Intercambio Ionico

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Proceso de Intercambio Ionico

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INDICE Pg.1. Introduccin---------------------------------------------------------------------------------3

2. Objetivos-------------------------------------------------------------------------------------42.1 Objetivo General----------------------------------------------------------------------42.2 Objetivo Especficos-----------------------------------------------------------------4 3. Marco Terico------------------------------------------------------------------------------53.1. Consideraciones Generales-------------------------------------------------------53.2. Resinas De Intercambio Inico---------------------------------------------------6 3.2.1. Tipos De Resinas Segn Su Estructura De Red-----------------------7 3.2.1.1. Microporosas O Tipo Gel--------------------------------------------7 3.2.1.2. Macroporosas O Macro Reticulares------------------------------7 3.2.1.3. Isoporosas--------------------------------------------------------------7 3.2.2. Tipos De Resinas Segn Su Grupo Funcional------------------------8 3.2.2.1. Resinas Catinicas De cido Fuerte----------------------------8 3.2.2.2. Resinas Catinicas De cido Dbil------------------------------8 3.2.2.3. Resinas Aninicas De Base Fuerte------------------------------8 3.2.2.4. Resinas Aninicas De Base Dbil--------------------------------8 3.2.3. Resinas Quelatantes----------------------------------------------------------9 3.2.4. Propiedades De Las Resinas De Intercambio Inico-----------------9 3.2.4.1. Tamao De Partcula------------------------------------------------9 3.2.4.2. Solubilidad--------------------------------------------------------------9 3.2.4.3. Forma--------------------------------------------------------------------9 3.2.4.4. Densidad----------------------------------------------------------------9 3.2.4.5. Cada De Presin-----------------------------------------------------9 3.2.4.6 Resistencia A La Fractura-------------------------------------------9 3.2.4.7 Estabilidad--------------------------------------------------------------10 3.2.4.8 Selectividad------------------------------------------------------------10 3.3. Equilibrio Binario De Intercambio Inico-------------------------------------113.4. Cintica De Intercambio Inico-------------------------------------------------14 3.4.1. Transferencia De Materia En La Disolucin----------------------------15 3.4.2. Calculo De Los Coeficientes De Difusin Y Transferencia De Materia--------------------------------------------------------------------------------------19 3.4.3. Transferencia De Materia En La Matriz De La Resina---------------20 3.4.4. Difusin En El Poro------------------------------------------------------------243.5. Configuracin Del Proceso (Intercambio Inico) ---------------------------25 3.5.1 Unidades De Lecho Fijo-------------------------------------------------------25 3.5.1.1 Intercambio Inico En Lecho Fijo----------------------------------253.6 Aplicaciones---------------------------------------------------------------------------28 3.6.1 Ablandamiento De Aguas-----------------------------------------------------28 3.6.2 Desmineralizacin--------------------------------------------------------------28 3.6.3 Recuperacin De Metales----------------------------------------------------29 3.6.4 Modulado Del Proceso--------------------------------------------------------29 3.6.5 Purificacin-----------------------------------------------------------------------30 3.7. Proceso De Diseo De Intercambio Inico-----------------------------------30 3.7.1 Ecuaciones De Diseo--------------------------------------------------------30 3.7.2 Ecuaciones De Continuidad-------------------------------------------------31 3.7.3 Ecuaciones De Transferencia-----------------------------------------------34 3.7.4 Relaciones De Equilibrio------------------------------------------------------35 3.7.4.1 Suposiciones Simplificativas-----------------------------------------353.8 Diseo De Aparato Con Flujo Continuo En Contracorriente--------------36 3.8.1 Equipo Diferencial---------------------------------------------------------------37 3.8.1.1 Controla La Velocidad De Difusin En La Pelcula Liquida, No Hay Mezcla Axial--------------------------------------------------------------------------40 3.8.1.2 Controla La Velocidad De Difusin En La Resina, No Hay Mezcla Axial--------------------------------------------------------------------------------40 3.8.1.3. Sin Control En La Pelcula Liquida Y En La Partcula De Resina, No Hay Mezcla Axial----------------------------------------------------------41 4. Ejemplo-------------------------------------------------------------------------------------------44 5. Conclusiones------------------------------------------------------------------------------------46 6. Bibliografa---------------------------------------------------------------------------------------47

