Определение динамических характеристик процесса натрий-катионитового умягчения высокоминерализованных вод при стационарном режиме тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи

КРЕМЛЁВ ДЕНИС ВАЛЕНТИНОВИЧ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ПРОЦЕССА НАТРИЙ-КАТИОНИТОВОГО УМЯГЧЕНИЯ ВЫСОКОМИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД ПРИ СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ

Специальность 02.00.04 «Физическая химия»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ставрополь, 2004

Работа выполнена на кафедре теплотехники, теплогазоснабжения и вентиляции Северо-Кавказского государственного технического университета

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: кандидат технических наук, доцент

ГЕЙВАНДОВ ИОГАНН АРЕСТАГЕСОВИЧ

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук, профессор

МАРКОВ ИВАН ИВАНОВИЧ

кандидат технических наук, доцент РОЖАНОВСКИЙ ГЕННАДИЙ ИОСИФОВИЧ

Ведущая

организация: ГОУ ВПО Южно-российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), г. Новочеркасск

Защита состоится «24» декабря 2004 года в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.245.03 при Северо-Кавказском государственном техническом университете по адресу: 355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Кавказского государственного технического университета. '

Автореферат разослан «гз » ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук

Хорошилов А. А.

■2/>0б - * ЗГ/

т^и

3

Актуальность темы. На одного жителя нашей планеты приходится более 500 млн м3 воды, однако, вследствие высокой минерализации, её большая часть не пригодна для использования без предварительной обработки. Ограниченные запасы пресной воды и крайне неравномерное ее распределение затрудняют водоснабжение населения и объектов производственного назначения. Транспортировка воды в районы, где существует е5 дефицит или она полностью отсутствует, в настоящее время экономически нерентабельна в связи с большими капитальными затратами и транспортными расходами.

Одним из решений проблемы дефицита пресной воды является получение ее из морских или пластовых вод, а также стоков объектов теплоэнергетической промышленности. Разработано множество способов получения пресной воды из минерализованных вод, в основе которых лежат методы термической дистилляции, электродиализа, обратного осмоса, вымораживания. При использовании наиболее распространенного метода термической дистилляции можно значительно снизить затраты и повысить эффективность метода за счет предварительного умягчения минерализованной воды методом ионного обмена в ионообменных колоннах. Ход процесса умягчения минерализованных вод на катеоните КУ-2х8 в динамических условиях неизбежно сопровождается неполным использованием емкости катионита. Одним из объяснений такого эффекта является недостаточное время контакта каждого отдельного зерна катионита с умягчаемой водой. В этой связи весьма актуальным является вопрос об оптимизации технологического процесса вышеуказанной операции. Для решения поставленной задачи необходимо провести ряд практических и теоретических исследований по определению коэффициентов внешней и внутренней диффузии в динамических условиях (Д и /%), оказывающих непосредственное влияние на процесс умягчения минерализованных вод в зависимости от концентрации сорбируемого иона в воде, скорости фильтрования через ионообменную колонну, а также разработать методики расчета динамических характеристик процесса ионообменного умягчения минерализованных вод.

Целью работы является экспериментальное определение коэффициентов

Тос И » ' N.11ЬНАЯ БИЬ ' 7РКА С.Ги -; *')рг гоо£ рк

внутренней и внешней диффузии при ионообменном умягчении минерализованных вод с концентрацией от 0,05 до 0,3 н в динамических условиях и разработка практических рекомендаций по расчету характеристик технологических операций процессов умягчения таких вод.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проведение экспериментальных исследований для определения коэффициентов внешней и внутренней диффузии при двойных обменах Ыа+-Са2+ и №+-М§2+ в динамических условиях умягчения минерализованных вод на ка-тионите КУ-2х8 в интервале концентраций от 0,05 до 0,3 н и скорости фильтрования от 10 до 100 м/час.

2. Разработка методики определения коэффициентов внешней и внутренней диффузии по результатам экспериментальных исследований динамики парного неравновесного ионного обмена в условиях стационарной кривой истощения ионообменного фильтра при умягчении минерализованных вод.

3. Разработка на основе экспериментальных данных уравнений для определения значений коэффициентов внешней и внутренней диффузии, используемых в практических расчетах.

4. Создание методики расчета динамических характеристик процесса ионообменного умягчения минерализованных вод и вывод уравнений применимых для расчетов этих характеристик на основе полученных методик.

Научная новизна работы

1. В результатах экспериментальных исследований динамики неравновесного ионного обмена в условиях стационарного фронта кривой истощения ионообменного фильтра для парных обменов №+-Са2+ и на катионите КУ-2*8 в широком диапазоне скоростей фильтрования и концентраций умягчаемой воды.

2. В полученных коэффициентах внешней и внутренней диффузии (Д и соответственно) на основе решения системы уравнений динамики ионообменной сорбции.

3. В разработанной новой методике экспериментального исследования

стационарной кривой истощения ионообменного фильтра - программа «Фронт». На основе которой получены оптимальные значения коэффициентов внешней и внутренней диффузии.

4. В новой методике и программе расчета основной динамической характеристики процесса ионообменного умягчения минерализованных вод - высоты «работающего» слоя катионита в фильтре (Нр) - программа «Фронт-2».

5. В инженерных расчетных уравнениях определения величины высоты рабочего слоя Нр в исследованном диапазоне характеристик процесса ионообменного умягчения минерализованных вод (концентрация - Ср = 50 - 300 мгэк//л' скорость фильтрования - щ = 10 - 100 м/час, относительная концентрация ионов Са2+ или -ари= 0,2 - 0,5).

Практическая ценность работы

Разработанные методики расчета физико-химических параметров взаимодействующих сред в условиях динамики ионного обмена легли в основу разработки программ «Поиск», «Фронт», «Фронт-2», рекомендованных для использования инженерными и научными работниками при решении задач по совершенствованию технологии умягчения минерализованных вод (МВ).

Результаты исследований были использованы работниками Открытого Акционерного Общества Научно-производственный концерн «ЭСКОМ» в рамках общей программы реконструкции и совершенствования технологической схемы котельной.

Комплекс разработанных программ используется в учебном процессе по дисциплине «Водоподготовка и водно-химический режим объектов ТГВ» для специальности 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция» СевероКавказского государственного технического университета.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Программа проведения экспериментальных данных в новом, расширенном диапазоне концентраций (0,05 - 0,3 н) и скоростей (10 - 100 м/час) для исследования ионообменного умягчения минерализованных вод в динамиче-

ских условиях.

2. Методика обработки экспериментальных исследований ионообменного равновесия в динамических условиях при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод в диапазоне концентраций 0,05-0,3 н на катеоните КУ-2х8.

3. Уравнения зависимости коэффициентов внешней и внутренней диффузии (Д и /02 соответственно) от скорости фильтрования (и^) и концентрации исходной минерализованной воды (Ср), подаваемой в ионообменную колонну.

4. Результаты расчета процесса динамики ионообменной сорбции с использованием предложенной математической модели.

5. Уравнения зависимости высоты рабочего фронта (Нр) от скорости фильтрования минерализованной воды через слой ионита в ионообменной колонне (и>о), концентрации исходной воды (Ср) и относительной концентрации поглощаемого иона в исходной воде (ар,,) для ионного обмена в динамических условиях в диапазоне концентраций от 0,05 до 0,3 н.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях по итогам научно-исследовательской работы профессорско-преподавательского состава СевероКавказского государственного технического университета; международной научно-практической конференции «Строительство-2001» в г. Ростов-на-Дону; региональных научно-технических конференциях «Вузовская наука СевероКавказскому региону».

Публикации. По результатам выполненной работы опубликовано 6 статей в научных журналах и сборниках и 5 тезисов докладов на научных конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Общий объем работы составляет 148 страниц машинописного текста, который содержит 20 рисунков и 4 таблицы. Библиографический список состоит из 146 наименований.

Содержание работы. Во введении обоснована актуальность темы, сфор-

мулирована цель работы, научная новизна, практическая ценность результатов и их апробация, кратко излагается содержание диссертации.

В первой главе выполнен обзор литературных источников по поставленной научной проблеме, а также проанализированы различные методы опреснения и умягчения МВ, показано, что наибольшее распространение в России получил метод термического опреснения МВ, для повышения экономической эффективности которого используется предварительное умягчение МВ методом ионного обмена на катионите КУ-2х8.

