Ionli reaksiyalar va ionli muvozanatni siljish reja

Ionli reaksiyalar va ionli muvozanatni siljish
REJA:

Kirish
. Ion almashinuvi adsorbsiyasi

. Ion almashinuvi
. SF seriyali ion almashtirgichlar
. Hisob-kitob qismi
.1 Bir seksiyali kation almashuvchi qurilmani hisoblash
.2 Ko'p bo'limli kation almashish ustunini hisoblash
Xulosa
Adabiyotlar ro'yxati

Kirish

Ion almashinuvi qurilmalari - tabiiy va chiqindi suvlarni erigan aralashmalardan tozalash, shuningdek, suvni tuzsizlantirish va tuzsizlantirish uchun mo'ljallangan uskunalar. U quyidagilarni o'z ichiga oladi: ion almashinuvchining zich yoki suyuqlikli qatlamida suv bilan ishlov berish bilan ion almashinuv filtrlari; pulsatsiya ustunlari yoki ion almashtirgichlarni suv bilan aloqa qilish uchun mexanik yoki pnevmatik aralashtirish bilan tanklar.

Yuklashning zich qatlami bo'lgan filtrlarda pastki qismida faqat suv o'tishi va ion almashtirgichning qattiq zarralarini ushlab turish imkonini beruvchi drenaj moslamasi bo'lgan pastki qism mavjud. Filtrning yuqori qismi suvni butun kesimi bo'ylab etkazib berish va teng ravishda taqsimlash uchun tarqatish moslamasi bilan jihozlangan. Donador ion almashtirgich filtrga shishgan holatda yuklanadi. Yuqoridan pastgacha etkazib beriladigan suv ion almashinuvchi qatlamidan o'tadi va olingan aralashmalar yorilib ketguncha ma'lum bir tezlikda drenajlanadi. Filtrda aralashmalar paydo bo'lganda, ion almashinuvchining dastlabki ish holatini tiklash, ya'ni uni qayta tiklash uchun suvni tozalash jarayoni to'xtatiladi. Ion almashtirgichlarni qayta tiklash jarayoni regeneratsiya qiluvchi vositani filtrdan to'g'ridan-to'g'ri oqimda (yuqoridan pastga) yoki qarshi oqimda (pastdan yuqoriga) o'tkazish orqali amalga oshiriladi. Regeneratsiyadan so'ng ion almashtirgichlar regeneratsiya qiluvchi vosita va regeneratsiya mahsulotlarining ortiqcha qismidan yuviladi. Yuvilgan ion almashtirgichlar chiqindi suvning keyingi qismini tozalash uchun ishlatiladi.
Tsikl - suvni filtrlash, ion almashinuvchini qayta tiklash va yuvish - ko'p marta takrorlanadi. Tozalashdan keyin oqava suvlarni chuqur tozalash va zararsizlantirish uchun pH qiymatini sozlash uchun aralash ta'sir filtrlari (FSD) qo'llaniladi, ularga anion almashinuvchi va kation almashtirgich aralashmasi yuklanadi. Bunda turli zichlikdagi kation almashinuvchilar va anion almashinuvchilar ishlatiladi. Bunday filtrlarning ikkala uchida drenaj qurilmalari mavjud va o'rtada regeneratsiya eritmalari va yuvish suvini kiritish uchun maxsus kollektor quvurlari mavjud. Ikki xil aralash harakat filtrlari mavjud: ichki va tashqi regeneratsiya bilan. Masofaviy regeneratsiyaga ega FSD uskunalari to'plami ishchi filtrlarga qo'shimcha ravishda yana ikkita regeneratorni o'z ichiga oladi. Ulardan biri yuqori, pastki va o'rta tarqatish moslamalari bilan jihozlangan, ikkinchisida bu qurilmalar yo'q. Ikkita regeneratorning mavjudligi kation almashinuvchi va anion almashinuvchini bir regeneratorda va ularning har birida alohida regeneratsiya qilish imkonini beradi.
Alohida filtrlarda kationlanish va anionlash jarayonlariga nisbatan FSDda chiqindi suvlarni tozalash yoki tuzsizlantirishning afzalligi shundaki, FSDda ishchi almashinuv quvvatidan foydalanish 80-90% ga etadi, alohida filtrlarda esa 60-65%. Ion almashinuvi jarayoni ion almashtirgichlarning aralash qatlami orqali tozalangan suv oqimi bilan amalga oshiriladi. Kationlar yoki anionlarning parchalanishidan so'ng, kation almashinuvchi va anion almashinuvchi mos ravishda kislota va ishqor eritmalari bilan alohida regeneratsiya qilinadi. Regeneratsiya jarayoni faqat ion almashtirgichlar ajratilgandan so'ng amalga oshirilishi mumkin, buning uchun suv pastdan yuqoriga yuqori bosim ostida beriladi.

1. Ion almashinuvining adsorbsiyasi
drenaj suvi kation almashinuvi filtri
Ion almashinadigan adsorbsiya kuchli elektrolitlar adsorbsiyasining keng tarqalgan turidir. Ion almashinadigan adsorbsiya - bu adsorbent va eritmaning o'xshash zaryadlangan ionlarning ekvivalent miqdorida bir-biri bilan almashinishi jarayoni:
, + -» + M+ yoki RA , + AJ -> + ,

Bu erda RM, RA - M kationlari yoki A anionlarini o'z ichiga olgan adsorbentlar va eritmada mos ravishda M kationi va A anioni bilan almashishga qodir. Ular ionitlar deb ataladi. Bu suvda va organik erituvchilarda deyarli erimaydigan qattiq tabiiy yoki sintetik moddalardir.

