Intercambio Ionico Mono

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    09-Jul-2016
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Intercambio Iónico

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1. INTRODUCCIONCon el avance dela cienciay de la tcnica es cada vez mayor el uso deaguadesprovista de ciertos iones y muchas veces desprovista de todos los iones.Una de lastcnicasde eliminacin de iones consiste en hacer pasarel aguaa travs de resinas de intercambio inico.Es frecuente encontrar instalaciones que usan resinas de intercambio inico que no producen lacalidaddelaguarequerida o la cantidad requerida, o ambas cosas a la vez, y esto puede deberse al desconocimiento de las propiedades de las resinas de intercambio inico o a la falta de experiencia necesaria para manejar los imprevistos que pueden presentarse durante la operacin de intercambiadores de iones. En muchas ocasiones se descartan prematuramente las resinas de intercambio inico, en otras se sigue usando las resinas que ya cumplieron suvidatil y muchas veces se usan resinas que no son las adecuadas.El intercambio inico no est restringido altratamientode agua, sino que tiene un amplio campo de aplicacin, tal como: Recuperacin de uranio Decoloracin y reduccin de cenizas ensolucionesde azcar Recuperacin y purificacin de estreptomicina. Remocin del cido frmico del formaldehdo Recuperacin demetalesde soluciones Desalinizacin deaguassalobres Eliminacin de acidez de efluentes minero-metalrgicosPor su relevancia en el tratamiento de aguas de los diversosprocesosindustriales, con lainformacinen el presente folleto se pretende dar una visin general de las resinas de intercambio inico, su funcionamiento y contribuir a mejorar elconocimientodelpersonaloperativo a cargo delsistemade intercambio inico y de las condiciones de operacin.

2. FUNDAMENTO TEORICOEl intercambio inico es una operacin de separacin basada en la transferencia de materia fluido-slido. Implica la transferencia de uno o ms iones de la fase fluida al slido por intercambio o desplazamiento de iones de la misma carga, que se encuentran unidos por fuerzas electrostticas a grupos funcionales superficiales. La eficacia del proceso depende del equilibrio slido-fluido y de la velocidad de transferencia de materia. Los slidos suelen ser de tipo polimrico, siendo los ms habituales los basados en resinas sintticas. 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 se encuentran 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, la seleccin del grado de reticulacin puede limitar la movilidad de los iones participantes. Las cargas de los grupos inicos inmviles se equilibran con las de otros iones, de signo opuesto, denominados contraiones, que estn libres y que son los que se intercambian realmente con los del electrolito disuelto. Cuando dichos iones son cationes, los cambiadores inicos se denominan catinicos y cuando son aniones se denominan aninicosEl intercambio inico puede explicarse como una reaccin reversible implicando cantidades qumicamente equivalentes. Un ejemplo comn del intercambio catinico es la reaccin para el ablandamiento del agua: Ca++ + 2NaR CaR + 2Na+Donde R representa un lugar estacionario aninico univalente en la malla del polielectrolito de la fase intercambiador.2.1. INTERCAMBIO INICO EN LECHO FIJO La operacin de intercambio inico se realiza habitualmente en semicontinuo, en un lecho fijo de resina a travs del cual fluye una disolucin. El rgimen de funcionamiento no es estacionario por variar continuamente la concentracin de los iones en cada punto del sistema. Las instalaciones constan generalmente de dos lechos idnticos, de forma que si por uno de ellos circula la disolucin que contiene los iones que se desea intercambiar, el otro se est regenerando.Al inicio de la operacin de un lecho, la mayor parte de la transferencia de materia tiene lugar cerca de la entrada del lecho donde el fluido se pone en contacto con intercambiador fresco. A medida que transcurre el tiempo, el slido prximo a la entrada se encuentra prcticamente saturado y la mayor parte de la transferencia de materia tiene lugar lejos de la entrada. Debido a la resistencia que opone el sistema a la transferencia de iones desde el seno del lquido a los centros de intercambio, se establece un gradiente de concentracin en el lecho. La regin donde ocurre la mayor parte del cambio de concentracin es la llamada zona de transferencia de materia, esta zona separa la zona virgen de la resina y la de saturacin y sus lmites frecuentemente se toman como c/co = 0,95 a 0,05. A medida que progresa el intercambio inico la zona de transferencia de materia se traslada en el lecho hasta alcanzar su extremo inferior, instante a partir del cual la disolucin de salida contendr cantidades crecientes de los iones que se desea intercambiar.El tiempo transcurrido desde el comienzo de la operacin en el lecho hasta que los iones de la disolucin aparecen en la corriente de salida o ms concretamente, cuando se alcanza la mxima concentracin permisible en el efluente, se denomina Tiempo de ruptura (tR). En este momento, la corriente se desviara a un segundo lecho, iniciando el proceso de regeneracin del primero. La curva que representa la evolucin de la concentracin del efluente que abandona el lecho recibe el nombre de Curva de ruptura. El conocimiento de la curva de ruptura, es fundamental para el diseo de un lecho fijo de intercambio inico, y en general debe determinarse experimentalmente, dada la dificultad que entraa su prediccin.2.2. DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD DE LA RESINASe define como Capacidad de la resina el valor de la concentracin de iones que pueden ser retenidos por una unidad de peso de resina. Suele expresarse como meq de soluto retenidos/g resina seca. La capacidad de la resina es un parmetro fundamental para la seleccin del intercambiador ya que generalmente se requieren capacidades altas para la separacin o purificacin a realizar.La determinacin de la capacidad mxima de una resina catinica se realiza intercambiando sta con una disolucin bsica: se produce una reaccin irreversible entre el catin saliente de la resina con los iones OH- de la disolucin de tal forma que si existe suficiente concentracin de soluto llega a agotarse la capacidad total de la resina.Para el clculo de la capacidad de la resina en lecho fijo en unas condiciones determinadas es necesario conocer cul es la cantidad total de soluto retenido por la misma.Este valor se puede determinar a partir de la curva de ruptura del sistema en funcin del volumen eludo, calculando el rea de la zona comprendida entre la curva de ruptura y la lnea recta horizontal correspondiente a la concentracin de la disolucin de entrada. Dividiendo este valor entre el peso total de resina contenido en la columna, se determinar la capacidad de la resina utilizada en ciertas condiciones. 2.3 FRACCIN DE LECHO UTILIZADOLa fraccin de lecho utilizado en el punto de ruptura o a cualquier tiempo de la operacin se puede determinar a partir de la cantidad de soluto retenida en ese punto y la capacidad de la resina.La cantidad de soluto retenida a un tiempo dado se calcula determinando el rea de la zona comprendida entre el tramo correspondiente de la curva de ruptura y la lnea recta horizontal que corresponde a la concentracin de la disolucin de entrada.2.4. LONGITUD DE LECHO NO UTILIZADOUna vez iniciada la operacin de intercambio, el perfil de concentracin en la zona de transferencia de materia adquiere pronto su forma caracterstica y una anchura que no vara al desplazarse a travs del lecho. Por tanto, si se utilizan diferentes longitudes de lecho, manteniendo constante el resto de las condiciones, se obtendrn curvas de ruptura de la misma forma. En lechos de gran longitud la zona de transferencia representa una fraccin menor de forma que se utiliza una mayor fraccin y longitud de lecho. La longitud de lecho no utilizado en un punto determinado se puede calcular a partir de la fraccin del lecho utilizado y la longitud del lecho.

3. DESCRIPCIN DE LOS EQUIPOS

3.1. DESMINERALIZADORESLa desmineralizador es un equipo utilizado para eliminar slidos disueltos en el agua. El proceso mediante intercambio inico emplea resinas catinicas y aninicas, que pueden ser base fuerte o base dbil dependiendo la calidad del agua a obtener y los contaminantes que se requiera remover.

Una vez que las resinas han agotado su capacidad de intercambio inico, es necesario regenerarlas para que vuelvan a recuperar sus propiedades. Se tiende a alargar el mximo posible los ciclos para espaciar las regeneraciones, minimizando as los residuos generados.Tambin existen los desmineralizadores de lechos mixtos constituidos generalmente por una mezcla de resinas aninicas y catinicas fuertes, proporcionando una mayor eliminacin de iones. Se utilizan cuando se precisa un agua de caractersticas especiales con una eliminacin de iones superior a lo habitual.

La tendencia actual es emplear estas instalaciones de desmineralizacin como proceso de afine tras una smosis inversa, en funcin de la calidad del agua a tratar.

3.2. DESCALCIFICADORESEl descalcificador es un equipo utilizado para la eliminacin de la dureza en el agua (calcio y magnesio) mediante el uso de resinas de intercambio inico: al pasar los iones calcio y magnesio a travs del descalcificador stos quedan retenidos en la resina de intercambio inico, siendo en su lugar liberados iones sodio. El descalcificador consta de: Una botella, generalmente de fibra de vidrio, parcialmente llena de resina. Una vlvula ( vlvulas) para el correcto funcionamiento del equipo. Un depsito lleno de sal (cloruro sdico). La dureza del agua producir incrustaciones en la instalacin a la que suministra el agua (caldera, circuito de refrigeracin, etc.) lo que hace que disminuya su eficaci