Обзор существующих методов исследования процесса натрий-катионитового умягчения МВ в динамических условиях показал, что в основном они ограниченны данными с концентрацией до 0,1 н, а имеющиеся исследования до 0,3 н полностью основаны на эмпирических зависимостях и не дают научной сущности процесса ионного обмена и, как следствие, не могут быть рекомендованы инженерным работникам предприятий теплоэнергетической отрасли промышленного производства. В этой связи поставлена задача научного исследования умягчения МВ в указанном диапазоне и на основе полученных данных разработать обобщенную методику расчета характеристик процесса ионного обмена в динамических условиях.

Полная система дифференциальных уравнений динамики ионообменной сорбции состоит из нескольких уравнений: материального баланса; кинетики процесса ионного обмена; ионообменного равновесия; гидродинамики зернистого слоя, включающее в себя уравнения: сплошности (неразрывности потока), движения вязкой жидкости под действием внешних и внутренних сил, состояния жидкости (связывает параметры состояния потока и изменение его состава), баланса и переноса тепла в движущемся потоке и пористой среде. Важнейшим дополнением к приведенным дифференциальным уравнениям являются начальные и граничные условия, которые определяют область решения всей системы.

Для рассматриваемой в настоящей работе проблемы принимается ряд допущений: рассматривают минимальное число компонентов; процесс динамики

ионного обмена принимается изотермическим в пространстве и времени; коэффициенты диффузии и химической кинетики постоянны; подвижная фаза не сжимаема; скорость потока внутри каналов пористой среды заменяется средней скоростью; направление движения потока только вдоль одной оси со средней постоянной скоростью (И^сопбО; стадией химической кинетики пренебрегают ввиду превышения скорости химической реакции над скоростью диффузии ионов в фазах раствора и ионита. Кроме того, для описания диффузионной кинетики используется приближенное уравнение вида

О)

С1

где Д - эффективная константа скорости диффузии, отнесенная ко всему объему слоя; С', - концентрация /'-го компонента в слое (или объеме) раствора, равновесном с фазой ионита. Физический смысл уравнения (1) заключается в том, что движущей силой диффузионной кинетики ионного обмена является градиент концентрации между точками, где непосредственно осуществляются акты ионного обмена и вдали от этих мест. Это подразумевает то, что концентрация раствора вдали от мест сорбции больше, чем концентрация сорбируемых ионов на границе раздела фаз. Ионообменное равновесие описывается уравнением Б. П. Никольского, основанное на применении закона действующих масс к ионообменным реакциям:

("г)*1 _ у (РгТ т

где а, и аг - активность катионов к"' и К1Н в ионите при равновесии; о; и активность катионов К*'-' и К"' в растворе при равновесии; - термодинамическая константа ионообменного равновесия для обмена первого катиона из ионита на второй - из раствора при постоянной температуре.

Ввиду того, что перенос вещества за счет продольной диффузии значительно меньше переноса вещества с потоком раствора, то величиной продольных эффектов можно пренебречь, а их влияние учесть общим объемным коэффициентом диффузии (р) в уравнении кинетики.

Тогда уравнение материального баланса принимает вид

= (3)

81 Ы дх 4 '

Если допустить быстрое (мгновенное) достижение равновесия ионного обмена, то систему можно рассматривать как равновесную, а уравнением кинетики можно будет пренебречь, но такой подход сильно искажает действительную картину динамики ионного обмена и подходит только для разбавленных растворов. Однако именно неравновесная динамика близка к реальной модели ионного обмена и рассматриваемой нами задаче.

Для ионного обмена в исследуемом диапазоне концентраций вод характерной является смешаннодиффузионная кинетика, для которой предлагается использовать два взаимосвязанных уравнения кинетики (4), в которых промежуточные, переменные концентрации С, и <?, на границе раздела фаз связаны между собой уравнением изотермы ионообменного равновесия (5). Уравнения кинетики (внешняя и внутренняя диффузия):

= Д/(с/ -С,)=(4)

еУ* СУ*

£ =Кг~с[- (5) где г\ и гг, С] и Сг, е\нег- заряд и эквивалентные концентрации ионов первого и второго компонента в фазе раствора и в фазе ионита. (

Кроме того, т.к. в технологии ионообменного умягчения важной характеристикой процесса является скорость потока, отнесенная ко всей площади сечения колонны (и»0), то уравнение баланса (3) для дальнейшего исследования принято в преобразованном виде:

8С, де. ЭС, Л С61

дх Эг 81

где еь - порозность слоя, доля слоя ионообменной колонны заполненная раствором.

Используя приведенные упрощения, имеем также уравнения электронейтральности и эквивалентности ионного обмена: С = С] + С2 - полная эквивалентная концентрация всех катионов в растворе; е = е\ + ег - полная эквива-

лентная концентрация всех катионов в ионите.

Вторая глава содержит основные задачи, методику подготовки и проведения экспериментального исследования ионнообменного умягчения МВ в динамических условиях. Для проведения исследования была разработана и смонтирована экспериментальная установка, представленная на рис. 1. В качестве сорбента принят промышленный катионит КУ-2х8 как наиболее распространенный в практике промышленной водоподготовки. Определены составы исходных солей (№С1, СаС12 и М§С12 с концентрациями 50,100,200, 300 мг э*в/ по хлоридам), скорости подачи МВ (20,40,70, 90,100 м/час).

Трехходовой кран

Бак регснсрациониого раствора

Бах минерализованной воды

Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки

Подготовка катионита к эксперименту включает несколько стадий: 1. Определение гранулометрического состава объема товарного катионита. 2. Иссле-

дование геометрических характеристик зернистого слоя катионита. 3. Перевод катеонита в требуемую солевую форму.

Исходные растворы готовились в большом объеме из высоко концентрированных расходных растворов солей №С1, СаСЬ и М§СЬ. В качестве основного способа химического анализа был принят титрометрический способ как наиболее доступный и часто используемый на объектах теплоэнергетической промышленности метод определения количественного содержания ионов Са+2, М8+2.

Проведение эксперимента осуществлялось в динамических условиях, т.е. подача минерализованной воды проходила непрерывно до полного истощения катионита. Затем колонна переключалась на регенерацию раствором натриевой соли, а эксперимент переводился на следующую колонну. Процедуре регенерации предшествовала операция взрыхления уплотнившегося слоя катионита. После этой операции истощенный катеонит подвергался переводу в Ыа+-форму с последующей отмывкой, которая сочеталась с проведением эксперимента. По результатам анализов определяли стадию завершения отмывки и выделяли стадию начала истощения.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований динамики ионного обмена, вывод уравнения выходной кривой истощения для парного ионного обмена при установившемся режиме. Результаты экспериментальных исследований объединялись для оценки достоверности по величине среднеквадратичного отклонения. После обработки было признано достоверными 60 экспериментов из 64 проведенных. Проведено 47 экспериментов в системе ионного обмена Ыа+-Са2+ и 13 экспериментов в системе Ха-

рактеристики ионообменного фильтра для всех экспериментов с ионом Са2+ и одинаковы: катеонит КУ-2х8; диаметр фильтра ¡Лф = 32 мм; площадь сечения фильтра 0,00080384 м2; высота слоя катионита Нк = 640 мм.

На основании полученных экспериментальных данных и общеизвестных уравнений, описывающих неравновесную фронтальную динамику парного ионного обмена для установившегося (стационарного) режима в ионообменном

фильтре при концентрации воды свыше 40 мгэ**/, выведены уравнения высоты слоя катеонита с переменной концентрацией и выходной кривой истощения для парного ионного обмена при установившемся режиме в ионообменном фильтре:

Сю*.-"

' I г _г Л I

дГи£оС,„-С|оиДсС,-С,п' (7)

I е1Н~еЮ )

у = ] (8)

Р\ С,Я ~ Сю С,„*ЛС где АС - заданное незначительное отклонение переменной концентрации от предельных значений, условно определяющее границы «работающего» слоя, мг Жв/л' ^ ~ попеРечная площадь сечения ионообменного фильтра, м\ С\н и Сю, е\н и е\о - предельные начальная и конечная остаточная концентрация поглощаемого иона в фазах раствора и ионита, мг жв/п; Р\ - эффективная константа скорости внешней диффузии, отнесенная ко всему объему слоя, приведенная скорость фильтрования, у/.

Сравнивая полученную экспериментальную кривую истощения ионообменного фильтра с кривой, рассчитанной по уравнению (8), получены неизвестные коэффициенты диффузии Р\ и с помощью которых разработана математическая модель для расчета на ПЭВМ динамических характеристик работы ионообменного фильтра.