Ion almashtirgichlar tarmoq tuzilishiga ega (ramka, matritsa) (1-rasm).



1-rasm - Grid tuzilishi

atomlar guruhlari (qattiq ionlar) to'rda o'rnatiladi. Bu zaryad qarama-qarshi ionlar (M 'yoki A ") bilan qoplanadi. Ruxsat etilgan ionlar harakatlanuvchi qarshi ionlar (R ~ M * yoki R * A") bilan birgalikda ion almashinuvchining ionli yoki funktsional guruhlari deb ataladi.

Ionogen guruhlarning turiga ko'ra ion almashinuvchilar R ~ M * kation almashinuvchilari (kation almashinadigan kislotali ion almashinuvchilar) va anion almashinuvchilari R * A * (anion almashinadigan asosiy ion almashinuvchilar) ga bo'linadi.
Suvga yoki suvli eritmaga joylashtirilgan ion almashtirgich suvning katta miqdorini (ba'zan 50% gacha) o'zlashtiradi va bu hajm bilan ortadi. So'rilgan suv ionogen guruhlarni hidratlaydi va ularning ionlanishiga olib keladi. Ionogen guruhlarning ionlanish darajasiga ko'ra ion almashinuvchilar kuchli va kuchsiz kislotali kationlar va kuchli va kuchsiz asosli anion almashinuvchilarga bo'linadi.
Kuchli kislotali kation almashtirgichlarda ionogen guruhlar sifatida sulfat, fosfor va boshqa kislotalarning qoldiqlari mavjud. Zaif kislotali - karboksil, merkapto va boshqa guruhlar. Anion almashinuvchilarning ionogen guruhlari odatda ammoniy yoki sulfoniy asoslar guruhlari va zaif asosli - turli darajadagi o'rinbosar aminokislotalar, piridin asoslari.
Kationit donasi atrof-muhitdan jismoniy interfeys bilan ajratilgan ulkan polivalent anion sifatida ko'rib chiqilishi mumkin. Bunday ko'p valentli anionning ichki qismi kationit donasini o'rab turgan suyuqlikdagi kationlarga almashtirilishi mumkin bo'lgan ko'p miqdordagi vodorod ionlari (yoki boshqa kationlar) bo'lgan eritma bilan singdiriladi. Anionit donasi gigant polivalent kation sifatida qaralishi mumkin, uning qarshi ionlari anionlarga almashtirilishi mumkin bo'lgan gidroksil ionlari (yoki boshqa anionlar).
Ion almashinuvi teskari jarayon bo'lib, ishlatilgan ion almashtirgichlarni qayta tiklash imkonini beradi. Kation almashtirgichlarning regeneratsiyasi odatda qandaydir kislota eritmasi, anion almashtirgichni ishqor eritmasi bilan yuvish orqali amalga oshiriladi. Ion almashtirgichlarni xarakterlash uchun ion almashinuvchining yutilish qobiliyatini bilish muhim, u almashinish qobiliyati bilan tavsiflanadi: almashinuv quvvati muvozanat sharoitida eritmadan 1 g quruq ion almashinuvchi tomonidan so'rilgan ion moddaning miqdori bilan o'lchanadi. . Ion almashinuvchilari esterifikatsiya, hidratsiya va suvsizlanish reaktsiyalari uchun katalizator sifatida keng qo'llaniladi ; suvni tuzsizlantirish uchun; oqava suvlarni tozalash uchun; ion almashinish xromatografiyasida; aminokislotalarni ajratish va tozalash uchun .
2. Ion almashinuvi

Ion almashinuvi - bu eritmaning qattiq faza bilan o'zaro ta'sir qilish jarayoni bo'lib, uning tarkibidagi ionlarni eritmada mavjud bo'lgan boshqa ionlarga almashtirish xususiyatiga ega. Qattiq fazani tashkil etuvchi moddalarga ion almashinuvchilar deyiladi. Ular suvda amalda erimaydi. Elektrolitlar eritmalaridan musbat ionlarni o'zlashtira oladiganlar katyonik (kislotali xossalarni ko'rsatish), manfiy ionlar - anion almashinuvchilar (asosiy xususiyatlarni ko'rsatish) deb ataladi. Agar ion almashinuvchilar ham kationlarni, ham anionlarni almashtirsa, ular amfoter deyiladi (kislotali va asosli xususiyatlarni ko'rsatadi).

