Орієнтовний технологічний розрахунок

Кожна іонообмінна смола характеризується іонообмінною ємністю: кількістю протиіонів в 1 г або в 1 см³ смоли. Повну обмінну ємність (ПОЄ) визначають у статичних умовах, використовуючи стандартні реактиви, і виражають в мг-екв/г або мг-екв/см³. Ця ємність, за ідеєю характеристики, не повинна залежати від природи іонів, величини зерна, хоча на практиці від цих показників ПОЕ залежить доволі сильно. Динамічну обмінну ємність визначають в динамічних умовах. Вона теж сильно відрізняється від ПОЄ.

Для усіх смол ПОЄ знаходиться в межах 3...5 мг-екв/г. Питомий об'єм смол -2,2...4,5 см³/г. Наприклад, ПОЕ смоли КУ-2 становить в середньому 4,9 мг-екв/г. Розрахуємо масу іонів, які захопить смола при використанні ПОЕ на 100%.

1. Нехай під час адсорбції відбувається реакція:

-S0₃H + NaOH -► -S0₃Na + Н₂0

Скільки іонів Na⁺ поглине 1 г смоли, скільки г NaOH прореагує з 1 г смоли?

Розе 'язання

Молекулярна маса їдкого натру - 40, іону натрію - 23. Оскільки іон натрію одновалентний, то Mr-eKBNa⁺ = 23 мг. Отже, 1 г смоли поглине 4,9*23 = 112,7 мг іонів Na⁺, в реакції візьме участь 4,9*40 = 196 мг NaOH.

2. Припустимо, що 1 г смоли КУ-2 реагує з Mg(OH)₂. Скільки мг гідроксиду
магнію візьме участь в реакції?

Розв 'язання

Один мг-моль Mg⁺² - 24 мг, а 1 мг-екв - 24/2 = 12 мг. Мол. маса Mg(OH), - 58. Отже, 1 г смоли поглине 4,9* 12 = 58,8 мг іонів магнію, а в процесі іонобміну прореагує 4,9*(58/2) = 142 мг гідроксиду магнію.

3. Припустимо, що 1 г смоли КУ-2 реагує з триетаноламіном за схемою:
-S0₃H+N(OC₂H₅)₃ →-S0₃^-N⁺H(OC₂H₅)₃. Скільки мгтриетаноламіну поглине 1 г смоли?

Розв 'язання

Молекулярна масатриетанолу-149. В даній реакціїтриетаноламін одновалентний. Отже, 1 г смоли КУ-2 поглине 4,9* 149 = 730 мг триетаноламіну.

4. Припустимо, що 1 г смоли КУ-2 взаємодіє з деяким антибіотиком, який має
мол. масу 357 і містить три аміногрупи, здатні утворювати з сульфогрупою четвертинну амонійну сіль. Скільки антибіотику поглине смола?

Розв 'язання

На 1 аміногрупу припадає 357/3 = 119в.о. Отже, 1 г смоли поглине 4,9*119 = 583 мг антибіотика²

* * *

Якщо задана ПОЄ, вміст речовини в розчині, його об'єм (або маса), то можна розрахувати потрібний об'єм смоли і визначити висоту шару іоніту та діаметр колонки.

Приклад 10.2. 1000 кг 0,5%-го розчину оцтової кислоти обробляють смолою АН-1, яка має ПОЕ 4,3 мг-екв/г, питомий об'єм 2,25 см³/г. Знайти потрібний об'єм смоли і визначити діаметр колонки й висоту шару іоніту.

Розв 'язання

1.Молекулярна маса кислоти - 60. Оскільки вона одноосновна, то 1 г смоли поглине 4,3*60 = 258 мг кислоти. 100 г розчину містить 500 мг кислоти, отже, для оброблення 100 г розчину потрібно 500/258 = 1,94 г смоли, а для обробки усієї кількості розчину-1,94* 10000= 19400 г= 19,4 кгабо 19400*2,25 = 43650см³ = 0,04365 м³смоли.

2.Приймемо, що висота шару іоніту у колонці в 5 разів більше діаметра колонки. Тоді (πD²*5D)/4 = 0,04365. Звідси D = 0,38 м, висота шару - 0,38*5 = 1,9 м.

Приклад 10.3. Нативний розчин, що містить антибіотик поліміксин М, обробляють катіонітом КБ-2. Експериментально встановлено, що 1 г смоли поглинає 2 г антибіотика. Об'єм нативного розчину - 50 м³. Вміст антибіотика - 0,5 г/дм³. Питомий об'єм смоли - 2,6 см³/г. Знайти висоту шару іоніту та діаметр колонки.

Розв 'язання

У 50 м³ нативного розчину міститься 50000*0,5 = 25000 г = 25 кг антибіотика. Для його поглинання потрібно 25/2 = 12,5 кг смоли. Потрібний об'єм смоли - 2,6* 12,5 = = 32,5 дм³. Якщо відношення висоти шару іоніту до діаметра колонки 5:1, діаметр колонки становить 0,2 м, висота- 1 м.

Приклад 10.4. Умови прикладу 10.3. Після закінчення хемосорбції колонку елюювали 0,5 н розчином сульфатної кислоти. При цьому на десорбцію одного моля антибіотика, молекулярна маса якого 1156, йде 3 молі сульфатної кислоти. Загальна маса 0,5 н. розчину кислоти взята така, що кінцевий елюат містить поліміксин М з активністю 320000 Од/см³ (10000 Од = 1 мг). Скласти матеріальний баланс процесу.

Розв 'язання

1.Кількість молів поліміксину М, що десорбується, 25000/1156 = 21,63 моль.

2.Маса сульфатної кислоти, яка потрібна для десорбції, 21,63 *3 *98 = 63 58,13 г = = 6,36 кг.

3.Концентрація антибіотика в кінцевому елюаті становить 320000/10000 = = 32 мг/см³ (г/дм³).

4.Оскільки десорбується 25 кг антибіотика, то кінцевого розчину повинно бути 25000/32 = 781, 25 дм³.

5.Оскільки 0,5 н. розчин сульфатної кислоти відповідає концентрації24,5 г/дм³, то для приготування вихідного елюату потрібно 781, 25*24,5 = 19140,6 г (19,14 кг) 100%-ї сульфатної кислоти або 19,4/0,96 = 19,94 кг96%-ї кислоти.

Поиск по сайту: