Download - Intercambio Ionico Mono

1. INTRODUCCION

Con el avance de la ciencia y de la técnica es cada vez mayor el uso de agua desprovista de ciertos iones y muchas veces desprovista de todos los iones.Una de las técnicas de eliminación de iones consiste en hacer pasar el agua a través de resinas de intercambio iónico.Es frecuente encontrar instalaciones que usan resinas de intercambio iónico que no producen la calidad del agua requerida o la cantidad requerida, o ambas cosas a la vez, y esto puede deberse al desconocimiento de las propiedades de las resinas de intercambio iónico o a la falta de experiencia necesaria para manejar los imprevistos que pueden presentarse durante la operación de intercambiadores de iones. En muchas ocasiones se descartan prematuramente las resinas de intercambio iónico, en otras se sigue usando las resinas que ya cumplieron su vida útil y muchas veces se usan resinas que no son las adecuadas.El intercambio iónico no está restringido al tratamiento de agua, sino que tiene un amplio campo de aplicación, tal como:

Recuperación de uranioDecoloración y reducción de cenizas en soluciones de azúcarRecuperación y purificación de estreptomicina.Remoción del ácido fórmico del formaldehídoRecuperación de metales de solucionesDesalinización de aguas salobresEliminación de acidez de efluentes minero-metalúrgicos

Por su relevancia en el tratamiento de aguas de los diversos procesos industriales, con la información en el presente folleto se pretende dar una visión general de las resinas de intercambio iónico, su funcionamiento y contribuir a mejorar el conocimiento del personal operativo a cargo del sistema de intercambio iónico y de las condiciones de operación.

2. FUNDAMENTO TEORICO

El intercambio iónico es una 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. La eficacia del proceso depende del equilibrio sólido-fluido y de la velocidad de transferencia de materia. Los sólidos suelen ser de tipo polimérico, siendo los más habituales los basados en resinas sintéticas.

Una resina de intercambio iónico puede considerarse como una estructura de cadenas hidrocarbonadas a las que se encuentran unidos de forma rígida grupos iónicos libres. Estas cadenas se encuentran unidas transversalmente formando una matriz tridimensional que proporciona rigidez a la resina y donde el grado de reticulación 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 selección del grado de reticulación puede limitar la movilidad de los iones participantes.

Las cargas de los grupos iónicos inmóviles se equilibran con las de otros iones, de signo opuesto, denominados contraiones, que están libres y que son los que se intercambian realmente con los del electrolito disuelto. Cuando dichos iones son cationes, los cambiadores iónicos se denominan catiónicos y cuando son aniones se denominan aniónicosEl intercambio iónico puede explicarse como una reacción reversible implicando cantidades químicamente equivalentes. Un ejemplo común del intercambio catiónico es la reacción para el ablandamiento del agua:

Ca++ + 2NaR ↔ CaR + 2Na+

Donde R representa un lugar estacionario aniónico univalente en la malla del polielectrolito de la fase intercambiador.

2.1. INTERCAMBIO IÓNICO EN LECHO FIJO

La operación de intercambio iónico se realiza habitualmente en semicontinuo, en un lecho fijo de resina a través del cual fluye una disolución. El régimen de funcionamiento no es estacionario por variar continuamente la concentración de los iones en cada punto del sistema. Las instalaciones constan generalmente de dos lechos idénticos, de forma que si por uno de ellos circula la disolución que contiene los iones que se desea intercambiar, el otro se está regenerando.

Al inicio de la operación 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 sólido próximo a la entrada se encuentra prácticamente 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 líquido a los centros de intercambio, se establece un gradiente de concentración en el lecho. La región donde ocurre la mayor parte del cambio de concentración es la llamada zona de transferencia de materia, esta zona separa la zona virgen de la resina y la de saturación y sus límites frecuentemente se toman como c/co = 0,95 a 0,05.

A medida que progresa el intercambio iónico la zona de transferencia de materia se traslada en el lecho hasta alcanzar su extremo inferior, instante a partir del cual la disolución de salida contendrá cantidades crecientes de los iones que se desea intercambiar.

El tiempo transcurrido desde el comienzo de la operación en el lecho hasta que los iones de la disolución aparecen en la corriente de salida o más concretamente, cuando se alcanza la máxima concentración permisible en el efluente, se denomina Tiempo de ruptura (tR). En este momento, la corriente se desviaría a un segundo lecho, iniciando el proceso de regeneración del primero. La curva que representa la evolución de la concentración del efluente que abandona el lecho recibe el nombre de Curva de ruptura.

