UNIVERSITATEA DE STIINTE AGRICOLE SI MEDICINA VETERINARA A BANATULUI

FACULTATEA DE TEHNOLOGIA PRODUSELOR AGROALIMENTARE

TEHNOLOGII GENERALE IN INDUSTRIA ALIMENTARA

DEMINERALIZAREA APEI TEHNOLOGICE DE PROCESARE ALIMENTARA CU VAR SI SODA

COORDONATOR: STUDENT:Prof.dr.ing. IONEL JIANU PAPA COSMINA (434 A)

TIMISOARA

2004

1

CUPRINS:

CAP 1. Notiuni introductive despre demineralizare

CAP 2. Procedeul cu var si soda

CAP 3. Studiu de caz-Demineralizarea apei tehnologice de procesare alimentara cu var si soda

CAP 4. Bilantul de materiale (forma tabelara si grafica)

CAP 5. Bibliografie

2

CAP 1. NOTIUNI INTRODUCTIVE DESPRE DEMINERALIZARE

DEMINERALIZAREA APEI

Demineralizarea apei este operatia care consta in eliminarea tuturor sarurilor din apa. Se realizeaza pe cale termica prin distilare sau congelare; pe cale chimica prin schimb ionic; prin procedee cu menbrana ( osmoza inversa , electrodializa).

Demineralizarea prin schimb ionic se bazeaza pe proprietatea schimbatorilor de ioni de a permuta selectiv ionii din lichidul de tratat cu ionii mobili ai radicalilor constituenti ai rasinii. Demineralizarea prin schimb ionic este procedeul cel mai raspandit in prezent. Se deosebesc:demineralizarea partiala, demineralizarea totala fara desiliciere si cu desiliciere

Folosirea schimbatorilor de ioni pentru demineralizarea apelor uzate se aplica numai in zonele cu deficit mare de apa, unde se impune recuperarea apei din efluentii reziduali, epurati in prealabil prin alte metode pentru indepartarea suspensiilor si a substantelor organice dizolvate. Aplicarea extinsa a procesului este limitata de costul ridicat al tratarii.

DEMINERALIZAREA TOTALA PRIN SCHIMB IONIC

Principiul metodei:-apa trece mai intai printr-un filtru cationic, regenerat in forma H, unde are loc decationizarea:

2 R-H + Ca(Mg)(HCO3)2———>R2-Ca(Mg) + CO2 + H2O R-H + NaCl ———>R-Na + HCl2R-H + Na2SO4 ————>2 R-Na + H2SO4

2R-H + Na2SiO3 ———> 2 R-Na + H2SiO3

-apa decationizata trece in filtru anionic , regenerat in forma OH, unde au loc reactiile de retinere a anionilor cu formarea apei:

ROH + HCl ———>R-Cl + H2O2ROH + H2SO4 ———>R2SO4 + 2 H2O ROH + HCO-

3 + H+ ———>R-CO3H + H2O2ROH + H2SiO3 ———>R2-SiO3 + H2O

3

In acest fel se obtine o apa lipsita de saruri , CO2 si silice, numita apa totala demineralizata sau deionat.

Ionii prezenti in apa bruta sunt retinuti in ordinea:

Ca+2 Mg+2 Na+

SO-2 4 Cl- HCO-

3 SiO-23

Apa care contine ionii de Na+, trecand prin filtru anionic puternic bazic, da nastere reactiei

ROH + Na+ + Cl- ——>R-Cl + NaOHrezultand NaOH, care imprima apei un caracter alcalin cu valori ale pH-ului peste 8.5 si conductivitati mari.In scopul eliminarii acestor neajunsuri se procedeaza la adoptarea de scheme mai complexe formate din etaje de filtre. Etajul cationic poate fi format dintr-un filtru cationic slab acid , urmat de un filtru cationic puternic acid sau ambele filtre puternic acide , in functie de compozitia apei influente. Filtrul slab acid retine din ape cationii Ca+2 si Mg+2, legati de ionul hidrogenocarbonat, restul cationilor fiind retinuti de filtrul puternic acid. Regenerarea filtrelor se efectueaza in ordine inversa ordinii de introducere a apei , solutia acida introducandu-se mai intai in filtrul puternic acid si apoi in filtrul slab acid. Cationitii slab acizi se regenereaza cu 1.1-1.2 ori fata de necesarul teoretic, iar cei puternic acizi cu 2.5-3.0 ori fata de necesarul teoretic. In aceste conditii filtrul cationic slab acid se regenereaza gratuit , cu excesul de la filtrul cationic puternic acid. Etajul anionic este format dintr-un filtru anionic slab bazic, urmat de unul puternic bazic. Filtrul anionic slab bazic retine din apa anionii puternici:

ROH + HCl ——>R-Cl + H2O2ROH + H2SO4 ——>R2-SO4 + 2H2Oin filtrul anionic puternic bazic se retin anionii slabi:

2R-OH + H2SiO3 ——>R2-SiO3 + 2H2O2R-OH + H2CO3 ———>R2-CO3 + 2H2O

Regenerarea etajului anionic se face cu o solutie de NaOH de concentratie 4% la temperatura de 34-40oC, solutia trecand mai intai prin filtru puternic bazic si apoi prin cel slab bazic. Temperatura de 34-40 oC este necesara pentru a elimina silicea retinuta de anionitul puternic bazic, care are tendinta de pilimerizare si acoperire a granulelor de anionit reducandu-se capacitatea de schimb. Anionitul puternic bazic se regenereaza cu o cantitate de 2-4 ori fata de teoretic, excesul fiind folosit de anionitul slab bazic, care are nevoie de o cantitate de numai 1.1-1.2 ori fata de necesarul teoretic. Din considerente economice inainte de anionitul puternic bazic se intercaleaza un degazor de CO2

4

cu influente asupra consumatorilor de regeneranti pentru regenerarea filtrului puternic bazic.

Apa total demineralizata, obtinuta dupa filtrul anionic puternic bazic, are o conductivitate de cca. 5-10 μS/cm, adica cca. 2-5ppm NaCl, iar continutul de silice 0.1-0.2ppm SiO2. Pentru obtinerea unei ape de puritate inaintata, cu conductivitati sub 1μS/cm si silice sub 0.02ppm SiO2, se folosesc filtre cu pat mixt. Filtrul cu pat mixt contine un amestec de cationit puternic acid si anionit puternic bazic, ceea ce face posibila finisarea apei.

5

CAP 2. PROCEDEUL CU VAR SI SODA

In industrie apa se trateaza cu lapte de var care precipita bicarbonatii de Ca si Mg sub forma de carbonati, dupa urmatoarele reactii:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2——>2 CaCO3↓ + 2H2OMg(HCO3)2 + Ca(OH)2———>MgCO3↓ + CaCO3 + 2H2O

Dupa tratarea ulterioara cu Na2CO3 clorurilor si sulfatilor precipita tot sub forma de carbonat:

CaCl2 + Na2CO3——>CaCO3↓ + 2NaClMgCl2 + Na2CO3——>MgCO3↓ + 2NaClMgSO4 + Na2CO3——>MgCO3↓+ Na2SO4

CaSO4 + Na2CO3 ——>CaCO3↓ + Na2SO4

Carbonatul de magneziu fiind partial solubil, se va gasi partial in solutie.Precipitarea totala a lui se va realiza cu un exces de Ca(OH)2 sau cu NaOH rezultat din reactia de caustificare a carbonatului de sodiu:

MgCO3 + Ca(OH)2——>CaCO3↓ + Mg(OH)2

Ca(OH)2 + Na2CO3——>CaCO3↓ + 2NaOHMgCO3 + 2NaOH ———>Mg(OH)2↓ + Na2CO3

Cantitatile de reactivi se stabilesc printr-un calcul stoichiometric in functie de duritatile apei.

CAP 3. STUDIU DE CAZ

6

DEMINERALIZAREA APEI TEHNOLOGICE DE PROCESARE ALIMENTARA CU VAR SI SODA

INTOCMITI BILANTUL DE MATERIELE (FORMA ANALITICA SI GRAFICA) IN PROCESUL DE DEMINERALIZARE CU VAR SI SODA A UNEI APE TEHNOLOGICE DE PROCESARE ALIMENTARA CUNOSCAND:

1) Dt=4oF (Ca+2), DP=2.5oF (Mg+2)

2) Debitul apei tehnologice =120 m3/h

3) Pierderile de apa tehnologica =2.3%

4) Pierderile de agent de demineralizare =1.3%

5) Puritatea agentului de demineralizare =97%

6) Randament de demineralizare =96%

REZOLVARE PROBLEMA:

7

1) Determinarea volumului de H2O supusa procesului de demineralizare (durata procesului de demineralizare este 24h)

120 m3…………1ha ……………24h

a=2880m3/24h=2.880.000l/24h=2.88x106l/24h

2) Sa se determine continutul de CaO, MgO corespunzator duritatii exprimata in oG

1oG……………10 mg/l CaO4oG……………m

m=40 mg CaO/l apa

1oG……………7.14 mg/l MgO2.5oG………….n

n=17.85 mg MgO/l apa

3)sa se determine cantitatea (volumul) de H2O tehnologica ramasa si pierduta

100 l H2O th………………97.7 l H2O ramasa………..2.3 l H2O pierduta2.88x106 l H2O th……………x l H2O ramasa……….y l H2O pierduta

x=2.813x106 l H2O ramasay=0.067x106 l H2O pierduta

R: (2.813+0.067)x106=2.88x106

4)Determinati continutul de CaO si MgO din volumul de apa procesata (demineralizata)

