of 10 /10
Username / Parola inexistente email Login Am uitat parola x Creaza cont nou Home Exploreaza Upload Administratie Arta cultura Biologie Casa gradina Diverse Economie Geografie Gradinita Istorie Jurnalism Limba Literatura romana Management Medicina Personalitati Profesor scoala Sociologie Stiinta Arhitectura constructii Astronomie Chimie Drept Fizica Informatica Matematica Stiinte politice Tutorials Tehnica mecanica Timp liber INVESTIGAREA EXPERIMENTALA A DEMINERALIZARII APEI PRIN SCHIMB IONIC Demineralizare apei prin schimb ionic este una din aplicatiile importante ale schimbului ionic. Tehnica de lucru cea mai utilizata este cea a schimbului ionic in strat fix format din am masura modelarea si simularea servesc unei mai bune exploatari a acestora. Deasemeni situatia de lucru cu coloane separate una pentru anionit si alta pentru vationit este mai pu cu acelasi coion. 1 Consideratii prinvind deionizarea lichidelor Separarea speciilor ionice dintr-un mediu dat prin retinerea acestora cu schimbatori de ioni are foarte multe aplicatii la nivel de laborator si industrial. Asa cum s-a aratat in prim Cea mai cunoscuta si mai raspandita utilizare a schimbatorilor de ioni ramane tratarea apei cu rasini ionice solide granulare in scopul dedurizarii sau demineralizarii (totale sau ), fie prin trecerea succesiva a influentului prin urmatoarele straturi de schimbatori: cationit slab acid ( ) -cationit puternic acid ( ) - anionit slab bazic Datorita intrebuintarii pe scara larga a procedeului de demineralizare cu strat mixt de schimbatori la producerea apei ultrapure , analiza calitativa si cantitativa a aspectelor re demineralizarii apei prin acest procedeu . In acest scop, in capitolul de fata, s-a urmarit stabilirea influentei calitative si cantitative a factorilor procesului asupra dinamicii acestuia s 2 Procedee de demineralizare Schimbul ionic sta la baza unui numar mare de procese chimice care pot fi clasificate in trei categorii principale: substitutie(daca un ion valoros / toxic este recuperat dintr-o so ioni se realizeaza prin diferite pro 414j91e cedee, in functie de caracteristicile solutiei care se trat operare etc. Se disting doua tipuri principale de utilaje cu schimbatori de ioni solizi granulari: reactoare cu agitare si coloane ionice. Atat in cercetarile experimentale, cat si in aplicatiile indust Clasificarea procedeelor de tratare cu schimbatori de ioni in utilaje de acest tip se poate face dupa urmatoarele criterii (Holl, 1997, Douglas Le Van, si altii,1999) : ● structura stratului- fix (compactizat, afanat), fluidizat, vibrat; ● circulatia stratului in utilaj - necirculant, circulant (intermitent, continuu); ● numarul de componenti din strat- strat simplu (monocomponent), strat mixt; ● distributia straturilor - monostrat, multistrat (identice, diferite); ● modul de operare - discontinuu, semicontinuu, continuu. Datorita multiplelor intrebuintari ale schimbatorilor de ioni, analiza calitativa si cantitativa a aspectelor referitoare la sistemul lichid-solid implicat in procesul de schimb ionic a con structura, forma ionica, dimensiunile si masa schimbatorilor de ioni, de tipul utilajului, de temperatura procesului, de viteza fictiva a influentului (in cazul coloanelor ionice), de durata Demineralizarea apei poate fi realizata in coloane cu strat mixt de schimbatori sau in sisteme cu schimbatori de ioni in coloane separate. Sistemul in strat mixt este un caz special al sistemelor de schimb ionic cu o singura coloana. Stratul contine un amestec privit ca un numar infinit de unitati inseriate continand anioniti si respectiv cationiti. Pentru realizarea regenerarii cele doua ra acide. (Dardel, Arden, 1989) . Aceasta este o diferenta suficient de mare pentru ca rasinile sa poata fi bine separate prin su este indepartat prin spalarea separata a fiecarui strat. In figura de mai jos (figura 1) este prezentata schema functionarii resp Figura 1- Unitate de schimb ionic in strat mixt Astfel in cazul schimbului ionic in strat mixt, ciclul operational consta in urmatoarele etape (figura 2): 1. Operare (etapa de schimb ionic propriu zis) 2. Spalarea de elutriere pentru separarea schimbatorilor urmata de depunerea acestora in coloana (rasina anionica se va Regenerarea schimbatorului de anioni urmata de spalare; regenerarea schimbatorului de cationi cu solutie de acid introd 4. Reamestecarea rasinilor cu aer comprimat urmata de o spalare finala Figura 2 Etapele procesului de schimb ionic in strat mixt Este recomandabil pe durata etapei de regenerare ca un debit mic de apa sa circule in contracurent prin strat pentru a limita difuziunea acidului in anionit si respectiv a hidrox Cu toate ca acest sistem este foarte eficient deoarece este obtinuta apa de foarte inalta puritate de pH aproape neutru iar consumul de apa de spalare este foarte scazut, proc Un alt procedeu care permite indepartarea simultana atat a cationilor cat si a anionilor dintr-o solutie cu ajutorul schimbatorilor de ioni este un sistem multistrat continand doua 1. Sisteme formate dintr-o rasina cationica puternic acida si o rasina anionica puternic bazica Acesta consta din doua coloane in care se afla o rasina cationica in forma hidrogen (H + ) in cealalta o rasina anionica in forma hidroxid (OH - ). Apa ce trebuie demineralizata ci ionii H + formand apa asa cum se poate observa si din reprezentarea schematica de mai jos: Gran Via Victor Hugo ... 84 € 125 € Gran Via Victor Hugo ... Page 1 of 10 INVESTIGAREA EXPERIMENTALA A DEMINERALIZARII APEI PRIN SCHIM... 23-Apr-15 http://www.scritub.com/stiinta/chimie/INVESTIGAREA-EXPERIMENTALA-A-D31...

Investigarea-experimentala- Schimbatori de Ioni

  • Author
    focosu

  • View
    315

  • Download
    7

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Demineralizare apei prin schimb ionic este una din aplicatiile importante ale schimbului ionic. Tehnica de lucru cea mai utilizata este cea a schimbului ionic in strat fix format din amestec in parti egale de anionit masura modelarea si simularea servesc unei mai bune exploatari a acestora. Deasemeni situatia de lucru cu coloane separate una pentru anionit si alta pentru vationit este mai putincu acelasi coion.

Text of Investigarea-experimentala- Schimbatori de Ioni

  • Username / Parola inexistente

    email

    Login Am uitat parola x Creaza cont nou

    Home Exploreaza Upload

    Administratie

    Arta cultura

    Biologie

    Casa gradina

    Diverse

    Economie

    Geografie

    Gradinita

    Istorie

    Jurnalism

    Limba

    Literatura romana

    Management

    Medicina

    Personalitati

    Profesor scoala

    Sociologie

    Stiinta

    Arhitectura constructii

    Astronomie

    Chimie

    Drept

    Fizica

    Informatica

    Matematica

    Stiinte politice

    Tutorials

    Tehnica mecanica

    Timp liber

    INVESTIGAREA EXPERIMENTALA A DEMINERALIZARII APEI PRIN SCHIMB IONIC

    Demineralizare apei prin schimb ionic este una din aplicatiile importante ale schimbului ionic. Tehnica de lucru cea mai utilizata este cea a schimbului ionic in strat fix format din amestec in parti egale de anionit puternic masura modelarea si simularea servesc unei mai bune exploatari a acestora. Deasemeni situatia de lucru cu coloane separate una pentru anionit si alta pentru vationit este mai putin cu acelasi coion.

    1 Consideratii prinvind deionizarea lichidelor

    Separarea speciilor ionice dintr-un mediu dat prin retinerea acestora cu schimbatori de ioni are foarte multe aplicatii la nivel de laborator si industrial. Asa cum s-a aratat in prima parte a

    Cea mai cunoscuta si mai raspandita utilizare a schimbatorilor de ioni ramane tratarea apei cu rasini ionice solide granulare in scopul dedurizarii sau demineralizarii (totale sau partiale). F

    ), fie prin trecerea succesiva a influentului prin urmatoarele straturi de schimbatori: cationit slab acid ( ) -cationit puternic acid ( ) - anionit slab bazic

    Datorita intrebuintarii pe scara larga a procedeului de demineralizare cu strat mixt de schimbatori la producerea apei ultrapure , analiza calitativa si cantitativa a aspectelor referitoare la sistemul lichiddemineralizarii apei prin acest procedeu . In acest scop, in capitolul de fata, s-a urmarit stabilirea influentei calitative si cantitative a factorilor procesului asupra dinamicii acestuia si caracterizarea cantitativa a procesului

    2 Procedee de demineralizare

    Schimbul ionic sta la baza unui numar mare de procese chimice care pot fi clasificate in trei categorii principale: substitutie(daca un ion valoros / toxic este recuperat dintr-o solutie si inlocuit cu unul

    ioni se realizeaza prin diferite pro 414j91e cedee, in functie de caracteristicile solutiei care se trateaza, de

    operare etc.

    Se disting doua tipuri principale de utilaje cu schimbatori de ioni solizi granulari: reactoare cu agitare si coloane ionice. Atat in cercetarile experimentale, cat si in aplicatiile industriale, se

    Clasificarea procedeelor de tratare cu schimbatori de ioni in utilaje de acest tip se poate face dupa urmatoarele criterii (Holl, 1997, Douglas Le Van, si altii,1999) :

    structura stratului- fix (compactizat, afanat), fluidizat, vibrat;

    circulatia stratului in utilaj - necirculant, circulant (intermitent, continuu);

    numarul de componenti din strat- strat simplu (monocomponent), strat mixt;

    distributia straturilor - monostrat, multistrat (identice, diferite);

    modul de operare - discontinuu, semicontinuu, continuu.

    Datorita multiplelor intrebuintari ale schimbatorilor de ioni, analiza calitativa si cantitativa a aspectelor referitoare la sistemul lichid-solid implicat in procesul de schimb ionic a constituit structura, forma ionica, dimensiunile si masa schimbatorilor de ioni, de tipul utilajului, de temperatura procesului, de viteza fictiva a influentului (in cazul coloanelor ionice), de durata si viteza

    Demineralizarea apei poate fi realizata in coloane cu strat mixt de schimbatori sau in sisteme cu schimbatori de ioni in coloane separate.

