Berechnung der Mischbett-Wasserproduktionskapazität

In einem Mischbett werden regenerierter Kationenaustauscher in H⁺-Form und regenerierter Anionenaustauscher in OH⁻-Form miteinander vermischt. Um jedes Kationenharzkorn herum befinden sich viele Anionenharzkörner, und um jedes Anionenharzkorn herum viele Kationenharzkörner. Daher kann ein Mischbett als mehrstufiges Verbundbett angesehen werden, das aus vielen abwechselnd angeordneten Kationen- und Anionenaustauschern besteht.

In Branchen wie Halbleitern, integrierten Schaltungen und Pharmazie werden Mischbetten häufig allein zur chemischen Entsalzung von Wasser eingesetzt. Da die Beladungsmengen von Kationen- und Anionenharz geringer sind als bei getrennten Betten und das Anionenharz auch restliches CO₂ und lösliches SiO₂ aus dem Wasser entfernen muss, wird die Betriebszykluszeit erheblich verkürzt, während sich die Regenerierzeit vervielfacht. In Kraftwerken mit Hochparameterkesseln würde die alleinige Verwendung eines Mischbetts aufgrund der großen Menge an Kesselspeisewasser zu häufigen Regenerationen führen. Gleichzeitig sind die Anforderungen an die Wasserqualität sehr hoch, daher werden Mischbetten normalerweise in Reihe nach einem einstufigen Entsalzungssystem eingesetzt. Nur bei der Kondensatbehandlung wird ein separater Mischbett verwendet.

Bei sehr hohen Anforderungen an die Wasserqualität müssen im Mischbett stark saures Kationenharz und stark basisches Anionenharz verwendet werden. Bei der Kondensatbehandlung müssen Kationen- und Anionenaustauscher mit hoher Festigkeit und einem relativ einheitlichen Korngrößenbereich verwendet werden. Im Allgemeinen beträgt der RH-Typ-Gehalt pro Volumeneinheit des Kationenharzes nach der Regeneration des Mischbetts etwa das 2- bis 2,5-fache des ROH-Typ-Gehalts des Anionenharzes. Daher beträgt das Verhältnis von Kationenharz zu Anionenharz bei alleiniger Verwendung eines Mischbetts zur Entsalzung in der Regel 1:2.

Normales einstufiges entsalztes Wasser (≤10 μS/cm) wird als Zulauf für das Mischbett verwendet. Die elektrische Leitfähigkeit des Ablaufs wird auf ≤0,2 μS/cm geregelt. Der empirische Wert der periodischen Wasserproduktionskapazität liegt zwischen 8000 und 12000. Rest-CO₂, lösliches SiO₂ und Anionen im Zulauf müssen alle durch Anionenaustausch entfernt werden. Da die Austauschkapazität pro Volumeneinheit des Anionenharzes im Mischbett niedriger ist als die des Kationenharzes, wird die periodische Wasserproduktionskapazität des Mischbetts auf der Grundlage des Anionenharzes berechnet. Die Berechnungsformel lautet wie folgt:

Berechnungsformel für die Wasserproduktionskapazität von Kationen-/Anionenharz

• Harzvolumen (m³): Bezieht sich auf das Volumen des Anionenharzes im Mischbett
• Arbeitsaustauschkapazität des Harzes: Die Arbeitsaustauschkapazität des Anionenharzes im Mischbett beträgt in der Regel 400 mol/m³-R
• Gesamtmolare Konzentration der Anionen im Zulauf (Cl⁻, SO₄²⁻, restliches CO₂, lösliches SiO₂): Berechnet auf der Grundlage des Wasserqualitätsberichts des Kunden

Beispiel: Eine Leitfähigkeit von 3,2 μS/cm entspricht einem Salzgehalt von 3,2/(Molekulargewicht des Salzes, üblicherweise 100, was ein Erfahrungswert ist) = 0,032 mmol/L. Da die Leitfähigkeit des Ablaufs nur unter 0,4 μS/cm kontrolliert werden muss, sollte die tatsächliche Arbeitsaustauschkapazität 550 mmol/L betragen. Die Wasserproduktionskapazität pro Volumeneinheit Harz beträgt dann:

Bei einem Durchmesser von 200 mm und einer Höhe von 800 mm beträgt das Harzvolumen 10,5 L. Das Verhältnis von Kationenharz zu Anionenharz beträgt 1:2. Die geschätzte Wasserproduktionskapazität des Mischbetts beträgt:

Die Betriebsfließgeschwindigkeit beträgt 140 m/h, der Durchfluss beträgt:

Die tatsächliche Betriebszeit beträgt:

Das entspricht etwa 41 Stunden.