سختی گیر رزینی
سختی گیر رزینی به تجهیزی اطلاق می شود که برای حذف سختی موقت آب و جلوگیری از ایجاد رسوب مورد استفاده قرار می گیرد.
در یک تعریف بسیار ساده آب سخت به آبی اطلاق می شود که املاح معدنی موجود در آن بیشتر از میزان معمول باشد. سختی آب معمولا بر حسب واحد میلی اکی والان یا میلی گرم بر لیتر(ppm) اندازه گیری و گزارش می شود.
انواع سختی
- سختی موقت ( Temporary Hardness ) یا کربناتی :
سختی موقت یا کربناتی ناشی از وجود بیکربنات کلسیم و منیزیم است که عمدتا در اثر حرارت یا افزایش pH کاهش می یابد. به عبارت دیگر در این حالت یونهای کرینات از حالت محلول خارج شده و در سیستم رسوب می کنند.
- سختی دائم (permanent Hardness) یا غیر کربناتی :
نوع دیگری از سختی، سختی غیر کربناتی است که در آن ،آنیونهایی نظیر سولفات، کلراید، نیترات و …. با یونهای کلسیم و منیزیم ترکیب می شوند. این نمک ها بر اثر حرارت تجزیه نمی شوند و بصورت محلول در آب باقی می مانند.
- سختی کل ( Total Hardness) :
به مجموع سختی دائم و سختی موقت سختی کل گفته می شود.
باید توجه داشته که عامل تشکیل رسوب در تاسیسات حرارتی و برودتی سختی کربناتی است و به همین دلیل این پارامتر بیشتر مورد توجه قرار می گیرد.
برای اندازه گیری سختی آب طبقه بندی کیفی ثابتی وجود ندارد ولی محدوده های زیر محدوده های متداولی برای دسته بندی آب هستند.
آب نرم: سختی کمتر از ۵۰ میلیگرم بر لیتر کربنات کلسیم
آب نسبتا سخت: سختی بین ۵۰ تا ۱۵۰ میلیگرم بر لیتر کربنات کلسیم
آب سخت: سختی بین ۱۵۰ تا ۳۰۰ میلیگرم بر لیتر کربنات کلسیم
آب خیلی سخت: سختی بیشتر از ۳۰۰ میلیگرم بر لیتر کربنات کلسیم
اصولا عملیات سختی گیری برای آبهایی با سختی بالاتر از ۱۰۰ میلیگرم بر لیتر مورد استفاده قرار می گیرد. البته نباید به این اعداد بصورت مطلق نگاه شود و الزامات فرآیندی میزان سختی مجاز را مشخص می کنند.
اهمیت حذف سختی موقت
کاربرد اصلی سختی گیرهای رزینی در دیگهای بخار، مبدلهای حرارتی، برجهای خنک کن و سیستمهای سرمایشی است.
در مصارف صنعتی سختی آب موجب انسداد لوله ها در سیستمهای پایپینگ و بویلر ها و سیستمهای خنک کاری و در نتیجه کاهش دبی جریان و کاهش انتقال حرارت می شود که این موضوع باعث افزایش هزینه های انرژی و همچنین افزایش هزینه های نگهداری و تعمیرات می شود.
همچنین در آبهای سخت انحلال صابونها و مواد پاک کننده در آب به راحتی انجام نمی شود و در نتیجه راندمان شستشو کاهش می یابد.
دلایل تشکیل رسوب
از عوامل مهم در تشکیل رسوب می توان به موارد زیر اشاره کرد:
با افزایش دما حلالیت یون کربنات کاهش یافته و منجر به تشکیل رسوب کربنات کلسیم (CaCO3) و کربنات منیزیم (MgCo3) می شود.هم چنین در اثر افزایش قلیائیت حلالیت یونهای کربنات در آب کم شده و این یونها رسوب خواهند کرد.
مزایای استفاده از سختی گیر های رزینی :
همانطور که اشاره شد سختی گیر ها کاربرد های فراوانی در صنایع مختلف دارند و از اصلی ترین دلایل سختی گیری آب می توان موارد زیر را نام برد:
- آب سخت در صنایع نساجی و رنگرزی باعث افت کیفیت رنگ می شود.
- به دلیل وجود یونهای کلسیم و منیزیم در آب سخت قدرت شویندگی مواد صابونی کاهش می یابد.
- ایجاد رسوب در بویلر ها و خنک کننده ها و سایر تجهیزات حرارتی باعث کاهش سطح عبور سیال شده و در نتیجه راندمان این تجهیزات را به شدت کم می کند.
