Cамоподдерживающийся процесс умягчения – опреснения воды в простой двухкомпонентной системе. Экспериментальная проверка адекватности модели и расчет стационарного процесса в условиях эксперимента - Колотилина, Надежда Константиновна; Прудковский, Андрей Гаральдович; Хамизов, Руслан Хажсетович (Сорбционные и хроматографические процессы, 2024)
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.