رزین آنیونی

رزین آنیونی

رزین آنیونی برای تبادل یونهای آنیونی در فرایند مبادله یون در سیکل های کلر یا هیدروکسید مورد استفاده قرار می گیرد. رزینهای آنیونی در دو گروه آنیونی بازی ضعیف و قوی با کاربردهای مختلف تولید می شوند.

فرایند مبادله یون(Ion Exchange)، واکنش شیمیایی برگشت پذیری است که در آن یک یون از یک محلول با یونی هم بار از یک جسم جامد پلیمری به نام رزین، مبادله می گردد. ساختار این ذرات جامد پلیمری مبادله کننده یون که رزین تبادل یونی نام دارند، در حین و پس از پایان فرایند تبادل بدون تغییر باقی می ماند و فقط یونهای محلول بین دانه ­های جامد پلیمری(رزین) و مایع مبادله می شوند.


شرکت مهندسی فران طراح و سازنده واحدهای مبادله یون در تصفیه آبهای صنعتی و دیونایزرهای صنعتی با کاربریهای مختلف و تأمین کننده رزینهای تبادل یون از برندهای معتبر نظیر DuPont، Lanxess Lewatit، Purolite می باشد. 


فرایند مبادله یون در زمینه های بسیاری کاربرد دارد. تصفیه آب، جداسازی کروماتوگرافیک، خالص سازی و جداسازی شکر(صنایع غذایی)، رطوبت زدایی، استخراج یون های خاص مانند فلزات سنگین از موارد کاربرد فرایند تبادل یونی در صنایع مختلف است. اما مهمترین کاربرد این فرایند در تصفیه آب آشامیدنی و آب صنعتی است.

رزین آنیونی چیست؟

رزین ­های آنیونی در نتیجه­ ی اتصال گروه­ های شیمیایی با بار­های مثبت به ساختارهای کوپلیمری ساخته می شوند. رزینهای تبادل یونی آنیونی با کاربرد تجاری، عموماً از پلیمرهای گروه آمین هستند. از پلیمر­هایی که در ساخت این رزین ­ها به کار می ­روند، می­ توان به پلی­ استایرن و پلی آکریلیک اشاره کرد. رزین ­های آنیونی با توجه به میزان یونیزه شدن گروه عاملی متصل به پلیمر مورد نظر، در دو دسته­ ی اصلی رزین­ های آنیونی قوی و رزین­ های آنیونی ضعیف گروه بندی می ­گردند.

رزین آنیونی بازی قوی(Strong Base Anion)

رزین آنیونی بازی قوی از اتصال یک کوپلیمر و یک گروه عاملی یونی تشکیل شده است. عملکرد رزین ­های آنیونی بازی قوی حاصل موقعیت­ های تبادل(Exchange Sites) چهارتایی آمونیوم است. همانند واکنش ­های کاتیونی، واکنش ­های تبادل آنیونی نیز برگشت­ پذیر بوده و احیا این نوع رزین ­ها امکان پذیر است. رزین ­های تبادل آنیونی قوی توانایی فعالیت در محدوده pH صفر تا ۱۴ را دارند.

تفاوت رزین آنیونی قوی نوع I و رزین آنیونی قوی نوع II:

تمامی رزین­ های بازی قوی که به عنوان یون ­زدا به کار گرفته می شوند، به دو زیر گروه نوع I و نوع II تقسیم می شوند. این دو نوع رزین در برخی ساختارها با یکدیگر تفاوت اصلی دارند.

  • از نظر عملیاتی، رزین آنیونی بازی قوی نوع I پایداری شیمیایی بسیار بیشتری دارد و از سوی دیگر، رزین آنیونی بازی قوی نوع II اندکی ظرفیت و بازدهی فرایند احیا بالاتری را از خود به نمایش می­ گذارد.
  • از نظر فیزیکی، این دو نوع رزین در گونه ­ی موقعیت ­های تبادل چهارتایی آمونیوم(گروه عاملی) تفاوت عمده دارند. گروه عاملی رزین آنیونی قوی نوع I سه گروه متیل دارد در حالی که در ساختار گروه عاملی رزین قوی نوع II، یک گروه اتانول جایگزین یکی از گروه­ های متیل می­ شود.
  • تورم(Swelling) رزین آنیونی قوی نوع I به نسبت رزین آنیونی قوی نوع II بیشتر است(در هر دو فرم هیدروژنی و کلری).
  • مهمترین عامل برگزیدن رزین آنیونی قوی نوع I، مواقعی است که دماهای عملیاتی بسیار بالا بوده و/یا مقادیر بسیار زیاد سیلیکا در جریان آب آلوده حاضر یا مقاومت عالی در برابر اکسید شدن یا مواد آلی نیاز باشد.
  • رزین­ آنیونی قوی نوع II سیلیکا( اما با بازدهی کمتر نسبت به رزین آنیونی قوی نوع I) و دیگر آنیون­ های ضعیف را حذف کرده، آسان­ تر احیا شده، کمتر در معرض گرفتگی بوده، از بوی آمین به نسبت عاری بوده، و به نسبت رزین آنیونی قوی نوع I هزینه ­های عملیاتی آن بسیار کمتر است. هنگامی که آلاینده ­های اصلی آب اسید­های معدنی باشند و نیاز به جداسازی میزان زیادی سیلیکا نیز نباشد، رزین­ آنیونی قوی نوع II ارجحیت بر رزین آنیونی قوی نوع I دارد.

کاربرد رزین آنیونی بازی قوی: از رزین های آنیونی بازی قوی به طور ویژه ای در تصفیه آب استفاده می شود. در هنگام فرایند تبادل یون مابین رزین آنیونی و یک محلول، یون هیدروژن(فرم هیدروکسید یا چرخه هیدروکسید) یا یون کلر(فرم کلرید یا چرخه کلر) جایگزین یون مورد نظر می شود. فرم هیدروکسیدی رزین آنیونی بازی قوی تمامی اسیدهای معدنی را از محلول مورد نظر حذف می ­نماید.

رزین آنیونی قوی در فرایند حذف مواد معدنی محلول(demineralization) در فرم هیدروکسیدی خود شرکت می کند. در این فرایند دو مرحله ای، ابتدا آب با گذشتن از یک بستر رزین کاتیونی اسیدی قوی در فرم هیدروژنی، کاتیون های آلاینده از آن زدوده شده و یون هیدروژن جایگزین کاتیون ها می شود. سپس با گذشتن از یک بستر رزین آنیون بازی ضعیف به فرم هیدروکسیدی، آنیون­ های مد نظر از آن جدا شده و یون هیدروکسید جایگزین آنها خواهد شد. در مرحله ی انتهایی یون های هیدروکسید و هیدروژن با یکدیگر واکنش داده و مولکول های آب را تشکیل می دهند.

از رزین های آنیونی قوی به همراه رزین های کاتیونی قوی در بسترهای مختلط یا به صورت بسترهای تکی در تولید آب فوق خالص(Ultra-Pure Water) نیز استفاده می شود. از دیگر کاربردهای کارآمد رزین آنیونی بازی قوی به کارگیری در فرایند قلیاییت زدایی است. در این فرایند به منظور زدایش یون های کلر، آب آلوده را از بستر رزین آنیونی بازی قوی نوع II می گذرانند تا قلیاییت از آب مورد نظر حذف شود. از دیگر مصارف رزین آنیونی قوی در فرم کلریدی، حذف نیترات از آب های آلوده به نیترات است. بعلاوه، از نوعی رزین آنیونی قوی به نام کلستیرامین(Cholestyramine) برای کاهش کلسترول خون در صنعت دارو استفاده می ­شود.

رزین آنیونی بازی ضعیف(Weak Base Anion)

ساختار رزین ­های آنیونی بازی ضعیف متشکل از یک کوپلیمر و یک گروه عاملی آمینی است. گروه عاملی آمینی به گروه­ های عاملی نوع اول(R-NH)، نوع دوم(R-NHR´)، نوع سوم(R-N-(R´)۲)، و حتی گاهی نوع چهارم تقسیم بندی می شود.

واکنش تبادل یون بین یک رزین آنیونی ضعیف و محلول مورد نظر برگشت پذیر است؛ این بدین معناست که احیای این نوع رزین امکان پذیر و آسان است. عملکرد رزین آنیونی ضعیف در حذف آنیون ها در محلول های با pH بالاتر از ۶ رضایت بخش نیست. این رزین ها در آب های اسیدی حاوی نمک های سولفات، نیترات و کلر کارایی بالایی از خود نشان می دهند.

کاربرد رزین آنیونی بازی ضعیف: از این نوع رزین در فرایند جداسازی برخی یون های آب بدون جداسازی CO2 و SiO2 استفاده می شود. به منظور جداسازی کامل یون ها، ترکیب رزین آنیونی ضعیف و رزین آنیونی قوی بهترین انتخاب برای واحدهای بزرگتر است زیرا هزینه های عملیاتی بهینه را تامین می کند. رزین آنیونی ضعیف بازدهی بازیابی بالایی دارد و ظرفیت تبادل یونی بیشتری را برای سیستم مهیا می کند.

از رزین ­­های آنیونی ضعیف در تصفیه آب­ های اسیدی قوی(حاوی یون­ های کلر، سولفات و نیترات) استفاده می شود. ترکیب رزین آنیونی قوی و رزین آنیونی ضعیف بسیار مناسب آب هایی با قلیاییت کم یا خوراک گاززدایی شده(degassed) به هنگامی که FMA(کلر+نیترات+سولفات) معمولا بیش از ۶۰ درصد از کل آنیون ها باشد، است.

فرایند مبادله یونی در رزین های آنیونی بازی ضعیف در مورد مواد آلی طبیعی با وزن مولکولی بالا، راندمان خوبی دارد. ولی برای حذف محدوده وسیع یون های آنیونی با وزن های مولکولی مختلف، استفاده از رزین آنیونی ضعیف در کنار رزین آنیونی قوی، گزینه اقتصادی خواهد بود. محاسبه حجم مورد نیاز از هر دو رزین آنیونی ضعیف و قوی، نیازمند بهینه سازی طراحی با لحاظ هزینه های احیای رزین است.

رزین های آنیونی ضعیف و آنیونی قوی می توانند در دو ستون جدا یا در یک ستون برای احیا ناهمسو به همراه یا عاری از صفحات نازل باشند. ظرفیت جذب این رزین­ ها دو برابر ظرفیت جذب رزین­ های آنیونی قوی است. رزین ­های آنیونی ضعیف مقدم بر رزین­های آنیونی قوی در یک ستون در معرض آب آلوده قرار می­ گیرد تا به نهایت محافظت از رزین­ آنیونی قوی در برابر گرفتگی آلی دست یافته و هزینه­ های احیا کاهش یابد.

جدول زیر خلاصه­ای از مشخصات رزین ­های آنیونی قوی و ضعیف را نشان می دهد:

نوع رزینمخففیون احیا کنندهظرفیت تبادل، میلی اکی والان بر میلی لیتریونهای در معرض تبادل
آنیون بازی قوی(نوع I)SBA Iیون هیدروکسید یا یون کلرید4 ، 1-1فرم هیدروکسید: تمام آنیون ها؛
فرم کلرید: سولفات، نیترات، پرکلرات و ...
آنیون بازی قوی(نوع II)SBA IIیون هیدروکسید یا یون کلرید5 ، 2-2فرم هیدروکسید: تمام آنیون ها؛
فرم کلرید: سولفات، نیترات، پرکلرات و ...
آنیون بازی ضعیفWBAیون هیدروکسید2-3ابتدا آنیون های دوظرفیتی و سپس تک ظرفیتی ها تا جایی که اسید قوی کاملا مصرف شود

رزین های آنیونی دوپونت

دوپونت(DuPont) یکی از معتبرترین تولید کنندگان رزین های تبادل یونی اعم از رزین کاتیونی، آنیونی و ممبرانهای فیلمتک می باشد. رزین های آنیونی تولید شده در این شرکت در زمینه های متفاوتی همچون صنعت نوشیدنی و غذا( مانند خالص سازی آب پنیر یا پروتئین وی)، فرایندهای صنعتی(بازیابی مواد در معدن یا تصفیه پساب)، صنایع تولید نیرو(تصفیه آب Make-up نیروگاه اتمی یا MLD در نیروگاه های فسیلی) به کار می روند. اما مهمترین کاربرد رزین های آنیونی شرکت دوپونت تصفیه آبهای صنعتی و آب شرب می باشد. بدین منظور از این رزین ها در فرایندهای متفاوتی همچون حذف مواد معدنی محلول، حذف یونهای محلول، تولید آب فوق خالص یا بسترهای مختلط به کار گرفته می شوند. در جدول زیر چند نوع رزین آنیونی پرکاربرد شرکت دوپونت شرح داده شده اند.

نام رزین (امبرلایت)نوعماتریکسکوپلیمرسختی گیریحذف مواد معدنیزدایش مواد آلیقلیاییت زداییبستر مختلط پولیشینگهمسوناهمسوبستر لایه ایبستر آکندهبستر مختلطکاربردهای پیشنهادی
HPR4200 OHآنیونی بازی قویژلاستایرنبه عنوان رزین آنیونی قوی با کیفیت بالا و کارآمد طراحی شده است. تعادل خوبی مابین ظرفیت، قدرت و نشتی سیلیکا دارد. فرم هیدروکسیدی در بسترهای تکی، بسترهای لایه ای و سیستم های بستر مختلط شروع خوبی را به نمایش می گذارد.
HPR9100 Clآنیونی بازی قوی نوع IIماكرواستایرنبسیار مقاوم در برابر گرفتگی آلی و تنش های فیزیکی به همراه ظرفیت عملیاتی تقویت شده در مقایسه با رزین آنیونی قوی ماکرو نوعد I و طول عمر رزین افزایش یافته در حین عملیات در مقایسه با رزین نوع II ژلی
HPR9500آنیونی بازی ضعیفماكرواستایرنپایداری دمایی خارق العاده ای از خود به نمایش می گذارد، مقاومت خوب در برابر گرفتگی آلی، و در عملیاتهایی با دمای کم ظرفیت عملیاتی خوب دارد. قابلیت شروع سریع در بسترهای تکی یا هنگامی که با یک رزین آنیونی قوی به فرم هیدروکسیدی در سیستم های بستر لایه ای همراه می شود، را دارد.

 


شرکت مهندسی فران طراح و سازنده واحدهای مبادله یون در تصفیه آبهای صنعتی و دیونایزرهای صنعتی با کاربریهای مختلف و تأمین کننده رزینهای تبادل یون از برندهای معتبر نظیر DuPont، Lanxess Lewatit، Purolite می باشد. 


خصوصیات ظاهری رزین آنیونی: رزین ­های آنیونی به دو صورت ماکرومتخلخل و ژلی تولید می شوند. رزین ­های تبادل یونی در رنگ ­های متفاوت مانند زرد، قهوه ­ای، سفید، مشکی و خاکستری ساخته می ­شوند. رنگ ­های مذکور بنا بر ساختار، گروه عاملی، ساختار یونی و فرایند تولید رزین متفاوت بوده و هر رنگ مختص کاربردی مشخص می­ باشد. رنگ رزین هنگامی که رزین مستهلک شود، تغییر می­کند؛ میزان تغییر رنگ به درجه­ی استهلاک آن بستگی دارد.

اندازه رزین: اندازه و یکنواختی یک رزین در افت فشار و سرعت عملیات یک سیستم موثر می ­باشند.  باید خاطر نشان کرد که اندازه اغلب رزین ­های آنیونی و کاتیونی در مقیاس ۰٫۲۵ الی ۱٫۲۵ میلی ­متر جای دارد.

تورم برگشن پذیر(Reversible Swelling): رزین­ های تبادل یونی پلیمرهایی با ساختارهای به هم پیوسته می ­باشند، به همین علت حجم ­های آن ­ها بر اساس شرایطی که در آن قرار می­ گیرند متفاوت است. یک رزین خشک هنگام تماس با آب به سرعت متورم می­ شود. تورم معکوس نشات گرفته از تبادل یون است، که در نتیجه فرایند حجم رزین کاهش یا افزایش می یابد. برای رزین ­های آنیونی قوی، تبدیل از نوع کلریدی به نوع هیدروکسیدی موجب افزایش حجم شده و در رزین ­های آنیونی ضعیف عکس این اتفاق رخ خواهد داد.

طول عمر رزین آنیونی: طول عمر یک رزین براساس میزان فرسایش و کاهش ظرفیت سالانه تعیین می ­شود. برخی عوامل همچون دما، عوامل اکسید کننده، مواد آلی، پیش تصفیه ناکارآمد، عناصری همچون فلز و کلسیم و باریم در طول عمر یک رزین نقش مهمی داشته و در بدترین شرایط موجب فرسایش و کاهش عمر رزین شوند. طول عمر یک رزین آنیونی معمولا در محدوده ۳ الی ۸ سال متغیر است.

رزین ­های شرکت دوپونت از باکیفیت ­ترین رزین­ های موجود در بازار می­ باشند. در جدول زیر نمونه ­هایی از طول عمر برخی از رزین ­های آنیونی این شرکت نمایش داده شده است.

نوع رزیننرخ فرسایش در سال(%)نرخ کاهش ظرفیت(%)طول عمر انتظار رفته(سال)
رزین آنیونی بازی قوی ژلی استایرنی نوع I536
رزین آنیونی بازی قوی اکریلیک625
رزین آنیونی بازی ضعیف اکریلیک246

احیا رزین آنیونی

با توجه به محدود بودن ظرفیت رزینهای تبادل یون، ظرفیت تبادل یونی رزین در طول مدت عملیات کاهش یافته و رزین بعد از مدتی اشباع می شود. خروج یا تخلیه یون ­های تجمع یافته درون یک رزین اشباع شده در فرایند احیا انجام می شود. در فرایند احیا، رزین با استفاده از یک نمک یا دیگر مواد شیمیایی احیا کننده بازیابی شده تا در طول سال ­های متمادی مورد استفاده قرار بگیرد.

دو روش اصلی برای احیا یک رزین اشباع شده موجود می­ باشد:

احیا همسو(Co-Flow Regeneration): در این روش، طی هر دو فرایند سرویس و فرایند احیا، جریان از بالا به پایین ستون جرکت می کند. مشکل اصلی این روش، تبدیل نشدن کامل رزین­ های کاتیونی و آنیونی قوی به حالت­ های کاتیون هیدروژن یا آنیون هیدروکسید در انتهای فرایند احیا است. زیرا چنین رخدادی نیازمند مقدار زیادی احیاکننده شیمیایی است. بنابراین در انتهای فرایند احیای همسو، لایه ­های زیرین بستر رزینی به طور کامل احیا نمی شوند. این اتفاق موجب افزایش پدیده­ ی نشت(leakage) در طی دوره ­ی بعدی فرایند تبادل یون خواهد شد.

احیا همسو

احیا ناهمسو(Counterflow Regeneration): در این فرایند که به عنوان احیا جریان معکوس نیز شناخته می شود، احیا کننده در خلاف جهت جریان سرویس به بستر وارد می شود که مشتمل به دو حال زیر است:

  • فرایند تصفیه بالا به پایین و فرایند احیا از پایین به بالا
  • فرایند تصفیه از پایین به بالا و فرایند احیا از بالا به پایین

در این حالت، احیاکننده نیاز به هل دادن مواد آلوده در طول تمام بستر ندارد؛ لایه­ هایی که کمتر پر شده اند ابتدا احیا شده و هنگام شروع فرایند تصفیه بعدی رزین های احیا شده بیشتری برای عملیات در دسترس خواهند بود.

احیا ناهمسو- جریان تصفیه از بالا و جریان احیا از پایین

 

احیا ناهمسو-جریان تصفیه از پایین و جریان احیا از بالا

احیا جریان معکوس دو مزیت بسیار مهم دارد:

  • آب تصفیه شده، به دلیل نشتی بسیار کم در فرایند جریان معکوس، خلوص بسیار بالاتری نسبت به فرایند احیا همسو دارد.
  • میزان ماده احیاکننده کمتری نیاز می ­باشد. زیرا نیاز به فشرده شدن یون ­های آلوده تا انتهای بستر نیست و میزان نشتی تقریبا مستقل از مقدار احیاکننده تزریق شده می ­باشد.

مراحل احیای رزین: رویه معمول احیا برای یک مخزن حاوی رزین ­های تبادل یونی به شرح زیر است:

  1. شستشوی معکوس(Backwash) بستر رزین: این مرحله تنها در احیا جریان همسو انجام می­ پذیرد. حین این مرحله مواد جامد معلق حذف شده و بستر از حالت فشردگی خارج می­ شود.
  2. ورود ماده احیاکننده: ماده احیاکننده رقیق شده در یک مقیاس و غلظت خاص به آب تزریق می گردد. سرعت تزریق بسیار کم بوده تا زمان ماند و برخورد ماده شیمیایی و رزین ­ها در حدود ۲۰ الی ۴۰ دقیقه حاصل گردد.
  3. جایگزینی ماده احیا کننده با آب رقیق کننده: این آب با دبی ماده احیاکننده وارد سیستم می ­شود.
  4. شستشو: شستشوی بستر به وسیله ­ی آب خوراک ورودی با دبی فرایند اصلی تا هنگامی که کیفیت مورد نظر آب تصفیه شده حاصل گردد.

مراحل بالا برای اغلب ستون ­های تبادل یونی مانند رسوب ­زدایی، حذف نیترات، قلیاییت زدایی صادق است.

انواع مواد احیاکننده رزین های آنیونی

بسته به نوع فرایند و رزینی که در آن جهت تصفیه استفاده می­ گردد، ماده احیاکننده متغیر است. احیا کننده­ های رزین ­های آنیونی به شرح ذیل هستند:

  • احیاکننده رزین آنیونی بازی قوی: این رزین ­ها فقط با بازهای قوی احیا می­ گردند. رزین آنیونی قوی همواره توسط سدیم هیدروکسید(کاستیک) در فرایند demineralization احیا شده و پتاسیم هیدروکسید نیز به دلیل گران قیمت بودن کمتر استفاده می ­شود.
  • احیاکننده رزین آنیونی بازی ضعیف: معمولا احیا این رزین ­ها توسط کاستیک انجام می ­شود، اما از دیگر احیاکننده ­ها(که باز ضعیف هستند) می ­توان آمونیاک، سدیم کربنات و محلول آهک(کلسیم هیدروکسید) را نام برد.

بازدهی فرایند احیا: بازدهی فرایند احیا رزین­ های آنیونی قوی در بازه ۳۰ الی ۵۰ درصد متغیر بوده و ممکن است از نظر اقتصادی به جهت تراکم زیاد ماده احیاکننده مقرون به صرفه نباشد. ولی به دلیل پایداری رزین­ های آنیونی ضعیف میزان بازدهی فرایند احیا آن ­ها به حدود ۱۰۰ درصد می­رسد.

طراحی واحد تبادل یون آنیونی

هدف اصلی طراحی واحد تبادل یون دستیابی به غلظت مورد نیاز یونهای محلول در آب اعم از کاتیونی و آنیونی در ظرفیت مشخص طراحی است. بدین منظور طراحی واحد پالایش آب با استفاده از فرایند تبادل یون، مشتمل بر بخش پیش تصفیه، بخش تبادل یونی و تصفیه نهایی(Ion Exchange Polishing) که معمولا به صورت بستر مختلط است، می­ باشد. مهمترین شاخص های طراحی واحدهای تبادل یون عبارتند از:

  • حجم آب تصفیه شده به ازای یک دوره(توان عملیاتی)
  • کیفیت آب
  • مصرف مواد شیمیایی احیا(بازدهی)

 ذرات معلق، مواد آلی، اسیدها و بازهای قوی، آهن و کلسیم و حتی برخی از انواع سیلیکات­ ها موجب گرفتگی رزین می­ شوند که حتی المقدور باید در مرحله پیش تصفیه حذف گردند. جهت حذف مواد مذکور، سیستم ­های تصفیه همچون فیلترهای شنی و کربنی، اولترافیتراسیون یا اسمزمعکوس به کار گرفته می­ شوند.

جهت طراحی یک سیستم تبادل یونی مراحل زیر برای دستیابی به آبی با کیفیت مطلوب باید به طور دقیق طی شوند.

الزامات آب تصفیه شده: کیفیت مورد نظر آب تصفیه شده تعیین کننده نوع و حجم رزین و سیستم احیاکننده است. به منظور دستیابی به آب با کیفیت بالا، معمولا فرایند احیا ناهمسو برای احیای رزین ها انتخاب می شود.

زمان سیکل تبادل یون: یک سیکل کوتاه اغلب ایده آل ترین حالت ممکن است. معمولا مدت زمان یک سیکل تبادل یونی بین ۸ الی ۲۴ ساعت متغیر بوده و وابسته به میزان مواد جامد محلول(TDS) جریان خوراک می باشد. سینتیک رزین ­ها هم در مدت فعالیت یک سیستم حدی تعیین می ­کند. به همین علت در هنگام انتخاب رزین باید به میزان حداقل و حداکثر دبی قابل تحمل رزین توجه کرد. در آبی با میزان TDS کم، مانند آب شیرین تولیدی اسمز معکوس، امکان دارد مدت زمان سیکل چند روز باشد؛ در نتیجه هرچه میزان مواد محلول در آب بیشتر باشد، تعداد دفعاتی که رزین­ ها باید احیا شوند بیشتر شده و به همین منظور مدت زمان عملیاتی رزین نیز کم می شود.

انتخاب نوع رزین ­ها و پیکربندی واحد: پیکربندی یک واحد به عواملی مانند کیفیت موردنیاز آب شیرین، ترکیبات آب شور و ملاحظات اقتصادی پروژه بستگی دارد. بسته به فرایند تصفیه، نوع رزین­ های به کار رفته در آن­ ها متفاوت می ­باشد. از رزین آنیونی باز قوی نوع I به منظور تصفیه آب ­هایی با FMA(Free Mineral Acidity) پایین و میزان سیلیکای بالا استفاده می ­گردد. همچنین، رزین آنیونی باز قوی نوع II مناسب برای واحدهای کوچک است. زیرا مواقعی که ترکیباتی چون کربن دی اکسید و سیلیکا کمتر از ۳۰ درصد از کل خوراک ورودی به آنیون­ ها هستند، بازدهی این نوع رزین ­ها بسیار بالا می ­باشد.

رزین­ های آنیونی قوی نوع II ظرفیت عملی بسیار بهتر و بازدهی احیا بالاتری نسبت به نوع I دارند، اما فعالیت این رزین ­ها محدود به دمای عملیاتی پایین(۳۵ درجه سانتی ­گراد) بوده و میزان نشتی سیلیکا بالایی دارد. رزین ­های آنیونی باز ضعیف، به عنوان رزین­ تنها، برای یون­زدایی آب بدون جداسازی کربن دی اکسید و سیلیکا در نظر گرفته می­ شوند. فرایند زدایش مواد معدنی محلول آب جهت دستیابی به بازدهی بسیار بالا نیازمند به کارگیری رزین ­های آنیونی باز قوی و آنیونی باز ضعیف به همراه یکدیگر می ­باشد. باید خاطر نشان کرد که رزین­ های آنیونی باز ضعیف در کنترل مواد آلی طبیعی بسیار توانمند بوده و بازدهی بسیار بالایی در تصفیه آب با قلیاییت بسیار پایین دارند.

گاززدایی اتمسفریک: ملاحظات اقتصادی الزام نصب گاززدا را در یک پروژه تعیین می ­نماید. حذف کربن دی اکسید از خوراک، پیش از رسیدن به رزین­ های آنیونی موجب کاهش مصرف کاستیک می شود. عموماً، توجیه اقتصادی به نفع دستگاه گاززدا در پروژه­ های کوچک(حداکثر ۱۰ مترمکعب بر ساعت) نمی ­باشد. گاززدای خلا برای سیستم­ هایی که کربن دی اکسید باقی مانده بسیار بسیار پایینی دارند پیشنهاد می­ گردد. این دستگاه میزان کربن دی اکسید را به کمتر از ۱ میلی­ گرم بر لیتر می ­رساند.

ابعاد مخازن: مخازن باید از مواد شناخته شده و معمول ساخت و ساز مانند کربن استیل یا فایبرگلاس ساخته شوند. یک مخزن می ­بایست مجهز به سیستم ­های پخش­ کننده/جمع­ کننده­ ای که سیالات را در هر فاز عملیات به طور دقیق و صحیح پخش/جمع می ­کند، باشد. به همین علت حداکثر قطر برای یک مخزن در حدود ۳٫۵متر تعریف شده است. طراحی مخازن باید به صورتی حداکثر عمق بستر رزین را فراهم نماید تا افت فشار در سطح بستر رزینی در حدود ۱ بار محدود شود.

تعداد خطوط عملیات:  براساس میزان دبی و مدت زمان ماند مورد نیاز، تعداد خطوط عملیاتی که در آن واحد فرایند را پیش می­ بردند، تعیین می ­گردد. ساده ­ترین ترتیب ۲ خط جریان(۱ در عملیات، ۱ در حالت standby) است که در اکثر مواقع مورد استفاده قرار می گیرد. در واحدهای بزرگ(۴۰۰ مترمکعب در ساعت) رایج است که از ۳ خط جریان(۵۰%*۲ در موازات هم، ۱ در حالت standby) به منظور کاهش افزونگی(redundancy) سیستم، بهینه ­سازی شرایط جریان، و کاهش اندازه مخازن استفاده شود.

جهت خرید و کسب اطلاعات فنی در مورد رزینهای تبادل یونی DuPont، Lanxess Lewatit، Purolite با کارشناسان واحد فروش شرکت مهندسی فران تماس بگیرید.

Prepared by: Negin Shahinejad