رزین سختی گیر

نام صنعتی محصول :

رزین تبادل یونی ،

Ion-exchange resin

سایر نام های این محصول :

رزین سختی گیر ، رزین آنیونی و رزین کاتیونی ، رزین پرولایت کاتیونی و آنیونی ، رزین دستگاه آب شیرین کن ، رزین پرولایت ، رزین آکوآلایت

رزین چیست ؟

رزین ها نوعی ترکیب طبیعی (زئولیت) یا مصنوعی هستند و بسیار چسبناک بوده و تحت شرایطی سخت می شوند رزین ها موادی هستند دارای مولکولهای بزرگ که دو سر آنها قطبی و دارای بارهای مخالف می باشند معمولاً در الکل قابل حل است اما در آب حل نمی شوند.

این ترکیب به طرق گوناگون طبقه بندی می شود. این مواد در فرآیند سختی گیر آب تاثیر بسزایی داشته و یون های سختی آور آب مانند کلسیم و منیزیم را حذف می کنند و در محلول با یون های سدیم جایگزین می شوند. از این رو به زئولیت ‌های سدیمی نیز مشهور هستند.

ویژگی و خصوصیات رزین :

یک رزین تبادل یونی بوسیله آب متورم می شود، اما در آن حل نمی شود. میزان این تورم یک فاکتور هست که چگونگی عملکرد رزین در کاربردهای خاصی را کنترل می کند. رزین سختی گیر به طور گسترده ای در فرآیند های جدا سازی، تصفیه و ضدعفونی کردن آب استفاده می شود. شایع ترین کاربردهای آن رسوب زدایی و تصفیه آب است.

در بسیاری از کاربردهای این چنینی، رزین های تبادل یونی به عنوان یک جایگزین انعطاف پذیرتر به جای استفاده از زئولیت های طبیعی یا مصنوعی استفاده می شوند. همچنین رزین های تبادل یونی در پروسه فیلتراسیون بیودیزل بسیار کاربردی هستند.

انواع رزین های تبادل یونی :

رزین های تعویض یا تبادل یونی را می توان به سه گروه تقسیم نمود :

رزین کاتیونی

رزین کاتیونی اسیدی قوی : رزین هایی که قادر به حذف کلیه کاتیون های موجود در آب می باشدرزین کاتیونی قوی به صورت سدیمی برای کاهش سختی آب بکار می روندرزین کاتیونی سدیمی از نوع قوی علاوه بر کاتیون های سختی آب ، یون های فلزی را با سدیم تعویض می کنند.

رزین کاتیونی اسیدی ضعیف : رزین هایی که قادر به جذب قسمتی از کاتیونهای آب که مربوط به قلیائیت آب می باشد در این رزین ها گروه فعال به جای سولفوریک، کربوکسیلیک است. این گروه مانند اسیدهای آلی ضعیف در محیط اسید یونیزه نمی شوند اما در محیط قلیایی یونیزه شده و یون متحرک خود را می توانند تعویض کنند.

رزین های آنیونی

رزین آنیونی بازی قوی : رزین هایی که قادر به جذب کلیه آنیونهای موجود در آب می باشند برای احیای رزین های آنیونی قوی باید از یک باز قوی مانند سود استفاده کرد.

رزین آنیونی بازی ضعیف : رزین هایی که همانند رزین کاتیونی ضعیف عمل می کنند. این رزین ها قادر به حذف اسیدهای معدنی چون HCL و یا H2SO4 هستند اما قادر به حذف اسیدهای ضعیف مثل اسید کربنیک نیستند به آن دلیل این رزین ها را اغلب جاذب اسید می نامند.

رزین میکس بد

دو نوع رزین کاتیونی و آنیونی را می توان در یک ظرف با یکدیگر مخلوط نمود و آب با کیفیت فوق بالا بوسیله واکنش های تبادل یونی زیاد تولید خواهد شد و در صورت تکرار به عنوان یک معبر گذر آبی در طول بستر اختلاط رزین ها اتفاق خواهد افتاد.

توضیح رزین میکس بد، به زبان ساده متشکل از رزین های آنیونی و کاتیونی قوی به نسبت 40% کاتیونی و 60% آنیونی تشکیل شده است.

