Grande enciclopedia del petrolio e del gas. Determinazione della capacità di scambio dinamico totale dello scambiatore cationico
6. La limitazione del periodo di validità è stata rimossa secondo il protocollo N 5-94 dell'Interstate Council for Standardization, Metrology and Certification (IUS 11-12-94)
7. EDIZIONE (gennaio 2002) e successive modifiche (IUS 3-91)
Questa norma si applica agli scambiatori di ioni e specifica i metodi per determinare la capacità di scambio dinamico con rigenerazione completa dello scambiatore di ioni e con una data portata dell'agente rigenerante.
I metodi consistono nel determinare la quantità di ioni assorbiti dalla soluzione di lavoro da un volume unitario dello scambiatore ionico rigonfiato durante il flusso continuo della soluzione attraverso lo strato dello scambiatore ionico.
1. METODO DI CAMPIONAMENTO
1. METODO DI CAMPIONAMENTO
1.1. Il metodo di campionamento è indicato nella documentazione normativa e tecnica per prodotti specifici.
1.2. Per scambiatori di ioni, in cui la frazione di massa dell'umidità è inferiore al 30%, viene prelevato un campione (100 ± 10) g Per il rigonfiamento, il campione viene posto in un bicchiere con una capacità di 600 cm 3 e versato con un liquido saturo soluzione di cloruro di sodio, che dovrebbe ricoprire in eccesso lo strato dello scambiatore ionico, tenendo conto del suo rigonfiamento. Dopo 5 ore, lo scambiatore ionico viene lavato con acqua distillata.
1.3. Per scambiatori di ioni con frazione di massa più del 30% di umidità, un campione (150 ± 10) g viene portato in un bicchiere con una capacità di 600 cm 3 e vengono versati 200 cm 3 di acqua distillata.
2. REAGENTI, SOLUZIONI, MAGAZZINI, STRUMENTI
Acqua distillata secondo GOST 6709 o acqua demineralizzata che soddisfa i requisiti di GOST 6709.
Cloruro di bario secondo GOST 742, soluzione chimicamente pura con una frazione di massa del 10%.
Cloruro di calcio 2-acquose, chimicamente pure, soluzioni di concentrazione (СаСl=0,01 mol/dm (0,01 N) e (СаСl)=0,0035 mol/dm (0,0035 N).
Acido cloridrico secondo GOST 3118, chimicamente puro, soluzioni con una frazione di massa del 5% e concentrazioni (HCl) = 0,5 mol / dm (0,5 N), (HCl) = 0,1 mol / dm (0, 1 N) e (HCl )=0,0035 mol/dm (0,0035 N).
Acido solforico secondo GOST 4204, chimicamente puro, soluzioni con una frazione di massa dell'1%, concentrazione (HSO) = 0,5 mol / dm (0,5 N).
Idrossido di sodio secondo GOST 4328, chimicamente puro, soluzioni con una frazione di massa di 2, 4, 5%, concentrazioni (NaOH) = 0,5 mol / dm (0,5 N), (NaOH) = 0,1 mol / dm (0,1 N), (NaOH)=0,0035 mol/dm (0,0035 N).
Cloruro di sodio secondo GOST 4233, soluzione chimicamente pura, satura e soluzione di concentrazione (NaCI)=0,01 mol/dm (0,01 N).
Un indicatore misto, costituito da rosso metile e blu di metilene o rosso metile e verde bromcresolo, viene preparato secondo GOST 4919.1.
L'indicatore arancione metile o rosso metile, una soluzione con una frazione di massa dello 0,1%, viene preparata secondo GOST 4919.1.
L'indicatore fenolftaleina, una soluzione alcolica con una frazione di massa dell'1%, viene preparata secondo GOST 4919.1.
Assorbitore di calce chimica KhPI-1 secondo GOST 6755 o calce sodata.
Tubo (cloruro di calcio) secondo GOST 25336.
Becher 1000 secondo GOST 1770.
Cilindri secondo GOST 1770 versioni 1-4 con una capacità di 100 e 250 cm3 e versioni 1, 2 con una capacità di 500 e 1000 cm3.
Occhiali B o H secondo GOST 25336 in qualsiasi design con una capacità di 600 e 1000 cm.
Boccette Kn-1-250 secondo GOST 25336.
Pipette 2-2-100, 2-2-25, 2-2-20 e 2-2-10 secondo NTD.
Burette secondo NTD tipi 1, 2, versioni 1-5, classi di precisione 1, 2, con una capacità di 25 o 50 cm 3, con un valore di divisione non superiore a 0,1 cm e burette di tipo 1, 2, esecuzione 6 , classi di precisione 1, 2, con una capacità di 2 o 5 cm, con un valore di divisione non superiore a 0,02 cm.
Matracci volumetrici di esecuzioni 1, 2 secondo GOST 1770, classi di precisione 1, 2, con una capacità di 10, 25 e 100 cm3.
Setaccio con griglia di controllo 0315K secondo GOST 6613 con un guscio con un diametro di 200 mm.
Coppa ChKTs-5000 secondo GOST 25336 o realizzata in materiale di polimerizzazione, sufficiente per posizionare un setaccio al suo interno.
L'allestimento del laboratorio (vedi disegno) è costituito da una bottiglia 1 e da una colonna di vetro 6 con diametro interno di (25,0 ± 1,0) mm e altezza di almeno 600 mm per determinare la capacità di scambio dinamico in condizioni di completa rigenerazione del scambiatore di ioni e un diametro interno di (16,0 ±0,5) mm e un'altezza di almeno 850 mm per la determinazione in condizioni di una data portata dell'agente rigenerante. Nella parte inferiore della colonna è saldato un filtro FKP POR 250 XC di tipo 7 secondo GOST 25336 o un altro dispositivo di filtraggio resistente agli acidi e agli alcali, impermeabile ai grani dello scambiatore ionico di dimensioni superiori a 0,25 mm e con bassa resistenza alla filtrazione. La colonna è collegata alla bottiglia mediante un tubo di vetro 3 e un tubo di gomma 4 con una fascetta a vite 5. Per impedire l'ingresso di anidride carbonica dall'aria nella soluzione di idrossido di sodio, un tubo di cloruro di calcio 2 con un assorbitore KhPI-1 è installato nel tappo della bottiglia.
Allestimento di laboratorio
È consentito utilizzare altri strumenti di misura con caratteristiche metrologiche non peggiori di quelle indicate, nonché reagenti di qualità non inferiore a quelle indicate.
3. METODO PER LA DETERMINAZIONE DELLA CAPACITÀ DI SCAMBIO DINAMICA CON COMPLETA RIGENERAZIONE DELLA IONITE
3.1. Preparazione per la prova
3.1.1. La preparazione per il test viene eseguita secondo GOST 10896 e dopo la preparazione, lo scambiatore di ioni viene conservato in un pallone chiuso sotto uno strato di acqua distillata.
Il grado di resina a scambio cationico KU-2-8chS e il grado di resina a scambio anionico AV-17-8chS non sono preparati per i test secondo GOST 10896.
3.1.2. Un campione di scambiatore di ioni dal pallone sotto forma di sospensione acquosa viene trasferito in un cilindro con una capacità di 100 cm 3 e lo strato di scambiatore di ioni viene compattato picchiettando sulla superficie dura del fondo del cilindro fino all'arresto del ritiro. Il volume dello scambiatore ionico viene regolato a 100 cm 3 e lo scambiatore ionico viene trasferito nella colonna con l'aiuto di acqua distillata, assicurandosi che non vi siano bolle d'aria tra i granuli dello scambiatore ionico. L'acqua in eccesso viene scaricata dalla colonna, lasciando uno strato alto 1-2 cm sopra il livello dello scambiatore di ioni.
