e-Flow

Publicação sobre tecnologias para tratamento de água e soluções de processo | Edição.03

Conheça o processo de desmineralização de água com resinas aniônicas

O tema desta edição para desmineralizaç

Com novo formato, a tecnologias de tratam que devem ser consi

o da e-Flow é “resinas aniônicas”, esferas de polímeros ção de água e soluções de processos industriais.

a publicação de Dow Water & Process Solutions sobre mento de água, aborda nas próximas páginas os tipos e critérios iderados para instalação de resinas em sistemas de tratamento.

ÍNDICE

Critérios de seleção de resinas aniônicas

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09 EXPEDIENTE e-Flow é uma publicação digital de Dow Water & Process Solutions, unidade de negócios da The Dow Chemical Company sobre tecnologías para tratamento de água e soluções de processo.

Av. das Nações Unidas, 14.171 4o andar - São Paulo/SP - Brasil CEP 04794-000 Tel.: +55 11 5188-9614 www.dowwaterandprocess.com Maio/2011

Orgulho de apoiar o Ano Internacional da Química

Conheça a classificação dessas pequenas esferas sintéticas queliberam diferentes íons, quando aplicadas na água de processos industriais.

Resinas aniônicas fortes São classificadas em dois tipos e uma delas é obtida por reação de dimetiletanolamina.

Resinas aniônicas fracas

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Obtidas por reação do copolímero clorometilado com amina ou amoníaco, essa classe de resina opera por processo de absorção.

Entenda o comportamento de seus componentes e as substâncias que são removidas durante o tratamento da água.

Aspectos para instalação de resinas

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Temperatura, oxidação e nível orgânico da água devem ser considerados no momento de instalação de resinas aniônicas em sistemas de tratamento.

®™

Marca registrada de The Dow Chemical Company (“Dow”).

Tipos de resinas aniônicas

Critérios de seleção de resinas aniônicas

As resinas aniônicas desempenham um papel muito importante no processo de desmineralização.

Elas são usadas quando a qualidade da água a ser produzida é tal que remover a condutividade mediante abrandamento com resinas catiônicas, não é suficiente.

Para a instalação de uma unidade aniônica com resinas Dowex™, Amberjet™ ou Amberlite™ é necessário considerar os seguintes aspectos: • Composição da água de alimentação; • Qualidade requerida da água tratada; • Condições potenciais de oxidação; • Nível de orgânicos na água; • Temperatura da água.

Antes de revisar cada um destes pontos, vamos estudar as diferentes classes de resinas aniônicas e suas características básicas.

As resinas aniônicas podem ser fortes ou fracas. As resinas aniônicas fortes Dowex™, Amberjet™ ou Amberlite™ possuem matriz polimérica de poliestireno divinilbenzeno. Elas são obtidas por meio da clorometilação da matriz polimérica e posterior tratamento com uma amina reativa de acordo com a funcionalidade desejada.

Esferas de resinas aniônicas

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Sele莽茫o de resinas ani么nicas

Resinas ani么nicas fortes

São aminas quaternárias com a seguinte estrutura: R – N + - (X)3

Existem resinas aniônicas fortes do Tipo I e do Tipo II. As resinas aniônicas fortes Dowex™, Amberjet™ ou Amberlite™ Tipo I possuem a seguinte estrutura:

Onde: R = Matriz de Polímero Poliestireno divinilbenzeno

TIPO I

X = Grupo Alifático

Por serem bases fortes têm grande afinidade com ácidos fracos tais como aqueles derivados da sílica (ácido silícico, por exemplo) e o CO2 (ácido carbônico). Quando um ânion forte é degradado ele passa para amina terciária ou secundária perdendo sua basicidade forte e sua capacidade de remoção de ácidos fracos, ver Figura 1.

RESINA ANIÔNICA FORTE Figura 1: Comportamento de uma Resina Aniônica Forte (SBA)

ânions

H+ Na+

ClSO4= NO3CO2 HCO3HSiO3-

TIPO II

RESINA

Remove

cátions

ânions

H+ Na+

OH-

QUANDO UTILIZAR: • São indispensáveis quando é necessário obter níveis baixos de Sílica • Removem ácidos fortes e fracos

OHR- N - (CH3)2 +

–

ClSO4= NO3 CO2 HCO3HSiO3

ÁGUA SAÍDA (desmineralizada)

?

O grupo funcional fixo é uma amina quaternária que lhe dá basicidade forte e, portanto, grande capacidade de remoção de ácidos fracos tipo silícico e carbônico. Dentro desta classificação estão as resinas: Dowex™ SBR-P, Amberlite™ IRA-402, Dowex™ Marathon™ A, Amberjet™ 4200 , Dowex™ Monosphere™ 550A, Dowex™ 11 , etc.

As resinas aniônicas fortes Dowex™, Amberjet™ ou Amberlite™ Tipo II possuem a seguinte estrutura:

ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DESCATIONIZADA cátions

OHR- N - (CH3)3 +

CH2 - CH2 - OH São obtidas por reação de dimetiletanolamina com o polímero clorometilado. Grupo funcional fixo é uma amina quaternária com menor basicidade que nas resinas tipo I. As resinas tipo II possuem menor estabilidade térmica e química que as resinas tipo I. As resinas aniônicas tipo II permitem obter maior eficácia durante a regeneração.

09

Resinas ani么nicas fracas

Resinas ani么nicas fracas

10

São obtidas por reação do copolímero clorometilado com uma amina primária, secundária ou amoníaco. As resinas débeis Dowex™, Amberjet™ ou Amberlite™ possuem a seguinte estrutura: R- N - (CH3)2 Aniônica Fraca Amina Terciária

RESINA ANIÔNICA FRACA Figura 2: Comportamento de uma Resina Aniônica Fraca

ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO cátions

ânions

H+ Na+

CISO4= NO3CO2 HCO3HSIO3-

Estas resinas possuem grande capacidade de absorver ácidos. É importante observar que grupo funcional não possui carga, portanto, opera um processo de absorção e não de troca. Devido à sua baixa basicidade, estas resinas não são removedoras de ácidos fracos tipo ácido silícico ou carbônico, porém são muito eficazes absorvendo ácidos minerais tipo HCl, H2SO4 e HNO3.

A regeneração deste tipo de resina não é governada pela lei de ação de massas que é aplicada às reações de troca iônica, portanto é possível utilizar baixas concentrações de regenerantes.

Dentro desta classificação estão as resinas Dowex™ WBA e Amberlite™ IRA 96.

Se as resinas aniônicas forem classificadas, de acordo com sua eficácia, durante o processo de regeneração, será verificado que as resinas aniônicas fracas ocupam o primeiro lugar em eficácia e que as aniônicas fortes Tipo I macroporosas são as que apresentam a menor eficácia.

RESINA

Remove

CISO4= NO3-

ÁGUA SAÍDA (desmineralizada) cátions

ânions

H Na+

HCO3HSIO3-

+

?

QUANDO UTILIZAR: • Recomendáveis quando o nível de cloretos, sulfatos e nitratos é alto Não remove ácidos fracos, Sílica nem carbonatos

EFICIÊNCIA NA REGENERAÇÃO MAIOR

MENOR

ANIÔNICAS FRACA ANIÔNICAS FORTE • Tipo II Gel • Tipo II Macroporosa • Tipo I Gel poroso • Tipo I Gel • Tipo I Macroporosa

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Resinas aniônicas

Aspectos para instalação de resinas

Devem ser considerados os seguintes aspectos para instalação de resinas aniônicas: • Composição da água de alimentação De acordo com a composição da água de alimentação são usadas resinas aniônicas fortes Tipo I quando: 1. O nível de ácidos fracos (HSiO3- e HCO3-) é maior do que 25%.

2. Existe a presença de agentes oxidantes fortes (CI2 peróxidos e HNO3) que não podem ser removidos previamente. NOTA: De qualquer maneira, encurtaria a vida útil das resinas.

Por outro lado, resinas aniônicas fortes tipo II são usadas quando o nível de acidez mineral é alto (CI-, SO4= e NO3-). As resinas aniônicas fracas são utilizadas quando há uma carga alta de acidez mineral e alta eficácia na regeneração é desejada. Podem ser usadas em leito estratificado com uma resina aniônica forte com a finalidade de que esta última remova os ácidos débeis (Sílica) que não remove a resina aniônica fraca.

• Qualidade requerida da água tratada Se for necessário obter água desmineralizada com baixo nível de sílica, é indispensável utilizar ânion forte.

• Condições potenciais de oxidação Se houver na água de alimentação oxidantes fortes tipo peróxidos, Cl2 ou HNO3, é recomendável utilizar uma resina aniônica forte tipo I, preferivelmente macroporosa.

13

Resinas aniônicas

• Nível de orgânicos na água Se o conteúdo de orgânicos, taninos e ácidos húmicos e fúlvicos, for alto, é recomendável utilizar um ânion forte tipo I gel poroso (Dowex™ 11, com base em estireno divinilbenzeno) ou uma macroporosa acrílica (Amberlite™IRA958 Cl, com base em ácido acrílico). Estes tipos de resinas removem eficazmente os orgânicos presentes na água de alimentação e permite sua eliminação posterior na regeneração ou durante processos de limpeza com salmoura alcalina. É importante considerar que o fato de realizar as limpezas a altas temperaturas (50 - 60°C) contribuem para conseguir uma boa remoção de orgânicos e de sílica incrustada. No entanto, algumas resinas acrílicas não permitem temperaturas altas de trabalho durante os processos de limpeza e, portanto, não é possível limpá-las tão eficazmente.

• Temperatura da água Se a temperatura da água de alimentação for alta (>30°C) não é recomendável usar resinas aniônicas fortes tipo II. As resinas tipo II degradam-se rapidamente acima de 30°C, permitindo a passagem da sílica.

A lista a seguir contém as propriedades que devem ser revisadas quando for selecionada uma resina aniônica.

14

Na Tabela 3 constam as principais propriedades das resinas aniônicas Dowex™, Amberjet™ou Amberlite™. As propriedades mostradas são valores típicos obtidos mediante testes e não devem ser consideradas como sendo especificações.

1. Capacidade da resina, tanto a capacidade total, como a capacidade de rompimento de sais. A capacidade de rompimento de sais define a habilidade que a resina possui para remover ácidos débeis como sílica e CO2.

2. Características de eluição da resina para os principais íons na água de alimentação.

3. Resistência a condições potenciais de oxidação. As resinas Tipo II são menos estáveis que as do Tipo I. 4. Resistência ao taponamento por orgânicos.

Para níveis altos use Dowex™ 11.

5. Resistência a rompimento por choque osmótico.

6. Resistência à atrição física.

7. Estabilidade térmica. As resinas tipo II degradam-se acima de 30°C. 8. Eficácia na regeneração. As resinas débeis regeneram-se mais eficientemente que as resinas fortes.

Desta forma, na seleção do tipo de resina aniônica que será utilizada, as condições e necessidades específicas devem ser consideradas, além do custo da resina. Desta maneira, será atingido o objetivo final que é obter uma qualidade de água tratada de acordo com sua necessidade, com o menor custo operacional.

Nossa equipe técnica irá assessorá-lo na seleção da resina aniônica, de acordo com suas necessidades específicas.

Tabela 3: Propriedades Típicas de resinas aniônicas Dowex™, Amberjet™ ou Amberlite™ Base Fraca Propriedade

Gel IRA96

Base Forte

Macroporosa WBA

Remoção de SiO2 Não Remove (ordem de preferência) Capacidade Total, min. eq/litro

1.25

Tipo II Gel

Tipo II Macroporosa

Tipo I Gel

Tipo I Porosa

Tipo I Macroporosa

Marathon A2

Dowex 22

Amberjet 4200

Dowex 11

MSA-1

Tipo II Macroporosa

2

1

1

1

Tipo I Gel

Tipo I Porosa

Tipo I Macroporosa

1.3

1.0

Capacidade de Eluição de CI- a 5 lb NaOH –kg/pé³

25

20

22

20

12

14

9.6

Capacidade de Elução de HCO3 a 5 lb NaOH –kg/pé³

---

---

2.0

18

21

22.5

19.0

Resistência a Orgânicos (ordem de preferência)

2

2

5

2

4

1

2

Resistência ao choque Osmótico (ordem de preferência)

3

1

3

1

3

2

1

Resistência à atrição física (ordem de preferência)

3

2

1

2

1

1

2

Estabilidade Térmica (ordem de preferência)

60°C

60°C

30°C

30°C

60°C

60°C

60°C

Resistência à Oxidação (ordem de preferência)

1

1

4

4

1

2

3

15

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Para obter mais informações sobre as resinas Dowex™, Amberjet™ e Amberlite™ ligue (11) 5184-8722 ou acesse www.dowwaterandprocess.com.

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