Ionitlar noorganik (mineral) va organikdir. Bu tabiiy moddalar yoki sun'iy ravishda olingan moddalar bo'lishi mumkin.
Organik tabiiy ion almashinuvchilar tuproq va ko'mirning gumus kislotalaridir. Organik sun'iy ion almashinuvchilarga sirti rivojlangan ion almashinadigan qatronlar kiradi, ular yuqori molekulyar birikmalar bo'lib, ularning uglevodorod radikallari faol ion almashinadigan funktsional guruhlar bilan fazoviy tarmoq hosil qiladi. Fazoviy uglevodorod tarmog'i (ramka) matritsa, almashinadigan ionlar esa qarshi ionlar deb ataladi. Har bir qarama-qarshi ion qarama-qarshi zaryadlangan ionlar bilan bog'lanadi, ular qo'zg'almas yoki ankraj ionlari deb ataladi. Matritsaning asosi bo'lgan polimerik uglevodorod zanjirlari bir-biri bilan o'zaro bog'langan (o'zaro bog'langan) bo'lib, bu ramkaga mustahkamlik beradi.
Dissotsilanish darajasiga ko'ra, ion almashinuvchilarining quyidagi turlari ajratiladi:
yoki fosfat guruhlarini o'z ichiga olgan kuchli kislotali kation değiştiriciler va to'rtlamchi ammoniy asoslarini o'z ichiga olgan kuchli asosli anion değiştiriciler ;
pH<7 da dissotsilanadigan karboksil COOH va fenolik C6H5OH guruhlarini o'z ichiga olgan zaif kislotali kation almashinuvchilari, shuningdek pH>7 da dissotsilanadigan zaif asosli birlamchi NH2 va ikkilamchi NH aminokislotalar.
Ion almashinadigan birlik to'yingan qarshi ionga qarab: kationlar uchun H-shakl, Na-shakl, Ca-shakl va boshqalar va shunga mos ravishda anion almashinuvchilar uchun OH-shakl, Cl-shakl va boshqalar mavjud. .
Oqava suvlarni tozalash uchun ishlatiladigan anion almashtirgichlarga qo'yiladigan asosiy talablar quyidagilardan iborat:
yuqori almashinuv qobiliyati;
yaxshi kinetik xususiyatlar (yuqori ion almashinuv tezligi);
kislotalar, gidroksidi, oksidlovchi moddalar va qaytaruvchi moddalarga etarlicha qarshilik;
suvda, organik erituvchilarda va elektrolitlar eritmalarida erimasligi;
cheklangan shish.
Ion almashtirgichlarning eng muhim xususiyati ularning yutilish qobiliyatidir, u almashinish qobiliyati bilan tavsiflanadi va ion almashinuvchining birlik massasi yoki hajmi tomonidan yutilgan ionlarning gramm ekvivalentlari soni bilan belgilanadi. To'liq, statik va dinamik almashinuv imkoniyatlari mavjud. Umumiy sig'im - so'rilgan moddaning miqdori. Statik sig'im - bu ma'lum ish sharoitida muvozanat holatida qatronning almashinish qobiliyati. Statik almashinuv sig'imi odatda to'liq quvvatdan kamroq. Dinamik almashinish sig'imi - filtratsiya sharoitida aniqlanadigan ionlarning filtratga "oqishi" dan oldingi ion almashinuvchining sig'imi . Dinamik sig'im Agar kation almashinuvchilari H yoki Na shaklida bo'lsa, u holda kationlar almashinuvi reaktsiyalar bo'yicha sodir bo'ladi:

Men+ + H[K] = Men [K] + H+

Me+ + Na[K] = Me[K] + Na+

bu yerda [K] - kationit kompleksi; Me+ - chiqindi suvda topilgan metall kation

Zaif asosli anion almashinuvchilar kuchli kislotalarning anionlarini almashtiradilar:

A[OH] + H2S04 <->[A]2S04 + H2O

Bu erda [A] - kompleks anion almashtirgich

Ion almashinuvchilarining xarakterli xususiyati ularning qaytaruvchanligidir, ya'ni ion almashinish reaktsiyasini teskari yo'nalishda amalga oshirish orqali erishiladi. Bu jarayon regeneratsiya deb ataladi. Regeneratsiya eritmalari eluatlar deb ataladi. Kation almashinuvchilari odatda 2-8% kislota eritmalari (H-shakliga aylantirilganda) yoki natriy xlorid eritmasi (Na-shakliga aylantirilganda) bilan qayta tiklanadi:

Me[K] + H2S04 = 2N[K] + Me2S04

3. ION ALMAGAN SF SERISI

SF seriyali ion almashinadigan qurilmalar ion almashinuvi orqali suvni tozalash uchun mo'ljallangan (yumshatilish, dekarbonizatsiya, tuzsizlantirish, sulfatlar va nitratlarni yo'qotish, gumus va fulvo kislotalar mavjudligi sababli suv rangini yo'qotish, oqava suvlarni og'ir metallardan tozalash va boshqalar). .).