3.1.3. Lo scambiatore ionico nella colonna viene lavato con acqua distillata, facendolo passare dall'alto verso il basso ad una velocità di 1,0 dm/h. In questo caso, lo scambiatore anionico viene lavato dall'alcali (dalla fenolftaleina) e lo scambiatore cationico dall'acido (dal metilarancio).
3.1.4. Le forti resine anioniche di base nella forma ossidrile vengono caricate rapidamente e lavate con acqua priva di anidride carbonica.
3.2. Condurre un test
3.2.1. La determinazione della capacità di scambio dinamico degli scambiatori ionici consiste in più cicli, ciascuno dei quali comprende tre operazioni successive: saturazione, rigenerazione, lavaggio, le cui condizioni sono riportate nella tabella.1.
Tabella 1
Condizioni per determinare la capacità di scambio dinamico con rigenerazione completa dello scambiatore ionico
Indicatore | Classe ionica | Soluzione funzionante per la saturazione di scambiatori di ioni | Controllo della saturazione | Rigenerante | |||
saturare | lavaggio- | rigenera- |
|||||
Capacità di scambio dinamico prima della svolta () | Fortemente- | Cloruro di calcio (CaCl)=0,01 mol/dm (0,01 N) | Fino alla concentrazione di ioni calcio nel filtrato (Ca)=0,05 mmol/dm (0,05 mg eq/dm) è determinato secondo GOST 4151 | Acido cloridrico, soluzione con una frazione di massa del 5% | |||
Fortemente- | Cloruro di sodio (NaCl)=0,01 mol/dm (0,01 N) | Fino a quando la concentrazione di alcali non diminuisce di 0,5 mmol / dm (0,5 mg equiv / dm) rispetto al suo valore stabile massimo nel filtrato [indicatore misto, soluzione di titolazione, concentrazione di acido cloridrico (HCl) = 0,01 mol / dm (0,01 N.) ] e fino a quando il contenuto di ioni cloro non aumenta rispetto al suo contenuto stabile nel filtrato (determinato secondo GOST 15615) | Sodio idrossido, soluzione con una frazione di massa del 5% | ||||
Debole- | Fino a quando l'acido appare nel filtrato (dall'arancia metilica) | ||||||
Piena capacità di scambio dinamico () | Debole- | Acido cloridrico (HCl)=0,1 mol/dm (0,1 N) | Prima di equalizzare la concentrazione del filtrato con la concentrazione della soluzione di lavoro | Sodio idrossido, soluzione con una frazione di massa del 2% | |||
Appunti:
1. Quando si determina la concentrazione di ioni Ca secondo GOST 4151
2. Il carico specifico è il volume della soluzione fatto passare attraverso il volume dello scambiatore di ioni in 1 ora. Ad esempio, 5 dm / dm h corrisponde alla velocità di filtrazione a cui passano 500 cm della soluzione (8,3 cm / min) 100 cm di scambiatore di ioni in 1 ora.
3. La velocità di filtrazione viene impostata misurando in un cilindro graduato il volume del filtrato ottenuto in un determinato intervallo di tempo.
Le soluzioni e l'acqua vengono alimentate dall'alto verso il basso. Quando lo scambiatore anionico dei gradi AN-1 e AN-2FN è saturo, le soluzioni vengono alimentate dal basso verso l'alto.
3.2.2 Prima di effettuare le operazioni di saturazione, rigenerazione e lavaggio, la colonna viene riempita con l'apposita soluzione. Lo strato di soluzione sopra lo scambiatore di ioni dovrebbe essere (15 ± 3) cm.
3.2.3. Dopo la saturazione, la rigenerazione e il lavaggio, nella colonna sopra lo scambiatore di ioni viene lasciato uno strato liquido alto 1–2 cm.
3.2.4. La colonna con uno scambiatore ionico viene riempita con una soluzione di lavoro per una classe specifica di scambiatore ionico (vedere Tabella 1) in modo che lo strato di soluzione sopra lo scambiatore ionico sia (15±3) cm e venga selezionata la velocità di filtrazione appropriata.
Quando le soluzioni di lavoro con una concentrazione di 0,1 mol / dm (0,1 N) vengono fatte passare attraverso una colonna con uno scambiatore di ioni, il filtrato viene raccolto in cilindri con una capacità di 250 cm 3, ad una concentrazione di 0,01 mol / dm (0,01 N ) - in cilindri con una capacità di 1000 cm Nel secondo e nei successivi cicli di saturazione, prima della comparsa degli ioni della soluzione di lavoro nel filtrato (determinato dopo il primo ciclo), il filtrato viene raccolto in porzioni da 100 e 250 cm3, rispettivamente, le concentrazioni della soluzione di lavoro.
3.2.5. Viene prelevato un campione da ciascuna porzione del filtrato e la saturazione viene controllata secondo la tabella 1.
3.2.6. Dopo che gli ioni della soluzione di lavoro compaiono in una porzione del filtrato, viene calcolato il volume totale del filtrato.
3.2.7. Per determinare la capacità di scambio dinamico totale, si continua a far passare la soluzione fino a che la concentrazione del filtrato si eguaglia con la concentrazione della soluzione di lavoro. Il controllo della saturazione in questo caso si effettua titolando il campione con una soluzione acida (idrossido di sodio) con un indicatore misto fino a quando il colore non cambia.
3.2.8. Prima della rigenerazione, lo scambiatore ionico nella colonna viene allentato da un flusso di acqua distillata dal basso verso l'alto in modo che tutti i grani dello scambiatore ionico siano in movimento. L'allentamento dello scambiatore cationico KU-1 e degli scambiatori anionici AN-1 e AN-2FN viene effettuato prima dell'operazione di saturazione.
3.2.9. La rigenerazione dello scambiatore ionico viene effettuata con una soluzione acida (idrossido di sodio) alla velocità indicata in Tabella 1. Il filtrato viene raccolto in continuo in porzioni con un cilindro di 250-1000 cm 3, aggiungendo 3-4 gocce dell'indicatore. Quando nel filtrato compare un acido (idrossido di sodio), la sua concentrazione viene determinata nelle porzioni successive. Per controllare il filtrato, un campione viene prelevato con una pipetta o un matraccio tarato e titolato con una soluzione acida (idrossido di sodio) concentrazioni (HCl, HSO) = 0,5 mol / dm (0,5 N), (NaOH) = 0,5 mol / dm ( 0,5 n.) in presenza di un indicatore
3.2.10. La soluzione acida (idrossido di sodio) viene fatta passare fino a che la concentrazione del filtrato è uguale alla concentrazione della soluzione rigenerante.
3.2.11. Dopo la rigenerazione, lo scambiatore ionico viene lavato con acqua distillata fino a neutralità in termini di arancio metile (fenolftaleina) alla velocità indicata in Tabella 1. Quindi lo scambiatore ionico viene mantenuto in acqua distillata per 1 ora e il filtrato viene nuovamente controllato. Se il filtrato non è neutro, la resina viene nuovamente lavata.
3.2.12. La determinazione della capacità di scambio dinamico è completata se negli ultimi due cicli si ottengono risultati la cui discrepanza non supera il 5% del risultato medio.
3.2.13. La capacità di scambio dinamico della resina a scambio anionico AV-17-8chS viene determinata su due campioni paralleli nel primo ciclo di saturazione, prima della comparsa degli ioni della soluzione di lavoro nel filtrato. Il filtrato viene raccolto in porzioni di 250 cm 3. Il risultato viene preso come media aritmetica dei risultati di due determinazioni la cui discrepanza ammissibile non supera il 5% del risultato medio.
(Emendamento, IUS 3-91).
4. METODO PER LA DETERMINAZIONE DELLA CAPACITÀ DI SCAMBIO DINAMICA CON UN DATO CONSUMO DI SOSTANZA RIGENERANTE
4.1. Preparazione per la prova
4.1.1. La ionite, selezionata secondo i paragrafi 1.2 e 1.3, viene separata dalle frazioni fini mediante setacciatura a umido secondo GOST 10900 utilizzando un setaccio con una maglia N 0315K.
