Por: Ablandamiento y regeneración de resina de intercambio iónico

Resina de intercambio iónicoEs un compuesto polimérico insoluble en ácidos, soluciones alcalinas y disolventes orgánicos. Tiene una alta estabilidad física y química y es un material importante utilizado en el tratamiento del agua, la separación química, la separación biológica y otros campos. Su principio es utilizar los grupos funcionales iónicos en la resina para reaccionar químicamente con los iones en solución, logrando así la separación y purificación de iones.

Estructura

Los elementos que componen una resina de intercambio iónico son generalmente carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. Las unidades constituyentes son la cadena principal del polímero, grupos funcionales unidos a la cadena principal e iones intercambiables en los grupos funcionales. La estructura principal del polímero es una estructura de malla multidimensional tridimensional con cadenas de polímero interconectadas y enredadas, no involucradas en reacciones de intercambio iónico, y las cadenas son grupos funcionales cargados con iones de carga opuesta llamados iones intercambiables o contraiones. La cadena principal del polímero y los grupos funcionales no pueden moverse libremente, pero los contraiones pueden disociarse en iones que se mueven libremente en la solución. La capacidad de intercambio con otros contraiones de la misma carga desde el exterior bajo ciertas condiciones y el proceso de disociación o resolución es reversible, lo que determina el rendimiento de intercambio iónico de la resina.

Proceso de formación y estructura química de la resina de intercambio catiónico de ácido fuerte

La dureza excesiva del agua causará muchos inconvenientes para muchas industrias. Por ejemplo, en el agua doméstica, la dureza excesiva del agua reducirá el sabor del agua potable y, en casos graves, afectará la salud humana. En el suministro de agua de la caldera, los iones de dureza en el agua también generarán escala de caldera en la caldera, que no solo desperdicia combustible, sino que también causa explosiones. En el campo de la desalinización de agua de mar, no sólo hay un gran número de Na⁺, K⁺, Cl^--, CO₃^2-, Y así₄^2-, Sino también una alta concentración de Ca^{2 +}Y Mg^{2 +}, Sin ningún tratamiento, precipitará una gran cantidad de precipitados y causará incrustaciones irreversibles dentro del sistema, reduciendo la tasa de recuperación de agua y la estabilidad de la operación, aumentando así los costos operativos. Por lo tanto, ya sea desde la perspectiva de la seguridad del agua doméstica o el sistema de desalinización antiincrustante y la inhibición de incrustaciones, es inevitable controlar la dureza del agua dentro de un cierto rango.

Proceso de ablandamiento y regeneración de resina iónica

Los iones intercambiables transportados en la resina catiónica utilizada para el ablandamiento del agua son generalmente Na⁺Y H⁺Que puede reaccionar con el Ca^{2 +}Y Mg^{2 +}En la solución. Resina de intercambio catiónico de tipo Na, por ejemplo, en la solución a temperatura ambiente y baja concentración, debido a la mayor afinidad entre Ca^{2 +}(O Mg^{2 +}) Y resina de intercambio catiónico, la reacción a la derecha, Na⁺En la resina se reemplaza continuamente por Ca^{2 +}(O Mg^{2 +}Hasta el equilibrio de la reacción; cuando la concentración de Na⁺En la solución es mayor (es decir, la resina se agrega a solución salina saturada o solución de HCl), toda la reacción se lleva a cabo hasta el punto donde la concentración de Na⁺En la solución es mayor (es decir, solución salina saturada o solución de HCl se añade a la resina), toda la reacción se procederá a la izquierda, es decir, Ca^{2 +}(O Mg^{2 +}) En la resina se desorben continuamente para regenerar la resina de intercambio iónico.

Ablandamiento y regeneración de Na⁺Resina de intercambio

El ciclo de regeneración de la resina se refiere al tiempo utilizado cuando la resina de intercambio pierde gradualmente su capacidad de adsorción después de un período de uso y alcanza el estado saturante. El ciclo de regeneración está influenciado por muchos factores, como el flujo de agua, la dureza total del agua, la selección de resina, etc.

De acuerdo con el volumen del tanque del ablandador de agua, calcule el volumen de llenado de resina, que generalmente es 60% a 90% de la altura del tanque del ablandador de agua.

Podemos encontrar el ciclo de regeneración de la siguiente manera:

La producción periódica de agua también se puede obtener como:

• H — Ciclo de regeneración (hora)
• Q_C— Producción periódica de agua (m)³)
• V — Volumen de resina (m)³)
• C — Capacidad de intercambio de trabajo (mmol/L)
• Q — Caudal de entrada (m)³/H)
• W — Dureza total del agua (mmol/L)

Por ejemplo, cuando Q = 40 m³/H; V = 2 m³; C = 800 mmol/L; W = 5 mmol/L, luego H = 2 × 800 ÷ (40 × 5) = 8 horas, y Q_C= 2 × 800 ÷ 5 = 320 m³.

La resina debe regenerarse con la sal, el ácido y el álcali correspondientes después de que no se restaure su capacidad de trabajo, y el consumo de regenerante y la relación de regenerante generalmente se utilizan para medir la capacidad de regeneración de la resina. Consumo de regenerante = Relación regenerante × Masa molar, por lo que Consumo de sal de ciclo = Relación regenerante × Masa molar (g/mol) × Capacidad de intercambio de trabajo (mol/L) × Volumen de llenado de resina (L).