Capacité des résines équivalent par litre versus grains par pied-cube
La capacité d’une résine est estimée en eq/L (lire équivalent par litre) ou en meq/mL (lire milliéquivalent par litre), 2 unités qui signifient la même chose.
La capacité d’une résine est la quantité d’ions monovalents que peut capter cette résine.
Une résine d’une capacité de 1 eq/L signifie qu’elle peut capter 1/n moles d’un ion de valence n par L de résine.
Sodium : n = 1, signifie que 1 L de résine peut capter 1 mole de sodium.
Calcium : n = 2, signifie que 1L de résine peut capter 0,5 moles de calcium.
CaCO3 : n = 2, signifie que 1 L de résine peut capter 0,5 moles de CaCO3
Exemple résine de 1 eq/L
Masse captable (g de CaCO3) = 1 x 0,5 x (100) = 50 g de CaCO3 par L de résine,
(CaCO3 : 100 g/mol)
Puisque 1 pi3 = 28,3168 L, alors cela signifie (50 x 28,3168 = 1415,84) g de CaCO3 par Pi3 de résine
1 pi3 de résine de capacité 1 eq/L = 1415,84/0,0648 = 21 849,3827 grains
1 grain (gr) = 64,8 mg, soit 0,0648 g de CaCO3
1 grain/gal = 64,8/3,785 = 17,1 mg/L de CaCO3
1 eq/L = 50 g de CaCO3/L = 50 000 mg de CaCO3/L
1 grain / gal = 17,1 / 50000 = 0,00034 eq/L = 0,34 meq/L
Ainsi théoriquement un pi3 de résine de capacité 1 eq/L équivaut à environ 21 850 grains. La capacité opérationnelle est de 69 à 90%. Soit 15 000 à 19 600 grains par eq/L de capacité
Il s’agit vraiment d’une capacité théorique idéale. La capacité réelle est bien moins en deçà de cette valeur, même lorsque la résine est neuve. De plus au fil de l’usage, malgré la régénération, la résine perd progressivement de sa capacité.
Exemple de capacité de théorique de résines:
Aldex C-800 : 1,9 eq/L = 1,9 x 21849,38 = 41 513 grains/Pi3
La capacité réelle serait entre 28 600 et 37 300 gr/Pi3
La capacité d’une résine baisse au fils de l’usage. Par exemple, une résine anionique de type 2 a environ 1,4 meq / ml de capacité base forte. Après quelques années d’opération, elle a 0,4 meq/ml de capacité base faible et 0,85 meq/ml de capacité base forte.
Déterminons la quantité de chlorure de sodium nécessaire pour lui procurer sa capacité théorique.
Une résine d’une capacité de 1 eq/L signifie qu’elle peut capter 1/n moles d’un ion de valence n par L de résine.
Une résine d’une capacité de 1 eq/L signifie qu’elle peut capter 1 mole d’ions sodium de valence 1 par L de résine.
1 mole de sodium = 23 g et 1 mole de chlorure de sodium = 58,44 g
1 pi3 = 28,32 L et 1 lb = 453,59 g
Ainsi 1 pi3 de résine de capacité 1 eq/L pourra capter 58,44 x 28,32 = 1655 g de sel soit 1655 / 453,59 = 3,65 lb de sel.
Aldex C-800 : 1,9 meg/mL la quantité de sel utile pour la régénérer 1 pi3 est : 1,9 x 3,65 = 6,93 lb.
6, 93 lb de sel, c’est ce que 1 pi3 de résine C-800 peut prendre pour que tous ses sites actifs soient occupés. Toutefois, il faut une forte concentration de sel pour favoriser l’échange, c’est-à-dire déplacer la réaction en faveur de la capture du sodium par la résine. Un excès de sel doit donc être envoyé sur la résine.
Supposons qu’on applique 1 lb de sel à 1 pi3 de résine C-800
6,93 Lb de sel lui permettent d’avoir une capacité maximale théorique de 41513 grains.
1 lb de sel permet alors de lui procurer une capacité maximale théorique de 41513 (gr/Pi3) / 6,93 (lb/pi3) = 5988 grains.
On peut dire que 1 pi3 de résine C-800 de Aldex a une capacité maximale de 6 000 grains quand régénérée avec 1 lb de sel.
