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:
- 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.
- 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.
- 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.