ИОННЫЙ ОБМЕН В ПУЛЬСАЦИОННОЙ КОЛОННЕ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Аннотация
Предложено математическое описание процесса ионообменной очистки растворов от ионов тяжелых металлов в пульсационной колонне непрерывного действия с провальными тарелками КРИЗМ. При разработке математического описания использованы следующие допущения: ионит является монодисперсным и имеет сферическую форму, равновесие ионного обмена описывается уравнением Никольского, скорость процесса лимитируется как внутренней, так и внешней диффузией, ионит и раствор в аппарате движутся в противоположных направлениях, движение раствора происходит с эффектами продольного и радиального перемешивания. Для описания движения раствора в аппарате используется двухпараметрическая диффузионная модель. Для решения поставленной задачи применен интервально-итерационный подход, основанный на рациональном сочетании аналитических и численных методов теории массообменных процессов. На каждой тарелке принимаются постоянными кинетические и гидродинамические параметры процесса, уравнение равновесия Никольского заменяется уравнением касательной к нелинейной равновесной зависимости. Полученные уравнения позволяют рассчитать распределение концентрации раствора по высоте и радиусу слоя ионита на тарелке. Концентрации сорбируемого вещества в растворе и ионите, найденные на одной тарелке, становятся исходными для расчета вышележащей тарелки. Общая картина процесса ионного обмена для аппарата в целом определяется путем последовательного нахождения решений для всех тарелок. Установлена адекватность разработанной математической модели на примере очистки сточных вод от ионов никеля на катионите КУ-2-8 в пульсационной колонне непрерывного действия. Отклонение результатов расчета от экспериментальных данных не превышает 10 %. Разработанная математическая модель рекомендована для практического применения.
Об авторах
Сергей Валентинович Натареев
Ивановский государственный химико-технологический университет, Иваново
Россия
Россия
доктор технических наук, профессор кафедры «Машины и аппараты химических производств»
Александр Андреевич Быков
Ивановский государственный химико-технологический университет, Иваново
Россия
Россия
аспирант кафедры «Машины и аппараты химических производств»
Дмитрий Евгеньевич Захаров
Ивановский государственный химико-технологический университет, Иваново
Россия
Россия
аспирант кафедры «Машины и аппараты химических производств»
Список литературы
1. Расчеты аппаратов кипящего слоя: справочник / под ред. И.П. Мухленова, Б.С. Сажина, В.Ф. Фролова. Л.: Химия, 1986. 352 с.
2. Карпачева С.М., Рябчиков Б.Е. Пульсационная аппаратура в химической технологии. М.: Химия, 1983. 224 с.
3. Романков П.Г., Фролов В.Ф. Массообменные процессы химической технологии (системы с дисперсной твердой фазой). Л.: Химия, 1990. 384 с.
4. Волжинский А.И., Константинов В.А. Регенерация ионитов. Теория процесса и расчет аппаратов. Л.: Химия, 1990. 240 с.
5. Рудобашта С.П., Карташов Э.М. Диффузия в химико-технологических процессах. М.: КолосС, 2009. 478 с.
6. Иванов В.А., Карпюк Е.А. Некоторые аспекты термодинамики ионного обмена // Сорбционные и хроматографические процессы. 2015. Т. 15. № 1. С. 19–34.
7. Натареев С.В., Дубкова А.Е., Никифорова Т.Е., Натареев О.С., Быков А.А. Ионообменное извлечение ионов двухвалентных металлов в тарельчатой колонне со взвешенным слоем катионита // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2015. Т. 58. № 1. С. 75–80.
8. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высш. шк., 1967. 400 с.
9. Зайцев В.Ф., Полянин А.Д. Метод разделения переменных в математической физике. СПб.: Книжный дом, 2009. 92 с.
10. Кишиневский М.Х., Корниенко Т.С., Кармаев В.Н. Определение коэффициентов массоотдачи в каналах пористых сред // Термодинамика необратимых процессов и ее применение : сб. трудов. Ч. 1. Черновцы, 1984. С. 137–138.
11. Крамович В.Ф., Комаровский А.А. Кинетика массопередачи при ионообмене в кипящем слое ионита // Гидродинамика, тепло- и массообмен в псевдоожиженном слое : сб. трудов. Иваново, 1971. С. 127–130.
12. Chung S.F., New C.Y. Longitudinal Dispersion of liquid flowing through fixed and fluidized beds // AIChE Journal. 1968. Vol. 14. № 6. P. 857–866.
13. Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. Л.: Химия, 1968. 512 с.
14. Saffman P.G. А theory of dispersion in a porous medium // Journal of Fluid Mechanics. 1959. Vol. 6. № 3. P. 321–439.
15. Дьяков В.С., Михеев Л.К., Бродецкий О.А. Очистка сбросовых вод от никеля на пульсационной сорбционной колонне // Цветные металлы. 1975. № 9. С. 30–32.
16. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов. Л.: Химия, 1983. 295 с.
17. Богатырев В.Л. Иониты в смешанном слое. Л.: Химия, 1968. 212 с.
18. Галкина Н.К., Соколова Л.П., Смурова Е.С., Скорняков В.В. Расчет процесса сорбции и регенерации катионита КУ-28 при очистке кислых сточных вод заводов обработки цветных металлов // Теория и практика сорбционных процессов. 1981. № 14. С. 82–86.
19. Шамсиев С.М., Шакиров Д. Расчет статики обмена сорбции компонентов сбросных растворов // Узбекский химический журнал. 1975. № 1. С. 73–75.
20. Робинсон Р., Стокс Р. Растворы электролитов. М.: Изд-во иностр. лит., 1963. 648 с.
21. Новый справочник химика и технолога. Электродные процессы. Химическая кинетика и диффузия. Коллоидная химия. СПб.: Профессионал, 2004. 838 с.
Рецензия
Для цитирования:
Натареев С.В., Быков А.А., Захаров Д.Е. ИОННЫЙ ОБМЕН В ПУЛЬСАЦИОННОЙ КОЛОННЕ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ. Вектор науки Тольяттинского государственного университета . 2016;(4):38-44. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2016-4-38-44
For citation:
Natareev S.V., Bykov A.A., Zakharov D.E. ION EXCHANGE IN CONTINUOUS PULSED COLUMN. Science Vector of Togliatti State University . 2016;(4):38-44. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2016-4-38-44
Просмотров: 12
Послать статью по эл. почте 