Desmineralização troca iônica 2
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GE Power & WaterWater & Process Technologies
PRE TRATAMENTO POR TROCA IÔNICATreinamento Básico BWT
204/12/23
DEFINIÇÃO RESINAS DE DEFINIÇÃO RESINAS DE TROCATROCA IÔNIC IÔNICAA
Adsorvem íons (Cátions ou Anions) de uma solução e os substituem por quantidades equivalentes de outros íons da mesma carga baseados em uma escala de selectividade.
2R-(H+) + Ca++ R2-(Ca+2) + 2H+
R+ -(OH ) + Cl R+-(Cl ) + OH
304/12/23
IMPUREZAS DA ÁGUAIMPUREZAS DA ÁGUA
Sólidos em Suspensão
Colóides
Matéria Orgânica
Microorganismos
Gases Dissolvidos
Sólidos Totais Dissolvidos
Sólidos em Suspensão
Colóides
Matéria Orgânica
Microorganismos
Gases Dissolvidos
Sólidos Totais Dissolvidos
404/12/23
SELETIVIDADE DAS SELETIVIDADE DAS RESINASRESINAS
SELETIVIDADE CATIÔNICA
Fe+3 > Cu+2 > Fe+2 >Ca+2 >Mg+2 >NH4+ >Na+ >H+
SELETIVIDADE ANIÔNICA
SO4- - > NO3- > Cl > HCO3- > HSiO3
- > OH-
504/12/23
G G G G
G G G G
G G G GG
G G G G G
Matriz polimérica
Agente de entrelaçamento (Divinil Benzeno)
G Grupo funcional (trocador de ions)
ESTRUTURA QUÍMICA DAS ESTRUTURA QUÍMICA DAS RESINASRESINAS
604/12/23
FORMA FÍSICA DAS FORMA FÍSICA DAS RESINASRESINAS
AMORFAS:Matriz fenólicas
GEL:Esferas 0.5 mm diâmetro médioMatriz estirênica ou acrílica
MACRORRETICULARES:Esferas 0.5 mm diâmetro médio Matriz estirênica ou acrílica.
704/12/23
RESINAS DO TIPO GELRESINAS DO TIPO GEL
Mais susceptíveis a degradar-se (atrito, oxidação e envenenamento)Maior capacidade de troca iônicaMenor preço
804/12/23
Estrutura porosa com canais ou macrorretículos Maior conteúdo de Divinilbenzeno Maior Resistência Física (maior vida útil
operacional ) Menor capacidade de troca ionica Maior custo Usadas em condições severas:
Presença de agentes oxidantesOperação em condições de alta perda de cargaPresença de sólidos em suspensãoAltas temperaturas
14
RESINAS MACRORETICULARESRESINAS MACRORETICULARES
904/12/23
ESTRUTURAS GEL vs ESTRUTURAS GEL vs MACRORETICULARMACRORETICULAR
TIPO GEL TIPO MACRORRETICULAR
MacroporosArea superficial:0.7 m2/grama seco
Area superficial:60 m2/grama seco
Poliestireno DivinilBenzeno
15
1404/12/23
CATIONIC
AS
FORTES
Grupo funcional:
sulfonicoFRACAS
Grupo funcional: carboxílico
ANIONICA
S
FORTES - TIPO I - Tri-Metil-Amina
Grupo funcional: aminas
quaternáriasFORTES - TIPO II- Di-Metil-Etanol Amina
Grupo funcional: aminas quaternárias
FRACAS - Di-Metil-Amina
Grupo funcional: aminas terciárias
GRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINASGRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINAS
1504/12/23
CATIONICAS FORTES
Grupo funcional Sulfônico
Remove todos os cátions dissociados na solução
Regenerada com NaCl produzem água abrandada.
Regenerada com ácido serve como leito primário (catiônico) em desmineralização de água.
Transforma os sais presentes na água em quantidades equivalentes dos ácidos correspondentes.
