Sisteme de depoluare n industria alimentar

Sisteme de depoluare n industria alimentar

Laborator 10

STUDIUL DEDURIZRII I DEMINERALIZRII APEI PRIN SCHIMB IONIC1. OBIECTIVELE LUCRRIILucrarea de laborator are urmtoarele obiective:

- s permit studenilor s studieze tratamentul chimic de schimb ionic la care este supus apa brut n scopul dedurizrii, dezalcalinizrii sau demineralizrii;

- experimentele se vor face cu un stand de laborator care permite urmrirea procesului de schimb ionic, avnd n componen dou coloane umplute cu rini schimbtoare de ioni, una cationic i una anionic, care pot lucra individual sau care se pot conecta n serie i la care calitatea tratamentelor se pune n eviden prin msurarea valorii concentraiei de ioni din apa tratat, cu ajutorul unui aparat pentru msurarea conductivitii electrice (conductometru);

- standul de laborator permite efectuarea tuturor fazelor tratamentului de schimb ionic: procesul propriu-zis de dedurizare, de dezalcalinizare sau de demineralizare, regenerarea i splarea substanelor schimbtoare de ioni;

- n timpul experimentelor de schimb ionic studenii vor urmri eficiena proceselor, prin determinarea la intervale de timp a concentraiei n ioni a efluenilor rezultai, apreciate pe baza valorilor conductivitii efluenilor, msurate cu ajutorul conductometrului.2. ASPECTE TEORETICE

Tratarea apelor naturale, mineralizate, prin schimb ionic se bazeaz pe reaciile chimice care au loc ntre ionii din apa supus tratamentului i o substan solid insolubil, denumit schimbtor de ioni, cu care este pus n contact, n urma crora anumii ioni nedorii din ap se vor lega chimic de radicalii schimbtorului de ioni, nlocuind ionii proprii ai acestuia, avnd ca efect diminuarea concentraiei din ap rezultat n urma tratamentului. Ionii nlocuii de schimbtorul de ioni se vor regsi n curentul de ap tratat i n funcie de caracterul lor (dorii, nedorii sau ineri) acetia vor fi tolerai sau separai ulterior din acesta.

Schimbtorii de ioni sunt substane a cror structur molecular este alctuit din radicali acizi sau bazici i din ionii afereni, legai prin legturi ionice. Principiul de baz al schimbtorilor de ioni const n aceea c legturile ionice sunt mai puternice sau mai slabe, n funcie de sarcinile ionilor i c ntotdeauna ionii mai puternici nlocuiesc i elimin din substan ionii slabi. De exemplu, ntr-un schimbtor de ioni, ionul Na+ este nlocuit de ionul Ca2+, n timp ce ionul Ca2+ este nlocuit de ionul Al3+.

Dup provenien, schimbtorii de ioni pot fi de origine natural sau de origine artificial (sintetic). n practic se utilizeaz schimbtori de origine sintetic, cum ar fi rinile polistirenice sau poliacrilice, disponibile sub form granular, cu dimensiuni ale granulelor ntre 1 3 mm.

n funcie de natura sarcinii lor, schimbtorii de ioni pot fi:

- schimbtori de cationi, dac grupurile active sunt de natur acid i pot schimba cationi (de exemplu Ca2+, Mg2+ sau Na+);

- schimbtori de anioni, dac grupurile active sunt de natur bazic i pot schimba anioni (de exemplu ,sau ).

De asemenea, schimbtorii de ioni se pot clasifica i dup tria acidului sau bazei care se formeaz, astfel: schimbtori de cationi slab acizi sau schimbtori de cationi puternic acizi i schimbtori de anioni slab bazici, schimbtori de anioni mediu bazici i schimbtori de anioni puternic bazici.

n practic, tratamentul prin schimb ionic al apei naturale mineralizate se realizeaz prin trecerea unui curent de ap sub presiune prin straturi granulare de schimbtori de ioni, n recipiente nchise, astfel nct n timpul procesului ionii nedorii din ap s nlocuiasc ionii schimbtorului.

Astfel, de exemplu, dac se dorete eliminarea cationilor de Ca2+ din apa supus tratamentului, se utilizeaz un schimbtor cationic i va avea loc urmtoarea reacie:

(1)Dac se dorete i eliminarea anionului de din apa supus tratamentului se utilizeaz un schimbtor anionic i va avea loc urmtoarea reacie:

(2)Se observ c n apa rezultat n urma tratamentului se regsesc ionii de H+ i OH- cedai de schimbtorii de ioni, care n acest caz se combin formnd ap.

