Тимонин А.С. - Инж-эко справочник т 2 (1044949), страница 109
Текст из файла (страница 109)
В аппарате ионного обмена а = д = Е, где Е„, — рабочая (полезная) обменная способность ионита (в чэкв/л), которая равна: Е, =а,Е„,„„-Нд,) 1, где а, — коэффициент эффективности регенерации обработанного ионита (0,8 — 0,9); Е„„„— стандартная величина полной обменной емкости данного ионита, мэкв/л; Н вЂ” коэффициент, учитывающий тип ионита (0,5 для катионитов и 0,8 для анионитов); ~у — удельный расход воды на промывку ионита после регенерации 3 — 4 м'на 1 м'ионита); У вЂ” суммарная концентрация извлекаемых при ионном обмене ионов, мг-экв/л.
Если в выражении (2.1) величина Я определяет суммарную плошадь сечений всех предусматриваемых в установке ионообменных аппаратов, а Н вЂ” Н, составляет высоту слоя ионита Н в каждом аппарате, то СЛ . Я = М~(Е в Н„) = Я „~~,1~(пЕ»,Н„), (2.2) 560 где 1',1„,— суточный расход вод для ионообмена, м'/сут; л — число регенераций в сутки, от которого и зависит величина 5' (а значит, и число устанавливаемых аппаратов для ионообмена) при заданных или вычисленных остальных величинах в выражении (2.2); высоту слоя Н и площадь сечения одного аппарата можно выбрать из справочных данных для серийно выпускаемых аппаратов. Суммарная площадь сечений 5' должна также удовлетворять уравнению расхода при скорости фильтрования и = 10 — 30 м/ч: Х= Д /(24и)/ Многоступенчатые аппараты рассчитывают, исходя из определения числа тарелок колонных массообменных аппаратов (например, способом построения «кинетической» кривой на диаграмме у — х).
Сорбция в статических условиях осуществляется при перемешивании сточной воды с сорбентом в течение определенного времени т их контакта. Это время определяет необходимый обьем аппарата с мешалкой для сорбции при заданном расходе сточной воды на обработку. Основу расчета т при статической сорбции составляет интегральное кинетическое уравнение для концентрации у примеси в растворе (сточной воде).
Эмпирически показано, что функция у = у(т) во многих случаях может быть представлена выражением у = у,ехрИ1п(у„/у,)1ехр( — ат)), (2.3) где а — кинетический параметр, имеющий размерность время ', Часть ИХ. Основное оборудование для очистгси сточных вод 0 0218уг У Ур 561 т — время контакта раствора с адсорбентом; у — равновесная концентрация адсорбирусмого вещества в растворе, к которой при заданной массе сорбента в растворе приближается, изменяясь во времени, рабочая концентрация; у„=уприт=0; у„— начальная концентрация адсорбирусмого вещества.
Из выражения (2.3) следует, что 1п(у„/у,) / а=1п ~ ')/ с. (24) Значение а определяется по одной известной (из опыта) величине у в какой-нибудь момент времени т. Величина адсорбции А за период времени т равна: А = (у„— у) $~/(1000т), (2.5) где у„и у выражены в мг/л; à — объем раствора, мл; т — масса сорбента, г. С учетом уравнения (2.3) выражение (2.5) будет иметь вид; А = ()~« — у,ехр11п(у„/у,)ехр( — ат)1) х х $Я1000т). Величину равновесной адсорбции можно определить следующим образом: А = У„ТЯ1000т) — у 1/(1000т).
Степень насыщения сорбента (величина относительной адсорбции) определяется как у = А/А, и, в соответствии с изложенным, может быть связана с т уравнением: А у= А у„- у, ехр~1п(у„/у, ) схр(-ат)~ Равенство у = 1 (условие равновесной адсорбции) достигается при т = °, однако у вычисляется для любого значения т. Поэтому можно найти приблизительное значение т„например, для у = т, = 0,995: 1 ~у„/у,) '" а'"1п~~у, у,~у„у,)~/у,) Найденная по уравнснию (2.3) величина т может служить первым приближением при определении среднего времени пребывания сточной воды в проточном «статическом» адсорбере.
Однако в промышленном аппарате интенсивность псремсшивания (величина работы в единицу времени на перемешивание единицы объема суспензии сорбента в сточной воде) должна быть такой же, как и в лабораторном опыте, проводимом для получения переменных, определяющих величину а по выражению (2.4). В случае внутридиффузионного торможения адсорбции кинетический коэффициент а определяется эффективным коэффициентом В„, внутренней диффузии, величинами у„и у,, а также эквивалентным размером частиц сорбента г„, например, по полуэмпиричсской зависимости О,~1+1п(у„/у,)~ х 0,0218е„' х!п~!п(у„/у,)~/1п~(у„+у,)Д2У, Ц Из этой формулы рассчитывают величину О,„ по экспериментально найденному значению а. Для опре- Глава 2.
