Et betydeligt antal processer, der forekommer i naturen og udføres i praksis, er ionbytningsprocesser. Ionbytning ligger til grund for migrationen af ​​elementer i jordbund og dyrs og planters krop. I industrien bruges det til at separere og opnå stoffer, afsalte vand, rense spildevand, koncentrere opløsninger osv. Udvekslingen af ​​ioner kan både ske i en homogen opløsning og i et heterogent system. I dette tilfælde under ionbytning forstå den heterogene proces, hvorved udvekslingen finder sted mellem ioner i opløsning og i en fast fase, kaldet ionbytter eller ionbytter... Ionbytteren absorberer ioner fra opløsningen og afgiver til gengæld de ioner, der indgår i dens struktur, til opløsningen.

3.5.1. Klassificering og fysisk-kemiske egenskaber af ionbyttere

Ionbytter sorbenter, ionbyttere disse er polyelektrolytter, som består af matricer- faste grupper af atomer eller molekyler (højmolekylære kæder) med aktive ionogene grupper atomer, der giver dens ionbytterkapacitet. Iongrupper består igen af ​​stationære ioner forbundet med matrixen af ​​kemiske interaktionskræfter og et tilsvarende antal mobile ioner med den modsatte ladning - modioner... Modioner er i stand til at bevæge sig under påvirkning af en koncentrationsgradient og kan udskiftes med ioner fra opløsning med samme ladning. I ionbytter - elektrolytopløsningen er der sammen med fordelingen af ​​udvekslingsioner også en omfordeling af opløsningsmiddelmolekyler mellem disse faser. Sammen med opløsningsmidlet kan en vis mængde koioner(ioner af samme ladningstegn med faste). Da systemets elektroneutralitet bibeholdes sammen med co-ionerne, overføres en tilsvarende mængde modioner yderligere til ionbytteren.

Afhængigt af hvilke ioner der er mobile, opdeles ionbyttere i kation- og anionbyttere.

Kationbyttere indeholder immobile anioner og udvekslingskationer, de er karakteriseret ved sure egenskaber - en mobil ion af brint eller metal. For eksempel kationbytteren R / SO 3 - H + (her er R en strukturel base med en immobil funktionel gruppe SO 3 - og en modion H +). Af typen af ​​kationer, der er indeholdt i kationbytteren, kaldes den H-kationbytteren, hvis alle dens mobile kationer kun er repræsenteret af brint, eller Na-kationbytter, Ca-kationbytter osv. De er betegnet RH, RNA, R 2 Ca, hvor R er et skelet med en fast del af den aktive gruppe af kationbytteren. Kationbyttere med immobile funktionelle grupper - SO 3 -, -PO 3 2-, -СОО -, -AsO 3 2- osv. er meget udbredt.

Anionitter indeholder immobile kationer og udvekslingsanioner, de er karakteriseret ved grundlæggende egenskaber - en mobil hydroxidion eller en ion af en syrerest. For eksempel anionbytteren R/N (CH 3) 3 + OH -, med den funktionelle gruppe -N (CH 3) 3 + og modionen OH -. Anionbytter kan være i forskellige former, som en kationbytter: OH anionbytter eller ROH, SO 4 anionbytter eller RSO 4, hvor R er et skelet med en fast del af anionbytterens aktive gruppe. De mest almindeligt anvendte anionitter med immobile grupper - +, - +, NH 3 +, NH + osv.

Afhængigt af graden af ​​dissociation af den aktive gruppe af kationbytteren og følgelig af evnen til ionbytning er kationbyttere opdelt i stærkt surt og svagt surt... Så den aktive gruppe -SO 3 H er fuldstændig dissocieret, derfor er ionbytning mulig i en lang række pH-værdier, kationbyttere, der indeholder sulfogrupper, er klassificeret som stærkt sure. Mellemstyrke kationbyttere omfatter harpikser med phosphorsyregrupper. For dibasiske grupper, der er i stand til trinvis dissociation, har kun en af ​​grupperne egenskaberne af en middelstærk syre, den anden opfører sig som en svag syre. Da denne gruppe praktisk talt ikke dissocierer i et stærkt surt medium, er det derfor tilrådeligt at bruge disse ionbyttere i et svagt surt eller alkalisk medium ved pH4. Svagt sure kationbyttere indeholder carboxylgrupper, som er lidt dissocierede selv i svagt sure opløsninger, deres arbejdsområde er ved pH5. Der er også bifunktionelle kationbyttere, der indeholder både sulfogrupper og carboxylgrupper eller sulfo- og phenolgrupper. Disse harpikser virker i stærkt sure opløsninger, og ved høj alkalitet øger de deres kapacitet dramatisk.

På samme måde som kationbyttere er anionbyttere opdelt i meget grundlæggende og lavt grundlæggende... Meget basiske anionbyttere indeholder godt dissocierede kvaternære ammonium- eller pyridinbaser som aktive grupper. Sådanne anionitter er i stand til at udveksle anioner ikke kun i sure, men også alkaliske opløsninger. Medium og lav basiske anionbyttere indeholder primære, sekundære og tertiære aminogrupper, som er svage baser, deres arbejdsområde er ved pH -8-9.

Amfotere ionbyttere bruges også - amfolytter, som omfatter funktionelle grupper med egenskaber af både syrer og baser, for eksempel organiske syregrupper i kombination med aminogrupper. Nogle ionbyttere har udover ionbytteregenskaber kompleksdannende eller redoxegenskaber. For eksempel giver ionbyttere indeholdende ioniske aminogrupper komplekser med tungmetaller, hvis dannelse forløber samtidig med ionbytning. Ionbytning kan ledsages af kompleksdannelse i væskefasen ved at justere dens pH-værdi, hvilket tillader adskillelse af ioner. Elektronionbyttere bruges i hydrometallurgi til oxidation eller reduktion af ioner i opløsninger med deres samtidige sorption fra fortyndede opløsninger.

Processen med desorption af en ion absorberet på en ionbytter kaldes eluering, i dette tilfælde regenereres ionbytteren og overføres til sin oprindelige form. Som et resultat af eluering af absorberede ioner, forudsat at ionbytteren er tilstrækkeligt "belastet", opnås eluater med en ionkoncentration på 100 gange større end i de oprindelige opløsninger.