(3)Procesul de schimb ionic se produce atta timp ct schimbtorul de ioni are capacitate de schimb.Se definete capacitatea teoretic unui schimbtor de ioni ca reprezentnd cantitatea total de ioni pe care un litru de substan schimbtoare de ioni o poate accepta dintr-o soluie apoas. Se exprim n uniti de capacitate volumetric [mmol/ml] sau n echivaleni [eq/l].Capacitatea teoretic a unui material schimbtor de ioni este o valoare constant, dar care nu poate fi niciodat complet atins din diverse motive. De aceea, n practic se utilizeaz capacitatea utilizabil a schimbtorilor de ioni NVK, care nu are o valoare constant, aceasta depinznd de: compoziia apei (n ioni disponibili), ncrcarea specific a instalaiei de schimb ionic (raportul dintre cantitatea de substan schimbtoare de ioni i debitul volumic de ap care urmeaz a fi tratat), temperatura apei i excesul de agent de regenerare din procesele de regenerare anterioare.Valoarea teoretic a cantitii de ap care poate fi tratat prin schimb ionic, din care ionii pot fi schimbai, se deduce din capacitatea utilizabil a schimbtorilor de ioni NVK, cu urmtoarea relaie:

(4)

n care: [l] - cantitatea teoretic de ap care poate fi tratat prin schimb ionic;

[mmol/l] - concentraia de ioni care urmeaz a fi schimbat din apa supus tratamentului;

NVK [mmol/ml] - capacitatea utilizabil a materialului schimbtor de ioni;

VT [ml] - volumul materialului schimbtor de ioni.

Pe parcursul procesului de schimb ionic, capacitatea substanei schimbtoare de ioni se reduce pe msur ce grupurile active de ioni sunt schimbate. Atunci cnd toate grupurile active de ioni sunt cedate i substana schimbtoare de ioni nu mai are capacitate de schimb se spune c schimbtorul de ioni s-a epuizat.

Acest proces nu este ireversibil, substana schimbtoare de ioni putnd fi adus din nou n capacitate de schimb ionic printr-un proces chimic denumit regenerarea schimbtorului de ioni.

Epuizarea i regenerarea schimbtorilor de ioni se bazeaz pe faptul c reacia de schimb ionic este reversibil, ca majoritatea reaciilor chimice. De fapt, reaciile de cedare i acceptare de ioni din materialul schimbtor au loc ntotdeauna simultan (pe baza echilibrului chimic), ns n condiii normale reacia de cedare ioni este predominant. De aceea, pentru a regenera schimbtoarele de ioni epuizate, trebuie aplicat o for exterioar, fornd reacia de acceptare de ioni prin adugarea unui exces de ioni slabi, care s nlocuiasc ionii puternici acceptai n timpul procesului de schimb ionic.

Regenerarea schimbtorilor de ioni se face diferit n funcie de natura sarcinii acestora astfel:

- la un schimbtor cationic, regenerarea se realizeaz cu un acid, de regul folosindu-se acidul clorhidric (H+ + ), dup urmtoarea reacie:

(5)

- la un schimbtor anionic, regenerarea se realizeaz cu o baz, de regul folosindu-se hidroxid de sodiu (Na+OH-), dup urmtoarea reacie: (6)Regenerarea const din parcurgerea stratului de substan schimbtoare de ioni epuizat de ctre un curent de lichid care, pe lng excesul de acid sau baz, conine i o concentraie mare a ionilor schimbai. Agentul regenerator poate fi introdus n stratul de substan schimbtoare de ioni n aceeai direcie ca cea din timpul procesului de schimb ionic sau n contracurent (de menionat c regenerarea n contracurent are avantajul unui efect mai puternic n cazul folosirii unei cantiti mai mici de agent regenerator).n cazul regenerrii, meniunile cantitative referitoare la capacitatea materialelor schimbtoare de ioni se aplic n mod invers proporional.

