Въведение

обменните
На тази страница ще разгледаме - с няколко примера - следните характеристики на йонообменна смола:
  • Гранулометрия
  • Капацитет
  • Влажност
  • Сух материал
  • Насипна маса гранули
  • Привидна плътност
  • Компресионен ефект
  • Оптичен външен вид
  • Изменение на обема
  • Стабилност
  • Структура и селективност

Структурата (скелет и функционална група) на смолите е на друга страница на английски език, а подробностите за взаимозаменяемостта са на допълнителна страница.

Йонната форма е много важна

и това също може да повлияе малко на размера на зърното. Например смолата Amberjet 4400 има общ капацитет от около 1,5 eq/L в Cl-форма, но само 1,2 eq/L в OH-форма. Тази разлика се дължи на промяна на силата на звука на смолата: набъбва до 30%, преминавайки от Cl - форма към OH - форма. Ясно е, че броят на активните групи в пробата от смола не се променя в процеса, така че когато смолата набъбне, плътността на тези групи в структурата на смолата спада на единица обем и капацитетът е точно мярката за това плътност на функционалните групи.

Пример: анализ на нова партида смола

Смола тип Amberlite IRA96
Обособена позиция 6210AA55
Капацитет по обем [безплатна базова форма] 1,36 екв/л
Капацитет по тегло [безплатна основа] 5,16 екв/кг
Сухо вещество [свободна основа] 264 g/L
Силна способност 8,6%
Задържане на влага [безплатна основа] 61,8%
Перфектни топки 98%
Цели топки 99%
По обем [безплатна основа] 1.04
Гранулометрия
Среден размер 0.68 мм
Коефициент на еднородност 1.34
Среден хармоничен размер 0.67 мм
Ефективен размер 0,53 мм
Фини топчета 1,18 мм 0,2%

Гранулометрия

Днес гранулометричното разпределение се измерва с устройства, преброяващи частиците, свързани с компютър, който изчислява всички параметри на разпределението, които са:

  • Среден диаметър
  • Коефициент на еднородност
  • Ефективен размер
  • Среден хармоничен размер
  • Брой фини топки
  • Количество груби топки
Нека разгледаме всяка от тези характеристики.
Гранулометрично измерване

mm% над% до
1.25 0.8 99.2
1.00 2.0 97.2
0,80 14.9 82.3
0,63 33.2 49.1
0,50 32.5 16.6
0,40 14.1 2.5
0,315 2.0 0,5
Най-доброто 0,5
100%

Стойностите "между ситата" се нанасят на крива с логаритмична х-ос (размер на окото). Теоретично и повече или по-малко практически също така разпределението на частиците по размер на смолата, получена в реактори с разбъркване, е "нормално" или "гаусово". Тук сме насложили „гауссов звънец“ върху експерименталната графика.

Дефиниции
  • The среден диаметър съответства на теоретичния отвор на ситото, през който преминават точно 50% от пробата смола. Обикновено се представя с "d50"
  • The ефективен размер съответства на ситото, през което преминават 10% от пробата. Съкращение d10.
  • The коефициент на еднородност се дефинира като CU = d60/d10
    Този коефициент измерва степента на разпределение и съответства на ширината на гауссовата крива. Ако всички смолисти топки бяха идентични, CU щеше да има стойност 1.00. Смолите Amberjet ™ имат CU от 1,05 до 1,20, Ambersep ™ и Amberlite ™ SB 1,15 до 1,30, RF 1,20 до 1,50 и смоли със стандартен клас 1,3 до 1,7. Вижте двете малки изображения по-горе.
  • The хармоничен среден размер съкратено HMS е математически израз, изчислен от функцията за разпределение. Вижте формулата му вдясно. Хармоничното средно служи за теоретични съображения относно хидравличните свойства и кинетиката на смолата. На практика той е близо до средния диаметър, но е малко по-малък. Тези две стойности са почти идентични в смолите за равномерно разпределение.
На графика, нарисувана на хартия гаусо-логаритмично, нормалното разпределение е представено с линия. В миналото този тип графика се използваше за изчисляване на средния диаметър, ефективния размер и коефициента на еднородност от лабораторните резултати. В примера вдясно сме начертали резултатите от анализа на партидата по-горе и съответната гауссова крива. Експерименталните точки не са точно подравнени по линия, поради неточността на процеса на пресяване, но и поради факта, че реалното разпределение не е напълно нормално. Характерните стойности на този пример са:
Среден диаметър0,640 мм
Коефициент на еднородност1.53
Ефективен размер0,449 мм
Хармонична средна стойност (HMS)0.616 мм

При смоли с еднаква гранулометрия средният диаметър, ефективният размер и хармоничната средна стойност са съседи; те биха били идентични с абсолютно еднородна смола, т.е. чийто коефициент на еднородност би бил 1,00. Вижте кривата на Гаус и гаусово-логаритмичната графика на смола с CU от 1.10.