8

1l apa/h…………………..40 mg CaO2.813x106 l/24h………….o

o=11.252x106 mg CaO= 112.52 kg CaO/2.88x106l/24h

1 l apa /h…………………17.85 mg Mg O2.813 x106l/24h…………..p

p=50.21x106 mg MgO=50.21 kg MgO/2.88x106l/24h

5)Echivalarea compusilor ( se echivaleaza continutul de CaO in CaCl2 si MgO in MgCl2)

1 kmol CaO………………1 kmol CaCl2

56 kg CaO………………..111 kg CaCl2

112.52 kg CaO……………r

r=223.03 kg CaCl2

1 kmol MgO………………1 kmol MgCl2

40 kg MgO………………...95 kg MgCl2

50.21 kg MgO……………s

s=119.248 kg MgCl2

6)Se scriu ecuatiile procesului de demineralizare cu var si soda ( Na2CO3)

CaCl2 + Na2CO3 —————>CaCO3 + 2NaCl 111 106 100 2x58.5 (217=217)

MgCl2 + Na2CO3—————>MgCO3 + 2NaCl95 106 84 2x58.5 (201=201)

∑elementelor intrate=∑elementelor iesite∑ masei intrate =∑ masei iesite

7) Determinarea cantitatii de Na2CO3 necesar eliminarii duritatii datorate sarurilor de Ca si Mg

9

1kmol CaCl2………1kmol Na2CO3………1kmol CaCO3………2kmol NaCl111 kg……………..106 kg………………100 kg………………2x58.5 kg223.03 kg………….a……………………..b……………………c

a = 212.983 kg Na2CO3

b = 200.927 kg CaCO3

c = 235.085 kg NaCl

R: 223.03 + a = b + c 223.03 + 212.983 = 200.927 + 235.085 436.013 = 436.013

1kmol MgCl2………1kmol Na2CO3………1kmol MgCO3……..2kmol NaCl95 kg…………………106 kg………………84 kg……………..2x58.5 kg119.248 kg……………..a,…………………….b,………………….c,

a'=133.055 kg Na2CO3

b'=105.44 kg MgCO3

c'=146.863 kg NaCl

R: 119.248+ a' = b' + c'

119.248 + 133.055 = 105.44 + 146.863 252.303 = 252.303

8) Sa se calculeze masa Na2CO3 necesara demineralizarii

212.983 kg + 133.055 kg = 346.038 kg Na2CO3

(CaCl2) (MgCl2)

9) Sa se calculeze pierderile de agent de demineralizare

100kgNa2CO3……….98.7kgNa2CO3ramas…………..1.3kgNa2CO3 pierdut346.038 kgNa2CO3……………..x………………………………y

x= 341.539 kg Na2CO3 ramasY=4.498 kg Na2CO3 pierdut

R: 346.038 = 341.539 + 4.49810)Sa se calculeze cantitatea de Na2CO3 de puritate 97%

10

100kgNa2CO3 impur………..97kgNa2CO3 pur…………3kg impuritati341.593 kgNa2CO3 impur………….x'…………………………..y'

x' = 331.345 kg Na2CO3 pury' = 10.247 kg impuritati

R : 341.593= 331.345 + 10.247

11) Sa se calculeze cantitatea de Na2CO3 pentru demineralizarea unei ape tehnologice, daca randamentul de demineralizare este de 96%

100 kg Na2CO3………96 kg Na2CO3 procesat………4 kg Na2CO3neprocesat331.345 kg Na2CO3………………x"……………………….y "

x" = 318.091 kg Na2CO3 procesaty" = 13.254 kg Na2CO3 neprocesat

CAP 4. BILANTUL DE MATERIALE(FORMA TABELARA SI GRAFICA)

11

INTRARI IESIRINr. crt. Denumirea Cantitatea

(kg)Nr. crt.

Denumirea Cantitatea(kg)

1 Na2CO3 346.038 1 Na2CO3 ramasNa2CO3 pierdut

341.5394.498

TOTAL 346.038 346.0382 Na2CO3

ramas(impur)341.593 2 Na2CO3 pur

impuritati331.34510.247

TOTAL 341.539 341.5393 Na2CO3 pur 331.345 3 Na2CO3 procesat

Na2CO3

neprocesat

318.09113.254

TOTAL 331.345 331.345

12

BIBLIOGRAFIE:

1. I. JIANU--TEHNOLOGII GENERALE IN INDUSTRIA ALIMENTARA, VOL I, EDITURA EUROART, TIMISOARA, 1993

13