رزین سختی­گیر کاتیونی و آنیونی Cation and Anion Exchange Resin

رزین سختی­گیر کاتیونی و آنیونی Cation and Anion Exchange Resin

آب­های مورد مصرف در صنایع در کشور ایران دارای مانده نمک­های محلول در آب زیادی می­باشند. یون­های کلسیم و منیزیم از جمله عمده ناخالصی­های آب­های کشور ایران و عمدتا به­نام رسوب­های حرارتی به­شمار می­روند. مقدار بیش از حد این یون­های کاتیونی، برای مصارف صنعتی و بهداشتی و خوراکی آب مناسب نمی­باشد. وجود برخی یون­ها مانند کلسیم و منیزیم و همچنین وجود کاتیون­های دو ظرفیتی یا چند ظرفیتی در آب، دلایل اصلی ایجاد رسوب و نیز ایجاد کف خواهدبود. سختی بالای آب نیز به­همراه خود باعث ایجاد مشکلات متعددی خواهد شد که استفاده از سختی­گیر رزینی یک راه حل مرسوم برای رفع این مشکلات محسوب می­گردد.

برخی از مشکلاتی که رسوبات و سختی آب باعث آن­ها می­شوند عبارتند از:

1. ایجاد کف که نتیجه­ی ایجاد واکنشی بین یون­های سخت موجود در آب و مواد شوینده است که این مورد باعث ایجاد لک بر روی انواع سطوح خواهد شد.
2. عدم حل شدن و نیز رسوبی ­شدن مواد صابونی که حاصل واکنش با آب دارای سختی زیاد است و موجب این می­شود که مواد شوینده مورد استفاده، کارآیی­شان کاهش یابد.
3. در کاربردهای صنعتی، ایجاد رسوب در تجهیزاتی مانند برج­های خنک­کننده (Cooling Tower) ، انواع دیگ­های بخار، لوله­های موجود در تجهیزات مختلف و … باعث گرفتگی شیرآلات، لوله­ها و … می­شوند که این امر باعث خواهد شد کارآیی و بازدهی آن­ها افت قابل توجهی پیدا کرده و نیز مصرف انرژی افزایش پیدا کند.

یکی از روش­های کاهش املاح محلول آب، استفاده از روش تعویض یون (Ion Exchange) می­باشد. که روش بسیار کارآمدی برای حذف پاره­ای از املاح موجود در آب می­باشد. در این روش از رزین­های تعویض یونی، یا همان سختی­گیر رزینی استفاده می­شود. سختی­گیر آب، که می­توان آن را نرم­کننده آب نیز نامید (Water Softener. آب سخت حاوی کلسیم و منیزیم، از بین رزین جریان پیدا می­کند. در فرایند تبادل یونی، یون­های سخت موجود در آب با یون­های نرم روی دانه­های رزین تبادل پیدا می­کند، نتیجه آن آبی است که سختی آن گرفته­شده و اصطلاحا نرم شده­است. مواد شیمیایی مورد مصرف در سیستم سختی­گیر معمولا” سیلیس و رزین کاتیونی و یا رزین آنیونی می­باشند.

رزین­های تبادلی شامل دو دسته کلی رزین­های تبادلی کاتیونی و رزین­های تبادل آنیونی می­باشند. رزین­های حاوی کاتیون­های قابل تبادل، رزین کاتیونی نامیده می­شوند و رزین­های حاوی آنیون­های قابل تبادل، به­عنوان رزین­های آنیونی شناخته می­شوند. رزین­های آنیونی جذب یون­های منفی و رزین­های کاتیونی جذب یون­های مثبت را برعهده دارند. رزین­های کاتیونی هیدروژنی تمام کاتیون­های آب همچون کلسیم، منیزیم، پتاسیم، آهن و… و رزین­های آنیونی تمام آنیون­های آب شامل سیلیس، سولفات، کلراید، نیترات و … را حذف می‌نمایند، در نتیجه با استفاده از هر دو نوع رزین می­توان آب بدون یون تولیدکرد. به­صورت کلی رزین­های تبادل یونی قوی در محدوده وسیعی از pH عمل می­کنند اما رزین­های تبادل یونی ضعیف در محدوده کوچکی از pH مناسب هستند.

