e-Flow

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

Conheça o processo de desmineralizaçãode água com resinas aniônicas

O tema desta edição da e-Flow é “resinas aniônicas”, esferas de polímeros para desmineralização de água e soluções de processos industriais.

Com novo formato, a publicação de Dow Water & Process Solutions sobre tecnologias de tratamento de água, aborda nas próximas páginas os tipos e critérios que devem ser considerados para instalação de resinas em sistemas de tratamento.

O tema desta edição da e-Flow é “resinas aniônicas”, esferas de polímeros para desmineralização de água e soluções de processos industriais.

Com novo formato, a publicação de Dow Water & Process Solutions sobre tecnologias de tratamento de água, aborda nas próximas páginas os tipos e critérios que devem ser considerados para instalação de resinas em sistemas de tratamento.

ÍNDICE

07Critérios de seleção de resinas aniônicasConheça a classifi cação dessas pequenas esferas sintéticas

queliberam diferentes íons, quando aplicadas na água de

processos industriais.

09Resinas aniônicas fortesSão classifi cadas em dois tipos e uma delas é obtida por reação

de dimetiletanolamina.

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, 14.1714o andar - São Paulo/SP - BrasilCEP 04794-000Tel.: +55 11 5188-9614www.dowwaterandprocess.comMaio/2011

Orgulho de apoiar o Ano Internacional da Química

Aspectos para instalação de resinasTemperatura, oxidação e nível orgânico da água devem ser

considerados no momento de instalação de resinas aniônicas em

sistemas de tratamento.

13

11Resinas aniônicas fracasObtidas 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.

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

Tipos de resinas aniônicas

Critérios de seleçãode resinas aniônicas

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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 sufi ciente.

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 deresinas aniônicas

Seleção de resinas aniônicas

Resinas aniônicasfortes

09

São aminas quaternárias com a seguinte estrutura:

R – N + - (X)3

Onde:

R = Matriz de Polímero Poliestireno divinilbenzeno

X = Grupo Alifático

Por serem bases fortes têm grande afi nidade 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.

Existem resinas aniônicas fortes do Tipo Ie do Tipo II.

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

O grupo funcional fi xo é uma amina quaternária que lhe dá basicidade forte e, portanto, grande capacidade de remoção de ácidos fracos tipo silícico e carbônico. Dentro desta classifi cação 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:

São obtidas por reação de dimetiletanolamina com o polímero clorometilado. Grupo funcional fi xo 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 efi cácia durante a regeneração.

RESINA ANIÔNICA FORTE

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

ÁGUA DEALIMENTAÇÃO

DESCATIONIZADA

cátions ânions

H+Na+

Cl-SO4=NO3-CO2

HCO3-HSiO3-

ÁGUA SAÍDA(desmineralizada)

cátions ânions

H+Na+

OH-

RESINA

?QUANDO UTILIZAR:• São indispensáveis quando é necessário obter níveis

baixos de Sílica• Removem ácidos fortes e fracos

RemoveCl-SO4=NO3CO2HCO3-HSiO3

TIPO I

OH-R- N+ - (CH3)3

TIPO II

OH-

–

R- N+ - (CH3)2

CH2 - CH2 - OH

Resinas aniônicas fracas

Resinas aniônicasfracas

10

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São obtidas por reação do copolímero clorometila-do com uma amina primária, secundária ou amo-níaco. As resinas débeis Dowex™, Amberjet™ ou Amberlite™ possuem a seguinte estrutura:

R- N - (CH3)2

Aniônica FracaAmina Terciária

Estas resinas possuem grande capacidade de ab-sorver 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 re-movedoras de ácidos fracos tipo ácido silícico ou carbônico, porém são muito efi cazes 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 classifi cação estão as resinasDowex™ WBA e Amberlite™ IRA 96.

Se as resinas aniônicas forem classifi cadas, de acordo com sua efi cácia, durante o processo de regeneração, será verifi cado que as resinas aniônicas fracas ocu-pam o primeiro lugar em efi cácia e que as aniônicas fortes Tipo I macroporosas são as que apresentam a menor efi cácia.

