автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Кинетика ионообменных процессов на карбоксильных катионитах

Л*

.'"Ш'^нград.кий орден/ гтгтрьса ркхуадш " оргж

, ^трудового л>асыг0 ¿намеки тг дологический к,сг"!гут

%'->ии лексовега

На правах рукоадси ГОД® Виктор Николаег'.ч

кинетика изнсювгчных-процессов на карбокс^' ишх клтионитах Г^. 17.о8 - ироде с :ы я апырати з. ляче ской технолога

Ав^орэфер_г

* X 'сс^р'ыдяа на соисканиэ учено* сг"пэшт кдвдздатя

техяя<_ скях наук

Ленинград - 193П

1 ..ТТ.. -^т;,.,^,, |

Работа шлолнена в Ленянгра :г;с..ом ордена Октябрьской х5 ^олецгт и ордена Трудового Красного Знамени тех-оллч!-чегкс"« институте ль.-ни Лчнсовег"._

Научны; руководитель:Гчл.-ко]£Р. АК ССОР,

(доктор *ехниЧ1 ;ких наук 1.РСЫАЕ.ДВ Пег"» Григорьевич.

Официальны» одлоньн-'п доктор техничес тх ьаук,

доцент Ш^ГОРОГ Вг^ери-Кпрэ^лч,

кандидат* технических наук, старшей научный г о рудник Кудрлшов Виктор Серх-евич.

Ведущая организация: Государственный . лс~нг'т прикладной хя1 г (ГИПХ, г.Ленинград).

Зб-дта состов^с- " ^ "^ел^-оТ^Д, 1390' года в 1Ь чаи, на зас-дани" специаллзиро^нно' э совета Д.С6Я.25.02 Ленинград; ком гэхно. эгическом иьотиту е имени Ль^оов^та. лдрес инс1~тута; Х98013. Ленинград. Загородный пр., 49.

- ди^сертагчс '1 мокно ^знакомиться в библиотеке Ленинградского технологического института имэне Ленсовета.'

Ок вы и замечания в 1-ы экземпляре, заверенные гербовой пэчаг-ю, просим 'вправлять по адресу: 198013, ,Ле-- ■ донговд, Загородив! пр.,49, ■ ДТИ им .'Ленсовета, /ченый • совет. , V _

■ .Авть^х-рат разослан " " 1990 г.

Ученый секретарь специализированного е.вета к.т.в , доц.

ОБ"\Я X/ ?АКТЕР!.ЛИКА РАБОТЫ *к"Уалькосгь темы, *'зрЗок'-плыш$ кДгяонигн обладают целим рядо?.! сь^йств, представляющих большой пракТлСокяй интерес с '¿очки зрения организации на их основа новых .. перспективных технологических Процессов. К ^ким свойс!-вэы, преяде Всего, следует отнести повышенную се.ц>кг«б-носгь карбоксильных катеонитов к иои&м поливалентных металлов, легкость деслрбдиа поглощенных ионсв кислотам;» а, седовагг-ъно, и рсгекерги,ян.

ОсобмЗ интерэс зазывает исдользов—ше этих каюнк-тов в йодоподготовке и в водоочистке, а татлке в процессах ■лзтечгк:с# цветных п тянелызг металлов из дроикааеняьа стоков и - морской воды иг разделения z хоьчентрированця.

И'.'.есто с теи, органпрчцпя техноло глчэскя; процессов на огрове этьс катионитов имеет некоторые особенности, иапоимар, замкнутей сорбциопо-дэсорб'тионпый процесс по извлечению ионов какого-либо цветного.металла, лапои-ц,., ырци, из рзсТзоров умеренной концентрации mtw быть организован члэдующиы о5р"чо:д.

I. Сорбция ионог Сц.г+ карбоксильным катионмгом в М<Х+ -фо^мет

2 Десорбция поглощенных ионов Си. раствЕэсц соляной кесло"ы;

о. Перевод кзглояяха в - форлу раствором МОП .

Налячпг 2cii стьдии .бусловлено тем обстоятельством, . что иогшГ, находящийся з Cu.if- форие a-ioSnosao nepd-¿естс в ЫOl - фориу солеЕыу щство^лм лз-за слабой диссоциации соединения .