NaCl HCl CaSO4 H2SO4 MgHCO3 H2CO3
- SO3-
H+
Na+
GRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINASGRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINAS
1604/12/23
CATIONICAS FRACASGrupo funcional Ácido fraco Carboxílico.Somente removem cátions associados a
alcalinidadeMaior capacidade e eficiência na regeneração do
que as catiônicas fortesUsadas precedendo as catiônicas fortes para
diminuir carga iônica destas e economizar regenerantes.CaHCO3 H2CO3 MgHCO3 H2CO3 NaOH H2O
COO- H+
GRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINASGRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINAS
1704/12/23
ANIONICAS FRACAS:Grupos funcionais aminas terciárias.Só removem ácidos fortes como HCl e
H2SO4. Não removem H2CO3 nem Sílica.
Usadas precedendo a resinas fortes para economizar regenerantes
Mais resistentes a envenenamento de matéria orgânica.Protegem resinas aniônicas fortes
CH2N(CH3)2 CH2NH2
GRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINASGRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINAS
1804/12/23
ANIÔNICAS FORTES:Grupos funcionais aminas quaternárias (mais
alcalinas)Removem todos os ânions em solucão
incluindo bicarbonatos e SílicaBaixa eficiência de regeneracãoSe subdividem em duas categorias:
Tipo I: mais básica, maior remoção de Sílica.Tipo II: menos básica, menor capacidade, menor estabilidade química e térmica. Menor vida útil
CH2N(CH3)+
Tipo I
CH2N(CH3)2CH2OH+
Tipo II
GRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINASGRUPOS FUNCIONAIS DAS RESINAS
2004/12/23
FATORES QUE AFETAM A FATORES QUE AFETAM A TROCA IÔNICATROCA IÔNICA
Tipo, concentração e quantidade de regenerante.
Tipo de regeneração (Co ou Contra-Corrente)
Natureza e conteúdo sais minerais na água a tratar
Velocidade de fluxo através da resina.
Temperatura do regenerante.
Profundidade do leito de resina.
2104/12/23
EXEMPLO DE RESINA EXEMPLO DE RESINA CATIÔNICACATIÔNICA
SOSO33 SOSO33
SO3SO3
SOSO33
SOSO33
SOSO33
SOSO33
SOSO33
H
H
H
H
H
Ca
MgSOSO33
Mg
Mg
Ca
CaCa
H
H
H
H HH
H
H
DIVINILBENZENO
AGUA DE HIDRATACÃO
POLIESTIRENO
SERVIÇOSERVIÇOREGENERAÇÃOREGENERAÇÃO
Ca
H
33OSOSCa
SOSO33
Mg
SOSO33K
K
SOSO33
H
SOSO33H
Na
SOSO33NaNa
H
SOSO33
H
SOSO33 H
2204/12/23
EXEMPLO DE RESINA EXEMPLO DE RESINA ANIÔNICAANIÔNICA
Mg
Mg
H
DIVINILBENZENOÁGUA DE HIDRATAÇÃO
POLIESTIRENO
Saída CátionSaída Cátion
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OHOH
OHSO4
H
H
ClH
SO4
H
H
H
HCO3
ClH
ClH
ClH
Cl
Cl
SO4
SO4
CO3
OHOH
OHH
OHH
HH
OHH
CO3
Cl
H
H
OHH
SiO3
H
H
H
2304/12/23
PROCESSOS COM USO DE PROCESSOS COM USO DE RESINAS RESINAS
Abrandamento
Desmineralização
Polimento Condensado
2504/12/23
SISTEMA DE SISTEMA DE ABRANDAMENTOABRANDAMENTO
Regenerante gasto
Agua bruta
Retrolavagem
Regenerante
Agua tratada
Resina
2604/12/23
Remoção da Dureza Total (Ca e Mg) A concentração de sólidos dissolvidos da água não
altera Se substitue os Cátions de Ca e Mg por Sódio (Na+) Se utiliza resinas cationicas no ciclo Sódico,
regeneradas com salmoura (Cloreto de Sódio). Baixo custo dos equipamentos Baixo custo de operação Alta capacidade de troca ionica É apropriado para produzir água para caldeiras de baixa
pressão (< 250 libras) Não remove a Sílica
31
SISTEMA DE ABRANDAMENTOSISTEMA DE ABRANDAMENTO
2704/12/23
SISTEMA DE SISTEMA DE ABRANDAMENTOABRANDAMENTO
Usa resinas fortemente ácidas
É regenerada com NaCl
Não reduz condutividade na água abrandada
Se regenerada com ácido pode remover alcalinidade em etapa posterior
Opera em batelada até vazamento de dureza, quando deve ser regenerada
Taxa de aplicação de 15 a 25 m3/h/m2. Abaixo de 7m3/h/m2 vaza dureza.
