Cálculo de la capacidad de producción de agua de lecho mixto

En un lecho mixto, la resina de intercambio catiónico regenerada en forma H⁺ y la resina de intercambio aniónico regenerada en forma OH⁻ se mezclan juntas. Alrededor de cada partícula de resina catiónica hay muchas partículas de resina aniónica, y alrededor de cada partícula de resina aniónica hay muchas partículas de resina catiónica. Por lo tanto, un lecho mixto puede considerarse como un lecho compuesto de múltiples etapas compuesto por muchas resinas de intercambio catiónico y aniónico dispuestas alternativamente.

En industrias como semiconductores, circuitos integrados y productos farmacéuticos, los lechos mixtos se utilizan a menudo solos para la desmineralización química del agua. Dado que las cantidades de carga de resinas catiónicas y aniónicas son menores que cuando se utilizan lechos separados, y la resina aniónica también debe eliminar el CO₂ residual y el SiO₂ soluble del agua, el tiempo del ciclo de operación se reduce considerablemente, mientras que el tiempo de regeneración aumenta exponencialmente. En centrales eléctricas con calderas de alta presión, debido al gran volumen de agua de reposición, el uso de un lecho mixto solo daría lugar a regeneraciones demasiado frecuentes. Al mismo tiempo, como los requisitos de calidad del agua son muy altos, los lechos mixtos se utilizan normalmente en serie después de un sistema de desmineralización de lecho compuesto de una sola etapa. Solo cuando se trata agua de condensación se utiliza un lecho mixto separado.

Cuando los requisitos de calidad del agua son muy altos, las resinas utilizadas en el lecho mixto deben ser resina catiónica de ácido fuerte y resina aniónica de base fuerte. Cuando se trata agua de condensación, deben utilizarse resinas de intercambio catiónico y aniónico con alta resistencia y un rango de tamaño de partícula relativamente uniforme. Generalmente, después de la regeneración del lecho mixto, el contenido de tipo RH por unidad de volumen de la resina catiónica es aproximadamente de 2 a 2,5 veces el contenido de tipo ROH de la resina aniónica. Por lo tanto, si se utiliza un lecho mixto solo para la desmineralización, la proporción de resina catiónica a resina aniónica suele ser de 1:2.

El agua desmineralizada normal de primera etapa (≤10 μS/cm) se utiliza como agua de alimentación del lecho mixto. La conductividad del efluente del lecho mixto se controla a ≤0,2 μS/cm. El valor empírico de la capacidad de producción de agua periódica es de 8.000 a 12.000 veces. El CO₂ residual, el SiO₂ soluble y los aniones en el agua de alimentación deben eliminarse mediante el intercambio de resina aniónica. Dado que la capacidad de intercambio por unidad de volumen de la resina aniónica en el lecho mixto es inferior a la de la resina catiónica, la capacidad de producción de agua periódica del lecho mixto se calcula en función de la resina aniónica. La fórmula de cálculo es la siguiente:

Fórmula de cálculo de la capacidad de producción de agua de resina catiónica/aniónica

• Volumen de resina (m³): Se refiere al volumen de resina aniónica en el lecho mixto
• Capacidad de intercambio de trabajo de la resina: La capacidad de intercambio de trabajo de la resina aniónica del lecho mixto es generalmente de 400 mol/m³-R
• Concentración molar total de aniones en el agua de alimentación (Cl⁻, SO₄²⁻, CO₂ residual, SiO₂ soluble): Calculada sobre la base del informe de calidad del agua del cliente

Ejemplo: Una conductividad de 3,2 μS/cm equivale a un contenido de sal de 3,2/(peso molecular de la sal, generalmente tomado como 100, que es un valor empírico) = 0,032 mmol/L. Dado que la conductividad del efluente solo necesita controlarse por debajo de 0,4 μS/cm, la capacidad de intercambio de trabajo real debe ser de 550 mmol/L. Entonces, la capacidad de producción de agua por unidad de volumen de resina es:

Ahora, con un diámetro de 200 mm y una altura de 800 mm, el volumen de resina es de 10,5 L. La proporción de resina catiónica a aniónica es de 1:2. La capacidad estimada de producción de agua del lecho mixto es:

La velocidad de flujo de operación es de 140 m/h, por lo que el caudal es:

El tiempo de operación real es:

Eso es aproximadamente 41 horas.