Wykład 4 Wymiana jonowa Procesy Oczyszczania Cieczy 2.

Prezentacja na temat: "Wykład 4 Wymiana jonowa Procesy Oczyszczania Cieczy 2."— Zapis prezentacji:

1 Wykład 4 Wymiana jonowa Procesy Oczyszczania Cieczy 2

2 Wykład 4 – Wymiana jonowa
W oczyszczaniu wody stosowanej w energetyce i do celów chłodniczych w wymiennikach ciepła, ważnym procesem jest proces wymiany jonowej. Proces wymiany jonowej polega na zastosowaniu techniki sorpcyjnej w układzie ciecz – ciało stałe, gdzie cieczą jest elektrolit. Roztwór związku chemicznego zdysocjowanego na swobodne kationy i aniony. Ciało stałe (sorbent) zwany wymieniaczem jonowym zawiera w swojej strukturze grupy funkcyjne zdolne w środowisku polarnym do dysocjacji na jeden nieruchomy makrojon i drugi jon mobilny. Jon mobilny, neutralizujący ładunek makrojonu, nazywa się przeciwjonem. Proces wymiany jonowej polega na zastąpieniu pierwotnego przeciwjonu innym z roztworu elektrolitu. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

3 Wykład 4 – Wymiana jonowa
O Rodzaju wymieniacza jonowego decyduje rodzaj grupy funkcyjnej obecnej w fazie stałej. Jeżeli wymianie podlega kation to wymieniacz jonowy jest kationitem, jeśli anion – anionitem. Wymiana jonowa jest procesem ilościowym tzn. Procesem, w którym biorą udział równoważne liczby kationów lub anionów, i procesem odwracalnym – co umożliwia regenerację wymieniacza jonowego. Wymiana jonowa jest procesem okresowym. Kationity mają charakter kwasów ( wymieniają proton H+) lub soli (wymieniają jon metalu) Anionity maja charakter wodorotlenku ( wymieniają OH-) lub soli (wymieniają jon niemetalu) Procesy Oczyszczania Cieczy 2

4 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Wymieniacz jonowy: związana z matrycą grupa funkcyjna zdolna do dysocjacji matryca (szkielet) Ze względu na pochodzenie, wymieniacze jonowe dzieli się na naturalne i syntetyczne, a ze względu na rodzaj szkieletu – na nieorganiczne i organiczne. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

5 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Sorbenty jonowymienne należą do związków wielkoczasteczkowych o budowie usieciowanej i są najczęściej substancjami bezpostaciowymi. Przyjmując za kryterium podziału typ szkieletu łączącego poszczególne grupy jonowymiennw, wymieniacze jonowe dzieli się na: Nieorganiczne wymieniacze jonowe: naturalne i syntetyczne glino krzemiany o ogólnym wzorze : Na2O Al2O3 5SiO2 H2O zawierające K2O, tlenek aluminium A2O3, fosforan cyrkonu itp. Znaczenie tych wymieniaczy jonowych jest obecnie marginalne. Organiczne wymieniacze jonowe (żywice jonitowe) zwane jonitami są to wielkocząsteczkowe polimery o strukturze trójwymiarowej sieci. Najczęściej są to kopolimery styrenu I diwinylobenzenu, który powoduje powstawanie wiązań mostkowych w styrenie ( zawartość diwinylobenzenu jest miarą usieciowania) Procesy Oczyszczania Cieczy 2

6 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Obecnie znaczenie mają jonity. Wielkocząsteczkowy łańcuch węglowodorów w jonitach jest wytwarzany w procesie polikondensacji: Fenolu i formaldehydu  jonity fenolowo-formaldehydowe (fenoplasty – bakelit) Styrenu z dienami (diwinylobenzenem)  jonity polistyrenowe W przypadku anionitów szkielet wielkocząsteczkowy tworzą produkty polikondensacji amin z formaldehydem, dając anionity amino-formaldehydowe  anionity polistyrenowe Do usieciowanego łańcucha węglowodorowego , na drodze reakcji chemicznych wprowadza się określone grupy funkcyjne, otrzymując: Kationity: -SO3- sulfonowa -PO3H2- fosforanowa -PO2H- fosfoniowa -COO- - karboksylowa Anionity: -NR3+ lub -CH2NR3+ -IV rzędowe grupy aminowe -NR2H+ III rzędowe grupy aminowe -NRH2+ II rzędowe grupy aminowe -NH I rzędowe grupy aminowe Procesy Oczyszczania Cieczy 2

7 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Jeżeli proces wymiany jonowej zachodzi niezależnie od pH roztworu, mówimy, że mamy do czynienia z silnie kwaśnym kationitem (grupa sulfonowa) lub silnie zasadowym anionitem (IV rzędowa grupa amoniowa). Kationity z innymi grupami (kationit słabo kwaśny) wymieniają jony tym lepiej im większe pH, a anionity ( anionit słabo zasadowy) im pH mniejsze. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

8 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Jonity są produkowane w postaci kulek lub granulek o rozmiarach ziaren od 0,3 do 2 mm. Wymiana jonowa zachodzi wewnątrz ziaren  muszą więc charakteryzować się strukturą porowata. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

9 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Schemat zachowania się różnych składników roztworu w kontakcie z jonitem: Rozpuszczalnik (woda) dyfunduje do przestrzennej struktury cząstek jonitu (pęcznienie). Pęcznienie uzależnione jest od stopnia sieciowania szkieletu jonitu. Jest tym mniejsze, im większe jest usieciowane szkieletu jonitu. Wzrost spęcznienia powoduje spadek selektywności jonitu względem różnych przeciwjonów. Spada również wytrzymałość mechaniczna jonitu. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

10 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Współjony są to jony o takim samym znaku jak ładunek unieruchomionej grupy jonowej, połączonej z łańcuchem polimeru. W stosunku do tych jonów działa tzw. wypieranie donnanowskie, powierzchnia graniczna działa jak półprzepuszczalna membrana. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

11 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Ładunki elektryczne unieruchomionych grup jonowych wewnątrz jonitu muszą być zneutralizowane tą sama liczba jonów o znaku przeciwnym nazywanych przeciwjonami Przeciwjony dyfundują swobodnie przez powierzchnie graniczną, aż do osiągnięcia stanu równowagi. Jeżeli w roztworze jest więcej przeciwjonów to rozdzielą się one między roztwór i jonit w zależności od selektywności jonitu. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

12 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Niejonowe składniki roztworu mogą swobodnie dyfundować do wnętrza jonitu, (nie działa na nie wypieranie donnanowskie) i adsorbować się na powierzchni . Procesy Oczyszczania Cieczy 2

13 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Zdolność wymienna jonitu – W – zdolność jonowymienna – to podstawowa właściwość decydująca o zastosowaniu jonitu. ZWJ to liczba określająca ilość przeciwjonów (w gramorównoważnikach*) wymieniana przez jednostkę masy (suchego) lub jednostkę objętości (spęczniałego) jonitu. { val/kg } , { val/ dm3}  ( obecnie stosuje się mol/kg) W = 1,5 – 4 { val/dm3} ZWJ zależy od liczby grup funkcyjnych i od stopnia sieciowania szkieletu jonitu. ZWJ całkowita jest określana na drodze miareczkowania jonitu silnym kwasem lub zasadą, aż do osiągnięcia stanu wysycenia wszystkich grup funkcyjnych. ZWJ robocza jest liczbą jonów wymienioną przez jednostkową objętość spęczniałego jonitu w czasie wymiany jonowej w kolumnie do chwili jej przebicia ( wymieniantym jonem) *Gramorównoważnik to taka masa związku chemicznego, która całkowicie przereaguje z jednym molem innego związku chemicznego zgodnie z równaniem stechiometrycznym określonej reakcji chemicznej. ZWJ robocza stanowi 60 – 80 % ZWJ całkowitej Procesy Oczyszczania Cieczy 2

14 Wykład 4 – Wymiana jonowa
ZWJ robocza zależy od warunków prowadzenia procesu wymianu jonowej : Prędkość objętościowa przepływu roztworu: Rozmiar cząstek jonitu: Procesy Oczyszczania Cieczy 2

15 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Selektywność to zdolność do wybiórczej wymiany jednego przeciwjonu w obecności innych przeciwjonów. To ważna właściwość jonitów wynikająca z powinowactwa między jonitem i jonami. W stanie równowagi między jonitem i roztworem kilku przeciwjonów , stosunek ich stężeń w roztworze jest różny od stosunku tych jonów w jonicie. Selektywność zależy od : a) rozmiaru mikroporów, b) rozmiaru hydratyzowanych jonów; c) temperatury ( wzrost zmniejsza selektywność) ; d) stężenia roztworu; e) możliwości tworzenia asocjatów z grupami funkcyjnymi. Selektywność jonitów jest przedstawiana najczęściej w postaci szeregu selektywności jonów: Dla silnie kwaśnych kationitów i kationów jednowartościowych szereg selektywności : Ag+>Cs+>Rb+>K+>NH4+>Na+>H+>Li+ Dla kationitów słabo kwaśnych szereg różni się tym , że na początku jest jon H+ Procesy Oczyszczania Cieczy 2

