Реакции ионного обмена. Ионообменное равновесие. Регенерация ионитов.

Иониты – высокомолекулярные соединения природного и искусственного происхождения. Не нашли пока широкого применения для очистки отходящих газов.

Основы процесса ионного обмена. Ионный обмен происходит в эквивалентных отношениях и является чаще всего обратимым. Реакции ионного обмена протекают вследствие разности химических потенциалов обменивающихся ионов. В общем виде эти реакции можно представить как:

mA+RmB↔ mRA+B.

Реакция ионного обмена протекает следующим образом:

- при контакте с катионитом

R SO3H + NaCl ↔ R SO3Na+H Cl

- при контакте с анионитом

R OH+NaCl↔ R Сl+NaOH.

Реакция идет до установления ионообменного равновесия. Скорость установления равновесия зависит от внешних и внутренних факторов: гидродинамического режима жидкости; концентрации обменивающихся ионов; структуры зерен ионита; его проницаемости для ионов.

Процесс переноса вещества может быть представлен в виде нескольких стадий:

1) перенос ионов А из ядра потока жидкости к внешней поверхности пограничной жидкой пленки, окружающей зерно ионита;

2) диффузия ионов через пограничный слой;

3) переход иона через границу раздела фаз в зерно смолы;

4) диффузия ионов А внутри зерна смолы к ионообменным функциональным группам;

5) химическая реакция двойного обмена ионов А и В;

6) диффузия ионов В внутри зерна ионита к границе раздела фаз;

7) переход ионов В через границу раздела фаз на внутреннюю поверхность пленки жидкости;

8) диффузия ионов В через пленку;

9) диффузия ионов В в ядро потока жидкости.

Скорость ионного обмена определяется самой медленной из этих стадий – диффузией в пленке жидкости либо диффузией в зерне ионита. Химическая

реакция ионного обмена происходит быстро и не определяет суммарную скорость процесса.

Ионообменное равновесие. Функциональную зависимость противоионного состава ионита от противоионного состава внешнего раствора при постоянных температуре и давлении называют изотермой ионного обмена.

Изотермы изображаются графически в безразмерных координатах i a - i a:

где i a и i a - эквивалентные доли i - го иона в фазе ионита и в растворе; i c

и i c - концентрации i - го иона в ионите и в растворе в условиях равновесия

системы, моль ионов на 1 г ионита; zi - заряд i - го иона.

Величины i a и i a изменяются в интервале от 0 до 1, следовательно, изотермы обмена a_i = f (a_i) изображаются в квадрате, сторона которого равна единице.

Отношение i i a / a называется коэффициентом распределения i -го иона при сорбции K p i. Этот коэффициент является мерой обогащения или обеднения ионита данным веществом. При K p i <1 ионит обеднен, а при K p i >1 обогащен компонентом по сравнению с равновесным раствором.

Если в растворе содержится не один, а несколько ионов, например А и В, то

селективность ионита оценивается коэффициентом селективности (избирательности) KА,В, равным отношению коэффициентов распределения конкурирующих ионов. При KА,В >1 ионит селективен к иону А; при KА,В >1 избирательно сорбируется ион В; при KА,В = 1 ионит не проявляет селективности ни к одному из ионов.

Регенерация ионитов. Катиониты регенерируют 2…8%-ми растворами кислот. Регенерационные растворы - элюаты содержат катионы. Затем после

рыхления и промывки катиониты заряжаются путем пропускания через них

раствора поваренной соли.

Отработанные аниониты регенерируют 2…6%-ми растворами щелочи. Аниониты при этом переходят в ОН-форму. Элюаты содержат в сконцентрированном виде все извлеченные из сточных вод анионы. Элюаты, представляющие собой растворы кислот и щелочей, нейтрализуют или обрабатывают с целью рекуперации ценных продуктов. Нейтрализацию проводят смешением кислых и щелочных элюатов, а также дополнительным введением кислоты или щелочи.

Степень регенерации ионитов (в %) определяют по формуле:

α = 100 *θв /θп, где θв - восстановленная обменная емкость; θп - полная обменная емкость.

На степень регенерации влияет тип ионита, состав насыщенного слоя,

природа, концентрация и расход регенерирующего вещества, температура,

время контакта и расход реагентов.

3. Расчет и проектирование аппаратов инерционной очистки газов от аэрозолей. Приближенный расчет пылеосадительных камер заключается в следующем. Продолжительность прохождения t (в с) газами осадительной камеры при равномерном распределении газового потока по ее сечению составляет:

где V _к – объем камеры, м³; V_г – объемный расход газов, м³/с; L – длина камеры, м; В – ширина камеры, м; Н – высота камеры, м.

Выражая скорость газа через расход V_г, деленный на площадь поперечного сечения камеры Н ´ В, получим

Находим предельное количество газа, которое можно пропустить через камеру при условии осаждения частиц диаметром d.

Решая обратную задачу, можно найти диаметр частиц, которые будут осаждаться при пропускании через камеру расхода газа V _г.

Рис. 11. Схема пылеосадительной камеры

Решающую роль при осаждении играет площадь дна камеры, увеличение которой существенно улучшает условия осаждения. Уменьшение высоты камеры без увеличения площади дна камеры ничего не дает, так как одновременно уменьшается площадь поперечного сечения камеры, а следовательно, растет скорость газа и сокращается время пребывания частицы в камере.

Скорость осаждения частиц можно определить по диаграмме для определения скорости осаждения частиц в воздухе.

Фракционная эффективность пылеосадительных камер определяется отношением h/H, где h – путь, который пройдет частица за время t при средней скорости падения w_ср(м/с):

h = w _ср × t.

Если величина h больше или равна величине H, то все частицы, имеющие скорость осаждения w _ср (и более крупные), улавливаются в камере. Эффективность улавливания частиц данного размера можно выразить в виде

где w_r - скорость газа, м/с.

где n – число секций в камере.

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: