50.Bis I Ntercamnio Ionico

Tewcnologia de las Industrias Quimicas

Intercambio iónico


. La operación de intercambio iónico comprende el

intercambio entre los iones presentes en una disolución

(contaminantes) y los iones de un sólido (resina).

Intercambio iónico


Intercambio iónico

ReaccionesReacciones

Las operaciones de intercambio iónico son básicamente reacciones químicas de sustitución entre un electrolito en solución y un electrolito insoluble con el cual se pone en contacto la soluciónLos mecanismos de estas reacciones son tan parecidos a las operaciones de adsorción que se considera como un tipo especial de adsorción.


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CalcioMagnesi

oSodio

Sodio Sodio

Sodio SodioSodio

Calcio

Magnesio

Magnesio

Calcio

SodioSodio

¿Que es el intercambio iónico?

El intercambio iónico es una reacción química reversible, que tiene lugar cuando un ión de una disolución se intercambia por otro ión de igual signo que se encuentra unido a una partícula sólida inmóvil. Este proceso tiene lugar constantemente en la naturaleza, tanto en la materia inorgánica como en las células vivas.


Intercambio iónico

¿Qué es una resina?

RESINA Matrizpolimérica

Las resinas de intercambio iónico son materiales sintéticos, sólidos e insolubles en agua, que se presentan en forma de esferas o perlas, aunque también las hay en forma de polvo.

Fundamentos TeóricosFundamentos TeóricosLas resinas de intercambio iónico son materiales sintéticos, sólidos e insolubles en agua, que se presentan en forma de esferas o perlas, aunque también las hay en forma de polvo.

Están compuestas de una alta concentración de grupos polares, ácidos o básicos, incorporados a una matriz de un polímero sintético y actúan tomando iones de las soluciones (generalmente agua) y cediendo cantidades equivalentes de otros iones.


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Propiedades físicas de las resinas

•Macromolécula esférica de 0,4 a 1 mm de diámetro.

• Resinas con pocas uniones entrecruzadas tienden a ser muy acuosas y cambian de dimensión.

Fundamentos TeóricosFundamentos Teóricos


Intercambio iónico


Propiedades físicas de las resinas

•El contenido de humedad cambia con la cantidad de unión entrecruzada.

•Las resinas macroporosas, tienen apariencia esponjosa tiene una menor capacidad porque las esferas contienen menos sitios de intercambio


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Tipos de Resina

Resinas catiónicas de ácidos

Resinas aniónicas de bases

•Fuertes

•Débiles

•Fuertes

•Débiles



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Fundamentos TeóricosFundamentos TeóricosTipos de Resina

Resinas catiónicas de ácido fuerte:

• Intercambian iones positivos (cationes).

• Funcionan a cualquier pH.

• Es la destinada a aplicaciones de suavizado de agua. Elimina los cationes del agua y necesitan una gran cantidad de regenerante, normalmente ácido clorhídrico (HCl).


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Fundamentos TeóricosFundamentos TeóricosTipos de ResinaResinas catiónicas de ácido débil:

• Tienen menor capacidad de intercambio.

• No son funcionales a pH bajos.

• Elevado hinchamiento y contracción lo que hace aumentar las

perdidas de carga o provocar roturas en las botellas cuando no

cuentan con suficiente espacio en su interior.

• Se trata de una resina muy eficiente, requiere menos ácido para su regeneración, aunque trabajan a flujos menores que las de ácido fuerte. Es habitual regenerarlas con el ácido de desecho procedente de las de ácido fuerte.


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Tipos de ResinaResinas aniónicas de base fuerte:

• Intercambian iones negativos (aniones).

• Es la destinada a aplicaciones de suavizado de agua,. Elimina los aniones del agua y necesitan una gran cantidad de regenerante, normalmente sosa (hidróxidosódico - NaOH).


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Fundamentos TeóricosFundamentos TeóricosTipos de ResinaResinas aniónicas de base débil:

• Es una resina muy eficiente, de fácil regeneración.

• No se puede utilizar a pH altos.

• Pueden sufrir problemas de oxidación o ensuciamiento.


Intercambio iónico


Figura ilustrativa del proceso de intercambio iónico con un lecho fijo en donde se aprecia el desplazamiento de la zona de intercambio.


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Fundamentos TeóricosFundamentos TeóricosLa zona de intercambio se basa en la interacción que existe entre la resina de intercambio y el efluente.

