ИОННЫЙ ОБМЕН В АППАРАТЕ КИПЯЩЕГО СЛОЯ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Аннотация
Предложено математическое описание процесса ионообменной очистки растворов от ионов тяжелых металлов в однокамерном ионообменном аппарате непрерывного действия с кипящим слоем ионита. При разработке математической модели использованы следующие допущения: ионит является монодисперсным и имеет сферическую форму, равномерное начальное распределение сорбируемого вещества в ионите, равновесие ионного обмена описывается уравнением Генри, скорость процесса лимитируется как внутренней, так и внешней диффузией, ионит движется в аппарате при наличии эффекта продольного перемешивания, кинетические и гидродинамические параметры процесса являются постоянными величинами. Математическое описание включает следующие уравнения: уравнение диффузии целевого компонента в зерне ионита, уравнение изотермы ионного обмена, уравнение для определения средней концентрации вещества в частице ионита, уравнение однопараметрической диффузионной модели, начальные и граничные условия. Для решения поставленной задачи был использован метод интегральных преобразований Лапласа. Полученное решение позволяет определить концентрацию раствора на выходе из аппарата. Для проверки адекватности математической модели были проведены исследования процесса ионообменной адсорбции ионов цинка катионитом КУ-2-8 в Н-форме в односекционном аппарате с кипящим слоем. Ионообменный аппарат имел цилиндрический корпус диаметром 0,08 м и коническое днище. В нижней части корпуса аппарата располагалась распределительная решетка толщиной 3×10-3 м c диаметром отверстий 2×10-3 м и проходным сечением 20,6 %. Высота кипящего слоя ионита в аппарате составляла 0,12 м. В верхней части аппарата располагалась камера для разделения твердой и жидкой фаз, представлявшая собой цилиндр диаметром 0,15 м и высотой 0,1 м. Камера с кипящим слоем ионита и камера для разделения твердой и жидкой фаз были соединены конической обечайкой. Производительность аппарата по раствору составляла 2,1·10-5 м3/с, а по катиониту – 1,42·10-7 м3/с. Концентрация исходного раствора хлористого цинка принималась 5,1·10-3 кг-экв/м3. В результате исследований найдена концентрация ионов цинка в катионите на выходе из аппарата, которая составила 0,67 кг-экв/м3. Концентрация очищенного раствора хлористого цинка равнялась 6,4·10-4 кг-экв/м3. В результате расчета найдены значения содержания цинка в отработанном катионите 0,66 кг-экв/м3 и очищенном растворе 7,2·10-4 кг-экв/м3. Отклонение результатов расчета от эксперимента не превышает 12 %. Разработанная математическая модель рекомендована для практического применения.
Дляцитирования:
Натареев С.В., Быков А.А., Захаров Д.Е., Никифорова Т.Е. Ионный обмен в аппарате кипящего слоя непрерывного действия. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60. Вып. 2. С. 85-90.
Литература
Natareev S.V., Nikiforova T.E., Kozlov V.A., Kochetkov A.E. Ion-exchange sorption of heavy metal cations with cationite Lewatit s-100. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tecknol. 2010. V. 53. N 8. P. 30 – 33 (in Russia).
Romankov P.G., Frolov V.F. Mass transfer processes of che-mical technology (systems with dispersed solid phase). L.: Khimi-ya. 1990. 384 p. (in. Russia).
Gelperin N.I., Pebalk V.L., Kostanyan A.E. Structure of flow and efficiency of column apparatus of chemical industry. M.: Khimiya. 1977. 264 р. (in Russian).
Ditkin V.A, Prudnikov A.P. Handbook on operational calculation. М.: Vyssh. Shkola. 1965. 465 p. (in Russian).
Rudobashta S.P. Mass transfer in system with solid phase. М.: Khimiya. 1980. 248 р. (in Russian).
Todes O.M, Tsitovich O.B. Apparatus with fluidized granular bed: Hydraulic and thermal foundation of work. L.: Khimiya. 1981. 296 р. (in Russian).
Kramovich V.F., Komarovskiy А.А. Kinetics of mass transfer at ion exchange in the fluidized bed ion exchanger. Proceedings. Hydrodynamics, heat and mass transfer in a fluidized bed. Ivanovo. 1971. P. 127 – 130 (in Russian).
Vasil'ev V.P. Analytical chemistry. M.: Vyssh. shk. 1989. 320 p. (in Russian).
Ashirov A. Ion exchange purification of wastewater, solution and gases. L.: Khimiya. 1983. 295 p. (in Russian).
Galkina N.K., Sokolova L.P., Smurova E.S., Skornyakov V.V. Calculation of adsorption and regeneration of KU-28 at clean-ing acid wastewaters of treatment plants of non-ferrous metals. Theory and Practice of sorption processes. Voronezh. 1981. N 14. P. 82 – 86 (in Russian).
Robinson R., Stoks R. Electrolyte solutions. M.: Izd. inostr. lit. 1963. 648 p. (in Russian).