Исноабиенный jpjuocc на всух 3-х таддях, прц достаточной концентрации вке^е.о раствора, характеризуется пссломной отрабо-чой зйрна яонпта. Кром" того, е&лц используется ¿лабосЕЯт,тй к&глошт, ицприме* КБ-2 ллд КБ~ 4П-2 (иг гользовг гие первого предпочтительна, так пак о<» дбладает лучшши дифЕрэпоншсш хд^актр^легяааид/, то на стадпяг I и 3 имоег иэсто существенное изменение первоначального оо^еиа сорбента (^бъа.ы вышеуказанных катяо-

1шго& измен-та-ся более, чем д к; ^а^а). Поскольку рассмотрение Sí'се техколз гяческле стадии каиЗолп часто ре^ди-8jV)rr¡( в аппаратах |£олон"ого тядз [ионитовые фильтры), то набухание единичного зерна в ходе ионообкзшгсЁ реакция цриводит о э"-1м случае К узмекенкю высок» слоя ионкта в аппара Т з.

Вместе с теоретически разработки которые учитывали бы как конкретной механизм такг'х ионообменных процессов (послойная отработка зерни), гак и набухание (снятие) коняга и на основе вторых можно было бы прогнозц-роваг кинетику этих ионообменных процессов, з йЦстоящер время отсутств^ю'. .

Настоящая работ" выполнена в соответс-зу с Координацией: г планом научно-исследовательских работ ЛН СССР a? I9S6 I9S0 годы "о чроблеме "Геор^тичес 'лв основа химической технологии" раздел 2.2P.2.II "Ионный обмен я сорбция 43 пульп'

Нел.» оз*отн. Моделироь-нкв цаетики ионообменных процессов на карбоксильных иогшхах с учетом их конкретны*. ф'..зич«ских рэконрморно^гей (послойная отр&боткз, изменение набухания п т.у ) к разработка на ег.с основе методики расчета ионообменного реактора с учетом вызванного оеакцией пленения объе и адсорбчруюцего сг^п ионита.

Научная новизк^. I)-Получена система уравышш для' расчета изоге?мцч?ских концентрационных полой в общем слуэе миогзХомпонентной диффузия в яоняТэ с учетом изменения объема последнего. 2) Сформулированы нозые модельные представления о ха актере процессовнабухания и сжатия ионитов, установлена св$зь мгчду экспериментально-определяемыми характеристиками процессов я фшио-хпгчче-скимг параметрами ионообьшшой системы. 3) На основе нр-вых модельных представлений о влиянии напухания 'скатил} иоьига на кинетику ионообменных процессов, контролирче-ш диф®узлей в зоне с подакшоы границей, сфо^ф-сарована математическая модель ссцбцконны": процессов, сопровождаемых переходом Iiohíit" т яэдиссоциир^ванкой в диссоциированную q-орму U наоборот/. 4) Получена новая математике-

ска г модель хачетяки данного обмана с учетов псосрагалий xzkr ¿çcrMi реакции ^епду ук.цлока а'-ьнюся гпуяязмц яохягэ п входшцаи ц Сиолу ароткводоыоа. 5) Предоэкеяа чодз^ ма-тенаткчес.^л модель конозбнзнногэ реактора с учете вы-зззннсго рсэкцйс-й изменения сбъе.чг» ад^ор^яр^илаго слоя ипнитз.

тчрду.тячрсуйч иек часть ■ Продконелн^о в дйссергацяя кагемат^че^к;«« »одел« дозволяют чаозестл дегзльц.а яссаэ-довэ-'че слонЦ'гх локообизкньис дродеесов с у частом хяр-tír.'«сильных хатаоытой выяаять влияние хзх ;:дд якдх параметров ira кянетнну (в .масштаба едя.чячнэго приз сорбента) ц щ ^.шамяку (ß масштаб' холодны) эгах процессов я, Таким ооразеИ, слуаягь аснсйзЗ .для рззрабэгха мегодак ях р?счета.

^por.'.s tovo, прогчозгропзпйв характера £еф>рмацпа ^атрлцд долита, с одной сторона, яоЗаэтлт вздазать рэкэ-у зада для го елтямальшел ронпмам этих процессов и урльи обеспечения ьляяазльнсго рззрупеи-т. попита, с другой сторона, mjütqt слу^То эеяовэГ для разработка яочис cipyx-VP сороэн'из, зЛэдзшц'х нэгГш.пэП тсмотяч„'Скод стабаль-

ЯОСТЬш.

Рззлзэзрпя результат.,,в. Результаты раб»ты испэдьзс»-23н« арл раэраСстю ноаых реаообмзишк устзнозп,,г цо o¿cc-CwiKsanna ьодн з Mayчя^-мхклчоском ^бъе^яьеаал АН С"'1

анр^зш'я о&0ты. со—>екке рззуль.ит" . luotu äojwxq-

,xiî я сбсукгечц на х-эрод^ком сомг». jpc 1'зорзя я яра. гякз яийаэгэ -обмена, аонозб:,:г"*н:а.с. хрзмэтогрзрля" яр-' В^сош-лом хямачосхлч обьесгве ягкДЛЛ^пделе па. г.Лениг-'рад.

