Главная » 2014»Сентябрь»21 » Скачать Кинетика термического гидролиза функциональных групп ионитов и динамика ионного обмена при высокой температуре. Гантман, бесплатно
09:26
Скачать Кинетика термического гидролиза функциональных групп ионитов и динамика ионного обмена при высокой температуре. Гантман, бесплатно
Кинетика термического гидролиза функциональных групп ионитов и динамика ионного обмена при высокой температуре
Диссертация
Автор: Гантман, Александр Иосифович
Название: Кинетика термического гидролиза функциональных групп ионитов и динамика ионного обмена при высокой температуре
Справка: Гантман, Александр Иосифович. Кинетика термического гидролиза функциональных групп ионитов и динамика ионного обмена при высокой температуре : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.17 Владивосток, 1983 191 c. : 61 85-1/231
Объем: 191 стр.
Информация: Владивосток, 1983
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
Глава I ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ИОНИТОВ И
МЕХАНИЗМАХ ПРОИСХОДЯЩИХ В НИХ ПРОЦЕССОВ II
§11 Механизмы и кинетика термического гидролиза функциональных групп полистирольных ионитов II
§12 Равновесие, кинетика и динамика ионного обмена : зависимость от температуры и обменной емкости
§13 Математические модели процессов, происходящих в ионитах и ионообменных колонках
§14 Структура и свойства матрицы ионита и сорбированной воды Факторы, определяющие влагосодернание и набухаемость ионитов
§15 Методы определения и численного выражения основных характеристик ионитов
Глава 2 КИНЕТИКА ГИДРОЛИЗА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП ИОНИТОВ В
МОНОИОННЫХ И СМЕШАННЫХ ФОРМАХ С УЧЕТОМ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЫДЕЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ ГИДРОЛИЗА И ВОДЫ 5Q
§21 Анализ специфических аспектов кинетического описания процесса десульфирования катионита
§22 Кинетика десорбции продуктов гидролиза функциональных групп и воды
§231 Зависимость влагосодержания ионита от его обменной емкости и диссоциации функциональных групп
§24 Влияние специфики функциональных групп на влагосодержание ионита
§25 Изменение набухаемости и влагоемкости ионита при увеличении температуры
§26, Участие диссоциированных сульфогрупп в процессе десульфирования катионита
§2*7* Кинетика десульфирования катионитов в смешанных ионных формах при нагревании в воде
§28 Кинетика термического гидролиза функциональных групп сильноосновных анионитов
Глава 3 ДИНАМИКА ИОННОГО ОБМЕНА ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
§31 Математическая модель работы ионообменной колонки с уменьшающейся обменной емкостью ХХ
§32 Уравнения кинетики и динамики сорбции из разбавленных растворов при высокой температуре
§33 Особенности одновременного протекания процессов ионного обмена и отщепления функциональных групп ионита в колонке
§34# Оптимизация использования ионитовых фильтров * в высокотемпературных режимах
ВЫВОДЫ U
Введение:
До сих пор детальное изучение и моделирование кинетики гидролиза функциональных групп и динамики ионного обмена как правило проводились независимо. Разработаны методы, которые позволи-i i^i ли успешно рассчитывать оптимальные условия применения ионитовых фильтров при обычной температуре и прогнозировать изменение свойств ионита с течением времени при высокой температуре. Но, при одновременном протекании процессов ионного обмена и гидролиза функциональных групп наблюдается взаимное влияние их друг на друга, что значительно усложняет как формулировку задачи, так и расчеты. Кроме математических трудностей серьезным препятствием решению этой задачи является ограниченность или отсутствие данных и представлений об изменении ряда важных свойств ионита(селективности, влагосодержания, термостойкости и др.) при увеличении температуры, изменении ионного состава и уменьшении обменной емкости ионита.
Целью настоящей работы явились разработка представлений об
• 5 одновременном протекании процессов ионного обмена и гидролиза функциональных групп полистирольных ионитов при высокой температуре и построение на их основе математической модели ионообменного фильтра. При этом возникает ряд серьезных проблем, связанных с тем, что зерно ионита в растворе является открытой системой. Использование методов формальной кинетики для описания процесса гидролиза функциональных групп требует учета кинетики переноса продуктов реакции, противоионов и воды из зерна в раствор.
Отсюда очевидна необходимость изучения и формулировки основных зависимостей равновесия ионита с внешним раствором от его обменной емкости, ионного состава и температуры. Другая особенность ионита состоит в том, что по своей структуре и свойствам он находится между полимерами и концентрированными растворами электролитов. Поскольку непосредственное определение коэффициентов активности компонентов ионита невозможно, для правильного применения методов химической кинетики очень важен выбор концентрационной шкалы.
При построении модели работы ионитового фильтра в высокотемпературном режиме необходимо учитывать, что в ходе как ионного обмена, так и гидролиза, возможны сильные изменения набу-хаемости, селективности и проницаемости ионита, которые тоже вносят свой вклад в кинетику и динамику процесса.
