Gran enciclopedia de petróleo y gas. Determinación de la capacidad de intercambio dinámico total del intercambiador catiónico
6. Se eliminó la limitación del período de vigencia según el protocolo N 5-94 del Consejo Interestatal de Normalización, Metrología y Certificación (IUS 11-12-94)
7. EDICIÓN (enero de 2002) según enmendada (IUS 3-91)
Esta norma se aplica a los intercambiadores de iones y especifica métodos para determinar la capacidad de intercambio dinámico con regeneración completa del intercambiador de iones y con un caudal dado del agente regenerador.
Los métodos consisten en determinar la cantidad de iones absorbidos de la solución de trabajo por unidad de volumen del intercambiador de iones hinchado durante el flujo continuo de la solución a través de la capa del intercambiador de iones.
1. MÉTODO DE MUESTREO
1. MÉTODO DE MUESTREO
1.1. El método de muestreo se indica en la documentación reglamentaria y técnica de productos específicos.
1.2. Para los intercambiadores de iones, en los que la fracción de masa de humedad es inferior al 30%, se toma una muestra (100 ± 10) g Para el hinchamiento, la muestra se coloca en un vaso con una capacidad de 600 cm 3 y se vierte con una solución saturada solución de cloruro de sodio, que debe cubrir la capa de intercambio iónico en exceso, teniendo en cuenta su hinchamiento. Después de 5 horas, el intercambiador de iones se lava con agua destilada.
1.3. Para intercambiadores de iones con fracción de masa más del 30% de humedad, se toma una muestra (150 ± 10) g en un vaso de 600 cm 3 de capacidad y se vierten 200 cm 3 de agua destilada.
2. REACTIVOS, SOLUCIONES, ALMACENES, INSTRUMENTOS
Agua destilada de acuerdo con GOST 6709 o agua desmineralizada que cumpla con los requisitos de GOST 6709.
Solución de cloruro de bario según GOST 742, químicamente pura, con una fracción de masa del 10%.
Cloruro de calcio 2-soluciones acuosas, químicamente puras, de concentraciones (СаСl=0.01 mol/dm (0.01 N) y (СаСl)=0.0035 mol/dm (0.0035 N).
Ácido clorhídrico según GOST 3118, químicamente puro, soluciones con una fracción de masa del 5% y concentraciones (HCl) = 0,5 mol/dm (0,5 N), (HCl) = 0,1 mol/dm (0,1 N) y (HCl )=0,0035 mol/dm (0,0035 N).
Ácido sulfúrico según GOST 4204, químicamente puro, soluciones con una fracción de masa del 1%, concentración (HSO) = 0,5 mol / dm (0,5 N).
Hidróxido de sodio según GOST 4328, soluciones químicamente puras con una fracción de masa de 2, 4, 5%, concentraciones (NaOH) = 0,5 mol / dm (0,5 N), (NaOH) = 0,1 mol / dm (0,1 N), (NaOH)=0,0035 mol/dm (0,0035 N).
Cloruro de sodio según GOST 4233, solución saturada químicamente pura y solución de concentración (NaCl)=0,01 mol/dm (0,01 N).
Se prepara un indicador mixto, que consta de rojo de metilo y azul de metileno o rojo de metilo y verde de bromocresol, de acuerdo con GOST 4919.1.
El indicador naranja de metilo o rojo de metilo, una solución con una fracción de masa del 0,1%, se prepara de acuerdo con GOST 4919.1.
El indicador de fenolftaleína, una solución de alcohol con una fracción de masa del 1%, se prepara de acuerdo con GOST 4919.1.
Absorbente químico de cal KhPI-1 según GOST 6755 o cal sodada.
Tubo (cloruro de calcio) según GOST 25336.
Vaso de precipitados 1000 según GOST 1770.
Cilindros de acuerdo con GOST 1770 versiones 1-4 con una capacidad de 100 y 250 cm3 y versiones 1, 2 con una capacidad de 500 y 1000 cm3.
Vasos B o H según GOST 25336 en cualquier diseño con una capacidad de 600 y 1000 cm.
Matraces Kn-1-250 según GOST 25336.
Pipetas 2-2-100, 2-2-25, 2-2-20 y 2-2-10 según NTD.
Buretas según NTD tipos 1, 2, versiones 1-5, clases de precisión 1, 2, con una capacidad de 25 o 50 cm 3, con un valor de división de no más de 0,1 cm y buretas de tipos 1, 2, ejecución 6 , clases de precisión 1, 2, con una capacidad de 2 o 5 cm, con un valor de división de no más de 0,02 cm.
Matraces volumétricos de ejecuciones 1, 2 de acuerdo con GOST 1770, clases de precisión 1, 2, con una capacidad de 10, 25 y 100 cm3.
Tamiz con rejilla de control 0315K según GOST 6613 con una carcasa con un diámetro de 200 mm.
Copa ChKTs-5000 de acuerdo con GOST 25336 o hecho de material de polimerización, suficiente para colocar un tamiz en él.
El montaje de laboratorio (ver dibujo) consiste en una botella 1 y una columna de vidrio 6 con un diámetro interno de (25,0 ± 1,0) mm y una altura de al menos 600 mm para determinar la capacidad de intercambio dinámico en condiciones de regeneración completa del ion intercambiador y un diámetro interno de (16,0 ± 0,5) mm y una altura de al menos 850 mm para la determinación en condiciones de un caudal dado del agente regenerador. En la parte inferior de la columna se suelda un filtro 7 del tipo FKP POR 250 XC según GOST 25336 u otro dispositivo filtrante resistente a ácidos y álcalis, impermeable a los granos del intercambiador de iones mayores de 0,25 mm y de baja resistencia a la filtración. La columna se conecta a la botella mediante un tubo de vidrio 3 y una manguera de goma 4 con una abrazadera de tornillo 5. Para evitar la entrada de dióxido de carbono del aire en la solución de hidróxido de sodio, un tubo de cloruro de calcio 2 con un absorbedor KhPI-1 se instala en el corcho de la botella.
Montaje de laboratorio
Se permite el uso de otros instrumentos de medida con características metrológicas no peores a las indicadas, así como reactivos en calidad no inferior a las indicadas.
3. MÉTODO PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO DINÁMICO CON REGENERACIÓN COMPLETA DE LA IONITA
3.1. Preparándose para la prueba
3.1.1. La preparación para la prueba se lleva a cabo de acuerdo con GOST 10896 y después de la preparación, el intercambiador de iones se almacena en un matraz cerrado bajo una capa de agua destilada.
La resina de intercambio catiónico de grado KU-2-8chS y la resina de intercambio de aniones de grado AV-17-8chS no están preparadas para las pruebas según GOST 10896.
3.1.2. Una muestra de intercambiador de iones del matraz en forma de suspensión acuosa se transfiere a un cilindro con una capacidad de 100 cm 3 y la capa de intercambiador de iones se compacta golpeando suavemente la superficie dura del fondo del cilindro hasta que se detiene la contracción. El volumen del intercambiador de iones se ajusta a 100 cm 3 y el intercambiador de iones se transfiere a la columna con la ayuda de agua destilada, asegurándose de que no entren burbujas de aire entre los gránulos del intercambiador de iones. El exceso de agua se drena de la columna, dejando una capa de 1-2 cm de altura por encima del nivel del intercambiador de iones.
3.1.3. El intercambiador de iones de la columna se lava con agua destilada haciéndola pasar de arriba hacia abajo a razón de 1,0 dm/h. En este caso, el intercambiador de aniones se lava del álcali (con fenolftaleína) y el intercambiador de cationes del ácido (con naranja de metilo).
3.1.4. Las resinas aniónicas de base fuerte en forma de hidroxilo se cargan rápidamente y se lavan con agua libre de dióxido de carbono.
3.2. Realización de una prueba
3.2.1. La determinación de la capacidad de intercambio dinámico de los intercambiadores de iones consta de varios ciclos, cada uno de los cuales incluye tres operaciones sucesivas: saturación, regeneración, lavado, cuyas condiciones se dan en la tabla.1.
tabla 1
Condiciones para determinar la capacidad de intercambio dinámico con regeneración completa del intercambiador de iones
Índice | clase ionita | Solución de trabajo para la saturación de intercambiadores de iones. | Control de saturación | Regenerante | |||
saturar | lavar- | regenera- |
|||||
Capacidad de intercambio dinámico antes del avance () | Fuertemente- | Cloruro de calcio (CaCl)=0,01 mol/dm (0,01 N) | Hasta la concentración de iones de calcio en el filtrado (Ca)=0,05 mmol/dm (0,05 mg eq/dm) se determina según GOST 4151 | Ácido clorhídrico, solución con una fracción de masa del 5% | |||
Fuertemente- | Cloruro de sodio (NaCl)=0,01 mol/dm (0,01 N) | Hasta que la concentración de álcali disminuya en 0,5 mmol/dm (0,5 mg equiv/dm) en comparación con su valor estable máximo en el filtrado [indicador mixto, solución de titulación, concentración de ácido clorhídrico (HCl) = 0,01 mol/dm (0,01 N.) ] y hasta que el contenido de iones de cloro aumente en comparación con su contenido estable en el filtrado (determinado según GOST 15615) | Hidróxido de sodio, solución con una fracción de masa del 5% | ||||
Débil- | Hasta que aparezca ácido en el filtrado (por naranja de metilo) | ||||||
Capacidad de intercambio dinámico total () | Débil- | Ácido clorhídrico (HCl)=0,1 mol/dm (0,1 N) | Antes de igualar la concentración del filtrado con la concentración de la solución de trabajo | Hidróxido de sodio, solución con una fracción de masa del 2% | |||
Notas:
1. Al determinar la concentración de iones Ca según GOST 4151
2. La carga específica es el volumen de la solución que pasa a través del volumen del intercambiador de iones en 1 hora, por ejemplo, 5 dm / dm h corresponde a la tasa de filtración a la que pasan 500 cm de la solución (8,3 cm / min) 100 cm del intercambiador de iones en 1 hora.
3. La tasa de filtración se establece midiendo en una probeta el volumen de filtrado obtenido en un cierto intervalo de tiempo.
Las soluciones y el agua se alimentan de arriba hacia abajo. Cuando el intercambiador de aniones de los grados AN-1 y AN-2FN está saturado, las soluciones se alimentan de abajo hacia arriba.
3.2.2 Antes de realizar las operaciones de saturación, regeneración y lavado, se llena la columna con la solución adecuada. La capa de solución sobre el intercambiador de iones debe tener (15 ± 3) cm.
3.2.3. Después de la saturación, la regeneración y el lavado, queda una capa líquida de 1 a 2 cm de altura en la columna sobre el intercambiador de iones.
3.2.4. La columna con un intercambiador de iones se llena con una solución de trabajo para una clase específica de intercambiador de iones (consulte la Tabla 1) de modo que la capa de solución sobre el intercambiador de iones sea (15±3) cm y se seleccione la tasa de filtración adecuada.
Al pasar soluciones de trabajo con una concentración de 0,1 mol/dm (0,1 N) a través de una columna con intercambiador de iones, el filtrado se recoge en cilindros de 250 cm 3 de capacidad, a una concentración de 0,01 mol/dm (0,01 N) - en cilindros con una capacidad de 1000 cm En el segundo y siguientes ciclos de saturación, antes de la aparición de iones de la solución de trabajo en el filtrado (determinado después del primer ciclo), el filtrado se recoge en porciones de 100 y 250 cm3 , respectivamente, las concentraciones de la solución de trabajo.
3.2.5. Se toma una muestra de cada porción del filtrado y se controla la saturación de acuerdo con la Tabla 1.
3.2.6. Después de que los iones de la solución de trabajo aparecen en una parte del filtrado, se calcula el volumen total del filtrado.
3.2.7. Para determinar la capacidad de intercambio dinámico total, se continúa pasando la solución hasta que la concentración del filtrado se iguala con la concentración de la solución de trabajo. El control de la saturación en este caso se realiza valorando la muestra con una solución ácida (hidróxido de sodio) con un indicador mixto hasta que cambie el color.
3.2.8. Antes de la regeneración, el intercambiador de iones en la columna se suelta mediante una corriente de agua destilada de abajo hacia arriba para que todos los granos del intercambiador de iones estén en movimiento. El aflojamiento del intercambiador de cationes KU-1 y de los intercambiadores de aniones AN-1 y AN-2FN se realiza antes de la operación de saturación.
3.2.9. La regeneración del intercambiador iónico se realiza con una solución ácida (hidróxido de sodio) a la velocidad indicada en la Tabla 1. El filtrado se recoge continuamente en porciones con un cilindro de 250-1000 cm 3, añadiendo 3-4 gotas del indicador. Cuando aparece un ácido (hidróxido de sodio) en el filtrado, su concentración se determina en porciones posteriores. Para el control del filtrado se toma una muestra con pipeta o matraz aforado y se titula con una solución ácida (hidróxido de sodio) concentraciones (HCl, HSO) = 0,5 mol/dm (0,5 N), (NaOH) = 0,5 mol/dm ( 0,5 n.) en presencia de un indicador
3.2.10. Se pasa la solución ácida (hidróxido de sodio) hasta que la concentración del filtrado sea igual a la concentración de la solución regenerante.
3.2.11. Después de la regeneración, el intercambiador de iones se lava con agua destilada hasta neutralidad en términos de naranja de metilo (fenoltaleína) a la velocidad indicada en la Tabla 1. Luego, el intercambiador de iones se mantiene en agua destilada durante 1 hora y el filtrado se verifica nuevamente. Si el filtrado no es neutro, se vuelve a lavar la resina.
3.2.12. La determinación de la capacidad de intercambio dinámico se completa si en los dos últimos ciclos se obtienen los resultados cuya discrepancia no exceda del 5% del resultado medio.
3.2.13. La capacidad de intercambio dinámico de la resina de intercambio aniónico AV-17-8chS se determina en dos muestras paralelas en el primer ciclo de saturación, antes de la aparición de iones de la solución de trabajo en el filtrado. El filtrado se recoge en porciones de 250 cm3 El resultado se toma como la media aritmética de los resultados de dos determinaciones cuya discrepancia admisible no supera el 5% del resultado medio.
(Enmienda, IUS 3-91).
4. MÉTODO PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO DINÁMICO CON UN CONSUMO DADO DE SUSTANCIA REGENERADORA
4.1. Preparándose para la prueba
4.1.1. La ionita, seleccionada de acuerdo con los párrafos 1.2 y 1.3, se separa de las fracciones finas mediante tamizado húmedo de acuerdo con GOST 10900 utilizando un tamiz con una malla N 0315K.
4.1.2. La resina de intercambio aniónico tamizada se coloca en un vaso de precipitados, se agregan 500 ml de solución de hidróxido de sodio con una fracción de masa del 4% y se mezcla. Transcurridas 4 horas, se escurre la solución de hidróxido y se lava el intercambiador de aniones con agua hasta reacción ligeramente alcalina respecto a la fenolftaleína y se pasa a una columna, como se indica en el apartado 3.1.2.
4.1.3. El intercambiador de cationes tamizado se lava de la suspensión y la turbidez con agua destilada por decantación hasta que aparece agua de lavado transparente y se transfiere a la columna de acuerdo con la cláusula 3.1.2.
4.2. Realización de una prueba
4.2.1. La determinación de la capacidad de intercambio dinámico de los intercambiadores de iones antes de la aparición de iones de solución de trabajo en el filtrado () consta de varios ciclos, cada uno de los cuales incluye tres operaciones sucesivas: saturación, regeneración, lavado, cuyas condiciones se dan en la tabla 2. Las soluciones y el agua se alimentan de arriba hacia abajo. La altura de la capa líquida por encima del nivel del intercambiador de iones se establece como se indica en los párrafos 3.2.2 y 3.2.3.
Tabla 2
Condiciones para determinar la capacidad de intercambio dinámico de los intercambiadores de iones a un caudal dado del agente regenerador
clase ionita | Regenerante | La tasa de consumo especfico de regeneracin | control de lavado | Solución de trabajo para la saturación del intercambiador de iones. | Control de saturación | Velocidad de filtración |
||
desagradable- | lavado | reg- |
||||||
Fuertemente | Hasta una concentración de ácido residual en el filtrado, no más de | Cloruro de calcio (СаСl=0.0035 mol/dm (0.0035 N) | Hasta la concentración de iones de calcio en el filtrado superior a (Ca)=0,05 mmol/dm | |||||
Débil- | Ácido sulfúrico, solución con una fracción de masa del 1% | Hasta la ausencia de iones sulfato en el filtrado (muestra con BaCl en presencia de HCl) | Hidróxido de sodio (NaOH)=0,0035 mol/dm (0,0035 N) | Hasta la concentración en el filtrado de hidróxido de sodio (NaOH)=0,1 mmol/dm | ||||
Fuertemente- | Hidróxido de sodio con una fracción de masa del 4% | Hasta una concentración residual de hidróxido de sodio en el filtrado, no más de (NaOH)=0,2 mmol/dm | Cloruro de sodio (NaCl)=0,01 mol/dm (0,01 N) | Hasta que la concentración de álcali disminuya en (NaOH)=0,7 mmol/dm | ||||
Débil- | Hidróxido de sodio, solución con una fracción de masa del 4% | Hasta una concentración residual de hidróxido de sodio en el filtrado, no más de (NaOH) = 0,2 mmol/dm (0,2 mg eq/dm) para fenolftaleína | Ácido clorhídrico (sulfúrico) (HCl, HSO) \u003d 0.0035 mol / dm (0.0035 N.) | Hasta una concentración de ácido residual en el filtrado no mayor a (N)=0.1 mmol/dm (0.1 mg equiv/dm), se mezcla el indicador, la solución de titulación es una concentración de hidróxido de sodio (NaOH)=0.01 mol/dm (0.1 mg equiv/dm). .01 N.) | ||||
Notas:
1. Al expresar la tasa de consumo específico de la sustancia regenerante () en gramos por mol, la palabra "mol" significa la masa molar del ion equivalente (Na, K, Ca, Mg, Cl, NO, HCO, HSO, CO, TAN
Etc.).
2. El consumo real del agente regenerador no debe diferir de la tasa especificada en más del 5%.
3. Al determinar la concentración de iones Ca según GOST 4151, se permite usar 2-3 gotas de un indicador azul oscuro cromado y titular con una solución de concentración de Trilon B (NaHCON 2HO) = 0.01 mol / dm (0.01
4. La carga específica es el volumen de la solución que pasa a través del volumen del intercambiador de iones en 1 hora. Por ejemplo, 5 dm / dm h corresponde a la tasa de filtración a la que pasan 500 cm de la solución (8,3 cm / min) 100 cm del intercambiador de iones en 1 hora.
5. La tasa de filtración se establece midiendo en una probeta el volumen de filtrado obtenido en un cierto intervalo de tiempo.
Para evitar el enyesado del intercambiador de cationes, la regeneración con ácido y el lavado de los productos de regeneración se realizan sin interrupción, evitando un desfase entre operaciones.
Antes de realizar cada ciclo posterior, el intercambiador de iones se suelta mediante un flujo de agua de abajo hacia arriba para que todos los granos del intercambiador de iones estén en movimiento.
4.2.2. Se pasa una solución regeneradora a través del intercambiador de iones en la columna, cuyo volumen () en centímetros cúbicos se calcula mediante la fórmula
donde es la tasa especificada de consumo específico de la sustancia regeneradora, g/mol (g/g eq);
- capacidad de intercambio dinámico; elegir de acuerdo con la documentación reglamentaria y técnica para un intercambiador de iones específico, mol / m (g eq / m); para los intercambiadores de iones de los grados AV-17-8, AN-31 y EDE-10P, se permite un valor aumentado de la capacidad de intercambio dinámico hasta 3 para la primera regeneración;
es el volumen de la muestra del intercambiador de iones, cm;
- concentración de la solución regeneradora, g/dm.
La cantidad de solución regenerante se mide a la salida de la columna con un cilindro o vaso de precipitados. Luego, la columna se desconecta, el nivel de la solución sobre el intercambiador de iones en la columna se reduce a 1–2 cm y la tapa inferior se cierra.
4.2.3. Después de la regeneración, los intercambiadores de iones se lavan con agua destilada para eliminar el exceso de ácido (hidróxido de sodio) a la velocidad indicada en la Tabla 2.
Tomar periódicamente una muestra del filtrado y titular con soluciones de hidróxido de sodio (ácido) concentración (NaOH, HCl, HSO)=0,1 mol/dm (0,1 N) en presencia de naranja de metilo (fenoltaleína).
Control de lavado según tabla.2.
4.2.4. Después del lavado, la columna se llena con una solución de trabajo y la tasa de saturación se establece de acuerdo con la Tabla 2.
Cuando se pasan soluciones de trabajo con una concentración de 0,01 mol/dm (0,01 N) a través de la columna, el filtrado se recoge en un cilindro con una capacidad de 250 ml, a una concentración de 0,0035 mol/dm (0,0035 N), un cilindro con una capacidad de 1000 ml se utiliza En el segundo y posteriores ciclos de saturación, antes de la aparición de iones de la solución de trabajo en el filtrado (determinado después del primer ciclo), el filtrado se recoge en 100 y 250 ml, respectivamente, de las concentraciones de la solución de trabajo.
4.2.5. Para controlar la saturación, se toma una muestra de una porción del filtrado y se analiza de acuerdo con la Tabla 2. Si el resultado del análisis muestra que el nivel de saturación no ha alcanzado los valores indicados en la Tabla 2, no se podrán analizar todas las muestras anteriores del filtrado.
4.2.6. Después de que los iones de la solución de trabajo aparecen en una porción del filtrado en las cantidades indicadas en la Tabla 2, se completa la saturación y se calculan el volumen total del filtrado () y la capacidad de intercambio dinámico.
4.2.7. El intercambiador de iones se somete a la segunda regeneración y se lava de acuerdo con los puntos 4.2.2 y 4.2.3.
Al calcular el agente regenerador necesario para el segundo ciclo, se utilizará el valor de la capacidad de intercambio dinámico obtenido en el primer ciclo de conformidad con el apartado 4.2.6.
Antes de realizar los sucesivos ciclos de saturación, se calcula el consumo de la sustancia regenerante a partir del valor de la capacidad de intercambio dinámico obtenido en el ciclo anterior.
4.2.8. La determinación se completa si, en los dos últimos ciclos, se obtienen los resultados cuyas discrepancias admisibles no excedan del 5% del resultado promedio, con el consumo específico real de la sustancia regeneradora que difiere de la norma dada en no más del 5%.
5. PROCESAMIENTO DE LOS RESULTADOS
5.1. La capacidad de intercambio dinámico () en moles por metro cúbico (g eq / m) antes de la aparición de iones de la solución de trabajo en el filtrado se calcula mediante la fórmula
donde es el volumen total del filtrado pasado por el intercambiador de iones hasta que aparecen los iones de la solución de trabajo, cm;
- el volumen del intercambiador de iones, véase
5.2. El consumo real de la sustancia regeneradora () en gramos por mol (g / g eq) de iones absorbidos se calcula mediante la fórmula
donde es el volumen de la solución regeneradora, cm;
- concentración de la solución regeneradora, g/dm;
- el volumen total del filtrado pasado a través del intercambiador de iones antes de la aparición de iones de la solución de trabajo, cm;
- concentración de la solución de trabajo, mol / dm (n.
5.3. La capacidad de intercambio dinámico total () en moles por metro cúbico (g eq / m) se calcula mediante la fórmula
donde es el volumen total del filtrado pasado a través del intercambiador de iones antes de igualar las concentraciones del filtrado y la solución de trabajo, cm;
- concentración de la solución de trabajo, mol / dm (n.);
- el volumen de la porción del filtrado después de la aparición de iones de la solución de trabajo (ruptura), cm;
- concentración de la solución en una porción del filtrado después de la aparición de iones de la solución de trabajo (ruptura), mol / dm (n.);
- el volumen del intercambiador de iones,
5.4. Como resultado de la determinación se toma la media aritmética de los resultados de los dos últimos ciclos, cuyas discrepancias admisibles no superan el ± 5%, con una probabilidad de confianza = 0,95.
Nota. Al expresar la capacidad de intercambio dinámico de los intercambiadores de iones en moles por metro cúbico, la palabra "mol" se refiere a la masa molar del ion equivalente (Na, K, Ca, Mg, Cl, NO, HCO, HSO, CO, SO, etc.).
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publicación oficial
ionitas. Métodos de determinación
Capacidad de intercambio: Sáb. GOST. -
Moscú: IPK Standards Publishing House, 2002
ablandamiento del agua- un proceso destinado a eliminar de él los cationes de calcio y magnesio, es decir reduciendo su rigidez.
Bajo demanda Rigidez SANPiN agua potable no debe exceder los 7 mg-eq/l, y se establecen los requisitos para el ablandamiento profundo del agua involucrada en los procesos de transferencia de calor, es decir. hasta 0,05 ... 0,01 mg-eq/l. La dureza del agua utilizada para alimentar las calderas de tambor de la CHPP no debe exceder los 0,005 mg-eq/l, o 5 µg-eq/l.
La disminución de la concentración total de cationes y aniones de Mg (II), Ca (II), con los que, en determinadas condiciones, pueden formar densos depósitos insolubles en las paredes de tuberías y aparatos, se produce en los sistemas de depuración y tratamiento de aguas. por diversos métodos, cuya elección está determinada por la calidad del agua de origen, la exigencia de su limpieza y consideraciones técnicas y económicas.
Método de intercambio de iones.
Este método se basa en la capacidad de algunos materiales (intercambiadores de cationes y de aniones) para absorber iones (cationes y aniones) del agua a cambio de una cantidad equivalente de iones (cationes y aniones).
El proceso de cationización es el proceso por el cual se intercambian cationes. En el tratamiento del agua durante el ablandamiento - cationes intercambiadores de cationes para iones Ca 2+ y Mg 2+ del agua.
Proceso de anionización - respectivamente, aniones, principalmente durante la desalación y la desalación profunda.
Tratamiento magnético del agua.
Es aconsejable el uso de un tratamiento magnético del agua en el caso de durezas elevadas de carbonato cálcico.
En el proceso de agua que pasa a través de un campo magnético, se forman centros de cristalización en él, que crecen y caen en un lodo no pegajoso, que se elimina durante el soplado. Aquellos. la precipitación no está en las paredes de la superficie de calentamiento, sino en el volumen de agua.
El efecto antical está influenciado por factores tales como la composición cualitativa y cuantitativa del agua, la velocidad del movimiento del líquido a través de las líneas del campo magnético, la fuerza del campo magnético y el tiempo que permanece el agua en él.
Las condiciones para el éxito del tratamiento magnético del agua deben ser un alto contenido de carbonato y sulfato de calcio, y la concentración de monóxido de carbono libre IV debe ser inferior al equilibrio. Asimismo, aumenta el efecto antical de las impurezas de óxidos de hierro y otros contenidos en el agua.
Los dispositivos magnéticos de tratamiento de agua funcionan tanto sobre la base de imanes permanentes como sobre la base de electroimanes. La desventaja de los dispositivos con imanes permanentes es que de vez en cuando deben limpiarse de impurezas ferromagnéticas. Los electroimanes se limpian de óxidos de hierro desconectándolos de la red eléctrica.
La velocidad del agua en un campo magnético durante su tratamiento no debe exceder de 1 m/s. Para aumentar el volumen de agua tratada por unidad de tiempo, se utilizan dispositivos con procesamiento magnético capa por capa.
El método de procesamiento magnético ha encontrado aplicación en redes de calefacción de agua caliente, en centrales térmicas, en intercambiadores de calor.
La elección de este método para resolver el problema del ablandamiento del agua debe basarse principalmente en su eficacia para purificar agua de una calidad determinada, utilizada como etapa principal, posterior o adicional.
Osmosis inversa.
A tiempo dado La ósmosis inversa es el método más utilizado en el tratamiento del agua.
La esencia del método es que a alta presión, de 10 a 25 atmósferas, se suministra agua a las membranas. Las membranas, al ser un material selectivo con respecto a las impurezas que las atraviesan, dejan pasar las moléculas de agua y no dejan pasar los iones disueltos en el agua.
Por lo tanto, en la salida después de instalar la ósmosis inversa, obtenemos dos corrientes: la primera corriente agua limpia, pasó a través de la membrana, el llamado permeado, y la segunda corriente: agua con impurezas que no pasaron a través de la membrana, llamada concentrado.
El permeado se envía al consumidor y constituye del 50 al 80% del volumen de agua suministrada. Su cantidad depende de las propiedades de la membrana y su estado, la calidad del agua de origen y el resultado de limpieza deseado. La mayoría de las veces es alrededor del 70%.
Concentrado, respectivamente, del 50 al 20%.
Con un aumento en la carga sobre la membrana, es decir. aumento en la relación porcentual entre el agua pasada y el agua con impurezas, la selectividad de la membrana disminuye y alcanza un mínimo en ausencia de un concentrado, es decir cuando toda el agua suministrada a la unidad de ósmosis inversa pasa a través de la membrana.