4.1.2. La resina scambiatrice anionica schermata viene posta in un becher, si aggiungono 500 ml di soluzione di idrossido di sodio con una frazione in massa del 4% e si mescola. Dopo 4 ore si drena la soluzione di idrossido, si lava lo scambiatore anionico con acqua fino a reazione leggermente alcalina rispetto alla fenolftaleina e si trasferisce in colonna, come indicato al paragrafo 3.1.2.
4.1.3. Lo scambiatore cationico schermato viene lavato dalla sospensione e dalla torbidità con acqua distillata mediante decantazione fino a quando appare acqua di lavaggio limpida e trasferito alla colonna in conformità al punto 3.1.2.
4.2. Condurre un test
4.2.1. La determinazione della capacità di scambio dinamico degli scambiatori di ioni prima della comparsa degli ioni della soluzione di lavoro nel filtrato () consiste in diversi cicli, ciascuno dei quali comprende tre operazioni successive: saturazione, rigenerazione, lavaggio, le cui condizioni sono riportate nella tabella 2. Le soluzioni e l'acqua vengono alimentate dall'alto verso il basso. L'altezza dello strato liquido al di sopra del livello dello scambiatore ionico è impostata come indicato nei paragrafi 3.2.2 e 3.2.3.
Tavolo 2
Condizioni per determinare la capacità di scambio dinamico degli scambiatori di ioni ad una data portata dell'agente rigenerante
Classe ionica | Rigenerante | Il tasso di consumo specifico di | Controllo del lavaggio | Soluzione funzionante per la saturazione dello scambiatore ionico | Controllo della saturazione | Velocità di filtrazione |
||
cattivo- | riciclaggio | reg- |
||||||
Fortemente | Fino ad una concentrazione di acido residuo nel filtrato, non superiore a | Cloruro di calcio (СаСl=0,0035 mol/dm (0,0035 N) | Fino alla concentrazione di ioni calcio nel filtrato superiore a (Ca)=0,05 mmol/dm | |||||
Debole- | Acido solforico, soluzione con una frazione di massa dell'1% | Fino all'assenza di ioni solfato nel filtrato (campione con BaCl in presenza di HCl) | Sodio idrossido (NaOH)=0,0035 mol/dm (0,0035 N) | Fino alla concentrazione nel filtrato di idrossido di sodio (NaOH)=0,1 mmol/dm | ||||
Fortemente- | Sodio idrossido con una frazione di massa del 4% | Fino a una concentrazione residua di idrossido di sodio nel filtrato, non superiore a (NaOH)=0,2 mmol/dm | Cloruro di sodio (NaCI)=0,01 mol/dm (0,01 N) | Fino a quando la concentrazione di alcali non diminuisce di (NaOH)=0,7 mmol/dm | ||||
Debole- | Sodio idrossido, soluzione con una frazione di massa del 4% | Fino a una concentrazione residua di idrossido di sodio nel filtrato, non più di (NaOH) = 0,2 mmol/dm (0,2 mg eq/dm) per la fenolftaleina | Acido cloridrico (solforico) (HCl, HSO) \u003d 0,0035 mol / dm (0,0035 N.) | Fino a una concentrazione di acido residuo nel filtrato non superiore a (N)=0,1 mmol/dm (0,1 mg equiv/dm), l'indicatore viene miscelato, la soluzione titolante è concentrazione di idrossido di sodio (NaOH)=0,01 mol/dm (0 .01 N.) | ||||
Appunti:
1. Quando si esprime il tasso di consumo specifico della sostanza rigenerante () in grammi per mole, la parola "mol" indica la massa molare dello ione equivalente (Na, K, Ca, Mg, Cl, NO, HCO, HSO, CO, SO
Eccetera.).
2. Il consumo effettivo dell'agente rigenerante non deve differire dal tasso specificato di oltre il 5%.
3. Quando si determina la concentrazione di ioni Ca secondo GOST 4151, è consentito utilizzare 2-3 gocce di un indicatore cromo-blu scuro e titolare con una soluzione di concentrazione di Trilon B (NaHCON 2HO) = 0,01 mol / dm (0,01
4. Il carico specifico è il volume della soluzione passata attraverso il volume dello scambiatore di ioni in 1 ora. Ad esempio, 5 dm / dm h corrisponde alla velocità di filtrazione a cui passano 500 cm della soluzione (8,3 cm / min) 100 cm di scambiatore di ioni in 1 ora.
5. La velocità di filtrazione viene impostata misurando in un cilindro graduato il volume del filtrato ottenuto in un determinato intervallo di tempo.
Per evitare l'intonacatura dello scambiatore cationico, la rigenerazione con acido e il lavaggio dai prodotti di rigenerazione vengono effettuati senza interruzioni, evitando interruzioni tra le operazioni.
Prima di eseguire ogni ciclo successivo, lo scambiatore ionico viene allentato da un flusso d'acqua dal basso verso l'alto in modo che tutti i grani dello scambiatore ionico siano in movimento.
4.2.2. Una soluzione rigenerante viene fatta passare attraverso lo scambiatore di ioni nella colonna, il cui volume () in centimetri cubi è calcolato dalla formula
dove è il tasso specificato di consumo specifico della sostanza rigenerante, g/mol (g/g eq);
- capacità di scambio dinamico; scegliere in base alla documentazione normativa e tecnica per uno specifico scambiatore di ioni, mol/m (g eq/m); per scambiatori di ioni di grado AV-17-8, AN-31 e EDE-10P, per la prima rigenerazione è consentito un valore aumentato della capacità di scambio dinamico fino a 3;
è il volume del campione dello scambiatore di ioni, cm;
- concentrazione della soluzione rigenerante, g/dm.
La quantità di soluzione rigenerante viene misurata all'uscita della colonna con un cilindro o un becher. Quindi la colonna viene scollegata, il livello della soluzione sopra lo scambiatore di ioni nella colonna viene abbassato a 1–2 cm e il tappo inferiore viene chiuso.
4.2.3. Dopo la rigenerazione, gli scambiatori di ioni vengono lavati con acqua distillata per rimuovere l'acido in eccesso (idrossido di sodio) alla velocità indicata nella tabella 2.
Periodicamente prelevare un campione del filtrato e titolare con soluzioni di sodio idrossido (acido) concentrazione (NaOH, HCl, HSO)=0,1 mol/dm (0,1 N) in presenza di metilarancio (fenolftaleina).
Controllo lavaggio secondo tabella.2.
4.2.4. Dopo il lavaggio, la colonna viene riempita con una soluzione di lavoro e il tasso di saturazione viene impostato secondo la tabella 2.
Quando le soluzioni di lavoro con una concentrazione di 0,01 mol / dm (0,01 N) vengono fatte passare attraverso la colonna, il filtrato viene raccolto in un cilindro con una capacità di 250 ml, ad una concentrazione di 0,0035 mol / dm (0,0035 N), un cilindro con una capacità di 1000 ml viene utilizzato Nel secondo e nei successivi cicli di saturazione, prima della comparsa degli ioni della soluzione di lavoro nel filtrato (determinato dopo il primo ciclo), il filtrato viene raccolto rispettivamente in 100 e 250 ml, delle concentrazioni della soluzione di lavoro.
4.2.5. Per controllare la saturazione, si preleva un campione da una porzione del filtrato e lo si analizza secondo la tabella 2. Se il risultato dell'analisi mostra che il livello di saturazione non ha raggiunto i valori indicati in Tabella 2, tutti i precedenti campioni del filtrato potrebbero non essere analizzati.