ДхбШкЛШй* üj ддосертаддя слусляков. jo 4 яо-чатинз работч.

ССп^м „ структур рч^.отк. Д::ис ргацал состоят яз введеяде яятя г зв, выводов, списка лдтерг лурц и ярлло-еоп'.'.л. Раб_:а изложен? на £'14 стр. мза-чописного текста, яллпетр оовааа 3-1 рис., йибляэгра^яч вкидав'» 44 "зимо-но^лгл'1 публдласлЯ ото- зегиоь.дгх д aapydesimx авторов.

- 6 - .

СОСТОЯНИЕ ВОПГС^А Сф; _)му дированьиЯ во введении оск-зпа: цель данной дис- \ сертпсяи - моделирование иопо5г:милных процессов на карбоксильных каг^ончгах на основе учэтя их кияетичесг 'х закоко-».„рностеСГ. пргдсгавляьх собой счень слок^/ю задачу. На рис.1 представлена схема, когорал «¿.л Си очерчивчэт круг тех вопросов, у,сторие иеи^бежнэ предстоит затронуть при ре. шенпи эюй задачи. Следует отметить, что пикнически ни од- .. на из перечисленных здесь проблем на сегодняшний день н^ • разработана с той пгчнотои которая необхехягч для осужзст-влени поставленной перед нами программы. Так, аадример, имеется лишь чри^дикгвное решение задачч кинетика ионного обмена, сопровождающегося послойной отработке« йе:шта, прячем, р^Ссмотрен только линейный случай; механизм набушгч описан лишь в о^щих чзргах, гчеюищ&Ся в литературе зкеяеря-ыенталыше дачные по кинетике набухания конитов Передает, как правило, только качес1венни2 характер ?тях процессов; описание дидГузяи в деформируемых средах разработан'», как правило, для процессов в электронейтральных полимерах, при этим делается ргч оерьезньи: допущений о П0"т0я.зтвй коэффициентов переноса или о заданном характере деформации среди : и т.д.

Поэту, данная, дц5сертацяг - перв?ч пооитка комплек- • £ного решения рассмотренных бишв проблем, предпринятая'в рамках построила 4дняо? математической модели ионообмзн-ног* реактора. ■ ' '

МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССОВ НА НАБУХАВШИХ

В ХОД1" РЕАКЦИ ИОНООБМЕННЫХ ОМОНАХ Приведенная вниз дпффедзицпппяя рассматриваемой задачи предопределяет И коАкретные пути построения кинетической модели, а затем, на еэ основе и модели аппарата в целом.

Очевидно, в наиболаи общем случае ууатечатическоч описание кинетики изотермическою ионообменного процесса должно состоять из 4х групп уравнег й:

I) Группа уравг-энчй, олисивакцйх процесс переноса у^аств^лдах з реакции иоь-ш; сада,:в частности, модут зхо-

МОДНЫ"-.

ионообменного реактора

хинегикг

ионного обмеца нд карбоксильных ка-«.знцгах

динамякь ионного обмене, а двивущи;:-ся слоях с учет&м набухания ионята

Кинетика лонного обмена с учоюц-хиь'л^еокой реакция

на.буха ня. иопитов ■

итемагачоскс | описание дяффу- | гии в дейорак -среде

кинетика яонно-'?г> обмена, сои-(ровг^дакгегося

Е дойной итра-кой зерна "та_

матеиг^и-. ческое идя-саняе ааб^-ха[шя донята

выбор основ-аих феномопо-1 логических уравпшй

влияние избу-хеши! пошла

ПО фЭНОУиЛО-*ОГДЧ?СКЦв , КиЭф^ИШШПТЦ

.дорепоса

гясД. Основные вопросы, шгжвваща«» рассмотрению

дри разряботк., ыодода г цоое&.энного реактора

- 8 -

дить уравнение^конвективко-диф© зонного пгэекоса

= -^СУ 1.2,..., V. (I)

г*® Гс' - ^С^-^л), С; = С( /Сл., Й « §Е и основное урщзнриие линейной неравновесной термодинамики,

которое, з случае отсутствия внр"ни1г сил, мокет быгь записано в следующем виде '

2, Группа уравнений, описывающих процесс набухания понята; одно "з уравнгчии эг->й группы - ураьзе-чо перазрмз-ностг для матепиала матрицы ионита

и)

осгальрте уравнения совместно с уравнением неразпывностк долгий определять процедуру нахождения лгчальной концентраций функциональных грзап жжига;

3) Групяа уравьлшй, устанавливающих додоллтел!"ыэ сеязй ые'чду локальными пэрацотралц состояния (¿азы ионита, например, условия эле^тронейтр&льностя, адвдшшностл объем.. г т.д.,

4) Группа вспошгательных уравнений, успнавлпваю-• вдх завг^имость коэффициентов уравнений Iе® и группа оз? дарацгтроз сосго.°ч[ия ионообменной системы, яаиря-- . мер, зависимость коэффициентов саь»ода:ффузии об!. лиававцах-ся коиов от плт"но1хи матрицы нанята.

