انواع دستگاه سختی گیر رزینی

آب خام شامل مقادیر زیادی از ترکیبات و مواد مختلف است که به دلیل عبور از بستر زمین و تماس با مواد معدنی، در آن وارد شده‌اند. برخی از ترکیبات با تغییر شرایط حاکم بر آب مانند افزایش دما یا فشار، از حالت محلول خارج شده و به صورت ذرات سخت و چسبنده روی دیواره داخلی مخازن و لوله‌ها ایجاد رسوب می‌کنند. تشکیل رسوب مشکلات بسیار زیادی برای تاسیسات ایجاد کرده و کاهش بهره‌وری، افزایش مصرف انرژی، خوردگی لوله‌ها و خرابی تجهیزات تنها بخشی از آثار مخرب آن می‌باشد. برای سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی مانند چیلرها، دیگ‌های بخار و موتورخانه‌های آب گرم، حساسیت موضوع زیادتر می‌شود. تا آنجا که سختی گیر رزینی Resin Water Softener به عنوان یک تجهیز ضروری برای تاسیسات در نظر گرفته می‌شود. شرکت تصفیه آب بهاب طیف گسترده‌ای از سختی گیرهای رزینی را با عملکرد خودکار یا دستی، در ظرفیت‌های مختلف ارائه می‌نماید. علاوه بر آن می‌توانید از نرم افزار تخصصی بهاب برای محاسبه ظرفیت سختی گیر و تعیین بهترین و اقتصادی‌ترین گزینه، بهره‌مند شوید.

جهت مشاوره و ثبت سفارش، کافیست فرم تصفیه آب و فاضلاب صنعتی بهاب را تکمیل نموده و یا از طریق شماره تلفن‌های 02186027905 - 02634606148 ، واتس اپ و تلگرام 09359103243 و یا چت آنلاین با کارشناسان تصفیه آب بهاب در ارتباط باشید. 

 

محاسبه آنلاین ظرفیت سختی گیر رزینی

 

سختی گیر رزینی چیست و چه کاربردی دارد؟

میزان سختی آب، به عنوان یک شاخص مهم در تعیین کیفیت آب شناخته می‌شود. آب سخت می‌تواند مشکلات زیر را ایجاد نماید:

• ایجاد خوردگی در لوله‌ها، شیرآلات و تاسیسات
• ایجاد رسوب، لک و سفیدک روی شیرآلات و سرویس‌های بهداشتی
• افت شدید کیفیت کولرهای آبی به دلیل ایجاد لایه ضخیم نمک و آهک روی پوشال کولر و تشدید مشکلات آلرژی
• بروز مشکلات زیاد در سیستم‌های سرمایشی مانند چیلرها، کاهش بهره‌وری و اتلاف انرژی
• بروز خرابی، رسوب و گرفتگی لوله‌ها در سیستم‌های گرمایشی و دیگ‌های بخار
• از کار افتادن تجهیزات کنترلی نصب شده در سیستم‌های تاسیساتی

برای جلوگیری از عوارض ناشی از مصرف آب سخت، لازم است آلاینده‌هایی را که سبب ایجاد رسوب می‌شوند، از آب خارج نمود. مطمئن‌ترین و کاراترین شیوه، استفاده از سختی گیر رزینی است که با نام Resin Water Softener یا Resin Water Hardener شناخته می‌شود. رزین تبادل یونی می‌تواند ترکیبات یک تا چند ظرفیتی کربنات کلسیم، منیزیم را حذف و آبی نرم و عاری از رسوب ارائه دهد. سختی گیر رزینی با قابلیت خود احیایی، می‌تواند برای مدت زمان نسبتا طولانی پاسخگوی نیاز مصرف کنندگان آب سخت باشد.

مزیت سختی گیر رزینی نسبت به سایر سختی‌ گیرهای آب

انواع مختلفی از روش‌های نرم کردن آب و حذف سختی آن وجود دارد. اما کارایی و اثربخشی بالای سختی‌گیر رزینی در کنار هزینه معقول اولیه و هزینه پایین سرویس و نگهداری، آن را به گزینه اصلی در این زمینه تبدیل کرده است. در ذیل به معرفی سایر روش های سختی گیری آب و مقایسه آن با سختی گیر رزینی می‌پردازیم:

