برای نحوه محاسبه رزین تبادل یونی پرولایت به شکل دستی باید پارامترهای مختلف مورد بررسی قرار بگیرند. در اینجا هر مهندس بر اساس روش های خاص محاسبات خود را انجام میدهد. اما به صورت کلی، پارامترهایی مانند حداکثر / متوسط / حداقل نرخ جریان و تقریبا چند ساعت در روز حداکثر دبی مورد نیاز است (m3/h) برآورد نیاز روزانه (m3/ روز) در چند ساعت و طراحی تجزیه و تحلیل آب و احیا کننده کاتیون (سولفوریک یا اسید کلریدریک) مهم هستند.

نحوه محاسبه رزین تبادل یونی پرولایت

برای محاسبه رزین تبادل یونی در سیستم باید موارد مختلفی را همواره مد نظر داشته باشیم برخی از این موارد عبارتند از :

نرخ جریان

فرمول محاسبه حجم رزین تبادل یونی:

V = Q * C * EBCT / 2 * T

V: حجم رزین تبادل یونی (لیتر)
Q: دبی جریان آب (لیتر در دقیقه)
C: غلظت یون های هدف در آب ورودی (میلی گرم در لیتر)
EBCT: زمان تماس بستر خالی (دقیقه)
T: ظرفیت تبادل یونی رزین (eq/L)
همانطور که مشاهده می کنید، نرخ جریان (Q) به طور مستقیم بر حجم رزین تبادل یونی (V) مورد نیاز تاثیر می گذارد. انتخاب EBCT با توجه به نوع رزین تبادل یونی و کیفیت آب انتخاب می شود. به صورت کلی، EBCT بالاتر منجر به حذف بیشتر یون های بیشتر می شود. نرخ جریان در محاسبه رزین تبادل یونی به دبی جریان آب اشاره دارد که بر حسب لیتر در دقیقه (LPM) یا مترمکعب در ساعت (m3/h) اندازه گیری می شود.نرخ جریان در محاسبه حجم رزین تبادل یونی مورد نیاز و همچنین زمان تماس بستر خالی (EBCT) نقش دارد.

متوسط تقاضا و ذخیره سازی بزرگتر آب تصفیه شده به حداکثر نرخ جریان یا تغییرات تقاضا بستگی دارد. در این زمان باید همیشه کارخانه را در حال کار نگه دارید تا اینکه کار کند یا بر اساس “روشن خاموش” شروع و توقف را کنترل کرد. رزین ها می توانند در محدوده ای از نرخ جریان کار کنند، اما طراحی ستون های تبادل یونی اغلب بسیار ابتدایی است و نمی توانند نرخ جریان بسیار پایین را در خود جای دهد.

زمان چرخه / تعداد جریان

زمان چرخه برای هر جفت کاتیون – آنیون توسط تجزیه و تحلیل آب، سرعت جریان و تعداد نهرها محاسبه می شود. مشتری برای پوشش زمان بازسازی نیاز به یک جریان آماده به کار دارد. زمان چرخه در محاسبه رزین تبادل یونی به مدت زمانی اشاره می کند که رزین تبادل یونی می تواند قبل از اشباع شدن و نیاز به تعویض، مورد استفاده قرار گیرد.اما تعداد جریان به تعداد دفعاتی اشاره دارد که آب از طریق رزین تبادل یونی عبور می کند قبل از اینکه رزین اشباع شود. زمان چرخه و تعداد جریان به طور مستقیم به یکدیگر مرتبط هستند.

عوامل موثر بر زمان چرخه و تعداد جریان:

نوع رزین تبادل یونی که رزین هایی با ظرفیت تبادل یونی بالاتر، زمان چرخه و تعداد جریان بیشتری دارند.
کیفیت آب که می تواند با سختی و غلظت یون های هدف بیشتر(tds)، زمان چرخه و تعداد جریان کمتری داشته باشد.
دبی جریان آب که دبی جریان آب بالاتر، زمان چرخه و تعداد جریان کمتری دارد.
حجم رزین تبادل یونی که هر چقدر بیشتر باشد زمان چرخه و تعداد جریان نیز بیشتر است.