Оборудование для физико-химических методов очистки деления величины г используют средний размер фракции зерен сорбента г, и фактор формы Ф; например, г, = Фг =0,67 0,75 мм, если частицы сорбента уловлены между ситами с отверстиями 0,7 — 0,8 мм в свету 2.3.5. Расчет ионообмеииой установки (ло Ю.И. Дытнерсгсому) Необходимо рассчитать ионообменную установку непрерывного действия с псевдоожиженным слоем ионита для удаления ионов натрия из раствора, содержащего хлорид натрия, если производительность по исходному раствору )3 = !О м"/ч. исходная концентрация раствора С = 4,35 моль экв/м'.
концентрация очищенного раствора составляет 5 % от исходной, температура в аппарате г = 20 'С; марка катионита КУ-2, регенерация проводится в плотном, движущемся под действием силы тяжести слое ионита 1 н раствором НС1 Параметры катионита КУ 2 полная обменная емкость Хе = = 4,75 ммоль экв/г; удельный объем ов = 3,0 см'/г, средний диаметр гранулы а = 0,9 мм, насыпная плотность р„= 800 кг/м' Уравнение изотермы сорбции Константа равновесия в системе екатионит КУ-2 — ионы» К = 1,2 Уравнение изотермы сорбции для обмена равнозарядных ионов Н' на Ха на основе закона действующих масс записывается следующим образом: К,Х,С/С„ 1+(К, — 1)С/С.
' где ~ = 4,75 22,98 10 ' = 0,11 кг/кг; С„= 4,35 22,98 10 ' = 0,1 кг/м' С учетом приведенных значений концентраций и константы равновесия получим: Х' = 1,32С/(! + 2С). (27) Скорость потока жидкости Фик- ' тивную скорость жидкости в псевдоожиженном слое находят из урав- ' нения, связывающего критерии Ке. Аг с порозностью слоя е 4.75//(18+ О 61 /А 4.75 ) (2 8) Порозность слоя в ионообменных аппаратах с псевдоожиженным слоем можно определить из данных эксплуатации промышленных ионообменных установок, согласно котрорым высота псевдоожиженного слоя в 1,5 — 2 раза превышает высоту неподвижного С учетом этих данных, принимая порозность неподвижного слоя е, = 0,4, получим интервал изменения порозности е = 0,6 — 0,7 Принимаем порозность слоя в этом интервале е = 0,65 Плотность частицы набухшего катион ита р, = р„„/(1 — е) = 800/(! — 0.4] = = 1333,3 кг/мз Критерий Архимеда Аг = Ррг(р, — р,)8/р' = = (0,9 10 ')'1000(1333,3— — !000) 9,81/!(1О ')'1 = 2384 Из уравнения (2 8) находим критерий Ке: Ке = 2384(0,65)" / /(38+063/3384 0,65'"1=!073 Скорость жидкости ц = Кер,/(с(р,) = = 10,73 10 3/(0,90 1О ' 1000) = = 0,0!2 м/с Часть Л!.
Основное оборудование для очистки сточных вод Диаметр аппарата п =,/г/(о,юи) = =0,54 м. Принимаем Ю = 0,6 м. Уточним значение скорости и Ке: ц = !О/(3600 0,785 - 0,6') = 0,0098 м/с; Ке = 0,0098 - 0,9 10 ' 1000/10-' = 8,82. Значение порозности, соответствующее уточненному значению Ке„получим из уравнения: е = (18Ке + 0,36Ке'/Аг)'" = = (18 8,82+ 0,36 8,82'/2384)'" = = 0,59. Определение лимитирующею диф4узионного сопротивления, Фазу, в которой сосредоточено лимитирующее диффузионное сопротивление, можно определить по значению критерия Био: В1' = !3,Я/(р„Ю,Г), где А — радиус частицы, м; !3, — коэффициент внешней массоотдачи, м/с; Ю, — эффективный коэффициент диффузии в частицс, м'/с; à — тангенс угла наклона равновесной линии, м'/кг; р„— плотность ионита, кг/м' При В!' > 20 общая скорость массопереноса определяется внутренней диффузией, тогда как при В!' < 1,0 преобладающим является внешнее диффузиошюе сопротивление, Коэффициент внешней массоса'- дачи !), определяем по критсриальному уравнению: Иц' = 2,0 + 1,5(Рт')ьоз[(1 — е)Ке1"', где Рг' = !ь/р,Ю = =1О-з/(1000 1,17 '1б-з) = 854,7; Ю, = 1,17 10 ~ м'/с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