El conocimiento de la curva de ruptura, es fundamental para el diseño de un lecho fijo de intercambio iónico, y en general debe determinarse experimentalmente, dada la dificultad que entraña su predicción.

2.2. DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LA RESINA

Se define como Capacidad de la resina el valor de la concentración 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 parámetro fundamental para la selección del intercambiador ya que generalmente se requieren capacidades altas para la separación o purificación a realizar.

La determinación de la capacidad máxima de una resina catiónica se realiza intercambiando ésta con una disolución básica: se produce una reacción irreversible entre el catión saliente de la resina

con los iones OH- de la disolución de tal forma que si existe suficiente concentración de soluto llega a agotarse la capacidad total de la resina.

Para el cálculo de la capacidad de la resina en lecho fijo en unas condiciones determinadas es necesario conocer cuál 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 función del volumen eluído, calculando el área de la zona comprendida entre la curva de ruptura y la línea recta horizontal correspondiente a la concentración de la disolución de entrada. Dividiendo este valor entre el peso total de resina contenido en la columna, se determinará la capacidad de la resina utilizada en ciertas condiciones.

2.3 FRACCIÓN DE LECHO UTILIZADO

La fracción de lecho utilizado en el punto de ruptura o a cualquier tiempo de la operación 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 área de la zona comprendida entre el tramo correspondiente de la curva de ruptura y la línea recta horizontal que corresponde a la concentración de la disolución de entrada.

2.4. LONGITUD DE LECHO NO UTILIZADO

Una vez iniciada la operación de intercambio, el perfil de concentración en la zona de transferencia de materia adquiere pronto su forma característica y una anchura que no varía al desplazarse a través del lecho. Por tanto, si se utilizan diferentes longitudes de lecho, manteniendo constante el resto de las condiciones, se obtendrán curvas de ruptura de la misma forma. En lechos de gran longitud la zona de transferencia representa una fracción menor de forma que se utiliza una mayor fracción y longitud de lecho. La longitud de lecho no utilizado en un punto determinado se puede calcular a partir de la fracción del lecho utilizado y la longitud del lecho.

3. DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS

3.1. DESMINERALIZADORES

La desmineralizador es un equipo utilizado para eliminar 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.

Una vez que las resinas han agotado su capacidad de intercambio iónico, es necesario regenerarlas para que vuelvan a recuperar sus propiedades. Se tiende a alargar el máximo posible los ciclos para espaciar las regeneraciones, minimizando así los residuos generados.

También existen los desmineralizadores de lechos mixtos constituidos generalmente por una mezcla de resinas aniónicas y catiónicas fuertes, proporcionando una mayor eliminación de iones. Se utilizan cuando se precisa un agua de características especiales con una eliminación de iones superior a lo habitual.

La tendencia actual es emplear estas instalaciones de desmineralización como proceso de afine tras una ósmosis inversa, en función de la calidad del agua a tratar.

3.2. DESCALCIFICADORES

El descalcificador es un equipo utilizado para la eliminación de la dureza en el agua (calcio y magnesio) mediante el uso de resinas de intercambio iónico: al pasar los iones calcio y magnesio a través del descalcificador éstos quedan retenidos en la resina de intercambio iónico, siendo en su lugar liberados iones sodio.

El descalcificador consta de:

Una botella, generalmente de fibra de vidrio, parcialmente llena de resina.

Una válvula (ó válvulas) para el correcto funcionamiento del equipo.

Un depósito lleno de sal (cloruro sódico).

La dureza del agua producirá incrustaciones en la instalación a la que suministra el agua (caldera, circuito de refrigeración, etc.) lo que hace que disminuya su eficacia y su vida útil.

El funcionamiento consta de dos fases muy diferenciadas:

Servicio: el agua pasa a través del descalcificador quedando retenida la dureza en la resina. En su lugar la resina aporta sodio; es decir la resina cambia dureza por sodio provocando que el agua a la salida ya no sea dura. Al ir pasando el agua a través de la resina cada vez quedan más iones calcio y magnesio retenidos hasta que la resina está agotada.

Regeneración: para devolverla a su estado inicial pasamos una solución de sal a través de la resina. Esta sal proviene del depósito del que consta el equipo. Una vez terminada la regeneración el equipo está listo para entrar en servicio comenzando un nuevo ciclo.

