Calcul de la capacité de production d'eau du lit mixte

Dans un lit mixte, la résine échangeuse de cations régénérée sous forme H⁺ et la résine échangeuse d'anions régénérée sous forme OH⁻ sont mélangées ensemble. Autour de chaque grain de résine cationique se trouvent de nombreux grains de résine anionique, et autour de chaque grain de résine anionique se trouvent de nombreux grains de résine cationique. Ainsi, un lit mixte peut être considéré comme un lit composé à plusieurs étages composé de nombreuses résines échangeuses de cations et d'anions disposées en alternance.

Dans des secteurs tels que les semi-conducteurs, les circuits intégrés et les produits pharmaceutiques, les lits mixtes sont souvent utilisés seuls pour la déminéralisation chimique de l'eau. Étant donné que les quantités de charge de résines cationiques et anioniques sont inférieures à celles utilisées avec des lits séparés, et que la résine anionique doit également éliminer le CO₂ résiduel et le SiO₂ soluble de l'eau, la durée du cycle de fonctionnement est considérablement réduite, tandis que le temps de régénération est multiplié. Dans les centrales électriques équipées de chaudières à haute pression, en raison du grand volume d'eau d'appoint, l'utilisation d'un lit mixte seul entraînerait des régénérations trop fréquentes. En même temps, comme les exigences de qualité de l'eau sont très élevées, les lits mixtes sont généralement utilisés en série après un système de déminéralisation à lit composé à un seul étage. Ce n'est que lors du traitement des eaux de condensation qu'un lit mixte séparé est utilisé.

Lorsque les exigences de qualité de l'eau sont très élevées, les résines utilisées dans le lit mixte doivent être une résine cationique fortement acide et une résine anionique fortement basique. Lors du traitement des eaux de condensation, des résines échangeuses de cations et d'anions à haute résistance et à granulométrie relativement uniforme doivent être utilisées. Généralement, après la régénération du lit mixte, la teneur en type RH par unité de volume de la résine cationique est environ 2 à 2,5 fois supérieure à la teneur en type ROH de la résine anionique. Par conséquent, si un lit mixte est utilisé seul pour la déminéralisation, le rapport résine cationique/résine anionique est généralement de 1:2.

L'eau déminéralisée normale de premier étage (≤10 μS/cm) est utilisée comme eau d'alimentation du lit mixte. La conductivité de l'effluent du lit mixte est contrôlée à ≤0,2 μS/cm. La valeur empirique de la capacité de production d'eau périodique est de 8 000 à 12 000 fois. Le CO₂ résiduel, le SiO₂ soluble et les anions présents dans l'eau d'alimentation doivent être éliminés par échange sur résine anionique. Étant donné que la capacité d'échange par unité de volume de la résine anionique dans le lit mixte est inférieure à celle de la résine cationique, la capacité de production d'eau périodique du lit mixte est calculée sur la base de la résine anionique. La formule de calcul est la suivante :

Formule de calcul de la capacité de production d'eau des résines cationique et anionique

• Volume de résine (m³) : Désigne le volume de résine anionique dans le lit mixte
• Capacité d'échange de travail de la résine : La capacité d'échange de travail de la résine anionique du lit mixte est généralement de 400 mol/m³-R
• Concentration molaire totale des anions dans l'eau d'alimentation (Cl⁻, SO₄²⁻, CO₂ résiduel, SiO₂ soluble) : Calculée sur la base du rapport de qualité de l'eau du client

Exemple : Une conductivité de 3,2 μS/cm équivaut à une teneur en sel de 3,2/(poids moléculaire du sel, généralement pris égal à 100, valeur empirique) = 0,032 mmol/L. Comme la conductivité de l'effluent doit être contrôlée en dessous de 0,4 μS/cm, la capacité d'échange de travail réelle devrait être de 550 mmol/L. La capacité de production d'eau par unité de volume de résine est alors :

Pour un diamètre de 200 mm et une hauteur de 800 mm, le volume de résine est de 10,5 L. Le rapport résine cationique/résine anionique est de 1:2. La capacité estimée de production d'eau du lit mixte est :

La vitesse d'écoulement de fonctionnement est de 140 m/h, le débit est donc de :

Le temps de fonctionnement réel est de :

Cela correspond à environ 41 heures.