A medida que la disolución pasa a través de la resina, los iones presentes en dicha disolución desplazan a los que estaban originariamente en los sitios activos.El circulo rojo representa la zona de intercambio, inicialmente el volumen de efluente recolectado tiene una baja concentración de cationes, ya que estos al entrar en contacto con el lecho, quedan retenidos allí por el sólido.


Intercambio iónico

Fundamentos TeóricosFundamentos TeóricosPara que tenga lugar el intercambio iónico, los iones deben moverse de la disolución a la resina y viceversa. Este movimiento se conoce como proceso de difusión.

Se observa el desplazamiento de la zona de intercambio, lo cual se ve reflejado en el aumento leve de la concentración de cationes en el efluente (figura inferior), ya que la resina empieza a saturarse y a disminuir la capacidad de intercambio.


Intercambio iónico


A medida que aumenta el volumen de efluente va aumentando lentamente la concentración de cationes en el mismo, porque el lecho se va saturando con el soluto, hasta llegar a un punto denominado quiebre, el cual es el instante cuando la concentración del ión metálico en el efluente alcanza un 5% del valor en el fluido, la zona de intercambio ha alcanzado el fondo del lecho.


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Se observa el punto de agotamiento, este se alcanza cuando la concentración del ión metálico en el efluente alcanza el 95% de su valor en el fluido. En este punto la resina no permite más intercambio de iones, ya que esta saturada, si la solución continua fluyendo después de este punto ocurre poca adsorción puesto que el lecho esta completamente en el equilibrio con la solución alimentada.


Capacidad de la resinaSe define como la

cantidad de iones que pueden ser retenidos por unidad de peso de la resina.

Capacidades altas de la resina implican mayor separación o purificación por intercambio iónico.

Se expresa como meq de soluto retenidos / g de resina seca

Peso de resina: Peso total de la resina seca contenido en la columna

)(resina

)/()(

)(sin

)( 00 gPeso

lmeqClÁrea

garePeso

meqsolutoCantidadq


Ablandamiento de agua para calderas

Ca+

Mg+Ca+

Mg+

¿ Que separa? ¿Que resina usa?

zeolitas

Estructura de zeolita

Aluminio

Calcio

Justificación e importanciaJustificación e importanciaIntercambio iónico

¿Qué es el ablandamiento del agua?

Cuando el agua contiene una cantidad significante de calcio y magnesio, es llamada agua dura.

Es una técnica que sirve para eliminar los iones que hacen a un agua ser dura, en la mayoría de los casos iones de calcio y magnesio.


incrustaciones en los tubos y superficies de las calderas

CA

US

AN

Disminución de la eficiencia energética y aumento en el consumo de combustible.Paradas imprevistas por roturas de tubos en la caldera.

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Justificación e importanciaJustificación e importanciaAblandamiento de agua para calderas

El agua dura es conocida por taponar las tuberías y complicar la disolución de detergentes en agua.


Desmineralización y desionización del agua con que se producen las bebidas carbonatadas

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Justificación e importanciaJustificación e importancia

La desmineralización es un proceso mediante el cual se eliminan sólidos disueltos en el agua. El proceso mediante intercambio iónico emplea resinas catiónicas y aniónicas , que pueden ser base fuerte o base débil dependiendo la calidad del agua a obtener y los contaminantes que se requiera remover.

Desionización: Proceso que utiliza resinas de intercambio iónico de fabricación especial que eliminan las sales ionizadas del agua. Teóricamente puede eliminar el 100% de las sales.

La desionización normalmente no elimina los compuestos orgánicos, virus o bacterias excepto a través del atrapado “accidental” en la resina


Cambiador catiónico

alimentación

Cambiador aniónico

Aireación para eliminar carbonatos en forma de CO2

¿Que resina usa?

AguaDesmineralizada

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Justificación e importanciaJustificación e importanciaDesmineralización y desionización del agua con que se producen las bebidas carbonatadas


Unidad catiónica

Elimina los minerales del agua

Los Cationes son Reemplazados por Iones Hidrogeno (H+)

Unidad aniónicaLos Aniones son Reemplazados por Iones Hidróxido (OH-)

ejemplo: HCO3-, SO4=

ejemplo: Ca y Mg

Se da la siguiente reacción:

H+ + HCO3--------> H2CO3 H2CO3----------> H2O + CO2

Salida del cambiador Catiónico

(H+, HCO3-)

H2CO3 -------->desgasificador

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Justificación e importanciaJustificación e importanciaDesmineralización y desionización del agua con que se producen las bebidas carbonatadas


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Resina de sulfonato de Poliestireno.

Embudo de decantación

Soporte universal

Bureta

Vaso de precipitado

Descripción del equipoDescripción del equipo


Procedimiento experimentalProcedimiento experimental

1. Preparar la solución de Sulfato de Cobre, previamente pesado y diluido en agua destilada

2. Preparar todos los implementos para realizar el experimento

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Intercambio iónico


3. Llenar el embudo de decantación con Sulfato de Cobre

4. Armar el equipo según el modelo


5. Poner a gotear el sulfato de cobre y abrir la válvula de la bureta. Regule con el goteo de la solución de sulfato de cobre la altura del líquido sobre la resina6. Luego, cada 2 minutos mida el volumen acumulado, la altura de la resina y la longitud de la resina gastada

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Intercambio iónico


Registrar los valores de volumen acumulado, altura de la resina y la longitud de la resina gastada en una tabla en función del tiempo( cada dos minutos) que corresponden a la etapa de intercambio y agotamiento.


ZonaAgotada

7. Observar Zona de Intercambio

8. Leve lavado de resina con Agua Destilada. Resina Agotada

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9. Trasvasado del ácido Sulfúrico al embudo de decantación

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10. Regeneración de la Resina: Ácido Sulfúrico concentrado


11. Resina completamente regenerada

12. Etapa final de lavado con agua destilada

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Intercambio iónico


Registrar los valores de volumen acumulado y altura en la tabla señalada cada dos minutos que corresponden a la etapa de lavado de la resina.


Resina completamente regenerada y libre de ácido sulfúrico


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Seguridad, Higiene y ambienteSeguridad, Higiene y ambiente

Implementos de protección personal

Guantes Lentes Bata


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Seguridad, Higiene y ambienteSeguridad, Higiene y ambiente Ácido Sulfúrico (H2SO4): riesgos a la salud

Inhalación: Respirar los vapores de acido sulfúrico puede causar severa irritación en el sistema respiratorio.

Contacto con la piel: causa irritación, quemaduras y ulceraciones.

Ingestión: causa irritación en la garganta esófago, estomago y en la boca.

Contacto con los ojos: causa irritación, quemaduras y ceguera.


Intercambio iónico

Seguridad, Higiene y ambienteSeguridad, Higiene y ambiente Ácido Sulfúrico (H2SO4): primeros auxilios

Inhalación: respirar aire fresco, si se dificulta la respiración aplicar oxigeno.

Contacto con la piel: enjuagar con grandes cantidades de agua, por 15 minutos.

Ingestión: tomar bastante agua, no inducir el vomito.

Contacto con los ojos: enjuagar con bastante agua.


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Resina de Sulfato de Poliestireno

•Puede causar irritación gástrica y retención de sodio.•No es carcinógeno.

Resina de Sulfato de Poliestireno

Obtenga atención médica en todos los casos


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Seguridad, Higiene y ambienteSeguridad, Higiene y ambienteSulfato de Cobre (Cu2SO4): riesgos a la salud

Inhalación: causa irritación del tracto respiratorio.

Contacto con la piel: es irritante y corrosivo sobre la piel, puede causar quemaduras sino se lava a tiempo.

Ingestión: causa severas quemaduras a las membranas mucosas del esófago, estomago y en la boca.

Contacto con los ojos: causa severa irritación en los parpados y en los ojos y daños visuales sino se lava a tiempo.


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Seguridad, Higiene y ambienteSeguridad, Higiene y ambienteSulfato de Cobre (Cu2SO4): primeros auxilios

Inhalación: respirar aire fresco, si la víctima no respira aplicar respiración artificial.

Contacto con la piel: enjuagar con grandes cantidades de agua y jabón, por 15 minutos.

Ingestión: tomar bastante agua, inducir el vomito dirigido por personal médico.

Contacto con los ojos: enjuagar con bastante agua por 20 minutos como mínimo, manteniendo los párpados abiertos.


No tirar en la red de agua

No dejar residuos

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Limpiar todo


Tiraar la basura

Ordenar todoLavar todo

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