Nogle naturlige materialer har ionbytteregenskaber: zeolitter, træ, cellulose, sulfoneret kul, tørv osv., men til praktiske formål bruges de næsten aldrig, da de ikke har en tilstrækkelig høj udvekslingskapacitet, stabilitet i de forarbejdede medier . De mest udbredte er organiske ionbyttere - syntetiske ionbytterharpikser, som er faste højmolekylære polymere forbindelser, som indeholder funktionelle grupper, der er i stand til elektrolytisk dissociation, derfor kaldes de polyelektrolytter. De syntetiseres ved polykondensation og polymerisation af monomerer indeholdende de nødvendige ioniske grupper eller ved tilsætning af ioniske grupper til individuelle enheder af en tidligere syntetiseret polymer. Polymergrupper er kemisk bundet til hinanden, syet ind i en ramme, det vil sige i et tredimensionelt tredimensionelt netværk kaldet en matrix, ved hjælp af et stof, der interagerer med dem - et brøndkarsemiddel. Divinylbenzen bruges ofte som tværbinding. Ved at justere mængden af ​​divinylbenzen kan man ændre størrelsen på harpikscellerne, hvilket gør det muligt at opnå ionbyttere, der selektivt sorberer enhver kation eller anion på grund af "sive-effekten"; ioner større end cellestørrelsen absorberes ikke af harpiksen. For at øge cellestørrelsen bruges reagenser med molekyler, der er større end vinylbenzens, for eksempel ethylenglycol og biphenoldimethacrylater. På grund af brugen af ​​telogen, stoffer, der forhindrer dannelsen af ​​lange lineære kæder, opnås en øget permeabilitet af ionbyttere. På steder, hvor kæderne er brudt, opstår der porer, på grund af dette får ionbytterne en mere mobil ramme og svulmer mere op ved kontakt med en vandig opløsning. Som telogener anvendes carbontetrachlorid, alkylbenzener, alkoholer etc. Harpikser opnået på denne måde har gel struktur eller mikroporøs. At modtage makroporøs ionbyttere tilsættes organiske opløsningsmidler til reaktionsblandingen, som er højere kulbrinter, for eksempel isooktan, alkoholer. Opløsningsmidlet opfanges af den polymeriserende masse, og efter afslutningen af ​​dannelsen af ​​rammeværket afdestilleres det, hvilket efterlader store porer i polymeren. Med hensyn til struktur er ionbyttere således opdelt i makroporøse og gel.

Makroporøse ionbyttere har bedre kinetiske udvekslingsegenskaber sammenlignet med gelé, da de har en udviklet specifik overflade på 20-130 m2 / g (i modsætning til gel, med en overflade på 5 m2 / g) og store porer - 20- 100 nm, hvilket letter den heterogene udveksling af ioner, som finder sted på overfladen af ​​porerne. Valutakursen afhænger i høj grad af kornenes porøsitet, selvom den normalt ikke påvirker deres udvekslingskapacitet. Jo større volumen og størrelse kornene er, jo hurtigere er den indre diffusion.

Gelionbytterharpikser består af homogene korn, tørre uden porer og uigennemtrængelige for ioner og molekyler. De bliver permeable efter kvældning i vand eller vandige opløsninger.

Hævelse af ionbyttere

Hævelse kaldes processen med gradvis stigning i volumenet af en ionbytter placeret i et flydende opløsningsmiddel, på grund af indtrængning af opløsningsmiddelmolekyler dybt ind i kulbrintestrukturen. Jo mere ionbytteren svulmer, jo hurtigere sker udvekslingen af ​​ioner. Hævelse Kendetegnet ved vægt hævelse- mængden af ​​absorberet vand pr. 1 g tør ionbytter, eller hævelseskoefficient- forholdet mellem de specifikke volumener af den opsvulmede ionbytter og tør. Ganske ofte kan volumen af ​​harpiks i processen med hævelse øges med 10-15 gange. Kvældningen af ​​en højmolekylær harpiks er jo større, jo lavere grad af tværbinding af de forbindelser, der danner den, er, det vil sige, jo mindre stiv er dens makromolekylære netværk. De fleste standard ionbyttere indeholder 6-10% divinylbenzen (nogle gange 20%) i copolymerer. Når langkædede midler anvendes til tværbinding i stedet for divinylbenzen, opnås velgennemtrængelige makroretikulære ionbyttere, hvorpå ionbytning forløber med høj hastighed. Ud over strukturen af ​​matrixen påvirkes hævelsen af ​​ionbytteren af ​​tilstedeværelsen af ​​hydrofile funktionelle grupper i den: jo flere hydrofile grupper, jo flere hydrofile grupper, jo mere svulmer ionbytteren. Desuden svulmer ionbyttere indeholdende enkeltladede modioner kraftigere i modsætning til dobbelt- og tredobbelt ladede.I koncentrerede opløsninger forekommer kvældning i mindre grad end i fortyndede. De fleste uorganiske ionbyttere kvælder slet ikke eller næsten ingen, selvom de absorberer vand.

Kapacitet af ionbyttere

Ionbytterkapaciteten af ​​sorbenter er karakteriseret ved deres udvekslingskapacitet afhængigt af antallet af funktionelle ionogene grupper pr. masseenhed eller volumen af ​​ionbytteren. Det udtrykkes i milliækvivalenter pr. 1 g tør ionbytter eller i ækvivalenter pr. 1 m3 ionbytter, og for de fleste industrielle ionbyttere er det i området 2-10 meq/g. Samlet byttekapacitet(POE) - den maksimale mængde ioner, der kan absorberes af ionbytteren, når den er mættet. Dette er en konstant værdi for en given ionbytter, som kan bestemmes både under statiske og dynamiske forhold.

Under statiske forhold, ved kontakt med en vis mængde elektrolytopløsning, bestemme total statisk udvekslingskapacitet(PSOE), og statisk ligevægtsudvekslingskapacitet(PCOE), som varierer afhængigt af faktorer, der påvirker ligevægten (volumen af ​​opløsningen, dens sammensætning, koncentration osv.). Ligevægt ionbytter - opløsning svarer til ligheden af ​​deres kemiske potentialer.

Under dynamiske forhold, med kontinuerlig filtrering af opløsningen gennem en vis mængde ionbytter, bestemmes det dynamisk udvekslingskapacitet- antallet af ioner absorberet af ionbytteren før gennembruddet af sorberede ioner (DOE), fuld dynamisk udvekslingskapacitet indtil den fuldstændige udvikling af ionbytteren (PDOE). Kapaciteten før gennembrud (arbejdskapacitet) bestemmes ikke kun af ionbytterens egenskaber, men afhænger også af sammensætningen af ​​den oprindelige opløsning, hastigheden af ​​dens passage gennem ionbytterlaget, af højden (længden) af ionbytterlag, graden af ​​dets regenerering og størrelsen af ​​kornene.