Filtr korpuslari tashqi shisha tolali o'ralgan polietilen yoki ichki polimer qoplamali po'latdan yasalgan bo'lib, filtrlarni har qanday muhitda, shu jumladan xlorid va sulfat kislotalarda korroziyadan samarali himoya qiladi.
Metall filtrlar korpusning diametri 3000 mm gacha, plastmassa - 2000 mm gacha. Filtrlarning silindrsimon qismining standart balandligi 1100 dan 2000 mm gacha. Metall filtrlar mijozning iltimosiga binoan silindrsimon qismning istalgan balandligi bilan, shu jumladan bir nechta soxta tagliklari bo'lgan ko'p qismli filtrlar bilan amalga oshirilishi mumkin, bu sizga ma'lum bir vazifa uchun filtrlarni alohida tanlash imkonini beradi.
Ishchi suv bosimi - 6 kg / sm 2 gacha; mijozning iltimosiga binoan, 10 kg / sm2 gacha bo'lgan bosim uchun mo'ljallangan filtrlarni etkazib berish mumkin.
Filtrlar ion almashtirgichni to'g'ridan-to'g'ri oqim bilan qayta tiklash jarayonlari uchun ham, qarama-qarshi oqim jarayonlari uchun ham etkazib beriladi (Packed Bed, UPCORE, Reverse Amberpack va boshqalar). Qarama-qarshi oqim filtrlarining to'g'ridan-to'g'ri oqimga nisbatan afzalligi ion almashinuvchilari va reagentlarni kamroq iste'mol qilganda ionlarni samaraliroq olib tashlash tartibidir.
SF filtrlari Dow CHEMICAL, Rhom & Haas, Purolite tomonidan ishlab chiqarilgan ion almashinadigan materiallar bilan ta'minlangan.
Filtrlarni qo'lda yoki avtomatik boshqarish mumkin.
Ikkinchi holda, elektromexanik (FLECK, CLACK) va gidravlik (Siata) qo'zg'aysanli ko'p yo'nalishli klapanlar, elektr yoki pnevmatik haydovchiga ega kapalak klapanlar (GEORGE FISCHER, DANFOSS, VAN DE LANDE), pnevmatik qo'zg'aluvchan klapanlar (JORJ) FISCHER) ishlatiladi.
Valflar yoki ishga tushirilgan o'chirish vanalarining ishlashi regeneratsiya chastotasini va uning bosqichlarining davomiyligini dasturlash imkonini beruvchi dasturiy qurilma tomonidan boshqariladi. Tekshirish moslamasi filtrlarni suvni tozalash kompleksining yagona avtomatlashtirish tizimiga, shu jumladan kompyuter boshqaruviga ega bo'lganlarga birlashtirish imkonini beradi.
Regeneratsiya uchun dasturlash variantlari: taymer bo'yicha, o'tgan suv hajmi, suvning qattiqligi yoki elektr o'tkazuvchanligi bo'yicha.
24 soatlik ishlab chiqarish tsikliga ega ob'ektlarda uzluksiz ishlaydigan qurilmalar qo'llaniladi. Ular parallel ravishda ulangan, bitta kontroller yordamida tizimga birlashtirilgan bir nechta SF filtrlaridan iborat. Odatda, bunday tizimdagi bitta filtr doimo kutish yoki regeneratsiya rejimida bo'ladi.
Suvni yumshatish uchun FLECK boshqaruv bloklari bilan SF-A seriyasining uzluksiz bloklari qo'llaniladi. Ular umumiy boshqaruv blokiga ega ikkita ion almashinadigan filtrdan va oddiy tuz eritmasini tayyorlash uchun tuzni erituvchi idishdan iborat.
SF-D, SF-X, SF-Q seriyalarining uzluksiz birliklari mos ravishda ikki, uch va to'rtta filtrdan iborat. Ular ion almashinuv jarayonining ishlashi va turiga qarab har qanday boshqaruv bloklari va kontrollerlar bilan ta'minlanishi mumkin.
SF seriyali filtrlarning drenaj moslamalari tirqishli to'sinlar yoki tirqishli qopqoqli soxta tublar shaklida ishlab chiqariladi. Drenaj materiali - polipropilen yoki zanglamaydigan po'latdir.
SF seriyali birliklar reaktiv qurilmalari bilan jihozlangan. Eng oddiy holatda, bu tuz eritmasini avtomatik tayyorlash uchun tanklar. Murakkab holatlarda reagent birligi eritmalar uchun idishlar, aralashtirgichlar, mexanik filtrlar, nasoslar, asboblar (masalan, tuz o'lchagich) va avtomatlashtirish uskunalarini o'z ichiga olishi mumkin (2-rasm).



2-rasm - Ion almashinuvi qurilmasining ishlash printsipi

Ikki turdagi ion almashtirgichlar, odatda ustunlar mavjud:

