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04/21/14
CONTROLE DESMINERALIZAÇÃOCONTROLE DESMINERALIZAÇÃO
CONDUTIVIDADE ou RESISTIVIDADE
Mede a concentração de sólidos dissolvidos na água
FUGA DE SÍLICA
Se analisa na saída do aniônico e do leito misto polidor
Unidades: ppm ou ppb
pH
Indica qual elemento está escapando (Cátion/Ânion)
Ácido [H+
] ou Básico [OH-
]](https://image.slidesharecdn.com/desmineralizaotrocainica2-140421095921-phpapp02/85/Desmineralizacao-troca-ionica-2-29-320.jpg)
Carregado porMarcos Romanholo
Desmineralização troca iônica 2
Este documento trata de resinas trocadoras de íons utilizadas em sistemas de pré-tratamento de água. Discute definições, tipos de impurezas na água, seletividade, estrutura química e forma física das resinas, além de processos como abrandamento e desmineralização que empregam resinas trocadoras de íons.
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- 2. 2 04/21/14 DEFINIÇÃO RESINAS DEDEFINIÇÃORESINAS DE TROCATROCA IÔNICIÔNICAA 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
- 3. 3 04/21/14 IMPUREZAS DA ÁGUAIMPUREZASDA ÁGUA Sólidos em Suspensão Colóides Matéria Orgânica Microorganismos Gases Dissolvidos Sólidos Totais Dissolvidos
- 4. 4 04/21/14 SELETIVIDADE DAS RESINASSELETIVIDADEDAS RESINAS SELETIVIDADE CATIÔNICA Fe+3 > Cu+2 > Fe+2 >Ca+2 >Mg+2 >NH4 + >Na+ >H+ SELETIVIDADE ANIÔNICA SO4- - > NO3- > Cl > HCO3 - > HSiO3 - > OH-
- 5. 5 04/21/14 G G GG 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 DASESTRUTURA QUÍMICA DAS RESINASRESINAS
- 6. 6 04/21/14 FORMA FÍSICA DASRESINASFORMA FÍSICA DAS RESINAS AMORFAS: Matriz fenólicas GEL: Esferas 0.5 mm diâmetro médio Matriz estirênica ou acrílica MACRORRETICULARES: Esferas 0.5 mm diâmetro médio Matriz estirênica ou acrílica.
- 7. 7 04/21/14 RESINAS DO TIPOGELRESINAS DO TIPO GEL Mais susceptíveis a degradar-se (atrito, oxidação e envenenamento) Maior capacidade de troca iônica Menor preço
- 8. 8 04/21/14 Estrutura porosacom 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 oxidantes Operação em condições de alta perda de carga Presença de sólidos em suspensão Altas temperaturas RESINAS MACRORETICULARESRESINAS MACRORETICULARES
- 9. 9 04/21/14 ESTRUTURAS GEL vsESTRUTURASGEL vs MACRORETICULARMACRORETICULAR TIPO GEL TIPO MACRORRETICULAR Macroporos Area superficial: 0.7 m2 /grama seco Area superficial: 60 m2 /grama seco Poliestireno DivinilBenzeno
- 10. 14 04/21/14 CATIONICAS FORTES Grupo funcional: sulfonico FRACAS Grupofuncional: carboxílico ANIONICAS FORTES - TIPOI - Tri-Metil-Amina Grupo funcional: aminas quaternárias FORTES - 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
- 11. 15 04/21/14 CATIONICAS FORTES Grupo funcionalSulfônico 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
- 12. 16 04/21/14 CATIONICAS FRACAS Grupo funcionalÁcido fraco Carboxílico. Somente removem cátions associados a alcalinidade Maior capacidade e eficiência na regeneração do que as catiônicas fortes Usadas 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
- 13. 17 04/21/14 ANIONICAS FRACAS: Grupos funcionaisaminas terciárias. Só removemácidos fortes como HCl e H2SO4. Não removem H2CO3 nemSílica. 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
- 14. 18 04/21/14 ANIÔNICAS FORTES: Grupos funcionaisaminas quaternárias (mais alcalinas) Removem todos os ânions em solucão incluindo bicarbonatos e Sílica Baixa eficiência de regeneracão Se subdividem em duas categorias: Tipo I: mais básica, maiorremoção 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
- 15. 20 04/21/14 FATORES QUE AFETAMAFATORESQUE AFETAMA 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.
- 16. 21 04/21/14 EXEMPLO DE RESINAEXEMPLODE RESINA CATIÔNICACATIÔNICA SOSO33 SOSO33 SO3SO3 SOSO33 SOSO33 SOSO33 SOSO33 SOSO33 H H H H H Ca Mg SOSO33 Mg Mg Ca CaCa H H H H H H H H DIVINILBENZENO AGUA DE HIDRATACÃO POLIESTIRENO SERVIÇOSERVIÇO REGENERAÇÃOREGENERAÇÃO Ca H 33OSOS Ca SOSO33 Mg SOSO33 K K SOSO33 H SOSO33 H Na SOSO33 NaNa H SOSO33 H SOSO33 H
- 17. 22 04/21/14 EXEMPLODE RESINAEXEMPLODE RESINA ANIÔNICAANIÔNICA Mg Mg H DIVINILBENZENO ÁGUADE HIDRATAÇÃO POLIESTIRENO Saída CátionSaída Cátion OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OHSO4 H H ClH SO4 H H H H CO 3 ClH ClH ClH Cl Cl SO4 SO4 CO 3 OH OH OHH OHH H H OHH CO 3 Cl H H OHH SiO3 H H H
- 18. 23 04/21/14 PROCESSOS COMUSO DEPROCESSOSCOMUSO DE RESINASRESINAS Abrandamento Desmineralização Polimento Condensado
- 19. 25 04/21/14 SISTEMA DE ABRANDAMENTOSISTEMADE ABRANDAMENTO Regenerante gasto Agua bruta Retrolavagem Regenerante Agua tratada Resina
- 20. 26 04/21/14 Remoção daDureza 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 SISTEMA DE ABRANDAMENTOSISTEMA DE ABRANDAMENTO
- 21. 27 04/21/14 SISTEMA DE ABRANDAMENTOSISTEMADE ABRANDAMENTO 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.
- 22. 28 04/21/14 Ânions Ca++ Mg++ Na+ HCO3 - SO4 = Cl- Cátions Na+ HCO3 - SO4 = Cl- Cátions Ânions 1 equivalente1 equivalente 1 ppmCaCO3 1 ppmCaCO3 20 mg Ca++ 23 mg Na+ 12 mg Mg++ 23 mg Na+ Entrada AbrandadaResina Catiônica R- Na+ SISTEMA DESISTEMA DE ABRANDAMENTOABRANDAMENTO
- 23.
- 24. 30 04/21/14 REGENERAÇÃO DE ABRANDADORESREGENERAÇÃODE ABRANDADORES Contralavagem Passagem do regenerante Deslocamento (lavagem lenta) Lavagem rápida Retorno ao serviço
- 25. 31 04/21/14 ETAPA DE CONTRALAVAGEMETAPADE CONTRALAVAGEM Vazão de 15 a 18 m3 /h/m2 dever ser suficiente para expandir leito de 55 a 75% em temperatura de 15o C. A taxa de contralavagem é função da temperatura Tempo de 10 a 15 minutos Remover sujeira e descompacta o leito
- 26.
- 27. 36 04/21/14 SISTEMA DE ABRANDAMENTOSISTEMADE ABRANDAMENTO 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
- 28. 39 04/21/14 SISTEMA DESISTEMA 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
- 29. 40 04/21/14 CONTROLE DESMINERALIZAÇÃOCONTROLE DESMINERALIZAÇÃO CONDUTIVIDADEou RESISTIVIDADE Mede a concentração de sólidos dissolvidos na água FUGA DE SÍLICA Se analisa na saída do aniônico e do leito misto polidor Unidades: ppm ou ppb pH Indica qual elemento está escapando (Cátion/Ânion) Ácido [H+ ] ou Básico [OH- ]
- 30. 41 04/21/14 TORRE DESCARBONATADORATORRE DESCARBONATADORA Aguadescationizada CO2 Insufladorde Ar Saida água para anionico H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 Eficiência de remoção de CO2: 80 a 90% H2CO3
- 31. 42 04/21/14 Co C1 Co C2 Co C2 C1 H F Co condutividade aguaa tratar C1 condutividade agua tratada C 2 condutividade com resina saturada H altura de intercambio Regeneração 1 2 3 1 2 3 Resina saturada Resina regenerada Co Co Co CoC1 CICLO DE ESGOTAMENTO DA RESINACICLO DE ESGOTAMENTO DA RESINA
- 32. 43 04/21/14 SINAIS DE EXAUSTÃODESINAIS DE EXAUSTÃO DE CÁTIONCÁTION AUMENTO SÓDIO NO CATION QUEDA ACIDEZ NO CÁTION ELEVAÇÃO pH NO CÁTION QUEDA CONDUTIVIDADE NO CÁTION AUMENTO CONDUTIVIDADE NO ÂNION AUMENTO pH NO ÂNION
- 33. 44 04/21/14 SINAIS DE EXAUSTÃODESINAIS DE EXAUSTÃO DE ÂNIONÂNION QUEDA pH DO ÂNION QUEDA SEGUIDA DE ELEVAÇÃO DA CONDUTIVIDADE DO ÂNION AUMENTO DA SILICA NO ÂNION
- 34. 45 04/21/14 SERVIÇO Entrada do Regenerante Agua ouAr (Contenção) Saida do Regenerante REGENERAÇÃO REGENERAÇÃO EMCONTRAREGENERAÇÃO EMCONTRA CORRENTECORRENTE
- 35. 46 04/21/14 Ca+2 Mg+2 Na+ H+ H+ H2SO4 H+ H2SO4 Regeneração Co-corrente Regeneração Contra-Corrente Saturação Serviço CÁTION EMCOCORRENTE &CÁTIONEMCOCORRENTE & CONTRA CORRENTECONTRA CORRENTE
- 36. 47 04/21/14 SO4 = OH- OH- OH- Regeneração Co-Corrente Regeneração Contra-Corrente Saturação Serviço NaOH NaOH Cl- SiO2 ÂNION EMCO CORRENTE&ÂNION EMCO CORRENTE & CONTRA CORRENTECONTRA CORRENTE
- 37. 48 04/21/14 PROCESSOS DEPROCESSOS DE DESMINERALIZAÇÃODESMINERALIZAÇÃO QUALIDADEAGUA Condutiv. 5- 10 Us/cm pH 8 - 9 Sílica 50 - 200 ppb ANION FRACO IRA-96SB CATION FORTE IR-120 TD TD ANION FORTE IRA-402SB CO2 CO2 ANION FORTE IRA-402 CATION FRACO IRC-86 CATION FORTE IR-120
- 38. 49 04/21/14 PROCESSOS DEPROCESSOS DE DESMINERALIZAÇÃODESMINERALIZAÇÃO Condutiv.0,5 - 1,0 uS/cm pH 6,5 - 7,5 Sílica 5 - 55 ppb QUALIDADE ÁGUA CO2 DG CATION FRACO IRC-86 CATION FORTE 1500 ANION FRACO IRA-96 ANION FORTE IRA-402 LEITO MISTO
- 39. 50 04/21/14 SISTEMA DESISTEMA DE DESMINERALIZAÇÃODESMINERALIZAÇÃO Avaliara 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
- 40. 51 04/21/14 DESMINERALIZAÇÃO PORDESMINERALIZAÇÃO POR LEITOMISTOLEITO 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
- 41. 52 04/21/14 DESMINERALIZAÇÃO PORLEITODESMINERALIZAÇÃO PORLEITO MISTOMISTO Serviço Acido Acido Resina Anionica Regeneração ResinaCationica Agua Resina Cationica NaOH Regeneração Resina Anionica NaOH Agua Ar
- 42. 53 04/21/14 REGENERAÇÃO LEITO MISTOREGENERAÇÃOLEITO MISTO ENTRADA SAIDA (1) SERVIÇO (4) DRENO DRENO AR (5) MISTURA AR (2) RETROLAVAGEM ÁGUA DRENO (3) REGENERAÇÃO (6)LAVAGEM ÁGUA DRAIN ACIDO MIXED BED ANION CATION ANION CATION ANION CATION MIXED BED MIXED BED DRENO ALKALI
- 43. 54 04/21/14 PROBLEMAS EMLEITOSPROBLEMAS EMLEITOS 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
- 44. 55 04/21/14 Serviço Resina anionica Resina cationica ResinaInerte Eliminaacontaminação cruzada LEITO MISTO COMRESINALEITO MISTO COMRESINA INERTEINERTE
- 45. 56 04/21/14 Agua tratada Resinasestratificadas, 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 LEITOSLEITOS ESTRATIFICADOSESTRATIFICADOS
- 46. 57 04/21/14 Regenerante Agua Bruta COLUNA DE RETROLAVAGEM Saidade resina Entrada resina Saida retrolavagem Entrada águaSaída resina Lmpa Saida de resina Agua tratada LEITOS COMPACTOSLEITOS COMPACTOS
- 47. 58 04/21/14 Análise atualizada daágua bruta (carga iônica) Medição da quantidade de resina Verificação dos critérios de regeneração Análise de amostras de resinas PERDA DE CAPACIDADEPERDA DE CAPACIDADE OPERACIONALOPERACIONAL
- 48. 61 04/21/14 CRITÉRIOS DE REGENERAÇÃOCRITÉRIOSDE REGENERAÇÃO NÍVEL DE REGENERAÇÃO NaCl 100 A 320 g NaCl/l resina HCl 96 A 110 g HCl100%/l resina H2SO4 96 A 110 g H2SO4 98%/l resina NaOH 90 A 120 g NaOH 100%/l resina
- 49. 62 04/21/14 CRITÉRIOS DE REGENERAÇÃOCRITÉRIOSDE REGENERAÇÃO CONCENTRAÇÃO DE REGENERANTES NaCl 8 a 10% HCl 4 a 10% H2SO4 2 a 4% NaOH 4 a 7%
- 50. 64 04/21/14 RESINA CATIÔNICA -REGENERAÇÃO H2SO4 • Temperatura 20 o C • Profundidade leito min 600 mm • Vazão contralavagem 12 a 18 m/h (10 a25 o C) • 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
- 51. 65 04/21/14 RESINA ANIÔNICA -REGENERAÇÃO NaOH • Temperatura 50 o C • Profundidade leito min 600 mm • Vazão contralavagem 3 a 5 m/h (10 a25 o C) • 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
- 52. 66 04/21/14 CONTAMINAÇÃODE RESINASCONTAMINAÇÃODE RESINAS PORMATÉRIAORGÂNICAPORMATÉRIA ORGÂNICA AÇÃOPRINCIPAL EMRESINAS 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
- 53. 67 04/21/14 TRATAMENTO DE ÁGUATRATAMENTODE ÁGUA INDUSTRIALINDUSTRIAL Contaminação MatériaContaminação Matéria OrgânicaOrgânica
- 54. 68 04/21/14 CONTAMINAÇÃODE RESINASCONTAMINAÇÃODE RESINAS PORMATÉRIAORGÂNICAPORMATÉRIA ORGÂNICA SALMOURAGEMCÁUSTICA 10% NaCl 300 g/l resina 2% NaOH 60 g/l resina 3 VL Temperatura até 35 o C Vazão de 2VL/h manter 10 cm acima leito 8 horas com agitação com ar Regeneração dupla com 100 g NaOH/l resina
- 55. 69 04/21/14 TESTE DE CONTAMINAÇÃOTESTEDE CONTAMINAÇÃO ORGÃNICA EMRESINASORGÃNICA EMRESINAS 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.
- 56. 70 04/21/14 CONTAMINAÇÃODE RESINASCONTAMINAÇÃODE RESINAS PORFERROPORFERRO FERROSOLÚVEL OXIDADO NA UNIDADE HCl a 10% FERRO SOLÚVEL OXIDADO ANTES DA UNIDADE AQUAMAXIEC1072 FERRO SUSPENSO Retro lavagem
Notas do Editor
- #20 CANDELABRIA A COMMON & GOOD DESIGN UP TO 6’ DIAMETER. AFTER THAT USE A LATERAL SYSTEM EITHER HEADERED OR HUBBED. HUBBED HAS UNSYMETRICAL SPRAY PATTERN BUT IS OKAY UP TO 6’ DIAMETER & IS EASIER TO STOCK SPARE PARTS CAUSE ALL LATERALS ARE THE SAME LENGTH. HEADER SYSTEM IS MOST ADVANCED. HOLES SHOULD POINT UP A 45o, NEVER DIRECTLY DOWN TO AVOID IMPINGEMENT ON RESIN BED & CHANNELING.
- #52 WHO HAS A MIXED BED UNIT? SKIP SECTION IF TIME IS NEEDED AND NO ONE HAS ONE. FOR HIGH PURITY WATER, &lt;0.1 MMHO. WON’T SEE UNTIL BOILER PRESSURES REACH OVER 1200 PSIG.
- #54 STEP 4 DRAIN NEEDS TO BE WITHIN 4” OF RESIN BED. VERY IMPORTANT WILL LEAD TO A CATION HEEL AT BOTTOM & LOW pH WATER IF TOO HIGH. AIR MIX WELL AT 10 SCFM/FT2 FINAL RINSE MUST BE DOWNWARD TO FILL VESSEL OR ELSE RESIN WILL BACKWASH & SEPARATE.