16 Wykład 4 – Wymiana jonowa
W przypadku 2-wartościowych kationów szereg selektywności przedstawia się następująco: Ba2+>Sr2+>Ca2+>Ni2+>Cu2+>Zn2+>Mg2+ W przypadku silnie zasadowych anionitów szereg selektywności względem anionów : SO42->J->NO3->Br->NO2->Cl->OH->HCO3->F- Dla słabo zasadowych anionitów szereg różni się tym, że na początku jest jon OH- Procesy Oczyszczania Cieczy 2

17 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Parametry wpływające na proces wymiany jonowej: W procesie oczyszczania wody i ścieków WJ realizowana jest w układzie z nieruchomą warstwą jonitu w kolumnie , przez którą przepływa oczyszczany roztwór. Na efektywność procesu wpływaj: 1) budowa cząstek jonitu 2) Rodzaj wymienianych jonów 3) Rodzaj i liczba grup funkcyjnych w jonicie 4) Skuteczność regeneracji jonitu Budowa cząstek jonitu. Cząstki jonitu musza mieć rozwinięta powierzchnię, a więc muszą mieć strukturę porowatą. Rozmiar porów jest bardzo ważnym parametrem, musi pozwalać hydratyzowanym jonom na wnikanie w głąb struktury cząstki jonitu. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

18 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Rodzaj wymienianych jonów. Operuje się pojęciem energii wejścia jonu do wnętrza cząstki jonitu. Proces wymiany jonowej zależy nie tylko od właściwości jonitu, ale także od właściwości wymienianych jonów. Powinowactwo jonu do danego jonitu czy zdolność́ wymienna jonów zależy przede wszystkim od: ładunku elektrycznego jonów – większy ładunek - szybsza wymiana promienia jonowego – zdolność́ wymiany jest odwrotnie proporcjonalna do promienia jonu zhydratowanego. Powinowactwo jonu do danego jonitu zależy przede wszystkim od: wielkości ładunku jonu – im większy ładunek tym większa jest siła przyciągająca grupy funkcyjnej i stad większa jest zdolność́ wymiany i szybkość́ procesu. promienia jonu – zdolność́ wymiany jest odwrotnie proporcjonalna do promienia jonu. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

19 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Promień́ hydrodynamiczny jonu wzrasta ze wzrostem ciężaru atomowego i dlatego jego energia wymiany wzrasta. stopień́ hydratacji jonu – zdolność́ wymiany kationów jest odwrotnie proporcjonalna do promienia jonu zhydratyzowanego. Stopień hydratacji zależy: Stężenia roztworu, temperatury, zanieczyszczeń Energię wymiany kationów i anionów można ułożyć́ w szeregi. W przypadku sulfonowanej żywicy fenolowej kationy układają̨ się̨ w następującą serię: Na+ <NH4+<K+ <Sr2+ <Cs+ <Mg2+ <Ca2+ <Cd2+ <Co2+ <Al3+<Fe3+ W przypadku słabych anionowych jonitów: F– <OH–<Cl– <Br– <I– <CH3COO– <PO43– <NO3– <citrate<CrO42– <SO42– Procesy Oczyszczania Cieczy 2

20 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Na proces wymiany jonowej ma wpływ pH oczyszczanego roztworu. Decyduje ono o stopniu dysocjacji grup funkcyjnych, co ma bezpośredni wpływ na skuteczność i dynamikę procesu. Kationity silnie kwaśne są aktywne w środowisku kwaśnym i zasadowym, a słabo kwaśne w środowisku obojętnym oraz zasadowym. Zdolność wymiany anionów przez anionity słabo zasadowe zwiększa się ze wzrostem stężenia jonów wodorowych pH<7, anionity silnie zasadowe są aktywne w środowisku kwaśnym jak i zasadowym. Temperatura roztworu. Zwiększenie temperatury przyśpiesza reakcję wymiany jonowej, powoduje rozluźnienie wewnętrznej struktury cząstki jonitu i ułatwia transport jonów wewnątrz struktury. Zwiększa stopień dysocjacji słabo zdysocjowanych grup funkcyjnych oraz zmniejsza opory przepływu roztworu przez warstwę jonitu. Przeciętnie stosuje się temperaturę ok. 50 ∘C Procesy Oczyszczania Cieczy 2

