РАСЧёТ ВОДОРОДНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ (РН) ПРИ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗЕ ВОДЫ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ISSN 0321-3005 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.

ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. 2012. № 5

УДК 541.136.001.2:546.212

РАСЧЁТ ВОДОРОДНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ (рН) ПРИ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗЕ ВОДЫ

© 2012 г. Н.В. Ксенз, Е.А. Кияшко, И.Г. Сидорцов

Ксенз Николай Васильевич - доктор технических наук, профессор, кафедра физики, Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия, ул. Ленина, 21, г. Зерноград, Ростовская область, 347740, e-mail: achgaa@ achgaa.ru. Кияшко Елена Александровна - инженер, Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия, ул. Ленина, 21, г. Зерноград, Ростовская область, 347740, e-mail: achgaa@ achgaa.ru. Сидорцов Иван Георгиевич - кандидат технических наук, доцент, кафедра физики, Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия, ул. Ленина, 21, г. Зерноград, Ростовская область, 347740, e-mail: achgaa@ achgaa.ru.

Ksenz Nikolay Vasilyevich - Doctor of Technical Science, Professor, Department of the Physics, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy, Lenin St., 21, Zernograd, Rostov Region, 347740, e-mail: achgaa@ achgaa.ru. Kiyashko Elena Alexandrovna - Engineer, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy, Lenin St., 21, Zernograd, Rostov Region, 347740, e-mail: achgaa@ achgaa.ru. Sidortsov Ivan Georgiyevich - Candidate of Technical Science, Associate Professor, Department of the Physics, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy, Lenin St., 21, Zernograd, Rostov Region, 347740, e-mail: achgaa@ achgaa.ru.

Теоретически и экспериментально исследовано влияние электрических и геометрических параметров процесса электродиализа воды на водородный показатель (рН) электроактивированной воды. Для определения водородного показателя при электродиализе воды за основу принимается ионное произведение воды. Получена формула для практических расчётов водородного показателя электроактивированной воды при электродиализе. Показано, что различие между теоретическими и экспериментальными значениями водородного показателя составляет 1,8... 6,7 Полученную формулу предлагается использовать для практических расчётов при проектировании электродиализных установок.

Ключевые слова: электродиализ, водородный показатель, электроактивированая вода, гидроксил.

In the work theoretically influence of electric and geometrical parameters of process of an electrodialysis on hydrogen of the electroactivated water also is experimentally investigated. For determination of hydrogen ion exponent at a water electrodialysis ionic product of water is accepted to a basis. The formula for practical calculations of hydrogen ion exponent of the electrodialysis water is received at an electrodialysis. It is shown that distinction between theoretical and experimental values of hydrogen ion exponent makes 1,8.6,70%. The received formula is offered to be used for practical calculations at projection of electrodialysis installations.

Keywords: electrodialysis, hydrogen ion exponent, electroactivated water, hydroxyl.

ISSN 0321-3005 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.

ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. 2012. № 5

Водородный показатель (рН) является одним из определяющих показателей электроактивированной воды при её использовании в технологиях сельскохозяйственного производства. В связи с этим предсказание изменения рН от электрических и геометрических параметров процесса при электродиализе воды имеет практическое значение.

В [1] водородный показатель предлагается определять по выражению:

öl +(öil ")=

-lg а

10 " 7 +

Nf +,ff 1 ) F •V

, (1)

где ^ - коэффициент активности ионов Н+ или ОН при соответствующей ионной силе раствора; ] - выход по току; I - сила тока при электродиализе воды, А; т - время электродиализа, с; ^ - число Фарадея; А-с/(г-экв); V. - объём обрабатываемой воды, л.

При расчёте рН по предлагаемому выражению нам неизвестна исходная концентрация СН(ОН), что затрудняет получение объективных количественных значений рН.

Нами для определения водородного показателя при электродиализе воды предлагается следующий подход. За основу принимаем ионное произведение воды [2]:

N + - % -= 10

где N +, N/ -

,-14

(2)

- концентрация ионов водорода и

гидроксила в воде соответственно, г-ион/л. Из выражения (2) имеем

N + = io-14/N/ -.

C -10

ch+ -

-14 /

/Т</-т)/(г-у)]. (8)

Для определения водородного показателя в [2]

предлагается: öl -- lg N

I

(9)

Для практического использования выражения (8) с учётом (9) необходимо объём воды представить следующим образом:

V - L,

- S

где

д. l

— межэлектродное расстояние.

Тогда получим

öl N--

lg10-14 - lg

I-z

F - L-

- S

д. l

(10)

(11)

Экспериментальная проверка выражения (11) проводилась при следующих условиях: I = 2,0 А, т=120 с, 0=54 л/ч, Ьмеж= 9,5...13,5 см.

Результаты экспериментальных исследований представлены на рисунке.

Анализ этих зависимостей показывает, что различие между теоретическими и экспериментальными значениями водородного показателя составляет 1,8.6,7 % (рисунок). Таким образом, для предварительных расчётов водородного показателя (рН) при проектировании электродиализных установок сельскохозяйственных технологий может быть использовано выражение (11).

pH

(3)

Из [2] известно, что концентрация ионов гидрок-сила обусловлена перемещением анионов через мембрану, чему соответствует некоторая сила тока: I = Сон- - и-Г- Бал_, (4)

где и - скорость перемещения ионов, м/с; Б ^ I -

рабочая площадь мембраны, м2.

Скорость движения ионов через мембрану можно представить следующим образом:

и = у /(т- БдГ[). (5)

Тогда (4) примет вид

I = (Сон-- Г - у)/т , (6)

откуда

Сон-= (I -т)/(Г - у). (7)

Подставляя (7) в (3), получим

Межэлектродное расстояние Ь, см

Зависимость водородного показателя рН от межэлектродного расстояния: ■ - теоретические значения рН; • - экспериментальные значения рН

На основании результатов экспериментальных исследований можно сделать следующий вывод: для предварительных расчётов водородного показателя (рН) при проектировании электродиализных установок сельскохозяйственных технологий может быть использовано выражение (11).

Литература

1. Зеленцов В.И., Ненно В.Э., \амаков А.А.\ Расчёт рН вод-

ных растворов электролитов при их электролизе // Электронная обработка материалов. 1978. № 5. С. 64-67.

2. Скорчеллетти В.В. Теоретическая электрохимия. Изд.

3-е. Л., 1969. 608 с.

Поступила в редакцию

12 апреля 2012 г.