■ Данная Методология построения канотцтеской модели использована при разработке теоретического описания кинетики следующая 2х ионообменных процессов: процесса нейтрализации цадочью Ян - форма т'чрбоксильного ионита

аН-ЬМОЦ —(М<'8 НгО (4)

и процесса сорбции пола водорода ионизированным катион;:-

гоц Я-Мс + Н'р — ЙН+ МеС8 (5)

где Ме - ион щелоуногО ырталла.

£ля реакций, поп достаточно высокой концентрация внесшего раствора ( С •> 0,Ь1 я\ характерец р„жим послойной отработки. То,коч мехлизы ионообмсцюго процес-

- о —

оа "буслорпэн необратимыми химическими реакпилми в фазе ноннлои 1 первом случав, псэ ^эакция .ле«>ду ионами водорода, входяцпи о состаз комплекса р.Ц и ионами жси-ла, поступающими з ионит / й во-втором, реакция негуг- иони--зировэшымя функциональными грушщроълами (I- и коном водорода

Череход ио' ита и} кедассоцииро8(шной формы в диссоциирован^ (реакция 4) сопрово'"ъ.атся его сущесТаеншщ набухэнием, обратный проце.с (реакция Ь) - сжатием.

Для правильного зчета влияния измыгения наб^хаивд ка-тиоиита на кинетику ионообменного процесса ^обходимо определять Характер деформации кзтрмд ионита в отработанной зспе. С той целью выполнено экспериментальное иссл..-дсание 1цяетики, на^ух°ниг ионизярозак..ого иоь-та вызванного резким изменением концентрации хонтакгкрующего с раствора (рис.2), ионый об^гя в этиа тлучаз отсутствуя?. Зерно иогта-помещалось в специальную ячейку а (¡ряксярльа-дгсь в ней двуг/я гонкими прукишучи из кзркавсадего иат^-\аала. В ячейку подэримр^но подавались ковдонгрпроьаиийа.( 12а.) я рагбавлеи.шй (О,1ц.) ¿аствори (дспа<..,эовзаи<5 разбавленного раствора вместо воды предотвращало гидра ""из солевой формы лоццта). Есля зерно ионита находилось в разбавленном растворэ, а » яст^«1Цу подавался концертировавши, то происходило ег1 сватяо, в прошлом слу^аэ - ца? бугаш»ч. Мз^энонио р«диуса частицы <*пкспровалось о цомо-. чью оптического микроскопу.

Начэльичй участок -ризой на^ухаьл до Ту а 0.8 удовлетворительно опясытетсЯ экопопоюмальпо1» зависимостью \\-\fo . , с*

Определенно? экспврицрргольцав вращ, пообхогмиоо для достпаваяя СГ6П0П напухания .ру = составляет в сподпек вегаого болов I ияяути. Тогда па*,ото чо вромл, определенназ походя иг представлений о диффузии воды з сфоряческуо частицу, составят ' ■ ■ . ■

нит? KE-2 ( isla - фораа) от времени при резком изменения ьсадог-рации конгактирутцега с жл раствора электролита (Wal-). Метод исследования - микроскопический. Размеры зерзн et : I - 0,8 ы:л; 2 - О.&лм; 3 - 1,0 ш. ■ '■'•■.'

Величина 1>$ ъыеег юряпок'Ю"? см2/сек, т.е. п'ч Ro = 0'i им, Мм лолучш "t'og » 7,5 сек. Таким образом, характерное время дроцесса набухания 'яошга -примерно нч порядок превосходит хар?".терние время процесса ддаТфузии воды в ио-'. пито. Следовательно, набухание поипта,.,по всей взрояшостя, лимитируется обьеыэй релаксацией его трохмерьЛ мгтрщщ.