Ca reguli generale de exploatare a instalaiilor de schimb ionic se menioneaz c ntotdeauna substana schimbtoare de ioni trebuie splat nainte i dup regenerare i c uleiurile, grsimile, compuii pe baz de fier sau magneziu i substanele organice blocheaz grupurile ionice active din schimbtor, micornd astfel performana schimbtorului.O alt problem important de exploatare a instalaiilor de schimb ionic o constituie posibilitatea de cuantificare a eficienei procesului, adic controlarea calitii efluentului. Cel mai uzual mod de control al efluentului este aprecierea coninutului de sruri din ap pe baza msurrii conductivitii electrice a apei, aceasta fiind o metod sensibil, bazat pe faptul c introducerea urmelor de ioni n apa pur modific valoarea conductivitii acesteia cu zeci de (S/cm (cunoscndu-se c apa pur are o conductivitate electrolitic minim n intervalul de pH cuprins ntre 6,8 i 7,2). Conductivitatea electric a apei este un parametru de apreciere att a puritii apei, ct i a coninutului de substane anorganice dizolvate n ap. Msurarea continu a conductivitii electrolitice a apei este o metod de monitorizare a funcionrii corespunztoare a staiilor de desalinizare. Valorile conductivitii electrice pentru diferite categorii reprezentative de ap sunt indicate n tabelul 1, iar n tabelul 2 este prezentat corelaia ntre valorile conductivitii electrice i valorile duritii apei exprimat n grade franceze de duritate [f] sau grade germane de duritate [dH].

Tabelul 1Categorii de apeConductivitatea electric[(S/cm]

Ap ultrapur0,05 0.1

Ap provenit din schimbtori de ioni 25> 42

Totui, exist aplicaii la care msurarea conductivitii electrolitice nu conduce la aprecierea eficienei procesului de schimb ionic, deoarece nu se poate stabili care tip de ioni influeneaz valoarea conductivitii. n acest caz, duritatea efluentului trebuie determinat folosind metodele chimice precum titrarea, determinarea pH-ului, analiza apei, etc.

Ca aplicaii practice ale reaciilor de schimb ionic utilizate n tratamentele apei se pot prezenta urmtoarele procese reprezentative:

Dedurizarea apei

Fig 1. Schema de principiu a procesului de dedurizare a apei

Procesul de dedurizare a apei implic eliminarea cationilor de Ca2+ i Mg2+ dizolvai n ap, ioni care dac nu sunt ndeprtai din ap, conduc la formarea de depuneri de calcar n conducte i echipamente.

Cea mai utilizat metod (de exemplu, n gospodrii) o reprezint dedurizarea prin schimbul ionilor de sodiu.n acest scop, apa brut este trecut printr-o coloan de schimb cationic din sodiu macromolecular. Aici, ionii de Na+ sunt cedai n ap, n schimb, ionii de Ca2+ i Mg2+ sunt legai de substana schimbtoare de ioni.

Dup efectuarea procesului, efluentul de ap tratat va conine cationi de Na+ i diveri anioni. n timpul procesului nu se modific coninutul de sruri al apei. Aceast metod permite reducerea concentraiei ionilor de Ca2+ i Mg2+ sub 0,01 mmol/l. Schimbtorul de ioni epuizat este n mod normal regenerat folosind soluie salin saturat (NaCl).

Dezalcalinizarea apei

Fig 2. Schema de principiu a procesului de dezalcalinizare a apei

Procesul de dezalcalinizare const n nlturarea ionilor de carbonat de hidrogen () dizolvai n ap. n apa cu coninut mare de ioni de carbonat de hidrogen, metoda de dedurizare prezentat anterior nu este suficient pentru tratarea apei. De exemplu, din apa folosit la alimentarea boilerelor sau cea folosit la obinerea apei calde, trebuie eliminai neaprat ionii de carbonat de hidrogen deoarece mpiedic desfurarea corespunztoare a procesului.

n acest caz este utilizat un schimbtor de cationi slab pentru nlturarea cationilor Ca2+, Mg2+, Na2+ care n apa dur erau legai de ionii de carbonat de hidrogen. n urma procesului de schimb ionic sunt cedate cantiti corespunztoare de ioni de H+ care se combin cu excesul de ioni de rmas n apa supus schimbului ionic, conform urmtoarei reacii:

(7)Deoarece coninutul de CO2 n ap provoac coroziune, este necesar ca dioxidul de carbon s fie eliminat ulterior printr-un proces de degazeificare.