4.2.6. Dopo che gli ioni della soluzione di lavoro compaiono in una porzione del filtrato nelle quantità indicate in Tabella 2, si completa la saturazione e si calcola il volume totale del filtrato () e la capacità di scambio dinamico.
4.2.7. Lo scambiatore ionico viene sottoposto alla seconda rigenerazione e lavato secondo i paragrafi 4.2.2 e 4.2.3.
Nel calcolo del rigenerante richiesto per il secondo ciclo, utilizzare il valore della capacità di scambio dinamica ottenuta nel primo ciclo secondo quanto previsto al paragrafo 4.2.6.
Prima di effettuare successivi cicli di saturazione, il consumo della sostanza rigenerante viene calcolato dal valore della capacità di scambio dinamico ottenuta nel ciclo precedente.
4.2.8. La determinazione è completata se, negli ultimi due cicli, si ottengono risultati le cui discrepanze ammissibili non superano il 5% del risultato medio, con consumo specifico effettivo della sostanza rigenerante che si discosta di non più dalla norma data superiore al 5%.
5. ELABORAZIONE DEI RISULTATI
5.1. La capacità di scambio dinamico () in moli per metro cubo (g eq / m) prima della comparsa degli ioni della soluzione di lavoro nel filtrato è calcolata dalla formula
dove è il volume totale del filtrato fatto passare attraverso lo scambiatore di ioni fino alla comparsa degli ioni della soluzione di lavoro, cm;
- il volume dello scambiatore di ioni, vedi
5.2. Il consumo effettivo della sostanza rigenerante () in grammi per mole (g / g eq) di ioni assorbiti è calcolato dalla formula
dov'è il volume della soluzione rigenerante, cm;
- concentrazione della soluzione rigenerante, g/dm;
- il volume totale del filtrato passato attraverso lo scambiatore ionico prima della comparsa degli ioni della soluzione di lavoro, cm;
- concentrazione della soluzione di lavoro, mol/dm (n.
5.3. La capacità di scambio dinamico totale () in moli per metro cubo (g eq / m) è calcolata dalla formula
dove è il volume totale del filtrato fatto passare attraverso lo scambiatore ionico prima di equalizzare le concentrazioni del filtrato e della soluzione di lavoro, cm;
- concentrazione della soluzione di lavoro, mol/dm (n.);
- il volume della porzione di filtrato dopo la comparsa degli ioni della soluzione di lavoro (sfondamento), cm;
- concentrazione della soluzione in una porzione del filtrato dopo la comparsa degli ioni della soluzione di lavoro (breakthrough), mol/dm (n.);
- il volume dello scambiatore ionico,
5.4. Come risultato della determinazione viene presa la media aritmetica dei risultati degli ultimi due cicli, le cui discrepanze ammissibili non superano ± 5%, con una probabilità di confidenza = 0,95.
Nota. Quando si esprime la capacità di scambio dinamico degli scambiatori di ioni in moli per metro cubo, la parola "mol" si riferisce alla massa molare dello ione equivalente (Na, K, Ca, Mg, Cl, NO, HCO, HSO, CO, SO, eccetera.).
Il testo del documento è verificato da:
pubblicazione ufficiale
ioniti. Metodi di determinazione
capacità di scambio: sab. GOST. -
Mosca: casa editrice IPK Standards, 2002
Addolcimento dell'acqua- un processo volto a rimuovere da esso i cationi di calcio e magnesio, cioè riducendone la rigidità.
A richiesta rigidità SANPiN bevendo acqua non deve superare i 7 mg-eq / l e sono stabiliti i requisiti per l'addolcimento profondo dell'acqua coinvolta nei processi di trasferimento del calore, ad es. fino a 0,05 ... 0,01 mg-eq / l. La durezza dell'acqua utilizzata per alimentare le caldaie a tamburo del cogeneratore non deve superare 0,005 mg-eq/l, o 5 µg-eq/l.
La diminuzione della concentrazione totale di cationi e anioni Mg (II), Ca (II), con i quali, in determinate condizioni, possono formare densi depositi insolubili sulle pareti di tubazioni e apparati, avviene sui sistemi di depurazione e trattamento delle acque con vari metodi, la cui scelta è determinata dalla qualità dell'acqua di sorgente, dall'esigenza alla sua pulizia e da considerazioni tecniche ed economiche.
Metodo di scambio ionico.
Questo metodo si basa sulla capacità di alcuni materiali (scambiatori di cationi e scambiatori di anioni) di assorbire ioni (cationi e anioni) dall'acqua in cambio di una quantità equivalente di ioni (cationi e anioni).
Il processo di cationizzazione è il processo mediante il quale vengono scambiati i cationi. Nel trattamento dell'acqua durante l'addolcimento - cationi scambiatori di cationi per ioni Ca 2+ e Mg 2+ dall'acqua.
Processo di anionizzazione - rispettivamente, anioni, principalmente durante la dissalazione e la dissalazione profonda.
Trattamento dell'acqua magnetico.
L'uso del trattamento magnetico dell'acqua è consigliabile in caso di elevata durezza carbonatica di calcio.
Nel processo di passaggio dell'acqua attraverso un campo magnetico, al suo interno si formano centri di cristallizzazione, che si ingrandiscono e cadono in un fango non appiccicoso, che viene rimosso durante il soffiaggio. Quelli. le precipitazioni non sono sulle pareti della superficie di riscaldamento, ma nel volume dell'acqua.
L'influenza sull'effetto anticalcare è esercitata da fattori quali la composizione qualitativa e quantitativa dell'acqua, la velocità di movimento del liquido attraverso le linee del campo magnetico, l'intensità del campo magnetico e il tempo di permanenza dell'acqua in esso.
Le condizioni per il successo del trattamento magnetico dell'acqua dovrebbero essere un alto contenuto di carbonato di calcio e solfato e la concentrazione di monossido di carbonio libero IV dovrebbe essere inferiore all'equilibrio. Inoltre aumenta l'effetto anticalcare delle impurità di ossidi di ferro e altri contenuti nell'acqua.
I dispositivi magnetici per il trattamento dell'acqua funzionano sia sulla base di magneti permanenti che sulla base di elettromagneti. Lo svantaggio dei dispositivi con magneti permanenti è che di tanto in tanto devono essere puliti dalle impurità ferromagnetiche. Gli elettromagneti vengono puliti dagli ossidi di ferro scollegandoli dalla rete.
La velocità dell'acqua in un campo magnetico durante il suo trattamento non deve superare 1 m/s. Per aumentare il volume dell'acqua trattata per unità di tempo, vengono utilizzati dispositivi con elaborazione magnetica strato per strato.
Il metodo di elaborazione magnetica ha trovato applicazione nelle reti di riscaldamento dell'acqua calda, nelle centrali termiche, negli scambiatori di calore.
La scelta di questo metodo per risolvere il problema dell'addolcimento dell'acqua dovrebbe basarsi principalmente sulla sua efficacia nel purificare l'acqua di una determinata qualità, utilizzata come fase principale, successiva o aggiuntiva.
Osmosi inversa.
V tempo a disposizione L'osmosi inversa è il metodo più utilizzato nel trattamento delle acque.
L'essenza del metodo è che ad alta pressione, da 10 a 25 atmosfere, l'acqua viene fornita alle membrane. Le membrane, essendo un materiale selettivo rispetto alle impurità che lo attraversano, lasciano passare le molecole d'acqua e non lasciano passare gli ioni disciolti nell'acqua.
Pertanto, all'uscita dopo aver installato l'osmosi inversa, otteniamo due flussi: il primo flusso di acqua pura che è passato attraverso la membrana, il cosiddetto permeato, e il secondo flusso - acqua con impurità che non è passata attraverso la membrana, chiamato concentrato.