21 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Stężenie oczyszczanego roztworu. W przypadku wymiany jonów o tej samej wartościowości, stężenie roztworu nie ma znaczenia. Ma znaczenie dla procesu gdy wymieniane są jony o różnej wartościowości. Obecność domieszek i zanieczyszczeń ma istotny wpływ na proces WJ . Roztwory kierowane do kolumn jonitowych muszą spełniać określone wymagania dotyczące zawartości jonów żelaza, manganu, wodorowęglanów, wolnego chloru, tlenu rozpuszczonego itd. Jony żelaza i manganu, o dużej wartości energii wejścia do jonitu, blokują grupy funkcyjne. Wodorowęglany wapnia i magnezu mogą strącać się w postaci węglanów, co blokuje pory jonitu. Wolny chlor powoduje degradację kationitów, a rozpuszczony tlen anionitów i kationitów. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

22 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Cykl pracy kolumny jonitowej składa się z: Procesu wymiany jonowej, ( oczyszczamy strumień cieczy) tzw. Praca użyteczna kolumny. Procesu regeneracji jonitu. Czas użytecznej pracy jonitu trwa do chwili przebicia złoża, tj. do chwili w której stężenie jonu usuwanego z roztworu w strumieniu opuszczającym złoże jonitu osiągnie wcześniej założoną wartość Podczas WJ roztwór najczęściej przepływa z góry w dół kolumny z prędkością pozorną od 1 do 30 m/s. Po przebiciu kolumnę wyłącza się i jonit poddaje procesowi regeneracji. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

23 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Regeneracja składa się z trzech etapów: Spulchnianie złoża Regeneracja właściwa Płukanie złoża Spulchnianie. Złoża jonitu, to wstępne przepłukanie przed właściwą regeneracją. Powoduje rozluźnienie warstwy jonitu, likwiduje powstałe w złożu kanaliki, usuwa zanieczyszczenia mechaniczne i rozdrobnione ziarna jonitu, usuwa pęcherze gazowe. Spulchnianie przeprowadza się za pomocą wody o jakości wody nie gorszej od wody oczyszczanej (woda wodociągowa) w kierunku przeciwnym do przepływu roztworu oczyszczanego. Przy przepływie w kierunku do góry następuje ekspansja warstwy jonitu !!! Prędkość pozorna wody do 10 m/h . Proces trwa ok minuty. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

24 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Regeneracja właściwa to wprowadzanie do jonitu jonów pierwotnie związanych z grupami funkcyjnymi. Reakcja odwrotna do zachodzącej podczas wymiany jonowej. Proces ten przeprowadza się przepuszczając przez jonit roztwór zawierający odpowiedni rodzaj jonów. Kationity pracujące w cyklu wodorowym : Kt-H : regeneruje się za pomocą HCl lub H2SO4 Kationity pracujące w cyklu sodowym : Kt-Na : regeneruje się za pomocą NaCl Anionity pracujące w cyklu wodorotlenowym: An-OH : regeneruje się NaOH albo NH4OH Anionity pracujące w cyklu chlorkowym: An-Cl : regeneruje się NaCl albo CaCl2 Procesy Oczyszczania Cieczy 2

25 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Stężenie roztworu regenerującego zależy od rodzaju jonitu, od jego „siły”. Silnie kwaśne kationity i silnie zasadowe anionity są regenerowane roztworami o stężeniu od 5 do 15% , a do zregenerowania jonitu ilość roztworu jest ok. 3 –krotnie większa od ilości stechiometrycznej. Roztwory stosowane do regeneracji słabo kwaśnych kationitów i słabo zasadowych anionitów mają stężenie 2 – 5 % , ilość roztworu wymagana do regenerowania jonitu jest ok. 30% większa od stechiometrycznej. Prędkość pozorna roztworu regenerującego wynosi 2 – 5 m/h a czas trwania regeneracji do 1h. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