• سختی گیر مغناطیسی Magnetic Water Softener: در این روش با استفاده از میدان مغناطیسی ایجاد شده، ذرات کربنات کلسیم و منیزیم را باردار کرده و از رسوب آنها روی دیواره لوله‌ها و دیگ جلوگیری می‌کند. در این روش سختی آب حذف نمی‌شود و تنها قدرت چسبندگی آن کم شده تا بتواند همراه جریان آب، از سیستم خارج شود. طبیعی است که در سیستم‌های بسته و سیرکولاسیون یا دیگ‌های بخار که همواره بخش قابل توجهی از آب درون سیستم باقی میماند، ممکن است کارایی لازم را نداشته باشد.
• سختی گیر پلی فسفات: در این روش، پلی فسفات با قرار گرفتن روی ذرات تشکیل دهنده رسوب، میزان چسبندگی آنها به دیواره‌ها را کم می‌کند. بدیهی است که مانند روش مغناطیسی، مواد تشکیل دهنده رسوب از سیستم حذف نشده و در سیکل بسته کارایی بسیار کمی خواهد داشت. ضمن آنکه در این روش مقداری پلی فسفات به آب اضافه شده و ممکن است در شرایطی که کیفیت و مواد موجود در آب نیاز به کنترل دقیق داشته باشد، مشکل ساز گردد.
• سختی گیر اسمز معکوس RO: استفاده از اسمز معکوس برای تولید آب نرم، قطعا کارایی بسیار بالایی خواهد داشت و از لحاظ کیفیت به مراتب بهتر از سیستم سختی‌گیر رزینی است. منتها دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس RO هزینه اولیه بسیار بالایی دارد و مقرون به صرفه نیست. همچنین هزینه‌های نگهداری آن نیز از سختی گیر رزینی بیشتر است. علاوه بر این موارد، به فضای زیادی برای نصب نیاز داشته و استفاده از آن وابسته به رسیدگی کارشناس فنی و اپراتور است.

با توجه به موارد ذکر شده، استفاده از سختی گیر رزینی به عنوان روشی بسیار کارا با قیمت مناسب، بهترین راه حل می‌باشد.

مزایای سختی گیر رزینی

• حذف کامل سختی آب
• هزینه اولیه بسیار پایین نسبت به سیستم تصفیه آب اسمز معکوس RO
• هزینه نگهداری بسیار ناچیز
• عدم نیاز به اپراتور در صورت استفاده از شیر کنترل خودکار
• سرویس و نگهداری خودکار و برنامه‌ریزی شده
• فشار بسیار کمی برای اجرا نیاز دارد.
• عموما خراب نمی‌شود و نیاز به تعمیر ندارد.

کاربردهای سختی گیر رزینی

در هر مکانی که آب مورد استفاده دارای سختی زیادی است، می‌توان از سختی‌گیر رزینی برای نرم نمودن آب استفاده کرد. برخی از رایج‌ترین کاربردهای سختی گیر رزینی عبارتند از:

• خشکشویی‌ها برای جلوگیری از ایجاد رسوب در دیگ و لوله‌ها
• چیلرها و سیستم‌های خنک کننده
• ورودی آب کولرهای آبی برای جلوگیری از ایجاد رسوب در پوشال کولر که سبب پخش در فضا و ایجاد آلرژی می‌شود.
• سیستم‌های گرمایشی و دیگ‌های بخار یا آب گرم
• در ورودی منازل، ادارات، مدارس و ... برای جلوگیری از رسوب روی شیرآلات و تاسیسات

آشنایی با محاسبات فنی سختی گیر رزینی و تعیین ظرفیت

اگرچه بهاب نرم افزار رایگانی را برای محاسبه گام به گام و ظرفیت سنجی سختی گیر رزینی ارائه نموده است، با این حال در ادامه به صورت دقیق به بررسی نحوه محاسبه دستی ظرفیت سختی گیر رزینی می‌پردازیم. در ابتدا لازم است برخی مفاهیم اولیه مانند سختی و واحد اندازه‌گیری آن توضیح داده شود.

شماره‌های تماس جهت مشاوره و خرید 02186027905 - 02634606148 ، واتس اپ و تلگرام 09359103243

 

منظور از سختی آب چیست؟ Water Hardnes

در آب املاح بسیار زیادی وجود دارند که در حالت عادی به صورت محلول هستند. در اثر تغییر شرایط نگهداری آب، مانند افزایش دما، این املاح قابلیت انحلال خود را از دست داده و به صورت ذرات معلق از آب جدا می‌شوند. این ذرات آلاینده به دلیل قدرت چسبندگی بالا، روی لوله‌ها و بدنه سیستم‌های تاسیساتی رسوب کرده و با سختی بسیار بالایی به آن می‌چسبند. کربنات و بی‌کربنات‌های کلسیم، منیزیم، آهن و روی از مهمترین عوامل ایجاد رسوب هستند. میزان مواد رسوب را بر حسب وزن ppm به عنوان سختی آب Water Hardnes می‌شناسند.

آلاینده‌هایی که عامل ایجاد رسوب هستند، در شرایط طبیعی محلول می‌باشند و در صورتیکه یکی از تغییرات زیر ایجاد شود، به صورت رسوب نمود پیدا می‌کنند:

• افزایش فشار: هرچه فشار آب بالاتر برود، میزان انحلال املاح کمتر شده و به صورت ذرات معلق قابل رسوب از آب جدا می‌شوند.
• افزایش دما: بالا رفتن دما سبب کاهش انحلال ذرات و ایجاد رسوب می‌شود.
• افزایش ph: هرچه درجه قلیاییت آب افزایش یابد، میزان انحلال آلاینده‌ها کمتر شده و رسوب بیشتر خواهد بود.

واحد سختی آب چیست

کلسیم و منیزیم به صورت ترکیبات سولفات، کربنات، بی‌کربنات و کلرید در آب ظاهر می‌شوند که باعث سخت شدن آب می‌گردند. میزان این مواد که به صورت وزن در واحد حجم بیان می‌شود، معرّف میزان سختی آب است. واحد اصلی که برای سختی آب استفاده می‌شود گِرِین بر گالن Grain Per Gallon است که با نام اختصاری GPG شناخته می‌شود.

گِرِین Grain یک واحد اندازه‌گیری جرم است که معادل 64.79891 میلی‌گرم می‌باشد و گالن واحد اندازه‌گیری حجم است که در استاندارد آمریکا معادل 3٫785412 لیتر می‌باشد. بنابراین منظور از GPG، وجود یک گرین کربنات کلسیم حل شده در یک گالن آب آمریکا می‌باشد. به بیان دیگر وجود 64.79 میلی‌گرم سختی در 3.78 لیتر آب است. اگر بخواهیم آن را معادل سازی کنیم، هر 1GPG برابر با وجود 1 واحد کربنات کلسیم در حدود 58،000 واحد آب است (به صورت دقیق 58،418 واحد آب).

گاهی سختی آب را بر حسب قسمت در یک میلیون Parts Per Million یا ppm که یک واحد رایج است بیان می‌کنند. اگر بخواهیم واحد GPG را به شکل ppm معادل سازی کنیم، یک GPG برابر با 17.12 واحد سختی (CaCO3)  در یک میلیون واحد آب است که به صورت ppm بیان می‌شود.

1 gpg  = 1 grain (CaCO3)   in 1 gallon (water)

=

64.79891 mg (CaCO3)   in  3.785412  liter (water)

=

64.79891 mg (CaCO3)   in 3785412 ml (water)

=

17.12  ppm :::  17.12 unit (CaCO3)   in 1,000,000 unit (water)

>>>> 1 unit (CaCO3)  in 58,418 unit (water)

برخی تبدیل‌های واحد GPG و PPM عبارتند از:

1 gpg = 0.017118061 kg/m³

1 gpg = 17.12 mg/L (ppm)

1 mg/L (ppm) = 0.058417831 grains per US gallon

 

 

برای سهولت بیشتر، جدول تبدیل واحد ppm به gpg و بلعکس در ادامه آورده شده است:

Part/million (ppm)	Grain/gallon (US) [gr/gal (US)]
0.01 part/million (ppm)	0.0005835118 gr/gal (US)
0.1 part/million (ppm)	0.0058351176 gr/gal (US)
1 part/million (ppm)	0.0583511759 gr/gal (US)
10 part/million (ppm)	0.5835117588 gr/gal (US)
100 part/million (ppm)	5.8351175877 gr/gal (US)
1000 part/million (ppm)	58.3511758767 gr/gal (US)

 

Grain/gallon (US) [gr/gal (US)]	Part/million (ppm)
0.01 gr/gal (US)	0.1713761522 part/million (ppm)
0.1 gr/gal (US)	1.7137615223 part/million (ppm)
1 gr/gal (US)	17.1376152233 part/million (ppm)
10 gr/gal (US)	171.3761522325 part/million (ppm)
100 gr/gal (US)	1713.7615223253 part/million (ppm)
1000 gr/gal (US)	17137.615223253 part/million (ppm)

 

دسته‌بندی آب بر اساس میزان سختی آن

بر اساس استانداردهای اعلام شده انجمن کیفیت آب، دسته‌بندی زیر برای آب با سختی‌های مختلف بکار می‌رود: 

• آب نرم: میزان سختی آب کمتر از 3.5 گرین در هر گالن gpg است.
• آب نسبتا سخت: میزان سختی آب بین 3.5 تا 7 گرین در هر گالن gpg است.
• آب سخت: میزان سختی آب بین 7 تا 10.5 گرین در هر گالن gpg است.
• آب خیلی سخت: میزان سختی آب بیشتر از 10.5 گرین در هر گالن gpg است.