Arbejdskapaciteten bestemmes ud fra outputkurven i fig. 3.5.1

S 1 - arbejdsudvekslingskapacitet, S 1 + S 2 - fuld dynamisk udvekslingskapacitet.

Når eluering udføres under dynamiske forhold, har elueringskurven form af kurven vist i fig. 3.5.2

Normalt overstiger DOE 50% af PDOE for stærkt sure og stærkt basiske ionbyttere og 80% for svagt sure og svagt basiske ionbyttere. Kapaciteten af ​​stærkt sure og stærkt basiske ionbyttere forbliver praktisk talt uændret i en lang række pH-opløsninger. Kapaciteten af ​​svagt sure og svagt basiske ionbyttere afhænger i høj grad af pH.

Udnyttelsesgraden af ​​ionbytterens udvekslingskapacitet afhænger af kornenes størrelse og form. Typisk ligger kornstørrelserne i intervallet 0,5-1 mm. Formen på kornene afhænger af metoden til fremstilling af ionbytteren. De kan være sfæriske eller uregelmæssige i form. Kugleformede korn er at foretrække - de giver et bedre hydrodynamisk miljø og en hurtigere proceshastighed. Også brugt er ionbyttere med cylindriske korn, fibrøse og andre. Jo finere kornene er, desto bedre bruges ionbytterens udvekslingskapacitet, men samtidig, afhængigt af det anvendte udstyr, enten den hydrauliske modstand af sorbentlaget eller overførsel af små korn af ionbytteren af ​​opløsningen stiger. Overførsel kan undgås ved at bruge ionbyttere indeholdende et ferromagnetisk additiv. Dette giver dig mulighed for at holde det finkornede materiale i suspension i zonen - det magnetiske felt, som opløsningen bevæger sig igennem.

Ionbyttere skal have mekanisk styrke og kemisk resistens, det vil sige, at de ikke må kollapse som følge af hævelse og arbejde i vandige opløsninger. Derudover skal de let regenereres og derved bevare deres aktive egenskaber i lang tid og fungere uden at ændre sig i flere år.

Ionbytning- processen med udveksling af ioner af en fast matrix ( ionbytter ) med vandioner.

Ionbytning er en af ​​de vigtigste metoder til vandrensning fra ionisk forurening, dybvands demineralisering... Tilstedeværelsen af ​​en række forskellige ionbyttermaterialer gør det muligt at løse problemerne med at rense vand med forskellig kemisk sammensætning med høj effektivitet. Dette er den eneste metode, der gør det muligt selektivt, selektivt at udtrække nogle komponenter fra opløsningen, for eksempel hårdhedssalte, tungmetaller.

ionitter - faste uopløselige stoffer indeholdende funktionelle (ionogene) grupper, der er i stand til ionisering i opløsninger og udveksling af ioner med elektrolytter. Under ioniseringen af ​​funktionelle grupper opstår to typer ioner: nogle er stift fikseret på rammen (matrix) af R-ionbytteren, andre - med det modsatte fortegn (modioner), der er i stand til at passere ind i opløsningen i bytte for en ækvivalent mængden af ​​andre ioner af samme fortegn fra opløsningen.

Ionbyttere er opdelt efter egenskaberne af ionogene grupper i fire hovedtyper:

• amfolytter;
• selektive ionbyttere.

Af arten af ​​matrixen er de opdelt i:

• uorganiske ionbyttere;
• organiske ionbyttere.

Kationbyttere- ionbyttere med anioner eller anionbyttergrupper fastgjort på matrixen, der udveksler kationer med det ydre miljø.

Hvis kationbytteren var i hydrogen H + - form, så ekstraheres alle kationerne i vandet. Den rensede opløsning er sur.

Når en opløsning indeholdende en blanding af kationer, såsom Na, Ca, Mg, Fe (naturligt vand) bevæger sig gennem kationbytteren, dannes sorptionsfronter af hver kation i dens lag, og deres gennembrud i filtratet begynder ved en ikke-samtidig Start. Oprensning slutter, når den primære ekstraherbare eller kontrollerede ion vises i filtratet.

Anionitter- ionbyttere med kationer eller kationbyttergrupper fastgjort på matrixen, der udveksler anioner med det ydre miljø.

Hvis anionbytteren er i hydroxyl OH - - form, så leveres som regel en opløsning til rensning for anioner efter kontakt med kationbytteren i H + - form, som har en sur reaktion.

I dette tilfælde fjernes alle anioner i opløsning. Den rensede opløsning er neutral.

Når en opløsning indeholdende en blanding af anioner, såsom Cl, SO 4, PO 4, NO 3, ledes gennem anionbytteren, dannes sorptionsfronter af hver ion i dets lag, og deres gennembrud i filtratet begynder ved en ikke- samtidig start. Vandrensningen slutter, når en ekstraherbar ion vises i filtratet.

Amfolytter indeholder faste kationbytter- og anionbyttergrupper og fungerer under visse betingelser enten som en kation eller som en anion. Anvendes til behandling af teknologiske løsninger.

Selektive ionbyttere indeholder særligt udvalgte ionogene grupper, der har høj affinitet til en eller en gruppe af ioner. De kan bruges til at fjerne visse ioner fra vand, såsom bor, tungmetaller eller radionuklider.

De vigtigste egenskaber ved ionbyttere er:

• udveksling kapacitet;
• selektivitet;
• mekanisk styrke;
• osmotisk stabilitet;
• kemisk stabilitet;
• temperatur stabilitet;
• granulometrisk (fraktionel) sammensætning.

Udvekslingskapacitet

Til kvantitativ karakterisering af ionbytnings- og sorptionsegenskaberne af ionbyttere anvendes følgende værdier: total, dynamisk og arbejdsudvekslingskapacitet.

Samlet byttekapacitet(POE) bestemmes af antallet af funktionelle grupper, der er i stand til ionbytning pr. masseenhed af lufttørret eller opsvulmet ionbytter og er udtrykt i mg-ækv/g eller me-ækv/l. Det er en konstant værdi, som er angivet i passet til ionbytteren, og afhænger ikke af koncentrationen eller arten af ​​den udvekslede ion. OEU kan ændres (falde) på grund af termiske, kemiske eller strålingseffekter. Under reelle driftsforhold falder OEC over tid på grund af ældning af ionbyttermatrixen, irreversibel absorption af giftige ioner (organisk stof, jern osv.), som blokerer funktionelle grupper.

Ligevægts (statisk) udvekslingskapacitet afhænger af koncentrationen af ​​ioner i vand, pH og forholdet mellem volumenerne af ionbytteren og opløsningen under målingerne. Det er nødvendigt for at udføre beregninger af teknologiske processer.