Los descalcificadores pueden ser cronométricos o volumétricos. Los cronométricos regeneran por tiempo mientras que los volumétricos lo hacen por volumen de agua descalcificada.

Es importante saber que el agua descalcificada no es apta para regar, ya que es demasiado rica en sodio. Por el mismo motivo no es adecuada como agua de consumo.

3.3. DESNITRIFICADOR

El desnitrificador es un equipo automático utilizado para la eliminación de nitratos del agua. Los desnitrificadores trabajan mediante resinas de intercambio iónico, con regeneración volumétrica retardada o instantánea.

El desnitrificador reemplaza aniones disueltos con mayor afinidad por la resina que los cloruros por estos últimos. Esta alternativa es altamente recomendable en aguas de alto contenido de nitratos y baja salinidad, donde no es necesario desmineralizar. Cabe indicar que los nitratos son unos de los contaminantes más habituales presentes en aguas superficiales y especialmente en aguas subterráneas.

Un alto nivel de nitratos, ya sean disueltos en el agua o en los alimentos, puede tener efectos negativos y es un riesgo para la salud, especialmente para bebés y niños pequeños, que pueden sufrir peligro de metahemoglobinemia infantil.

3.4. DESCARBONATADOR

Es un equipo cilíndrico que cuenta con una zona central de mezcla y reacción, equipado co una hélice de diseño especial y un faldón de repartición para favorecer el cambio de velocidad del agua cruda y pasar por la zona clarificación.

En el descarbonatador se emplea una resina carboxílica previamente regenerada con ácido. Esta resina tiene la propiedad de fijar los cationes metálicos y liberar los aniones correspondientes en forma de ácido libre, hasta que el pH del agua tratada alcance un valor comprendido entre 4 y 5, lo que corresponde a la liberación total del ácido carbónico de los bicarbonatos, no siendo fijados por la resina los cationes ligados a los aniones de ácido fuerte (Cloruros, nitratos, sulfatos).

Una buena operación del descarbonatador dejará un máximo de 10 mg/l de CO2.

5. Aplicaciones del intercambio iónico

1. Tratamiento de agua

1.1. Ablandamiento 1.2. Descarbonatación 1.3. Desmineralización 1.4. Lechos mezclados 1.5. Agua potable

1. Aplicaciones de resinas intercambiadoras de ionesen el tratamiento de agua

1.1. Ablandamiento

Se emplea una resina intercambiadora de cationes fuertemente ácida en forma sodio. Los iones que constituyen la dureza de agua, principalmente el calcio y el magnesio, se intercambian con el sodio de la resina. El agua ablandada sirve para varios usos:

Lavanderías Calderas domésticas Calderas industriales de baja presión Industria textil

Resinas recomendadas:

AmberliteTM IR120 Na, AmberjetTM 1000 Na Amberlite SR1L Na para agua potable

Calidad del agua tratada: Dureza residual < 0,02 meq/L (0,1 °f) con regeneración a contra-corriente

Regeneración: salmuera (NaCl en solución de 10 %)

1.2. Descarbonatación

En muchas regiones del mundo — por ejemplo en Europa central y meridional — las aguas naturales contienen bicarbonatos. Los iones de calcio y de magnesio asociados con estos se pueden elminar con resinas débilmente ácidas en forma hidrógeno. Este proceso se llama también eliminación de la dureza temporal. El agua tratada contiene gas carbónico que se puede eliminar con una torre de desgasificación. La salinidad del agua tratada es más baja que la del agua bruta. Agua descarbonatada sirve:

para tratar el agua de producción de cerveza y otras bebidas para ablandar las aguas de abastecimiento en ciudades y pueblos en casa, para filtrar, ablandar y desmineralizar parcialmente el agua para hacer café o té

como etapa inicial antes de una desmineralización completa para ciertos procesos industriales


Amberlite IRC86 para aguas industriales Amberlite PWC13 para aguas de abastecimiento ImacTM HP333 y 335 para cartuchos domésticos

Calidad del agua tratada: Alcalinidad residual = muy baja (fín de ciclo tradicional a 10% del TAC del agua bruta) Dureza residual = dureza permanente (TH – TAC)

Regeneración: ácido (de preferencia HCl en solución de 5 %)

1.3. Desmineralización

Para eliminar todos los iones, el agua pasa primero a través de una columna intercambiadora de cationes en forma hidrógeno, después a través de una columna intercabiadora de aniones en forma base libre o hidroxilo. Todos los cationes se cambian por iones H + de las resinas catiónical, y los aniones por iones OH— de las resinas aniónicas. Estos iones se recombinan formando nuevas moléculas de agua (H2O). El agua tratada no contiene sino trazas de sodio y de sílice.


Amberlite IRC86 (débilmente ácida) Amberlite IR120 o Amberjet 1000 (fuertemente ácida) Amberlite IRA96 ou IRA67 (débilmente básica) Amberlite IRA402 ou Amberjet 4200 ou 4600 (fuertemente básica)

El uso de resinas débiles depiende de la composición del agua bruta y del tamaño de la planta de tratamiento.

Calidad del agua tratada: Conductividad de 0,2 a 1 µS/cm en regeneración a contra-corriente Slice residual de 5 a 50 µg/L según la cantidad de sílice en el agua bruta y de la tasa de regeneración. El pH del agua tratada no se puede medir en agua desmineralizada. Estos valores son más bajos que los obtenidos con otros procesos, tales como destilación u ósmosis inversa.

Regeneración Intercambiadores de cationes: un ácido fuerte (HCl o H2SO4) intercambiadores de aniones: sosa cáustica (NaOH)

1.4. Lechos mezclados

1.4.1. Lechos mezclados de pulido

Para obtener una calidad de agua desmineralizada aún mejor, parecida a la del agua totalmente pura, se puede instalar una columna de resinas mezcladas: una catiónica fuertemente ácida en forma H+ y una aniónica fuertemente básica en forma OH—. Estas resinas tienen que estar mezcladas en la fase de producción (agotamiento) pero hay que separarlas para regenerar. Esta separación se hace contralavando el lecho de resinas con una corriente ascendente y necesita resinas de granulometría y de densidad adecuadas.


Amberjet 1000 o 1500 (fuertemente ácida) Amberjet 4200 o 4400 (fuertemente básica)

Para ciertas aplicaciones en la industria de semiconductores o en circuitos de centrales nucleares se emplean resinas de calidad especial. Calidad del agua tratada: Conductividad de 0,055 a 0,1 µS/cm Sílice residual de 1 a 10 µg/L. El pH del agua tratada no se puede medir en agua desmineralizada.

Regeneración Intercambiadores de cationes: un ácido fuerte (HCl o H2SO4) intercambiadores de aniones: sosa cáustica (NaOH)

1.4.2. Lechos mezclados de trabajo

En casos de agua bruta de baja salinidad, o cuando el volumen de agua necesario es módico, se pueden emplear lechos mezclados alimentados con agua de abastecimiento municipal o con permeado de ósmosis inversa. Llamamos estos "lechos mixtos de trabajo". Las resinas son las mismas que para lechos mixtos de pulido. Un caso especial es el servicio de desionización (SDI) con botellas regeneradas externalmente.

1.5. Agua potable

El intercambio iónico es una tecnología útil para eliminar ciertos contaminantes de manera selectiva. Véase una página dedicada al taramiento de agua potable (en inglés o francés).

2. Industria azucarera

http://dardel.info/IX/images/MB.png

2.1. Ablandamiento de agua para la extracción de azúcar 2.2. Ablandamiento antes de evaporar 2.3. Proceso NRS 2.4. Proceso Gryllus 2.5. Desmineralización antes de evaporar 2.6. Decoloración de jarabes después de evaporar 2.7. Proceso Quentin 2.8. Recuperación de azúcar en melazas 2.9. Inversión de sacarosa 2.10. Separación cromatográfica 2.11. Tratamiento de glucosa

2. Industria azucarera

2.1. Ablandamiento de agua para la extracción de azúcar

El proceso es idéntico al mencionado en el punto 1.1 (ablandamiento de agua).

2.2. Ablandamiento de jugos de remolacha antes de evaporar

La dureza de los jugos de remolacha produce incrustaciones en los intercambiadores de calor. Para evitar estas, aumentar el rendimiento térmico y ahorrar energía se pueden ablandar los jugos de azúcar. Con jugos ablandados, los intercambiadores se pueden utilizar en modo continuo sin las paradas necesarias para limpiarlos. Se emplean en este proceso resinas semejantes a las del ablandamiento de agua — intercambiadores de cationes fuertemente ácidos — pero tienen que ser de calidad autorizada para el tratamiento de alimentos y resistir las tensiones específicas de concentración y de temperatura de los jugos.

Los iones calcio y magnesio de los jugos que hay que evaporar se intercambian por los iones sodio de la resina. El ablandamiento de hace después de la carbonatación de los jugos. Se instalan generalmente dos columnas en paralelo para asegurar un funcionamiento continuo.


Amberlite FPC14 Na

2.3. El proceso NRS

Es un proceso ingenioso, en lo cual se regenera la resina con una solución de sosa cáustica diluida en un jugo de azúcar de segunda carbonatación. Lo interesante es que el hidróxido de calcio, insoluble en agua es soluble en una solución de sacarosa. Los vertidos de regeneración se recuperan para reciclar en la cabeza de la instalación, antes de la carbonatación, así que casi ho hay aguas de desecho. Además, no hay dilución de los jugos mismos ya que no existen etapas de desplazamiento de jugo por agua y de agua por jugo. El balance energético es favorable y produce un ahorro de vapor.


Amberlite FPC14 Na

2.4. El proceso Gryllus

Es un proceso económico más antiguo en lo cual la resina se regenera con un jugo de segunda carbonatación conteniendo una concentración alta de sodio. El consumo de sal es reducido y tampoco hay aquí una dilución de los jugos. El jarabe de regeneración se recupera.


Amberlite FPC22 Na (macroporosa)

2.5. Desmineralización del jugo antes de evaporar

Se eliminan las sales y otras impurezas ionizadas del jugo de segunda carbonatación para aumentar el rendimiento de cristalización del azúcar. En general, cada kg de impureza eliminada produce 1.4 kg de azúcar adicional. El proceso es similar a la desmineralización de agua y emplea una resina fuertemente ácida y una resina débilmente básica, regeneradas con ácido y sosa respectivamente.


Amberlite FPC14 Na (fuertemente ácida) Amberlite FPA53 (débilmente básica)

2.6. Decoloración de jarabes de caña después de evaporar

Los jarabes de caña contienen varios compuestos orgánicos que producen color y bajan el rendimiento de cristalización. La decoloración se hace con resinas fuertemente básicas macroporosas para eliminar moléculas de alta masa molecular. La regeneración utiliza salmuera. El proceso más efectivo emplea dos columnas en serie, la primera con una resina acrílica y la segunda con una estirénica como pulido.


Amberlite FPA98 Cl (acrílica) Amberlite FPA90 Cl (estirénica)

2.7. Proceso Quentin

Los iones potasio y sodio contenidos en los jugos de remolacha inhiben la cristalización del azúcar y producen una gran cantidad de melaza. El magnesio es menos "melasígeno" que el potasio o el sodio. En el proceso Quentin, el jugo de azúcar pasa por una columna de resina fuertemente ácida en forma magnesio. De tal manera, la producción de azúcar blanco aumenta, mientras la cantidad de melaza disminuye.


Amberlite FPC23 H (convertida en forma Mg++ con cloruro de magnesio)

2.8. Recuperación de azúcar en melazas

Este proceso está basado en el principio de exclusión iónica, un tipo de cromatografía con resinas de intercambio iónico que tienen una granulometría muy fina y muy uniforme. Así se pueden separar el azúcar y las impurezas, aumentando la cantidad de azúcar producido.


Amberlite CR1220 K

2.9. Inversión de sacarosa

La sacarosa (azúcar común) es un disacárido. En ambiente ácido, se separa en dos monosacáridos: la glucosa y la fructosa. Este proceso se llama inversión. El azúcar invertido tiene un sabor más dulce que la sacarosa (factor 1,15) y una tendencia menor de cristalizar, lo que es importante para ciertos productos alimenticios. La inversión se hace pasando un jarabe de azúcar por una resina catiónica fuerte de baja reticulación en forma H+.


Amberlite FPC12 H

2.10. Separación cromatográfica

Puesto que la fructosa tiene un poder edulcorante más alto que la glucosa (1,3 contra 0,7) se pueden enriquecer en fructosa los jarabes de azúcar invertido pasándolos por una columna de resina con granulometría fina y uniforme. En esta separación cromatográfica, la fructosa se retrasa con respecto a la glucosa, lo que produce fracciones que se puedan separar. La fracción rica de fructosa se recupera por su valor comercial, y la fracción de glucosa se puede vender como jarabe de glucosa o se puede isomerizar por proceso enzimático para producir más fructosa.


Amberlite CR1320 Ca

2.11. Desmineralización de glucosa

El principio es el mismo que la desmineralización de agua o de azúcar. Debido a la temperatura y a la concentración alta de los jarabes de glucosa se deben emplear resinas de buena resistencia física.


DowexTM 88 (fuertemente ácida) Dowex 66 (débilmente básica)

3. Otras aplicaciones en la industria alimenticia

3.1. Productos lácteos 3.2. Bebidas 3.3. Jugos de fruta 3.4. Recuperación de polifenoles 3.5. Ácido cítrico 3.6. Aminoácidos 3.7. Desmineralización de sorbitol 3.8. Desmineralización de gelatina

3. Otras aplicaciones en la industria alimenticia

3.1. Desmineralización de suero de leche

El suero de leche es un líquido obtenido en el proceso de fabricación del queso. Contiene proteinas y varios usos en la industria alimenticia. Se desmineraliza para aumentar su pureza. El principio es el mismo que la desmineralización de agua o de jugos de azúcar.


Amberlite FPC14 (fuertemente ácida) Amberlite FPA51 (débilmente básica)

3.2. Industria de bebidas

Hay varias aplicaciones:

Tratamiento del agua para producir cerveza o refrescos. Véase tratamiento de agua. Eliminación de acidez con Amberlite FPA51 (resina débilmente básica) Eliminación de metales Eliminación de olores o gustos indeseables Eliminación de color y de turbidez con resinas adsorbentes no iónicas

3.3. Tratamiento de jugos de fruta

Eliminación de acidez con Amberlite FPA51 (resina débilmente básica) Eliminación del amargor de ciertos zumos de naranja con una resina adsorbente no iónica:

Amberlite FPX66 Eliminación de color con resinas adsorbentes

3.4. Recuperación de polifenoles

Los poilifenoles son apreciados por sus propiedades antioxidantes. Se encuentran en muchas frutas, por ejemplo en uva negra. Los antocianinos — una variedad de polifenoles — se pueden recuperar en los mostos de uva.


Amberlite FPX68 (resina adsorbente no iónica)

3.5. Ácido cítrico

Se emplea como conservante en muchos productos de la industria de alimentos. Se produce por fermentación, y necesita una purificación por desmineralización.


Amberlite FPC22 H (fuertemente ácida) Amberlite FPA51 (débilmente básica)

3.6. Aminoácidos

La L-lisina y otros aminoácidos esenciales (no sintetizados por el cuerpo humano) se produce por fermentación. Se extrae de los caldos de fermentación con una resina intercambiadora de cationes en forma amonio.


Amberlite FPC14 (fuertemente ácida)

3.7. Desmineralización de sorbitol

El sorbitol es un edulcorante y emoliente usado en goma de mascar y otros productos. Se puede producir por hidrogenación de glucosa, o por procesos enzimáticos. Muchas veces necesita ser desmineralizado.


Amberlite FPC22 H (fuertemente ácida) Amberlite FPA51 (débilmente básica) Amberlite FPC52 y FPA90 en lechos mezclados de pulido

3.8. Desmineralización de gelatina

La gelatina se produce por transformación del colágeno contenido en la piel y los huesos de cerdos. Para obtener un producto de alta pureza una desmineralización es imprescindible.


Amberlite FPC14 ou FPC22 (fuertemente ácida)

Amberlite FPA53 (débilmente básica acrílica)

4. Otras aplicaciones en la industria química

4.1. Recuperación y eliminación de metales 4.2. Producción de sosa y de cloro 4.3. Fenol 4.4. Purificación de peróxido de hidrógeno 4.5. Eliminación selectiva de varios elementos

4. Otras aplicaciones en la industria química

4.1. Recuperación y eliminación de metales

En talleres de galvanoplastia se pueden eliminar o recuperar metales en solución:

Recuperación de oro en talleres de electroplastia de oro para joyería en forma de complejos de cianuro con Amberlite IRA402

Reciclado de las aguas de lavado en galvanoplastia con Amberlite 252 (para eliminar los cationes), IRA96 (para cromatos) y IRA410 (para cloruros)

Eliminación de cobre y de hierro en los talleres de cromado con Amberlyst 15Wet Recuperación de ácido crómico en talleres de cromado con Amberlite IR120 y Amberlite IRA96 Eliminación de hierro en baños de galvanizado con Amberlite IRC748 Purificación de baños de decapado de metales por eliminación de hierro y de zinc en forma de

complejos de cloruro con Amberlite IRA402. La elución, sencilla, se hace con agua.