تعریف واحد سختی گیر رزینی آب

ظرفیت همه سختی‌گیرهای رزینی را بر اساس گرین Grain اعلام می‌کنند. یعنی مشخص می‌نمایند که سیستم سختی‌گیر آب، چه وزنی از کربنات کلسیم را در هر دوره کاری می‌تواند حذف نماید. به عنوان نمونه اگر اعلام شود ظرفیت یک سختی‌ گیر رزینی 30،000 گرین است، یعنی می‌تواند حجم آبی را که جمعا دارای 30،000 گرین (برابر با 1،943،967 میلی گرم کربنات کلسیم) سختی است، تصفیه نماید. به راحتی می‌توانید مقادیر را معادل سازی کنید: پس سختی گیر فوق می‌تواند مثلا 30،000 گالن آب که هر گالن آن دارای سختی 1GPG است را تصفیه نماید، یا 15،000 گالن آب با سختی 2GPG یا 60،000 گالن آب را با سختی 0.5GPG تصفیه کند.

همچنین می‌توانید واحدها را از گرین و گالن به لیتر و میلی‌گرم تبدیل و به صورت ppm بیان کنید. در مثال بالا، سختی‌گیر می‌تواند 113،562 لیتر آب با سختی 17.13ppm را تصفیه کند.

30000 gallon *  3.785412 = 113,562.3  liter

1 GPG = 17.1376 ppm

از آنجا که میزان سختی آب ورودی می‌تواند متفاوت باشد، برای محاسبه حجم آب قابل تصفیه می‌توانید از فرمول زیر برای این کار استفاده کنید:

L = (G * 64.87293) / H

G          ظرفیت سختی‌گیر به گرین

H          سختی آب ورودی به پی‌پی‌ام

L          حجم آب قابل تصفیه به لیتر

مثال: سختی آب ورودی یک کارگاه 200ppm است و یک سختی گیر با ظرفیت 50،000 گرین برای آن نصب شده است. چه حجم آبی در هر دوره استفاده می‌تواند تصفیه شود؟

L =( 50,000 * 64.87293 ) / 200 = 16,218  LITER

سختی‌گیر ذکر شده می‌تواند 16،218 لیتر آب را تا قبل از هر دوره احیاء تصفیه کند:

با دانستن محاسبه بالا، می‌توانید ظرفیت دستگاه را برای تصفیه هر مقدار آب با هر مقدار از سختی محاسبه کنید. هرچه میزان سختی آب بالاتر باشد، حجم آبی که در هر دوره احیاءِ سیستم می‌تواند سختی‌گیری شود کمتر خواهد شد و بالعکس.

مراحل انتخاب و محاسبه سختی گیر رزینی مناسب

برای اینکه بدانید به چه سختی‌گیری و با چه ظرفیتی نیاز دارید، باید ده گام اصلی را طی نمایید:

1. تعیین حجم آب مصرفی در روز
2. تعیین سیکل کاری و سختی آب ورودی
3. محاسبه ظرفیت اولیه سختی‌گیر رزینی
4. بررسی ملاحظات فنی زمان احیاء رزین
5. تعیین مخزن پشتیبانی آب تصفیه در صورت نیاز
6. محاسبه ظرفیت نهایی سختی گیر رزینی
7. محاسبه حجم رزین مورد نیاز
8. تعیین مخزن مناسب برای سختی گیر آب
9. تعیین مخزن محلول احیاء
10. تعیین زمان‌های کارکرد و احیاء

گام اول: تعیین حجم آب مصرفی در روز :

 ابتدا باید میزان مصرف آب سیستم را محاسبه نمایید. حجم را می‌توانید بر حسب لیتر یا گالن پیدا کنید. در بسیاری از موارد، میزان مصرف آب مشخص است. مثلا زمانی که سختی گیر رزینی را برای یک مجتمع مسکونی نصب می‌کنید، به راحتی می‌توانید با قرائت کنتور آب و تعیین حجم آب مصرف شده در یک ماه، میزان مصرف در هر روز را محاسبه نمایید. با دانستن میزان مصرف در دقیقه یا ساعت نیز می‌توانید مقدار مصرف روزانه را تعیین نمایید.

گاهی شما میزان مصرف آب را نمی‌دانید. مانند زمانی که آب مستقیما وارد سیستم گرمایشی مانند بویلر یا سیستم سرمایشی مانند چیلر می‌شود. برای بدست آوردن آب جبرانی که بر اثر تبخیر ایجاد می‌شود، در هرکدام از موارد گفته شده روش‌هایی وجود دارد که در ادامه به آن می‌پردازیم.

محاسبه حجم آب جبرانی در هر روز کاری برای سیستم گرمایشی (بویلر)

بویلرها به دلیل حرارت بالا و تبخیر، مقداری از آب سیکل گرمایشی خود را از دست می‌دهند که باید جبران شود. حجم آب در گردش بویلر به واحد gpm یا میزان گالن در دقیقه بیان می‌شود. این حجم را با نام V-boiler _(GPM) نشان می‌دهند و معمولا 1 یا 2 درصد آن را به عنوان هدر رفت لحاظ می‌کنیم که به صورت V^O_GPM یا آب جبرانی بیان می‌شود. میزان آب در گردش بویلر در شرایط کاری مختلف عموما در مشخصات فنی آن ارائه شده است. با این حال، برای محاسبه و برآورد حجم آب در گردش، می‌توان ظرفیت حرارتی دیگ Q_Boiler را بر حسب Btu/h  بی تی یو در ساعت، بر عدد 10،000 تقسیم نمود.

V-boiler _(GPM) = Q_{Boiler(Btu/h)} / 10,000      

V^O_GPM = V_GPM * 0.01

برای محاسبه کل حجم آب، لازم است مقدار آب در گردش در هر دقیقه را در مدت زمان استفاده (بر حسب دقیقه) ضرب نمود تا مقدار بر حسب گالن بدست آید:

V_gallon = V^O_GPM * T_min

 

مثال: میزان آب جبرانی یک دیگ گرمایشی با ظرفیت 2 میلیون بی تی یو بر ساعت، برای یک دوره کاری 8 ساعته چقدر است؟

V^O_GPM =( Q_{Boiler(Btu/h)} / 10,000 )* 0.01 = ( 2,000,000 / 10,000 ) * 0.01 = 2  gpm

یعنی در هر دقیقه 2 گالن آب جبرانی مورد نیاز است. و برای کل دوره کاری:

V_gallon = 2 * 60 * 8 = 960 گالن

محاسبه حجم آب جبرانی در هر روز کاری برای سیستم سرمایشی (چیلر)

در چیلرها، مقداری از آب در گردش که با واحد GPM بیان می‌شود، تبخیر شده و نیاز است جبران شود. اگرچه این مقدار آب جبرانی با توجه به شرایط مختلف و نوع چیلر متفاوت خواهد بود، اما به عنوان یک راه حل عمومی 3 تا 5 درصد از آب درگردش را به عنوان آب جبرانی در نظر می‌گیریم.

V^O_GPM = V_GPM(Chiller) * 0.05

V^O_GPM حجم آب جبرانی بر حسب گالن در دقیقه

V_GPM(Chiller)  حجم آب در گردش بر حسب گالن در دقیقه

برای محاسبه کل حجم آب، باید حجم در گردش در هر دقیقه را در مدت زمان استفاده ضرب نمود تا مقدار بر حسب گالن بدست آید:

V_gallon = V^O_GPM * T_min

مثال: برای یک چیلر تراکمی آبی با ظرفیت 100 تن تبرید، حجم آب در گردش طبق اعلام شرکت سازنده برابر با 250gpm است. حجم آب جبرانی برای یک دوره کارکرد 24 ساعته چه میزان خواهد بود؟

V^O_GPM = 250 * 0.05

V_gallon =12.5 * 60 * 24 = 18,000 گالن

گام دوم: تعیین سیکل کاری و سختی آب ورودی

پس از تعیین حجم آب مصرفی در شبانه روز، باید یک موضوع مهم را تعیین تکلیف نمود و آن دوره کاری یا سیکل فعالیت سختی‌گیر رزینی قبل از انجام عملیات احیاء است. این موضوع نقش مهمی در هزینه تمام شده دارد. هرچه سیکل فعالیت طولانی‌تر باشد، شما باید سختی گیر بزرگتر و با ظرفیت بیشتری را در نظر بگیرید. در حالی که اگر بتوانید سیکل فعالیت را کوتاه‌تر نمایید، ظرفیت سختی گیر کم خواهد شد. سختی گیر با ظرفیت بیشتر به معنای خرید مخزن بزرگتر، حجم بیشتر رزین تبادل یونی و مخزن بزرگتر محلول احیاء است و همه این موارد در هزینه تمام شده نقش خواهد داشت. در مقابل اگر سیکل احیاء را کوتاه در نظر بگیرید، به صورت متناوب سختی گیر را در وضعیت احیاء قرار داده‌اید و از آنجا که تولید آب تصفیه در زمان احیاء رزین متوقف می‌شود، ممکن است شما را در تامین آب با مشکل روبرو کند. بنابراین باید مخزن ذخیره آب تصفیه را در حجم مناسب برای آن در نظر بگیرید.