Il permeato viene inviato al consumatore e costituisce dal 50 all'80% del volume dell'acqua fornita. La sua quantità dipende dalle proprietà della membrana e dalle sue condizioni, dalla qualità dell'acqua di sorgente e dal risultato di pulizia desiderato. Molto spesso è di circa il 70%.
Concentrare, rispettivamente, dal 50 al 20%.
Con un aumento del carico sulla membrana, ad es. aumento del rapporto percentuale tra l'acqua passata e l'acqua con impurità, la selettività della membrana diminuisce e raggiunge il minimo in assenza di concentrato, cioè quando tutta l'acqua fornita all'unità di osmosi inversa passa attraverso la membrana.
Le membrane ad osmosi inversa sono realizzate in un materiale polimerico composito di una struttura speciale, che consente alte pressioni passare l'acqua e non far passare ioni e altre impurità disciolte in essa. Con un aumento del carico sulla membrana, la sua durata si riduce e quando vengono raggiunti i parametri critici, in cui il liquido in ingresso con le impurità passa completamente attraverso la membrana, viene distrutto. La vita media della membrana è di 5 anni.
La superficie delle membrane nel tempo può ricoprirsi di microrganismi, ricoperta da uno strato di composti scarsamente solubili. Per la pulizia delle membrane ad osmosi inversa vengono utilizzate soluzioni di acidi e alcali con l'aggiunta di biocidi.
Quando si lava l'osmosi inversa, non bisogna dimenticare che una membrana semipermeabile non è un filtro. Il lavaggio deve essere effettuato esclusivamente nella direzione del flusso del fluido. Il flusso inverso della soluzione acquosa causerà il cedimento della membrana.
Metodi reagenti per il trattamento dell'acqua.
I metodi di trattamento dell'acqua dei reagenti servono principalmente per l'addolcimento delle acque poco profonde aggiungendo reagenti e convertendo i sali di durezza in composti scarsamente solubili, seguiti dalla loro precipitazione.
Come reagenti vengono utilizzati calce, soda, soda caustica, ecc.. Al momento sono usati raramente ovunque, ma per una comprensione generale dei processi di conversione in composti di calcio e magnesio scarsamente solubili e della loro ulteriore precipitazione, li considereremo .
Riduzione delle incrostazioni mediante calcinazione.
Il metodo è applicabile all'acqua con elevata durezza carbonatica e bassa non carbonatica.
Quando viene aggiunto il latte di calce, il pH dell'acqua aumenta, il che porta alla transizione dell'anidride carbonica disciolta e di uno ione bicarbonato in uno ione carbonato:
CO 2 + OH - \u003d CO 3 2- + H 2 O,
HCO 3- + OH - \u003d CO 3 2- + H 2 O.
Quando l'acqua è satura di ioni carbonato, il calcio precipita:
Ca 2+ + CO 3 2- \u003d CaCO 3 ↓.
Il magnesio precipita anche con un aumento del pH:
Mg 2+ + OH - \u003d Mg (OH) 2 ↓.
Se l'eccesso di durezza carbonatica è insignificante, la soda viene dosata insieme alla calce, la cui presenza riduce la durezza non carbonatica:
CaSO 4 + Na 2 CO 3 \u003d CaCO 3 ↓ + Na 2 SO 4.
Per una precipitazione più completa dei cationi di magnesio e calcio, si consiglia di riscaldare l'acqua a una temperatura di 30 - 40 gradi. Con il suo aumento, la solubilità di CaCO 3 e Mg(OH) 2 diminuisce. Ciò consente di ridurre la durezza dell'acqua di 1 meq/l o meno.
Metodo soda-sodio per l'addolcimento dell'acqua.
L'aggiunta di soda è necessaria se la durezza non carbonatica è maggiore della durezza carbonatica. Se questi parametri sono uguali, l'aggiunta di soda potrebbe non essere affatto necessaria.
I bicarbonati di calcio e magnesio in reazione con gli alcali formano composti di calcio e magnesio scarsamente solubili, soda, acqua e anidride carbonica:
Ca (HCO 3) 2 + 2NaOH \u003d CaCO 3 ↓ + Na 2 CO 3 + 2H 2 O,
Mg (HCO 3) 2 + 2NaOH \u003d Mg (OH) 2 ↓ + Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2.
L'anidride carbonica formata come risultato della reazione del bicarbonato di magnesio con l'alcali reagisce di nuovo con l'alcali per formare soda e acqua:
CO 2 + NaOH \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O.
durezza non carbonatica.
Il solfato di calcio e il cloruro reagiscono con la soda formata nelle reazioni di durezza carbonatica e alcali e la soda aggiunta per formare carbonato di calcio che non bolle in condizioni alcaline:
CaCl 2 + Na 2 CO 3 \u003d CaCO 3 ↓ + 2NaCl,
CaSO 4 + Na 2 CO 3 \u003d CaCO 3 ↓ + Na 2 SO 4
Il solfato di magnesio e il cloruro reagiscono con gli alcali per formare idrossido di magnesio precipitato:
MgSO 4 + 2NaOH \u003d Mg (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4,
MgCl 2 + 2NaOH \u003d Mg (OH) 2 ↓ + 2NaCl.
A causa del fatto che nelle reazioni del bicarbonato con l'alcali si forma la soda, che successivamente reagisce con durezza non carbonatica, la sua quantità deve essere correlata nel rapporto tra durezza carbonatica e non carbonatica: se sono uguali, la soda non può aggiungere, a condizione che da W a > W nk si formi un eccesso di soda, con il rapporto inverso di W a
Metodi combinati.
La combinazione di vari metodi di trattamento dell'acqua per ridurne la durezza a volte dà risultati piuttosto elevati. Ciò è dovuto, di norma, agli elevati requisiti di qualità dell'acqua e del vapore.
Un esempio potrebbe essere la combinazione di osmosi inversa con cationizzazione di sodio. La durezza principale dell'acqua viene ridotta sui filtri a scambio cationico, sull'osmosi inversa viene dissalata.
In un altro caso, il trattamento magnetico dell'acqua può fungere da ulteriore fase di purificazione: l'installazione si trova dopo il sistema di addolcimento sulla tubazione di circolazione dell'acqua calda.
Lo scambio ionico avviene su quegli adsorbenti che sono polielettroliti (scambiatori di ioni, scambiatori di ioni, resine a scambio ionico).
Scambio ionico viene chiamato il processo di scambio equivalente di ioni in uno scambiatore di ioni per altri ioni della stessa soluzione di segno. Il processo di scambio ionico è reversibile.
Gli scambiatori ionici sono suddivisi in scambiatori cationici, scambiatori anionici e scambiatori ionici anfoteri.
Scambiatori cationici- sostanze contenenti nella loro struttura gruppi fissati a carica negativa (ioni fissi), in prossimità dei quali sono presenti cationi mobili (controioni), che possono scambiarsi con cationi in soluzione (Fig. 81).
Riso. 81. Modello di una matrice di un polielettrolita (scambiatore cationico) con anioni fissi e controioni mobili, dove – sono ioni fissi;
– coioni, – controioni
Esistono scambiatori di cationi naturali: zeoliti, permuti, gel di silice, cellulosa e artificiali: polimeri ionici insolubili solidi ad alto peso molecolare contenenti più spesso gruppi solfo, gruppi carbossilici, fosfinici, arsenico o acido selenico. Meno comunemente usati sono gli scambiatori di cationi inorganici sintetici, che sono più spesso alluminosilicati.
In base al grado di ionizzazione dei gruppi ionogenici, gli scambiatori di cationi sono divisi in fortemente acidi e debolmente acidi. Gli scambiatori di cationi fortemente acidi sono in grado di scambiare i loro cationi mobili con cationi esterni in ambienti alcalini, neutri e acidi. Scambiatori cationici debolmente acidi scambiano controioni con altri cationi solo in un mezzo alcalino. Fortemente acido includono scambiatori cationici con gruppi acidi fortemente dissociati - acido solfonico. Debolmente acidi includono scambiatori cationici contenenti gruppi acidi debolmente dissociati: acido fosforico, carbossile, idrossifenile.
scambiatori anionici- scambiatori ionici che contengono nella loro struttura gruppi ionogenici carichi positivamente (ioni fissi), in prossimità dei quali sono presenti anioni mobili (controioni), che possono scambiarsi con anioni in soluzione (Fig. 82). Esistono scambiatori anionici naturali e sintetici.
Riso. 82. Modello di una matrice di un polielettrolita (scambiatore anionico) a cationi fissi e controioni mobili, dove + – ioni fissi;
– coioni, – controioni
Gli scambiatori di anioni sintetici contengono gruppi ionogenici caricati positivamente nelle macromolecole. Gli scambiatori di anioni debolmente basici contengono gruppi amminici primari, secondari e terziari, gli scambiatori di anioni fortemente basici contengono gruppi di sali e basi di onio quaternari (ammonio, piridinio, solfonio, fosfonio). Gli scambiatori di anioni fortemente basici scambiano gli anioni mobili in mezzi acidi, neutri e alcalini, quelli debolmente basici solo in un mezzo acido.
Scambiatori di ioni anfoteri contengono sia gruppi ionici cationici che anionici. Questi scambiatori di ioni possono assorbire contemporaneamente sia cationi che anioni.
La caratteristica quantitativa dello scambiatore di ioni è piena capacità di scambio(POE). La determinazione del POE può essere effettuata con un metodo statico o dinamico in base alle reazioni che si verificano nel sistema "scambiatore di ioni - soluzione":
RSO 3 - H + + NaOH → RSO 3 - Na + + H 2 O
RNH 3 + OH - + HCl → RNH 3 + Cl - + H 2 O
La capacità è determinata dal numero di gruppi ionogenici nello scambiatore di ioni e quindi teoricamente dovrebbe essere un valore costante. Tuttavia, in pratica dipende da una serie di condizioni. Esistono capacità di scambio statico (SOE) e capacità di scambio dinamico (DOE). Capacità di scambio statico - capacità totale che caratterizza il numero totale di gruppi ionogenici (in milliequivalenti) per unità di massa di scambiatore di ioni aria-secco o per unità di volume di scambiatore di ioni rigonfiato. Gli scambiatori di ioni naturali hanno una piccola capacità di scambio statico non superiore a 0,2-0,3 meq/g. Per le resine sintetiche a scambio ionico, è nell'intervallo 3-5 meq/g e talvolta raggiunge 10,0 meq/g.
La capacità di scambio dinamico o funzionante si riferisce solo a quella parte dei gruppi epatici ionico che partecipano allo scambio ionico che si verifica in condizioni tecnologiche, ad esempio, in una colonna di scambio ionico a una certa velocità relativa dello scambiatore ionico e della soluzione. La capacità dinamica dipende dalla velocità di movimento, dalla dimensione della colonna e da altri fattori ed è sempre inferiore alla capacità di scambio statico.
Per determinare la capacità di scambio statico degli scambiatori di ioni, vari metodi. Tutti questi metodi si riducono a saturare lo scambiatore di ioni con uno ione, quindi spostarlo con un altro ione e analizzare il primo in soluzione. Ad esempio, è conveniente convertire completamente lo scambiatore cationico nella forma H + (i controioni sono ioni idrogeno), quindi lavarlo con una soluzione di cloruro di sodio e titolare la soluzione acida risultante con una soluzione alcalina. La capacità è uguale al rapporto tra la quantità di acido trasferita nella soluzione e il campione dello scambiatore di ioni.
Nel metodo statico viene titolato acido o alcali, che appaiono in soluzione come risultato dell'adsorbimento per scambio ionico.
Nel metodo dinamico, la POE viene determinata utilizzando colonne cromatografiche. Una soluzione elettrolitica viene fatta passare attraverso una colonna riempita con una resina a scambio ionico e viene registrata la dipendenza della concentrazione di ioni assorbiti nella soluzione in uscita (eluato) dal volume della soluzione passata (curva di uscita). POE è calcolato dalla formula
 ,
| (337) |
dove V totale - il volume totale della soluzione contenente l'acido spostato dalla resina; Conè la concentrazione di acido in questa soluzione; mè la massa della resina a scambio ionico nella colonna.
La costante di equilibrio dello scambio ionico può essere determinata dai dati sulla distribuzione di equilibrio degli ioni in condizioni statiche (lo stato di equilibrio durante lo scambio ionico è descritto dalla legge dell'azione di massa), nonché dal metodo dinamico dalla velocità di movimento di una zona di una sostanza su uno strato di resina (cromatografia eluente).
Per la reazione di scambio ionico
la costante di equilibrio è
 ,
| (338) |
dove , è la concentrazione di ioni nello scambiatore di ioni; , è la concentrazione di ioni nella soluzione.
Utilizzando scambiatori di ioni, è possibile addolcire l'acqua o desalinizzare l'acqua salina e renderla adatta a scopi farmaceutici. Un'altra applicazione dell'adsorbimento a scambio ionico in farmacia consiste nell'utilizzarlo per scopi analitici come metodo per estrarre l'uno o l'altro componente analizzato dalle miscele.
Esempi di problem solving
1. Il carbone attivo del peso di 3 g è stato posto in 60 ml di una soluzione con una concentrazione di una certa sostanza di 0,440 mol/l La soluzione con l'adsorbente è stata agitata fino a quando non è stato stabilito l'equilibrio di adsorbimento, a seguito del quale la concentrazione della sostanza è diminuita a 0,350 mol/l. Calcolare la quantità di adsorbimento e il grado di adsorbimento.
Soluzione:
L'adsorbimento è calcolato dalla formula (325):
Con la formula (326) determiniamo il grado di adsorbimento
2. Utilizzando i dati forniti per l'adsorbimento della difenidramina sulla superficie del carbone, calcolare graficamente le costanti dell'equazione di Langmuir:
Calcolare l'adsorbimento della difenidramina a una concentrazione di 3,8 mol/L.
Soluzione:
Per determinare graficamente le costanti dell'equazione di Langmuir, utilizziamo la forma lineare di questa equazione (327):
Calcola i valori 1/ un e 1/ Con:
Costruiamo un grafico in coordinate 1/ un – 1/Con(Fig. 83).
Riso. 83. Definizione grafica delle costanti dell'equazione di Langmuir
Nel caso in cui il punto X= 0 è al di fuori della figura, utilizzare secondo modo y=ascia+b. Innanzitutto, seleziona due punti qualsiasi che giacciono su una linea retta (Fig. 83) e determina le loro coordinate:
( )1(0,15; 1,11); ( )2 (0,30; 1,25).
b= y 1 – ascia 1 = 0,11 - 0,93 0,15 = 0,029.
Lo capiamo B = 1/un¥ \u003d 0,029 μmol / m 2, quindi un¥ \u003d 34,48 μmol / m 2.
Costante di equilibrio di adsorbimento Kè definito come segue:
Calcoliamo l'adsorbimento della difenidramina a una concentrazione di 3,8 mol/l usando l'equazione di Langmuir (327):
3. Studiando l'adsorbimento dell'acido benzoico su un adsorbente solido, sono stati ottenuti i seguenti dati:
Soluzione:
Per calcolare le costanti dell'equazione di Freundlich, è necessario utilizzare la forma lineare dell'equazione (332), nelle coordinate lg( x/t) – lg Con l'isoterma sembra una linea retta.
Troviamo i valori lg C e lg x/m entrando nell'equazione di Freindlich linearizzata.
| lg C | –2,22 | –1,6 | –1,275 | –0,928 |
| lg x/m | –0,356 | –0,11 | 0,017 | 0,158 |
Costruiamo un grafico in coordinate lg( x/t) – lg Con(Fig. 84) .