Для лр^цоеза сватая цониха экспериментально установлены следу кие закономерности:

1) сазгча донизяровьлчого кояита происходит горяздо быстрее, чг\' его наоуханио: для скатал найденг toä= сек;

2) нд начальном учаГ1же процесса окагия наблюдается зависимость Fv' [t

3) отношение Cp4/Cfi для ионообменного процесс. (5),

о

олрулонное исходя из геометрических сообраноний по формуле ъ ъ

Ся _ Яо - г&

'"Йо Т-о"1 — Т» 5"

в течение всего процесса сохраняет постоянное значение.

Учлтшззя эти закономер :остп, пр составлении натематической модели процессу (5) принято, что в отработанной зона практически мгновение по сравнении с длительностью всего ионооименнвго д^оцосса, уса-яазднпавтгч равновесиезначена копг«ятравдд фушодпояалыгх тупя поплюй.

Будем считать, что для термодггаемдат Кя;с потоков ионов ог-оекгвльиэ иа^лця цот^'з еярзводякво уравнилао Нерста-Планкз в Форма:

-т^д^с; V ■ э)

Тогда, с у чехом условия злоктгопрй'лрзльыстп ф131* допита , в иеноебм'мшем процесса (-1) будат одна цззаэ"олмш,1 поток попов, например,, поток Кононов ^ с кооф^этшентс» лк^зпя, завлсящ-м от коетонгрзцп

' ' V— : . ,10)

• . ¡ОуСу, . <•

' здесь принято

• у"15!швзя, .что с ' Сд (-„с ). торя^.чяго. (10)

гсло упростить • '

• Ту. = . (п)

В аопоо&'.о'гГ'оц процесс о (5) нечяилег'кг.т будут п' обдан 'случае два потока попов, поап^'э,», я I/, , •

■ «-¿яФ^Сд + . (12)

(13) 'г' г'

гдп коз!|»1-яияонты - '"7ш;т1пп цопцопг*. -.пк Сд ::

Как гоказадя г.«слеши-з рясчотц кинетики прзцессов, сопро-во;вдз&""чхся обр-ззовягатгм уг-оЯчкаого тадаша вхэда-

«ш & смолу ярохввовонсм и группой попята

(Кэлпппчев), при достаточно нэдом значен«"*, относоняя

Y" A-ft, a/Cü , допустимо приближение Ту ~ Э1_° дает дополнительную связь ыедцу каадентрацпдааи Сд и C\¡ Тогда, и в этом сА-У^э, независмшм буде^ только один поток, например, Тд (ион А вгодиг в сь лу).

^ = Ú4)

i c¡ И Су овя;

1НИ4 И : •f.í?' //-'nI

Концентрации Сд и связаны между согой транс-"9нденти«ы ураъаениги

У Са-ос^бс; - ;

п ' о _ ЪвСШ 2в) ,Т7)

' Расчет кинетики диф'узиэннцх процессов в деформируема средах удобно проводить о рспсшЛовани^ц дагранжев^ переызннчх. поэтому . окончательно ыагеца-'ическан мод«ш. •■•." процессов С4) я (5), о уч<яои конкретною хь^актара дефорг шцни иатрлдк иончта ;в отработанной 80вд<Ц0жег бить вадк-оава в следящей безразмерной вид?: . . . ' • "

K+CtL'^C'"1^ ' Jjvw процесса (4)

Г СоЫ дяя процесса (5)

'j , ¿ДО процесса (4)

(20)

•\ Г для процесса '4)

1 , для процесса v5)

^ , (24)

v5 сО»^5^ дая процесса ^

4 °1 J и К / ^ лроцеоса (5) * ^ ДО > Сл J

Х^Ю - коэффициент дг^узиц 1-ГО ЙОЫ при

.у «I.

Граничные и начальные условия к данной системе уравнений следующие С0

с (0,р=0 , C'CFo,0= ylt'fc^ l'(0-?>S

В фо^лудо (-0) Дро отсчитываете^ от того пойнта временя, рогда чь^ез дадпув.точк7-проходят-фэ^нт реакция Коэ^фгцвопг в формула, (¿с)' лродстаалязг собой кекотггшй ■ •■■. '■ эшшрлчогтай параметр, уч^тшзаидий зависимость.^идпвиду- /' алыла коэф|'"цяеятов\,;пффузял от. плотности матрицы-допя-" "•':' • га. Вид завясигоохя (19) дрш»ят 'по ^ap*"».»:

У'.я, _ д0ля p^cî.m занимаемого матрицей ионата; •••

. Дял рекпшгя'система (la) '-. (2") использовался ча<;лен-; пый алгоритм расчета. . .. ■ •

На основании чпелепяих расчетов проанализировано'вддя-пио основных ларклэтров кодсл» на кикоглф лчпообмеппых процоссчй (4) и (5). Шгсвгралытя кипеитчзскзя кр.трая для процесса .(4) гчлязтея, при данЦэй•скероетт рздвпеащш мат-'' ргаш (параметр' t )» дзухпарамегрлчоокэ'i. éo ход в координатах F ^ Fo определяется йкачо.чпея двух яарзгго?» ров Х)0 и В. G- использоезпясм •эг.сяергл?ентальпц\ дзлгш-»" по киявтике пр'цесса (4) била psnsin обратная задачч по оврвлвмвазю непзвйогяыу ларякогрох» 8, Т)0 ,табл.1').