 Kation almashinuvchi va anion almashinuvchining alohida qatlami bilan;
 Aralashtirilgan qatlam bilan.
Birinchi turdagi apparatlar ketma-ket joylashtirilgan ikkita ustundan iborat bo'lib, ularning birinchisi tozalangan suv oqimi bo'ylab kation almashinuvchisi bilan to'ldirilgan, ikkinchisi esa. anion almashinuvchi ( 2 -rasm ). Ikkinchi turdagi apparatlar ushbu ion almashinadigan qatronlar aralashmasi bilan to'ldirilgan bitta ustundan iborat.
Eslatma: kation almashtirgich xlorid kislota bilan qayta tiklanadi; anion almashinuvchisi - natriy gidroksidi.
Ion almashinuvining afzalliklari past kapital xarajatlari, soddaligi va yuqori mahsuldorlikka erishish uchun fundamental cheklovlarning yo'qligi.
Ion almashinuvi usulidan foydalanish suvning sho'rligi past bo'lgan suvni tozalash texnologiyalarida maqsadga muvofiqdir: tuzlar 100-200 mg / l dan past, chunki allaqachon o'rtacha (taxminan 1 g / l tuz miqdori) bilan 1 m3 suvni tozalash uchun 5 litr 30% xlorid kislota eritmasi va 4 litr 50% gidroksidi eritmasini sarflash kerak bo'ladi.
Qatronlar ulardan foydalanishni qiyinlashtiradigan bir qator muhim kamchiliklarga ega:
 Aksariyat ion almashinadigan smolalar past gidrofillikka ega, bu esa ionlarning qatronlar granulalariga past diffuziya tezligini va sorbsiya va desorbsiyaning past tezligini keltirib chiqaradi;
 Amaliyotda ion almashinadigan smolalar granulalar shaklida qo‘llaniladi, ularning sorbsiya jarayonida kolonnada tiqilib qolishi majburiy bo‘shashishni talab qiladi, bu esa granulalarning ish jarayonida asta-sekin mexanik nobud bo‘lishiga olib keladi;
 Ion almashinadigan qatronlar almashinuv qobiliyatini tiklash uchun tez-tez yangilanishni talab qiladi.
Ion almashinadigan smolalarni qayta tiklash odatda xlorid kislotasi (H+ shakli uchun) va natriy gidroksid (OH-formasi uchun) eritmalari bilan amalga oshiriladi. Regeneratsiya sifatiga regeneratsiya qiluvchi eritmani tanlash, ion almashinadigan smola turi, tezligi, harorati, tozaligi, regeneratsiya qiluvchi eritmaning turi va konsentratsiyasi, uning ion almashtirgichlar bilan aloqa qilish vaqti ta’sir qiladi.
Xlorid kislotasi va natriy gidroksid eritmalarini tayyorlash, ularni saqlash va xodimlarni mumkin bo'lgan oqishlardan himoya qilish uchun maxsus idishlar kerak.
Qayta tiklash jarayonida ko'p miqdorda kuchli kislotali va kuchli ishqorli chayqash suvlari hosil bo'ladi, ular oqava suv tizimiga oqizishdan oldin zararsizlantirilishi kerak .
qatronning ifloslanishini va uning sifatini yomonlashishini oldini olish uchun erimaydigan qattiq moddalarni, reaktiv reaktivlarni (suv oqimidagi xlor) oldindan tozalashni talab qiladi .
Ion almashinuvi texnologiyasi suvni klassik tuzsizlantirishni ta'minlaydi va tozalangan suv olish uchun iqtisodiy tizimdir. Ushbu texnologiya elektr o'tkazuvchanligi juda past bo'lgan suvni olish imkonini beradi. Biroq, ion almashtirgichlardan uzoq muddat foydalanish bilan mikroorganizmlarning ko'payishi muammosi o'z-o'zidan paydo bo'lishi mumkin. Mikroblarning ifloslanishini kamaytirish uchun ultrabinafsha lampalar ishlatiladi, tarqatish halqasida suvning uzluksiz aylanishi, uskunaning uzilishlarini minimallashtirish yoki yo'q qilish. Ushbu usul ion almashinadigan qatronlar qo'llanilishi tufayli mikrobiologik tozalikni ta'minlamaganligi sababli, sterilizatsiya (0,22 mikron) mikrofiltratsiya bilan birgalikda tozalangan suv olish uchun foydalanish tavsiya etiladi.
4. Taxminiy qism

V = 10 m3 / soat bo'lsa, natriy xloridni o'z ichiga olgan eritmadan natriy ionlarini olib tashlash uchun ion almashinuvchining suyuq qatlamli uzluksiz ion almashinadigan birligini (3-rasm) hisoblang; eritmaning dastlabki konsentratsiyasi C H = 4,35 mol ekviv/m'; tozalangan eritmaning konsentratsiyasi asl nusxaning 5% ni tashkil qiladi; apparatdagi harorat t = 20 CC ; kationit KU-2 markasi; regeneratsiya gravitatsiya ta'sirida harakatlanuvchi 1 N ion almashinuvchining zich qatlamida amalga oshiriladi. HC1 eritmasi.

Guruch. 3. Ion almashinadigan blokning sxemasi: E1-boshlang'ich eritmaning sig'imi; K1 - kation almashinadigan ustun, K2 - regeneratsiya ustuni; E2 1 - tozalangan suvning quvvati; EZ - chiqindi ion almashtirgichni qabul qiluvchi; E4 - regeneratsiya qiluvchi eritmaning quvvati; EZ - regeneratsiya qilingan ionit qabul qiluvchisi; B1 - puflagich; HI - NC - nasoslar; oqimlar; 1 - suv; 2 - sarflangan eritma

4.1 Bir seksiyali kation almashuvchi qurilmani hisoblash

Biz kation almashinuvchining quyidagi parametrlarini qabul qilamiz KU-2' umumiy almashinuv quvvati X 0 = 4,75 mmol ekviv / g; o'ziga xos hajm v 0 = 3,0 sm3 / g: o'rtacha granula diametri d = 0,9 mm; massa zichligi pnas = 800 kg / m3

Sorbsiya izotermasi tenglamasi. KU-2 sistemasidagi kation almashinuvchidagi muvozanat konstantasi - ionlari Kp=1,2 [2]. Teng zaryadlangan H+ ionlarini Na + ga almashish uchun massalar ta’sir qonuniga asosan sorbsiya izotermasi tenglamasi quyidagicha yoziladi:


(1)

bu erda Xo \u003d 4,75 * 22,98 * 10-3 \u003d 0,11 kg / kg; Sn = 4,35 * 22,98 * 10-3 = 0,1 kg / m3.