2804/12/23
Ânions
Ca++
Mg+
+
Na+
HCO3-
SO4=
Cl-
Cátions
Na+
HCO3-
SO4=
Cl-
Cátions Ânions
1 equivalente 1 equivalente
1 ppm CaCO3 1 ppm CaCO3
20 mg Ca++ 23 mg Na+
12 mg Mg++ 23 mg Na+
Entrada AbrandadaResina Catiônica
R- Na+
SISTEMA DE SISTEMA DE ABRANDAMENTOABRANDAMENTO
2904/12/23
ABRANDAMENTO EM ABRANDAMENTO EM OPERAÇÃOOPERAÇÃO
RFA
Cátions
Entrada
Abrandada
CaMgNa
HCO3
SO4
Cl
Ânions
NaHCO3
SO4
Cl
Cátions Ânions
3004/12/23
REGENERAÇÃO DE REGENERAÇÃO DE ABRANDADORESABRANDADORES
Contralavagem
Passagem do regenerante
Deslocamento (lavagem lenta)
Lavagem rápida
Retorno ao serviço
3104/12/23
ETAPA DE CONTRALAVAGEMETAPA DE CONTRALAVAGEM
Vazão de 15 a 18 m3/h/m2 dever ser suficiente para expandir leito de 55 a 75% em temperatura de 15oC.
A taxa de contralavagem é função da temperatura
Tempo de 10 a 15 minutos
Remover sujeira e descompacta o leito
3504/12/23
Na+
SiO2
R-Na+Na+
Ca+2 Mg+2
Na+
HCO3-
Cl-
NO3-
SO4=
SiO2
Água bruta
NaCl NaCl
Cationicaforte
Água tratada
HCO3-
Cl-
NO3-
SO4=
32
Regenerante
SISTEMA DE ABRANDAMENTOSISTEMA DE ABRANDAMENTO
3604/12/23
SISTEMA DE SISTEMA DE ABRANDAMENTOABRANDAMENTO
Avaliar a carga catiônica de dureza
Deteminar o tempo entre regenerações
Usar a capacidade de troca da resina regenerada com NaCl na faixa de 45 a 50 gCaCO3/l
Calcular a quantidade de resina
Calcular quantidade de sal com nível de regeneração de 150 g/l resina
Avaliar vazões e tempos no processo de regeneração
3904/12/23
SISTEMA DE SISTEMA DE DESMINERALIZAÇÃODESMINERALIZAÇÃO
R-HH++
NaCl
Cationica
forte Anionica
forte
H2S04
- R-OHOH--
NaOH
HCO3-
Cl-
NO3-SO4=Org.