Dynamisk udvekslingskapacitet (DOE) den vigtigste indikator i vandbehandlingsprocesser. Under reelle forhold med gentagen brug af ionbytteren i sorptions-regenereringscyklussen er udvekslingskapaciteten ikke fuldt udnyttet, men kun delvist. Udnyttelsesgraden bestemmes af regenereringsmetoden og forbruget af regenereringsmidlet, tidspunktet for kontakt mellem ionbytteren og vand og med regenereringsmidlet, koncentrationen af ​​salte, pH, design og hydrodynamik af det anvendte apparat. . Det viser figuren processen med vandrensning afslutteshytte ved en vis koncentration af den begrænsende ion, som regel længe før den fuldstændige mætning af ionbytteren. Antallet af absorberede ioner i dette tilfælde, svarende til arealet af rektangel A, refereret til volumenet af ionbytteren, vil være DOE. Antallet af absorberede ioner svarende til fuld mætning, når slip er lig med 1, svarende til summen af ​​DOE og arealet af den skraverede figur over den S-formede kurve, kaldes den totale dynamiske udvekslingskapacitet (TDC) . I typiske vandbehandlingsprocesser overstiger DOE normalt ikke 0,4-0,7 POU.

Selektivitet... Selektivitet forstås som evnen til selektivt at adsorbere ioner fra opløsninger med kompleks sammensætning. Selektivitet bestemmes af typen af ​​ionogene grupper, antallet af tværbindinger af ionbyttermatrixen, porestørrelsen og opløsningens sammensætning. For de fleste ionbyttere er selektiviteten lav, dog er der udviklet specielle prøver, som har en høj evne til at udvinde visse ioner.

Mekanisk styrke viser ionbytterens evne til at modstå mekanisk belastning. Ionbyttere testes for slid i specielle møller eller ved vægten af ​​belastningen, der ødelægger et vist antal partikler. Alle polymerisations-ionbyttere har høj styrke. For polykondensering er den væsentligt lavere. En stigning i graden af ​​tværbinding af polymeren øger dens styrke, men forringer ionbytningshastigheden.

Osmotisk stabilitet... Den største ødelæggelse af ionbytterpartikler sker, når karakteristikaene for det miljø, de befinder sig i, ændres. Da alle ionbyttere er strukturerede geler, afhænger deres volumen af ​​saltindholdet, mediets pH og ionbytterens ionform. Når disse egenskaber ændres, ændres kornvolumen. På grund af den osmotiske effekt er kornvolumenet i koncentrerede opløsninger mindre end i fortyndede. Denne ændring sker dog ikke samtidigt, men da koncentrationerne af den "nye" opløsning udligner sig over kornvolumenet. Derfor trækker det ydre lag sig sammen eller udvider sig hurtigere end partiklens kerne; store indre spændinger opstår og det øverste lag spaltes af eller hele kornet spaltes. Dette fænomen kaldes "osmotisk shock". Hver ionbytter er i stand til at modstå et vist antal cyklusser af sådanne ændringer i miljøets karakteristika. Dette kaldes dets osmotiske styrke eller stabilitet. Den største ændring i volumen sker i svagt sure kationbyttere. Tilstedeværelsen af ​​makroporer i strukturen af ​​ionbytterkornene øger dens arbejdsflade, accelererer hævelse og gør det muligt at "ånde" i individuelle lag. Derfor er stærkt sure kationitter med makroporøs struktur de mest osmotisk stabile, og svagt sure kationitter er de mindst stabile. Osmotisk stabilitet er defineret som antallet af fuldkorn, refereret til deres samlede startantal, efter gentagen (150 gange) behandling af ionbytteren indvejet skiftevis i en syre- og alkaliopløsning med mellemvask med demineraliseret vand.

Kemisk stabilitet... Alle ionbyttere har en vis modstand mod opløsninger af syrer, baser og oxidationsmidler. Alle polymerisation ionbyttere har større kemisk modstand end polykondensations. Kationbyttere er mere stabile end anionbyttere. Blandt anionitter er svagt basiske mere modstandsdygtige over for virkningen af ​​syrer, baser og oxidanter end stærkt basiske.

Temperaturmodstand kationbyttere er højere end anionbyttere. Svagt sure kationbyttere er effektive ved temperaturer op til 130 ° С, stærkt sure type KU-2-8 - op til 100–120 ° С, og de fleste anionbyttere - ikke højere end 60, maksimalt 80 ° С. I dette tilfælde, som regel Н- eller
OH-former af ionbyttere er mindre stabile end salt.

Brøksammensætning. Syntetiske ionbyttere af polymerisationstypen fremstilles i form af sfæriske partikler med en størrelse fra 0,3 til 2,0 mm. Polykondensations-ionbyttere fremstilles i form af knuste partikler af uregelmæssig form med en størrelse på 0,4-2,0 mm. Standard-ionbyttere af polymerisationstypen har en størrelse på 0,3 til 1,2 mm. Den gennemsnitlige størrelse af polymerisationsionbyttere er fra 0,5 til 0,7 mm (fig.). Heterogenitetskoefficienten er ikke mere end 1,9. Dette giver en acceptabel hydraulisk modstand af laget. Til processer, hvor ionbyttere blev brugt i et fluidiseret leje, blev de i USSR produceret i form af 2 størrelsesklasser: klasse A med en størrelse på 0,6-2,0 mm og klasse B med en størrelse på 0,3-1,2 mm.

I udlandet producerer de ved hjælp af specielle teknologier ionbyttere af den monosfæriske type Purofine, Amberjet, Marat h on, med partikler med en meget lille spredning af størrelser: 0,35 ± 0,05; 0,5 ± 0,05; 0,6 ± 0,05 (fig.). Sådanne ionbyttere har en højere udvekslingskapacitet, osmotisk og mekanisk stabilitet. Lagene af monosfæriske ionbyttere har en lavere hydraulisk modstand, de blandede lag af sådanne kation- og anionbyttere er meget bedre adskilt.

-en	b

Ris. Partikelstørrelsesfordelingskurver for standard ( 1 ) og monosfærisk ( 2 ) ionbyttere ( -en) og fotografier af sådanne ionbyttere ( b)

formålet med arbejdet- at bestemme en af ​​de vigtigste fysisk-kemiske egenskaber ved ionbytteren - den totale dynamiske udvekslingskapacitet (PDOE).