26 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Płukanie. Przed doprowadzeniem do kolumny jonitowej właściwego roztworu poddawanego WJ , z jonitu trzeba usunąć pozostałości roztworu regenerującego. Do tego celu używa się wody uzdatnionej, pozbawionej albo kationów albo anionów. Woda płucząca przepływa z prędkością pozorną do 10 m/h. Płukanie trwa do momentu aż stężenie wypłukiwanych jonów zmniejszy się do określonej wartości ( ok. 30 min) W czasie etapu nieużytecznej pracy złoża zużywane są znaczne ilości wody i roztworu regenerującego .Regenerację prowadzi się w podwyższonej temperaturze łącząc szeregowo kationity silne i słabo kwaśne oraz anionity silnie i słabo zasadowe. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

27 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Statyka wymiany jonowej WJ to odwracalna reakcja podwójnej wymiany Wymiana z kationitem: Kt – SO3-H+ + Na+ + Cl- = Kt – SO3-Na+ + H+ + Cl- Wymiana z anionitem: An – N+(CH3)3OH- + Na+ + Cl- = An – N+(CH3)3Cl- + Na+ + OH- W przypadku usuwania z roztworu kationu dwuwartościowego : 2Kt – SO3-H+ + Mg2+ + SO42- = (Kt – SO3-)2Mg + H2SO4 Procesy Oczyszczania Cieczy 2

28 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Reakcje wymiany jonowej można zapisać bardziej ogólnie Jon związany z grupą jonową w jonicie Stan równowagi reakcji można wyrazić w przybliżeniu: Stała K określa ilościowo proces wymiany jonu B przez jon A i nosi nazwę współczynnika selektywności sorpcji jonów. ( nie jest to stała równowagi w sensie termodynamicznym, pominięto aktywności jonów) Procesy Oczyszczania Cieczy 2

29 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Jeżeli w układzie dwóch jonów A i B ich stężenia wyrazimy w ułamkach molowych, wprowadzając oznaczenie: dla ułamka molowego składnika i w roztworze dla ułamka molowego składnika i w jonicie To selektywność sorpcji przyjmuje postać: Dla układu dwuskładnikowego: Procesy Oczyszczania Cieczy 2

30 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Dla wymiany jonów o jednakowej wartościowości, cześć pojemności jonowymiennej jonitu, zajęta przez jon pochodzący z roztworu – jon A, zależy w stanie równowagi od współczynnika molowego tego jonu w roztworze i od współczynnika selektywności sorpcji KB/A . Całkowite stężenie jonów w roztworze jak również pojemność wymienna jonitu (W) nie pływają na podział jonu między fazę jonitu i roztwór. Dla wymiany jonów o różnej wartościowości równanie reakcji może przybrać postać: Dwuwartościowy jon D2+ wymienia jednowartościowy jon B+ Procesy Oczyszczania Cieczy 2

31 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Stała selektywności sorpcji jonów D i B dana jest wzorem: Wyrażając stężenia jonów przez ułamki molowe , otrzymujemy: Na podział jonu D pomiędzy jonit i roztwór , duży wpływ ma zarówno pojemność wymienna jonu (W) jak też ogólne stężenie jonów w roztworze. W dla danego jonitu jest stałe. W miarę rozcieńczania roztworu ( spadek CR) jonit w coraz większym stopniu przechodzi przechodzi w formę dwuwartościową. Im mniejsze stężenie molowe roztworu tym więcej jonów dwuwartościowych wymienia jednowartościowy jon w jonicie. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

32 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Proces WJ stosowany jest do uzdatniania wody wykorzystywanej w energetyce i do celów chłodniczych oraz do oczyszczania ścieków w końcowym etapie tzw. odnowy wody. Zmniejszenie mineralizacji wody, czyli odsolenie, jest stosowane, gdy woda jako oczyszczony strumień ścieków jest odprowadzana do wód powierzchniowych. Woda przeznaczona do celów chłodniczych musi być zmiękczona, tj. pozbawiona jonów Mg i Ca oraz wodorowęglanów. Roztwory podlegające oczyszczaniu w procesie WJ nie powinny zawierać detergentów olejów. Stężenie jonu Fe i jonu Mn nie może przekraczać 0,1 g/m3, tj. 0,1 ppm (jony blokują grypy funkcyjne w kationitach a w anionitach katalizują ich tlenową degradację) . Roztwór nie powinien zawierać wolnego chloru w większej ilości niż 0,3 ppm (0,3 g/m3) Twardość wody nie może przekraczać 18 val/m3. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