در تکنولوژی سختی­گیری به­منظور حذف کلسیم و منیزیم آب سخت از میان بستر رزین­های تبادل یونی که در یک مخزن استوانه­ای و عمودی قرار دارند، عبور می­نماید. رزین تبادل یونی، سدیم موجود خود را با کلسیم و منیزیم موجود در آب تبادل می­نماید و باعث می­شود که آب عبوری از بستر رزین، بدون سختی و تنها حاوی نمک­های سدیم گردد و در این شرایط کلسیم و منیزیم در داخل رزین جای گرفته­اند.

رزین سختی­گیر کاتیونی دارای ظرفیت نامحدود نمی­باشد و پیش از آنکه ظرفیت رزین سختی­گیری اشباع گردد، می­باید عملیات احیاسازی با محلول کلرید سدیم یا همان نمک متبلور انجام شود. اگر رزین کاتیونی با محلول کلرور سدیم یا نمک شستشو داده­شود، خاصیت سختی­گیری خود را باز می­یابد و احیاء می­گردد .معمولا” جهت احیائ رزین از آب و نمک با غلظت 10 % باید استفاده ­شود، غلظت­های کمتر و یا بیشتر از 10 % نمک اثر کمتری دارند و خلوص نمک عامل بسیار مهمی در احیاء مناسب رزین کاتیونی سختی­گیر می­باشد. اگر از سنگ نمک و نمک معمولی استفاده گردد که به­سبب ناخالصی در نمک، عمر رزین بسیار کاهش می یابد و رزین بطور کامل احیاء نمی­گردد. استفاده از آب چاه یا آب ورودی به کارخانه و یا شیرآب برای تهیه آب و نمک توصیه نمی­گردد که سبب می­شود ناخالصی آب مورد استفاده برای تولید آب و نمک احیا رزین، دوباره به رزین انتقال یابد و احیای مناسب صورت نگیرد که عمر مفید رزین که بالای 5 سال می­باشد کم گردد.

کاربردهای سختی­گیر

استفاده از آب سخت برای کاربردهای مختلف معایب زیادی به­همراه دارد. بنابراین حذف سختی آب در مصارف خانگی و صنعتی امری ضروری است. سیستم سختی‌گیر آب می‌تواند در موارد زیر به­کار گرفته شود.

• سختی‌گیری از آب مورد استفاده در کاربردهای خانگی. این کار باعث حذف رسوبات ایجاد شده در وسایل پخت‌ و پز، بهبود کیفیت غذاهای پخته‌ شده، کاهش بیماری‌های گوارشی و کلیوی و بهبود کارایی مواد شست‌وشوکننده خواهد شد.
• استفاده برای نرم كردن آب مورد نياز برج­های خنك­كننده و سيستم­های سرمايشی
• حذف سختی آب چاه ، آب­های سطحی و آب شور.
• نرم كردن آب مصرفی صنايع رنگ­سازی و رنگرزی
• سختی‌گیری از آب مورد استفاده در دیگ‌های بخار در صنایع مختلف. این کار باعث افزایش طول عمر تجهیزات به­دلیل کاهش میزان رسوب‌گیری آن­ها خواهدشد.
• سختی‌گیری از آب ورودی به موتورخانه‌ها برای تجهیزات حرارتی و گرمایشی که علاوه بر افزایش طول عمر آن­ها به­دلیل کاهش میزان رسوب، ضریب انتقال حرارت در این تجهیزات بیشتر شده و با وجود کارایی بیشتر، انرژی کمتری مصرف می‌شود.