Riso. 84. Definizione grafica delle costanti dell'equazione di Freindlich
Dal momento che il punto X= 0 si trova al di fuori della figura (84), usiamo secondo modo determinazione dei coefficienti della diretta y=ascia+b(Vedi "Blocco introduttivo. Fondamenti di elaborazione matematica di dati sperimentali"). Innanzitutto, seleziona due punti qualsiasi che si trovano sulla linea (ad esempio, i punti 1 e 2) e determina le loro coordinate:
( )1 (–2,0; –0,28); ( )2 (–1,0; 0,14).
Poi calcoliamo pendenza secondo la formula:
b = y 1 - ascia 1 = -0,28 - 0,42 (-2,0) = 0,56.
Le costanti dell'equazione di Freundlich sono:
lg K=b= 0,56;K= 10 0,56 = 3,63;
1/n = un = 0,42.
Calcoliamo l'adsorbimento dell'acido benzoico a una concentrazione di 0,028 mol/l usando l'equazione di Freundlich (330):
4. Utilizzando l'equazione BET, calcolare la superficie specifica dell'adsorbente dai dati di adsorbimento del gas di azoto:
L'area occupata da una molecola di azoto in un monostrato denso è 0,08 nm 2 , la densità dell'azoto è 1,25 kg/m 3 .
Soluzione:
L'equazione dell'isoterma per l'adsorbimento BET polimolecolare in forma lineare ha la forma (333)
Per costruire un grafico, definiamo i valori:
Costruiamo un grafico in coordinate – p/p s(Fig. 85).
Noi usiamo primo modo(Vedi "Blocco introduttivo. Fondamenti di elaborazione matematica dei dati sperimentali") per la determinazione dei coefficienti della retta y=ascia+b. Secondo il grafico, determiniamo il valore del coefficiente B, come l'ordinata di un punto giacente su una retta, la cui ascissa è 0 ( X= 0): B= 5. Selezionare un punto sulla linea e determinarne le coordinate:
( )1 (0,2; 309).
Quindi calcoliamo il coefficiente angolare:
Riso. 85. Definizione grafica delle costanti dell'equazione dell'isoterma di adsorbimento polimolecolare BET
Le costanti di equazione dell'isoterma di adsorbimento polimolecolare BET sono:
; .
Risolvendo il sistema di equazioni, otteniamo un∞ \u003d 6,6 10 -8 m 3 / kg.
Per calcolare il valore limite di adsorbimento, assegniamo un∞ a 1 mol:
.
Il valore della superficie specifica dell'adsorbente si ricava dalla formula (329):
5. Lo scambiatore cationico polistirene solfonico in forma H + del peso di 1 g è stato introdotto in una soluzione di KCl con una concentrazione iniziale Con 0 \u003d 100 equivalente / m 3 volume V= 50 ml e la miscela è stata mantenuta fino all'equilibrio. Calcolare la concentrazione di equilibrio di potassio nello scambiatore di ioni se la costante di equilibrio di scambio ionico = 2,5 e la capacità di scambio totale dello scambiatore cationico POE = 5 mol-eq / kg.
Soluzione:
Per determinare la costante di scambio ionico, utilizziamo l'equazione (338). Nella resina, gli ioni H + vengono scambiati con un numero equivalente di ioni K
La massa dello scambiatore cationico solfonico nella forma H + è determinata dalla formula (337):
La quantità totale di resina a scambio anionico nella forma OH è:
La massa dello scambiatore anionico nella forma OH è determinata anche dalla formula (337):
Pagina 3
L'elevato tasso di scambio ionico consente di utilizzare strati filtranti di un'altezza molto ridotta (5–25 mm) e di ottenere l'utilizzo del 50–90% della capacità di scambio totale degli scambiatori di ioni invece del 20–50% utilizzato nella rinfusa convenzionale filtri con la consueta composizione frazionata degli scambiatori di ioni in strati filtranti di grande altezza (superiore a 900 mm) purché si ottenga un filtrato di qualità equivalente.
Le curve di titolazione ottenute con il metodo potenziometrico consentono di dare il principale caratterizzazione chimica scambiatore ionico: la presenza di gruppi attivi e il grado della loro dissociazione in funzione del pH del mezzo, la capacità di scambio totale dello scambiatore ionico, determinata dalla somma di tutti i gruppi attivi che compongono lo scambiatore ionico ed entrano nella reazione , la capacità di scambio per i singoli gruppi attivi, la capacità di scambio degli scambiatori di ioni a pH costante del mezzo e consente anche di determinare a quale tipo appartiene lo scambiatore di ioni studiato: acido o basico. Le curve di titolazione si ottengono a concentrazione salina costante, poiché la capacità di scambio dello scambiatore ionico dipende dal pH del mezzo e dalla concentrazione dello ione scambiato nella soluzione.
L'alternanza dello scambio ionico con reazioni di riduzione o precipitazione per convertire le sostanze adsorbite sugli scambiatori ionici in una forma indissociata e insolubile permette di concentrare complessivamente una tale quantità di sostanza adsorbita che è 10-15 volte superiore alla capacità di scambio totale dello scambiatore di ioni. Ciò è particolarmente significativo quando ci si concentra sugli scambiatori di ioni. metalli nobili, i cui ioni si riducono facilmente a metallo e in questa forma si depositano su scambiatori di ioni.
La capacità di scambio è una misura della capacità di uno scambiatore di ioni di assorbire ioni da una soluzione. La capacità di scambio totale dello scambiatore ionico (POE) è determinata dal numero massimo di milligrammi equivalenti di ioni che possono essere assorbiti da 1 g di scambiatore ionico aria-secco. Quindi, ad esempio, nello scambiatore cationico KU-2, il valore POE è circa.
A seconda delle condizioni di determinazione, ci sono capacità di scambio piena (POE), statica (COE) e dinamica (di lavoro) (DOE, ROE) dello scambiatore di ioni. La capacità di scambio totale dello scambiatore ionico è caratterizzata dal numero totale di gruppi attivi dello scambiatore ionico per unità di volume della resina.
L'efficienza dell'utilizzo del metodo dinamico a scambio ionico per le soluzioni detergenti è garantita principalmente dall'uso di scambiatori di ioni ad alta capacità. Poiché la piena capacità di scambio degli scambiatori di ioni in condizioni dinamiche, come è noto, viene realizzata in modo incompleto, nella scelta delle condizioni ottimali per il processo, il compito è ridurre la differenza tra la capacità di scambio totale della colonna e la capacità della colonna prima della penetrazione degli ioni nel filtrato. D'altra parte, è quasi altrettanto importante scegliere uno scambiatore di ioni, perché in determinate condizioni cinetiche, la pendenza del fronte dello ione che compare per primo nel filtrato è determinata, tra l'altro, dalla natura di questo ione. Ai fini della purificazione delle soluzioni si dovrebbero quindi scegliere scambiatori ionici caratterizzati non solo da un'elevata capacità di scambio, ma anche da un elevato valore della costante di scambio dello ione meno assorbito. La composizione qualitativa per la scelta dello scambiatore di ioni non ha importanza, poiché una delle caratteristiche della dinamica di scambio della miscela è che la pendenza del fronte dello ione meno assorbito non dipende dalle proprietà degli altri componenti della miscela. Queste disposizioni determinano l'opportunità dell'uso allo scopo di dissalare soluzioni di scambiatori di ioni con un gran numero di reticolazioni e rendono indesiderabile l'uso di scambiatori di ioni debolmente acidi sotto forma di idrogeno.
La capacità dello scambiatore ionico è espressa in milliequivalenti (meq. Quando si determina la capacità di scambio totale dello scambiatore ionico, viene determinato il contenuto di tutti i gruppi scambiabili in esso contenuti. Per questo vengono utilizzate piccole colonne, ad esempio colonne centrifughe del tipo mostrato in Fig. 5.7, o imbuti con filtri di carta.
