна с провальными тарелками для извлечения ионов цинка из стоков и противоточная колонна с плотным движущимся слоем ионита для его регенерации. С помощью предложенных методик рассчитаны промышленные аппараты, внедрение которых позволит возвратить очищенную воду и извлеченный цинк обратно в производство. Автор защищает. Глава 1. Ионный обмен представляет собой диффузионный процесс стехиометрического обмена ионами между ионитом и электролитом. При контакте ионита с раствором через определенный промежуток времени достигается состояние равновесия, т. Для замкнутой ионообменной системы равновесное распределение сорбируемого (десорбируемого) компонента определяется тем, что его химический потенциал имеет одинаковое значение в обеих фазах. В случае простого двойного обмена при равновесии каждая фаза, как правило, содержит оба противоиона, но в разных соотношениях [1]. На рис. Рис. Изотермы ионного обмена. Вид изотермы сорбции зависит от значения коэффициента распределения. Значению К1 = 1 соответствует линейная изотерма обмена, К§>1 - выпуклая, К}<1 - вогнутая. АК^В7в+7вАгА , (1. К - термодинамическая константа равновесия; ал,ав,ал,ац - активность ионов А и В соответственно в фазах ионита и раствора; гл, гв - стехиометрические коэффициенты в реакции обмена. Применение уравнения (1. Никольский Б. Концентрационная константа Кс может принимать различные значения в зависимости от способов выражения концентрации иона в фазах ионита и раствора. Для описания ионообменного равновесия достаточно часто используются изотермы типа Ленгмюра, Фрейндлиха и Генри. Вывод уравнения Ленгмюра основан на теоретических представлениях мономолекулярной модели адсорбции [6]. ГАг’/^ = сопэг.