Procesul de dezalcalinizare reduce coninutul de sruri din ap, fiind cunoscut i sub denumirea de demineralizare parial (apa demineralizat mai conine ioni de H+, , i , ns nu mai conine cationi din grupurile bazice pmntoase, adic ionii care formeaz depuneri).Schimbtorul de cationi epuizat este n mod normal regenerat folosind acid clorhidric (HCl) diluat n exces.Demineralizarea total a apei

Fig 3. Schema de principiu a procesului de demineralizare total a apei

Procesul de demineralizare total a apei prin schimb ionic este folosit la obinerea de ap pur din punct de vedere chimic. Acest tip de proces a nlocuit aproape n totalitate distilarea apei ca metod de demineralizare. Se menioneaz c apa demineralizat are o valoare a conductivitii mai mic de 10 (S/cm.n forma sa cea mai simpl, instalaia de demineralizare total a apei este compus dintr-un schimbtor de cationi puternic acid C, un schimbtor de anioni slab bazic A1 i un schimbtor de anioni puternic bazic A2, legate n serie. Schimbtorul de cationi cedeaz cantitatea corespunztoare de ioni de H+, iar schimbtoarele de anioni cedeaz cantitatea corespunztoare de ioni de OH-. n final aceti ioni se combin formnd ap:

(8)

Fig 4. Diferite variante posibile de instalaii de demineralizare total a apei

n anumite cazuri speciale, se recomand separarea filtrelor pe nivele slabe i tari din motive capacitive. Schimbtoarele de anioni puternic bazice pot accepta anioni de la acizii minerali, precum , sau .De asemenea, schimbtoarele de anioni puternic bazice pot nltura acidul siliconic i acidul carbonic . Pentru a preveni ncrcarea excesiv a schimbtorului de anioni puternic bazic cu acid carbonic, n cazul apei cu coninut de carbonat de hidrogen () de mai mult de 2 mmol/l, este ncorporat un degazeificator pentru evacuarea CO2. n figura 4 sunt prezentate toate variantele posibile ale instalaiilor de demineralizrii totale a apei prin schimb ionic.

3. APARATURA I MATERIALELE UTILIZATE- Stand de laborator pentru studiul procesului de schimb ionic CE300 Gunt, Germania (vezi figura 5);

- Aparat pentru msurarea conductivitii electrice a apei (vezi anexa o);

- Schimbtor cationic slab acid MERCK 104835 cation exchanger IV;

- Schimbtor cationic puternic acid MERCK 104765 cation exchanger IV;- Schimbtor anionic slab bazic MERCK 115261 AMBERLIST A-21;- Schimbtor anionic puternic bazic MERCK 104767 cation exchanger III;

- Reactivi chimici;

- Ap de la reeaua de alimentare.

Fig 5. Schema standului pentru studiul procesului de schimb ionic CE300

Prile componente ale standului de laborator pentru studiul procesului de schimb ionic CE300 sunt urmtoarele:

1. Coloanele schimbtorilor de ioni;

2. Debitmetru;

3. Vas de msurare a conductivitii electrice a efluentului;

4. Aparat pentru msurarea conductivitii electrice a efluentului;

5. ntreruptorul pompei de circulare a influentului;

6. Conduct de alimentare cu influent;

7. Pomp de circulare a influentului;

8. Rezervor de alimentare cu ap brut, ap de splare i soluii de regenerare;

9. Rezervor de evacuare;

4. MODUL DE LUCRU

n cadrul lucrrii de laborator se vor efectua mai multe experimente, i anume:

Experimentul 1. Dedurizarea apei prin schimb de cationin cadrul experimentului, numai cationii vor fi nlturai din apa folosit (ap de la reeaua de alimentare). Scopul experimentului const n reducerea duritii apei, n principal, prin nlturarea cationilor de Ca2+ i K+.- se ncarc rezervorul de alimentare 8 cu ap de la reeaua de alimentare pentru experimente i ap de splare demineralizat;

- se umple una din coloanele de schimb 1 cu material schimbtor de cationi slab bazic astfel (vezi figura 6): se deurubeaz cele dou piulie de legtur de la capetele tubului, se nltur tubul de plastic (dac tuburile nu se pot scoate, trebuie deurubate puin bolurile de fixare ale piedestalul de plastic aflate n spatele panoului pe care sunt montate tuburile), se umple tubul de plastic cu substana schimbtoare de cationi slab acid pe 40 60 mm din nivelul de umplere echivalent cu o cantitate de 14 21 ml substana schimbtoare de ioni (de menionat c 1 cm de strat de umplere n coloan corespunde la 3,53 ml de substan schimbtoare de ioni dup cum 1 ml de substan schimbtoare de ioni corespunde la 2,8 mm de strat de umplere n coloan);

