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Calcul de l'échange d'ion

Ce tableau de calcul utilise des bases de calcul théoriques et explique la facon dont il faut utiliser des coéfficient selectifs, des facteurs de séparation. Il explique aussi comment déterminer le volume maximum d'eau pouvant être traité par une résine avant qu'elle soit épuisée. Ce tableau montre également les calculs requis pour évaluer la taille d'une installation échangeuse d'ions. Cependant, soyez prudent car les calculs sont faits à partir de formules théoriques et ne sont pas corrigés par les résultats réel sde l'échange d'ion que l'on retrouve dans les installations de traitement d'eau.

Voici un exemple du tableau de calcul afin de montrer comment les résultats sont obtenus ce tableau.

Tableau 1: Entrée des concentration d'anions
Anions MW g/mol Concentration unit converted concentration unit
NO3- 62.00
NO2- 46.01
Cl- 35.45
SO42- 96.06
HCO3- 61.02
F- 19.00
TOTAL eq/L

Tableau 2: Entrée des concentration de cations
Cations MW g/mol Concentration unit converted concentration unit
Na+ 22.99
K+ 39.10
Ca2+ 40.08
Mg2+ 24.31
NH4+ 18.04
Mn2+ 54.94
TOTAL eq/L

Tableau 3: Tableau pour des parametres de taille dans une installation échangeuse d'ions
Anion removal Cation removal
Capacité d'échange
Densité de la résine
Débit
temps entre 2 regenerations (1 cycle)
Ions dans l'eau (1 cycle) eq/cycle
Volume de résine théorique requis L/cycle
Masse de résine calculée kg/cycle
Surface totale requise m2
Diametre de la colonne m

Table 4: Tableau de sortie pour une composition équilibrée et distribution des centilles pour les parties occupées par la résine
Anions
(eq/L)
Lwater/Lresin
NO3-
NO2-
Cl-
SO42-
HCO3-
F-
total
Cations
(eq/L)
Lwater/Lresin
Na+
K+
Ca2+
Mg2+
NH4+
Mn2+
total

Vous pouvez entrer les valeurs dans le tableau de calcul de Lenntech pour déterminer la résine convenant le mieux à votre application.  Veuillez remplir les champs  dans le tableau "contact information". Notez que vous ne pouvez pas envoyer de donner sans mettre votre nom, pays, numéro de téléphone et email.

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Exemple de calcul illustrant le fonctionnement du tableau de calcul.

Les points suivant sont traités en guise d'exemple :

  • Determine le facteur de séparation pour un ion en rapport avec les autres ions contenus dans l'eau.
  • Determine l'équilibre de la composition de la résine et calcul donc la capacité de l'échange réalisée par les différents ions.
  • Determine la quantité maximale d'eau pouvant être traitée avant que la résine ne s'épuise.
  • Determine le centille de distribution des endroits occupés par les différents ions de la résine.

Prenons comme example l'eau dans la composition suivante :

Tableau 5: Composition de l'eau comme example

Anion Concentration in meq/L
Cl- 1
SO42- 2
NO3- 1.8

Nous voulons éliminer les anions de l'eau. Nous devons donc utiliser une résine anionic. Cette résine a une capacité d'échange standard de 1,4 eq/L et une densité de 0,7 kg/L.

Dans la littérature1 vous pourrez trouver les valeurs suivantes pour les coéfficients sélectifs et les facteurs de séparation (Tableau 6).

Tableau 6: Coéfficient sélectif et facteur de séparation pour une résine anionic de base forte.

Anion
Selectivity Factor
Separation Factor
Cl- 1.0 1
NO3- 4 3.2
SO42- 0.15 9.1

Explication des coéfficients sélectifs et de la notation des facteurs de séparations :

coéfficient sélectif pour anion i exchange avec Cl- dans la résine
facteur de separation pour anion i exchange avec Cl- dans la résine

La résine s des préférences différentes pour les ions dans l'eau. En équilibre, les ions n'occupe pas la même quantité de résine. La résine préfère largement les ions avec une haute valence. La relation (1) peut être écrite en prenant en compte la sélectivité de la résine pour les différents ions contenus dans l'eau de notre échantillon :

(1)

Les différents facteurs de séparation d'un ion en respect avec les autres, sont calculés grace à la formule (2):

(2)

facteur de séparation pour les contre ions i en respect avec l'ion k
facteur de separation pour les contre ions i en respect avec l'ion j
facteur de separation pour l'ion j en respect avec l'ion k

Calcul du facteur de separation pour le Nitrate NO3- en respect avec les deux autres ions utilisées dans la formule (2):

exemple de formule utilisée pour calculer

Donc en entrant les paramètres de la formule (2) les facteurs de séparation suivant peuvent être calculés pour  le nitrate en respectant les deux autres ions :



Les facteurs de séparation calculés pour SO42- en respectant les deux autres ions sont :

Grace aux deux facteurs de séparation calculés ci-dessus, vous pouvez déterminer la capacité d'équilibre de la résine pour les différents ions.

eq/L

eq/L

eq/L

Afin de vérifier si le résultat est cohérent, vous pouvez ajouter les capacités d'équilibre utilisées par différents ions afin de voir si elle est egale à la capacité totale d'échange de la résine qui est d' 1,4 eq/L.

eq/L

Vous pouvez donc voir que la somme des capacités d'équilibre occupées par les différents ions est égales au total de la capacité d'échange de la résine.

Calcul du volume d'eau maximum pouvant être traité avant épuisement de la résine :

Lwater/Lresin

Lwater/Lresin

Lwater/Lresin

Comme vous pouvez le constater grace aux calculs iVmax saturation a d'abord lieu pour la Chloride lorsque 60L d'eau ont été traité. Donc, si vous ne voulez pas avoir de chloride dans votre eau, vous devez arreter le système d'échange d'ions ou alors, si vous avez un système duplex, vous pouvez changer et passer à l'autre colonne et régénérer la colonne saturée avec les ions absorbés. Si la présence d'ions de chloride dans l'eau ne vous pose pas de problème, vous pouvez donc traiter 178L d'eau par litre de résine avant que l'épuisement en nitrate ait lieu.

Calcule de la répartition des centilles des endroits inoccupés par la résine:



Calculons maintenant la distribution des centilles pour des concentrations différentes d'ions dans notre échantillon d'eau (tableau 5)

Comme vous pouvez le voir, la distribution des centilles pour la concentration n'est pas la même que celle des centilles pour la distribution des endroits inoccupés par la résine en équilibre. Cela est du au fait que la résine est plus sélective en fonction des ions. Les résultats de ces calculs sont placés dans le tableau comparatif 7.

Anion
20,8 % 4,3 %
41,7 % 72,9 %
37,5 % 22,8 %

Pour chaque application de conditionement d'eau, des résines échangeuses d'ions specifiques (Rohm & Haas / Purolite) sont disponibles. Lenntech peut vous conseiller la plus appropriée.

Autres calculs

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