С целью получения обобщенных зависимостей динамики ионообменной сорбции перейдем к безразмерным величинам, для чего введем обозначения текущих концентраций:

= °> 'С„ Сю = ар0 Ср, С|, = аЛ, С),, Сш С/, е,=а„ е„ /7,.„, ею = а10 е„ е,,=а„е„, еш=ог„е„, где ар,, «„, 0,0, арм, а^, ам, ат, - переменные и постоянные относительные эквивалентные концентрации сорбируемого иона в фазе раствора и в

фазе катионита; Ср - полная эквивалентная концентрация всех катионов в растворе, мгэкв/л\ек - полная эквивалентная концентрация всех катионов в катио-

ните на единицу массы сухого катионита, ш экв/гсх \ Лл _ плотность влажного слоя набухшего катионита в растворе с концентрацией Ср, гсх/Я£ЯОЯ- Величины еа и определяются по данным предыдущих исследований.

Принимая во внимание принятые обозначения уравнение материального баланса примет вид

дая е . п йа дат

уравнение кинетики, учитывающее внешнюю и внутреннюю диффузию, примет вид

-«„)СР = -<*•>„ •/>.„» (10)

а уравнение равновесия в относительных величинах преобразуется к виду

— а_

где £1-2 - коэффициент равновесия обмена на границе раздела фаз.

Уравнение подобия кривых изменения концентрации поглощаемого иона в фазах раствора и ионита (уравнение Л. Б. Зельдовича) преобразуется к виду

(12)

а,-аж0 - аг,0

Подставляя относительные концентрации в уравнения (7) и (8), получим уравнение высоты зоны переменной концентрации в слое катионита:

">---7-~ -I -г—(

¿а.

]„ ав — '

Р р*

уравнение выходной кривой истощения ионообменного фильтра:

А С„ '

Объединяя все постоянные величины, введем следующие обозначения:

' В-Т1Г1Г' 0>, (15),(16),(17)

подставляя которые в уравнения (10), (12) и (14), получим уравнения

= = = } = (18), (19),

ар~аро (20)

где 5 - соответствующий интеграл, для раскрытия которого необходимо исключить переменную ар„ из уравнения (20), это возможно сделать, преобразовав уравнения (18) и (19) к виду

= ФаР + ам ~ <РаРо > (21)

= (22)

где Ор, ак - переменные относительные концентрации в растворе и ионите.

Совместное решение уравнений (11) и (22) позволит исключить переменную а^ из уравнения (20), в итоге интеграл 5 удастся раскрыть, установив зависимость У(Н) = ЛаР) Решение этих уравнений дает уравнение третьей степени, решения которого в явном виде не существует, оно возможно только методом последовательных приближений. Наиболее простое решение этой задачи может быть найдено, если задано значение Ор„ и необходимо определить соответствующее ему Ор, однако решение обратной задачи значительно усложняется и приводит к решению, упомянутого выше, уравнения третьей степени, решение которого возможно только методом последовательных приближений с использованием программы «Поиск» для ЭВМ.

Четвертая глава посвящена определению коэффициентов внешней и внутренней диффузии по результатам экспериментальных исследований с по-мощью'разработанных программ «Поиск», «Фронт», а также методик построения выходной кривой истощения ионообменного фильтра.

Решение системы уравнений (11), (18), (19) и (20) может быть получено путем вычисления интеграла 5 методом конечных разностей, или, как показали предварительные исследования, более рациональным является использование численных методов решения этой системы с использованием малых конечных

приращений независимых переменных величин. Для этого необходимо установить уравнения связи между приращениями независимых переменных величин.

Для установления связи между приращениями переменных величин а), и ар„ произведем дифференцирование уравнения (22) по арп:

¿а, _ 1

¿а ' В+<р

(23)

(¿О /, 4Ч

где —— - производная по изотерме равновесия (11) в точке с координатами

с1а„ р*

а„„ и а,,,,,. Из уравнения (23) следует

^-ЧН^- (24)

Заменяя дифференциалы величин ар и ая, их конечными разностями, т.е. достаточно малыми приращениями, получим зависимость

<25>

где ар„ - принятое постоянное приращение основной переменной величины ар„; ар, - соответствующее ему переменное приращение неосновной переменной величины ар в точке с координатами ар, и а„.

Обратная зависимость будет иметь вид

- (26) ~ В+<1Ы >'

где ар - принятое постоянное значение приращения основной переменной величины <Хр\ ар,,, - соответствующее ему переменное приращение неосновной переменной величины Ор„ в точке с координатами а1т> и а„„.

Для установления связи между приращениями переменных величин ар и V возьмем дифференциал от левой и правой части уравнения (20):

(27)

Р Р"

Обратная зависимость будет иметь вид

(28)

Разность ар-ари найдем из уравнения (22), вычитая из левой и правой

части этого уравнения величину ар,,. После соответствующих преобразований получим

(29)

Заменяя дифференциалы величин ар и V в уравнении (27) их конечными разностями, т.е. достаточно малыми приращениями этих величин, а также подставляя значение разности ар - ар„, вычисленное по уравнению (29) в точке с

координатами с^,, и «„„, получим после соответствующих преобразований __(в+у)-М

где ар - принятое постоянное приращение основной переменной величины ар, ц - соответствующее ему переменное приращение неосновной переменной величины V в точке с координатами ар„, и ат„ аР1 и а„.

Выполняя аналогичные преобразования из уравнения (28), получим обратную зависимость

„ («■*ко

в" =-{^Тда-(31)

где и - принятое постоянное приращение основной переменной величины V; ар, - соответствующее ему переменное приращение неосновной переменной величины Ор в точке с координатами и «„„•, ар, и а,/.

Аналогичными уравнениями устанавливается связь между приращениями переменных ар„ и V. Из уравнений (24), (28) и (29) после преобразований получим

¿у --Л

Заменяя дифференциалы величин о^, и V в уравнении (32) конечными разностями, получим "

Л/(д+</„)

4 К,-<ра„,Н".о-<Раро)а'"' <33>

Обратная зависимость имеет вид

а<~--ЩШГ)-(34)

В уравнениях (32) и (33) ар„ и и - принятые постоянные приращения основной переменной величины ар„ или К; и, и а^,, - соответствующие этому переменные приращения неосновных переменных величин V и ар„ в точке с координатами ар, и а„, Орп^ и

Для расчета и построения зависимости ар = /(к) численными методами

требуется выбор основной переменной величины (ар, ар„ или У), конечное приращение которой должно быть принято постоянным, а переменные приращения остальных двух величин могут быть рассчитаны по уравнениям (25), (26), (30), (31), (33) и (34). За основную переменную величину был выбран о&ьем протекающего раствора - V, что обеспечивает точность определения и суммирования всех последовательных значений конечных объемов, протекающего через фильтр раствора. Построение выходной кривой истощения, а также подбор коэффициентов диффузии (Д и /%) по результатам экспериментальных исследований осуществляется с помощью программы «Фронт», разработанной по методике расчета, в которой в качестве основной переменной величины принят объем протекающего раствора - V. Расчет оптимальных значений коэффициентов диффузии Д и Д производится по данным экспериментальных исследований выходных кривых истощения лабораторного ионообменного фильтра. Всего по программе «Фронт» были обработаны данные 60 опытов, из них 47 опытов - для парного обмена Ыа+-Са2+ и 13 опытов - для парного обмена Ыа+-М§2+ (пример, рис. 2).

Среднее отклонение расчетных значений концентрации поглощаемого иона от экспериментальных значений в большинстве опытов не превышает

С,

Рисунок 2 - Выходные кривые истощения лабораторного ионообменного фильтра для опытов 9-14, рассчитанные для двух значений коэффициентов диффузии /7, и [Ъ (оптимальных и расчетных) при ионном обмене Ыа*-Са2* при С, = 50 ж экв/1, С, - 40 иг ока/1

1-3 %, а по всему массиву опытов среднее отклонение составляет 4,0 % для обмена Иа+-Са2+ и 3,2 % для обмена №+-М§2+ Получены общие уравнения для расчетов коэффициентов диффузии Р\ и Д. Для парного обмена №+-Са2+:

Д = (4,6 • м>„ + С„ + 0,03 • С„ ■ IV, - 34,б)-10"3, (35)

Д = (0,04 • «-„ + 0,025 ■ С, +1,4). 10"'. (3 6)

Для парного обмена Ыа+-\^2+:

Д = (1,5 • + 0,8 • С„ + 0,1 • к», ■ С, +125,1 )• 10'5, (37)

Д = (о,04 ■ и>0 + 0,03 • С, + 2,б)- Ю-3. (38)

На рис. 3 показана схема изменения концентрации поглощаемого иона в слое катионита в фильтре в этот момент. Кривая изменения концентрации поглощаемого иона в растворе по высоте слоя Нр имеет подобный характер в соответствии с правилом Л. Б. Зельдовича (рис. 4).

ГУ гр

Рисунок 3 - Схема изменения концентрации по- рисуНок 4 - Выходная кривая истощения фильтра глотаемого иона в слое катионита в фильтре

Нк - высота слоя катеонита в фильтре, м; Нр - высота слоя катеонита с переменной концентрацией поглощаемого иона, высота «работающего» слоя катеонита, м; е,„ во - концентрация поглощаемого иона в катеоните, равновесном с исходной водой (полностью истощенный катеонит), и остаточная концентрация этого иона в полностью отрегенерированном катеоните, г экУм^кат ! ~ сред-неинтегральная концентрация поглощаемого иона в объеме слоя переменной

концентрации Нр, г же/ ; де _ незначительное отклонение переменной / м кшп.

концентрации поглощаемого иона от равновесных значений ео и е„, ограничивающее высоту слоя катеонита переменной концентрации Нр, гжв/мъктп 5 ^ ~

общий объем умягченного раствора, прошедшего через фильтр до начала проскока поглощаемого иона, л«3 (л); Ур - объем раствора переменной концентрации на выходе из ионообменного фильтра, м1 (л); С„, Со - концентрация поглощаемого иона в исходном растворе и его остаточная концентрация в растворе, равновесном с полностью отрегенерированным катеонитом, 3 (-мгэк^/); Срр - среднеинтегральная концентрация поглощаемого иона в объеме раствора переменной концентрации - Ур, гэкв/^ (мгэкв/л)^ АС - незначительное отклонение переменной концентрации поглощаемого иона в растворе от постоянных значений Со и С„, ограничивающее объем раствора Ур, соответствующего выходной кривой истощения, г экв/ 3.

Одной из основных характеристик работы натрий-катионитового фильтра при умягчении МВ является динамическая (рабочая) обменная емкость (ДОЕ) поглощения.

где Е„ - полная обменная емкость поглощения катеонита в фильтре (ПОЕ).

Из уравнения (39) следует, что расчетное значение Ер (ДОЕ) зависит от величины £„, которая определяется по данным предыдущих исследований статического ионообменного равновесия, и от динамических характеристик «работающего» слоя катионита в фильтре Нр и е^, которые могут быть опреде-

(39)

лены по данным настоящего исследования.

В первом приближении, с достаточной для практических целей точностью, можно принять отношение ——— = 0,5, что значительно упрощает оп-

Еп

ределение величины Ер и делает ее зависимой только от одной динамической характеристики - Нр по уравнению

£, = £„( 1-оД],^/, . (40)

V ",) /иг кат.

Расчет высоты «работающего» слоя катеонита Нр при любых исходных условиях процесса натрий-катионитового умягчения минерализованных вод может быть выполнен с использованием программы «Фронт» модифицированной для условий данного расчета. Программа «Фронт-2» является частным случаем программы «Фронт» и предназначена для определения высоты «работающего» слоя катеонита Нр в ионообменном фильтре в пределах заданных границ изменения концентрации в фазе раствора.

Как показывает анализ программы «Фронт-2» на значение величины Нр основное влияние оказывают только три независимые характеристики режима работы фильтра - wo, Ср и С, или а^.

Точные значения величины Нр определялись по программе «Фронт-2» для следующих сочетаний независимых характеристик: скорость фильтрования w0= 10, 40, 70 и 100 м/час; общая концентрация раствора Ср = 50, 100, 200 и 300 жжв/я', начальная относительная эквивалентная концентрация поглощаемого иона Ори = 0,2; 0,3; 0,4 и 0,5.

Всего в результате расчета при всех сочетаниях этих характеристик было

А

получен!) 64 точных значения величин Нр, по которым производился подбор и оценка расчетных уравнений вида Hf = fip><i,Cp,ap.)- В результате подбора и анализа различных уравнений по программе LRSVD для практических расчетов значений высоты «работающего» слоя катеонита Нр рекомендуются следующие уравнения.

Для обмена Na+-Ca2+ (q = 1 ):

+ 0,32 С, и>0 10"' х

х

Среднее относительное отклонение расчетной величины Нр от истинных значений по уравнению (41) составляет 3,7 %. Для обмена Ыа+-М§2+ (ц = 0):

Я =0,173-^- + 0,37С „и-о10"5х р * г р °

Среднее относительное отклонение расчетной величины Нр от истинных значений при использовании уравнения (42) составляет 4,8 %.

Уравнения (41) и (42) рекомендуются для практических расчетов высоты «работающего» слоя катеонита в ионообменных фильтрах в следующем диапазоне изменения исходных характеристик режима его работы: >уо= 10- 100м/час; С,, = 50-300 мгжв/; ^„ = 0,2-0,5.

Основные результаты и выводы:

1. Получены результаты экспериментальных исследований ионообменного умягчения высокоминерализованных вод в динамических условиях на катеоните КУ-2х8 в диапазоне концентраций солей Са2+ и М§2+ от 0,05 до 0,3н.

2. Рассчитаны значения коэффициентов внешней и внутренней диффузии (Р\ и Рг соответственно) и установлены их зависимости от технических характеристик процесса ионного обмена в динамических условиях.

3. Разработана новая методика определения коэффициентов внешней и внутренней диффузии по результатам экспериментального исследования кривой истощения ионообменного фильтра.

4. Разработана математическая модель процесса натрий-катионитового умягчения в динамических условиях, и на ее основе разработан ряд программ для ЭВМ («Поиск», «Фронт», «Фронт-2»), рекомендованных для инженерных

'р

0,6- С -100 6и>„-100 1-г

х ----о,17• -—5—— + 20-+ а +0,032,,и.

% 0,1 С, У

(42)

работников, соответствующих отраслей промышленности, а также используемых в учебном процессе кафедры «Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция» Северо-Кавказского государственного технического университета.

5. Впервые получены уравнения зависимости высоты рабочего фронта (Нр) от скорости ввода минерализованной воды в ионообменную колонну (н'0), концентрации исходной воды (Ср) и относительной концентрации поглощаемого иона в исходном растворе (ар„) для ионного обмена в динамических условиях в диапазоне концентраций от 0,05 до 0,3н.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Гейваидов И. А., Вислогузов А. Н., Кремлев Д В. Практическое использование коэффициентов активности элекфолитов в расчетах процессов ионообменной обработки воды для теплоэнергетического оборудования // Вузовская наука Северо-Кавказскому региону / Мшериалы V региональной научно-технической конференции. Ставрополь: СевКавГТУ, 2001. С. 80-81.

2. Кремлев Д. В., Стоянов Н. И. Методика экспериментального исследования равновесия // Строительство - 200! / Материалы Международной научно-практической конференции. - Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 2001. С. 128.

3. Расчет равновесных составов фазы катионита и раствора при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод / А. Н Вислогузов, И. А. Гей-вандов, Н И. Стоянов, Д. В. Кремлев, Д. В. Аборнев // Материалы XXXII научно-технической конференции по результатам работы ППС, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 2002 год. Ставрополь- СевКавГТУ, 2003. Том второй. Технические и прикладные науки. С. 82 - 83.

4. Расчет технологических показателей натрий-катионитового умягчения минерализованных вод в ионообменной колонке / А. Н. Вислогузов, И А. Гейван-дов, Н И. Стоянов, Д. В. Кремлев, Д. В. Аборнев // Материалы XXXII научно-технической конференции по результатам работы ППС, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 2002 год. Ставрополь СевКавГТУ, 2003. Том второй. Технические и прикладные науки. С. 83.

5. Определение отношения ионных коэффициентов активности электролитов в расчетах процессов ионообменной обработки воды / А. Н. Вислогузов, И. А. Гейвандов, Д. В. Кремлев, С. В. Чумовицкая И Сборник научных трудов СевКавГТУ. Серия «Физико-химическая». Выпуск 6. Ставрополь, 2002. С. 25-28.

6. Исследование ионообменного равновесия при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод в теплоэнергетике / А. Н. Вислогузов, И. А. Гейвандов, Н. И. Стоянов, Д. В. Кремлёв, Д. В Аборнев // Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону / Материалы VI региональной научно-технической конференции. Ставрополь: СевКавГТУ, 2002. С. 94 - 95.