Konsentratsiyalarning berilgan qiymatlari va muvozanat konstantasini hisobga olgan holda biz quyidagilarni olamiz:


(2)

Suyuqlik oqimi tezligi. Suyultirilgan qatlamdagi xayoliy suyuqlik tezligi Re , Ar mezonlari bilan qatlamning g'ovakligi [11] bilan bog'liq tenglamadan topiladi :

(3)

Suyultirilgan qatlamli ion almashtirgichlarda qatlamning g'ovakligi sanoat ion almashinuvchilarining ishlashi ma'lumotlari bo'yicha aniqlanishi mumkin, bu ma'lumotlarga ko'ra, suyuq qatlamning balandligi qo'zg'almas qatlam balandligidan 1,5-2 baravar yuqori. Ushbu ma'lumotlarni hisobga olgan holda, qo'zg'almas qatlamning g'ovakligini hisobga olsak, biz ushbu intervalda qatlamning g'ovakliligini qabul qilamiz:

Shishgan kationit zarrasining zichligi:


(4)

Arximed mezoni:

(5)

Re mezonini topish:

(6)

Suyuqlik tezligi:

(7)

Mashina diametri:

(8)

Biz D - 0,6 m ni qabul qilamiz.

Tezlik va Re qiymatini belgilang:

(9)

Qayta ko'rib chiqilgan Re qiymatiga mos keladigan porozlik qiymati:

(10)

Cheklovchi diffuziya qarshiligini aniqlash. Cheklovchi diffuziya qarshiligi to'plangan fazani Biot mezonining qiymati bilan aniqlash mumkin:

(o'n bir)

bu erda R - zarracha radiusi, m; rs - tashqi massa uzatish koeffitsienti, m / s; D3 - zarrachada samarali diffuziya koeffitsienti, m2/s; G - muvozanat chizig'i qiyaligining tangensi, m'/kg; pn - ion almashinuvchining zichligi, kg/m!.

Bi'>20 da umumiy massa uzatish tezligi ichki diffuziya bilan belgilanadi, Bi'<1,0da esa tashqi diffuziya qarshiligi ustunlik qiladi. Tashqi massa uzatish koeffitsienti pr mezon tenglamasi bilan aniqlanadi:


(12)

(13)

Tashqi massa uzatish koeffitsienti:

(14)

Nisbatan past kontsentratsiyalar mintaqasida muvozanatga bog'liqlik lineerga yaqin. Taxminan, sorbsion almashinish izotermasi qiyalik tangensi quyidagiga teng bo'lgan chiziqli deb qabul qilinishi mumkin:

bu erda Cav - Na + ionlarining o'rtacha konsentratsiyasi. Oqimdagi Na+ ionlarining o‘rtacha konsentratsiyasini o‘rtacha logarifmik sifatida topish mumkin:

(15)

Muvozanatga bog'liqlik qiyaligining o'rtacha tangensi:

(16)

Mezon bio:

(17)
(18)

Bi' mezonning olingan qiymati ion almashish jarayonining tashqi diffuziya hududida sodir bo'lishini ko'rsatadi.

Ion almashinuvchi zarralarining apparatdagi o'rtacha yashash vaqti. t vaqt davomida Cav konsentratsiyasi Bi0 bo'lgan suyuq muhitda bo'lgan sharsimon ion almashinuvchi donasining ishlash darajasi quyidagi ifoda bilan aniqlanadi:

kation almashtirgichdagi Na + ionlarining oxirgi konsentratsiyasi , kg/kg.

Qattiq faza suyuqliklangan qatlamli silindrsimon apparatlarda to'liq aralashtirilganligi sababli, ion almashinuvchi zarrachalarining yashash vaqti bo'yicha taqsimlanish zichligi quyidagi nisbat bilan aniqlanadi:

Ion almashtirgichdagi muvozanat kontsentratsiyasi suyuqlik oqimidagi o'rtacha konsentratsiyaga (Cav) to'g'ri keladi deb faraz qilsak, biz butun qatlam bo'yicha o'rtacha hisoblangan ion almashinuvchining kamayish darajasini topamiz:

(19)

Na + ionlarining yakuniy kontsentratsiyasi ion almashinuvchining minimal va ish sarfini oldindan aniqlagan holda, moddiy balansdan topiladi. Minimal oqim tezligi qattiq fazaning apparatdan chiqib ketayotgan eritma bilan muvozanat holatidan topiladi:

(20)



Eksperimental ma'lumotlarga ko'ra, sorbentning ish iste'moli minimaldan 1,1-1,3 baravar yuqori [19]. Ishlash va minimal xarajatlar nisbati 1,2 ga teng bo'lsa, biz kation almashtirgichning ish sarfini hisoblaymiz:


(21)

Kation almashinuvchining yakuniy kontsentratsiyasi:

(22)

Ma'lum qiymatlarni tenglamaga almashtirib, biz quyidagilarni olamiz:

(23)

Ion almashtirgichning suyuqlik qatlamining balandligi. Ionitning hajmli iste'moli:

(24)

Suyuqlangan yotoq hajmi:

(25)

Suyuq to'shak balandligi:

(26)

Senaratsiya zonasining balandligi suyuq qatlam mavjudligi mumkin bo'lgan chegaradan yuqori bo'lishi kerak. Suyultirilgan qatlamning chegaraviy balandligi KU-2 smolasining eng kichik zarrachalarining kirib borishi bilan aniqlanadi. KU-2 qatronining minimal zarracha hajmi 0,3 mm. Yurish tezligi tenglama bo'yicha aniqlanadi:

(27)

Kiritish tezligini tenglamadan topamiz:

(28)

Zarrachalarni etarli darajada ajratish uchun biz qatlam balandligini 30% ga ko'proq olamiz:

(29)

Suyultirilgan qatlamning hajmi va balandligini cheksiz kichik balandlikdagi suyuq qatlam uchun yozilgan massa uzatish tenglamasini integrallash orqali ham aniqlash mumkin. Ushbu yondashuv suyuq qatlam hajmi uchun quyidagi hisoblash formulasini beradi:

(o'ttiz)

bu erda K haqida - hajmli massa uzatish koeffitsienti, s-1.

