Cамоподдерживающийся процесс умягчения – опреснения воды в простой двухкомпонентной системе. Экспериментальная проверка адекватности модели и расчет стационарного процесса в условиях эксперимента

Надежда Константиновна  Колотилина; Андрей Гаральдович  Прудковский; Руслан Хажсетович  Хамизов

doi:10.17308/sorpchrom.2024.24/12401

Надежда Константиновна Колотилина Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва
Андрей Гаральдович Прудковский Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва
Руслан Хажсетович Хамизов Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва

DOI: https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2024.24/12401

Ключевые слова: ионный обмен, умягчение - обессоливание, самоподдерживающиеся процессы, эксперимент, моде-лирование, адекватность модели

Аннотация

Самоподдерживающийся процесс умягчения – обессоливания (СМП – процесс) включает в себя чередующиеся стадии умягчения воды на колонне с катионитом в натриевой форме, глубокое обессоливание умягченной воды дистилляцией, обратный перевод катионообменника в натриевую форму при противоточной регенерации рассолом, образующийся при обессоливании. Дополнительного расхода реагентов для регенерации практически не требуется. Две колонны с катионитом, работающие в противофазе, позволяют организовать непрерывные циклы умягчения - регенерации. В данной работе в лабораторных условиях изучали СМП-процесс в простой системе – катионообменник КУ-2х8 в натриевой форме и раствор хлоридных солей кальция и натрия. Задачей исследования являлась проверка адекватности математической модели СМП-процесса и расчет всех его циклов с целью проверки возможности наступления стационарного режима. Экспериментально воспроизводили цикл «0» СМП-процесса. Исходный раствор пропускали через колонку с катионитом в натриевой форме. Стадию сорбции останавливали при значении концентрации иона кальция на выходе из колонки
0.005 моль-экв/дм³. Получали выходную кривую сорбции иона кальция. Определяли содержание компонентов во всем объеме умягченной воды. Задавали концентрацию иона натрия в регенерационном растворе – 1 моль-экв/дм³, рассчитывали коэффициент концентрирования при обессоливании и готовили раствор для регенерации. Проводили противоточную регенерацию, расходуя весь объем получившегося регенерационного раствора. Получали выходную кривую регенерации иона кальция. Определяли концентрации компонентов в фильтрате. Численный эксперимент проводили с использованием программы «Createscheme». Программа имитирует полную технологическую схему СМП процесса и рассчитывает его ионообменные стадии. Проверку адекватности математической модели проводили сопоставлением экспериментальных и расчетных выходных кривых иона кальция при сорбции и регенерации. Также сравнивали расчетные и экспериментальные составы технологических растворов после ионообменных стадий цикла «0» СМП-процесса. Экспериментально подтвердили правильность математической модели. Рассчитали СМП-процесс до наступления стационарного режима, начиная
с 10 цикла. Расчетным путем установили, что при стационарном режиме используется только 2/3 обменной емкости катионита. Остальная часть обменной емкости блокируется ионом кальция. Снижение эффективности ионообменных стадий – недостаток самоподдерживающихся процессов. Показали, что математическое моделирование и численный эксперимент необходимы при изучении и организации самоподдерживающегося процесса.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Надежда Константиновна Колотилина, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва

научный сотрудник, лаборатория сорбционных методов, ГЕОХИ им. В.И. Вернадского РАН, Москва, Россия

Андрей Гаральдович Прудковский, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва

ведущий научный сотрудник, д.ф-м.н., лаборатория сорбционных методов, ГЕОХИ им. В.И. Вернадского РАН, Москва, Россия

Руслан Хажсетович Хамизов, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва

главный научный сотрудник, д.х.н., член-корр. РАН, лаборатория сорбционных методов, ГЕОХИ им. В.И. Вернадского РАН, Москва, Россия

Литература

Khamizov R.Kh., Komarova I.V., Galkina N.K., Prudkovsky A.G. Samopod-derzhivayushchiesya protsessy umyag-cheniya – opresneniya vody: prostye dvu-khkomponentnye sistemy. Teoreticheskie osnovy khimicheskoi tekhnologii. 2020; 54(5): 649-660. (In Russ.)

Khamizov R.Kh., Komarova I.V., Galkina N.K., Prudkovsky A.G. Samopod-derzhivayushchiesya protsessy umyag-cheniya – opresneniya vody: khloridno-sulfatnye sistemy. Teoreticheskie osnovy khimicheskoi tekhnologii. 2022; 56(2): 183-196. (In Russ.)

Tokmachev M., Tikhonov N.A., Khamizov R.Kh., Investigation of cyclic self-sustaining ion exchange process for softening water solutions on the basis of mathematical modeling, Reactive and Functional Polymers, 2008;68(8): 1245-1252. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2008.05

Prudkovsky A.G., Komarova I.V., Galkina N.K. Programma «CreateScheme» dlya konstruirovaniya, rascheta I vizual-izatsii ionoobmennykh shem. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2014; 14(5): 824-831. (In Russ.)

Komarova I.V., Galkina N.K., Prudkovsky A.G., Khamizov R.Kh. Ma-tematicheskoe modelirovanie I raschet protsessa demineralizatsii vody v promysh-lennom filtre. Soobshchenie 1. Gidro-dinamika regeneratsii I otmyvki promysh-lennogo filtra. Sorbtsionnye i khromato-graficheskie protsessy. 2017; 1(1): 10-19. (In Russ.)

Venitsianov E.V., Rubinshtein R.N. Dinamika sorbtsii iz zhidkikh sred. M. Nauka. 1983. 237 p. (In Russ.)