Параметром, окззнвакгям гущзствоипоо влпяпяе ira im--, котику ионообменного процесса <5), является отпоезгшо

ПАРАМЕТРЫ КИНЕТК

Таблица I

¡¡сгтй модели ::ш процесса немтг 'лизации

кати0нит4 к5-2

гиво-иои

Па-а-чегр

№

В,, х 10+6,см2/сек

1,50 1,30

В

1.5

, 1/оек

0,01 0.01

V (ри^.З). ^з зализа кинетических кривых следует, что ионный обмен протекает быстрее у том случае, ¿огдл в . понита первоначально находился более медленный ион, т.е. кинетика вбыекэ определяется яр?имущеетленно значением коэффициента диффузии иона, входного в смолу.

Методом интегрального баланса 5ыло получек дриблшюн-нио решение ^дачи (13) - (26) для процесса (2), которое, в том случае, если, объ^и ионита не'меняется (У1о\ = I;, отличается от .известного ргшения Гальфериха дополнительным у параметром''(. О) /, уздтыващиы различие в индивидуальных подвчлаостях иоя^ .я '■'.•'• - «•■

агсзШ-

(Г7)

(28)

(2ЬУ

В диссертации йредотавлены графики вавясимосхл

и «

Анчлиз результатов решения задачи ГЗ) - (26) для процесса (5) показал, что величина отклонения точного решения (чяо"енвий расчет, от приближенного определяется гдавнаыобравом, значением отношения Со/^я и прг ".ти-чеоки не вав^оит от отношения Ъд • Кроме то: э.гз-

-Рио-З. Кинетические «рявыб при разлячннт' эр чэпиях "арамо.рЕ ^л/бр. : = I; •

2 - ЬА/5В ' = 2 _з -ЪЯ';'50 = 5; 4- •'■■ ='Т0; Г - 5А/5а- « 0,5;

• Щ= = =1. . Со/С, =

личин- этиго отклонения болыэд в том случае, когда пмр^т 1Г0Ю набухание аонита.

Прозерм адекватности мртематс .еской цодолп вшмлн*1-па с использованием эксдаркиея'тал" но получениях зависимостей степь .¿г набухания и отесэня обмена от временя дал ионообменных процессов (4) я (Ь).

МОДЕШ^ОВАНИЗ ИОНООЕЛЕШЖ 1РОЦЬОСОЗ В РЕАКТОРЕ С ^ЧЕТШ ВЫЗВАННОГО РЕА^ЦИГ* ИЗМЕНЕНИЯ ОРЧ-Г?А А^00РЕЕЕг"-0-

гто елаи иончта

Иьлененяе набухания иоиита в иокИэбмзнксы процессе при его колоночном проведении приводит к /дагсопла яоп"-та вдоль оси аппарата. Математическая модели ионообиея-

- -

ного реактора, с учетом рассмотренного вше кинетического шхз^изяЛ (послойная отработка зе^ла), в бг^разцзрных обозначениях имеет СЛед^в^-й вид

^ О-гую от

■ь

~ьс

(/'-ОС^по

¿(к.т0 -

^ • Ко*

-- С ь) — v/ ^ \л/ — .1*

¿Со"*

(30)

(32)

(33)

(34) (С.)

Здеоо приняты лдедукццв допущения: отсутствует перемешивание как по твердой, та* я по кндоэ". фазам, расвяр'иие (сжатие) слоя яондта происходит свободно, трбккем о станку •колонки пренебрегаотся, яорозцость слоя докига изменяется. Входвдие в (32.) и '33) неизвестные. функции ч определяйся на осыорашш-реизкия кинетической задачи. Зависимость «¿"у> ^>(Н)дол1;ка ~ продел, л'ься ьксперим»цельно.

Граничные и начальные условия ч сксТСУ-е.' .(Зи) - (31.)

. ' С'(%{) -I . (36)

' ■ •осчло-р'*'-' • •/. •

Для решения;систе:.-л ("0) - (35) й"й дополнительных условиях (36) испо.^зовался послс .ныл метод рсчета.