- سختی بیش از حد مجاز آب باعث آسیب به سلامتی انسان می شود و مشکلاتی از قبیل سنگ کلیه و مثانه و… را ایجاد می کند.
- ایجاد رسوب در بویلر ها باعث کاهش قدرت انتقال حرارت و افت راندمان و در نتیجه افزایش مصرف سوخت می شود.
- سختی بیش از حد آب باعث شوری ، مزه بد و غیر قابل شرب بودن آن می گردد.
سختی گیر رزینی
سختی گیرهای رزینی بر اساس جایگزینی یون های کلسیم و منیزیم موجود در آب سخت با یونهای سدیم موجود در رزین عمل می کنند. این رزین ها باید به طور متناوب احیا (Regeneration) شوند تا مجددا کارآیی مورد نظر را داشته باشند. این کار با عبور دادن آب نمک، یا اسید از روی بستر رزین صورت می گیرد. بطور معمول در مصارف متداول به دلیل سهولت بهره برداری از رزین های سیکل سدیم استفاده می شود.
سختی گیر های رزینی به کمک رزین های تبادل یونی ، سختی آب را حذف کرده و آبی نرم تولید می کنند .رزین های تبادل یونی پلیمر هایی از جنس پلی استایرن یا دی وینیل بنزن هستند که گروه های عاملی باردار به آنها متصل شده اند رزین ها دارای ساختار شبکه ای و متخلخل بوده و از نظر بار الکتریکی خنثی هستند. متداول ترین رزین مورد استفاده در سختی گیر های رزینی رزین پرولایت C100E یا رزین پرولایت C100 می باشد که به دلیل احیای موثر و سرعت بالا کاربرد فراوانی در صنعت پیدا کرده اند.این رزین ها بر اساس جایگزینی یونهای موجود در آب سخت ( کلسیم و منیزیم ) با یونهای سدیم ،آب سخت را به آب نرم تبدبل می کنند.
سختی گیر رزینی عمدتا از بخش های اصلی زیر تشکیل شده است :
- مخزن رزین: سختی گیرها از نظر ظاهری استوانه ای شکل بوده و بسته به نوع بدنه در دو دسته کلی سختی گیر با بدنه فلزی و سختی گیر با بدنه FRP عرضه می شوند.
- رزین تعویض یون : بستری از رزین ها با دانه ها ی کروی متخلخل می باشد که با یونهای سدیم یا پتاسیم اشباع شده است و به میزان محاسبه شده در طراحی سختی گیر، در مخزن ریخته می شود.
- شیر سختی گیر: شیرهای مورد استفاده در مخازن سختی گیر معمولا شامل سه نوع شیر دستی، نیمه اتوماتیک ( سولو ولو یا شیر های چند حالته) یا اتوماتیک می باشند. عمده ترین مشکل استفاده از شیرهای دستی ، در زمان احیای رزین است که به همین دلیل به ندرت از این نوع شیرها استفاده می شود.
- مخزن آب نمک: بمنظور احیای رزین از محلول غلیظ آب نمک استفاده می شود.
- نازل : نازل ها برای جمع آوری آب تصفیه شده استفاده می شوند و عمدتا از جنس پلاستیک ، PVC و برنج می باشند.
- مانومتر: فشار سنج برا ی کنترل فشار مخزن رزین به کار می رود.
احیای سختی گیر رزینی ( Regeneration )
به علت تبادل یونی که رزین با املاح آب انجام می دهد به مرور زمان کارایی و کیفیت خود را از دست میدهد بنابراین لازم است تا رزین بو سیله محلول آب نمک احیا شود تا مجددا کارایی خود را بازیاید. فرایند احیا معمولا به دو صورت هم سو ( CO Flow ) یا غیر هم سو ( Counter Flow) انجام می شود
در سختی گیر های رزینی آب از بالای مخزن وارد شده و پس ازعبور از روی بستر رزینی از قسمت پایین دستگاه خارج میشود .
در طی فرآیند احیاء یونهای سدیم موجود در محلول آب نمک جایگزین یونهای کلسیم و منیزیم شده و رزین مجددا احیا و قابلیت سختی گیری خواهد داشت. در صورت نیاز به استفاده پیوسته و جلوگیری از توقف در تولید آب نرم از سختی گیرهای دو منبعی (دوبل) استفاده می شود. در این حالت همواره یکی از سختی گیرها در مدار بوده و دیگری در حالت احیا یا آماده به کار خواهد بود.
درسختی گیرهای فلزی با لوله کشی تا ۴ اینچ معمولا از شیر چند راهه (Solo Valve) استفاده می شود.