7. Исследование ионообменною равновесия при натрий-катионитовом умягче-

нии минерализованных вод / А. Н. Вислогузов, И. А. Гейвандов, Н. И. Стоянов, Д. В. Кремлев, Д. В. Аборнев // Вестник СевКавГТУ. Серия «Физико-химическая». № 1 (7). Ставрополь: СевКавГТУ, 2003. С. 35 - 40.

8. Определение динамических характеристик процесса натрий-катионитового умягчения минерализованных вод / Д. В. Кремлев, И. А. Гейвандов, А. Н. Вислогузов , Н. И. Стоянов, Д. В. Аборнев // Вузовская наука - СевероКавказскому региону / Материалы VII региональной конференции. Ставрополь: СевКавГТУ, 2003. Том первый. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. С. 123 - 124.

9. Расчет концентраций ионов Са:+, Mg2+ и Na+ в катеоните и равновесном с ним растворе по данным экспериментальных исследований / И. А. Гейвандов, А. Н. Вислогузов, Н. И. Стоянов, Д. В. Кремлев, Д. В. Аборнев // Вестник СевКавГТУ. Серия «Физико-химическая». № 1 (8). Ставрополь: СевКавГТУ, 2004. С. 50-55.

10. Основные технологические показатели и характеристики процесса натрий-катионитового умягчения минерализованных вод / И. А. Гейвандов, А. Н. Вислогузов, Н. И. Стоянов, Д. В. Кремлев, Д. В. Аборнев // Вестник СевКавГТУ. Серия «Физико-химическая». № 1 (8). Ставрополь: СевКавГТУ, 2004. С. 55 - 60.

11. Методика обработки экспериментальных данных при исследовании ионообменного умягчения минерализованных вод / Д. В. Кремлев, И. А. Гейвандов, А. Н. Вислогузов, Н. И. Стоянов, А. И. Воронин, Д. В. Аборнев // Материалы XXXIII научно-технической конференции по результатам работы ППС, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 2003 год. Ставрополь: СевКавГТУ, 2004. Том второй. Технические и прикладные науки. С. 59-61.

Подписано в печать 19.11.04 г. Формат 60x84 1/16. Усл. п. л. - 1,5 . Уч.-изд. л. - 1,2 .

Бумага офсетная. Печать офсетная. Заказ №255 Тираж 100 экз. Северо-Кавказский государственный технический университет

_355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2_

Издательство Северо-Кавказского государственного технического университета Отпечатано в типографии СевКавГТУ

I

I

I !

РНБ Русский фонд

2006-4 351

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ИОНООБМЕННОГО УМЯГЧЕНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ

1.1. Вопросы использования минерализованных вод в теплосиловом хозяйстве энергетического комплекса России.

1.2 Умягчение минерализованных вод для повышения эффективности их использования в термоопреснительных и теплосиловых установках.

1.3 Анализ общей постановки задачи динамики ионного обмена и методов ее решения.

1.4. Обзор результатов современных исследований динамики ионообменного процесса при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод.

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ИОННОГО ОБМЕНА ПРИ УМЯГЧЕНИИ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД.

2.1 Цель экспериментальных исследований динамики ионообменного умягчения минерализованных вод и программа их проведения.

2.2 Методика проведения экспериментальных исследований ионообменного умягчения в динамических условиях.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИНАМИКИ ПАРНОГО ИОННОГО ОБМЕНА ПРИ УМЯГЧЕНИИ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД И МЕТОДЫ ИХ ОБРАБОТКИ.

3.1 Общая классификация групп опытов по скоростям фильтрования и характеристикам исходных растворов.

3.2 Сводные таблицы данных экспериментальных исследований.

3.3 Вывод уравнения выходной кривой истощения для парного ионного обмена при установившемся режиме в ионообменном фильтре.

3.4 Приведение уравнения выходной кривой истощения ионообменного фильтра к обобщенному виду.

3.5 Определение зависимости между переменными относительными концентрациями в растворе и на границе раздела фаз методом последовательных приближений - программа «Поиск».

3.6 Вычисление интеграла в уравнении выходной кривой истощения методом конечных разностей.

ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВНЕШНЕЙ И ВНУТРЕННЕЙ ДИФФУЗИИ ПРИ УМЯГЧЕНИИ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД

ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Разработка и анализ методики и программы построения расчетной выходной кривой истощения ионообменного фильтра численными методами.

4.2 Программа расчета и построения выходной кривой истощения ионообменного фильтра при стационарном режиме и выбор оптимальных значений коэффициентов внешней и внутренней диффузии по результатам экспериментальных исследований - программа «Фронт».

4.3 Определение значений коэффициентов внешней и внутренней диффузии по результатам экспериментальных исследований.

4.4 Практическое применение результатов исследования для расчета и оптимизации процессов умягчения в динамических условиях.

Актуальность темы.

На одного жителя нашей планеты приходится более 500 млн. м3 воды, однако, вследствие высокой минерализации, её большая часть не пригодна для использования без предварительной обработки. Ограниченные запасы пресной воды и крайне неравномерное ее распределение, затрудняет водоснабжение населения и объектов производственного назначения. Транспортировка воды в районы, где существует её дефицит или она полностью отсутствует, в настоящее время экономически нерентабельна в связи с большими капитальными затратами и транспортными расходами.

Одним из решений проблемы дефицита пресной воды, является получение ее из морских или пластовых вод, а также стоков объектов теплоэнергетической промышленности. Разработано множество способов получения пресной воды из минерализованных вод, в основе которых лежат методы термической дистилляции, электродиализа, обратного осмоса, вымораживания. При использовании наиболее распространенного метода термической дистилляции можно значительно снизить затраты и повысить эффективность метода за счет предварительного умягчения минерализованной воды методом ионного обмена в ионообменных колоннах. Ход процесса умягчения минерализованных вод на катионите КУ-2х8 в динамических условиях неизбежно сопровождается неполным использованием емкости катионита. Одним из объяснений такого эффекта является недостаточное время контакта каждого отдельного зерна катионита с умягчаемой водой. В этой связи весьма актуальным является вопрос об оптимизации технологического процесса вышеуказанной операции. Для решения поставленной задачи необходимо провести ряд практических и теоретических исследований по определению коэффициентов внешней и внутренней диффузии в динамических условиях (Д и оказывающих непосредственное влияние на процесс умягчения минерализованных вод в зависимости от концентрации сорбируемого иона в воде, скорости фильтрования через ионообменную колонну, а также разработать методики расчета динамических характеристик процесса ионообменного умягчения минерализованных вод.

Цель работы.

Экспериментальное определение коэффициентов внешней и внутренней диффузии при ионообменном умягчении минерализованных вод с концентрацией от 0,05 до 0,ЗН в динамических условиях и разработка практических рекомендаций по расчету характеристик технологических операций процессов умягчения таких вод.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проведение экспериментальных исследований для определения коэффициентов внешней и внутренней диффузии при двойных обменах №+-Са2+ и Ыа+-М§2+ в динамических условиях умягчения минерализованных вод на ка-тионите КУ-2х8 в интервале концентраций от 0,05 до 0,ЗН и скорости фильтрования от 10 до 100 м/час.

2. Разработка новых методик определения коэффициентов внешней и внутренней диффузии по результатам экспериментальных исследований динамики парного неравновесного ионного обмена в условиях стационарной кривой истощения ионообменного фильтра при умягчении минерализованных вод.

3. Разработка на основе экспериментальных данных аналитических уравнений для определения значений коэффициентов внешней и внутренней диффузии, используемых в практических расчетах.

4. Создание новых методик для расчета динамических характеристик процесса ионообменного умягчения минерализованных вод и вывод уравнений применимых для практических расчетов этих характеристик на основе полученных методик.

Научная новизна работы

1. В результатах экспериментальных исследований динамики неравновесного ионного обмена в условиях стационарного фронта кривой истощения ионообменного фильтра для парных обменов Ыа+-Са2+ и Ыа+-1У^2+ на катионите КУ-2х8 в широком диапазоне скоростей фильтрования и концентраций умягчаемой воды.

2. В полученных коэффициентах внешней и внутренней диффузии (Д и Рг соответственно) на основе решения системы уравнений динамики ионообменной сорбции.

3. В разработанной новой методике экспериментального исследования стационарной кривой истощения ионообменного фильтра - программа «Фронт», на основе которой получены оптимальные значения коэффициентов внешней и внутренней диффузии.

4. В новой методике и программе расчета основной динамической характеристики процесса ионообменного умягчения минерализованных вод - высоты «работающего» слоя катионита в фильтре (Нр) - программа «Фронт-2».