SiO2
CO2
H+
CO2
Na+ Cl-
OH-
SiO2
HH++ OHOH--
Água tratada
HH22OO
Água bruta Regenerantes
Ca+2 Mg+2
Na+
HCO3-
Cl-
NO3-
SO4=
SiO2
4004/12/23
CONTROLE CONTROLE DESMINERALIZAÇÃODESMINERALIZAÇÃO
CONDUTIVIDADE ou RESISTIVIDADEMede a concentração de sólidos dissolvidos na água
FUGA DE SÍLICASe analisa na saída do aniônico e do leito misto polidorUnidades: ppm ou ppb
pHIndica qual elemento está escapando (Cátion/Ânion)
Ácido [H+] ou Básico [OH-]
4104/12/23
TORRE TORRE DESCARBONATADORADESCARBONATADORA
Agua descationizada
CO2
Insuflador de Ar
Saida água para anionico
H2CO3 H2O + CO2
Eficiência de remoção de CO2: 80 a 90%
H2CO3
4204/12/23
Co
C1 Co
C2
Co
C2
C1
H
F
Co condutividade agua a tratar
C1 condutividade agua tratada
C2 condutividade com resina
saturada
H altura de intercambio
F fuga
Regeneração
Horas
1 2 3
1
2
3
Resina
saturada
Resina
regenerada
Co Co Co
CoC1
CICLO DE ESGOTAMENTO DA RESINACICLO DE ESGOTAMENTO DA RESINA
4304/12/23
SINAIS DE EXAUSTÃO SINAIS DE EXAUSTÃO DE CÁTIONDE CÁTION
AUMENTO SÓDIO NO CATIONQUEDA ACIDEZ NO CÁTIONELEVAÇÃO pH NO CÁTION QUEDA CONDUTIVIDADE NO CÁTIONAUMENTO CONDUTIVIDADE NO ÂNIONAUMENTO pH NO ÂNION
4404/12/23
SINAIS DE EXAUSTÃO SINAIS DE EXAUSTÃO DE ÂNIONDE ÂNION
QUEDA pH DO ÂNION
QUEDA SEGUIDA DE ELEVAÇÃO DA CONDUTIVIDADE DO ÂNION
AUMENTO DA SILICA NO ÂNION
4504/12/23
SERVIÇO
Entrada doRegenerante
Agua ou Ar (Contenção)
Saida doRegenerante
REGENERAÇÃO
REGENERAÇÃO EM CONTRA REGENERAÇÃO EM CONTRA CORRENTECORRENTE
4604/12/23
Ca+2
Mg+2
Na+H+
H+
H2SO4
H+
H2SO4
Regeneração Co-corrente
RegeneraçãoContra-Corrente
Saturação
Serviço
CÁTION EM CO CÁTION EM CO CORRENTE & CONTRA CORRENTE & CONTRA
CORRENTECORRENTE
4704/12/23
SO4=
OH-
OH-
OH-
Regeneração Co-Corrente
RegeneraçãoContra-Corrente
Saturação
ServiçoNaOH
NaOH
Cl-
SiO2
ÂNION EM CO ÂNION EM CO CORRENTE & CONTRA CORRENTE & CONTRA
CORRENTECORRENTE
4804/12/23
PROCESSOS DE PROCESSOS DE DESMINERALIZAÇÃODESMINERALIZAÇÃO
QUALIDADE AGUA
Condutiv. 5- 10 Us/cmpH 8 - 9Sílica 50 - 200 ppb
ANION FRACO
IRA-96SB
CATIONFORTEIR-120
TD
TD
ANION FORTE
IRA-402SB
CO2
CO2
ANIONFORTEIRA-402
CATIONFRACOIRC-86
CATIONFORTEIR-120
4904/12/23
PROCESSOS DE PROCESSOS DE DESMINERALIZAÇÃODESMINERALIZAÇÃO
Condutiv. 0,5 - 1,0 uS/cmpH 6,5 - 7,5Sílica 5 - 55 ppb
QUALIDADE ÁGUA
CO2
DG
CATIONFRACOIRC-86
CATIONFORTE1500
ANIONFRACOIRA-96
ANIONFORTE
IRA-402LEITOMISTO
5004/12/23
SISTEMA DE SISTEMA DE DESMINERALIZAÇÃODESMINERALIZAÇÃO
Avaliar a carga catiônica e aniônica
Deteminar o tempo entre regenerações