На основания численного ^ешеншт выполнен анализ влияния фактора 1Иб"хашш попита на основные двнаатеокя© характерней' \и колоночного ионообменного процесса.

Рпультатн расчета ползали, что пр.; постоянной ско-росг" фильтрации а системе ус .анавливэ"тся рг-хим параллельного деропоса фронта сорбция. Скорость перемещения фронта но начальной конфигурации слоя чохшо ориентировочно определит!, пд формуле:

И1г:"ча фронта определяется как с^оросты: фиь'СргцЕП раствора, таи к кинетя1есккггя характеристика:,:л ионообменной система. Набухание иоцятд.. яря. постоянной скорости льтрацЕи, вляяст на спряну входной дрввой косз")|"ю, чзрез ■его влияние на кинетику ионообменного процесса. Есзд пря набууцчии ионии» его мпффуз"оннав характеристики цз мзня-г"":я, то пьрина сорбцяонного фронта з ^том случае о'удот

уволдчеь-ться.

Проверка адекватности разработаннс.» ытемчтдчэсхой , ко, ,злм р-»ала>нка дозоосслэйним процессам проводилась с цс-лольгованцеи экч-дэрккбп'"глады?, данких, долуч^тпиъ срз колоночном проведены рзаюмщ +-'ЛхО\-\ " Дь'а -ГЦи (ка-чю-ЯйТ КБ-2)

БЫЕОДЦ

I. 1!<\ осяс^1 экскоряг.^аталььцх п теоретически*' исследований, показано, -что вааваннос химической р^акгдей изменено величина пабухапял понята яи^тся оуцвсгвопвп? $ак-'• хорем, ряияэдки как на кянетяг.^ (б масша-абэт единичного

зорка), так т ка дянд^яку (в масштабах колоякл) ибнообмсп-•'. них процессов с т?частвсй_ кь^-хскйьнф каглонлалв.'

2., Для правильного учет*) ¿¿¡г/гора набухания в кинетической .«одели процесса репзкцэз значение г::.""от' здание закона пз-заевпя локалвной длотпостг мзтрнци понята. Пиаза-но, «то ы'бухание. карбо..сильшрс иснятоз в области контакт- • рчцяй внешнего раствора, соответствующих роальнкм тсхлоло-'гичбеким процессам, дяиитДруетсл объемной релаксацией матрица довита, а процесс сжатиязяпй води з »'чкрепоро-вом пространство ягнята. УсгадевлзДэ связь экспери-

ментально определяемая: характеристика«!: 'гпс'аосса (время запаздывания, ¿оэф^яцяент дофй"Ч£л «.ггкчша предельного набухания) я фззико-хя.мичосЯимд параметрами яогогт* (модуль об^емуй удр;'т»остя матрицы, вязкость вода я ;соэ.д-фг еяект сояротпЕ/ няя гзигечяв гл,дк в порах яог*та).

3. Предлокояз кзтвм<1Ти<"С1. .я код^ль кя.чзтяк;' нейтрализация карбоксильного катяокэта с ¿четгч лзм-зязия.ч е^аз-

- 18 -

чины его набухания- На основе анализа численного решения доказано, ч*о суммарный эффект зл зыия измркеня" величина-набухания на кингьОнообмепого процесса определяется таким'» факторами, как величина предельного относительного набуханил, скорость н. Зуханиг (степень зависимое ко&йфн-¡уаента дисг^узии ио!Д гидроксила от плотности матоида ионита.

4. Црдложена математически модель кинетики ионообменного процесса с учетов необратимой химической реакции тж.~у ®?1..диоыльяой группой и входшвдт» в чснит лр-тля озоном. На остове численного решения выполнено исследование, влияния бсновны: параметров прЕдессА (значения 1 эффициентов дг'фу-зии "онов'и величины их зарядов) на скорость его протекания. Определен : условия, при которых кинетика пкогс ионообменного цропесса зависит от одього кипе: :че кого параметра -эф^-ктивного коэффициента /"'фг'зии.

5. Заполнено экспериментальное и теоретическое исследование динамики иопообм^нчух процессов в реакторах кпон-ялго типа.-Предложена математическая модель ионообменного .раалтора с ^че*ом вызванного реакцией изменения объема адсорбирующего слоя иаиита. Проанализировано влияние ¿4><>вК-

изменен-^ вел"чяьы набухания, ионита. на основные динамические характеристики процесса (ширила' вых.дной.крив~й.время ¿.аботы до проскока юирг та стационарного дви-ущего фронта и ■» .д.). Показано', что .наибольшее влияние на раГочие характерцегики'реактора оказывают фазякс-химические параметры ионообменной системы (величина предельно относительного набухания, скорость лабуха кия,, .коэффициент внутренней диффузии), .а- такие гидродинамические характеристики ионообменного. реактора (зависалсгь объемного расхода фильтрг -та сг высоты слоя сорбента).