تعیین دوره کاری باید توسط کارشناس خبره و با لحاظ همه موارد فنی صورت پذیرد؛ به شکلی که آب تصفیه شده در همه زمان‌ها در دسترس باشد. البته مشخص کردن زمان کار سختی گیر رزینی به تنهایی ممکن نبوده و وابستگی زیادی به میزان سختی آب ورودی دارد.

هرچه سختی آب بالاتر باشد، رزین سریعتر اشباع شده و بنابراین برای سیکل‌های فعالیت طولانی، نیاز به سختی گیری با ظرفیت بالاتر خواهید داشت. بنابراین بهتر است سیکل فعالیت را با نظر داشتِ نوع مصرف و میزان سختی آب تعیین نمایید.

V_{cycle(gallon)} حجم آب مصرفی در هر سیکل کاری بر حسب گالن

TH_(ppm) سختی آب ورودی بر حسب پی‌پی‌ام

گام سوم ـ محاسبه ظرفیت اولیه سختی‌گیر

منظور از ظرفیت سختی گیر رزینی، وزن کل ترکیبات ایجاد کننده سختی است که در هر دوره کاری باید حذف شود. با دانستن حجم آب مصرفی در دوره کاری و میزان سختی آب ورودی، به آسانی می‌توان مجموع سختی قابل حذف را محاسبه نمود. دقت شود که ظرفیت سختی گیر رزینی گرین است و مقادیر باید به آن تبدیل شوند. ظرفیت اولیه سختی گیر برابر است با حجم آب بر حسب گالن ضرب در میزان سختی بر حسب ppm و تقسیم حاصل بر 17.12 :

Capacity_(Grain) = (V_{cycle(gallon)} * TH _(ppm)) / 17.13761

 

Capacity_(Grain)  ظرفیت سختی‌گیر بر حسب گرین

اگر حجم آب را به لیتر دارید، می‌توایند از فرمول زیر هم استفاده کنید:

Capacity_(Grain) = (V_cycle(liter) * TH _(ppm))  / 64.87293

یعنی ضرب حجم آب بر حسب لیتر ضرب در میزان سختی بر حسب ppm و تقسیم مجموع بر 64.87293

مثال: سختی آب منطقه‌ای 250ppm است. اگر در هر ساعت 300 لیتر آب مصرف شود و سیکل استفاده 23 ساعته باشد، ظرفیت اولیه سختی گیر رزینی چقدر خواهد بود؟

حجم کل آب مصرف شده در دوره کاری برابر است با:

V_cycle = 300 liter * 23 hr = 6,900 liter

V_cycle = 6900 / 3.785412  = 1822.78 gallon

وزن کل کربنات کلسیم (سختی) در آب مصرفی دوره یا ظرفیت اولیه سختی گیر برابر است با:

Capacity_(Grain) = ( 1822.78 gallon * 250 ppm ) / 17.13761= 26,590   grain

و از روش محاسبه لیتر:

Capacity_(Grain) = ( 6,900 liter * 250 ppm ) / 64.87293= 26,590  grain

 

مثال: برای یکی سیستم گرمایشی با ظرفیت 3 میلیون btu/hr و سختی آب 200ppm و سیکل احیاء 3 روزه، ظرفیت اولیه سختی‌گیر را محاسبه کنید.

ابتدا حجم آب در گردش را حساب می‌کنیم:

V_GPM = 3,000,000 / 10,000 = 300

سپس حجم آب جبرانی در دقیقه:

V^O_GPM = 300 * 0.01 =3 gpm

و حجم مصرفی در کل دوره:

V_{cycle(gallon)} = 3 gpm * 3 day * 24 hour * 60 min = 12,960 gallon

میزان سختی کل در مدت زمان استفاده:

Capacity_(Grain) = (V_{cycle(gallon)} * TH _(ppm)) / 17.13761 = ( 12960 * 200) / 17.13761 = 151,246

ظرفیت سختی‌گیر مورد نیاز باید حدود 152،000 گرین باشد.

گام چهارم: بررسی ملاحظات فنی زمان احیاء رزین

رزین تبادل یونی با جذب یون‌های ترکیبات ایجاد کننده‌ی سختی، آنها را از آب حذف می‌کند. منتها پس از مدت زمان مشخصی و بر اساس ظرفیت سختی گیر، رزین اشباع شده و دیگر قادر به حذف رسوبات نیست. قبل از رسیدن به زمان اشباع، باید نسبت به احیاء رزین اقدام نمود. این کار برای رزین‌های کاتیونی از طریق قرار دادن رزین در محلول آب نمک 10 % انجام می‌شود. با این کار کلسیم و منیزیم از رزین جدا شده و با انجام عمل شستشوی معکوس، وارد فاضلاب می‌شوند. تعیین درست سیکل احیاء رزین بسیار مهم است؛ زیرا تاثیر زیادی در هزینه پروژه دارد. هرچه دوره احیاء رزین را طولانی‌تر در نظر بگیریم، نیاز به سختی‌گیر بزرگتری خواهد بود. این موضوع هزینه تامین مخزن و رزین را بالا برده و به فضای بیشتری نیز برای نصب نیاز دارد. می‌توانید سیکل احیاء را از روزی یک تا دو بار تا هفته‌ای یکبار لحاظ نمایید.