Otros ejemplos:

Recuperación de plata en forma de complejos de tiosulfato en baños de tratamiento de fotografia con Amberlite IRA67 o IRA402

Eliminación selectiva de mercurio en varias industrias con la resina específida AmbersepTM GT74 El cadmio se puede eliminar también con la misma resina Recuperación de catalizadores de vanadio o de cobre en la producción del ácido adípico (un

precursor del nylon) con AmberlystTM 40Wet

4.2. Producción de sosa y de cloro

Estos productos se obtienen por electrólisis de salmuera saturada. En este proceso, la presencia de metales divalentes no está permitida. Para eliminar esos (principalmente el calcio) se emplea una resina selectiva quelatante. Esta decalcificación baja la concentración inicial de calcio de 10 - 20 mg/L a valores de menos de 20 µg/L.


Amberlite IRC747 en caso que la eliminación de strontio no sea necesaria Amberlite IRC478 para eliminar el strontio además del calcio

4.3. Fenol

Dos aplicaciones:

Eliminación de ácido sulfúrico y de ácidos orgánicos creados en el proceso de producción del fenol. La resina usada es una débilmente básica con esqueleto formo-fenólico.

Eliminación de fenol en aguas de rechazo industrial. Se hace con una resina adsorbente no iónica, que se regenera con acetona.


Amberlyst A23 para eliminar los ácidos Amberlite XAD4 para eliminar el fenol en efluyentes

4.4. Purificación de peróxido de hidrógeno

Se emplean resinas en dos procesos distintos:

Eliminación de derivados de la antraquinona, moléculas orgánicas que se pueden fijar en resinas adsorbentes no iónicas, las cuales se regeneran con metanol.

Elimincación de trazas metálicas, principalmente hierro, con una resina catiónica fuertemente ácida. El tratamiento tiene lugar a cargas volúmicas elevadas.

En ambos casos se obtiene una calidad excelente, las "fugas" siendo solo unos µg/L. ¡Cuidado! El peróxido de hidrógeno es un oxidante fuerte y requiere muchas precauciones en ambos procesos.


Amberlite XAD4 para las moléculas orgánicas Amberlyst 15Wet para los metales

4.5. Eliminación selectiva de varios elementos

He construido una clasificación periódica de los elementos (tabla de Mendeleiev) en inglés con algunos datos sobre la eliminación selectiva de ciertos iones — principalmente metálicos — con resinas intercambiadoras.

5. Catálisis

5.1. Alquilación 5.2. Condensación 5.3. Esterificación 5.4. Eterificación 5.5. Deshidratación 5.6. Hidrogenación

5. Catálisis

Un catalizador es un compuesto que aumenta la velocidad de una reacción química hasta su equilibrio sin ser consumido durante la reacción. La mayoría de las reacciones químicas, especialmente en la industria petroquímica, donde se solía emplear un ácido inorgánico como catalizador, se catalizan hoy con resinas de intercambio catiónico fuertemente ácidas en forma H+. Estas resinas funcionan en condiciones difíciles, especialmente a temperaturas altas (130 – 170 °C), y deben tener la acidez más elevada posible.

Mencionaremos unos ejemplos:

5.1. Alquilación

Producto OctilfenolReactantes Octano + fenolCatalizador Amberlyst 15DryTemperatura 100 – 120 °C

5.2. Condensación

Producto Bisfenol AReactantes Acetona + fenolCatalizador Amberlyst 131Temperatura 60 – 80 °C

5.3. Esterificación

Producto DimetilmaleatoReactantes Anhídrido maléicoCatalizador Amberlyst 46Temperatura 110 °C

5.4. Eterificación

Producto Metil-ter-butil éter (MTBE)Reactantes Isobutileno + metanolCatalizador Amberlyst 35Temperatura 40 – 80 °C

5.5. Deshidratación

Producto IsobutilenoReactantes IsobutanolCatalizador Amberlyst 35Temperatura 70 – 80 °C

5.6. Hydrogenación

Producto Metil-isobutilcetona (MIBK)Reactantes AcetonaCatalizador Amberlyst CH28 (dopado con paladio)Temperatura 130 – 140 °C

