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En sistemas de calderas de generación de energía, la pureza del agua es crítica, ya que el menor contaminante puede conducir a depósitos, corrosión y escalado en las palas de la turbina o tubos, reduciendo la eficiencia y limitando la vida útil del sistema. El agua de caldera proviene de cuerpos naturales, que contienen muchas impurezas, incluyendo gases disueltos (es decir, oxígeno y dióxido de carbono) y minerales (por ejemplo, calcio y magnesio) que deben ser eliminados del fluido. Para eliminar las impurezas minerales, el agua de alimentación pasa por un proceso de desmineralización, que elimina los iones que pueden ser perjudiciales para el sistema. En este post, nuestro equipo de ingeniería y producto analiza cómo se logra la desmineralización a través del intercambio iónico y ofrece asesoramiento sobre el recipiente, el contenedor y los materiales de tubería más adecuados para este proceso.
Cómo el intercambio de iones consigue la desmineralización
Los sistemas de intercambio iónico están diseñados para eliminar los iones de calcio y magnesio del agua de alimentación. El proceso incluye dos intercambios separados: un intercambio catiónico y un intercambio aniónico.
1. Intercambio de cationes
El agua procesada entra primero en un recipiente de intercambio catiónico. El agua entrante contiene sales inorgánicas disueltas, tales como cloruro de sodio, cloruro de magnesio y cloruro de calcio. Una vez disueltas, estas sales se disocian, dejando libres iones de calcio y magnesio en el agua.
El recipiente de intercambio catiónico contiene una resina catiónica de ácido fuerte. Esta resina está formada por partículas cargadas o gránulos que incluyen iones hidrógeno. A medida que el agua se mueve a través del lecho de resina, los gránulos de resina liberarán un ion hidrógeno a favor de un ion calcio o magnesio. .
El resultado de este intercambio es que los iones de calcio y magnesio están unidos, eliminando la posibilidad de que se depositen en algún punto del sistema. En cambio, lo que queda es el ácido correspondiente de los minerales.
2. Intercambio de aniones
Debido a que el agua de alimentación de la caldera debe mantener un equilibrio de pH específico, los ácidos del recipiente de cationes deben neutralizarse.
El recipiente de intercambio aniónico contiene un lecho de resina aniónica de base fuerte. Esta resina base neutraliza los ácidos a medida que el agua fluye, equilibrando el nivel de pH del agua.
El agua desmineralizada y con pH equilibrado es ahora libre de fluir en el siguiente paso del sistema de calderas sin la posibilidad de escalar los tubos de la caldera.
Camas de resina de desmineralización de iones regeneradoras
Con el tiempo, estas resinas se vuelven menos eficaces al eliminar los iones minerales o neutralizar la acidez del fluido. La mayoría de los operadores de calderas monitorean el flujo de fluido para los indicadores de que la resina ha llegado al final de su vida útil:
- Intercambio de cationes: La acidez mineral libre de un fluido cae bruscamente.
- Intercambio de aniones: Los niveles de sílice de efluente aumentan bruscamente y los niveles de conductividad disminuyen momentáneamente y luego también aumentan bruscamente.
Cuando ocurre cualquiera de estas instancias, el sistema está programado para iniciar el proceso de regeneración.
Regeneración de la resina de intercambio de cationes
Mientras que cualquier ácido mineral (por ejemplo ácido clorhídrico) hará, el ácido sulfúrico se aplica típicamente a la resina porque es el menos costoso. El ácido sulfúrico se aplica a la resina en una concentración baja (entre 2% y 8%). Demasiado ácido sulfúrico puede ensuciar irreversiblemente la resina.
El ácido sulfúrico restaura los sitios de intercambio a su forma de hidrógeno, permitiendo que los intercambios de iones tengan lugar de nuevo.
Regeneración de la resina de intercambio aniónico
Para regenerar la resina de intercambio aniónico, se aplica una solución cáustica de hidróxido de sodio al 4%. Esta solución se aplica típicamente a una temperatura de 120 ° F (48,9 ° C) para mejorar la eficiencia del proceso.
Ambos procesos de regeneración imponen exigencias específicas a los materiales de los contenedores, tuberías y recipientes, al igual que el proceso de recuperación de soluciones ácidas y cáusticas gastadas.
Desmineralización Opciones de intercambio de iones
La temperatura, la presión y el rango de soluciones empleadas en el proceso de desmineralización imponen exigencias únicas a los materiales utilizados para contenedores, tuberías, accesorios, válvulas y recipientes. La elección de material adecuada puede prolongar la vida útil y la eficiencia del sistema y ofrecer ahorros cuantificables.
Metales: Los ácidos y soluciones cáusticas de baja concentración corroen intrínsecamente los metales. Además, los iones de calcio y magnesio pueden unirse a las paredes metálicas, lo que lleva a la ampliación. Los metales no se recomiendan para el intercambio de iones.
Acero revestido de caucho: El acero revestido de caucho es una opción eficaz para limitar la corrosión y las preocupaciones de escala. El caucho es inerte a una gama de soluciones y el acero proporciona la resistencia necesaria para satisfacer las demandas de calor y presión. Sin embargo, el acero revestido con caucho tiende a ser más costoso que otras opciones materiales.
PVC: El cloruro de polivinilo (PVC) es inerte para muchas de las soluciones utilizadas durante todo el proceso de desmineralización, pero a menudo no puede satisfacer condiciones de presión o temperatura elevada, específicamente durante la regeneración de la resina de intercambio aniónico.
CPVC: cloruro de polivinilo clorado (CPVC), específicamente tubo Corzan® Ced 80 CPVC, proporciona una solución ideal. Es inherentemente inerte a ácidos, bases y sales eliminando problemas de corrosión, y no atrae los iones metálicos que causan el escalamiento.
El CPVC también está clasificado por el soporte que ofrece a la presión más allá de las demandas de temperatura y presión de la mayoría de los sistemas de desmineralización de agua de alimentación de generación de energía. Por último, ofrece uno de los costos más bajos para su instalación que cualquier otro material desde una perspectiva de tubería.
Si tiene alguna pregunta sobre la elección del material para su proceso de desmineralización del agua de alimentación de la caldera, nuestro equipo de especialistas . Programe una consulta gratuita.
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