Fig 5. Schema de demontare umplere montare a coloanelor de schimb ionic

- se regleaz valvele standului astfel nct apa s ptrund pe la partea superioar a coloanei de schimb ionic i s curg n recipientului de msur de la baza coloanei (vezi schema de conexiuni din figura 6);

Fig 6. Schema de conexiuni pentru experimentul 1

- dac substana de schimb de ioni este nou, materialul din coloana de schimb trebuie mai nti splat cu ap demineralizat astfel: se ajusteaz robinetele standului astfel nct apa de splare s ajung la baza tubului care trebuie curat i s fie evacuat pe la partea superioar a tubului; se utilizeaz pompa standului pentru a spla substana schimbtoare de ioni cu cel puin 5 litri de ap demineralizat luat din compartimentul corespunztor al recipientului de alimentare; dup splare se elimin toate lichidele din tuburile de schimb, dup care schimbtorul de ioni poate fi utilizat n experimente;

- se determin i se noteaz conductivitatea electric a apei brute de experimentare (n plus se poate folosi o alt metod alternativ adecvat pentru determinarea valorii duritii apei brute de experimentare care se noteaz);

- se pornete pompa 7 de circulare a apei i se introduce ap n coloana de schimb cu un debit de cca. 80 ml/min;

- la intervale regulate de timp (1 min) se noteaz conductivitatea apei tratate evacuate din coloana de schimb ionic;

- la intervale regulate de timp (3 5 min) se preleveaz mostre de ap evacuat din coloana de schimb ionic (n aceast scop conducta de alimentare poate fi deconectat de la rezervorul de alimentare), apoi se determin i se noteaz duritatea mostrelor de ap;

- experimentul se desfoar pn cnd duritatea apei evacuate din coloana de schimb ionic este aproximativ egal cu cea a apei brute de experimentare, ceea ce nseamn c este epuizat capacitatea substanei schimbtoare de ioni;

- se determin i se noteaz duritatea ultimei arje de ap evacuate din schimbtor.

Din compararea msurtorilor i rezultatelor analizelor rezult c valorile duritii apei au sczut considerabil dup trecerea prin schimbtorul de cationi. Acest fapt era de ateptat deoarece substana schimbtoare a eliminat n special cationii de Ca2+ i K+ din ap, nlocuindu-i cu ioni de H+.

ns, conductivitatea apei s-a modificat foarte puin la trecerea sa prin schimbtorul de ioni, deoarece nici un ion nu a fost nlturat din ap, ci s-a modificat numai tipul de ioni pe care aceasta i conine. Astfel, apa experimental a fost dedurizat simitor, dar ncrcarea cu ioni nu a fost redus. Acest rezultat poate fi obinut numai prin determinarea duritii. Metoda de msurare a conductivitii este, evident, inadecvat pentru verificarea i monitorizarea acestui tip de dedurizare.

Experimentul 2. Dezalcalinizare apei prin schimb de anionin cadrul experimentului numai anionii vor fi nlturai din apa folosit (ap de la reeaua de alimentare). Scopul experimentului const n nlturarea ionilor de din ap.

- se ncarc rezervorul de alimentare 8 cu ap pentru experimente i ap de cltire demineralizat;

- se umple una din coloanele de schimb 1 cu substana schimbtoare de anioni slab bazic pe 40 60 mm din nivelul de umplere echivalent cu o cantitate de 14 21 ml substan schimbtoare de ioni (pentru umplerea coloanei se procedeaz similar ca la experimentul 1);

- se regleaz valvele standului astfel nct apa s ptrund pe la partea superioar a coloanei de schimb ionic i s curg n recipientului de msur de la baza coloanei (vezi schema de conexiuni din figura 7);

Fig 7. Schema de conexiuni pentru experimentul 2

- dac substana schimbtoare de ioni este nou, materialul din coloana de schimb trebuie mai nti splat cu ap demineralizat, procedndu-se similar ca la experimentul 1;

- se determin i se noteaz conductivitatea electric a apei brute de experimentare (n plus se poate folosi o alt metod alternativ adecvat pentru determinarea valorii duritii apei brute de experimentare care se noteaz );

- se pornete pompa 7 de circulare a apei i se introduce ap n coloana de schimb cu un debit de cca. 80 ml/min;

- la intervale regulate de timp (1 min) se noteaz conductivitatea apei tratate evacuate din coloana de schimb ionic;

- la intervale regulate de timp (3 5 min) se preleveaz mostre de ap evacuat din coloana de schimb ionic (n aceast scop conducta de alimentare poate fi deconectat de la rezervorul de alimentare), apoi se determin i se noteaz duritatea mostrelor de ap;

- experimentul se desfoar pn cnd duritatea apei evacuate din coloana de schimb ionic este aproximativ egal cu cea a apei brute de experimentare, ceea ce nseamn c este epuizat capacitatea substanei schimbtoare de ioni (n mod normal experimentul trebuie s dureze cel puin 20 minute).