    Sistemul in strat mixt este un caz special al sistemelor de schimb ionic cu o singura coloana. Stratul contine un amestec omogen format dintr

    privit ca un numar infinit de unitati inseriate continand anioniti si respectiv cationiti. Pentru realizarea regenerarii cele doua rasini sunt acide. (Dardel, Arden, 1989) . Aceasta este o diferenta suficient de mare pentru ca rasinile sa poata fi bine separate prin suspendare in este indepartat prin spalarea separata a fiecarui strat. In figura de mai jos (figura 1) este prezentata schema functionarii respectiv

    Figura 1- Unitate de schimb ionic in strat mixt

    Astfel in cazul schimbului ionic in strat mixt, ciclul operational consta in urmatoarele etape (figura 2):

    1. Operare (etapa de schimb ionic propriu zis)

    2. Spalarea de elutriere pentru separarea schimbatorilor urmata de depunerea acestora in coloana (rasina anionica se va depune in

    Regenerarea schimbatorului de anioni urmata de spalare; regenerarea schimbatorului de cationi cu solutie de acid introdusa prin partea inferioara a coloanei

    4. Reamestecarea rasinilor cu aer comprimat urmata de o spalare finala

    Figura 2 Etapele procesului de schimb ionic in strat mixt

    Este recomandabil pe durata etapei de regenerare ca un debit mic de apa sa circule in contracurent prin strat pentru a limita difuziunea acidului in anionit si respectiv a hidroxidului de sodiu in

    Cu toate ca acest sistem este foarte eficient deoarece este obtinuta apa de foarte inalta puritate de pH aproape neutru iar consumul de apa de spalare este foarte scazut, procedeul

    Un alt procedeu care permite indepartarea simultana atat a cationilor cat si a anionilor dintr-o solutie cu ajutorul schimbatorilor de ioni este un sistem multistrat continand doua sau mai multe coloane cu schimbatori de ioni 1. Sisteme formate dintr-o rasina cationica puternic acida si o rasina anionica puternic bazica

    Acesta consta din doua coloane in care se afla o rasina cationica in forma hidrogen (H+) in cealalta o rasina anionica in forma hidroxid (OH-). Apa ce trebuie demineralizata circula prin coloana care contine

    ionii H+ formand apa asa cum se poate observa si din reprezentarea schematica de mai jos:

    Gran Via Victor Hugo ...

    84

    125

    Gran Via Victor Hugo ...

    Page 1 of 10INVESTIGAREA EXPERIMENTALA A DEMINERALIZARII APEI PRIN SCHIM...

    23-Apr-15http://www.scritub.com/stiinta/chimie/INVESTIGAREA-EXPERIMENTALA-A-D31...

  • Figura 3 Reprezentarea schematica a schimbului ionic aratand inlocuirea ionilor Na+ si Cl- cu ionii H+ si respectiv HO- .

    Aceste sisteme indeparteaza toti ionii din apa supusa demineralizarii, inclusiv silicatii. In majoritatea cazurilor este recomandabil sa se reduca fluxul de ioni care trece prin rasina

    Figura 4 Reprezentarea sistemului de demineralizare folosind un sistem format dintr-o rasina cationica puternic acida si o rasina anionica puternic bazica in coloane

    2. Sistem format dintr-o rasina cationica puternic acida o rasina anionica slab bazica si o rasina anionica puternic bazica

    Aceasta combinatie este o varianta a sistemului prezentat anterior. El furnizeaza apa de aceeasi calitate ca procedeul anterior in timp ce ofera avantaje economice in cazul tratarii apei care contine in

    apoi prin rasina anionica slab bazica. Aceasta metoda necesita un consum mai mic de NaOH decat metoda descrisa anterior deoarece solutia de regenerare ramasa dupa regenerarea anionitului puternic bazic e de obicei

    Figura 5 Reprezentarea sistemului de demineralizare format dintr-o rasina cationica puternic acida, o rasina anionica slab bazica si o rasina anionica puternic

    Din pacate anumiti compusi organici din apele reziduale colmateaza schimbatorii de ioni ceea ce determina scaderea eficientei acestora (Holl, 1997). In plus regenerarea rasinilor este un proces costisitor punandu

    Schimbatorii de cationi pot fi atacati de agenti de oxidare ca de ex: clorurile, oxizii, peroxizii, oxigenul sau temperaturile ridicate. In general aceasta se traduce intr-o crestere a umiditatii cationitului datorita actiunii agentilor

    Trebuie precizat ca, desi prin demineralizare se produce apa de inalta puritate nu sunt indepartate prin acest procedeu si bacteriile sau endotoxinele (pirogenii). De fapt demineralizarea

    Datorita avantajelor pe care le prezinta procedeul de demineralizare a apei in coloane separate cu schimbatori de ioni, aplicatia practica dezvoltata in lucrare urmareste caracterizarea

    3 Scopul investigarii experimentale si solutia aleasa

    Prezenta aplicatie experimentala a avut ca obiectiv investigarea demineralizarii totale a unei solutii diluate de electrolit cu NaCl, CaCl2, NiCl2 respectiv AlCl3 prin trecerea

    4 Prezentarea instalatiei experimentale

    Pentru obtinerea datelor experimentale, in scopul caracterizarii dinamicii schimbului ionic la demineralizarea unor solutii diluate de NaCl, CaCl2, NiCl2si respectiv AlCl3 de concentratie 0.3

    ). Pentru a putea studia influenta temperaturii asupra dinamicii schimbului ionic coloanele de schimb ionic au fost prevazute cu manta de incalzire. Termostatarea instalatiei

    Tabel 1 Proprietati de catalog ale Rasinilor Vionit CS-3 si Vionit AT-14

    Vionit CS-3 Vionit AT -14

    1 Polimer de baza PST-DVD gel Polimer de baza PST-DVD gel

    2 Forma Sfere 0.6-0.7 mm Forma Sfere 0.6-0.85 mm

    3 Densitate 1200 Kg/m3 Densiatate 1080 kg/m3

    4 Umiditate in lucru 0.53 kg apa/kg sist. Umiditate in lucru 0.51 kg apa/kg sist.

    5 PH de lucru 0-14 PH de lucru 1-10

    6 Temp.max R-H 1200C Temp max R-OH 600 C

    7 Capacitate schimb 0.0383 gNa/g Ras. Us. Capacitate schimb 0.0427 gCl/g Ras.us

    8 Grupa functionala Acid sulfonic Grupa functionala Amoniu cuaternar

    Gran Via Victor Hugo ...