تجزیه و تحلیل طراحی

آگاهی از تجزیه و تحلیل و انتخاب طراحی بر اساس حداکثر یا معمولی مهم است. انتخاب زمان چرخه کوتاه در تجزیه و تحلیل طراحی اگر بدترین حالت باشد، فایده ای ندارد.آب TDS بسیار بالاتری دارد. این به معنای زمان بین خواهد بود بازسازی بسیار کوتاه است. تجزیه و تحلیل باید متعادل باشد، یعنی کاتیون ها و آنیون های بیان شده به عنوان mg/l CaCO3 یا بر حسب meq/l باید بسیار مشابه باشد. (در حدود 5%) باید رزین را طوری طراحی کنید که با بدترین آب کنار بیاید، اما اگر که آب به ندرت دیده می شود باید تمام هزینه های عملیاتی طراحی و تصمیمات خود را بر اساس تجزیه و تحلیل معمول آب بگذارید.

آنالیز حداکثر آب (بدترین آب)

بدترین آب در بدترین حالت را می توان این طور پیش بینی کرد که مبنای طراحی برای این محاسبه عبرات است از :

• نرخ جریان – 60 متر مکعب در ساعت (به مدت 24 ساعت در روز)
• برنامه مهم بنابراین جریان آماده به کار مورد نیاز است – 2 x 100٪ وظیفه.
• اسید هیدروکلریک برای بازسازی کاتیون.
• دمای آب 10 درجه سانتیگراد

بدترین تجزیه و تحلیل آب از مشتری (همه بر حسب میلی گرم در لیتر به صورت CaCO3 بیان می شوند.)
آنیون کاتیون ها

• کلسیم (Ca) 110 بی کربنات (HCO3) 100
• منیزیم (Mg) 55 سولفات (SO4) 50
• سدیم (Na) 100 کلرید (Cl) 75
• پتاسیم (K) 11 نیترات (NO3) 25
• کل کاتیونها 276 کل آنیونها 250
• بیش از 10 درصد اختلاف

مبنای طراحی – تحلیل تصحیح شده
تصحیح بدترین تجزیه و تحلیل آب برای تعادل
(همه بر حسب میلی گرم در لیتر به صورت CaCO3 بیان می شوند))
آنیون کاتیون ها
کلسیم (Ca) 100 بی کربنات (HCO3) 100
منیزیم (Mg) 50 سولفات (SO4) 50
سدیم (Na) 90 کلرید (Cl) 75
پتاسیم (K) 10 نیترات (NO3) 25
TOTAL CATIONS 250 TOTAL ANIONS 250
تحلیل طراحی برای جلو رفتن
علاوه بر این، سیلیس واکنش پذیر 5 میلی گرم در لیتر را به عنوان CaCO3 در نظر می گیریم.
این یک آب زیرزمینی است و حاوی مواد آلی محلول ناچیز است.

مقالات پیشنهادی: اهمیت TDS آب در خرید رزین پرولایت

برج گاز زدایی

برج گاز زدایی در واقع یک مخزن عمودی است که برای حذف گازهای محلول در آب مانند دی اکسید کربن (CO2) و سولفید هیدروژن (H2S) مورد استفاده قرار می گیرد. معمولاً برج گاز زدایی قبل از رزین تبادل یونی در سیستم های تصفیه آب مورد استفاده قرار میگیرد.

گنجاندن یک برج گاززدایی برای حذف بی کربنات بعد از اینکه کاتیون به اسید کربنیک تبدیل می شود، باید پیش بینی شود. اگر سطح بی کربنات بیش از 40 میلی گرم در لیتر به عنوان CaCO3 باشد.لازم است برج گاز زدایی را در سیستم در نظر بگیریم. استفاده از برج گاز زدا باعث چند مزیت می شود که عبارتند از :

• عدم رسوب گذاری در سیستم: توجه داشته باشید گازهای محلول در آب می توانند با یون های موجود در آب واکنش داده و رسوب ایجاد کنند.همین رسوب باعث آسیب به رزین های تبادل یونی می شود و کارایی سیستم تصفیه آب را کاهش می دهد.
• افزایش ظرفیت تبادل یونی: گازهای محلول در آب می توانند با یون های فعال رزین تبادل یونی پیوند برقرار کنند و ظرفیت رزین های سختی گیر آب را کاهش دهند.
• جلوگیری از خوردگی: گازهای محلول در آب می توانند باعث خوردگی تجهیزات تصفیه آب شوند.

با توجه به این موارد حتی در برخی از شرکت ها و کارخانه های استاندارد کوچک و با دبی کم هم استفاده از برج گاز زدا پیشنهاد می شود. زیرا هزینه بازگشت سرمایه آن در طول مدت زمان بیشتر از هزینه های ابتدایی آن می باشد.