Din compararea rezultatelor nregistrate rezult c valorile duritii apei nu s-au modificat dup trecerea prin schimbtorul de anioni. Acest fapt era de ateptat deoarece duritatea apei este, n primul rnd, legat de cationii de Ca2+ i K+, iar acetia nu au fost nlturai din apa de experimentare pe toat durata acestui experiment.

ns se presupune c ionii de au fost nlocuii cu ioni de OH-. Aceast ipotez se bazeaz pe creterea considerabil a conductivitii apei evacuate din schimbtor. Ionii de OH- formeaz legturi mai slabe ntr-o soluie dect ionii de . Acesta este motivul creterii conductivitii.

Apa experimental pare a fi fost dealcalinizat. ns, aceast concluzie este una speculativ deoarece metodele de msurare utilizate pentru verificarea i monitorizarea nlturrii anionilor sunt, evident, inadecvate.

Experimentul 3. Demineralizarea total a apei prin legarea n serie a schimbtoarelor de cationi i anionin cadrul experimentului, toii ionii minerali vor fi nlturai pe ct posibil din apa folosit (ap de la reeaua de alimentare). Pentru aceasta vor fi combinate metodele de schimb ionic prezentate n experimentele 1 i 2.

- se ncarc rezervorul de alimentare 8 cu ap pentru experimente i ap de splare demineralizat;

- se umple una din coloanele de schimb cu substana schimbtoare de cationi slab bazic pe 40 60 mm din nivelul de umplere echivalent cu o cantitate de 14 21 ml substan schimbtoare de ioni (pentru umplerea coloanei se procedeaz similar ca la experimentul 1);

- se umple cealalt dintre coloanele de schimb 1 cu substana schimbtoare de anioni slab bazic pe 40 60 mm din nivelul de umplere echivalent cu o cantitate de 14 21 ml substana schimbtoare de ioni (pentru umplerea coloanei se procedeaz similar ca la experimentul 1);

- dac substanele schimbtoare de ioni sunt noi, materialele din coloanele de schimb trebuie mai nti splate individual cu ap demineralizat, procedndu-se ca la experimentul 1 pentru fiecare din cele dou coloane;

- se regleaz valvele standului astfel nct apa brut s ptrund pe la partea superioar a primei coloane de schimb i s fie evacuat pe la baza acesteia, fiind apoi introdus pe la partea superioar a celei de-a doua coloane de schimb, apoi s fie evacuat de la baza acesteia n recipientului de msur a conductivitii electrice a apei tratate (vezi schema de conexiuni din figura 8);

Fig 8. Schema de conexiuni pentru experimentul 3

- se determin i se noteaz conductivitatea electric a apei brute de experimentare (n plus se poate folosi o alt metod alternativ adecvat pentru determinarea valorii duritii apei brute de experimentare, care se noteaz);

- se pornete pompa 7 de circulare a apei i se introduce ap n coloana de schimb cu un debit de cca. 80 ml/min;

- la intervale regulate de timp (1 min) se noteaz conductivitatea apei tratate evacuate din coloana de schimb ionic;

- la intervale regulate de timp (3 5 min) se preleveaz mostre de ap evacuat din coloana de schimb ionic (n aceast scop conducta de alimentare poate fi deconectat de la rezervorul de alimentare), apoi se determin i se noteaz duritatea mostrelor de ap;

- se repet experimentul pn cnd duritatea apei evacuate din coloana de schimb ionic este aproximativ egal cu cea a apei brute de experimentare, deci capacitile substanelor schimbtoare de ioni s-au epuizat.Din compararea rezultatelor nregistrate din msurri i analize se observ c la trecerea apei prin cele dou schimbtoare de ioni, att valoarea conductivitii, ct i cea a duritii efluentului sunt reduse semnificativ, rezultat att ateptat, ct i dorit.