Essensen af ​​arbejdet... Det maksimale antal ioner, der kan absorberes af en ionbytter, bestemmer dens samlede udvekslingskapacitet. Det svarer til koncentrationen af ​​ioniske grupper. Kapaciteten er udtrykt ved antallet af millimolækvivalenter af den udvekslede ion pr. 1 g tør (mmol ækv. / g) eller 1 ml opsvulmet ionbytter (mmol ækv. / ml) ved pH-værdier, der svarer til dens fuldstændige ionisering. Bestemmelsen af ​​ionbytteres kapacitet udføres under statiske eller dynamiske forhold (i en ionbytterkolonne).

Kapaciteten af ​​ionbyttere under dynamiske forhold bestemmes af outputkurverne, der er plottet i koordinaterne "Koncentration af den udvekslede ion ved udgangen fra søjlen - eluatets volumen". De bruges til at finde den totale dynamiske udvekslingskapacitet (PDOE) og den dynamiske udvekslingskapacitet før gennembrud (DOE), som viser mængden af ​​absorberede ioner før deres optræden i eluatet (gennembrud).

I laboratoriearbejde er det nødvendigt at bestemme PDOE for den stærkt sure kationbytter KU-2 ved kobber (II). Til dette, en løsning af CuSO 4 løbende føres gennem en søjle fyldt med KU-2 kationbytter i H+-form, og separate portioner af den resulterende opløsning opsamles ( eluere) i målekolber til efterfølgende bestemmelse af koncentrationen af ​​Cu 2+ i hver af dem.

Når en CuSO 4-opløsning ledes gennem ionbytterlaget, sker ionbytterreaktionen:

2 R – SO 3 H + CuSO 4 Û (R – SO 3) 2 Cu + H 2 SO 4.

I de første portioner af eluatet bør Cu 2+ ioner være fraværende, da ionbytterlaget gradvist vil blive mættet med disse ioner, efterhånden som opløsningen passerer igennem. Så kommer glide ioner af Cu 2+ ind i eluatet, hvorefter koncentrationen af ​​Cu 2+ ved udgangen fra søjlen vil stige, indtil den bliver lig med koncentrationen af ​​Cu 2+ ved indgangen til søjlen, hvilket indikerer fuld mætning lag af ionbytter.

Analyse af eluatet for indhold af Cu 2+ ioner udføres fotometrisk. Bestemmelsen er baseret på dannelsen af ​​kobber (II) ammoniak, som har en intens blå farve:

Cu 2+ + 4NH3 ↔ 2+.

Den maksimale lysabsorption af denne forbindelse svarer til λ = 620 nm. For at finde den ukendte koncentration anvendes kalibreringskurvemetoden.

Udstyr, fade, reagenser: søjle med sulfonisk kationbytter KU-2 i hydrogenform; fotoelektrisk kolorimeter; kuvetter ( l= 3 cm); en flaske Mariotte til ensartet tilførsel af opløsningen i kolonnen; briller; målekolber med en kapacitet på 25,0 ml (3 stk.) og 50,0 ml (6 stk.); graduerede pipetter; målecylinder med en kapacitet på 25 ml, 0,1 N. standard CuSO 4 opløsning; 3 n. HCl opløsning; reagenser til påvisning af Cu 2+; 5 % vandig NH3-opløsning; universal indikator papir.

Færdiggørelse af arbejdet

1. Klargøring af ionbytteren til arbejde... Arbejdet anvender en på forhånd forberedt søjle med en kationbytter, hvis vægt skal kontrolleres med læreren.

Først og fremmest er det nødvendigt at omdanne kationbytteren til hydrogenformen. Til dette ledes 80-100 ml 3 N HCl gennem søjlen. opløsning af HCl, kontrol af filtratet for indholdet af Cu (II). Som analytiske reagenser til påvisning af kobber (II) kan du bruge en opløsning af NaOH eller KOH ( dannes et blåt bundfald Cu (OH) 2), vandig opløsning NH 3 ( der dannes et ammoniakkompleks af kobber (II) med en intens blå farve) og osv.

I fravær af Cu(II)-kationer i filtratet vaskes kationbytteren i søjlen med destilleret vand, indtil den er neutral. I denne form anses ionbytteren for at være klar til arbejde.

2. Udførelse af ionbytning under dynamiske forhold... En CuS04-opløsning hældes i en Mariotte-flaske fastgjort til toppen af ​​søjlen. Derefter begynder de at føre det gennem kationbytterlaget, idet de opretholder en konstant (~ 1 ml/min) filtreringshastighed og justerer den ved udløbet med en skrueklemme. Ved udførelse af arbejde er det nødvendigt at sikre, at opløsningsniveauet i kolonnen holdes konstant. Filtratet opsamles i separate portioner i målekolber med en kapacitet på 25,0 ml og i hver af dem koncentrationen af ​​Cu(II)( se nedenunder).

Passering af CuS04-opløsningen gennem kationbytterharpiksen standses, når indholdet af den mættende Cu(II)-ion i de sidste to prøver forbliver konstant.

3. Analyse.

§ Opbygning af en kalibreringsgraf... Alikvoter af standard 0,1 N. CuS04-opløsning (1,00; 2,50; 4,00; 5,00; 6,00 ml) anbringes i målekolber med en kapacitet på 50,0 ml, 25 ml 5% ammoniakopløsning tilsættes til hver kolbe og destilleret vand op til mærket. I en målekolbe med samme kapacitet fremstilles en referenceopløsning indeholdende 25 ml ammoniakopløsning.

Lysabsorption måles ( EN) af en af ​​de forberedte opløsninger i en kuvette med en lagtykkelse på 3 cm med alle lysfiltre og i henhold til afhængigheden EN = f(λ) udføre valget af lysfilteret.

Mål derefter lysabsorptionen af ​​alle standardløsninger med det valgte lysfilter. Måleresultaterne behandles efter mindste kvadraters metode, helst ved hjælp af en pc, og en kalibreringsgraf plottes i koordinater EN – MED, mmol ækv/ml.

§ Filtratanalyse... Hver opsamlet portion af eluatet (25,0 ml) overføres kvantitativt til en målekolbe med en kapacitet på 50,0 ml og fortyndes til mærket med 5 % ammoniakopløsning. Lysabsorptionen måles i forhold til referenceopløsningen og koncentrationen af ​​Cu (II) i opløsningen findes ud fra kalibreringsgrafen.

Hvis den målte værdi EN≥ 0,6, derefter anbringes en alikvot af denne opløsning (10,0 ml) i en målekolbe med en kapacitet på 50,0 ml, 20 ml 5% NH4OH-opløsning tilsættes og fortyndes med destilleret vand til mærket. Den resulterende opløsning er fotometrisk. Ved beregning af koncentrationen af ​​kobber (II) i hver portion af eluatet skal den udførte fortynding tages i betragtning.