RESINA ANIÔNICA FRACA

Figura 2: Comportamento de uma Resina Aniônica Fraca

ÁGUA DEALIMENTAÇÃO

cátions ânions

H+

Na+

CI-

SO4=

NO3-

CO2HCO3-

HSIO3-

ÁGUA SAÍDA(desmineralizada)

cátions ânions

H+

Na+

HCO3-

HSIO3-

RESINA

?QUANDO UTILIZAR:• Recomendáveis quando o nível de cloretos, sulfatos

e nitratos é alto Não remove ácidos fracos,Sílica nem carbonatos

RemoveCI-SO4=NO3-

EFICIÊNCIA NA REGENERAÇÃO

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

MAIOR

MENOR

Resinas aniônicas

Aspectospara instalaçãode resinas

13

Devem ser considerados os seguintes aspectos para instalação de resinas aniônicas:

• Composição da água de alimentação

De acordo com a composição da água de ali-mentação 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 re-movidos previamente. NOTA: De qualquer ma-neira, 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 aci-dez mineral e alta efi cácia na regeneração é de-sejada. Podem ser usadas em leito estratifi cado com uma resina aniônica forte com a fi nalidade de que esta última remova os ácidos débeis (Síli-ca) 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 for-tes tipo peróxidos, Cl2 ou HNO3, é recomendável utilizar uma resina aniônica forte tipo I, preferivel-mente macroporosa.

Resinas aniônicas

• Nível de orgânicos na água

Se o conteúdo de orgânicos, taninos e ácidos hú-micos e fúlvicos, for alto, é recomendável utilizar um ânion forte tipo I gel poroso (Dowex™ 11, com base em estireno divinilbenzeno) ou uma macro-porosa acrílica (Amberlite™IRA958 Cl, com base em ácido acrílico). Estes tipos de resinas remo-vem efi cazmente os orgânicos presentes na água de alimentação e permite sua eliminação poste-rior na regeneração ou durante processos de lim-peza 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 tempe-raturas altas de trabalho durante os processos de limpeza e, portanto, não é possível limpá-las tão efi cazmente.

• Temperatura da água

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

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

14

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1. Capacidade da resina, tanto a capacidade total, como a capacidade de rompimento de sais. A capacidade de rompimento de sais defi ne 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 potenciaisde 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 rompimentopor choque osmótico.

6. Resistência à atrição física.7. Estabilidade térmica. As resinas tipo II

degradam-se acima de 30°C.8. Efi cácia na regeneração. As resinas débeis

regeneram-se mais efi cientementeque as resinas fortes.

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

Desta forma, na seleção do tipo de resina aniôni-ca que será utilizada, as condições e necessida-des específi cas devem ser consideradas, além do custo da resina. Desta maneira, será atingido o objetivo fi nal 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 necessi-dades específi cas.

Propriedade

Base Fraca Base Forte

Gel Macroporosa Tipo II Gel Tipo II Macroporosa Tipo I Gel Tipo I Porosa Tipo I Macroporosa

IRA96 WBA Marathon A2Dowex

22Amberjet

4200Dowex 11 MSA-1

Remoção de SiO2(ordem de preferência)

Não Remove Tipo II Macroporosa 2 1 1 1

Capacidade Total,min. eq/litro

1.25 Tipo I Gel Tipo I Porosa Tipo I Macroporosa 1.3 1.0

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

25 20 22 20 12 14 9.6

Capacidade de Eluçãode 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

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


“Esponjas químicas” para remoção efetiva de contaminantes em água e soluções de processo.

Nossas resinas oferecem uma série de vantagens na desmineralização de água industrial, recicla-gem de águas residuais e em processamentos químicos, farmacêuticos e industriais.

Para obter mais informações sobre as resinas Dowex™,

Amberjet™ e Amberlite™ ligue (11) 5184-8722 ou acesse

www.dowwaterandprocess.com.


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