Орієнтовний розрахунок розмірів іонообмінної колони для періодичної сорбції

Розрахунок процесу і визначення розмірів колони полегшується, якщо відомий час контакту смоли з нативним розчином.

Пояснимо це на прикладі сорбції стрептоміцину.

Умови сорбції

За технологічний цикл обробляється фугат, що містить стрептоміцин. Фугат має такий склад:

з буферної ємності фугат оезперервно надходить в систему послідовно з єднаних іонообмінних колон, заповнених катіонітом КБ-2. Смола КБ-2 - слабкозшита катіонообмінна смола, що має карбоксильні групи. Смолу використовують в Na-формі. Обмінна ємність смоли за стрептоміцином 2,3 мг-екв/г. Питомий об'єм смоли, що набрякла в розчині, 8,5 см³/г. Процес сорбції відбувається за схемою:

З R-COONa + C_2|H₃₉N₇O_l2 = (R-COO)₃(Str)⁺³ + 3Na⁺

Молекулярна маса стрептоміцину 587. Розчин зі смолою контактує протягом 48 годин (це умовно означає, що об'єм катіоніту в першій робочій колоні відповідає об'єму, потрібному для вилучення стрептоміцину з усього розчину, а всі інші забезпечують час контакту розчину зі смолою).

Розрахунок матеріального балансу

1.Під час взаємодії зі смолою КБ-2 стрептоміцин веде себе як тривалентна основа. Оскільки молекулярна маса антибіотика 587, то 1 мг-екв. стрептоміцину дорівнює 587/3=196.

2.ПОЄ смоли КБ-2 дорівнює 2,3 мг-екв/г. Отже, 1 грам смоли поглине 2,3*196 = = 451 мг стрептоміцину.

3.У розчині міститься 52,48*1000*1000 = 5,248 Ю⁷ мг стрептоміцину. Отже, для його поглинання потрібно 5,248-10⁷/451 = 116363,6 г = 116,36 кг смоли КБ-2 в Na-формі.

4.Після сорбції 1 г смоли втрачає 3 іони натрію, тобто 23*3 = 69 мг, а уся маса іонообмінної смоли 116363,6*69/10⁶ = 8,03 кг. Натомість вона приєднує 52,48 кг стрептоміцину. Маса смоли з сорбованим стрептоміцином дорівнює 116,36 - 8,03 + + 52,48= 160,81кг.

5.Крім стрептоміцину смола обмінює іони натрію на іони магнію. Еквівалент магнію дорівнює 24/2 - 12 мг, а натрію-23. Один грамм смоли приєднає 2,3* 12 = 27,6 мг іонів магнію.

Нативний розчин містить 6,64 кг сульфату магнію, отже, розчин містить 6,64*24/120 = 1,328 кг іонів магнію. Для іх поглинання потрібно 1328000/27,6 = 48116 г = 48,11 кг смоли КБ-2. Після поглинання смола втратить 48116*2,3*23/10⁶ = 2,54 кг іонів натрію, натомість після поглинання магнію маса її збільшиться до 48,11 -2,54 + + 1,328 = 46,89 кг.

Всього на процес потрібно взяти 116,36 + 48,11 = 164,47 кг смоли КБ-2 в Na-формі.

Матеріальний баланс сорбції стрептоміцину

Розрахунок робочого об 'ему іонообмінної колони

1.Згідно із вищенаведеною таблицею в колонку завантажують 164,47 кг смоли КБ-2 в Na-формі. Смола має питомий об'єм після набрякання 8,5 см³/г. Отже, первинний об'єм адсорбенту повинен становити 164,47*8,5 = 1,4 м³. Оскільки густина сухої смоли становить приблизно 1500 кг/м³, то вільний об'єм, крізь який буде проходити нативний розчин, становить 1,4 - 164,47/1500 = 1,29 м³. Він дорівнює 1,29*100/1,4 = 92%.

2.Приймемо, що відношення висоти шару набряклого сорбенту до діаметра дорівнює 8. Тоді 3,14(D)²*8D/4 = 1,4. Звідси D = 0,6 м, а висота - 4,8 м. Вільна площа для проходу рідини становить 3,14(0,6)²*0,92/4 = 0,26 м².

3.Всього нативного розчину, який перепускають крізь іоніт, 14,5 м³. Витрата його становить 14,5/48 = 0,302м³/год. Швидкість руху потоку крізь шар іоніту становить 0,302/0,26 = 1,162 м/год. Оскільки висота шару іоніту становить 4,8 м, то контакт смоли з рідиною триває 4,8/1,162 = 4,13 год. Оскільки час контакту повинен тривати 48 годин, то потрібно встановити 48/4,13 = 11,62 колонок.

4.Можна не чекати, коли перша колонка повністю буде заповнена стрептоміцином. Приймемо, що всього в батарею встановлено 6 колон. Об'єм кожної повинен бути 11,62* 1,4/6 = 2,71 м³. Через 48 годин першу з колон вимикають зі схеми і в ній проводять десоробцію, а потім - відновлення іоніту.

5. Якщо відношення висоти (Н) шару іоніту до діаметра (D) 8:1, можна записати:

3,14(D)²*8D/4 = 2,71. Звідси D = 0,756 м.

6. Приймемо, що дійсний діаметр колони становить 0,75 м. Тоді

3,14(0,75)²*Н/4 = 2,71. Звідси Н= 6,13 м.

Поиск по сайту: