Multi-component diffusion mass transfer in nonselective IEX matrices with the noval displacement effect (NDE) for the concentration waves of the components – diffusants

Anatoliy I Kalinitchev

doi:10.17308/sorpchrom.2017.17/387

Anatoliy I Kalinitchev Калиничев Анатолий Иванович –д.х.н. (физ. химия), гл. научный сотрудник Института физ химии и электрохимии им. акад. А.Н. Фрумки- на РАН, Москва.

DOI: https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2017.17/387

Ключевые слова: мультикомпонент, неселективность, ионообменник, массоперенос, урав- нения в частных производных, массовый баланс, компьютерное моделирование, концентрационные волны, новый вытеснительный эффект (НВЭ), концепция волн (W )

Аннотация

В работе представлено обобщенное теоретическое исследование Многокомпонентного МассоПереноса (ММ) на основе численного компьютерного моделирования с решением диффузионных уравнений многокомпонентного тернарного (i=1A;2B;3C) материального баланса в частных производных. Для получения результатов диффузионного ММ в матрицах неселективных ионитов двух различных симметричных форм (r-зерно, ro-волокно) используется многокомпонентный диффузионный {DA;DB,DC} тернарный ионный обмен (ИО): (R1A+ )смола/(2B+ ;3C+ )р-р в классических неселективных r,ro-матрицах ионообменников. На основе компьютерного моделирования диффузионного ММ показано, что при определенных условиях (указанных в последних разделах S.5,6) для {DA;DB,DC}- диффузивностей реализуется Новый Вытеснительный Эффект (НВЭффект) при ИО для входящих в среду ионита и взаимодействующих в ней XC,XB – концентрационных волн (2В,3С-компонентов-диффузантов). Оригинальный авторский метод визуализации (включая подтверждение НВЭффекта) реализован с использованием двух обьединенных в «пару» рисунков: {слева- Xi, | Fi- справа}, а именно: рисунок с изображением Xi-концентрационных волн (слева), расположенный на одной линии (и в «паре») с другим рисунком, где изображены соответствующие Fi(T)-кинетические кривые (справа). Такой авторский метод визуализации кинетики ИО ММ – «на одной линии»: {слева-Xi | Fi–справа} играет кардинальную роль, и позволяет выявить (и визуально продемонстрировать) причину НВЭффекта.
Два наглядных примера НВЭффекта на «парных» рисунках, а именно: {слева-Xi | Fi –справа} даны здесь автором в представленной статье (в S.3).
Кроме того, в дополнение к указанному методу для визуализации результатов компьютерного моделирования (включая НВЭффект) также (как и ранее, начиная с 2003 г.) использован авторский метод Научных Компьютерных Анимаций (НКА). Метод НКАнимаций представлялся в авторских презентациях на ряде международных и всероссийских конференций в течение более 14 лет. В результате на практике показано, что НКА-визуализация распространения многокомпонентных Xiконцентрационных волн адекватно (и сравнительно легко) воспринимается научной аудиторией.
Авторские «НКАнимации» (т.е. «НКА.avi»-видеофайлы) представляют собой анимационные много-цветные «фреймы-изображения» многокомпонентных (i=1,2,3) Xi-концентрационных волн. Эти фреймы (с изображением движения многокомпонентных Xi-волн) располагаются в видео-файле «НКА.avi» в порядке, соответствующем возрастанию текущих моментов времени (T1<T2<…). В видеофайлах «HKA.avi» для данного случая ИО (IEx) демонстрируется (визуализируется) распространение многокомпонентных Xi-концентрационных волн в пространстве r,(ro)-матриц ионитов.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Литература

1. Kalinitchev A, Advances in Nanoparticles. AnP.Sci.Res.Publ.: SCIRP. E-Journal., 2013, No 2(2), pp. 1-18. (Site ANP: http://www.scirp.org/ journal/anp/).
2. Kalinitchev A, Prot. Met.&Phys. Chem. Surf. (Springer Ed.), 2013, Vol. 49(6), pp. 627-638 (Site Springer: http://www. springerlink. com/ openurl.asp?genre =article& id =doi: 10.1134/S2070205113060051).
3. Kalinitchev A, Rev (NTREV). Special issue (N5) “NanoTechnology: from Convergence to Divergence”, DeGruyter Ed., 2014, Vol. 3(5), pp. 467-498. http://degruyter.com/new /ntrev2014.3issue-files.doi:10.1515/ntrev-2014-0007. Publ. on line 8.10.2014 (Ed. Ja S. Lee). NTREV(2014).
4. Kalinitchev A, Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2016, Vol. 16, No 6, pp. 748-780.
5. Kalinitchev A., New model of multicomponent mass transfer kinetics in bi-functional matrix of nanocomposites and results of simulation. Prot. Met.&Phys. Chem. Surf. (Springer Edition), 2013, Vol. 49 (6), pp. 627-638. (Engl.). (Site Springer :http://www. springerlink. com/ openurl. asp?genre =article& id =doi:
10.1134/S2070205113060051 ).
6.Haase R, Thermodynamics of Irreversible Processes.Ch.2;4.M., Mir, 1967, P.544.
7. Kalinitchev A., Universal Journal of Physics and Application, 2013, Vol. 1(2), pp. 130-143. Doi: 10.13189/ujpa.2013.010213.
8. Kalinitchev A., Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2014, Vol. 14, No 5, pp.744-759.
9. Helfferich F., Klein G, Multicomponent Chromatography. Theory of Interference, New York M. Dekker Inc., (1970). 360 p.
10. Helfferich F, Coherence : Power and Challenge of a new Concept. New direction in Adsorption Technology. G.Keller ed., Butterworth. Boston, 1989, pp 1-11.
11. Industrial & Engineering Chemistry Research. J. (F. Helfferich Festschrift), J. Am. Chem. Soc, 1995, Vol. 34, pp. 2551-2922. doi:10.1021/ie00047a029.
12. Tondeur D., Bailly M, Chem. Eng. Process, 1987, Vol. 22, pp. 91-105. doi:10.1016/ 0255-2701(87)80035-1.
13. Tondeur D, Ind. & Eng. Chem. Res., 1995, Vol. pp. 2782-2788. doi:10.1021/ie00047a029.
14. Hwang YL., Ind.&Eng.Chem.Res., 1995, Vol. 34, pp. 2849-2864. doi:10.1007/978-94-009-85797:10.1021/ie00047 a039,
15. Percolation Process: Theory and Applications. ed.: Rodrigues, AE, Tondeur, D, The Hague: Sijthoff & Nordhoff, 1981. doi:10.1007/978-94-009-8579-7.
16. Kalinitchev A., J. Rus. Chem. Reviews., 996, Vol. 65, pp. 95-115. doi:10.1070/RC1996v065n02A BEH000201.
17. Hoell W and Kalinichev A, J. Rus. Chem. Reviews, 2004, Vol. 73, pp. 351-370. (Rus & Engl).doi:10.1070/RC2004v073n04ABEH0007 68.
18. Kalinitchev A., Hoell W, in IEX2004, Ion Exchange Technology for Today and Tomorrow, ed:M. Cox, Society of Chemical Industry, London, 2004, pp. 53-58.
19. Kalinitchev A., Hoell W, in IEX2008, Recent Advances in IEx Theory&Practice, ed:M.Cox, Society of Chemical Industry, London, 208, pp. 85-93.
20. Helfferich F, Ion Exchange. Mc.GrawHill. NY. Ch.6., 1962. (Ionen Austauscher, Verlag Chemie, GMBH, 1959, Deutsch).
21. Helfferich F, Ion Exchange Kinetics. Ch.5. in Ion Exchange (A series of Adv.) ed. Ja.I. Marinsky). St. Univ. NY., 1966.
22. Helfferich F, Ion exchange kinetics - evolution of a theory. in: “Mass Transfer & Kinet- ics of IEx” (ed: L.Liberti&F.Helfferich) M.Sijthoff & Nordhoff . The Hague, 1983, pp. 157-179. doi:10. 1007/978-94-009-6899-8_6 .
23. Petruzelli D, Helfferich F, Liberti L, Millar J. et al., Reactive Polymers, 1987, Vol. 7, pp. 1-13.
24. Kalinitchev A., IEx & Solv. Extr., 1995, Vol. 12, M.Dekker, Ch.4, pp. 149-196.
25. Helfferich F., Hwang Y-I, Am. I. Ch.E. Symp. Ser., 1985, Vol. 81, pp. 7-27.
26. Hwang Y-I, Helfferich F, Reactive Polymers, 1987, Vol. 5, pp. 237-252.
27. Yoshida H, Kataoka T, J. Ind. Eng. Chem. Res., 1987, Vol. 26(6), pp. 1179-1184.
28. Yoshida H, Kataoka T, J. Chem. Eng., 1988, Vol. 39, pp. 55-62.
29. Courant R and Friedrichs K, Supersonic flow and Shock Waves, Springer, 1999, 464 P.
30. Prigogine I., Herman R, Kinetic Theory of Vehicular Traffic, NY., Elsevier, 1971, 55 p.
31. Whitham G, Linear and Nonlinear waves, Wiley, NY, 1974, 636 p.
32. Kalinitchev A, in IEX2012,ed: M. Cox, Society of Chemical Industry, London, S. Fundam. p 1-18, (2012). e-book (The Intern. IEx 2012 Confer.” Thesis, pp. 123-124.
33. Dolgonosov A, Khamisov R, Krachak A., Prudkovskiy A, React. Func. Polymers, 1995, Vol. 28, pp.13-20.