Cheklangan massa uzatish qarshiligi suyuqlik fazasida to'planganligini hisobga olib, biz quyidagilarni olamiz:


(31)

C * (Xk) qiymati izoterm tenglamasidan aniqlanadi:

S* (Xk) =0,0054/(1,32 - 2*0,0054) =0,0041 kg/m3 (32)

Kos va C * (L-,,) ning topilgan qiymatlarini hisobga olgan holda, biz massa uzatish tenglamasi asosida ion almashinuvchining suyuqlik qatlamining hajmini olamiz:

(33)

Bu qiymat ilgari topilgan 10,094 ga teng bo'lgan suyuqliklangan qatlam hajmidan 30% yuqori.

Bir qismli ustunli bo'lsa, birinchi usulga ustunlik berish kerak, bu ion almashinuvchi zarrachalarining apparatda turish vaqtidagi farqni hisobga oladi, garchi bu usulning kamchiliklari ham bor: suyuqlik fazasining kontsentratsiyasi qatlamning butun hajmi bo'yicha o'rtacha deb qabul qilinganligi.


4.2 Ko'p bo'limli kation almashinadigan ustunni hisoblash

Suyultirilgan qatlamli bir qismli sorbsion apparatlar sorbentning sezilarli iste'molini talab qiladi, chunki ion almashinuvchining qattiq fazasidagi yakuniy kontsentratsiya L* (Sk) dan kam bo'lishi kerak, bu aralashmaning aralashishi natijasida yuzaga keladi. apparatdagi zarralar. Shuning uchun past konsentratsiyali eritmalarni qayta ishlash uchun ion almashinuvchining uzluksiz suyuqlik qatlamiga ega qurilmalar qo'llaniladi.

Ion almashinuvi qatroni iste'molini kamaytirish uchun odatda ko'p qismli apparatlar qo'llaniladi, bu erda zarrachalarning bir xil bo'lmagan yashash vaqtining ta'siri ancha past bo'ladi.
Ko'p bo'limli apparatlar ion almashinuvchining sezilarli darajada kam sarflanishini talab qiladi, chunki qattiq zarrachalarning aralashuvi faqat har bir bo'lim ichida kuzatiladi va etarli miqdordagi bo'limlar bilan butun apparat oqim tuzilishi nuqtai nazaridan MIV ga yaqinlashadi.
Suyuq aralashmalarni tozalash uchun mo'ljallangan suyuq qatlamli adsorbsion apparatlar (4-rasm), odatda oz sonli bo'limlarni o'z ichiga oladi, bu ko'p qismli gaz fazali adsorberlarni hisoblashda qo'llaniladigan usuldan foydalanishga imkon bermaydi, bu erda bo'limlar bizga ideal joy almashish modelini qabul qilish imkonini beradi. Shuning uchun, ko'p bo'limli ion almashinadigan ustunlarni hisoblashda, har bir bo'limdan chiqadigan eritmaning konsentratsiyasini aniqlash kerak.


4-rasm Adsorbsion qurilmaning sxemasi

N-qismdan chiqadigan eritmaning konsentratsiyasining ifodasini ion almashinuvchining boshidan n-bo'limigacha bo'lgan qismi uchun moddiy balans tenglamasini echish orqali olish mumkin:

(34)

Tenglamalar tizimini yechish quyidagi tenglamani beradi:

(35)

Keling, bir qismli apparatni hisoblashda olingan bir xil dastlabki ma'lumotlarni olib, diametri ( D = 0,6 m) va massa uzatish koeffitsienti (Km) dan foydalanib, ko'p bosqichli kation almashinadigan apparatning bo'limlari sonini hisoblaylik . = 0,101 s ') uni hisoblashda olingan.

Har bir kesma bo'yicha suyuq qatlamning balandligini olamiz Hc = 0,25 m.Ion almashtirgichning minimal iste'moli [32] tenglama bilan aniqlanadi:

Sx min \u003d V (Sn-Sk) / X * (S H )

Na + ning kontsentratsiyasini ion almashinuvi izotermasi tenglamasidan topamiz:

* (S H ) \u003d 1,32 * 0,1 / (1 + 2 * 0,1) \u003d 0,11 kg / kg. (36)

X * (S H ) qiymatini tenglamaga qo'yib , biz quyidagilarni olamiz:

G xmin \u003d 10 * (0,1 -0,005) / 0,11 \u003d 8,64 kg / soat. (37)

Ion almashtirgichning ortiqcha koeffitsientini 1,3 ga teng (1,1 -1,3 oralig'ida) olib, biz ion almashinuvchining ish sarfini va ion almashtirgichdagi Na + ning yakuniy kontsentratsiyasini topamiz:

Gx \u003d 1,3 * Gxmin \u003d 1,3 * 8,64 \u003d 11,2 kg/soat (38)

Xk \u003d 10 * (0,1-0,005) / 11,2 \u003d 0,085 kg / kg.