تفاوت رزین های تبادل یونی کاتیونی و آنیونی :

هر دو گروه فوق شامل نوع قوی و نوع ضعبف هستند که به طور کلی رزین های قوی در یک محدوده وسیع PH و رزین های نوع ضعیف در یک محدوده کوچک از PH مناسب هستند.

شایان دکر است رزین های نوع ضعیف در صنایع کاربرد بیشتری از رزین های نوع قوی دارند و معمولا گرانتر از رزین های قوی هستند و این به آن دلیل است که راندمان احیا رزین های ضعیف بسیار بیشتر از رزین های قوی است.

عمر رزین ها :

عمر کاری متوسط رزین ها به شرط احیاء فقط یک بار در روز و در شرایطی که آلودگی رزین مطرح نباشد به شرح ذیل می باشد :

• رزین سختی گیر کاتیونی اسیدی قوی (8 الی 10 سال)
• رزین کاتیونی اسیدی ضعیف (8 الی 10 سال)
• رزین آنیونی بازی قوی (4 الی 5 سال)
• رزین آنیونی بازی ضعیف (4 الی 5 سال)

کاربرد رزین های تبادل یونی:

عمده کاربرد رزین های تبادل یونی در رسوب زدایی و فرآیند تصفیه آب است و همچنین رزین های تبادل یونی در پروسه فیلتراسیون بیودیزل بسیار پر کاربرد هستند.

رزین پرولایت انگلیس :

رزین پرولایت انگلیس یکی از برند های معتبر رزین در بازار موجود در ایران است، رزین های آنیونی ، کاتیونی و میکس بد شرکت پرولایت با کیفیت بسیار مطلوب و قیمت مناسب برای حدف سختی آب می باشد.

رزین پرولایت انگلیس بصورت بسته های 5 و 25 لیتری به فروش می رسد.

انواع محصولات رزین پرولایت :

رزین کاتیونی پرولایت با مدل های C100 و C100E ،جهت حذف کلسیم و منیزیم موجود در آب شرب و صنعتی

رزین آنیونی پرولایت با مدل های A400 ، جهت مبادله یونها کلسیم و منیزیم

رزین میکس بد جهت استفاده در دستگاه های دیونایزر

فرآیند تبادل یونی (Ion-exchange) چیست ؟

تبادل یونی (Ion-exchange) تبادل یون‌ها بین دو الکترولیت یا بین یک محلول الکترولیت و یک ترکیب است. در اکثر موارد این اصطلاح به فرآیندهای تصفیه، جداسازی و ضدعفونی محلول‌های آبی و دیگر محلول‌های حاوی یون با پلیمر جامد یا کانی مبدل یون اطلاق می‌شود.

تبادل ‌کننده ‌های معمولی یونی رزین‌های تبادل ‌کننده یون، زئولیت، مونتموریونیت، رس و گیاه خاک هستند. تولید آب خالص یا آب بدون یون با استفاده از رزین های تبادل یونی یکی از روش های مرسوم از گذشته تا به حال بوده است.

گام اول :

در این روش آب ورودی جهت تبدیل به آب بدون یون از دو ستون تعویض یونی عبور می کند. ستون اول از رزین کاتیونی تشکیل شده است که یون های کاتیونی موجود در آب را جذب کرده و به جای آن یون H مثبت وارد آب می شود.

در ادامه آب وارد ستون دوم یا ستون آنیونی می شود و یون های آنیونی آب نیز جذب و حذف شده و به جای آنها یون OH منفی وارد آب می گردد. به عبارتی با حذف کامل یون های مثبت و منفی آب، آبی بدون یون جهت کاربرد های مختلف حاصل می گردد این فرآیند توسط رزین تبادل یونی امکان پذیر است.

گام دوم :

پس از مدتی که ستون های رزینی کاتیونی و آنیونی به مرز اشباع رسیدند جهت بازگشت به ظرفیت جذب اولیه با محلول های اسیدی و بازی احیا می گردند و یون های جذب شده به جریان پساب خروجی دفع می شوند.

فرآیند تبادل یونی یکی از اشکال پدیده جذب سطحی است، که در آن فاز سیال در تماس با فاز جامد جاذب قرار می‌گیرد. طی این تماس برخی از اجزای موجود در فاز سیال جذب فاز جامد شده و از سیال جدا می‌گردند.

فرآیند تبادل یونی فرآیندی برگشت پذیر است که طی آن یون های خارجی موجود در آب جذب گروه های عاملی قرار گرفته بر روی شبکه پلیمری (فاز جامد) می‌گردند و بدین ترتیب هرگونه ناخالصی یونی آب برطرف می شود. پس از اشباع شدن گروه های عاملی، سیستم تحت عملیات بازیابی و شستشوی شیمیایی قرار گرفته و مجدداً مورد استفاده قرار می‌گیرد.

گام سوم :

روشهای تبادل یونی، بر اساس تبادل برگشت پذیر یونها بین محلول و یک فاز جامد استوار است. فاز جامد در آب، غیر محلول بوده، دارای گروههایی به‌صورت بنیان اسیدی یا بازی است.

این بنیان ها عوامل اصلی تبادل یون هستند. اجزاء تشکیل دهندۀ فاز جامد ممکن است از ترکیبات معدنی شبیه زئولیتها باشند که اسکلت آنها از آلومینو سیلیکاتها تشکیل شده است.

این ترکیبات چون در مقابل اسیدها و بازها مقاومت چندانی ندارند، کمتر مورد استفاده قرار می گیرند.

ترکیبات معدنی جدید از مشتقات ZrO2 ساخته شده اند که زیرکونیوم فسفات، زیرکونیوم تنگستات و زیرکونیوم مولیبدات از آن جمله هستند و برای جداسازی فلزات قلیایی و قلیایی خاکی از هم، مفید هستند.

از رزین های تبادل یونی به دو منظور سختی گیری و همچنین تولید آب با خلوص بالاتر استفاده می شود.

ویژگی های کلی رزین های تبادل یونی (Ion-exchange) چیست؟

– رزین های تبادل یونی، ماتریس پلیمری حل نشدنی است.

– این رزین ها حاوی یون های ناپایدار هستند.

– یون های ناپایدار رزین عمل تبادل یون را انجام می دهد.

– رزین کاتیونی ضعیف تنها می تواند کاتیون های قلیاییت آب را جذب کند.

– درصورتیکه نیاز به جذب کننده کاتیون موجود در آب دارید، نمی توانید از رزین کاتیونی ضعیف استفاده کنید.

– برای جذب تمامی آنیون های موجود در آب از رزین آنیونی قوی باید استفاده کرد.

– برای حذف آنیون اسیدهای قوی مانند اسیدسولفوریک، کلریدریک و نیتریک از رزین آنیونی ضعیف استفاده می شود.

– از مزیت های مهم رزین آنیونی ضعیف نسبت به نوع قوی آن مقاومت بالای آن می باشد. به همین دلیل در سیستم های تصفیه آب بیشتر از رزین آنیونی ضعیف استفاده می شود.

سوالات متداول در خصوص رزین های یونی :

رزین تبادل یونی چگونه در عمل تصفیه آب دیونیزه کار می کند ؟

رزین های تبادل یونی برای تولید آب دیونیزه استفاده می شود این رزینها دانه های پلاستیکی کوچک هستند که از زنجیر پلیمرهای آلی تشکیل شده اند.

رزین کاتیون که دارای یک گروه عملکردی منفی است و بنابراین یون های با بار مثبت آب را جذب می کند.

نقش رزین تبادل یونی در تصفیه آب چیست ؟

فرآیند تبادل یونی آب از طریق رزین های کروی و متخلخل رزین ( رزین سختی گیر ) نفوذ می کند. یون های موجود در آب برای یون های دیگر ثابت می شوند.

نرم کننده های آب شامل دانه هایی هستند که دو یون سدیم را با هر یون کلسیم یا منیزیم جهت تولید آب نرم، مبادله می کنند.

عملکرد رزین در دستگاه سختی گیر :

یکی از عمده روش های موجود جهت حذف سختی آب، استفاده سختی گیرهاي رزینی می باشد. عمده دستگاههاي سختی گیر مورد کاربرد در تصفیه آب، بیشتر به صورت استوانه و از جنس فلزي هستند. به صورتیکه که در داخل آن، ذرات رزین کاتیونی قرار می گیرد و داخل سطوح آن با اپوکسی پوشش داده شده است.