33 Wykład 4 – Wymiana jonowa
ZMIEKCZANIE WODY: Dekarbonizacja. Jeżeli chcemy zmniejszyć twardość wody spowodowaną dużą zawartością wodorowęglanów, to prowadzimy WJ z zastosowaniem kationitu słabo kwaśnego, pracującego w cyklu wodorowym , Kt – H. odgazowanie dekarbonizacja Procesy Oczyszczania Cieczy 2

34 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Kt-H słabo kwaśne wymieniają kationy związane z resztami kwasowymi słabych kwasów - węglowodorowych – powodując ich rozpad: 2KtH + Ca(HCO3)2 = Kt2Ca + 2CO2 + 2H2O 2KtH + Mg(HCO3)2 = Kt2Mg + 2CO2 + 2H2O KtH + NaHCO3 = KtNa + CO2 + H2O CO2 usuwa się w kolumnie odpędowej. Zmiękczanie wody przez usuniecie twardości węglanowej, na kationicie słabo kwaśnym wodorowym oznacza częściową dekationizację. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

35 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Zmiękczyć wodę przez usunięcie twardości ogólnej, węglanowej i niewęglanowej, można dokonać na drodze WJ z wykorzystaniem silnie kwaśnego kationitu, pracującego w cyklu wodorowym lub sodowym. Konieczność odgazowania wody po kolumnie jonitowej, zwiększa się w wodzie stężenie kwasów mineralnych. Rośnie zasolenie wody. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

36 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Kationit silnie kwaśny w cyklu wodorowym: Procesy Oczyszczania Cieczy 2

37 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Kationit silnie kwaśny w cyklu sodowym: Procesy Oczyszczania Cieczy 2

38 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Usunięcie twardości ogólnej, częściowe odsolenie i neutralizację kwasów można uzyskać stosując dwie kolumny jonitowe z kationitami: jedna z kationitem pracującym w cyklu wodorowym ( silny lub słaby) druga z kationitem pracującym w cyklu sodowym (silny). Można to zrealizować w układzie szeregowym lub równoległym. Układ szeregowy KtH słabo kwaśny i KtNa silnie kwaśny: Procesy Oczyszczania Cieczy 2

39 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Układ równoległy z silnie kwaśnymi KtH i KtNa: Procesy Oczyszczania Cieczy 2

40 Wykład 4 – Wymiana jonowa
DEMINERALIZACJA i ODSALANIE WODY: Demineralizacja wody polega na usunięciu z niej wszystkich kationów i anionów. Odsalanie to częściowe usunięcie jonów. Stopień zmineralizowania wody mierzy się konduktometrycznie oznaczając przewodność elektryczna wody μS/cm . Jeden μS/cm odpowiada stężeniu 0,4 mg NaCl / dm3. Proces realizowany w różnych układach. Rodzaj i kolejność użytych jonitów zależą od wartości i rodzaju wody, ilości demineralizowanej wody. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

41 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Dla małej twardości węglanowej demineralizację można przeprowadzić w układzie z kationitem silnie kwaśnym Kt-H i anionitem słabo zasadowym An-OH: Procesy Oczyszczania Cieczy 2

42 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Dla umiarkowanej twardości węglanowej stosujemy taki sam układ tylko uzupełniony o desorber CO2 Dla dużej twardości węglanowej Procesy Oczyszczania Cieczy 2

43 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Demineralizacje można przeprowadzać też w układzie jednokolumnowym z wykorzystaniem dwóch warstw: silnie kwaśnego kationitu Kt-H i silnie zasadowego anionitu An-OH. Układ taki stosowany jest do otrzymania wody o dużych wymaganiach. 0,1 μS/cm Wodę zdemineralizowaną wykorzystuje się w wielu gałęziach przemysłu: energetyce, przemyśle farmaceutycznym, kosmetycznym, elektronicznym , spożywczym. Woda przeznaczona do picia podlega odsalaniu. ( demineralizujemy cześć strumienia ) Do usuwania z wody azotanów stosuje się anionity silnie zasadowe pracujące w cyklu chlorkowym An –Cl lub wodorotlenowym albo wodorowęglanowym. Fosforany usuwane są przy zastosowaniu anionitów silnie zasadowych. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

44 Wykład 4 – Wymiana jonowa
Proces WJ stosowany jest do usuwania pierwiastków promieniotwórczych, w przemyśle spożywczym do odbarwiania soków, do wydzielania antybiotyków a w chromatografii jest podstawą chromatografii jonowymiennej. Procesy Oczyszczania Cieczy 2