Las membranas de ósmosis inversa están hechas de un material polimérico compuesto de una estructura especial, que permite altas presiones pasar agua y no pasar iones y otras impurezas disueltas en ella. Con un aumento en la carga sobre la membrana, su vida útil se reduce, y cuando se alcanzan parámetros críticos, en los que el líquido de entrada con impurezas atraviesa completamente la membrana, se destruye. La vida media de la membrana es de 5 años.
Con el tiempo, la superficie de las membranas puede cubrirse de microorganismos, cubiertos con una capa de compuestos escasamente solubles. Para la limpieza de membranas de ósmosis inversa, se utilizan soluciones de ácidos y álcalis con la adición de biocidas.
A la hora de lavar por ósmosis inversa, no debemos olvidar que una membrana semipermeable no es un filtro. El lavado debe realizarse exclusivamente en la dirección del flujo de fluido. El flujo inverso de la solución de agua hará que la membrana falle.
Métodos reactivos de tratamiento de aguas.
Los métodos de tratamiento de agua con reactivos sirven principalmente para ablandar aguas poco profundas mediante la adición de reactivos y la conversión de sales de dureza en compuestos poco solubles, seguidos de su precipitación.
Como reactivos se utilizan cal, soda, soda cáustica, etc.. Por el momento, se utilizan en pocos lugares, pero para una comprensión general de los procesos de conversión en compuestos de calcio y magnesio poco solubles y su posterior precipitación, consideraremos a ellos.
Reducción de incrustaciones por encalado.
El método es aplicable a aguas con alta dureza carbonatada y baja dureza no carbonatada.
Cuando se agrega lechada de cal, el pH del agua aumenta, lo que conduce a la transición del dióxido de carbono disuelto y un ion bicarbonato a un ion carbonato:
CO 2 + OH - \u003d CO 3 2- + H 2 O,
HCO 3- + OH - \u003d CO 3 2- + H 2 O.
Cuando el agua está saturada con iones de carbonato, el calcio precipita:
Ca 2+ + CO 3 2- \u003d CaCO 3 ↓.
El magnesio también precipita con un aumento en el pH:
Mg 2+ + OH - \u003d Mg (OH) 2 ↓.
Si el exceso de dureza de carbonato es insignificante, entonces la soda se dosifica junto con la cal, cuya presencia reduce la dureza no carbonatada:
CaSO 4 + Na 2 CO 3 \u003d CaCO 3 ↓ + Na 2 SO 4.
Para una precipitación más completa de los cationes de magnesio y calcio, se recomienda calentar el agua a una temperatura de 30 a 40 grados. Con su aumento, la solubilidad de CaCO 3 y Mg(OH) 2 disminuye. Esto hace posible reducir la dureza del agua en 1 meq/l o menos.
Método de soda-sodio para ablandar el agua.
La adición de soda es necesaria si la dureza no carbonatada es mayor que la dureza carbonatada. Si estos parámetros son iguales, es posible que no se necesite agregar refresco en absoluto.
Los bicarbonatos de calcio y magnesio en reacción con álcali forman compuestos de calcio y magnesio escasamente solubles, soda, agua y dióxido de carbono:
Ca (HCO 3) 2 + 2NaOH \u003d CaCO 3 ↓ + Na 2 CO 3 + 2H 2 O,
Mg (HCO 3) 2 + 2NaOH \u003d Mg (OH) 2 ↓ + Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2.
El dióxido de carbono formado como resultado de la reacción de bicarbonato de magnesio con álcali reacciona nuevamente con álcali para formar soda y agua:
CO 2 + NaOH \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O.
Dureza no carbonatada.
El sulfato y el cloruro de calcio reaccionan con la sosa formada en las reacciones de dureza de carbonato y álcali y la sosa añadida para formar carbonato de calcio que no hierve en condiciones alcalinas:
CaCl 2 + Na 2 CO 3 \u003d CaCO 3 ↓ + 2NaCl,
CaSO 4 + Na 2 CO 3 \u003d CaCO 3 ↓ + Na 2 SO 4
El sulfato y el cloruro de magnesio reaccionan con un álcali para formar hidróxido de magnesio precipitado:
MgSO 4 + 2NaOH \u003d Mg (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4,
MgCl 2 + 2NaOH \u003d Mg (OH) 2 ↓ + 2NaCl.
Debido al hecho de que en las reacciones de bicarbonato con álcali se forma sosa, que posteriormente reacciona con dureza no carbonatada, su cantidad debe estar correlacionada en la proporción de dureza carbonatada y no carbonatada: si son iguales, la sosa no puede agregarse, siempre que W a > W nk se forme un exceso de sosa, con la relación inversa de W a
Métodos combinados.
La combinación de varios métodos de tratamiento del agua para reducir su dureza a veces da resultados bastante altos. Esto se debe, por regla general, a los altos requisitos de calidad del agua y el vapor.
Un ejemplo sería la combinación de ósmosis inversa con cationización de sodio. La dureza principal del agua se reduce en los filtros de intercambio catiónico, en la ósmosis inversa se desaliniza.
En otro caso, el tratamiento de agua magnético puede servir como una etapa de purificación adicional: la instalación se encuentra después del sistema de ablandamiento en la tubería de circulación de agua caliente.
El intercambio de iones tiene lugar en aquellos adsorbentes que son polielectrolitos (intercambiadores de iones, intercambiadores de iones, resinas de intercambio de iones).
intercambio iónico llamado proceso de intercambio equivalente de iones en el intercambiador de iones por otros iones del mismo signo en solución. El proceso de intercambio iónico es reversible.
Los intercambiadores de iones se subdividen en intercambiadores de cationes, intercambiadores de aniones e intercambiadores de iones anfóteros.
Intercambiadores de cationes- sustancias que contienen en su estructura grupos fijos cargados negativamente (iones fijos), cerca de los cuales hay cationes móviles (contraiones), que pueden intercambiarse con cationes en solución (Fig. 81).
Arroz. 81. Modelo de matriz de un polielectrolito (intercambiador de cationes) con aniones fijos y contraiones móviles, donde – son iones fijos;
– coiones, – contraiones
Hay intercambiadores de cationes naturales: zeolitas, permutitas, gel de sílice, celulosa, así como artificiales: polímeros iónicos insolubles sólidos de alto peso molecular que contienen con mayor frecuencia grupos sulfo, grupos carboxilo, fosfínico, arsénico o ácido selénico. Los intercambiadores de cationes inorgánicos sintéticos, que suelen ser aluminosilicatos, se utilizan con menos frecuencia.
Según el grado de ionización de los grupos ionogénicos, los intercambiadores de cationes se dividen en fuertemente ácidos y débilmente ácidos. Los intercambiadores de cationes fuertemente ácidos son capaces de intercambiar sus cationes móviles por cationes externos en medios alcalinos, neutros y ácidos. Los intercambiadores de cationes débilmente ácidos intercambian contraiones por otros cationes solo en un medio alcalino. Los fuertemente ácidos incluyen intercambiadores de cationes con grupos ácidos fuertemente disociados: ácido sulfónico. Débilmente ácidos incluyen intercambiadores de cationes que contienen grupos ácidos débilmente disociados: ácido fosfórico, carboxilo, hidroxifenilo.
intercambiadores de aniones- intercambiadores de iones, que contienen en su estructura grupos ionogénicos cargados positivamente (iones fijos), cerca de los cuales hay aniones móviles (contraiones), que pueden intercambiarse con aniones en solución (Fig. 82). Hay intercambiadores de aniones naturales y sintéticos.