    84

    125

    Page 2 of 10INVESTIGAREA EXPERIMENTALA A DEMINERALIZARII APEI PRIN SCHIM...

    23-Apr-15http://www.scritub.com/stiinta/chimie/INVESTIGAREA-EXPERIMENTALA-A-D31...

  • Figura 6 Schema instalatiei experimentale

    1 rezervor solutie, 2 aspiratie pompa, 3 pompa dozatoare , 4 coloana cu strat de cationit , 5 coloana cu strat de anionit , 6 termostat, 7 Multimetru Jenway 3310 , 8

    4.1. Mod de lucru

    Inaintea introducerii anionitului si cationitului in coloanele schimbatoare de ioni acestia au fost spalati cu apa distilata si supusi procesului de gonflare timp de 24 ore. Odata introduse in coloana,

    Fiecare solutie de electrolit ( solutie NaCl, solutie CaCl2, solutie NiCl2 respectiv solutie AlCl3 ) avand concentratia initiala a ionilor Cl- fixata la nivelul este preluata din rezervorul (1) si introdusa cu ajutorul unei pompe

    - in stratul din cationit

    - in stratul din anionit

    Pentru masurarea valorilor concentratiei ionilor Cl- in efluentul coloanei a fost utilizat multimetrul Jenway 3310 echipat cu doi electrozi de masura si anume un electrod de clor model 96

    electromotoare. Pentru convertirea acestor valori in valori ale concentratiei a fost necesara realizarea curbelor de etalonare pentru fiecare dintre solutiile folosite si anume solutia de

    Cand in efluent apar primele urme de ioni ce trebuiau retinuti de schimbator (in cazul de fata ioni Cl-) s-a produs strapungerea stratului de schimbator. Experimentul se continua; din acel moment

    5 Rezultate experimentale

    In partea experimentala a acestei lucrari s-a urmarit stabilirea influentei calitative si cantitative a factorilor procesului anume viteza de curgere prin strat, volumul total de schimbatori de ioni si respectiv temperatura de lucru asupra

    temperatura procesului si .

    Daca se considera o coloana schimbatoare de ioni strabatuta descendent de o solutie de concentratie c0iar initial schimbatorul nu contine specia ce trebuie retinuta, variatia

    specia ce trebuia retinuta .

    Cand selectivitatea rsinii pentru ionii din solutie este mare se formeaza o zona de schimb distincta care se deplaseaza catre iesirea din coloan, ducand astfel la o utilizare maximcoloanei cu atat este mai mare inaltimea zonei de reactie si capacitatea de operare a rsinii (Dardel, Arden, 1989).

    Deasupra zonei de schimb, schimbatorul a ajuns la starea de echilibru in raport cu lichidul efluent (in aceasta portiune de strat el fiind deja saturat cu ionii ce trebuiau retinuti); sub acea de schimbator in efluent (punctul c) apar primele urme de ioni ce trebuiau retinuti de acesta; momentul respectiv este numit punct de strapungere; din acest moment valoarea concentratiei

    momentul epuizarii stratului de schimbator deoarece zona de schimb nu a ajuns inca la baza coloanei.

    Figura 7 Forma curbei de strapungere

    Proiectarea unitatilor de schimb ionic necesita cunoasterea capacittii stratului de rsina si a eficientei procesului de schimb ionic. Capacitatea totala de schimb a rsinii exprimata in echivalenti pe

    Figura 8 Reprezentarea grafica pe curba de strapungere a capacitatii totale de schimb

    In tehnica este utilizata asa numita capacitate efectiva (capacitate de strapungere) care este data de numarul de grupe ionice participante efectiv la reactia de schimb pe unitatea de masa sau

    Page 3 of 10INVESTIGAREA EXPERIMENTALA A DEMINERALIZARII APEI PRIN SCHIM...

    23-Apr-15http://www.scritub.com/stiinta/chimie/INVESTIGAREA-EXPERIMENTALA-A-D31...

  • -concentratia si tipul de ioni ce vor fi fixa (adsorbi) in rasina

    -viteza de curgere a solutiei prin coloana

    - temperatura

    -inaltimea stratului de rsin

    -tipul, concentratia si cantitatea de regenerant utilizata

    Concentratia solutiei de alimentare, viteza de curgere si concentratia regenerantului pot fi variate pentru dezvoltarea relatiilor intre utilizarea rasinii si eficienta regenerantului astfel incat pot fi selectate conditiile optime de operare pentru

    Eficienta este conceptul utilizat pentru a indica gradul de utilizare a regenerantului. Eficienta coloanei este raportul dintre capacitatea operationala de schimb si capacitatea teoretica

    In scopul caracterizarii dinamicii procesului de schimb ionic s-au realizat experimente de demineralizare a unor solutii diluate de cloruri ( solutie NaCl, solutie CaCl2, solutie NiCl2

    Curbele de strapungere obtinute in cazul demineralizarii solutiei de NaCl , de concentratie 0,3 g/l Cl-,atunci cans s-a lucrat la doua tempoeraturi diferite respectiv la doua inaltimi de strat fix, sunt prezentate in figura 9