В ходе решения поставленной задачи было подробно изучено влияние на скорость гидролиза функциональных групп таких факторов, как влагоемкость ионита, его ионная форма, скорость десорбции продуктов реакции и воды. Предложена поду эмпирическая модель равновесия набухшего ионита с внешней водой, позволившая успешно описать зависимость влагоемкости и набухаемости ионита от температуры, обменной емкости, ионного состава и активности
• 6 внешней вода. Определена скорость десорбции продуктов десульфи-рования катионита при разной температуре. Обоснован наиболее приемлемый выбор-концентрационной шкалы для расчета кинетики реакций в фазе ионита.
На этой основе подучены и исследованы квазистационарные решения задач кинетики гидролиза функциональных групп сильнокислотных катионитов и сильноосновных анионитов в моноионных и смешанных формах. Сформулирована математическая модель динамики ионного обмена в условиях уменьшающейся обменной емкости ионита. Проведен анализ применяемых приближений, подробно исследована работа модели и получены численные решения для сорбции хлорида натрия при разной температуре в колонках с ионитами КУ-2 и AB-I7. Для расчета других вариантов ионного обмена необходимы соответствующие данные.
В ходе работы написан и отлажен ряд универсальных подпрограмм и программ, облегчащих решение прямых и обратных кинетических задач, а также графический вывод результатов расчетов. Диссертация подробно иллюстрирована графиками, выполненными с помощью ЭВМ.
На защиту выносятся следующие положения диссертационной работы:
1. Количественные и качественные закономерности, описывающие зависимость влагоемкости сильнокислотных и сильноосновных иони-тов полистирольного типа от обменной емкости, ионного состава, температуры и активности внешней воды.
2. Результаты теоретического и экспериментального изучения кинетики десорбции продуктов гидролиза функциональных групп и анализ влияния скорости десорбции на кинетику реакции.
3. Формулировка, исследование и решение задачи кинетического
• 7 описания термического гидролиза функциональных групп сильнокислотных и сильноосновных ионитов в моноионных и смешанных формах. 4. Математическая модель работы ионообменной колонки при высокой температуре, программная реализация которой позволила дать рекомендации по оптимальному использованию ионитовых фильтров в высокотемпературных режимах.
СПИСОК сокращений и обозначений, широко используемьЬс в работе ДВЕ - дивинилбензол;
РСС - реальная степень сшивки полимерной матрицы ;
ФГ - функциональные группы ионита;
Г - коэффициент гидратации, кг воды/экв ФГ ;
Ге - эквивалентный коэффициент гидратации, моль воды/экв
ФГ; связ эквивалентное количество "связанной" воды, моль воды/экв ФГ; r^o-otr - эквивалентное количество "равновесной" воды,моль pdJAri воды/экв ФГ ;
Е - полная обменная емкость ионита, экв ФГ/кг матрицы;
Е- - емкость по компоненту А, экв ФГ/кг матрицы; а, сог^-цНог емкость анионита по сильно- и низкоосновным ФГ, экв ФГ/кг матрицы;
К - коэффициент влагоемкости, кг воды/кг матрицы;
Ке - эквивалентный коэффициент влагоемкости, моль воды/экв ФГ;
Кд^ " концентрационная константа равновесия обмена иона
А на ион В ; Кд, К0 - константы диссоциации; Т - абсолютная температура, К ;
E, a h R к 3 Д mi4
Vе 'Си tonT
• коэффициент массопереноса компонента А ;
• относительный объемный коэффициент температурного расширения сорбированной воды;
• величина, характеризующая жесткость матрицы;
• концентрация компонента А в.растворе, моль/да3 ;
• диаметр зерна ионита, см ;
• коэффициент диффузии, ; •
• порозность засыпки ионита;
• энергия активации, кДк/молъ ;
• молярный коэффициент активности компонента А ;
• относительное содержание компонента в ионите- ;
• высота слоя ионита в колонке, см ;
• коэффициент упругости матрицы;
• эффективная константа скорости реакции;
• длина ионообменной колонки, см ;
• моляльность ФГ, моль/кг воды;
• количество компонента А в навеске ионита, моль;
• равновесное давление набухания;
• масса компонента А в навеске ионита, кг ;
• количество компонента в фильтрате, экв ;
• скорость протекания раствора в колонке, м/с ; о
• эквивалентный объем твердой фазы ионита, см /экв ФГ ;
• эквивалентный объем ФГ, см3/экв ФГ;
• удельный объем набухшего ионита, см3/кг матрицы;
• удельный объем матрицы ионита, см3/кг матрицы;
• эквивалентный объем набухшего ионита, см3/экв ФГ;
Хд - эквивалентная доля ионов А в ионите ;! X, Т - безразмерные координата'и время ; z - заряд иона
Черта сверху указывает на то, что величина относится к фазе ионита.