5. В инженерных расчетных уравнениях определения величины высоты рабочего слоя Нр в исследованном диапазоне характеристик процесса ионообменного умягчения минерализованных вод (концентрация - Ср = 50 - 300

Мг Жв/л> скоРость фильтрования - м>0 = 10 - 100 м/час, относительная концен

2+ трация ионов Са или - ари = 0,2 - 0,5).

Практическая ценность работы

Разработанные методики расчета физико-химических параметров взаимодействующих сред в условиях динамики ионного обмена легли в основу разработки программ «Поиск», «Фронт», «Фронт-2», рекомендованные для инженерных работников объектов химической водоподготовки промышленных предприятий, например, Открытого Акционерного Общества Научнопроизводственный концерн «ЭСКОМ», в рамках общей программы реконструкции и совершенствования технологической схемы котельной. Данный факт подтверждается актом о внедрении, приведенном в Приложении 3.

Комплекс разработанных программ используется в учебном процессе по дисциплине «Водоподготовка и водно-химический режим объектов ТГВ» для специальности 270109 - Теплогазоснабжение и вентиляция «СевероКавказского государственного технического университета».

Основные положения, выносимые на защиту

1. Получение экспериментальных данных, согласно принятой программе проведения исследования ионообменного умягчения минерализованных вод в динамических условиях.

2. Результаты обработки экспериментальных исследований ионообменного равновесия в динамических условиях при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод в диапазоне концентраций 0,05-0,ЗН на катионите КУ-2х8.

3. Зависимости коэффициентов внешней и внутренней диффузии {¡3\ и Д соответственно) от скорости фильтрования (и>0) и концентрации исходной минерализованной воды (Ср) в ионообменную колонну.

4. Результаты расчета процесса динамики ионообменной сорбции с использованием предложенной математической модели.

5. Уравнения зависимости высоты рабочего фронта (.Нр) от скорости фильтрования минерализованной воды в ионообменную колонну (и>0), концентрации исходной воды (Ср) и относительной концентрации поглощаемого иона в исходной воде (арн) для ионного обмена в динамических условиях в диапазоне концентраций от 0,05 до 0,ЗН.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях по итогам научно-исследовательской работы профессорско-преподавательского состава Северо-Кавказского государственного технического университета; региональных научно-технических конференциях «Вузовская наука Северо-Кавказскому региону»; международной научно-практической конференции «Строительство-2001» в г. Ростов-на-Дону.

Публикации

По результатам выполненной работы опубликовано 6 статей и 5 тезисов к докладам на научных конференциях.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Общий объем работы составляет 148 страниц машинописного текста, который содержит 20 рисунков и 4 таблицы. Библиографический список состоит из 146 наименований.

Основные результаты и выводы

1. Получены результаты экспериментальных исследований ионообменного умягчения высокоминерализованных вод в динамических условиях на ка-тионите КУ-2х8 в диапазоне концентраций солей Са2+ и М§2+ от 0,05 до 0,ЗН.

2. Рассчитаны значения коэффициентов внешней и внутренней диффузии (Д и Рг, соответственно) и установлены их зависимости от технических характеристик процесса ионного обмена в динамических условиях.

3. Разработана новая методика определения коэффициентов внешней и внутренней диффузии по результатам экспериментального исследования кривой истощения ионообменного фильтра.

4. Разработана математическая модель процесса натрий-катионитового умягчения в динамических условиях и на ее основе разработан ряд программ для ЭВМ («Поиск», «Фронт», «Фронт-2»), рекомендованных для инженерных работников, соответствующих отраслей промышленности, а также используемых в учебном процессе кафедры «Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция» Северо-Кавказского государственного технического университета.

5. Впервые получены в инженерном виде уравнения зависимости высоты рабочего фронта (Нр) от скорости ввода минерализованной воды в ионообменную колонну (и'о), концентрации исходной воды (Ср) и относительной концентрации поглощаемого иона в исходном растворе (арн) для ионного обмена в динамических условиях в диапазоне концентраций от 0,05 до 0,ЗН.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Абдулаев К. М., Фейзиев Г. К. Установка частичного и глубокого умягчения морской воды // Энергетик. 1978. № 4.

2. Абдулаев К. М., Агамалиев М. М. Глубокое умягчение морской воды ступенчато-противоточным натрий-катионированием // Химия и технология воды. 1987. Т. 9. № 6.

3. Адсорбционная технология очистки сточных вод / А. М. Кочановский и др. Киев: Техника, 1981. - 175 с.

4. Апельцин И, Э., Клячко В. А. Опреснение воды. М.: Стройиздат, 1968.- 222 с.

5. Ахназарова С. JL, Кафаров В. В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М.: Высш. шк., 1978. 319 с.

6. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов. JL: Химия, 1983.-295 с.

7. Аэров М. 3., Тодес О. М., Наринский Д. А. Аппараты со стационарным зернистым слоем: Гидравлические и тепловые основы работы. JI: Химия, 1979.- 176 с.

8. A.c. 1 807 003 СССР. МКИ С 02 F 1/04. Способ подготовки питательной воды из высокоминерализованных вод / И. А. Гейвандов, А. Н. Вислогузов, А. И. Воронин, Н. И. Стоянов, Е. Е. Злыгостев, А. И. Гейвандов.

9. A.c. 1 035 990 СССР. МКИ С 02 F 1/00, F 01 К 7 / 44. Энергетическая установка / И. А. Гейвандов, П. П. Симонов.

10. Берштейн М. А., Симонов П. П., Гейвандов И. А. Передвижная установка глубокого умягчения высокоминерализованных вод для питания нефтепромысловых парогенераторов высокого давления // Тепловые методы добычи нефти. М.: Наука, 1975.- 180 с.

11. Берштейн М. А, Симонов П. П., Гейвандов И. А. Использование высокоминерализованных нефтепромысловых сточных вод для приготовления теплоносителей // РНТС ВНИИОЭНГ. Нефтепромысловое дело. 1977. № 1.

12. БИКИ «Бюллетень иностранной и коммерческой информации» 08.01.2002, №001.

13. Блянкман Л. М. Очистка фильтрующих материалов. М.: Энергоиз-дат, 1981.- 112 с.

14. Бойд Г., Адамсон А., Майер Н. / Сб. статей «Хроматографический метод разделения ионов». М.: Иностр. лит., 1949.

15. Васильев В. П. Термодинамические свойства растворов электролитов. М.: Высш. шк., 1982. 320 с.

16. Васильев В. П. Аналитическая химия. Т. 1. Гравиметрический и тит-рометрический методы анализа. М.: Высш. шк., 1989.

17. Венецианов Е. В., Рубинштейн Р. Н. Динамика сорбции из жидких сред. М.: Наука, 1983.-238 с.

18. Вислогузов А. Н. Физико-химические закономерности ионообменного равновесия при натрий-катионитовом умягчении минерализованных вод: Автореферат на соискание уч. степени к.т.н., Ставрополь: СевКавГТУ, 2004.

19. Вихрев В. Ф., Шкроб М. С. Водоподготовка. М.: Энергия, 1973.

20. Водоподготовка. Процессы и аппараты / Громогласов А. А., Копылов А. С.; Под ред. О. И. Мартыновой М.: Атомиздат, 1977. 352 с.

21. Вопросы физической химии растворов электролитов: Сб. статей / Под ред. Г. И. Микулина. Л.: Химия, 1968. 420 с.

22. Воронцова О. Н., Горшков В. И., Панченков Г. М. Равновесие обмена ионов меди, цинка и кадмия на катеонитах КУ-1 и КУ-2 в водородной форме // Теория ионного обмена и хроматографии. М.: Наука, 1968. 246 с.

23. Вулих А. И. Ионообменный синтез. М.: Химия, 1973. 232 с.

24. Гейвандов И. А., Кошкош В. И. Выбор оптимальной схемы термоопреснительной установки, включаемой в схему отопительной котельной // Общие вопросы строительства. 1974. № 12.

25. Гейвандов И. А., Синельникова Э. М. Исследование ионообменного равновесия трехионной системы — Са2+ М§2+ при умягчении высокоминерализованных природных вод на катионите КУ-2 // Журн. физ. хим. 1976. Т. 50. №6.

26. Гейвандов И. А., Казинцева И. Е., Воронин А. И. Расчет показателей работы натрий-катионитовых фильтров при умягчении высокоминерализованных вод. / Изв. вузов. Энергетика. № 5. 1982.

27. Гейвандов И. А., Стоянов Н. И. Исследование гранулометрического состава синтетических ионитов // Материалы III региональной научно-технической конференции «Вузовская наука Северо-Кавказскому региону». Ставрополь: СевКавГТУ, 1999. С. 81 - 82.