6. Материалы диссертации использован^ при создании ьовых ионообменных обессолива! ;иг" установок в Научв--техническим объединении АН СССР (г.Лешшгрг •;).

_ ОвОЗН.'ТЕНИЯ

- элететрохиыичеезаи потенцией I- го иона, -кинетические коэффициенты- ооьем ионит. со-огвотстгэнно начальный, хецупй и конечный, ы3; ^ - ::а-

- 19 -

р£ хтерно* время оапаз^лваняя сек; t - размерное вредя, сек; Т*=» */т0 ~ безразмешое время; V - масштаб "зтрен"'" времени, сок; Яо - начальной радац ион. га.м;

Чо(^) ~ текущий радиус иояята, м; - радиальная координата фронта ре. душ,' м, X1, ~ - соотвэтств. шо бээраь -мерные эйлеро: зя и лаграшхезая радиальные "".оо-тгчагы- 51. -у-'юерсальная газовая постоянная, Д"/град моль; Зг -поето-яннаг Фарадея, кул/м^ль; у - электрический поте.ляал, Дг/кул: - термодинамический поток 1-го ио».а, моль/м : сек;_ Ц - кошгчтра^ля 1-го компоненте в лон' те; с^'- Сс /с^ - безразмерная оть-хлиелт-чая концент-рь ля; С& - концентрация фукк!'"¡опальных груш допита, .¿Оль/и3; - коэффкц"9нт даф&узяи I- го оппонента, м^/сек; Ъо - ььоштаб -т-эроявя "оэф£'"циеитов дцЛ>узг\ и^/сек; У - доля объема, занимаемого чатртцей ионитд; Уц - объем матерязлг матрица по. л?а, и3; объем

воздуино-^ухого зонига, - ког "фк, .ват наб.хаяяя;

У/^е - соответственно относительна*. я равнс

ве.лая относительная'доля объема,.занимаемого матр?*тей донита; /»,. Сс/л. '- поотв'-гстеоняо саз'-ерн. .1 я без-размер гая кечцентрл^-Л I - го иона в растворе;- V -

• . скооость фильтрятцш раствора, у/сек; " £ - пороэг~)сть слоя исшита; Р - с*епо!г отработки яояига;. Но, ^С00} ~ соответственно начальная и оавновесная внссз сл,л донята, м; ОС о = ХоД о~ безразмерная аксиг ^ьная координата; -концентрация • . (■' - го иона в г ¿поверхностном слое "зряч попита, моль/"3.; индексы А,В относятся к- обменяваюгцни-'ся ротивоионам; индекс у - к к.,дону; индекс • ^ - ^ оастворр^елн. ■ '

Основе э содержание работы иь.лжвно с.следящих публикациях:

1. Моделирование кинетики .роцессов на набухающих в ходе реакции ионообме"ны'и" смолах /В.Н.Родия, ...И.Баг ■ кинсий, В.А.К нстан-чаов, П.Г.Ромзкков//£урн.прикл. х1...1яи. - 1989. - .. 62 - )' 9. - С.2005-2008.

2. Родин Б.Н. Расчет ре^кт-иров с изм^щдащейс : в процессе ионного обмена высотой с~оя сорбеь .-а /роддя В.Н.,

ПТИ им.Ленсовета - Л., 1989 - 8 е.* ил. - Библг тр.: 3 ыа?ч. • Л-п. ВИНИТИ 09.01.90 .. 141-В90.

- 3. К расчет;, ре зн^рации I .китовых Фильтров,'?один Т.н., З.В.Плаепшияа, А.И.Волрчнскяй, г а.Константинов /Дурн.прикл. химия. - .¿987. - 'Г.60. - Я 2. - С.417-419.

4. Рг 'ин В.Н., Смирнов Н.К. К расчету ионообменных фильтров простричетвонно-гло улярной ст^укт 'рой//Тез. дОхЛ. УР республиканской ко; фереяция "Повышение эффективности, соверкенствование дроц сссз и апл£ ат^в химических лродзве'яв". 20 сент. 1988 г. ^ьвэв, 1С ?8. -„.15.

С

5.1С 90 г.-. Базе,611-100. Бос '7 ;.:то РТП ЛТИ та:Ле..,;р вата. Московски.': пр.,28