احیای رزین سختی گیر طی 4 مرحله انجام می‌شود:

• مرحله اول ـ شستشوی معکوس Backwash: برای جداسازی دانه‌های رزین، آب خام را به مدت 5 تا 15 دقیقه به صورت معکوس وارد مخزن سختی گیر رزینی می‌کنیم. این کار سبب جداشدن دانه‌های رزین و آزادسازی گل و لای و ذرات معلق قرار گرفته بین آنها می‌شود. به دلیل اینکه رزین بر اثر فشار آب و کارکرد طولانی مدت فشرده شده، انجام این مرحله ضروری است.
• مرحله دوم ـ مکش محلول آب و نمک Brine Draw: آب نمک 10 % (برای رزین کاتیونی) از مخزن ذخیره نمک به صورت مکش دریافت شده و از بالا روی بستر رزین می‌ریزد. مکش و تماس رزین با نمک بین 15 تا 60 دقیقه زمان نیاز دارد. غلظت محلول آب نمک می‌تواند بین 8 تا 20 % متغیر باشد.
• مرحله سوم ـ شستشوی آهسته Slow Rinse: با وارد کردن آب به صورت معکوس، محلول آب نمک را خارج کرده و به همراه کربنات کلسیم و منیزیم که آزاد شده‌اند وارد فاضلاب می‌کنیم. این فرآیند باید آرام انجام شود تا همه ذرات معلق ناخالصی به صورت کامل تخلیه شوند. این مرحله بین 15 تا 20 دقیقه زمان لازم دارد.
• مرحله چهارم ـ شستشوی سریع Fast Rinse: برای تخلیه کامل نمک و ناخالصی‌ها، ستون رزین را با فشار بالا به مدت 25 تا 30 دقیقه شستشو می‌دهیم.

مجموع فرآیند احیای رزین سختی گیر به صورت متوسط 60 دقیقه و حداکثر  120 دقیقه زمان نیاز دارد. زمان احیاء با توجه به حجم رزین و غلظت محلول احیاء توسط کارشناس تعیین می‌شود.  

گام پنجم: تعیین مخزن پشتیبانی آب تصفیه در صورت نیاز

زمانی که سختی‌گیر رزینی در حال احیاء است، قادر به تولید آب تصفیه نیست. بنابراین اگر در آن ساعات نیاز به آب نرم باشد، باید مخزن ذخیره آبی را برای آن در نظر بگیرید. اما اگر دستگاه سختی‌گیر به صورت یکسره فعالیت ندارد، بهتر است زمان‌های احیاء را حتی‌المقدور در فاصله زمانی بدون استفاده بودن دستگاه تنظیم نمایید. این کار نیاز شما را به مخزن ذخیره آب حذف کرده و یا حداقل کاهش می‌دهد و می‌توانید با تهیه مخزن کوچکتری، مساله را مدیریت نمایید.

وجود مخزن ذخیره آب به فضای زیادی نیاز دارد و همچنین هزینه اضافی روی پروژه اعمال خواهد کرد. ضمن آنکه سیستم لوله‌کشی و تجهیزات کنترلی باید برای آن در نظر گرفته شوند تا در صورت عدم فعالیت سختی‌گیر، آب مورد نیاز از مخزن تامین شود. بر اساس مدت زمان لازم برای احیاء رزین که به طور متوسط یک ساعت است و دبی مصرف آب، باید ظرفیت مخزن را محاسبه نمود.

V _{tank (gallon)} = V_GPM * T_MIN                  gallon

مثال: اگر میزان آب مورد نیاز برای سیستم 5gpm و مدت زمان احیاء رزین 60 دقیقه باشد، چه مخزن ذخیره آبی مورد نیاز است؟

5 gpm * 60 = 300 gallon   = 1134 liter

پس به یک مخزن حدود 1200 لیتری برای جبران آب در زمان احیای رزین نیاز داریم.