1. INTRODUCCINEningeniera qumica, el concepto de operaciones de separacin, se refiere a todas aquellas operaciones bsicas cuyo objetivo es separar total o parcialmente uno o varios compuestos de una mezcla. En este trabajo se especificar y analizar las operaciones de intercambio inico, las cuales son bsicamente reacciones qumicas de sustitucin entre un electrolito en solucin y un electrolito insoluble con lo cual se pone en contacto la solucin.El intercambio inico es una operacin bsica de separacin con una interface slido-lquido. Este se produce al poner en contacto un slido inico (intercambiador) y una disolucin conteniendo iones (electrolito). En otras palabras es la separacin de uno o algunos de los iones de una disolucin lquida mediante un slido con capacidad de intercambio de ciertos iones. Este se considera un proceso eficaz para convertir electrolitos no deseados en otros menos ofensivos, recuperar materiales valiosos de corrientes de procesos y para separar materiales txicos de corrientes residuales antes de su disposicin. Una resina de intercambio inico puede considerarse como una estructura de cadenas hidrocarbonadas a las que se encuentran unidos de forma rgida grupos inicos libres. Estas cadenas estn unidas transversalmente formando una matriz tridimensional que proporciona rigidez a la resina y donde el grado de reticulacin o entrecruzamiento determina la estructura porosa interna de la misma. Como los iones deben difundirse en el interior de la resina para que ocurra el intercambio, mediante una seleccin adecuada del grado de entrecruzamiento, puede limitarse la movilidad de los iones participantes en el mismo. Las cargas de los grupos inicos inmviles se equilibran con las de otros iones, de signo opuesto (contra-iones) que estn libres y que son los que realmente se intercambian con los del electrolito disuelto. Cuando dichos iones son cationes, los cambiadores inicos se llaman catinicos y cuando son aniones, se denominan aninicos.

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERALDescribir la operacin de intercambio inico en los diferentes procesos

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS identificar los tipos y propiedades de las resinas en el intercambio inico conocer el equilibrio binario de intercambio inico detallar las aplicaciones del intercambio inico

3. MARCO TEORICO3.1. CONSIDERACIONES GENERALESLas operaciones de intercambio inico comprende el intercambio entre los iones presentes en una disolucin (contaminantes) y los iones de un slido (resina). Son bsicamente reacciones qumicas de sustitucin entre un electrolito en solucin y un electrolito insoluble con el cual se pone en contacto la solucin.Los mecanismos de estas reacciones son tan parecidos a las operaciones de adsorcin que se considera como un tipo especial de esta operacin unitaria. El intercambio inico est basado en la adsorcin, que es un proceso de separacin de ciertos componentes de una fase fluida hacia la superficie de un slido adsorbente. Generalmente pequeas partculas de adsorbente se mantienen en un lecho fijo mientras que el fluido pasa continuamente a travs del lecho hasta que el slido est prcticamente saturado y no es posible alcanzar ya la separacin deseada, con lo cual el lecho se ha de regenerar.Se consideran los Intercambiadores inicos como sustancias granuladas insolubles las cuales tienen en su estructura molecular radicales cidos o bsicos que pueden ser intercambiados. Los iones positivos o negativos fijados en estos radicales sern reemplazados por iones del mismo signo en solucin en el lquido en contacto con ellos.Hoy en da, las sustancias de intercambiadores de iones son usadas casi exclusivamente sobre el nombre de resinas. Hay dos categoras de resinas: las resinas del tipogely otras demacroporoso de tipo de unin cruzada suelta. Sus estructuras bsicas son prcticamente las mismas, la estructura de macromolcula es obtenida en ambos casos por co-polimerizacin. La diferencia entre ellas reposa en sus porosidades.El proceso de intercambio inico consiste en pasar el fluido sobre un intercambiador catinico y/o aninico slido, reemplazando los cationes y/o aniones por el ion hidrgeno (H+) y/o el ion hidroxilo (OH-) respectivamente.

Figura 1. Proceso de intercambio inicoLa eficiencia de este proceso depende de factores como la afinidad de la resina por un ion en particular, el pH del fluido, la concentracin de iones, la temperatura y la d