4. Behandling af de modtagne data.

4.1. Beregning af PDOE:

Ifølge den målte værdi af lysabsorption ( EN) for hver af opløsningerne bestemmes koncentrationen af ​​Cu(II)-ioner ved hjælp af en kalibreringsgraf;

· I henhold til ækvivalentloven beregnes koncentrationen af ​​Cu(II)-ioner i alle dele af eluatet (25 ml), idet der tages hensyn til alle tidligere foretagede fortyndinger;

Beregn den kemiske mængde af Cu(II)-ioner (mmol ækv.) i det totale volumen savnet opløsning ifølge formlen

hvor V(Cu2+) = 25 ml - volumenet af en portion af eluatet; s- antallet af serveringer.

Beregn den kemiske mængde af Cu(II)-ioner (mmol ækv.) i alle dele af eluatet i henhold til formlen

hvor C i(1/2 Cu 2+) - kobberkoncentration i jeg del af eluatet.

Ved forskellen, find antallet af mmol ækv. Cu (II) absorberet af ionbytteren:

Værdien af ​​den dynamiske udvekslingskapacitet af ionbytteren (PDOE) beregnes ved hjælp af formlen

I nogle tilfælde beregnes derudover DOE efter instruktion af læreren.

4.2. Plotning af en outputkurve... Baseret på de opnåede data plottes en outputkurve, som plotter volumenet af eluatet (ml) fra begyndelsen af ​​eksperimentet langs abscisseaksen og koncentrationen af ​​kobber (II) i hver del af eluatet (mmol ækv. / l) langs ordinataksen.

Vandblødgøring udføres ved metoder: termisk, baseret på vandopvarmning, dets destillation eller frysning; reagens, hvori Ca(II)- og Mg(II)-ionerne i vand er bundet af forskellige reagenser til dannelse af praktisk talt uopløselige forbindelser; ionbytning baseret på filtrering af blødgjort vand gennem specielle materialer, der udskifter Na(I)- eller H(I)-ioner i deres sammensætning med Ca(II)- og Mg(II)-ioner indeholdt i vandet; dialyse; kombineret, hvilket repræsenterer forskellige kombinationer af de anførte metoder.

Det er kendt, at den vigtigste egenskab ved ferskvand er dets hårdhed. Hårdhed forstås som antallet af milligramækvivalenter af calcium- eller magnesiumioner i 1 liter vand. 1 mg-ækvivalent / l hårdhed svarer til indholdet af 20,04 mg Ca2+ eller 12,16 mg Mg2+. I henhold til hårdhedsgraden er drikkevand opdelt i meget blødt (0-1,5 mg-ækv / l), blødt (1,5-3 mg-ækvivalent / l), medium hårdhed (3-6 mg-ækvivalent / l), hård (6-9 mg-ækv/l) ​​og meget hård (mere end 9 mg-ækvivalent/l). Vand med en hårdhed på 1,6–3,0 mg-ækvivalenter/l har de bedste smagsegenskaber, og ifølge SanPiN 2.1.4.1116–02 bør fysiologisk højkvalitetsvand indeholde hårdhedssalte i et niveau på 1,5–7 mg-ækvivalenter / l. Men med vandhårdhed over 4,5 mg-eq / l sker der en intensiv ophobning af sediment i vandforsyningssystemet og på VVS, og driften af ​​husholdningsapparater forstyrres. Normalt udføres blødgøring til en resterende hårdhed på 1,0-1,5 mg-eq / l, hvilket svarer til udenlandske standarder for drift af husholdningsapparater. Vand med en hårdhed under 0,5 mg-eq / l er ætsende for rør og kedler, er i stand til at udvaske aflejringer i rør, der akkumuleres under lang stagnation af vand i vandforsyningssystemet. Dette giver anledning til en ubehagelig lugt og smag i vandet.

Vandblødgøring udføres ved metoder: termisk, baseret på vandopvarmning, dets destillation eller frysning; reagens, hvori Ca(II)- og Mg(II)-ionerne i vand er bundet af forskellige reagenser til dannelse af praktisk talt uopløselige forbindelser; ionbytning baseret på filtrering af blødgjort vand gennem specielle materialer, der udskifter Na(I)- eller H(I)-ioner i deres sammensætning med Ca(II)- og Mg(II)-ioner indeholdt i vandet; dialyse; kombineret, hvilket repræsenterer forskellige kombinationer af de anførte metoder.

Valget af blødgøringsmetode bestemmes af vandkvaliteten, den nødvendige blødgøringsdybde og de tekniske og økonomiske overvejelser, der er præsenteret i nedenstående tabel.

Vandblødgøring ved kationisering er baseret på fænomenet ionbytning, hvis essens er ionbyttermaterialers eller ionbytteres evne til at absorbere positive ioner fra vand i bytte for en tilsvarende mængde kationbytterioner. Hver kationbytter har en vis udvekslingskapacitet, som udtrykkes i antallet af kationer, som kationbytteren kan udveksle under filtreringscyklussen. Kationbytterens udvekslingskapacitet måles i gramækvivalenter af tilbageholdte kationer pr. 1m3 af kationbytteren i opsvulmet (fungerende) tilstand efter at have været i vand, dvs. i den tilstand, hvori kationbytteren er i filtratet. Skelne mellem fuld og fungerende udvekslingskapacitet af kationbytteren. Den samlede udvekslingskapacitet er mængden af ​​calcium- og magnesiumkationer, der kan holde 1 m3 af kationbytteren i driftstilstand, indtil hårdheden af ​​filtratet er lig med kildevandets hårdhed. Kationbytterens arbejdsudvekslingskapacitet er mængden af ​​Ca + 2 og Mg + 2 kationer, som tilbageholder 1m3 af kationbytteren indtil tidspunktet for "gennembrud" i filtratet af hårdhedssaltkationer. Udvekslingskapaciteten, refereret til hele volumen af ​​kationbytteren indlæst i filteret, kaldes absorptionskapaciteten.

