Перегрузка слабой смолы

Что такое перегрузка?

Перегрузка — это концепция, применяемая когда две смолы используются последовательно, обычно слабая и сильная смола. Перегрузка заключается в эксплуатации первой смолы за пределами её нормальной рабочей ёмкости, при этом большая часть ионной нагрузки «проскакивает» на вторую смолу.

Когда это полезно?

Перегрузка полезна:

• Для максимального использования ёмкости смолы
• Для балансировки объёмов смол в паре слабой и сильной смолы
• При пропускании регенеранта насквозь, т.е. начиная регенерацию со второй смолы, чтобы обеспечить получение максимального количества свежего регенеранта и таким образом получить очень чистый фильтрат.

Практический пример

Рассмотрим концепцию перегрузки на примере пары слабоосновного и сильноосновного анионитов. Предположим воду со следующим анионным составом после декатионирования и дегазации:

Декатионированная вода содержит таким образом в 10 раз больше сильных кислот (5 мэкв/л), чем слабых кислот (0,5 мэкв/л). Это очень распространённый случай.

Предположим теперь, что вы будете использовать комбинацию слабоосновного и сильноосновного анионитов. Они будут иметь следующие типичные рабочие ёмкости (округлённые числа для простоты расчёта; точные значения из технических паспортов или расчётной программы):

Предположим, вы хотите обрабатывать 100 м³/ч воды с рабочим циклом 10 часов, т.е. с производительностью 1000 м³. Вы решили использовать 2-секционную колонну Amberpack Reverse или Upcore. Ваша общая ионная нагрузка за цикл составит:

Помня, что слабоосновные смолы обменивают сильные кислоты, а сильноосновные смолы обменивают слабые (а также сильные) кислоты, и учитывая указанные выше рабочие ёмкости, вам потребуется:

Для сильных кислот:	5000/1,0 = 5000 литров СлОА
Для слабых кислот:	500/0,5 = только 1000 литров СОА

Объёмы смол сильно различаются, и ваша колонна Amberpack Reverse выглядела бы как на первом рисунке. Явно очень несбалансированная. Рассчитывая удельные расходы для каждой смолы (м³ воды на м³ смолы в час), вы получите:

СлОА	100/5 = 20 об./ч
СОА	100/1 = 100 об./ч

это последнее число выше рекомендуемого удельного расхода для СОА (обычно ограничивается 40 или 50 об./ч). Это решение неприемлемо: вам нужно больше СОА для соблюдения ограничения по расходу и для достаточной высоты слоя (предпочтительно более 1 м).

Что вы можете сделать — это намеренно уменьшить объём СлОА, например, до 3500 л, тогда ионная нагрузка составит 3500 экв вместо 5000 экв, и СОА должен будет обработать 500 экв слабых кислот плюс оставшиеся 1500 экв сильных кислот, т.е. всего 2000 экв.

Вам потребуется таким образом (при условии неизменных рабочих ёмкостей):

СлОА	3500/1,0 = 3500 л	= 3,5 м3
СОА	2000/0,5 = 4000 л	= 4,0 м3

Объёмы теперь близки, и удельные расходы составляют:

СлОА	100/3,5 = 28,6 об./ч
СОА	100/4,0 = 25,0 об./ч

оба находятся в рекомендуемом диапазоне удельного расхода, и колонна Amberpack Reverse выглядит как на втором рисунке, где объёмы явно гораздо лучше сбалансированы.

Перенеся 1500 экв из общих 5000 экв сильных кислот (т.е. 30%) вы перегрузили СлОА на 30%. В действительности вы достигли трёх дополнительных преимуществ:

• Перегрузив СлОА, вы использовали больше начальных 1,0 экв/л, приблизившись к полной ёмкости смолы.
• Увеличив объём СОА, вы уменьшили нагрузку по кремнезёму, которая составляет 250 экв за цикл, и была изначально 0,25 экв на литр СОА, а теперь 250/4 = 0,0625 экв/л. Одно из правил для предотвращения загрязнения кремнезёмом — ограничить нагрузку кремнезёма менее 0,2 экв/л.
• Уменьшив отношение кремнезёма к общим анионам на входе в СОА, вы увеличили его рабочую ёмкость.

С увеличенными значениями ёмкости ваши окончательные объёмы будут меньше показанных в нашем грубом расчёте.

Регенерация

Регенерация всегда проводится насквозь, т.е. регенерант проходит сначала через сильную, затем через слабую смолу. Степень перегрузки не меняет общие условия регенерации или количество регенеранта.

Пары СлКК/СКК

Та же логика применима, но этот случай менее распространён, если только м-щёлочность в вашей воде не составляет более примерно 60% анионов, а жёсткость более 65% катионов. Вы часто получаете меньший объём СлКК.