Arroz. 82. Modelo de matriz de un polielectrolito (intercambiador de aniones) con cationes fijos y contraiones móviles, donde + – iones fijos;
– coiones, – contraiones
Los intercambiadores de aniones sintéticos contienen grupos ionogénicos cargados positivamente en macromoléculas. Los intercambiadores de aniones débilmente básicos contienen grupos amino primarios, secundarios y terciarios, los intercambiadores de aniones fuertemente básicos contienen grupos de sales y bases de onio cuaternario (amonio, piridinio, sulfonio, fosfonio). Los intercambiadores de aniones fuertemente básicos intercambian aniones móviles en medios ácidos, neutros y alcalinos, los débilmente básicos solo en un medio ácido.
Intercambiadores de iones anfotéricos contienen grupos iónicos catiónicos y aniónicos. Estos intercambiadores de iones pueden absorber cationes y aniones simultáneamente.
La característica cuantitativa del intercambiador de iones es capacidad de intercambio total(POE). La determinación de POE se puede realizar por un método estático o dinámico basado en las reacciones que ocurren en el sistema "intercambiador de iones - solución":
RSO 3 - H + + NaOH → RSO 3 - Na + + H 2 O
RNH 3 + OH - + HCl → RNH 3 + Cl - + H 2 O
La capacidad está determinada por el número de grupos ionogénicos en el intercambiador de iones y, por lo tanto, teóricamente debería ser un valor constante. Sin embargo, en la práctica depende de una serie de condiciones. Hay capacidad de intercambio estática (SOE) y capacidad de intercambio dinámica (DOE). Capacidad de intercambio estático: capacidad total que caracteriza el número total de grupos ionogénicos (en miliequivalentes) por unidad de masa de intercambiador de iones secado al aire o por unidad de volumen de intercambiador de iones hinchado. Los intercambiadores de iones naturales tienen una pequeña capacidad de intercambio estático que no supera los 0,2-0,3 meq/g. Para resinas de intercambio iónico sintéticas, está en el rango de 3-5 meq/g, y algunas veces llega a 10,0 meq/g.
La capacidad de intercambio dinámico o de trabajo se refiere solo a la parte de los grupos ion-hepáticos que participan en el intercambio de iones que ocurre bajo condiciones tecnológicas, por ejemplo, en una columna de intercambio de iones a una cierta velocidad relativa del intercambiador de iones y la solución. La capacidad dinámica depende de la velocidad de movimiento, el tamaño de la columna y otros factores y siempre es menor que la capacidad de intercambio estático.
Para determinar la capacidad de intercambio estático de los intercambiadores de iones, varios métodos. Todos estos métodos se reducen a saturar el intercambiador de iones con algún ion, luego desplazarlo con otro ion y analizar el primero en solución. Por ejemplo, es conveniente convertir completamente el intercambiador de cationes en la forma H+ (los contraiones son iones de hidrógeno), luego lavarlo con una solución de cloruro de sodio y titular la solución ácida resultante con una solución alcalina. La capacidad es igual a la relación entre la cantidad de ácido transferido a la solución y la muestra del intercambiador de iones.
En el método estático, se titula ácido o álcali, que aparece en solución como resultado de la adsorción de intercambio iónico.
En el método dinámico, la POE se determina utilizando columnas cromatográficas. Se pasa una solución de electrolito a través de una columna rellena con una resina de intercambio iónico y se registra la dependencia de la concentración del ion absorbido en la solución saliente (eluido) con el volumen de la solución pasada (curva de salida). POE se calcula mediante la fórmula
 ,
| (337) |
dónde V total - el volumen total de la solución que contiene el ácido desplazado de la resina; Con es la concentración de ácido en esta solución; metro es la masa de resina de intercambio iónico en la columna.
La constante de equilibrio del intercambio iónico se puede determinar a partir de los datos sobre la distribución de equilibrio de los iones en condiciones estáticas (el estado de equilibrio durante el intercambio iónico se describe mediante la ley de acción de masas), así como mediante el método dinámico a partir de la tasa de movimiento. de una zona de una sustancia sobre una capa de resina (cromatografía eluyente).
Para la reacción de intercambio iónico
la constante de equilibrio es
 ,
| (338) |
donde , es la concentración de iones en el intercambiador de iones; , es la concentración de iones en la solución.
Usando intercambiadores de iones, puede ablandar el agua o desalinizar el agua salina y hacerla apta para fines farmacéuticos. Otra aplicación de la adsorción de intercambio iónico en farmacia es utilizarla con fines analíticos como método de extracción de uno u otro componente analizado de las mezclas.
Ejemplos de resolución de problemas
1. Se colocó carbón activado con un peso de 3 g en 60 ml de una solución con una concentración de cierta sustancia de 0,440 mol/l.La solución con el adsorbente se agitó hasta que se estableció el equilibrio de adsorción, por lo que la concentración de la sustancia disminuyó. a 0,350 mol/l. Calcule la cantidad de adsorción y el grado de adsorción.
Solución:
La adsorción se calcula mediante la fórmula (325):
Por la fórmula (326) determinamos el grado de adsorción
2. Usando los datos proporcionados para la adsorción de difenhidramina en la superficie del carbón, calcule gráficamente las constantes de la ecuación de Langmuir:
Calcular la adsorción de difenhidramina a una concentración de 3,8 mol/l.
Solución:
Para determinar gráficamente las constantes de la ecuación de Langmuir, usamos la forma lineal de esta ecuación (327):
Calcular los valores 1/ a y 1/ Con:
Construimos un gráfico en coordenadas 1/ a – 1/Con(Figura 83).
Arroz. 83. Definición gráfica de las constantes de la ecuación de Langmuir
En el caso de que el punto X= 0 está fuera de la figura, use segunda forma y=ax+b. Primero, seleccione dos puntos cualquiera que se encuentren en una línea recta (Fig. 83) y determine sus coordenadas:
( )1(0.15; 1.11); ( )2 (0,30; 1,25).
b= y 1 – eje 1 = 0,11 - 0,93 0,15 = 0,029.
eso lo conseguimos b = 1/a¥ \u003d 0.029 μmol / m 2, por lo tanto a¥ \u003d 34,48 μmol / m 2.
Constante de equilibrio de adsorción k se define de la siguiente manera:
Calculemos la adsorción de difenhidramina a una concentración de 3,8 mol/l utilizando la ecuación de Langmuir (327):
3. Al estudiar la adsorción de ácido benzoico sobre un adsorbente sólido, se obtuvieron los siguientes datos:
Solución:
Para calcular las constantes de la ecuación de Freundlich, es necesario utilizar la forma lineal de la ecuación (332), en las coordenadas lg( x/t) – lg Con la isoterma parece una línea recta.
Encontremos los valores de lg C y LG x/m entrando en la ecuación de Freindlich linealizada.
| lg C | –2,22 | –1,6 | –1,275 | –0,928 |
| lg x/m | –0,356 | –0,11 | 0,017 | 0,158 |
Construimos un gráfico en coordenadas lg( x/t) – lg Con(figura 84) .