La généralisation serait la capacité maximale d’1 pi3 de résine saturé avec 1 lb de sel est de 21849,38 (gr/Pi3) / 3,65 (lb/pi3) = 5986 = 6000 grains. Il ne s’agit pas d’une fonction linéaire. On ne peut donc pas faire une règle de 3.
Ainsi :
- 1 grain (gr) = 64,8 mg, soit 0,0648 g de CaCO3
- 1 grain/gal = 64,8/3,785 = 17,1 mg/L de CaCO3
- 1 pi3 de résine = 1415,84 mg/L CaCO3
- 1 pi3 de résine = 1415,84/0,0648 = 21 849,38 grains par eq/L
- La résine C-800 qui a 1.9 eq/L a une capacité théorique de 41 513 grains/Pi3
- 1 pi3 de résine capte 3,65 lb de sel par meq/mL de capacité
- C-800 de Aldex, 1,9 meq/mL de capacité peut capter 6,93 lb de sel par Pi3 – C’est ce dont la résine a minimalement besoin.
- La capacité maximale de 1 pi3 de résine saturée avec 1 lb de sel est de 6000 grains.
Dans la conception, nous considérons que la résine C-800 de Aldex a une capacité théorique de 34 000 grains par pi3, et considère que sa capacité réelle est 70% de sa capacité théorique, soit 24 000 grains. Ce sont des valeurs très conservatives. Ces paramètres permettent de concevoir des adoucisseurs efficaces et très sécuritaires en matière de performance.
Tableau 1 : Valeurs typiques pour la capacité totale et opératoire des résines les plus courantes. Toutes les valeurs sont en eq/L, les plus communes entre crochets.
Type de résine | Capacité totale | Capacité utile |
Résine cationique faible (WAC) | 3,7 à 4,5 [4,2] | 1,0 à 3,5 |
Résine cationique forte (SAC) | 1,7 à 2,2 [2,0] | 0,6 à 1,7 |
Résine anionique faible (WBA) | 1,1 à 1,7 [1,3] | 0,8 à 1,3 |
Résine anionique forte (SBA) | 0,9 à 1,4 [1,2] | 0,4 à 0,9 |
Source tableau : Dardel http://dardel.info/IX/capacity_FR.html
Évaluation de l’ajout de sodium à une eau adoucie
Il s’agit d’évaluer la masse théorique de sodium ajoutée à l’eau lorsqu’on adoucie une eau.
Une résine de capacité 1 eq/L peut capter 1 mol/L, soit 23 g/L de sodium, soit (23 x 28,3168) 651,29 g de sodium par pi3
1 pi3 de résine à une capacité totale théorique de 21 849,38 grains / (éq/L)
Puisque la capacité en eq/L est proportionnelle à la capacité en grain et que la prise de sodium est proportionnelle à la capacité, alors :
La libération théorique de sodium est donc de 651,29 / 21 849,38 = 0,0298 g/grain = 29,8 mg/grain traité (quelque soit la capacité de la résine)
Eau de 1 gr/gal libère 29,8 mg de sodium par gallon, soit (29,8 / 3,785) = 7,87 mg/L de sodium (soit environ 8 mg/L, comme c’est véhiculé)
- En traitant une eau de 1 gr/gal, il y a ajout additionnelle de 7,87 mg/L de sodium à l’eau
- En traitant une eau de 10 gr/gal, il y a ajout additionnelle de 78,7 mg/L de sodium à l’eau
Il n’y a pas de norme concernant particulièrement le maximum de sodium à ajouter à l’eau à la suite de l’adoucissement.
Toutefois pour donner des valeurs guides, aux États, l’EPA recommande une concentration de 30 à 60 mg/L (basé sur l’aspect esthétique, le goût) et à cette concentration, il n’y a aucune perception de gout de sel. Cette recommandation limiterait donc à environ (60/7,87) 8 grains le maximum de dureté à traiter par un adoucisseur. Dans la réalité, l’adoucisseur est utilisé pour traiter des duretés plus élevées.
L’EPA donne une valeur guide de 20 mg/L de sodium pour les gens qui subissent une diète de 500 mg/jour de sel.