    (a) (b)

    Figura 9 Evolutia in timp a concentratiei ionului Cl- in efluentul instalatiei pentru experientele din experimentul factorial 23 referitor la

    In cazul demineralizarii solutiei de CaCl2 in care concentratia ionilor de clor este de 0,3 g/l au fost obtinute curbele de strapungere din figura 10

    (a) (b)

    Figura 10 Evolutia in timp a concentratiei ionului Cl- in efluentul instalatiei pentru experientele din experimentul factorial 23 referitor la

    In cazul demineralizarii solutiei de NiCl2 , de concentratie 0,3 g/l Cl- au fost obtinute urmatoarele curbe de strapungere prezentate in figura 11

    (a) (b)

    Figura 11 Evolutia in timp a concentratiei ionului Cl- in efluentul instalatiei pentru experientele din experimentul factorial 23 referitoare la

    In cazul demineralizarii solutiei de AlCl3 , de concentratie 0,3 g/l Cl- au fost obtinute urmatoarele curbe de strapungere:

    (a)

    Figura 12 Variatia in timp a concentratiei ionului Cl- in efluentul instalatiei pentru experientele din experimentul factorial 23 referitor la : solutie AlCl

    In reprezentarile din figura 13 sunt prezentate comparativ curbele de strapungere corespunzatoare demineralizarii solutiilor diluate de NaCl, CaCl

    Page 4 of 10INVESTIGAREA EXPERIMENTALA A DEMINERALIZARII APEI PRIN SCHIM...

    23-Apr-15http://www.scritub.com/stiinta/chimie/INVESTIGAREA-EXPERIMENTALA-A-D31...

  • (a) (b)

    ( c) (d)

    Figura 13 Evolutia in timp a concentratiei ionilor de Cl- in efluentul instalatiei pentru toate experientele din planul factorial (c0 = 0.3 g/l Cl

    Fiecare curba de strapungere este caracterizata printr-o anumita stare a factorilor si unul sau mai multe raspunsuri. Temperatura procesului (T), viteza de curgere a solutiei prin strat,(w

    Viteza de curgere a solutiei prin strat se calculeaza in functie de diametrul coloanei si debitul volumetric al solutiei care strabate coloana cu relatia (1) in care d este diametrul interior al coloanei,m

    (1)

    Volumul total de schimbatori, , poate fi obtinut cu relatia (2) ) in care este inaltimea stratului de schimbator in m

    (2

    Timpul de stationare in coloana , , se calculeaza cu relatia (3) unde este porozitatea stratului din particule sferice de schimbatori de ioni ( )

    (3)

    Gradul de saturatie al zonei de schimb,f, poate fi obtinut in functie de valorile timpilor de saturatie si respectiv de strapungere si de curba ce da dinamica a strapungerii ;

    (4)

    Inaltimea zonei de schimb reprezinta inaltimea stratului in care se produce schimbul ionic; ea poate fi calculata in functie de timpii de strapungere si de saturatie cu relatia

    (5)

    Eficienta procesului de schimb, E poate fi exprimata in functie de inaltimea zonei de schimb , si respectiv in functie de inaltimea stratului de schimbator, .

    (6)

    3.6 Valorificarea rezultatelor experimentale prin modele statistice

    Plecand de la investigarea experimentala a influentei vitezei de curgere prin strat, a volumului total de schimbatori de ioni si a temperaturii de lucru asupra dinamicii procesului si utilizand relatiile 1

    de schimbator, si temperatura de operare T) s-au calculat in functie de valorile naturale cu relatiile (7) (9).

    (7)

    (8)

    (9)

    Valorile adimensionalizatte ale raspunsurilor au fost stabilite cu relatiile (10) si (11)

    (10)

    (11)

    Tabelul 2. Factorii si valorile raspunsului pentru experimentul factorial 23

    Page 5 of 10INVESTIGAREA EXPERIMENTALA A DEMINERALIZARII APEI PRIN SCHIM...

    23-Apr-15http://www.scritub.com/stiinta/chimie/INVESTIGAREA-EXPERIMENTALA-A-D31...

  • Valorile naturale ale factorilor procesului in centrul planului experimental sunt viteza de curgere prin strat 0.8510-3 m/s, volumul de schimbatori, 0.16510-3 m3si temperatura,

    (12)

    Page 6 of 10INVESTIGAREA EXPERIMENTALA A DEMINERALIZARII APEI PRIN SCHIM...

    23-Apr-15http://www.scritub.com/stiinta/chimie/INVESTIGAREA-EXPERIMENTALA-A-D31...

  • (13)

    Tabelul 3 Matricea experimentala pentru experimentul factorial 23

    No. Cation x1 x2 x3 ybr ysat yef

    1

    Na+

    -1

    1

    1 77.727 96.818 0.831

    2 -1 75.000 99.545 0.786

    3

    -1

    1 65.455 98.182 0.703

    4 -1 57.273 95.455 0.648

    5

    1

    1

    1 121.364 156.818 0.797

    6 -1 111.818 145.909 0.803

    7

    -1

    1 70.909 125.455 0.637

    8 -1 65.455 122.727 0.572

    9

    Ca2+

    -1

    1

    1 96.818 121.364 0.823

    10 -1 94.091 114.545 0.84

    11

    -1

    1 111.818 185.455 0.635

    12 -1 10636 180 0.59

    13

    1

    1

    1 145.909 162.273 0.92

    14 -1 137.727 159.545 0.875

    15

    -1

    1 111.818 13636 0.857

    16 -1 98.182 130.909 0.801

    17

    Ni2+

    -1

    1

    1 88.636 11182 0.823

    18 -1 8182 105 0.819

    19

    -1

    1 90 122.727 0.765

    20 -1 87.273 120 0.749

    21

    1

    1

    1 135 178.636 0.789

    22 -1 120 160.909 0.76

    23

    -1

    1 84.545 122.727 0.744

    24 -1 79.091 136.364 0.61

    25

    Al3+

    -1

    1

    1 199.09 228.89 0.94

    26 -1 196.36 224.8 0.96

    27

    -1

    1 16636 231.818 0.731

    28 -1 160.909 229.091 0.728

    29

    1

    1

    1 195.000 235.9 0.88

    30 -1 200.45 2563 0.86

    31

    -1

    1 1563 310.9 0.87

    32 -1 141.81 229.09 0.77

    Asa cum s-a aratat anterior,in procesul de schimb ionic timpul de strapungere si cel de saturatie, implicit volumele de efluent asociate acestora, sunt variabile dependente (raspunsuri).

    Prelucrand datele din tabelul 2 pe baza unei proceduri recomandata pentru un experiment factorial cu 2 nivele s-au obtinut urmatoarele corelatii:

    (16)

    (18)

    Page 7 of 10INVESTIGAREA EXPERIMENTALA A DEMINERALIZARII APEI PRIN SCHIM...

    23-Apr-15http://www.scritub.com/stiinta/chimie/INVESTIGAREA-EXPERIMENTALA-A-D31...

  • (23)

    (24)

    (25)

    Corelatiile 14-25 indica faptul ca raspunsurile procesului sunt influentate de factori si de interactiunile dintre acestia. Nu este cazul a analiza fiecare relatie in parte pentru expresia fiecareia arata foarte clar

    Aplicatia 1.Sa se determine volumul de anionit Vionit AT-14 si volumul de cationit Vionit CS3 necesar pentru ca operand cu viteza fictiva de 10-3 m/s sa se reuseasca mentinerea unui debit de apa

    Pentru rezolvarea aplicatiei mai sus mentionate se procedeaza dupa cum urmeaza:

    a) Se stabilesc valorile factorilor adimensionali x1 si x2: x1=(1-0.85)/0.35 = 0.428, x2 = -1

    b) Se calculeaza sectiunea si diametrul coloanei ce sustine stratul A= Gv/wf = 0.05/(3600*10-3) = 0.0139 m2, Dc =(4*A/14)

    0.5 = 0.134 m

    c) Se stabilieste concentratia de ioni Cl-ce provine din fiecare din cele 3 cloruri in apa supusa demineralizarii: cCl1=0.15*1.5 = 0.225 g/l , cCl2 =0.45*1.5 = 0.575 g/l, cCl3 =0.4*1.5 = 0.6 g/ l

    d) Cu ajutorul relatiilor (16),(19) si (22) se construeste expresia specifica caracteristica pentru eficienta schimbului ionic caracteristica cazului:

    e) Se fixeaza valoarea eficientei schimbului ionic caracteristic cazului si se obtine astfel ecuatia care da valoarea parametrului x3 corespondent aplicatiei; pentru yef =0.9 se obtine x

    f) Cu ajutorul relatiilor (14),(17) si (20) se construeste expresia specifica caracteristica pentru volumul specific de apa demineralizata produsa pana la strapungere.

    g) Introducand valorile lui x1 , x2si x3 in expresia ce da volumul specific de apa demineralizata se obtine ; rezulta imediat ca adica =0.025 m3 rasina cationica

    h) Se calculeaza inaltimea fiecarui strat de rasina Hcat = Hani = Vs/A = 1.8 m

    Aplicatia 2. Se cere sa se formuleze si rezolve o problema de optimizare tehnico-economica constand in determinarea factorilor care sa permita obtinerea unui volum maxim de apa demineralizata in

    Solutia acestei probleme de optimizare este obtinuta prin maximizarea functiei Lagrange asociate enuntului in care valoareaeficientei procesului, v, variaza intre 0,6 si 0,9. Pentru cazul in care apa supusa demineralizarii a continut NaCl cu

    (27)

    Fig. 14 Evolutia factorilor adimensionali cand functia LNa(x1, x2, x3, ) este maximizata la diferite valori v ale eficientei procesului (

    Fig. 15 Evolutia factorilor adimensionali cand functia LCa(x1, x2, x3, ) este maximizata la diferite valori v ale eficientei procesului ( - x1BE,

    Page 8 of 10INVESTIGAREA EXPERIMENTALA A DEMINERALIZARII APEI PRIN SCHIM...

    23-Apr-15http://www.scritub.com/stiinta/chimie/INVESTIGAREA-EXPERIMENTALA-A-D31...

  • Fig. 16 Evolutia factorilor adimensionali cand functiaLNi(x1, x2, x3,) este maximizata la diferite valori v ale eficientei procesului ( - x1BE, -

    Fig. 17 Evolutia factorilor adimensionali cand functia LAl(x1, x2, x3,) este maximizata la

    diferite valori v ale eficientei procesului ( - x1BE, - x2BE, - x3BE)

    Starea factorilor adimensionali ai procesului in functie de eficienta acestuia, notata cu v, este prezentata in figurile 14-17. Este de remarcat faptul ca la eficiente cuprinse intre 0,6 si 0,9 nu toti

    - in cazul purificarii solutiilor ce contin cationul se observa ca valorile factorilor raman aproximativ neschimbate pentru orice valori ale lui ; astfel viteza de curgere adimensionala si inaltimea stratului au valori puternic negative in

    -pentru cazul solutiilor ce contin cationul cele mai bune performante ale procesului sunt obtinute pentru o valoare a eficientei procesului de aproximativ 0,77, cand valorile vitezei de curgere

    - in cazul procesarii solutiilor in care cationul este cele mai bune rezultate sunt obtinute pentru o valoare a eficientei de aproximativ 0,72 caz in care cand toate valorile codificate ale factorilor procesului

    - in caz ca solutia prelucrata contine cationul cea mai buna performanta a procesului se obtinute pentru o valoare a eficientei de aproximativ 0,88, cand toate valorile codificate ale

    Utilizarea curbelor individuale de strapungere pentru a gasi o procedura pentru estimarea eficientei schimbului ionic va fi folosita ca baza de plecare pentru analiza eficientei schimbului ionic cand influentul

    7 Concluzii

    Cercetarea experimentala dezvoltata in acest capitol a avut drept scop dezvoltarea unui proceduri prin care curbele de strapungere obtinute experimental in cazul schimbului ionic in asupra eficacitatii utilizarii rasinii. In acest sens au fost realizate urmatoarele:

    -s-a conceput si construit o instalatie experimentala la scara pilot de laborator pentru demineralizare apa cu continut de cloruri cu schimbatori in coloane separate si cu monitorizare on

    -s-a selectat drept anionit puternic bazic rasina Vionit AT-14 in tandem de lucru cu cationitul puternic acid Vionit CS3 si s-a implementat procedura de investigare experimentala,

    - s-a propus si dezvoltat experimental analiza procesului de schimb ionic prin programare factoriala de tip in care ca factori naturali ai procesului au fost selectati viteza de

    - au fost ridicate cele 32 de curbe de strapungere ( cite 8 pentru fiecare din clorurile considerate ) procedand la adimensionalizarea acestora si apoi la calculul numeric, pentru fiecare caz, a gradului de saturare

    - pentru fiecare din cazurile de cloruri utilizate in experiement sa determinat volumul specific de apa demineralizata obtinuta pana la strapungerea respectiv pana la saturarea rasinii si acestea impreuna cu eficienta

    - a fost dezvoltata o aplicatie in care s-a detaliat cum se utilizeaza relatiile obtinute in vederea rezolvarii unei probleme de dimensionare tehnologica in care se urmareste sa se determine volumul de rasina, sectiunea coloanei

    - posibilitatile oferite de corelatiile obtinute in sensul solutionarii unor probleme de optimizare specifice schimbului ionic este detaliata printr-o aplicatie specifica in care interesul este

    BIBLIOGRAFIE

    [ 1] Athanasiadis K., Helmreich B., 2005, Influence of chemical conditioning on the ion exchange capacity and on kinetic of zinc uptake by clinoptilolite. Water Research, 39, 15271532.

    [2 ] Barros, M. A.S.D., Silva, E.A. Arroyo, P.A. Tavares, C.R.G., Schneider. R.M, M. Suszek,M, Sousa-Aguiar, E.F.,2004, Removal of Cr(III) in the fixed bed column and batch reactors using as adsorbent

    [ 3] Chabani, M., Bensmaili, A., 2005, Kinetic modelling of the retention of nitrates by Amberlite IRA 410, Desalination 185, 509515

    [ 4] Chen J.P., Wang, L., 2004, Characterization of metal adsorbtion kinetic properties in batch and fixed bed reactors, Chemosphere, 54, 397-404

    [5 ] Dardel, F., Arden, T. V., 1989, Ion exchange-principles and applications. Rohm and Haas Brochur, A(14).

    [ 6] Dechow, F.J,1989,Separation and Purification Techniques in Biotechnology, William Andrew Publishing/Noyes, pag 163-320;

    [ 7] Demir, A., Gnay, A., Eyyp, D.,2002, Ammonium removal from aqueous solution by ion-exchange using packed bed natural zeolite. Water SA 28(3), 329-335.

    [ 8] Douglas Le Van, M., Carta, G., Carmen, M., Yon, M.S., 1999, Adsorption and Ion Exchange, McGraw Hill, New York.

    [ 9] Galan, B., Castaneda, D.,Ortiz, I.,2005, Removal and recovery of Cr(VI) from polluted ground waters:A comparative study of ion-exchange technologies. Water Research 39,4317

    [ 10 ] Gode,F., Pehlivan, E., 2006, Removal of chromium(III) from aqueous solutions using Lewatit S 100: The effect of pH, time, metal concentration and temperature. J. Hazard. Mater

    [11] Haub, C.E., Foutch, G.L. , 1986, Mixed bed ion exchange at concentrations Approaching the dissociation of water. Ind. Eng.Chem. Fundam.25, 373-381

    [12 ] Helfferich, F. G., 1964, Ion Exchange. McGraw Hill, New York.

    [13] Holl W, Fundamentals of Ion Exchange, Institute for Technical Chemistry, Karlsruhe, 1997

    [ 14 ] Inglezakis, V.J., Loizidou, M.D., Grigoropoulou, H.P.,2002, Equilibrium and kinetic ion exchange studies of Pb2+, Cr3+, Fe3+and Cu2+ on natural clinoptilolite. Water Research 36,

    [ 15] Inglezakis, V. J., Grigoropoulou, H.,2004, Effects of operating conditions on the removal of heavy metals by zeolite in fixed bed reactors. J. Hazard. Mater., B112, 37-43

    [ 16] Ionescu, T. Schimbul ionic in tehnica, Editura Tehnica, Bucuresti, 1969

    [ 17] Jia, Y., Foutch G.L., 2004, True multicomponent mixed-bed ion exchange modeling., Reactive& Functional Polymers 60, 121-135

    [ 18 ] Jorgensen, T.C., Weatherley, L.R.,2003, Ammonia removal from wastewater by ion exchange in the presence of organic contaminants. Water reasearch, 37 ,1723-1728

    [ 19] Kocaoba S., Akcin G., 2005, Removal of chromium (III) and cadmium (II)from aqueous solutions. Desalination,180, 151-156.