28. Гейвандов И. А., Стоянов Н. И. Исследование геометрических характеристик синтетических ионитов // Сборник научных трудов. Серия «Физико-химическая». Выпуск 3. Ставрополь: СтГТУ, 1999. С. 90 94.

29. Гейвандов И. А., Вислогузов А. Н. Расчет высоты слоя переменной концентрации катионита на высокоминерализованных водах и с использованием массообменных коэффициентов диффузии. Ставрополь: СтГТУ, 1995. (Деп.2006-В95).

30. Гланц С. Медико-биологическая статистика. М.: Практика, 1998.459 с.

31. Гриссбах Р. Теория и практика ионного обмена. М.: ИЛ, 1963. 500 с.

32. Дегерменджи А. Г. Биофизика водных систем // Вестник РАН. 1998.

33. Том. 68. № 12. С. 1072- 1076.

34. Демин А. П. Динамика потребления воды населением России (19772000 гг.) // Водоснабжение и санитарная техника. 2002. № 12. Часть 2.

35. Джангиров Д. Г., Швиденко О. Г. Сравнительный анализ моделей неравновесной обменной сорбции в плотном слое // Химия и технология воды. 1993. Т. 15. № 5.

36. Дытнеровский Ю. И. Мембранные процессы разделения жидких смесей. М.: Химия, 1975.-232 с.

37. Дытнеровский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. М.: Химия, 1978. 352 с.

38. Дыхно А. Ю. Использование морской воды на тепловых электростанциях. М.: Энергия, 1974. 272 с.

39. Дыхно А. Ю. Первый промышленный опыт непосредственного питания котлоагрегата умягченной морской водой // Труды МИРЭК. Т. VII. М., 1969. Т. 8.

40. Знаменский Ю. П., Бычков Н. В. Кинетика ионообменных процессов. Обнинск: Принтер, 2000. 204 с.

41. Зубаков JI. Б., Тевлина А. С., Даванков А. Б. Синтетические ионообменные материалы. М.: Химия, 1978. 184 с.

42. Иониты в химической технологии / Архангельский JL К., Белинская Ф. А.; Под общ. ред. Б. П. Никольского и П. Г. Романкова. JL: Химия, 1982.-416 с.

43. Иониты и ионный обмен / Под ред. Г. В. Самсонова и П. Г. Романкова. Л.: Наука, 1975. 230 с.

44. Ионный обмен / Под ред. Я. Маринского. М.: Мир, 1968. 566 с.

45. Ионный обмен / Под ред. М. М. Сенявина М.: Наука, 1981. 268 с.

46. Использование обессоливающих установок в замкнутых системах водопользования / Аксенов В. И., Никулин В. А., Курбатов П. Р., Подберезный В. JI. // Водоснабжение и санитарная техника. 2000. № 1. С. 9.

47. Исследование режима работы испарителей при питании их умягченной морской водой / Макинский И. 3., Симонов П. П. и др. // Опыт эксплуатации теплосилового оборудования в системе Азглавэнерго / БТИ ОРГРЭС. М.: Энергия, 1970.- 118 с.

48. Исследования умягчения воды Каспийского моря натрий-катионированием на ГРЭС «Северная» / Абдулаев К. М., Фейзиев Г. К. и др.// Теплоэнергетика. 1977. № 3.

49. Капица С. П. Главная проблема человечества // Вестник РАН. 1998. Том 68. №3. С. 234-241.

50. Килиничев А. И., Хель В. Описание динамики сорбции в многокомпонентных системах на основе модели образования поверхностных комплексов. (Российская академия наук, Институт физической химии, Москва) // Ж. физ. химии. 2000. Т. 74. № 3. С. 466 472.

51. Кокотов Ю. А., Золотарев П. П., Елькин Г. Е. Теоретические основы ионного обмена: Сложные ионообменные системы. Л.: Химия, 1986. 280 с.

52. Кокотов Ю. А. Иониты и ионный обмен. Л.: Химия, 1980. 152 с.

53. Кокотов Ю. А., Пасечник В. А. Равновесие и кинетика ионного обмена. Л.: Химия, 1970. 366 с.

54. Колодин М. В. Вода и пустыни. М.: Мысль, 1982. 119 с.

55. Кол один М. В. Опреснение воды замораживанием. Ашхабад: Издательство «Ылым» АН ТССР, 1977. 244 с.

56. Колодин М. В., Дыхно А. Ю. Современные методы опреснения воды. Ашхабад: Изд. «Ылым» АН ТССР, 1967. 182 с.

57. Комаровский А. А., Демцук П. А., Семенихина Г. Д. Равновесие для катионита КУ-2 в растворах, содержащих ионы водорода, натрия и кальция // Теория ионного обмена и хроматография. М.: Наука, 1968. 246 с.

58. Коновалов Б. Науке нужны приоритеты // Инженер. 1999. № 3. С. 10 —11.

59. Костальский А. А., Минц Д. М. Подготовка воды для питьевого промышленного водоснабжения. М.: Высшая школа, 1962. 559 с.

60. Кострикин Ю. М. Инструкция по анализу воды, пара и отложений в теплосиловом хозяйстве. М.: Энергия, 1967. 386 с.

61. Кошкош В. И., Гейвандов И. А. Опреснение высокоминерализованных природных вод в промышленных и отопительных котельных // Водоснабжение и санитарная техника. 1979. № 7.

62. Кремлёв Д. В., Стоянов Н. И. Методика экспериментального исследования ионообменного равновесия // «Строительство 2001» / Материалы Международной научно-практической конференции. - Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2001.- 168 с.

63. Крушенко Г. Г., Петров С. А., Сабирова Д. Р. Состояние ресурсов пресной воды // Водоснабжение и санитарная техника. 2002. № 12. С. 3 5.

64. Крыщенко К., Шаров В., Дзегиленок В. Какими будут энергетические технологии? // Консультант директора. 2000. № 15. С. 23-25.

65. Кульский Л. А., Чепцов А. С. Новые методы опреснения воды. Киев: Наукова думка, АН УССР, 1974. 190 с.

66. Кульский Л. А., Гороновский И. Г. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. В двух частях. Часть 1. Киев: Наукова думка, 1980. -680 с.

67. Курс физической химии. Т. II / Под общ. ред. Я.И. Герасимова. М.: Химия, 1973. 623 с.

68. Лакин Г. Ф. Биометрия. М.: Высш. шк., 1980. 293 с.

69. Ларин А. В. Моделирование динамики адсорбции в слоях адсорбента малой длины. Оценка концентрационной области соблюдения равенства Зельдовича // Изв. РАН. Сер. «Хим.». 2001. № 9. С. 1502 1504.

70. Лейкин А. Ю., Лейкин Ю. А. Расчет основных параметров динамики сорбции кальция на гранульных и нетканых катионитах // Теория и практ. сорбц. процессов. 2000. № 26. С. 82 92.

71. Лифшиц О. В. Справочник по водоподготовке котельных установок. М.: Энергия, 1966. 448 с.

72. Макинский И. 3., Байрам-Заде А. Б. Умягчение морской воды для тепловых электростанций // Опыт эксплуатации теплосилового оборудования в системе Азэнерго / БТИ ОРГРЭС. М.: Госэнергоиздат, 1961. 80 с.

73. Макинский И. 3. Перспективы использования высоко минерализованных вод для выработки пресной воды на тепловых электростанциях // Обессо-ливание и опреснение соленых и солоноватых вод. М.: Госстройиздат, 1960. -160 с.

74. Макинский И. 3., Гейвандов И. А. Исследование глубокого умягчения морской воды для питания парогенераторов различных параметров // Опыт эксплуатации теплосилового оборудования в системе Азглавэнерго / БТИ ОРГРЭС. М.: Энергия, 1970. 118 с.

75. Макинский И. 3., Байрам-Заде А. Б. Использование высокоминерализованных вод для питания котлов высоких и сверхвысоких параметров // Опыт эксплуатации теплосилового оборудования в системе Азэнерго / БТИ ОРГРЭС. М.: Госэнергоиздат, 1961. — 80 с.

76. Макинский И. 3., Симонов П. П. Питание котлоагрегатов высокого и среднего давления высокоминерализованной водой // Энергомашиностроение. 1966. № 4.

77. Макинский И. 3., Шищенко В. В., Гейвандов И. А. Методика расчета условий безнакипного режима работы испарителей и подогревателей на морской воде // Изв. вузов. Энергетика. 1971. № 2.

