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Demineralizzatori a resine scambiatrici di ioni

I demineralizzatori a scambio ionico sfruttano la capacità di reazione selettiva delle resine verso anioni e cationi. Le resine sequestrano dall'acqua ioni positivi e negativi fissandoli a se stesse, rilasciando, in sostituzione, un radicale.
I demineralizzatori a scambio ionico si differenziano in:
· demineralizzatori a letto separato a doppia colonna con o senza torre di degasazione
· demineralizzatori a letto misto con singola colonna.

Principio di funzionamento

I demineralizzatori sono costituiti da una prima camera, detta scambiatore cationico, in cui gli ioni metallici reagiscono con le resine, fissandosi a queste, e sono sostituiti da atomi di idrogeno, come ad esempio:
CaSO4 + 2 H+ ------> H2SO4 + Ca++
Si ottiene così un'acqua fortemente acida, praticamente libera da ioni metallici. Si noti che lo scambiatore è detto cationico in quanto nell'acqua restano i cationi;
Se nell'acqua di alimento sono presenti molti bicarbonati, si ha ad esempio la reazione seguente:
NaHCO3 + H+ ------> Na+ + CO2 + H2O
Poichè l'anidride carbonica può essere separata con mezzi fisici, quando conveniente l'acqua proveniente dallo scambiatore cationico viene inviata ad una torre di separazione, in cui l'anidride carbonica viene separata in flusso d'aria "Scambio in controcorrente" in controcorrente.
L'acqua proveniente dallo scambiatore cationico, eventualmente degasata, passa quindi nello scambiatore anionico, dove i radicali acidi sono scambiati con idrossili OH-, e la reazione è del tipo:
H2SO4 + 2 OH- ------> 2 H2O + SO4--
E si sono quindi tolti anche i radicali acidi, ottenendo acqua pura.
In alcuni casi, le resine cationica ed anionica vengono mescolate, e il trattamento avviene in una camera unica. Questo tipo di apparecchi è detto a letto misto, ed ha un'efficienza inferiore in termini di scambio di massa, ma assai superiore in termini di purezza finale; in impianti da una certa dimensione in su, si aggiunge un letto misto dopo il demineralizzatore classico.

Rigenerazione

Le resine, cationiche ed anioniche, hanno un certo numero di radicali disponibili allo scambio; utilizzati questi, lo scambio cessa. È però possibile ricostituire i radicali mediante un processo chimico detto rigenerazione.
Dopo un lavaggio in controcorrente per rimuovere sia eventuali solidi sospesi che polverino di resine macinatesi in fase di lavoro, la resina viene messa in contatto con una soluzione attiva:
nel caso della resina cationica, una soluzione di acido forte (più frequentemente Acido cloridrico, a volte Acido solforico o eccezionalmente di altra natura) e si avrà la reazione seguente, supponendo che sia stato rimosso del calcio:
Ca++ + 2 HCl ------> CaCl2 + 2 H+
nel caso della resina anionica, una base forte (più frequentemente soda caustica, a volte ammoniaca) e si avrà la reazione seguente, nelle stesse ipotesi:
SO4-- + 2 NaOH ------> Na2SO4 + 2 OH-
Si ottiene quindi, nel caso di uso di Acido cloridrico HCl e Soda caustica NaOH, un eluato composto da cloruri di metalli vari e sali vari di sodio.

Campi di applicazione

Gli impianti di demineralizzazione trovano applicazione ogni qual volta è richiesta un'acqua con elevata purezza:
· Industrie galvaniche
· Industrie elettroniche per lavaggio circuiti
· Industrie alimentari
· Ospedali, laboratori analisi, industrie farmaceutiche in genere
· Turbine per cogenerazione