تا از خوردگی آن جلوگیري و باعث افزایش عمر دستگاه گردد.

براي نگهداري و جلوگیري از خروج رزین ها در قسمت پایین دستگاه و در زیر رزین ها یک صفحه مشبک و یک بستر از سیلیس استفاده می شود.

عمق رزین معمولاً بین 5/0 تا 3 متر انتخاب میگردد و بر حسب نوع رزین، 50تا 100درصد از حجم رزین، فضاي خالی براي انبساط رزین در نظر گرفته می شود.

میزان جریان را معمولاً در حدود 2/0 الی 1 متر مکعب در دقیقه به ازاي هر متر مکعب از حجم رزین در نظر می گیرند. هر چند که حداکثر دبی جریان ورودي به واحدهاي رزین تعویض یونی به علت افت فشار محدود می شود.

ولی حداقل دبی جریان به علت کانالیزه شدن نمی تواند خیلی کم باشد زیرا کانالیزه شدن باعث می شود که قسمتی از زرین بدون استفاده باشد.

از این رو سرعت آب از بستر رزین باید حدود یک متر در ساعت باشد.

بستر رزین می تواند ثابت (Fixed) یا شناور (Fluidizebed) باشد در سیستم بستر ثابت حجم رزین هاي داخل دستگاه انبساطی ندارد و آب ورودي از بالاي دستگاه وارد شده و بیشترین تبادل یونی در قسمتهاي بالاي بستر رزین انجام می شود.

و در قسمتهاي پایین بستر تصفیه نهایی انجام می شود که تعیین کننده درجه خلوص آب خروجی از تعویض کننده می باشد.

با افزایش زمان سرویس، رزین هاي بالاي بستر اشباع شده و تبادل یونی در لایه هاي پایین ستون بستر انجام می شود که در نهایت زمانی فرا می رسد که بقیه ستون بستر براي تعویض یون کافی نمی باشد.

در نتیجه در آب خروجی از تعویض کننده، یونهاي ناخالص جذب نشده مشاهده خواهد شد که معرف پایان سرویس دستگاه می باشد.

در این حالت، زمان احیاء نمودن رزین ها فرا می رسد.

آب سخت چیست ؟

سختی آب را می توان این طور بیان نمود در صورتیکه آب حاوی نمک های معدنی از قبیل ترکیبات بی‌کربنات، یون‌های کلسیم، منیزیم و غیره باشد آب سخت نامیده می شود.

انواع سختی آب :

• دائم
• موقت

سختی دائم یا سختی غیرکربناتی : عبارت است از سختی بدون نمک‌های بی کربناتی (مانند کلرید، سولفات و غیره) می باشد.

سختی موقت یا سختی کربناتی : عبارت است از بی کربنات کلسیم و منیزیم است و از اختلاف حاصل از سختی کل و سختی دائم بدست می‌آید.

سختی آب در حالت کلی بر مبنای دو فلز کلسیم و منیزیم ارزیابی می گردد. عوامل سختی کاتیون ها می باشند. یون‌هایی مانند آلومینیم، آهن، منگنز و روی در سختی آب تاثیر گدار هستند ولی کلسیم و منیزیم به مقدار زیاد وجود دارد و کاتیون‌های دیگری نیز هستند که به میزان بسیار کم در سختی آب تاثیرگذارند.

سختی کل (TH) :

مجموع مقدار کلسیم (Ca) و منیزیم (Mg) سختی کل می باشد.

اهمیت و فایده سختی آب :

میزان سختی آب در آب های صنعتی اهمیت فراوانی دارد، عواملی همچون بهداشت عمومی اهمیت خاصی دارد. برای مثال کلسیم یکی از عوامل سختی آب است و در رشد استخوان و حفظ تعادل بدن دخالت دارد ولی به همان اندازه سولفات کلسیم به علت کمی قابلیت هضم باعث بروز ناراحتی هایی در دستگاه هاضمه می شود.

لذا توصیه می‌شود جهت تامین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان آهک نیز به آب آشامیدنی افزوده شود.