Når vand ledes fra top til bund gennem et lag af kationbytter, blødgøres det og ender i en vis dybde. Kationbytterlaget, der blødgør vandet, kaldes arbejdslaget eller blødgøringszonen. Ved yderligere filtrering af vand udtømmes de øverste lag af kationbytteren og mister deres udvekslingskapacitet. De nederste lag af kationbytteren går ind i ionbytningen, og blødgøringszonen falder gradvist. Efter et stykke tid observeres tre zoner: arbejdende, udtømt og frisk kationbytter. Filtratets hårdhed vil være konstant indtil det øjeblik, hvor den nedre grænse af blødgøringszonen falder sammen med det nederste lag af kationbytteren. I kombinationsøjeblikket begynder "gennembruddet" af Ca + 2 og Mg + 2 kationer og en stigning i den resterende hårdhed, indtil den bliver lig med hårdheden af ​​det indledende vand, hvilket indikerer den fuldstændige udtømning af kationbytteren. Arbejdsudvekslingskapaciteten for filteret Ер g ÷ eq / m3 kan udtrykkes som følger: Ер = QЖi; Ep = ep Vk.

Volumenet af kationbytteren indlæst i filteret i en opsvulmet tilstand er Vk = ahk.

Formel til bestemmelse af kationbytterens arbejdsudvekslingskapacitet, g ÷ eq / m3: ep = QLi / ahk; hvor Zhi er hårdheden af ​​kildevandet, g ÷ eq / m3; Q er mængden af ​​blødgjort vand, m3; a - areal af kationbytterfilteret, m2; hk er højden af ​​kationitlaget, m.

Efter at have udpeget vandfiltreringshastigheden i kationbytterfilteret vk, kan mængden af ​​blødgjort vand findes ved formlen: Q = vk aTk = erahk / Zh; hvorfra varigheden af ​​kationbytterfilteret (inter-regenereringsperiode) findes ved formlen: Tk = erhk / vk Zhi.

Ved udtømning af kationbytterens arbejdsudvekslingskapacitet udsættes den for regenerering, dvs. genoprettelse af udvekslingskapaciteten af ​​en udtømt ionbytter ved at passere en opløsning af natriumchlorid.

I teknologien til blødgøring af vand anvendes ionbytterharpikser i vid udstrækning, som er specielt syntetiserede polymere vanduopløselige stoffer, der indeholder ionogene sure grupper i deres struktur - SO3Na (stærkt sure kationbyttere). Ionbytterharpikser er klassificeret i heteroporøse, makroporøse og isoporøse. Divinylbenzen-baserede heteroporøse harpikser er kendetegnet ved en heterogen gel-lignende struktur og små porestørrelser. Makroporøse har en svampet struktur og porer af overmolekylær størrelse. Isoporøse har en homogen struktur og er fuldstændig sammensat af harpiks, derfor er deres udvekslingskapacitet højere end tidligere harpikser. Kvaliteten af ​​kationbyttere er kendetegnet ved deres fysiske egenskaber, kemiske og termiske stabilitet, arbejdsudvekslingskapacitet osv. Kationbytternes fysiske egenskaber afhænger af deres fraktionelle sammensætning, mekaniske styrke og bulkdensitet (kvældning). Fraktionel (eller korn) sammensætning karakteriserer de operationelle egenskaber af kationbyttere. Det bestemmes ved sigteanalyse. Dette tager højde for den gennemsnitlige kornstørrelse, graden af ​​homogenitet og mængden af ​​støvpartikler, der er ubrugelige.

En finkornet kationbytter med en mere udviklet overflade har en lidt højere udvekslingskapacitet end en grovkornet. Men med et fald i kationharpikskornene stiger den hydrauliske modstand og strømforbruget til vandfiltrering. Den optimale størrelse af kationharpikskornene, baseret på disse overvejelser, er taget i området 0,3 ... 1,5 mm. Det anbefales at bruge kationbyttere med heterogenitetskoefficient Кн = 2.

Her er kendetegnene for nogle kationbyttere. Blandt de meget sure kationbyttere fra indenlandsk produktion, godkendt til brug til, kan man udpege KU-2-8chS. Det opnås ved at sulfonere granulær styrencopolymer med 8% divinylbenzen. KU-2-8chS i struktur og egenskaber er tæt på følgende udenlandske sulfoniske kationbyttere af særlig renhed: Amberlight IRN-77 (USA), Zerolite 325 NG (England), Dowex HCR-SN (USA), Duolite ARC-351 ( Frankrig), vofatitou RH (Tyskland). I udseende - sfæriske korn fra gul til brun, 0,4-1,25 mm i størrelse, specifik volumen ikke overstiger 2,7 cm3 / g. Fuld statisk udvekslingskapacitet er ikke mindre end 1,8 g-eq/l, min, dynamisk udvekslingskapacitet med fuld regenerering er ikke mindre end 1,6 g-eq/l.

På nuværende tidspunkt er stærke sure kationbyttere fra firmaet Purolyte meget udbredt: C100, C100E, C120E (analoger af husholdningsharpikser KU-2-8, KU-2-8chS). Der anvendes ionbytterharpiks fra firmaet Purolyte S100E Ag (bytningskapacitet 1,9 g-eq/l, rumvægt 800–840 g/l), som er en sølvholdig kationbytter til vandblødgøring med bakteriedræbende effekt. Der er en indenlandsk analog af KU-23S - en makroporøs kationbytter med bakteriedræbende virkning (statisk udvekslingskapacitet 1,25 g-ækvivalent / l, bulkdensitet 830-930 g / l).

Den bruges til at blødgøre drikkevand både i industrien og i hverdagen kationbytter Purofine С100ЕF - den har en række fordele i forhold til konventionelle vandblødgørende harpikser. Den har en meget højere arbejdskapacitet ved normale flowhastigheder, øget arbejdskapacitet ved høje flowhastigheder, med varierende og intermitterende flow. Den mindste samlede udvekslingskapacitet er 2,0 g-eq/l. Det særlige ved C100ЕF kationbytteren er, at den kræver en mindre volumen og mængde af regenereringsmiddel (NaCl).

Stærkt sur kationbytter IONAC / C 249 bruges til blødgøring af vand til husholdnings- og kommunalt brug. Udskiftningskapacitet 1,9 g-ækvivalent / l.

Vandblødgøring ved natrium-kationbyttermetoden på de angivne harpikser (vandets hårdhed falder med et-trins natrium-kationisering til 0,05 ... 0,1, med to-trins - op til 0,01 mg-ækv/l) ​​er beskrevet af følgende udvekslingsreaktioner:
(se den trykte version)

Efter udtømning af kationbytterens arbejdsudvekslingskapacitet mister den sin evne til at blødgøre vand og skal regenereres. Processen med vandblødgøring på kationbytterfiltre består af følgende sekventielle operationer: vandfiltrering gennem et lag af kationbytterharpiks, indtil den maksimalt tilladte hårdhed i filtratet er nået (filtreringshastighed inden for 10 ... 25 m/h); løsning af kationbytterlaget med en stigende strøm af blødgjort vand, brugt regenereringsvand eller vaskevand (flowhastighed 3 ... 4 l / (cm2); nedstigning af en vandpude for at undgå fortynding af regenereringsopløsningen; regenerering af kationen veksler ved at filtrere en passende opløsning (filtreringshastighed 8 ... 10 Regenerering tager normalt omkring 2 timer, heraf 10 ... 15 til løsning, 25 ... 40 til filtrering af regenereringsopløsningen og 30 ... 60 minutter til vask.

