Es una operación unitaria de intercambio de materia

Es una reacción química reversible, Operación de separación basada en la transferencia

de materia fluido-sólido. Implica la transferencia de uno o más iones de la fase

fluida al sólido por intercambio o desplazamiento de iones de la misma carga, que se encuentran unidos por

fuerzas electrostáticas a grupos funcionales superficiales.

En los procesos industriales, se usa para eliminar impurezas (electrolitos), del agua .

Los iones comunes que se encuentran en la mayoría de las aguas incluyen los cationes de carga positiva

que generan dureza y sodio. Los aniones de carga negativa incluyen alcalinidad.

Estas impurezas iónicas pueden causar problemas en los sistemas de enfriamiento

y calefacción, generación de vapor, y manufactura

Cationes Aniones

Calcio (Ca2+) Cloruro (Cl-)Magnesio (Mg2+) Bicarbonato (HCO3-)Sodio (Na+) Nitrato (NO3-)Potasio (K+) Carbonato (CO32-)Hierro (Fe2+) Sulfato (SO42-)

Las cargas de los grupos iónicos inmóviles se equilibran con las de otros iones, de signo opuesto, denominados contraiones, que están libres y intercambian

Cuando dichos iones son cationes, los cambiadores iónicos se denominan catiónicos y cuando son aniones se denominan aniónicos.

INTERCAMBIO MONOVALENTE (Cambiador catiónico):

R-matriz formada por grupos iónicos negativos fijados a la resinaA+ y B+ iones que se intercambian (CONTRAIONES)X- CO-IÓN

Las resinas de intercambio iónico son particularmente adecuadas para la eliminación de impurezas por varias razones:

•las resinas poseen una alta capacidad para los iones que se encuentran en bajas concentraciones

•las resinas son estables y se regeneran fácilmente.

•los efectos de la temperatura son en su mayoría insignificantes

•el proceso es excelente tanto para grandes como pequeñas instalaciones, por ejemplo, desde suavizadores de agua para el hogar hasta grandes instalaciones de servicios.

(a) RESINA ÁCIDA FUERTEAcido Benceno sulfónico(b) RESINA BASE FUERTEEstructuras de amonio cuaternario(c) RESINA ÁCIDA DÉBILAcido poliacrílico entrecruzadocon DVB(d) RESINA BASE DÉBILAmina ternaria sobre poliestireno

Intercambiador catatónico de ácidos débilesCa(HCO3) 2 +R-2H-------R-Ca +H2CO3Mg(HCO3) 2+R-2H-------R-Mg +H2CO32NaHCO3 +R-2H-------R-2Na+H2CO32KHCO3 +R-2H-------R-2K +H2CO3

Intercambiador catiônico de ácidos fuertes: CaSO4 +R-2H-------R-Ca +H2SO4Na2SO4 +R-2H-------R-2Na+H2SO4CaCl2 +R-2H-------R-Ca +2HCl2NaCl +R-2H-------R-2Na+2HClCa(NO3)2 +R-2H-------R-Ca +2HNO32NaNO3 +R-2H-------R-2Na+2HNO3CaSiO3 +R-2H-------R-Ca +H2SiO3K2SiO3 +R-2H-------R-2K +H2SiO3

Intercambiador aniónico de bases débiles:R-2OH +2HCl-------R-2Cl +2 H2OR-2OH + H2SO4---R-SO4 +2 H2OR-2OH +2HNO3----R-2NO3 +2 H2O

Intercambiador aniónico de bases fuertes: este intercambiador fija los aniones de los ácidos débiles tales como el ácido carbónico y el ácido silícico. Las reacciones serían:

R-2OH +H2CO3 ------R-CO3 +2H2OR-2OH +H2SIO3----- R-2OH +2H2O

Las resinas de intercambio iónico presentan diferentes selectividades hacia los iones. A

continuación se detalla el orden de selectividad de las resinas de intercambio iónico, en orden decreciente (de mayor a menor selectividad):

Resinas catiónicas de ácidos fuertes: Ag+, Pb++, Hg++, Ca++, Cu++, Ni++, Cd++, Zn++, Fe++, Mg++, K+, Na+, H+Resinas catiónicas de ácidos débiles: H+, Cu++, Ca++, Mg++, K+, Na+Resinas aniónicas de bases fuertes: CO=3, SIO=3, I-, HSO4-, NO-3, Br-, HSO-3,NO2-,Cl-, HCO3-, F-Resinas aniónicas de bases débiles: SO=4, CRO=4, NO-3, I-, Br-, Cl-, F-

Esto se realiza haciendo pasar soluciones que contengan el ión móvil original, el cual se deposita en la resina y desaloja los iones captados durante el agotamiento.

Regeneración de resinas de intercambio catiónico: ya no tienen iones hidrógeno para intercambiar, Hace pasar una solución de ácido (normalmente ácido sulfúrico), R-Ca + H2SO4----- CaSO4 +R-2H (resina regenerada)

Regeneración de resinas de intercambio aniónico: Ya no tienen más iones OH- que intercambiar con los aniones del agua, pasar una solución de base fuerte (generalmente se emplea hidróxido de sodio),

R-2Cl +2NaOH-----R 2OH +2NaCl

OPERACIÓN CÍCLICA: Etapas• Tratamiento (hasta agotamiento o punto de ruptura establecido)• Lavado contracorriente (opcional):limpieza y uniformidad del lecho• Regeneración (resina vuelve formaoriginal)• Lavado (eliminar exceso regenerante)

Filtro de carbón

Activado

intercambiador aniónico de bases fuertes

Descarbonatador

Intercambiador catiónico de ácidos débiles

Intercambiador catiónico de ácidos fuertes

Intercambiador aniónico de bases fuertes

Agua

Cl

ClBicarbonatosCloruros, nitratos ,sulfatosAcido Carbónico, Acido Silícico

Acido Carbónico

Ca, Mg, Na,K

Agua Desmineraliza

da

HClH2SO4

HNO3

H2SiO3

Ca, Mg, Na,K

CO3SiO3

SO4NO3

• Robert Perry y Cecil Chilton, Manual del Ingeniero Químico, Quinta Edición (Segunda Edición en español) Editorial McGraw Hill, México, pág 19-46, 19-49.

•http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/csalas/OPIV/intercambio_ionico.pdf.

•http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mgilarra/experimentacionIQII/Intercambioionico2006.pdf.