Usar a capacidade de troca da resina regenerada com ácido e soda
Calcular as quantidades de resinas catiônica e aniônica
Calcular quantidade de regenerantes
Avaliar vazões e tempos nas etapas de regeneração
5104/12/23
DESMINERALIZAÇÃO POR DESMINERALIZAÇÃO POR LEITO MISTOLEITO MISTO
Funciona como infinitos Cation/Anions
Produz água muito pura: condutividade < 0.1 uS/cm
Silica < 0.01 ppm
O pH fica próximo de 7
A regeneração é complexa e difícil
O ciclo de operação é longo
Usada para polimento para caldeiras de alta pressão
5204/12/23
DESMINERALIZAÇÃO POR DESMINERALIZAÇÃO POR LEITO MISTOLEITO MISTO
Serviço
Acido
Acido
Resina Anionica
RegeneraçãoResina Cationica
Agua
Resina Cationica
NaOH
RegeneraçãoResina Anionica
NaOH
Agua Ar
5304/12/23
REGENERAÇÃO LEITO REGENERAÇÃO LEITO MISTOMISTO
ENTRADA
SAIDA
(1) SERVIÇO
(4) DRENO
DRENO
AR
(5) MISTURA
AR
(2) RETROLAVAGEM
ÁGUA
DRENO
(3) REGENERAÇÃO
(6)LAVAGEM
ÁGUA
DRAIN
ACIDO
MIXED BEDANION
CATIONANION
CATION
ANIONCATION
MIXEDBED
MIXEDBED
DRENO
ALKALI
5404/12/23
PROBLEMAS EM LEITOS PROBLEMAS EM LEITOS MISTOSMISTOS
CONTAMINAÇÃO CRUZADA
USO DE RESINA INERTE E AVALIAÇÃO DE PERDA DE RESINAS
MISTURA COM AR APÓS A REGENERAÇÃO
NÍVEL DE ÁGUA ACIMA DA RESINA ANTES DA MISTURA COM AR
5504/12/23
Serviço
Resina anionica
Resina cationica
Resina Inerte
Elimina a contaminaçãocruzada
LEITO MISTO COM RESINA LEITO MISTO COM RESINA INERTEINERTE
5604/12/23
Agua tratada
Resinas estratificadas, não se
misturam
possuem Granulometria especial Regeneração em Contra-Corrente Excelente qualidade de água
produzida Grande economia de regenerantes A resina anionica fraca se regenera
com
o excesso de regenerante de resina
forte Economia no investimento (Equiptos) Resina anionica fraca protege a
resina forte
de envenenamento por matéria
orgânica
Regenerante
FRACA
FORTE
Serviço
LEITOS LEITOS ESTRATIFICADOSESTRATIFICADOS
5704/12/23
Regenerante
Agua Bruta
COLUNA DERETROLAVAGEM
Saida deresina
Entradaresina
Saida retrolavagem
Entrada água SaídaresinaLmpa
Saida deresina
Agua tratada
LEITOS COMPACTOSLEITOS COMPACTOS
5804/12/23
Análise atualizada da água bruta (carga iônica)
Medição da quantidade de resina
Verificação dos critérios de regeneração
Análise de amostras de resinas
PERDA DE CAPACIDADE PERDA DE CAPACIDADE OPERACIONALOPERACIONAL
6104/12/23
CRITÉRIOS DE CRITÉRIOS DE REGENERAÇÃOREGENERAÇÃO
NÍVEL DE REGENERAÇÃO
NaCl 100 A 320 g NaCl/l resina
HCl 96 A 110 g HCl100%/l resinaH2SO4 96 A 110 g H2SO4 98%/l
resinaNaOH 90 A 120 g NaOH
100%/l resina
6204/12/23
CRITÉRIOS DE CRITÉRIOS DE REGENERAÇÃOREGENERAÇÃO
CONCENTRAÇÃO DE REGENERANTES
NaCl 8 a 10%HCl 4 a 10%H2SO4 2 a 4%NaOH 4 a 7%
6404/12/23
RESINA CATIÔNICA - REGENERAÇÃO H2SO4
• Temperatura 20 oC• Profundidade leito min 600 mm• Vazão contralavagem 12 a 18 m/h (10 a25 oC)• Nível de regeneração 40 a 144 g ácido 98%/l res.• Concentração regenerante 2 a 6% (1,8 a 5,5 o be)• Vazão de regeneração 4 a 12 VL/h• Vazão enxágue lento 4 a 6 VL/h• Vazão enxágue rápido 12 VL/h• Taxa de serviço 8 a 40 VL/h• Consumo de água enxágue 8 a 10 VL
CONDIÇÕES OPERACIONAISCONDIÇÕES OPERACIONAIS
6504/12/23
RESINA ANIÔNICA - REGENERAÇÃO NaOH
• Temperatura 50 oC• Profundidade leito min 600 mm• Vazão contralavagem 3 a 5 m/h (10 a25 oC)• Nível de regeneração 64 a 160 g soda 100%/l res.• Concentração regenerante 4% (1,8 a 5,5 o be)• Vazão de regeneração 2 a 8 VL/h• Vazão enxágue lento 2 a 8 VL/h• Vazão enxágue rápido 12 VL/h• Taxa de serviço 8 a 40 VL/h• Consumo de água enxágue 6 a 12 VL
CONDIÇÕES OPERACIONAISCONDIÇÕES OPERACIONAIS
6604/12/23
CONTAMINAÇÃO DE CONTAMINAÇÃO DE RESINAS POR MATÉRIA RESINAS POR MATÉRIA
ORGÂNICAORGÂNICA
AÇÃO PRINCIPAL EM RESINAS ANIÔNICAS
Baixo pH da água tratada
Aumento da condutividade da água tratada
Aumento do escape de sílica
Aumento da necessidade de água de enxágue
Perda da capacidade operacional
USO DE RESINAS ACRÍLICAS OU MACRORRETICULARES
6704/12/23
TRATAMENTO DE ÁGUA TRATAMENTO DE ÁGUA INDUSTRIAL INDUSTRIAL Contaminação Contaminação
Matéria OrgânicaMatéria Orgânica
6804/12/23
CONTAMINAÇÃO DE CONTAMINAÇÃO DE RESINAS POR MATÉRIA RESINAS POR MATÉRIA
ORGÂNICAORGÂNICASALMOURAGEM CÁUSTICA
10% NaCl 300 g/l resina
2% NaOH 60 g/l resina
3 VL
Temperatura até 35 oC
Vazão de 2VL/h manter 10 cm acima leito
8 horas com agitação com ar
Regeneração dupla com 100 g NaOH/l resina
6904/12/23
TESTE DE CONTAMINAÇÃO TESTE DE CONTAMINAÇÃO ORGÃNICA EM RESINASORGÃNICA EM RESINAS
1) Pegar 200 ml de resina 2) Preparar 400 ml de salmoura a 10% 3) Juntar a resina com a solução e deixar em agitação durante +/- 24 hs. 4) Filtrar esta solução em uma tela onde não permita a passagem de resina 5) Verificar a cor da salmoura 6) Comparar com a tabela em anexo. Se a cor estiver acima de 8 na tabela recomendamos a salmoragem na unidade anionica e nos leitos mistos.
7004/12/23
CONTAMINAÇÃO DE CONTAMINAÇÃO DE RESINAS POR FERRORESINAS POR FERRO
FERRO SOLÚVEL OXIDADO NA UNIDADE
HCl a 10%
FERRO SOLÚVEL OXIDADO ANTES DA UNIDADE
AQUAMAX IEC1072
FERRO SUSPENSO
Retro lavagem