Arroz. 84. Definición gráfica de las constantes de la ecuación de Freindlich
Desde el punto X= 0 se encuentra fuera de la figura (84), usamos segunda forma determinar los coeficientes de la directa y=ax+b(Ver "Bloque introductorio. Fundamentos del procesamiento matemático de datos experimentales"). Primero, seleccione dos puntos cualquiera que se encuentren en la línea (por ejemplo, los puntos 1 y 2) y determine sus coordenadas:
( )1 (–2,0; –0,28); ( )2 (–1,0; 0,14).
Luego calculamos Pendiente según la fórmula:
b = y 1 - hacha 1 = -0,28 - 0,42 (-2,0) = 0,56.
Las constantes de la ecuación de Freundlich son:
lg k = b = 0,56;k= 10 0,56 = 3,63;
1/norte = un = 0,42.
Calculemos la adsorción de ácido benzoico a una concentración de 0,028 mol/l usando la ecuación de Freundlich (330):
4. Usando la ecuación BET, calcule el área de superficie específica del adsorbente a partir de los datos de adsorción de gas nitrógeno:
El área ocupada por una molécula de nitrógeno en una monocapa densa es de 0,08 nm 2 , la densidad del nitrógeno es de 1,25 kg/m 3 .
Solución:
La ecuación de la isoterma para la adsorción BET polimolecular en forma lineal tiene la forma (333)
Para construir un gráfico, definimos los valores:
Construimos un gráfico en coordenadas – p/p s(Figura 85).
Usamos primer camino(Ver "Bloque introductorio. Fundamentos del procesamiento matemático de datos experimentales") para determinar los coeficientes de la línea recta y=ax+b. De acuerdo con el gráfico, determinamos el valor del coeficiente. b, como la ordenada de un punto sobre una recta, cuya abscisa es 0 ( X= 0): b= 5. Seleccione un punto en la línea y determine sus coordenadas:
( )1 (0,2; 309).
Luego calculamos el coeficiente angular:
Arroz. 85. Definición gráfica de las constantes de la ecuación de isoterma de adsorción polimolecular BET
Las constantes de ecuación de la isoterma de adsorción polimolecular BET son:
; .
Resolviendo el sistema de ecuaciones, obtenemos a∞ \u003d 6.6 10 -8 m 3 / kg.
Para calcular el valor límite de adsorción, asignamos a∞ a 1 mol:
.
El valor de la superficie específica del adsorbente se encuentra mediante la fórmula (329):
5. Se introdujo un intercambiador de cationes de poliestireno sulfónico en forma de H + que pesaba 1 g en una solución de KCl con una concentración inicial Con 0 \u003d 100 equiv / m 3 volumen V= 50 ml y la mezcla se mantuvo hasta el equilibrio. Calcule la concentración de equilibrio de potasio en el intercambiador de iones si la constante de equilibrio de intercambio de iones = 2,5 y la capacidad de intercambio total del intercambiador de cationes POE = 5 mol-eq / kg.
Solución:
Para determinar la constante de intercambio iónico, usamos la ecuación (338). En la resina, los iones H+ se intercambian por un número equivalente de iones k
La masa de intercambiador de cationes sulfónicos en la forma H+ está determinada por la fórmula (337):
La cantidad total de resina de intercambio aniónico en forma OH - es:
La masa del intercambiador de aniones en la forma OH - también está determinada por la fórmula (337):
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La alta tasa de intercambio de iones hace posible utilizar capas de filtro de una altura muy pequeña (5–25 mm) y lograr el uso del 50–90 % de la capacidad de intercambio total de los intercambiadores de iones en lugar del 20–50 % que se usa en el granel convencional. filtros con la composición fraccionada habitual de los intercambiadores de iones en capas filtrantes de gran altura (superior a 900 mm) siempre que se obtenga un filtrado de calidad equivalente.
Las curvas de valoración obtenidas por el método potenciométrico permiten dar las principales caracterización química intercambiador de iones: la presencia de grupos activos y el grado de su disociación en función del pH del medio, la capacidad de intercambio total del intercambiador de iones, determinada por la suma de todos los grupos activos que forman el intercambiador de iones y entran en la reacción , la capacidad de intercambio de grupos activos individuales, la capacidad de intercambio de los intercambiadores de iones a un pH constante del medio, y también le permite determinar a qué tipo pertenece el intercambiador de iones estudiado: ácido o básico. Las curvas de titulación se obtienen a una concentración de sal constante, ya que la capacidad de intercambio del intercambiador de iones depende del pH del medio y de la concentración del ion intercambiado en la solución.
La alternancia del intercambio iónico con reacciones de reducción o precipitación para convertir las sustancias adsorbidas en los intercambiadores de iones en una forma no disociada e insoluble hace posible concentrar en total una cantidad de sustancia adsorbida que es 10 a 15 veces mayor que la capacidad de intercambio total. del intercambiador de iones. Esto es especialmente significativo cuando se concentra en los intercambiadores de iones. metales nobles, cuyos iones se reducen fácilmente a metal y de esta forma se depositan en intercambiadores de iones.
La capacidad de intercambio es una medida de la capacidad de un intercambiador de iones para absorber iones de una solución. La capacidad de intercambio total del intercambiador de iones (POE) está determinada por el número máximo de miligramos equivalentes de iones que puede absorber 1 g de intercambiador de iones secado al aire. Entonces, por ejemplo, en el intercambiador de cationes KU-2, el valor de POE es de aproximadamente.
Dependiendo de las condiciones de determinación, hay capacidad de intercambio total (POE), estática (COE) y dinámica (de trabajo) (DOE, ROE) del intercambiador de iones. La capacidad de intercambio total del intercambiador de iones se caracteriza por el número total de grupos activos del intercambiador de iones por unidad de volumen de la resina.
La eficiencia del uso del método dinámico de intercambio iónico para soluciones de limpieza se garantiza principalmente mediante el uso de intercambiadores iónicos de alta capacidad. Dado que la capacidad de intercambio total de los intercambiadores de iones en condiciones dinámicas, como se sabe, se realiza de forma incompleta, al elegir las condiciones óptimas para el proceso, la tarea es reducir la diferencia entre la capacidad de intercambio total de la columna y la capacidad de la columna. antes de la irrupción de iones en el filtrado. Por otro lado, es casi igualmente importante elegir un intercambiador de iones, ya que en unas condiciones cinéticas dadas, la pendiente del frente del ion que aparece primero en el filtrado está determinada, entre otras cosas, por la naturaleza de este ion. Por lo tanto, para los fines de la purificación de soluciones, se deben elegir intercambiadores de iones caracterizados no solo por una alta capacidad de intercambio, sino también por un gran valor de la constante de intercambio del ion menos absorbido. La composición cualitativa para la elección del intercambiador de iones no importa, ya que una de las características de la dinámica de intercambio de la mezcla es que la pendiente del frente del ion menos adsorbido no depende de las propiedades de otros componentes de la mezcla. Estas disposiciones determinan la conveniencia de usar soluciones de intercambiadores de iones con un gran número de enlaces cruzados para el propósito de desalinización y hacen indeseable el uso de intercambiadores de iones débilmente ácidos en forma de hidrógeno.
La capacidad del intercambiador de iones se expresa en miliequivalentes (meq. Al determinar la capacidad de intercambio total del intercambiador de iones, se determina el contenido de todos los grupos intercambiables en él. Para esto, se utilizan columnas pequeñas, por ejemplo, columnas centrífugas de la tipo que se muestra en la Fig. 5.7, o embudos con filtros de papel.