نحوه محاسبه رزین تبادل یونی پرولایت برای بستر مخلوط

محاسبه رزین های تبادل یونی پرولایت برای بستر مخلوط به عوامل زیر وابسته است. نوع یون های هدف: نوع رزین های تبادل یونی باید با توجه به نوع یون های هدف باید انتخاب شود. علاوه بر این، ظرفیت تبادل یونی برای حذف یون های هدف باید به اندازه کافی مناسب باشد. تعیین نسبت مخلوط رزین های سختی گیر آب باید با توجه به ظرفیت رزین های تبادل یونی، غلظت رزین های مورد استفاده تعیین شود. همچنین زمان تماس بستر خالی یا (EBCT) باید به گونه ای باشد که حذف موثر یون های هدف از آب را تضمین کند. طراحی مخزن از جمله  ارتفاع مخزن باید طوری باشد که حجم بستر مخلوط را در خود جای دهد. همچنین قطر مخزن نیز باید به گونه ای باشد که توزیع جریان آب در بستر مخلوط مناسب باشد. انتخاب تجهیزات پمپ باید به گونه ای باشد تا بتواند آب را با دبی مورد نظر از طریق بستر مخلوط هدایت کند. همچنین، کنترل کننده های سیستم تبادل یونی باید به کنترل کننده هایی مجهز باشند تا دبی جریان آب، pH آب و سایر پارامترهای مهم را کنترل کند.

انتخاب سایز بندی در رزین های بستر مخلوط

انتخاب اندازه مناسب در ذرات رزین در بستر های مخلوط مهم است. اندازه ذرات رزین بر پارامترهای مختلفی از جمله:

• ذرات رزین تبادل یونی با اندازه کوچکتر ظرفیت تبادل یونی بیشتری دارند.
• افت فشار در ذرات رزین با اندازه کوچکتر بیشتر ایجاد میشود.
• زمان تماس بستر خالی ذرات رزین با اندازه کوچکتر (EBCT) کمتر می باشد.
• هزینه ذرات رزین با اندازه کوچکتر معمولاً گران تر هستند.

انتخاب مناسب برای اندازه ذرات رزین سختی گیر به عوامل زیر بستگی دارد از جمله:

• نوع رزین تبادل یونی با اندازه های مختلف ذرات است.
• توجه داشته باشید هر چقدر کیفیت آب با سختی و (tds) بالاتر باشد باید ذرات رزین با اندازه کوچکتر استفاده شود.
• ظرفیت سیستم تصفیه آب به گونه ای است که هر چقدر ظرفیت بیشتر باشد باید ذرات رزین با اندازه بزرگتر انتخاب شوند.
• هزینه رزین سختی گیر در زمان انتخاب باید مد نظر گرفته شود. توجه داشته باشید هزینه رزین ها از برندهای مختلف مانند پرولایت، پترولایت و … می تواند متفاوت باشد. به صورت کلی قیمت رزین پرولایت سختی گیر آب با کیفیت بالاتر گران تر هستند.

در اینجا برخی از دستورالعمل های کلی برای سایز بندی در رزین های بستر مخلوط آورده شده است:

مقالات پیشنهادی: اشتباهات متداول در خرید رزین پرولایت

محاسبه رزین تبادل یونی پرولایت بر اساس تولید ناخالص آب در هر چرخه

توجه داشته باشید که نحوه محاسبه رزین تبادل یونی پرولایت بر اساس تولید ناخالص اب باید در هر چرخه موارد زیر بررسی شود. ظرفیت رزین تبادل یونی  که هر چقدر میزان آن بیشتر باشد  می تواند یون های بیشتری را از آب حذف کند و منجر به افزایش میزان تولید ناخالص آب می شود.دبی جریان آب نیز هر چقدر بیتشر باشد می تواند منجر به افزایش تولید ناخالص آب شود. علاوه بر این، کیفیت آب ورودی نیز اهمیت دارد هر چقدر آب با سختی کمتر باشد نیاز به رزین تبادل یونی کمتر است و می تواند منجر به افزایش میزان تولید ناخالص آب شود. توجه داشته باشید شرایط عملیاتی از جمله: دما، فشار، و pH می تواند منجر به افزایش میزان تولید ناخالص آب شود. با این حال، به طور متوسط برای بسترهای مخلوط با سختی آب متوسط، به ازای هر 1000 لیتر آب، حدود 1 تا 2 کیلوگرم رزین تبادل یونی مورد نیاز است.

منبع: soci.org