برخی دانشمندان معتقدند بهتر است کلسیم و منیزیم مورد نیاز بدن توسط غذا تامین گردد و حتی‌الامکان از آب های سبک جهت شرب استفاده گردد.

بایستی توجه شود که بدن نسبت به سنگینی موجود در آب آشامیدنی مورد استفاده خود حساسیت دارد یعنی در صورتیکه مشخصات آب تغییر یابد ممکن است در دستگاه گوارش موجب ایجاد اختلال نماید و اصطلاحاً این موضوع را آب به آب شدن می‌گویند.

ضررهای سختی آب :

با امعان نظر به اینکه آب سخت دارای فوایدی می باشد باید توجه داشت که سختی بیش از حد آب نیز زیانهایی دارد. از جمله مضرات آب سخت می توان به نوشیدن بیش از حد آب سخت که موجب رسوب در کلیه ها می گردد و نهایتاً باعث ایجاد سنگ کلیه در افراد می شود و همچنین موجب بیماری های گوارشی و کلیوی نیز می گردد.

لذا بایستی از آب نرم برای مصارف آب شرب استفاده نمود و یون های مورد نیاز بدن مانند منیزیم و کلسیم را از غذاها یا سبزیجات و میوه جات کسب نمود.

آب سخت موجب از دست رفتن طعم و مزه نوشیدنی‌ها می‌شود. نتایج حاصل از مصرف آب سخت شامل دیر پخته شدن غذا و سفتی حبوبات است.

از دیگر عوامل آب سخت می توان به آسیب جداره دیگ های بخار اشاره نمود که باعث خوردگی و ایجاد قشر آهکی بر روی دیواره و جداره دیگ ها و تأسیسات مرتبط می‌شود.

عدم ایجاد کف صابون نیز از دیگر اثرات آب سخت است که موجب افزایش مصرف صابون و شوینده می‌شود.

طبقه بندی آب از نظر سختی :

اندازه گیری سختی آب توسط آزمایشگاه ذیصلاح محاسبه و تعیین می گردد. اندازه گیری سختی آب در صنعت بسیار پر اهمیت می باشد.

سختی آب، شامل یون‌های Ca+2 و Mg+2 می باشد، بر حسب میلی‌گرم بر لیتر mg/L یا در یک میلیون ppm عنوان می گردد و بصورت ذیل طبقه بندی می شود :

آب های سبک : 0 تا 150 میلی گرم در لیتر

آب های با سختی متوسط : 150 تا 300 میلی گرم در لیتر

آب های سخت : 300 تا 400 میلی گرم در لیتر

آب های خیلی سخت : بالاتر از 400 میلی گرم در لیتر

احیا رزین کاتیونی در دستگاه سختی گیر :

شستشوی حالت 1

در این وضعیت آب از زیر مخزن استوانه ای سختی گیر به داخل دستگاه وارد می شود و از صفحات مشبک گذر نموده و از پایین به رزین ها برخورد نموده و پس از گذر آب از میان ذرات رزین، که این امر موجب افزایش حجمی رزین می گردد. جهت احیا و نهایتاً سرویس دهی مجدد دستگاه سختی گیر آماده می گردد.

مدت زمان احیا رزین معمولاً بین 5 تا 10 دقیقه تغییر می نماید.

شستسوی حالت 2

سپس وضعیت شیر را در حالت معکوس قرار داده و پس از آن شیر فلکه منبع نمک را باز نموده تا آب نمک مورد نیاز از طریق از تانک نمک مکیده شود. و از قسمت بالاي مخزن استوانه سختی گیر به داخل آن وارد شود.

در حین تزریق آب نمک، فرآیند تبادل یونی ما بین رزین ها انجام شده و احیاء رزین انجام می گردد. ( سختی گیر آب )

بعد از تزریق آب نمک، شیر فلکه آب نمک را بسته و در این وضعیت منتظر مانده تا آب خروجی از لوله فاضلاب دستگاه از حالت شوري خارج شود.

شستشوی حالت 3

بعد از شستشوي رزین با آب نمک و مجدداً آن را تست نموده و اهرم شیر را در حالت شماره 3 قرار داده که نهایتاً دستگاه براي شروع بکار آماده و آب سخت به آب نرم تبدیل گردد.