6. Industria farmacéutica

6.1. Extracción y purificación de antibióticos 6.2. Medicamentos de liberación progresiva 6.3. Resinas utilizadas directamente como medicamento 6.4. Enmascarantes de gusto 6.5. Cromatografía de producción

6. Industria farmacéutica

Las aplicaciones son numerosas y complejas. La industria farmacéutica es bastante secreta, así que pocos detalles son conocidos. Mencionaremos no obstante unos ejemplos:

6.1. Extracción y purificación de antibióticos

Los procesos valen para varios antibióticos. Se trata de purificarlos después de su extracción de caldos de fermentación. Ejemplos: estreptomicina, gentamicina, cefalosporina, tetraciclina.


Amberlite XAD1600 (adsorbente no iónico estirénico) Amberlite XAD7HP (adsorbente no iónico acrílico)

6.2. Medicamentos de liberación progresiva

Resinas intercambiadoras de iones en polvo de alta pureza se incorporan en formulaciones. Los principios activos del medicamento están inmovilizados en la resina y difunden más lentamente en el organismo humano que si fuesen en su estado bruto.

Resinas:

Amberlite IRP64 (débilmente ácida) Amberlite IRP69 (fuertemente ácida) Amberlite IRP88 (débilmente ácida en forma potasio) DuoliteTM AP143 (fuertemente básica)

6.3. Resinas utilizadas directamente como medicamento

Los mismos tipos de resina del punto 6.2 pueden servir como principio activo del medicamento. Evidentemente tienen que cumplir con especificaciones muy estrictas y tener certificados de calidad de las autoridades de salud. Aquí dos ejemplos:

La coliestiramina, empleada para bajar el nivel de colesterol, es un polvo basado en resina fuertemente básica en forma cloruro.

La polacrilina potasio, un medicamento para regular el nivel de potasio en la sangre, es un polvo de resina débilmente ácida con esqueleto metacrílico.

Resinas:

Duolite AP143 (cholestiramina) Amberlite IRP88 (polacrilina potasio)

6.4. Enmascarantes de gusto

Resinas semejantes sirven para enmascar el gusto desagradable de ciertos medicamentos.

6.5. Cromatografía de producción

Resinas con una granulometría muy fina sirven para la separación fina de moléculas en lugar de gel de sílice o de otros substratos.


Una gama completa de resinas especiales comercializadas con el nombre Amberchrom.

7. Aplicaciones diversas

7.1. Industria minera 7.2. Inmovilización de enzimas 7.3. Hidrocultura

7. Aplicaciones diversas

7.1. Industria minera

La aplicación más significativa, utilizando millares de metros cúbicos de resina, es la excracción de uranio. El mineral molido de uranio se trata con ácido sulfúrico que solubiliza el metal en forma de sulfato de uranilo. Esta solución pasa después en lechos de resina intercambiadora de aniones fuertemente básica que tienen una afinidad excelente para el complejo de uranio y de sulfato.


Amberjet 4400 Ambersep 920U

7.2. Inmovilización de enzimas

En reacciones enzimáticas es más cómodo inmovilizar la enzima en un substrato en lugar de añadirla al medio de reacción. Resinas de intercambio son ideales para esta aplicación.


AmberzymeTM oxirane Duolite A568 (débilmente básica formo-fenólica)

7.3. Hidrocultura

Resinas intercambiadoras de cationes y aniones se pueden usar para fijar los componentos fertilizantes necesarios para el crecimiento de plantas en cultura hidropónica: amonio, potasio, hierro, zinc (cationes) y nitrato, fosfato (aniones). Las resinas contienen también oligoelementos. Esta tecnología permite una difusión progresiva de los elementos nutritivos sin riesgo de sobredosis.


LewatitTM HD5

6. BIBLIOGRAFIA

Treybal, R. Operaciones de transferencia de masa. Editorial McGraw-Hill. Segunda Edición. Páginas: 723 – 791.

Foust, A., Wenzel, L., Clump, C., Maus, L., Bryce, L. Principios de operaciones unitarias. Editorial Continental. Segunda Edición. Páginas: 459 – 496.

McGabe, W., Smith, J., Harriot, P. Operaciones unitarias en Ingeniería Química. Editorial McGraw-Hill. Cuarta Edición. Páginas: 821 – 868.