2 Опис лабораторної установки та послідовність виконання роботи

Схема процесу селективного виділення іонів цінних металів з використанням комплексоутворення і ультрафільтрації представлена на рис. 2.1.

Розчин заздалегідь очищають від суспензій, змішують в реакторі 2 з водорозчинним полімером, який утворює комплексні сполуки тільки з металами, що підлягають виділенню. Підготовлений таким чином розчин з метал-полімерним комплексом подається насосом в перший ультрафільтраційний апарат 5, в якому мембрана затримує тільки полімерний комплекс, вільно пропускаючи в пермеат воду і солі металів, що залишилися незв'язаними. Концентрат прямує в регенератор 7, в якому полімерний комплекс руйнується, наприклад, в результаті зміни рН розчину. Потім потік прямує в другий ультрафільтраційний апарат 10, де мембраною затримується тільки високомолекулярний комплексоутворювач, а цільовий продукт переходить в пермеат. Метал-полімерний комплекс можна руйнувати електролізом, при цьому метал осідає на катоді, а комплексоутворювач залишається в розчині і без додаткової обробки повертається на стадію комплексоутворення. Багатократне використання комплексоутворювача дозволяє підвищити економічність проведення процесу виділення іонів металу, особливо у тому випадку, коли потрібно використовувати дорогий полімер.

Основні переваги — висока вибірковість в результаті застосування селективних полілігандів, велика продуктивність при незначних енерговитратах. Процес можна здійснювати в умовах безперервного режиму, що обумовлює можливість його автоматизації.

1 – фільтр механічної очистки; 2 – реактор комплексоутворення; 3,8 – насос; 4,9 – манометр; 5,10 – ультрафільтраційні апарати; 6,11 – вентилі-регулятори тиску; 7 – регенератор полімера; І – вихідний розчин; ІІ – луг або кислота для регулювання рН середовища; ІІІ – регенерований полімер; ІV – свіжий полімер; V – пермеат, що містить низькомолекулярні компоненти; VI – пермеат, збагачений металом.

Рисунок 2.1 – Схема процесу виділення іонів металів із застосуванням комплексоутворення і ультрафільтрації.

3 Розрахункова частина

Параметри вихідного розчину вносимо в таблицю 3.1.

Таблиця 3.1 – Параметри вихідного розчину

№ розчину	Компонент, що вилучається з розчину	Динамічний коефіцієнт в’язкості, Па·с	Концентрація компоненту, мг/дм3
1	2	3	4

Експериментальні дані заносимо у таблицю 3.2.

Таблиця 3.2 – Експериментальні дані

№ розчину	Витрати концентрату, дм3/год	Об’єм розчину, що пройшов через мембрану, дм3	Тиск робочий, Па	Температура робоча, ºС
1	2	3	4	5

Визначити концентрацію компоненту, що вилучається, у пермеаті та розраховати селективність та проникність мембрани за формулами (3.1) та (3.2) відповідно. Розрахункові дані занести у таблицю 3.3.

Селективність – здатність мембрани розділяти компоненти суміші. Селективність можна визначити за формулою:

, (3.1)

де с₁ – концентрація компоненту, що вилучається, у вихідному розчині, мг/дм³;

с₂ – концентрація компоненту, що вилучається, у пермеаті, мг/дм³.

Проникність визначається за формулою:

(3.2)

де V – об’єм розчину, що пройшов за час через мембрану, дм³;

F – площа робочої поверхні мембрани, м².

τ – час, год.

Таблиця 3.3 – Розрахункові дані

№ розчину	Концентрація компоненту, що вилучається, у пермеаті, мг/дм3	Селективність мембрани, %	Проникність мембрани, дм3/(м·год)
1	2	3	4

Контрольні питання

1 Який метод перспективно використовувати для виділення з багатокомпонентних розчинів потрібного електроліту? В чому його суть?

2 З випробуваних полімерних добавок якнайкращі результати були отримані при використанні якої речовини? Наведіть її властивості.

3 Чим визначається ефективність концентрації полімерного комплексу ультрафільтрацією?

4 Що впливає на ефективність концентрації метал-полімерного комплексу ультрафільтрацією?

5 Поясніть процес зменшення ступеня затримання мембраною металу, не дивлячись на концентрацію полімеру, що збільшується, в розчині, на третій ділянці рис.1.1.

6 Яке середовище реакції найефективніше використовувати для виділення металів з розчинів ультрафільтрацію?

7 За якими формулами визначаються селективність та проникність мембрани?

Перелік посилань

1 Ю. И. Дытнерский. Баромембранные процессы. Теория и расчет. М.: Химия, 1986. – 272 с.

2 Кочаров Р. Г. Теоретические основы обратного осмоса. Учебное пособие – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2007. – 143 с.

3 Ю. И. Дытнерский. Обратный осмос и ультрафильтрация. – М.: Химия, 1978. – 356 с.