Regenereringsprocessen beskrives ved reaktionen:
(se den trykte version)

I praksis er de begrænset til en enkelt passage af salt, når hårdheden af ​​blødgjort vand er op til 0,20 mg-ækvivalenter / l, eller to gange - ved en hårdhed på mindre end 0,05 mg-ækvivalenter / l.

C.O.K. N 10 | 2002
Kategori: SANITERING OG VANDFORSYNING
Lavrushina Yu.A., Ph.D., leder af det uafhængige akkrediterede testlaboratorium for analyse

På forhånd tak for dit svar.

C100E er en meget sur gel-type kationbytterharpiks med høj udvekslingskapacitet, kemisk og fysisk stabilitet og fremragende ydeevne. С100Е tilbageholder effektivt suspenderede partikler og fjerner også i sur (H+) form jern- og manganioner.

Den høje udvekslingskapacitet gør det muligt at opnå vand med en total hårdhed i størrelsesordenen 0,05 meq/l, og den fremragende ionbytterkinetik - for at opnå høje strømningshastigheder. Når C100E anvendes, overstiger gennembruddet af ioner, der bestemmer vandets hårdhed under normale driftsforhold, som udgangspunkt ikke 1 % af kildevandets samlede hårdhed. I dette tilfælde ændres udvekslingskapaciteten af ​​harpiksen praktisk talt ikke, forudsat at andelen af ​​monovalente ioner ikke overstiger 25%.

С100Е er uopløseligt i opløsninger af syrer og baser og i alle gængse organiske opløsningsmidler. Tilstedeværelsen af ​​resterende oxidanter i vandet (f.eks. frit klor eller hypokloritioner) kan føre til et fald i den mekaniske styrke af kationbytterharpikspartiklerne. C100E er termisk stabil op til en temperatur på 150 ° C, men ved høje temperaturer falder udvekslingskapaciteten af ​​kationbytterharpiksen i den sure (H +) form.

specifikationer

Fysiske egenskaber
	gennemsigtige sfæriske partikler af gullig farve
Leveringsform
Bulkvægt, g/cm3
Vægtfylde, g/cm3
Ensartethedskoefficient
Granulatstørrelse, mm (maske)
Udvekslingskapacitet, g-eq / l
Hævelse Na + → H +, max, %
Kvældningskapacitet Ca 2+ → Na +, max, %
Vilkår for brug
	6 - 10 (Na-form)
Maksimal driftstemperatur, оС
Laghøjde cm (tommer)
Arbejdsflowhastighed, harpiksvolumen / time
Udvidelse af laget i tilbageskylningstilstand, %
Koncentration af NaCl-opløsning, %
Saltforbrug til regenerering, gr. NaCl/l harpiks

EN KORT BESKRIVELSE AF
ledig plads over download - 50 %
kornstørrelse 0,6 mm til 90 %
Bulkvægt 820gr/l
Vandindhold (fugt) 42-48 %
Samlet kapacitet op til 2 g eq/l
arbejdstemperatur fra 4 - 120 0 С
pH af vand 0 - 14
overgang af Na-ioner til Н - 8 %
laghøjde fra 0,8 - 2m
servicehastighed fra 5 - 40m/time
specifik service sats 20OZ / time
tilbageskylningshastighed ved 20 C fra 10 - 12 m/t
volumen vand til tilbageskylning med en ny belastning 20OZ
tilbageskylningsvandmængde 4ОЗ
volumen vand til langsom vask af salt 4ОЗ
saltforbrug under regenerering pr. 1 liter belastning - 150g
resterende hårdhed - 0,5 mg eq / l
specifikt tryktab i kPa m 2 læssehøjde - 1
tryktab på 11mbar ved 4°C pr. 1m læssehøjde
regenereringshastighed - 5m / time
hastighed ved vask af salt med vand - 5m / time

BETINGELSER FOR ANVENDELSE
fravær af oxideret jern (Fe 3+) i vand
mangel på opløst ilt i vand
mangel på organisk stof i vand
fravær af oxidationsmidler i vandet
efter natriumblødgøring vil den totale alkalinitet og tørre rester øges.
stærke oxidanter såsom salpetersyre kan forårsage voldsomme reaktioner
suspenderede faste stoffer i fødevand op til 8 mg/l
farve på kildevand op til 30 0 С
turbiditet af kildevand op til 6 mg / l
total råvands hårdhed op til 15 mg eq/l

Nedenfor er metoderne til beregning af udvekslingskapaciteten og andre parametre for kationbytteren.

Kationbytterens arbejdsudvekslingskapacitet E f g ÷ eq / m3 kan udtrykkes med følgende formel:

Ef = Q x W; Ep = ep x Vk.

Volumenet af kationbytteren indlæst i filteret i en opsvulmet tilstand er udtrykt ved formlen:

Formel til bestemmelse af kationbytterens arbejdsudvekslingskapacitet ep, g ÷ eq / m 3:

ep = Q x W / S x h;

hvor W er hårdheden af ​​kildevandet, g ÷ eq / m3; Q er mængden af ​​blødgjort vand, m 2; S er arealet af kationbytterfilteret, m 2; h er højden af ​​kationitlaget, m.

Efter at have udpeget vandets bevægelseshastighed i kationbytterharpiksen som v k, kan mængden af ​​blødgjort vand Q findes ved følgende formel:

Q = v k x S x Tk = ep x S x h / Ж;

hvorfra det er muligt at beregne varigheden af ​​kationfilteret Tk:

Tk = ep x h / v k x J.

Beregningen af ​​kationbytterens udvekslingskapacitet kan også udføres i henhold til de korrelerede grafer.

Baseret på omtrentlige praktiske data vil dit filter ikke være i stand til at rense mere end 1500 liter. vand. For mere nøjagtige beregninger skal du kende mængden (volumen) af harpiks i dit filter og arbejdsudvekslingskapaciteten af ​​din harpiks (for kationbytterharpikser varierer arbejdskapaciteten fra 600 til 1500 meq / l). Når du kender disse data, kan du nemt beregne den nøjagtige mængde af blødgjort vand i henhold til dine formler.