در بهره برداری از سختی گیرهای رزینی ۳ مرحله اصلی وجود دارد:
– بهره برداری (Service) : در این بخش آب ورودی از بالا وارد ستون رزینی شده و پس از تبادل یون های خود با یونهای رزین به صورت آب نرم از دستگاه خارج می شود.
– شستشوی معکوس (Back wash): برخلاف حالت بهره برداری در این حالت جریان آب از پایین به بالا حرکت کرده و بستر رزین منبسط شده و ذرات معلق مو جود در لا به لای رزین ها شسته می شوند.
– احیا (Regeneration) : در این حالت محلول آب نمک از روی بستر رزین حرکت می کند و با جایگزینی یونهای کلسیم و منیزیم محبوس در بستر رزین با یونهای سدیم موجود در محلول آب نمک، رزین احیا شده و قابلیت استفاده مجدد را خواهد داشت.
در دو حالت شستشوی آرام (Slow Rinse) و شستشوی سریع (Fast Rinse) آب در خلاف جهت جربان بهره برداری از روی بستررزین عبور داده میشود. با انجام این کار ذرات معلق از بستر رزین جدا شده و آب نمک احتمالی باقیمانده از محفظه سختی گیر خارج می شود و سختی گیر آماده بهره برداری خواهد بود.
محاسبات سختی گیر
واحد محاسباتی سختی گیر “گرین” است. واحد سختی در سیستم آمریکایی گرین در گالن است یعنی یک gpg معادل با یک گرین (۶۴/۸ میلی گرم ) کربنات کلسیم در یک گالن (۳/۷۸ لیتر) آب است.
برای تعیین ظرفیت سختی گیر آب ( Water softener Capacity ) به پارامتر های سختی کل ( بر حسب گرم بر متر مکعب) ، دبی آب ورودی (بر حسب متر مکعب بر ساعت) و مدت زمان بهره برداری(بر حسب ساعت) نیاز داریم:
برای محاسبه ظرفیت سختی گیر از فرمول زیر استفاده می شود:
A: سختی کل آب (g/m3)
B : دبی آب ورودی (m3/h )
C: سیکل بهره برداری (h )
ظرفیت سختی گیر بر حسب گرین =A *B *C *15/5
نکات اجرایی در سختی گیر های رزینی
- پیشنهاد میشود بمنظور کاهش ذرات معلق ورودی به سختی گیر که باعث کاهش راندمان سختی گیر خواهد شد قبل از سختی گیر از یک فیلتر شنی استفاده شود.
- ناخالصی موجود در نمک باعث کاهش عمر رزین خواهد شد. لذا پیشنهاد می شود از نمک متبلور با خلوص بالا استفاده شود.
- برای اینکه مکش نمک در حالت احیای سختی گیر به خوبی انجام شود پیشنهاد می شود فشار مخزن سختی گیر در محدوده ۲ بار کنترل شود. فشار پایین تر از این حد باعث مکش کم محلول آب نمک و فشار بالاتر باعث کاهش طول عمر رزین در اثر سایش بیش از حد خواهد شد.
- بهتر است مخزن نمک در نزدیک ترین فاصله به سختی گیر نصب شود و در نقطه مکش آب نمک یک صافی نصب شود
- سختی گیر باید در یک محیط با دمای مناسب و دور از تابش مستقیم نور خورشید نصب شود. همچنین رزین تعویض یونی باید از یخ زدگی محافظت شود. ضروری است یک کانال برای دور ریز آب مصرفی برای احیای سختی گیر در مجاورت آن تعبیه شده باشد.
- در ابتدای راه اندازی باید مخازن فلزی به درستی هواگیری شوند تا کل سطح رزین با آب در تماس باشد.
- در صورتیکه زمان مناسب برای احیای سختی گیر در نظر گرفته نشود آب تولیدی دستگاه دارای کیفیت مطلوب نخواهد بود و در نتیجه امکان رسوب گذاری در آب تولید سختی گیر وجود خواهد داشت
بطور معمول برای اطمینان از کیفیت آب خروجی از سختی گیر از تست کیت سختی استفاده می شود. این تست کیت ها بر اساس تیتراسیون با محلول ا.د.ت. آ (EDTA) عمل می کنند و تعداد قطرات استفاده شده از محلول در زمان تغییر رنگ معرف موجود در تست کیت نشان دهنده سختی کل خواهد بود.
برای انتخاب سختی گیرهای ساخت شرکت صنعت تاسیسات میلاش می توانید کاتالوگ های پیوست را ببینید یا با کارشناسان این شرکت تماس بگیرید.