رزین میکس بد چیست ؟

رزین میکس بد نوعی رزین تبادل یونی است که جهت احیای آب برای تولید آب خالص و یا آب یونیزه کاربرد دارد. برای دیونیزه کردن آب، شفاف کردن آب میعان شده و تولید آب خالص فوق العاده می توان از این محصول استفاده نمود.

منظور از تولید آب فوق العاده خالص بدین معنی می باشد که آب خالص، آب خالص تر از آب مقطر، آب بدون یون و یا آب با هدایت الکتریکی 1 میکروزیمنس می باشد که این عملیات با استفاده از رزین های مبادله یونی امکان پذیر می باشد. حداکثر خلوص آب از نظر هدایت الکتریکی تا ۰٫۰۵۶ میکرو زیمنس امکان پذیر می باشد.

کمپانی پرولایت بزرگترین تولید کننده رزین در دنیا می باشد. رزین میکس بد در بسته های 5 و 25 لیتری در بازار عرضه می گردد. شرکت هوبارت شیمی وارد کننده بدون واسطه محصولات رزین پرولایت در نوع رزین میکس بد در بازار ایران محسوب می گردد.

در رزین میکس بد دو نوع رزین کاتیونی و آنیونی را می توان در یک ظرف با یکدیگر مخلوط نمود و آب با کیفیت فوق بالا بوسیله واکنش های تبادل یونی زیاد تولید خواهد شد و در صورت تکرار به عنوان یک معبر گذر آبی در طول بستر اختلاط رزین ها اتفاق خواهد افتاد.

توضیح رزین میکس بد، به زبان ساده متشکل از رزین های آنیونی و کاتیونی قوی به نسبت 40% کاتیونی و 60% آنیونی تشکیل شده است. در سایر نسبت ها می توان بنا به آنالیز آب، کمیت دلخواه و با کیفیت مد نظر آب تصفیه شده بکار گرفته شود

مفاهیم آب مقطر ، آب دیونیزه و آب خالص :

آب مقطر عبارت است از آبی که ناخالصی آن به روش تقطیر (distillare) جدا شده باشد. تقطیر از جمله مهمترین و متداول‌ترین روش های جداسازی می باشد. در این روش آب را به نقطه جوش رسانده و بخارات آب به ظروف دیگر منتقل می گردد. اساس کار تقطیر بر توزیع اجزا بین دو فاز مایع و گاز می باشد که پایه جداسازی مواد از همدیگر به علت تفاوت نقطه جوش می باشد.

آب دیونیزه عبارت است از آبی که یون زدایی شده باشد. یعنی در فرآیند شیمیایی با استفاده از رزین های تبادل یونی (رزین میکس بد پرولایت) در دستگاه دیونایزر تقریباً تمام یون های آب حذف گردد. کاربرد آب بدون یون در صنایع داروسازی، آرایشی و بهداشتی و ساخت داروها می باشد.

آب فوق خالص (Ultrapure Water) عبارت است از آبی که کلیه مراحل پیش‌تصفیه، تصفیه اولیه و تصفیه نهایی بطور کامل انجام گردد.

در فرآیند پیش تصفیه غالباً از فیلترهای الیافی رسوب‌گیر برای حذف ذرات جامد و در مرحله تصفیه اولیه نیز شامل استفاده از فیلترهای اسمز معکوس حذف یون ‌ها و در تصفیه ثانویه از فیلترهای تبادل یونی رزینی به‌صورت بستر مخلوط (رزین میکس بد) برای حذف یون‌های باقی‌مانده استفاده می‌شود.

بایستی دقت نمود آب فوق خالص با آب دیونیزه شده متفاوت است. ضمن اینکه آب فوق خالص فاقد ذرات ارگانیک و گازهای محلول بوده، حداکثر خلوص آب از نظر هدایت الکتریکی تا ۰٫۰۵۶ میکرو زیمنس می رسد.

کاربرد اصلی آب های فوق خالص عبارتند از صنایع نیمه هادی‌ها، نیروگاه‌های فتوولتائیک خورشیدی، داروسازی، تولید انرژی (دیگ‌های فوق بحرانی و زیربحرانی) و کاربردهای خاص مانند آزمایشگاه‌های تحقیقاتی.

فیلم تعویض رزین کاتیونی سختی گیر :