    [ 20] Koul, V.K., Gupta, A.K.,2004, Uptake of sodium chloride by mixture of weakly acidic and weakly basic ion exchange resins: equilibrium and kinetic studies. Chem.Eng. Science

    [21 ] El-Kamash, A. M., Zaki, A.A., Abed El Geleel, M., 2005, Modeling batch kinetics and thermodynamics of zinc and cadmium ions removal from waste solutions using synthetic zeolite A,

    [22] Lin, S.H., Kiang, C.D., 2003, Chromic acid recovery from waste acid solution by an ion exchange process: equilibrium and column ion exchange modeling. Chem. Eng.J.,92,193

    [ 23] Markovska, L., Meshko, V., Noveski, V., Marinkovski, M., 2001, Solid diffusion control of the adsorption of basic dyes onto granular activated carbon and natural zeolite in fixed bed columns.

    [24 ] Muraviev, D., Gonzalo, A., Nikolai, A., Tikhonov, A., Valiente, M.,1998, Ion exchange on resins with temperature-responsive selectivity.II. Thermo-induced concentration waves in ion

    [ 25] Oren, A.H., Kaya, A.,2006, Factors affecting adsorption characteristics of Zn2+ on two natural zeolites. J. Hazard. Mater, B131, 59-65

    [ 26] Pehlivan, E., Altun, T., 2006, The study of various parameters affecting the ion exchange of Cu2+, Zn2+, Ni2+, Cd 2+si Pb2+ from aqueous solution on Dowex 50W synthetic resin.

    Page 9 of 10INVESTIGAREA EXPERIMENTALA A DEMINERALIZARII APEI PRIN SCHIM...

    23-Apr-15http://www.scritub.com/stiinta/chimie/INVESTIGAREA-EXPERIMENTALA-A-D31...

  • [27 ] Petrus,R., Warchol, J., 2003, Ion exchange equilibria between clinoptilolite and

    aqueous solutions of Na+/Cu2+, Na+/Cd2+ and Na+/Pb2+, Microporous and Mesoporous Mater., 61,137146

    [ 28] Rousseau, R, 2004, Handbook of Separation Process Technology,John Wiley & Sons, 697-730

    [29 ] Tan, H, 2003, Ion exchange accompanied by neutralization in an anion bed, Chem. Eng.J.,91, 59-66

    [ 30] R. Treybal, Mass Transfer Operations, McGraw-Hill, 1980.

    [ 31 ] F. Vogel, H.C.; Tadaro, C.L, 2002 Fermentation and Biochemical Engineering Handbook - Principles, Process Design, and Equipment ,(2nd Edition),William Andrew Publishing/Noyes, 382

    [ 32] Vukojevic Medvidovic, N., Peric, J., Trgo, M., 2006, Column performance in lead removal from aqueous solutions by fixed bed of natural zeolite. Sep. Purif. Technol,49, 237244.

    [ 33] Wang, W., Fthenakis, V., 2005, Kinetics study on separation of cadmium from tellurium in acidic solution media using ion exchange resins. J. Hazard. Mater., B125, 80-88

    [ 34] Warchol, J., Petrus, R., 2006 Modeling of heavy metal removal dynamics in clinoptilolite packed beds. Microporous and Mesoporous Materials xxx (2006) 2939

    [35 ] Grandison, A.S.; Lewis, M.J., 1996, Separation Processes in the Food and Biotechnology, Woodhead Publishing, 155-166;

    [36 ] T. Dobre, L. Calota, O. C. Parvulescu, G. Iavorschi, 2006,U.P.B. Sci. Bull,68,13-26

    .

    [37 ] Dobre, T, Parvulescu, O. C., Calota, L., Iavorschi, G., 2007, Use of Individual Breakthrough Curves for Prediction of Ion Removal by Fixed Bed Ion Exchange. 34th International Conference of Slovak Society of Chemical

    Pentru a scpa de grsimea de pe

    burt i picioare,bea

    dimineaa n loc de cafea

    Burta se va STRNGE n 5 zile!

    Consumai dimineaa 1

    lingur...

    Romanii au aflat cum pot opri

    contorul electric! Tot ce trebuie sa

    faci, e sa...

    Romanii au aflat cum pot opri

    contorul electric! Tot ce trebuie sa

    faci, e sa...

    Cum s scapi de burt ntr-o sptmn?! Trebuie s

    consumi n fiecare zi...

    Albirea dinilor n condiii casnice!

    Un zmbet de milioane ntr-o

    singur zi!

    Document

    Accesari:

    Apreciat:

    Comenteaza documentul:Nu esti inregistrat

    Trebuie sa fii utilizator inregistrat

    Creaza

    Copyright Contact (SCRIGROUP Int. 2015 )

    Page 10 of 10INVESTIGAREA EXPERIMENTALA A DEMINERALIZARII APEI PRIN SCHI...

    23-Apr-15http://www.scritub.com/stiinta/chimie/INVESTIGAREA-EXPERIMENTALA-A-D31...