گام ششم: محاسبه ظرفیت نهایی سختی گیر رزینی

اگر در مرحله قبل مخزن ذخیره آبی برای سیستم در نظر گرفته‌اید، باید ظرفیت سختی گیر رزینی را بر اساس آن بروز رسانی کنید. زیرا به محض فعالیت مجدد سختی‌گیر رزینی، باید علاوه بر تامین آب مورد نیاز سیستم، مخزن نیز پر از آب شود. این موضوع مهم است و باید در محاسبات لحاظ نموده و بر اساس آن ظرفیت سختی‌گیر رزینی را کمی بالاتر در نظر بگیرید. دوره کاری سختی‌گیر و حجم مخزن در این زمینه تعیین کننده هستند.

اگر حجم مخزن ذخیره آب را V _{tank (gallon)} و سیکل فعالیت سختی گیر را T_MIN در نظر بگیریم، ظرفیت اضافه سختی گیر بدین شکل محاسبه می‌شود:

 

Flow-storage (gpn) = V _{tank (gallon)} / T_MIN

Flow-storage حجم آب مورد نیاز برای پر کردن مخزن ذخیره آب

X= Flow / Flow-storage

Capacity-Final_{(Grain) =} Capacity_{(Grain)  +} Capacity_(Grain) * X %

مثال: در یک سیستم سختی گیر رزینی با ظرفیت 120،000 گرین که جریان عبوری آن 5gpm محاسبه شده، نصب یک مخزن با ظرفیت 1200 لیتر در نظر گرفته شده است. اگر زمان کار بین هر دو احیاء رزین 12 ساعت باشد، ظرفیت سختی‌گیر را چقدر بیشتر باید در نظر بگیریم؟

دستگاه باید مخزن را حداکثر در 11 ساعت (برای اطمینان 1 ساعت از زمان کارکرد کم می‌کنیم) پر کند.

1200 liter / 11 hr = 110 liter/hr

110 liter per hr  / 3.785412   = 29.05  gph

29.05  gph / 60 min = 0.48 gpm

پس در هر ساعت 110 لیتر آب باید تصفیه شده و وارد مخزن شود که معادل 29.7 gph گالن در ساعت یا 0.49 gpm گالن در دقیقه است. این مقدار را باید به دبی در جریان سختی‌ گیر رزینی اضافه کنید. چون سختی‌گیر 5gpm جریان عبوری اولیه دارد، مقدار کل ظرفیت را 10 % بالاتر لحاظ می‌کنیم.

5 / 0.49 = 10 %

120,000 * 1.10 % = 132000

پس سختی گیری با ظرفیت 132،000 گرین نیاز داریم.

گام هفتم: محاسبه حجم رزین مورد نیاز

روش‌های مختلفی برای برآورد حجم رزین مورد نیاز وجود دارد. کاراترین شیوه این است که از فرمول ذیل استفاده کنیم:

V-resin (ft^{^3}) = M (grain) / R (gr/ft^{^3})

V  حجم رزین مورد نیاز بر واحد فوت مکعب

M  ظرفیت سختی‌گیر محاسبه شده بر واحد گرین

R  ظرفیت رزین استفاده شده بر واحد گرین در هر فوت مکعب

در انتها می‌توانید حجم بدست را بر اساس فرمول ذیل به لیتر بیان کنید:

1 ft^3 = 28.3168  liter

مثال: در مثال ذکر شده قبلی، حجم رزین مورد نیاز را در صورتیکه از یک رزین کاتیون با ظرفیت 50،000 گرین بر فوت مکعب استفاده شده باشد، بدست آورید.

در مثال قبلی، ظرفیت سختی‌گیر مورد نیاز 11589 گرین محاسبه شد. بنابراین:

Vr(ft^{^3}) = 59200 / 50000 = 1.184 فوت مکعب

1.184 * 28.3168 = 33.52 لیتر

گام هشتم: تعیین مخزن مناسب برای سختی گیر رزینی

با توجه به حجم رزین، باید مخزن مناسبی برای سیستم سختی گیر در نظر گرفت. عموما 30% فضای مخزن را خالی باقی می گذاریم تا برای فرآیندهای احیاء و زمانی که دانه های رزین از هم جدا می‌شوند، فضای کافی وجود داشته باشد. همچنین 15 تا 20 % از فضا را برای قرارگیری سیلیس و در پایین و بالای مخزن لحاظ می‌کنیم. سیلیس از خروج رزین جلوگیری می‌کند. حجم مخزن پیشنهاد شده با اضافه نمودن مقادیر ذکر شده، تعیین خواهد شد.

گام نهم: تعیین مخزن محلول احیاء

با توجه به حجم رزین مورد استفاده باید مخزنی با ظرفیت مناسب برای تهیه محلول آب نمک در نظر گرفت. معمولا 2 برابر حجم مخزن سختی‌گیر را برای آن محاسبه می‌کنیم.

گام دهم: تعیین زمان‌های کارکرد و احیاء