78. Макинский И. 3. Умягчение морской воды и использование ее для питания испарителей и паровых котлов // Водоподготовка, водный режим и хим-контроль на паросиловых установках. М.: Энергия, 1966. Вып. 2.-281 с.

79. Марутовский Р. М., Швиденко В. 3., Рода И. Г. Применение модифицированного уравнения закона действия масс к расчету процессов сорбции и регенерации ионитов // Химия и технология воды. 1993. Т. 15. № 9 10.

80. Математические методы в химической технологии / Батунер Л. М., Позин М. Е.; Под общ. ред. М. Е. Позина. Л.: Госхимиздат, 1963. 638 с.

81. Методика расчета показателей ионного умягчения минерализованных вод на катионите КУ-2 / И. А. Гейвандов, А. И. Воронин, Н. И. Стоянов, А. Н. Вислогузов // Химия и технология воды. Киев, 1991. Т. 13. № 6. С. 499 — 503.

82. Мещерский Н. А. Эксплуатация водоподготовительных установокэлектростанций высокого давления. М.: Энергоатомиздат, 1984. 408 с.

83. Мир воды: Труды Международного научно-практического семинара. 12-14 мая 2003 года, Обнинск, Россия. М., 2003 - 124 с.

84. Научные проблемы энергетики возобновляемых источников: Сборник трудов Международной научно-технической конференции (октябрь 2000 г.) / Под ред. д.т.н., проф. М. И. Бальзанникова. Самара: СамГАСА, 2000. - 132 с.

85. Никольский Б. П., Парамонова В. И. Успехи химии. Т. 8. 1939. № 10. С. 1535- 1567.

86. Никольский Б. П., Богатова Н. Ф. // Вести Ленингр. ун-та. № 16. Сер. «Физ.-хим.». Т. 3. 1961. С. 97.

87. Обработка воды на тепловых электростанциях / А. И. Баулина, С. М. Гурвич; Под ред. В. А. Голубцова. М.: Энергия, 1966. 448 с.

88. Основы расчета и оптимизации ионообменных процессов / М. М. Сенявин, Р. Н. Рубинштейн, Е. В. Венецианов и др. М.: Наука, 1972.175 с.

89. Патент 2 014 283 РФ. МКИ С 02 F 1/04. Способ получения горячей воды из высокоминерализованных вод / Гейвандов И. А., Вислогузов А. Н., Воронин А. И., Стоянов Н. И., Злыгостев Е. Е., Гейвандов А. И.

90. Полянский Н. Г., Горбунов Г. В., Полянская Н. JI. Методы исследования ионитов. М.: Химия, 1976. 208 с.

91. Практикум по аналитической химии / Васильев В. П., Морозова Р. П.; Под общ. ред. В. П. Васильева. М.: Химия, 2000. 328 с.

92. Проблема воды // Крушенко Г. Г., Сабирова Д. Р., Петров С. А., Тал-дыкин Ю. А. / Вода и экология. 2000. № 3.

93. Прохоров Ф. Г., Янковский К. А. Умягчение морской воды // Электрические станции. 1946. № 3.

94. Прохорова А. М., Алексеева Т. В. О перспективе применения отечественных карбоксильных катионитов при ступенчато-противоточном катиони-ровании воды // Теплоэнергетика. 1976. № 9.

95. Рачинский В. В. Введение в общую теорию динамики сорбции и хромотографии. М.: Наука, 1964. 136 с.

96. Рузинов Л. П., Слабодчикова Р. И. Планирование эксперимента в химии и химической технологии. М.: Химия, 1980. 280 с.

97. Сейиткурбанов С., Фатеева Г. С. Опреснение воды с использованием отбросного тепла энергетических установок. Ашхабад: Изд. «Ылым» АН ТССР, 1973.-92 с.

98. Сень Л. И., Якубовский Ю. В. Парогенераторные установки на морской воде. Л.: Судостроение, 1979. 232 с.

99. Сенявин M. М., Рубинштейн Р. Н. Теоретические основы деминерализации пресных вод. М.: Наука, 1975. 326 с.

100. Сенявин M. М. Ионный обмен в технологии и анализе неорганических веществ. М.: Химия, 1980. 272 с.

101. Симонов П. П., Гейвандов И. А., Кошкош В. И. Использование высокоминерализованных природных вод в промышленных и коммунальных котельных // Общие вопросы строительства. 1974. № 5.

102. Славинская Г. В. Методика расчета выходных кривых ионообмена по асимптотическому уравнению динамики сорбции // Химия и технология воды. 1993. Т. 15. №4.

103. Слесаренко В. Н. Современные методы опреснения морских и солоноватых вод. М.: Энергия, 1973. 248 с.

104. Слесаренко В. Н. Дистилляционные опреснительные установки. М.: Энергия, 1980.-248 с.

105. Сокращение потерь тепла при получении питательной воды из высокоминерализованных вод / И. А. Гейвандов, А. И. Воронин, Н. И. Стоянов,

106. A. Н. Вислогузов // Кокс и химия. 1992. № 7. С. 33 35.

107. Солдатов В. С., Бычкова В. А. Ионообменные равновесия в многокомпонентных системах. Минск: Наука и техника, 1988. 360 с.

108. Солдатов В. С. Простые ионообменные равновесия. Минск: Изд. «Наука и техника», 1972. 218 с.

109. Спектор О. А. Слово о воде. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. — 152 с.

110. Справочник химика-энергетика. Т. I. / Сост. и общ. ред. С. М. Гурви-ча М.: Энергия, 1972. 456 с.

111. Стоянов Н. И., Гейвандов И. А. Вислогузов А. Н. Исследование необменного поглощения в реакциях ионного обмена на катионите КУ-2х8 // Научные школы и научные направления СевКавГТУ. Ставрополь: СевКавГТУ, 2001. С. 238-241.

112. Теория ионного обмена и хроматографии: Сб. статей // Под ред.

113. B. В. Рачинского. М.: Наука, 1968. 240 с.

114. Тремийон Б. Разделение на ионообменных смолах. М.: Мир, 1967. —432 с.

115. Уилкинсон Д., Райнш. Справочник алгоритмов на языке алгол. Линейная алгебра. Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1976. - 160 с.

116. Уоптон Г. Ионный обмен: Сб. статей. М.: Иностр. лит., 1951.

117. Фейзиев Г. К. Высокоэффективные методы умягчения, опреснения и обессоливания воды. М.: Энергоатомиздат, 1988. — 192 с.

118. Фейзиев Г. К. Исследование умягчения воды натрий-катиониро-ванием с развитой регенерацией // Изв. вузов. Сер. «Энергетика». 1976. № 6.

119. Форсайт Д., Малькольм М., Моулер К. Машинные Методы математических вычислений. Пер. с англ. X. О. Икрамова М.: Мир, 1980. - 279 с.

120. Фошко J1. С. Структура ионной атмосферы и уравнение равновесия ионного обмена // Исследования по водоподготовке, топливу и маслам. Донецкое обл. изд., 1959.

121. Фюрон Р. Проблема воды на земном шаре. JL: Гидрометеоиздат, 1996.-356 с.

122. Хуторский М. Д., Зволинский В. П., Рассказов А. А. Мониторинг и прогнозирование геофизических процессов и природных катастроф: Учеб. пособие. М.: Изд-во Российского университета дружбы народов, 1999. - 222 с.

123. Шапошник В. А., Григорчук О. В. Кинетика деминерализации воды электродиализом с ионообменными мембранами // Вестник ВГУ. Серия «Химия, биология». 2000. С. 13 19.

124. Шапошник В. А. Диффузия и электропроводность в водных растворах сильных электролитов // Электрохимия. 1994. Т. 30. № 5. С. 638 643.

125. Шапошник В. А. Мембранная электрохимия // Соросовский образовательный журнал. № 2. 1999. С. 71 77.

126. Шищенко В. В., Крикун M. М. Расчет допустимой концентрации сульфата кальция при питании парогенераторов и испарителей минерализованной водой //Пром. Энергетика. 1979. № 1.

127. Cooney, D. О. 1999. Adsorption Design for Wastewater Treatment. Lewis Publishers, Boca Raton, FL. 190 pages.

128. Gregor H.P. J. Amer. Chem. Soc., 1948; V.70; p.1293; 1951, V. 73, № 2, n. 642.

129. Langelier W.F., Caldwell D. H., Lawrence W. В., Spaulding С. H. Scale control in sea water distillation equipment. Industrial and Engineering Chemistry, 1950, v. 42. №1.

130. Mc Jlhenny F. Ion-exchange pretreatment, First International Symposium on Water Desalination. Washington, 1965.