Secondo il principio di Donnan dell'elettroneutralità all'interno di un grano, la quantità massima di controioni scambiabili è determinata dal numero di gruppi ionogenici introdotti nella matrice. Pertanto, la capacità di scambio totale dello scambiatore ionico può essere teoricamente calcolata in base al peso equivalente dell'unità elementare del polimero contenente un gruppo ionogeno. Ad esempio, per una resina solfonata a base di stirene e divinilbenzene, l'unità elementare corrisponde alla formula C8H85O3, pertanto la sua capacità ponderale teorica sarà 1000 / 184 2 5 43 mEq per 1 g di resina secca nella forma H.
Se la filtrazione continua fino al momento della completa equalizzazione delle concentrazioni dello ione assorbito nell'acqua di sorgente e nel filtrato, viene utilizzata quasi l'intera capacità di assorbimento dello scambiatore ionico per questo ione. Questa modalità corrisponde all'utilizzo della piena capacità di scambio dello scambiatore ionico OEP.
Se continuiamo a far passare la soluzione attraverso lo strato scambiatore di ioni, allora arriverà un momento in cui le concentrazioni delle soluzioni - quella iniziale e quelle che fluiscono dal filtro - diverranno uguali. Ciò consente di calcolare la capacità di scambio totale della ionite.
Se continuiamo a far passare la soluzione attraverso lo strato dello scambiatore di ioni, allora arriverà un momento in cui le concentrazioni delle soluzioni - quella iniziale e quelle che fluiscono dal filtro - saranno uguali. Ciò consente di calcolare la capacità di scambio totale della ionite.
Una direzione promettente è l'uso di uno strato misto di scambiatori di cationi e scambiatori di anioni sui filtri di prelavaggio, il cosiddetto processo paudex. Tali filtri hanno un utilizzo molto maggiore della capacità di scambio totale degli scambiatori di ioni.
Grazie in anticipo per la tua risposta.
C100E è una resina a scambio cationico acido forte di tipo gel con elevata capacità di scambio, stabilità chimica e fisica e prestazioni eccellenti. C100E trattiene efficacemente le particelle sospese e inoltre, in forma acida (H +), rimuove gli ioni ferro e manganese.
L'elevata capacità di scambio consente di ottenere acqua con una durezza totale dell'ordine di 0,05 meq/l, e l'ottima cinetica di scambio ionico consentono di raggiungere portate elevate. Quando si utilizza C100E, lo scorrimento degli ioni che causano la durezza dell'acqua in condizioni operative normali, di norma, non supera l'1% della durezza totale dell'acqua di sorgente. In questo caso la capacità di scambio della resina praticamente non cambia, a patto che la proporzione di ioni monovalenti non superi il 25%.
C100E è insolubile in soluzioni acide e alcaline e in tutti i comuni solventi organici. La presenza di agenti ossidanti residui (come cloro libero o ioni ipoclorito) nell'acqua può ridurre la resistenza meccanica delle particelle di resina scambiatrice di cationi. C100E è termicamente stabile fino ad una temperatura di 150°C, tuttavia, ad alte temperature, la capacità di scambio della resina scambiatrice di cationi in forma acida (H+) diminuisce.
Specifiche
Proprietà fisiche | |
particelle sferiche trasparenti di colore giallastro |
|
Modulo di consegna | |
Peso alla rinfusa, g/cm3 | |
Peso specifico, g/cm3 | |
Coefficiente di uniformità | |
Dimensione del granello, mm (maglia) | |
Capacità di scambio, g-eq/l | |
Gonfiore Na + → H + , max, % | |
Rigonfiamento Ca 2+ → Na + , max, % | |
Condizioni di applicazione | |
6 - 10 (forma Na) |
|
Temperatura massima di esercizio, °C | |
Altezza strato, cm (pollici) | |
Portata operativa, volume resina/ora | |
Espansione dello strato in modalità controlavaggio, % | |
Concentrazione di soluzione di NaCl, % | |
Consumo sale per rigenerazione, gr. NaCl/l resina |
UNA BREVE DESCRIZIONE DI
spazio libero sopra il download - 50%
granulometria 0,6 mm fino al 90%
Peso sfuso 820gr/l
Contenuto d'acqua (umidità) 42-48%
Capacità totale fino a 2 g eq/l
temperatura di esercizio da 4 - 120 0 С
pH dell'acqua 0 - 14
transizione degli ioni Na a H - 8%
altezza dello strato da 0,8 - 2 m
velocità di servizio da 5 - 40 m/h
velocità specifica del servizio 20 once/ora
velocità di controlavaggio a 20 C da 10 - 12 m/h
volume d'acqua per il controlavaggio con un nuovo carico 20 once
volume dell'acqua di controlavaggio 4 once
volume d'acqua per il lavaggio lento del sale 4 once
consumo di sale durante la rigenerazione per 1 litro di carico - 150 g
durezza residua - 0,5 mg equiv/l
perdita di pressione specifica in kPa m 2 altezza di carico - 1
perdita di carico di 11 mbar a 4°C per 1 m di altezza di carico
velocità di rigenerazione - 5 m/h
velocità durante il lavaggio del sale con acqua - 5 m/h
CONDIZIONI DI APPLICAZIONE
mancanza di ferro ossidato (Fe 3+) nell'acqua
mancanza di ossigeno disciolto nell'acqua
assenza materia organica in acqua
l'assenza di agenti ossidanti nell'acqua
dopo l'addolcimento del sodio, l'alcalinità totale e il residuo secco aumenteranno.
agenti ossidanti forti come l'acido nitrico possono provocare reazioni violente
solidi sospesi in acqua di sorgente fino a 8 mg/l
colore dell'acqua di sorgente fino a 30 0 С
torbidità dell'acqua di sorgente fino a 6 mg/l
durezza totale dell'acqua di sorgente fino a 15 mg equiv/l
Di seguito sono riportati i metodi per calcolare la capacità di scambio e altri parametri dello scambiatore cationico.
La capacità di scambio di lavoro della cationite E f g÷eq / m3, può essere espressa dalla seguente formula:
E f \u003d Q x W; Ep = ep x Vk.
Il volume della cationite caricata nel filtro allo stato gonfio è espresso dalla formula:
La formula per determinare la capacità di scambio di lavoro dello scambiatore cationico ep, g÷eq / m 3:
ep \u003d Q x W / S x a;
dove W è la durezza dell'acqua di sorgente, g÷eq/m3; Q - la quantità di acqua addolcita, m 2; S è l'area del filtro cationico, m 2 ; h è l'altezza dello strato di cationite, m.
Indicando la velocità di movimento dell'acqua nello scambiatore cationico come v k , la quantità di acqua addolcita Q può essere trovata utilizzando la seguente formula:
Q \u003d v k x S x Tk \u003d ep x S x h / W;
da cui è possibile calcolare la durata del funzionamento del filtro cationite Tk:
Tk = ep x h/v k x W.
È anche possibile calcolare la capacità di scambio dello scambiatore cationico utilizzando grafici di correlazione.
Sulla base di dati pratici approssimativi, il tuo filtro sarà in grado di pulire non più di 1500 litri. acqua. Per calcoli più accurati, è necessario conoscere la quantità (volume) di resina nel filtro e la capacità di scambio di lavoro della propria resina (per le resine a scambio cationico, la capacità di lavoro varia da 600 a 1500 meq/l). Conoscendo questi dati, puoi facilmente calcolare la quantità esatta di acqua addolcita secondo le tue formule.
Articolo precedente: Cosa si può fare dall'acetosa per l'inverno Articolo successivo: Ricetta fotografica passo passo del gallo cedrone fritto