Каква е ползата от гранулометрията?

Гранулометрията е важна

  • със смесени легла
  • със стратифицирани легла
  • с опаковани колони за легло (Amberpack TM и подобни)
  • за регулиране на потока на обратното измиване
  • в хроматографски процеси
  • фините смоли имат по-добра кинетика на обмен
Изборът на гранулометрия е компромис: фината смола има добър полезен капацитет, но висок спад на налягането и излишък от фини частици могат да блокират колекторите. За разлика от това, дебелата смола е по-чувствителна към осмотични удари и нейната кинетика е по-бавна, което води до малко по-нисък полезен капацитет. За всички приложения, които изискват разделяне на няколко смоли в една и съща колона, като смесени или стратифицирани слоеве, размерът на частиците е от критично значение.

В САЩ гранулометрията често се изразява в отвори (размер на ситовите отвори). Вижте таблицата за кореспонденция.

Капацитет за обмен

Полезен капацитет

  • Съответства на броя на активните сайтове, където се извършва йонообмен по време на цикъл

Стойностите на общия капацитет на нова смола се измерват в лабораторията за контрол на качеството на производителя. Тези стойности се изразяват в еквиваленти на литър мокра смола или на килограм суха смола. Масовият капацитет ("по тегло") показва дали смолата е била правилно функционализирана, независимо от влажността. Въпреки че е желателен висок общ капацитет, не всички сайтове за суап се използват по време на един цикъл. Повече подробности за понятията за общ и полезен капацитет можете да намерите на тази друга страница.

Влажност

Висока влажност

  • бърза размяна
  • добър адсорбционен капацитет
  • нисък общ капацитет
Ниска влажност
  • висок общ капацитет
  • трудно се регенерира
  • обемисти йони не могат да бъдат отстранени
  • склонност към отравяне (замърсяване)

Около половината маса на смолата е вода, освен когато смолата е изсушена или когато нормалната хидратационна вода е заменена с органичен разтворител. Водните молекули обграждат функционалните групи (хидратация) и запълват празните части на скелетната смола. Ясно е, че смолата с висока влажност има по-малко сухо вещество и следователно носи по-малко активни групи и има по-нисък капацитет. От друга страна, силно порестата смола осигурява по-лесен достъп до големи йони.

В смолите на гел тип, влагата има обратна връзка със скоростта на омрежване на скелета. Това не важи за смоли макропорест тъй като неговата изкуствена порьозност може да се регулира, без да зависи от скоростта на омрежване. Вижте страницата за структурата на смолите.

Като цяло смолите с ниско съдържание на влага имат по-бавна кинетика и представляват риск от отравяне.

Сух материал

Някога сухото вещество е било концепция, използвана от някои производители на смола вместо задържане на влага. Днес употребата му е изчезнала.

Действителна плътност (обемна маса на смолистите частици)

Въпреки че не е включен в рутинния анализ, действителната плътност е важен параметър за работата на централата. Важно е при всички процеси със смесване или припокриване на 2 или 3 смоли, поставени в една и съща колона, и за регулиране на потока на обратното промиване.
Действителното измерване на плътността се извършва с помощта на пикнометър.

Необходимо е да се знае, че плътността варира в зависимост от йонния състав на смолата. Тъй като този състав се променя по време на цикъла, той не може да бъде точно оценен и затруднява регулирането на скоростта на обратното измиване (отдолу-нагоре) на смола.