Majoritatea cationilor au fost aparent nlocuii cu ioni de H+, iar anionii cu ionii de OH- care se neutralizeaz reciproc i formeaz apa. Astfel, ionii sunt efectiv schimbai, iar apa supus procesului este demineralizat.

Msurarea conductivitii electrice a apei rezultate este, n mod evident, o metod adecvat pentru monitorizarea calitii procesului de demineralizare.

Experimentul 4. Regenerarea substanelor schimbtoare de ioni

Fiecare material schimbtor de ioni are o capacitate de schimb limitat. Dac toate grupurile active sunt saturate cu ioni strini, capacitatea de schimb ionic a materialului este epuizat. Pentru a-i recpta capacitatea de schimb ionic materialul schimbtor de ioni poate fi regenerat prin nlturarea ionilor schimbai.Substanele schimbtoare de cationi sunt regenerate de obicei folosind acizi (de exemplu, acid clorhidric diluat).

Substanele schimbtoare de anioni sunt regenerate folosind anioni puternici, de obicei ioni de OH- sau Cl-.

Fig 9. Schema de conexiuni pentru experimentul 4

- se desfoar un proces de schimb de cationic sau anionic ca n experimentele 1 sau 2, pn la epuizarea complet a capacitii substanei schimbtoare de ioni;

- se ncarc rezervorul de alimentare 8 cu substan de regenerare (soluie de acid clorhidric diluat cu concentraie 5 10% n cazul schimbtorului de cationi sau soluie de hidroxid de sodiu diluat cu concentraie 2 4% n cazul schimbtorului de anioni) i ap de splare demineralizat;

- se regleaz valvele standului astfel nct apa s ptrund pe la partea superioar a coloanei de schimb ionic i s curg n recipientului de msur de la baza coloanei (vezi schema de conexiuni din figura 9);

- se pornete pompa 7 de circulare a apei i se introduce soluie de regenerare (corespunztoare materialului schimbtor de ioni folosit) n coloana de schimb cu un debit de cca. 40 ml/min;

- procesul de regenerare se continu pe o perioad de 3 5 minute;

- dup regenerare, coloana de schimb se spal cu ap demineralizat pn cnd valoarea conductivitii apei de splare evacuat este aproape egal cu cea a apei demineralizate introduse.

Regenerarea este un proces care are ca parametru principal durata de desfurare. Aceasta poate fi determinat prin calcul, dar numai pentru condiii ideale: procesul de schimb ionic din substana de schimb s aib loc instantaneu i fr pierderi; de aceea, duratele teoretice de regenerare servesc cel mult ca referine pentru duratele de regenerare utilizate n practic, de regul determinate pe baze experimentale (de exemplu: pentru substana schimbtoare de anioni slab bazic utilizat pentru acest stand, care are capacitatea utilizabil a schimbtorilor de ioni NVK = 1,0 mmol/ml, al crei volum n coloana de schimb este de 40 ml, i pentru regenerarea creia se utilizeaz hidroxid de sodiu diluat cu concentraie 2%, adic o concentraie molar de 0,5 mmol/ml, care este circulat la un debit de 20 ml/min, rezultnd o durat teoretic a procesului de regenerare de 4 minute). De asemenea trebuie menionat c pentru favorizarea procesului de regenerare acesta trebuie desfsurat cu un exces de ioni ce pot fi schimbai.5. NREGISTRAREA I PRELUCRAREA DATELOR EXPERIMENTALE

nregistrarea datelor experimentale se va face n urmtoarele tabele:

Tabelul 3Timpul

[min]Conductivitatea electric

[(S/cm]Duritatea apei tratate

[f][dH]

Tabelul 4

Timpul

[min]Conductivitatea electric

[(S/cm]Duritatea apei tratate

[f][dH]

Tabelul 5

Timpul

[min]Conductivitatea electric

[(S/cm]Duritatea apei tratate

[f][dH]

PAGE As.dr.ing. Nicoleta Ungureanu14

_1324744463.unknown

_1324748295.unknown

_1324748514.unknown

_1324748263.unknown

_1324747031.unknown

_1324747033.unknown

_1324748240.unknown

_1324747032.unknown

_1324746799.unknown

_1324746748.unknown

_1324746770.unknown

_1324746044.unknown

_1323452882.unknown

_1323453231.unknown

_1323452887.unknown

_1303115485.unknown

_1303576779.unknown

_1302856815.unknown