Suyuqlangan qatlam hajmini va doimiy A ni toping:


(39)

Sorbsiya izotermasi tenglama konstantalari: a=1,32; b =2.

Olingan ma'lumotlarni (34) tenglamaga n = 1.2 va boshqalar bilan almashtirib, biz 1-, 2- va hokazo katakchadan chiqadigan eritma konsentratsiyasining qiymatlarini olamiz.

Qolgan bo'limlar uchun shunga o'xshash hisob-kitoblar quyidagi natijalarni beradi:

S3=0,0377kg/m3;
S4=0,0244kg/m3;
S5=0,0144kg/m3;
S6=0,0071kg/m3;
S7=0,0020kg/m3.
Shunday qilib, eritmaning kerakli yakuniy konsentratsiyasiga erishish uchun 7 ta bo'lim talab qilinadi.
Har bir bo'limda suyuq qatlamning balandligi 0,25 m ekanligini hisobga olib, biz ajratish zonasini hisobga olgan holda yotoq balandligini topamiz:
(40)

Kation almashinuvi ustunining plastinka qismining umumiy balandligi

H t \u003d 7 H \u003d 7 * 0,35 \u003d 2,45 m. (41)

Bir va ko'p qismli kation almashinuvchilar uchun hisob-kitoblarning qiyosiy natijalarini keltiramiz

Qurilma	D, m	H, m	Ion almashtirgich sarfi, kg/soat
bitta bo'lim	0,6	0 46	175.4
ko'p bo'limli	0,6	2.45	11.2

Xulosa

Ushbu kurs ishida biz bir qismli ion almashinadigan o'rnatishni va ko'p qismli o'rnatishni hisoblab chiqdik. Ion almashinadigan qurilmalar universal bo'lib, bug'latgichlarga qaraganda kamroq hajmli va ulardan foydalanish osonroq. Radioaktiv izotoplar so'rilgach, sarflangan ion almashinuvchilar yuqori faol qattiq chiqindilarga aylanadi, ular qayta tiklanish imkoniyati bo'lmaganda, maxsus qabristonlarga ko'miladi.

Mavjudlari bilan taqqoslaganda, sintezlangan kukunli ion almashtirgichlar siqilgan bo'lishi mumkin bo'lgan afzalliklarga ega. 20 - 40 kg / sm2 bosim ostida ular hajmini 2 - 2 3 marta kamaytiradi. Bu donador ion almashtirgichlardan foydalanilgandagiga nisbatan 2 baravar kichikroq qabristondan foydalanish imkonini beradi. Faoliyatini zaif faollik darajasiga tushirish uchun bosilgan barlarni ushlab turgandan so'ng, ular chiqindi gazlarni tozalash uchun moslamalar bilan jihozlangan maxsus pechlarda yoqib yuborilishi mumkin.
Ion almashinuvi qurilmalari birinchi navbatda qimmatroq kislotalardan (masalan, fosfor kislotasi) tashkil topgan tuzlash eritmalarini tozalash, shuningdek, ba'zi qimmatli elektrolitlarni yo'q qilish uchun ishlatiladi; ba'zida suyultirilgan elektrolitlar kontsentratsiyasini oshirish uchun ion almashtirgichlar qo'llaniladi. Maqsadga qarab, o'rnatish faqat kation almashinuvchilari yoki anion almashinuvchilaridan iborat bo'lishi mumkin, ba'zan ular birgalikda ishlaydi.
Ion almashinuvi zavodlari murakkab parvarishlashni talab qilmaydi. Ularning ishlashidagi qiyinchiliklarning aksariyati armatura va drenaj tizimining noto'g'ri ishlashi bilan bog'liq bo'lib, uning shikastlanishi suyuqlikning notekis taqsimlanishiga va ish almashinuv qobiliyatining pasayishiga, shuningdek ion almashinadigan materialning yo'qolishiga olib kelishi mumkin. Hisob-kitoblarga ko'ra, ion almashinuvi zavodining balandligi 2,45 m ga yetishi kerak.

Adabiyotlar ro'yxati

1. Gromov S.L. UPCORE ion almashinadigan qatronlarni qarshi oqim regeneratsiyasi jarayonining texnologik afzalliklari: bo'shatish orqali yuvish // Teploenergetika. 1998. No 3. S. 52-55.

. Gromov S.L. MDHda suvni tozalash texnologiyasini takomillashtirishning asosiy yo'llari // Kimyo va neft muhandisligi. 1998. Ky 12, 47-48-betlar.
. Yurchevskiy E.B., Yakovlev A.V. O'rnatilgan uskunalarni rekonstruksiya qilish asosida qarshi oqim ionlash texnologiyasini joriy etish // Energiyani tejash va suvni tozalash. 1998. No 1. S. 52-59.
. Dow Chemical (AQSh) tomonidan UPCORE qarshi oqim texnologiyasini CHPP-12 MOSENERGO tuzsizlantirish uchun suv tozalash inshootida joriy etish / I.I. Borovkova, I.S. Badaev, S.L. Gromov va boshqalar.Elektr stantsiyalari. 2000. No 5. S. 29-31.
. Alekseeva T.V., Fedoseev B.S. Energetik qarshi oqim texnologiyasi asosida ion almashinuvi texnikasini takomillashtirish. 2001 yil. № 7. 17-19-betlar.