Фильтрование. Ионный обмен. Экстракция. Расчет пылеосадительной камеры

Рассчитать расход реагента NaCl на регенерацию катионита КУ-2-8 с жёсткостью 0,02 мгэкв/л, обеспечивающего проведение процесса в заданном режиме.

Дано:

С = 15 мгэкв/л

ц = 0,00125

Ж = 0,02 мгэкв/л

б0 = 0,6

MNa = 23 г/моль

MCl = 35,5 г/моль

MNaCl = 58,5 г/моль

Решение:

Рассчитываем требуемую глубину регенерации:

б = 0,5

m -- ?

Рассчитываем затраты реагента, обеспечивающие заданную глубину регенерации, в единицах полной обменной ёмкости:

Рассчитываем затраты реагента, обеспечивающие заданную глубину регенерации, в единицах восстановленной обменной ёмкости:

м' = 1,5 экв/экв вост. ёмк.

Масса реагента, обеспечивающие заданную глубину регенерации:

m = MNaCl • м' = 0,08775 кг/кг вост. ёмк.

3. Экстракция

5) Коэффициент распределения равен 0,0017

a. Определить концентрацию металла, если на его экстракцию поступает 1 л раствора и 0,15 л экстрагента. Начальная концентрация металла 0,3 г/л.

b. Определить число ступеней экстракции до достижения экстракции металла до 10-6 г/л, если экстрагент подаётся порциями по 0,15 л.

Дано:

Kp = 0,0017

Vорг = 0,05 л

Vв = 1 л

Свнач = 0,3 г/л

Сдост = 0,000001 г/л

Vоргпор = 0,15 л

а. Vв (Свнач - Свкон) = Vорг Соргнас

0,3 - = 0,05Соргнас

Соргнас = 5,80271 г/л

Свкон = 0,00986 г/л

а) Свкон -- ?

б)Колчество ступеней - ?

b. 1-ступень: 0,3 - = 0,15Соргнас

Соргнас = 1,97759 г/л

Свкон = 0,00336 г/л

2-ступень 0,00336 - = 0,15Соргнас

Соргнас = 0,022148978 г/л

Свкон = 0,000037653 г/л

3-ступень 0,000037653 - = 0,15Соргнас

Соргнас = 0,0002482069875 г/л = 2,48 • 10-4 г/л

Свкон = 0,0000004219519 г/л = 4,2 • 10-7 г/л

6) Потоки водной и органической фаз равны. После экстракции раствора, который содержал 0,5 г/л Ni и 1,5 г/л Fe, осталось 0,1 г/л Ni и 1,45 г/л Fe.

Определить коэффициент распределения Kp, коэффициент разделения (селективности) в, степень извлечени E.

Дано:

Vорг = Vв, СвNiнач = 0,5 г/л

СвNiкон = 0,1 г/л, СвFeнач = 1,5 г/л

СвFeкон = 1,45 г/л

Vв (Свнач - Свкон) = Vорг Соргнас

Так как Vорг = Vв

Соргнас = Свнач - Свкон

СоргNiнас = 0,4 г/л

СоргFeнас = 0,05 г/л

Kp -- ?

в -- ?

Е -- ?

7) Экстракция Te осуществляемая 80% раствором ТБФ в керосине. Ёмкость экстрагента 55 мг/л. Поток экстрагента 100 л/ч. В исходном водном растворе содержится 60 г/л Те. Экстрактор работает 20 ч/сут. Извлечение Те Ї 96%. Плотность керосина и ТБФ 0,8 и 0,995 кг/л соответственно. Определить:

a. Суточный расход составляющих экстракта по керосину и ТБФ.

b. Массу извлекаемого Те в сутки.

Дано:

Ё = 55 мг/л

Vорг = 100 л/ч

Свнач = 60 г/л

T = 20 ч/сут.

E = 96%

ск = 0,8 г/л

сТБФ = 0,995 г/л

Vв (Свнач - Свкон) = Vорг Соргнас

а. Vоргсут = 100 • 20 = 2000 л/ч

Рассчитываем массу раствора по плотности:

ср-ра = 0,8/0,8 + 0,2/0,995 = 1,201 л/кг

mр-расут = 2000/1,201 = 1665,272 кг

Объём компонентов рассчитываем исходя из их плотности и доли в растворе:

VТБФсут = = 1665,272 л

Vксут = =334,728 л

б. mТесут = Vоргсут • Ё • Е

mТесут = 2000 • 55 • 0,96 = 105600 мг/сут

VТБФсут -- ?

Vксут -- ?

mТесут -- ?

8) На экстракцию поступает 0,3 л водного раствора содержащего 0,2 моль соли и 0,2 л экстрагента.

Коэффициент распределения соли равен 0,075

Определить концентрацию соли в водной и органической фазе.

Дано:

Kp = 0,075

Vорг = 0,2 л

Vв = 0,3 л

n = 2 моль

Vв (Свнач - Свкон) = Vорг Соргнас

Находим начальную мольную концентрацию соли в воде:

Свкон -- ?

Соргкон -- ?

Подставив полученные значения в уравнение фильтрования найдём концентрацию насыщения соли в органической фазе:

0,3 (6,67 - ) = 0,2Соргнас

Соргнас = 8,99326 моль/л

Зная коэффициент распределения, находим концентрацию соли в воде после экстракции:

Свкон = 0,67449 моль/л

9) Графически и аналитически определить число ступеней экстракции нафтеновой кислотой из водного раствора Zn с концентрацией с 8 до 0,02 г/л, если поток водной фазы 1000 м3/сут, органической фазы 400 м3/сут.

Данные по концентрации Zn

Строим график по полученным экспериментальным данным зависимости концентрации цинка в рафинате от концентрации цинка в нафтеновой кислоте.

Строим рабочую кривую, используя отношение потоков фаз (откладывая относительный объём водной фазы по оси органической фазы и наоборот):

Аналитический метод

Разобьем полученную кривую зависимости концентрации цинка в рафинате от концентрации цинка в нафтеновой кислоте на условно прямые участки.

Используем рабочую кривую для определения к какому участку относятся концентрации.

Используем полученные лабораторные данные для определения коэффициента равновесия Кр на каждом условно прямом участке.

Усредняем Кр (среднее геометрическое Кр рассчитанное в начальной и конечной точке участка):

Из уравнения фильтрования выражаем концентрацию цинка в рафинате:

Vв(Свнач - Свкон) = Vорг Соргнас

Соргнас = Кр Свкон

Vв(Свнач - Свкон) = Vорг Кр Свкон

I ступень С1вкон = 1,83 г/л

II ступень С2вкон = 0,419 г/л

III ступень С3вкон = 0,07209 г/л

IV ступень С4вкон = 0,007209 г/л

Графический метод

Vв(Свнач - Свкон) = Vорг Соргнас

Сносим перпендикуляр из начальной концентрации в воде

Из графика видно: что 3 ступеней достаточно что бы экстрагировать нафтеновой кислотой Zn из водного раствора до концентрации 0,01

I ступень с 8 до 2,5

II ступень 2,5 до 0,2

III ступень 0,2 до 0,01

4. Расчёт пылеосадительной камеры