НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ ИОНООБМЕННОЙ СОРБЦИИ ИОНОВ ЦИНКА В АППАРАТЕ С ПЛОТНЫМ ДВИЖУЩИМСЯ СЛОЕМ ИОНИТА
Аннотация
Статья посвящена исследованию процессов ионообменной сорбции ионов цинка в аппарате с плотным движущимся слоем ионита. Предложено математическое описание процесса ионного обмена с учетом следующих упрощающих допущений: равновесие процесса описывается уравнением изотермы адсорбции Никольского; скорость ионного обмена лимитируется внутренней диффузией; структура движения раствора и ионита в аппарате описывается моделью идеального вытеснения; концентрация раствора на входе в аппарат является линейной функцией времени. В соответствии с принятыми допущениями разработано математическое описание процесса, включающее уравнение материального баланса аппарата по раствору, уравнение изотермы адсорбции, уравнение кинетики диффузии, а также начальные и граничные условия. Решение задачи выполнено методом интервально-итерационного анализа. Для проверки адекватности разработанной модели реальному процессу были проведены экспериментальные исследования нестационарных процессов ионообменной сорбции ионов цинка на сульфокислотном катионите КУ-2-8 в лабораторном аппарате непрерывного действия. Концентрация исходного раствора повышалась по линейному закону. При проведении исследований были сняты кривые изменения концентрации раствора по высоте аппарата и выходные кривые ионного обмена. Сравнение результатов расчета и эксперимента позволило сделать вывод об адекватности разработанного математического описания реальному процессу. Расхождение расчета и эксперимента не превышает 12%. Даны рекомендации по практическому применению полученных зависимостей.
Для цитирования:
Натареев С.В., Ларина А.И., Рябиков А.А., Сырбу С.А. Нестационарные процессы ионообменной сорбции ионов цинка в аппарате с плотным движущимся слоем ионита. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 1. С. 101-108. DOI: 10.6060/ivkkt.20256801.7090.
Литература
Natareev S.V., Zaharov D.E., Lapshin N.A. Ion exchange water treatment from heavy metal ions in the de-vices of periodical and continuous action. Sovr. Naukoem. Tekhnol. Reg. pril. 2019. N 2 (58). Р. 150 – 159 (in Russian).
Kilislioglu A. Ion Exchange Technologies. Rijeka: InTech. 2012. P. 378. DOI: 10/5772/2925.
SenGupta A. Ion Exchange in Environmental Processes: Fundamentals, Applications and Sustainable Technology. John Wiley & Sons. 2017. 496 p. DOI: 10.1002/9781119421252.
Inglezakin V.J., Poulopoulos S.G. Adsorption, Ion Exchange and Catalysis: Design of Operations and Envi-ronmental Applications. Netherlands: Elsevier. 2006. 614 p. DOI: 10.1016/B978-044452783-7/50002-1.
Bespalov A.V., Kharitonov N.I. Control systems for chem-ical and technological processes. M.: Akademkniga. 2007. 690 p. (in Russian).
Lapshin N.A., Natareev S.V. Unsteady processes of ion exchange sorption of copper ions in a continuous ideal mixing apparatus. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 12. P. 105 – 111 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226512.6698.
Balakirev V.F., Aksenov V.I., Nichkova I.I., Krymsky V.V. Treatment of aggressive industrial effluents. M.: RAS, 2019. 115 p. (in Russian).
Water management of industrial enterprises: reference edition. Book 2. Ed. by V.I. Aksenov. M.: Teplotekhnik. 2005. 432 p. (in Russian).
Alekseev V.N. Quantitative analysis. M.: AlianС. 2007. 504 p. (in Russian).
Romankov P.G., Frolov V.F., Fkisyuk O.M. Mass trans-fer processes of chemical technology. SPb.: Khimizdat. 2011. 440 p. (in Russian).
Natareev S.V., Bykov A.A., Zakharov D.E. Ion exchange in continuous pulsed column. Vektor Nauki TGU. 2016. N 4 (38). P. 38 – 44 (in Russian). DOI: 10.18323/2073-5073-2016-4-38-44.
Akselrud G.A., Lysyansky V.M. Extraction (solid–liquid system). L.: Khimiya. 1974. 256 p. (in Russian).
Ditkin V.A, Prudnikov A.P. Handbook on operational calculation. М.: Vyssh. Shkola. 1965. 465 p. (in Russian).
Workshop on ion exchange. Voronezh: Izd-vo Voronezh. gos. Univ.2004. 160 p. (in Russian).
Spencer N., Thornton J. Ion Exchange: Theory and Applications (Series: Analytical Chemistry and Microchemis-try). New York: Nova Science Publ. 2017. 319 p.
Volzhinsky A.I., Konstantinov V.A. Regeneration of ion exchangers. Theory of the process and calculation of devices. L.: Khimiya. 1990. 240 p. (in Russian).
Natareev S.V. Ion exchange from a limited volume of solution. Ivanovo: Izd-vo Ivanov. Gos. Khim.-Tekhn. univ. 2006. 136 p. (in Russian).
Natareev S.V., Dubkova A.E., Nikiforova T.E., Natareev O.S., Bykov A.A. Ion exchange extraction of di-valent metal ions in a plate column with a suspended cationite layer. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2015. V. 58. N 1. P. 75 – 80 (in Russian).
Natareev S.V., Bykov A.A., Zakharov D.E., Natareev O.C. Dynamics of sorption and desorption of copper ions in the annular layer of cationite. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2015. V. 58. N 10. P. 73 – 76 (in Russian).
Natareev S.V., Bykov А.А., Zakharov D.E., Nikiforova T.E. Ion-exchange in fluid-bed device of continuously working. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2017. V. 60. N 2. P. 85 – 90 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.2017602.5372.
Blinichev V.N., Labutin A.N., Zueva G.A., Kolobov M.Yu., Alekseev E.A., Volkova G.V., Vorobyov S.V., Kozlov A.M., Kokurina G.N., Lysova M.A., Mironov E.V., Natareev S.V., Nevinitsyn V.Yu., Ponomareva Yu.N., Postnikova I.V., Sakharov S.E., Chagin O.V. Problems of the development of energy- and resource-saving processes, reactor systems and equipment of intense action, modeling and optimal management. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 185 – 202. DOI: 10.6060/ ivkkt.20236607.6845j.