Ето някои типични стойности:

Реална плътност като функция на йонна форма
Тип смола Йонна форма Обхват на стойностите Типична стойност
WAC (слаб кат.) З. 1,16 - 1,19 1.18
WAC AC 1,28 - 1,34 1.32
SAC (силен кат.) З. 1,18 - 1,22 1.20
SAC Na 1,26 - 1,32 1.28
SAC AC 1,28 - 1,33 1.31
WBA (слаб и.) Безплатна база 1,02 - 1,05 1.04
WBA Cl 1,05 - 1,09 1.06
WBA SO4 1,08 - 1,13 1.11
SBA (все още силен) О 1.06 - 1.09 1.07
SBA Cl 1,07 до 1,10 1.08
SBA SO4 1.10 - 1.14 1.12

Привидна плътност и доставено тегло

Насипната плътност на смолата се изразява в маса на смолата по обем (g/L). Тъй като има малки вариации между произведените партиди, се използва стандартна стойност на теглото за опаковане на смолата в края на производството. Тези вариации в привидната плътност се дължат на остатъчната влага, която остава между смолените топчета, след като са били източени преди опаковането.

Пример:
Смолата има обемни стойности на плътността между 720 и 780 g/L. Ако е избрана стойност на доставеното тегло от 700 g/L, ще имаме следните резултати:

  • Всяка торба от 25 литра ще съдържа 0,770 х 25 = 19,25 кг смола
  • Ако определена партида има насипна плътност 720 g/L (това е 1389 L/kg), клиентът ще получи 19,25 x 1,389 = 26,7 L смола във всяка торба от тази партида.
  • Ако партидата има насипна плътност 780 g/L (1,282 L/kg), клиентът ще получи 19,25 x 1,228 = 24,7 L смола във всяка торба от 25 L.
По този начин, когато насипната плътност достигне максималната си стойност, производителят доставя почти поръчаното количество, а когато насипната плътност е по-малка от стандартното доставено тегло, производителят доставя малко повече продукт, така че клиентът ще има желаното количество или малко повече в 83% от случаите. Ако стандартното тегло беше избрано в средата на диапазона от стойности, клиентът щеше да има по-малко от поръчаното количество в 50% от случаите.

Компресия на леглото

Данните в диаграмата са установени от клиент, който не е бил сигурен в обема, доставен от производителя.

Оптичен външен вид

Оптичният вид на нова смола, т.е. делът на напуканите топки и фрагменти, е важен анализ на контрола на качеството в производството. Методът за управление използва концепциите за перфектни топки и цели топки. Перфектните не са счупени или напукани. Целите топки са сферични - тоест не са счупени - но могат да бъдат напукани.
С използваните смоли оптичният външен вид предоставя полезна информация за потенциални проблеми с производителността. Например проба, получена от клиент, има следните характеристики:

Перфектни топки65%
Цели топки94%
Това съответства на:
  • 65% перфектни топки
  • 29% цели топки, но напукани
  • 6% парчета
Някои откриват, че този начин на изразяване на резултати е труден за разбиране. Не забравяйте, че цели топки включват перфектни топки и напукани топки.

Вижте също снимки на нова смола.

Йонна форма и вариации на обема

По-долу са обичайните йонни форми за доставка и редица вариации на обема:

Тип смола Йонна форма
доставка Обща промяна
том от. до пример
SAC (силна киселина) Na, H 6 - 10% Na към H Amberjet 1000
SBA (силен основен) Cl, OH, SO4 15 - 30%
6 - 10%		 Cl до OH
Cl до SO4		 Amberjet 4200
WBA (слабо основно) Свободна основа (BL) 10 - 25% BL до Cl Amberlite IRA96
WAC (слаба киселина) З. 15 - 40%
60 - 100%		 H a (Ca + Mg)
Н до Na		 Amberlite IRC86

По-точните стойности на промяната на обема на дадена смола често се намират в техническите листове, публикувани от производителите.

Тази промяна в обема идва от различните състояния на хидратация на йоните, съдържащи се в смолата. Например, нискофункционалните смоли (WAC и WBA) са много слабо дисоциирани в регенерираната си форма, така че в смолистите зърна почти няма свободни йони. Вместо това, след зареждане на йони от вода или разтвор, тези йони се хидратират:

Пълното превръщане между 100% регенерирана смола и 100% изчерпана форма е много рядко на практика, така че теоретичната промяна на максималния обем не настъпва. Въпреки това може да се наблюдава вариране на обема в експлоатация, като се гледа височината на леглото преди и след регенерацията. Тази промяна в обема е критична за компактните системи за легло, чиито колони имат много малко свободно пространство.