De acuerdo con el principio de Donnan de electroneutralidad dentro de un grano, la cantidad máxima de contraiones intercambiables está determinada por el número de grupos ionogénicos introducidos en la matriz. Por lo tanto, la capacidad de intercambio total del intercambiador de iones puede calcularse teóricamente en base al peso equivalente de la unidad elemental del polímero que contiene un grupo ionogénico. Por ejemplo, para una resina sulfonada a base de estireno y divinilbenceno, la unidad elemental corresponde a la fórmula C8H85O3, por lo tanto, su capacidad teórica en peso será de 1000/184 2 5 43 mEq por 1 g de resina seca en forma H-.
Si la filtración continúa hasta el momento de la igualación completa de las concentraciones del ion absorbido en el agua de la fuente y el filtrado, entonces se utiliza casi toda la capacidad de absorción del intercambiador de iones para este ion. Este modo corresponde al uso de la capacidad de intercambio total del intercambiador de iones OEP.
Si continuamos pasando la solución a través de la capa del intercambiador de iones, llegará un momento en que las concentraciones de las soluciones, la inicial y las que salen del filtro, se igualen. Esto permite calcular la capacidad de intercambio total de la ionita.
Si seguimos pasando la solución por la capa del intercambiador de iones, llegará un momento en que las concentraciones de las soluciones, la inicial y la que sale del filtro, serán iguales. Esto permite calcular la capacidad de intercambio total de la ionita.
Una dirección prometedora es el uso de una capa mixta de intercambiadores de cationes e intercambiadores de aniones en filtros de prelavado, el llamado proceso paudex. Dichos filtros tienen un uso mucho mayor de la capacidad de intercambio total de los intercambiadores de iones.
Gracias por adelantado por tu respuesta.
C100E es una resina de intercambio catiónico de ácido fuerte tipo gel con alta capacidad de intercambio, estabilidad química y física y excelente rendimiento. C100E retiene eficazmente las partículas en suspensión y, además, en forma ácida (H+), elimina los iones de hierro y manganeso.
La alta capacidad de intercambio permite obtener agua con una dureza total del orden de 0,05 meq/l, y la excelente cinética de intercambio iónico permite alcanzar caudales elevados. Cuando se utiliza C100E, el deslizamiento de los iones que provocan la dureza del agua en condiciones normales de funcionamiento, por regla general, no supera el 1% de la dureza total de la fuente de agua. En este caso, la capacidad de intercambio de la resina prácticamente no cambia, siempre que la proporción de iones monovalentes no supere el 25%.
C100E es insoluble en soluciones ácidas y alcalinas y en todos los solventes orgánicos comunes. La presencia de agentes oxidantes residuales (como cloro libre o iones de hipoclorito) en el agua puede reducir la resistencia mecánica de las partículas de resina de intercambio catiónico. C100E es térmicamente estable hasta una temperatura de 150°C, sin embargo, a altas temperaturas, la capacidad de intercambio de la resina de intercambio catiónico en forma ácida (H+) disminuye.
Especificaciones
Propiedades físicas | |
partículas esféricas transparentes de color amarillento |
|
Forma de entrega | |
Peso a granel, g/cm3 | |
Gravedad específica, g/cm3 | |
Coeficiente de uniformidad | |
Tamaño de gránulo, mm (malla) | |
Capacidad de intercambio, g-eq/l | |
Hinchamiento Na + → H + , máx., % | |
Hinchamiento Ca 2+ → Na + , máx, % | |
Condiciones de aplicación | |
6 - 10 (forma Na) |
|
Temperatura máxima de funcionamiento, °C | |
Altura de la capa, cm (in) | |
Caudal operativo, volumen de resina/hora | |
Expansión de capa en modo retrolavado, % | |
Concentración de solución de NaCl, % | |
Consumo de sal para regeneración, gr. NaCl /l resina |
UNA BREVE DESCRIPCIÓN DE
espacio libre arriba de la descarga - 50%
tamaño de grano 0,6 mm hasta 90%
Peso a granel 820gr/l
Contenido de agua (humedad) 42-48%
Capacidad total hasta 2 g eq/l
temperatura de funcionamiento de 4 - 120 0 С
pH del agua 0 - 14
transición de iones Na a H - 8%
altura de la capa de 0,8 - 2 m
velocidad de servicio de 5 - 40m/h
velocidad específica de servicio 20oz/hora
velocidad de retrolavado a 20 C de 10 - 12 m/h
volumen de agua para retrolavado con una nueva carga 20oz
volumen de agua de retrolavado 4oz
volumen de agua para lavado lento de sal 4oz
consumo de sal durante la regeneración por 1 litro de carga - 150g
dureza residual - 0,5 mg equiv/l
pérdida de presión específica en kPa m 2 altura de carga - 1
pérdida de presión de 11 mbar a 4 °C por 1 m de altura de carga
velocidad de regeneración - 5m/h
velocidad al lavar la sal con agua - 5m/h
CONDICIONES DE APLICACIÓN
falta de hierro oxidado (Fe 3+) en el agua
falta de oxígeno disuelto en el agua
ausencia materia orgánica en agua
la ausencia de agentes oxidantes en el agua
después del ablandamiento con sodio, la alcalinidad total y el residuo seco aumentarán.
Los agentes oxidantes fuertes, como el ácido nítrico, pueden causar reacciones violentas.
sólidos en suspensión en agua de fuente hasta 8 mg/l
color del agua de la fuente hasta 30 0 С
turbidez del agua de la fuente hasta 6 mg/l
dureza total del agua de origen hasta 15 mg equiv/l
A continuación se muestran los métodos para calcular la capacidad de intercambio y otros parámetros del intercambiador de cationes.
La capacidad de intercambio de trabajo del cationito E f g÷eq / m3, se puede expresar mediante la siguiente fórmula:
E f \u003d Q x W; Ep = ep x Vk.
El volumen del cationito cargado en el filtro en estado hinchado se expresa mediante la fórmula:
La fórmula para determinar la capacidad de intercambio de trabajo del intercambiador de cationes ep, g÷eq / m 3:
ep \u003d Q x W / S x h;
donde W es la dureza del agua de la fuente, g÷eq/m3; Q - la cantidad de agua ablandada, m 2; S es el área del filtro de cationes, m 2 ; h es la altura de la capa de cationita, m.
Denotando la velocidad de movimiento del agua en el intercambiador de cationes como v k , la cantidad de agua ablandada Q se puede encontrar utilizando la siguiente fórmula:
Q \u003d v k x S x Tk \u003d ep x S x h / W;
a partir de la cual es posible calcular la duración de la operación del filtro de cationes Tk:
Tk = ep x h/v k x W.
También es posible calcular la capacidad de intercambio del intercambiador de cationes utilizando gráficos de correlación.
Según datos prácticos aproximados, su filtro no podrá limpiar más de 1500 litros. agua. Para cálculos más precisos, necesita conocer la cantidad (volumen) de resina en su filtro y la capacidad de intercambio de trabajo de su resina (para resinas de intercambio catiónico, la capacidad de trabajo varía de 600 a 1500 meq/l). Conociendo estos datos, puede calcular fácilmente la cantidad exacta de agua ablandada según sus fórmulas.
Artículo anterior: Anton Pavlovich Chekhov breve biografía, hechos interesantes, su vida y obra. Próximo artículo: "Escuchando los horrores de la guerra..." N