CONTENIDO PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
COLEGIO DE INGENIERÍA QUÍMICA
"REMOCIÓN DE ESPECIES IÓNICAS DE BAJO PESO
MOLECULAR EN EL AGUA MEDIANTE UN PREFILTRADO
Y MEMBRANAS EN UN PROCESO DE ÓSMOSIS
INVERSA"
TESIS PROFESIONAL
Para Obtener El Título De:
INGENIERO QUÍMICO
Presenta:
Pedro Ramírez Rojano
Director de tesis:
M.I. Rebeca Yolanda López Monroy
PUEBLA, PUE. AGOSTO 2009
CONTENIDO
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………………………………...I
JUSTIFICACION………………………………………………………………….………..I
OBJETIVOS………………………………………………………………………………..II
HIPOTESIS………………………………………………………………………………...II
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………................1
Capítulo I. Calidad del agua y su purificación
1. Generalidades………………………………………………………..………………..…........4
1.1. Contaminación del agua…………………………………….………………………..…5
1.1.1. Principales contaminantes del agua……………………..…………………….7
1.1.2. Efectos de la contaminación del agua……………………………...................8
1.1.3. Fuentes y control…………………………………..……………………………..9
1.1.4. Composición química del agua……………….………………………………..11
1.1.5. Otros parámetros característicos del agua………….…………………….….15
1.2. Calidad del agua………………………………………………………………………...17
1.2.1. Indicadores de calidad del agua…………...………….…………..…..18
1.2.1.1.
Índices de calidad del agua………………………………………….……..19
1.2.2. Normas internacionales……………………………..………………………….19
1.2.3. Normas nacionales………………………………………………………………20
1.3. Tratamiento previo del agua de alimentación a membranas de ósmosis inversa22
1.4. Desinfección por hipoclorito de sodio……………………..…………….…….….…..22
1.5. Inyección de ozono……………………………………………..………………………24
1.6. Radiación ultra violeta…………………………………………..………………………24
1.7. Filtración por arena.…………………………………………..…………………….…..25
1.7.1. Sistema de retro lavado…………………………………………………………26
1.7.2. Materiales filtrantes……………………………………………………………...26
1.8. Filtración por carbón activado……………………………….…………………………27
1.9. Suavización y desmineralización mediante materiales de intercambio iónico…...28
1.9.1. Proceso de intercambio iónico usados en purificación de agua…….……29
1.9.2. Materiales de intercambio iónico…………………………………….............31
1.9.2.1.
Tipos de resina de intercambio iónico……………………………...31
1.9.3. Requisitos de la regeneración y lavado……………………….....................31
1.9.3.1.
Procedimiento de retro lavado, regeneración y enjuague………..32
1.10.
Desarrollo de las resinas para intercambio iónico……………....................32
1.11.
Ósmosis inversa………………………………………………………………..33
1.11.1. Que es la presión osmótica……………………………….............................36
1.11.2. Que es una propiedad coligativa………………………….............................37
1.11.3. Características de una membrana de ósmosis inversa...............................37
1.12.
Configuraciones……………………………………………………..………....37
1.12.1. Membranas de tipo plano……………………………………..........................38
1.12.2. Membranas tubulares………………………………………….........................39
1.12.3. Membranas de fibra hueca……………………………………………………40
1.12.4. Membranas de arrollamiento en espiral……………………………………..42
1.12.5. Membranas comerciales………………………………………………………43
1.13.
Principales diferencias entre membranas…………………………...............44
1.13.1. Caudal……………………………………………………………………………44
1.13.2. Presión de funcionamiento…………………………………………………….45
1.13.3. Ensuciamiento…………………………………………………………………..46
1.13.4. Rechazo de sales……………………………………………………………….46
1.13.5. Pérdida de propiedades………………………………………………………47
Capítulo II. Instalación y puesta en marcha del equipo de purificación.
2. Metodología de purificación ………………………….………………….....55
2.1. Proceso de producción de cápsulas medicinales…………………………55
2.2. Modulación de filtros mecánicos……………………………....................61
2.2.1. Posición de servicio………………………………………………....................61
2.2.2. Posición de retro lavado…………………………………………….................61
2.2.3. Posición de regeneración……………………………………………………...61
2.3. Proceso de ósmosis inversa………………………………………….............63
2.3.1. Limites de operación………………………………………………...................64
2.4. Tubería……………………………….…………………………………..............65
2.5. Electricidad……………………………………….……………………………....65
2.6. Pre filtración……………………………………………….……………….....65
2.7. Bomba de alta presión…………………………………………………….....66
2.8. Arranque del equipo de ósmosis inversa…………………………….……….66
2.8.1. Detección de fallas……………………………………………………………....67
2.8.2. Modulación de las membranas de ósmosis inversa…………………...…….69
2.9. Modulación del equipo generador de ozono………………………………….71
2.9.1. Mantenimiento……………………………………………………………………71
2.10.
Modulación del equipo generador de rayos ultravioleta…..…………….......72
2.10.1. Mantenimiento……………………………………………………………………72
2.11.
Instalación de equipo…………………………………….……………………...73
Capítulo III. Análisis de resultados
3. FDA……………………………………………………………………………………………78
3.1. Utilización de filtros mecánicos………………………………………………………..79
3.2. Utilización de cloro y ozono……………………………………………………………79
3.3. Utilización de ósmosis inversa…………………………………………………………80
3.4. Proceso de producción de cápsulas medicinales………………………………….81
Conclusiones……………………………………...………………………………...……85
Recomendaciones……………………………………………………………………….86
Bibliografía………………………………………………………………………….….…87
ÍNDICE DE IMÁGENES
1. Ciclo del agua……………………….………………………………………….....5
2. Membrana tubular…………………………………………………………….....40
3. Tipos de membranas…………………………………………………………….43
4. Espectro de radiación ultravioleta…………………………………………...…49
5. Modelo de un intercambiador de cationes mostrando los sitios de
intercambio negativamente cargados sobre el esqueleto que sostienen los
iones de sodio como uvas en un racimo……………………….……………..30
6. Diferencia entre membrana permeable y semipermeable…………………..34
7. Aplicación de presión en membranas semipermeables……………………..55
8. Preparación de cargas de gelatina…………………………………………….81
9. Llenado de tanques transfer………………………………………………...….82
10. Ajuste de viscosidad de tanques transfer en el TTVPS……………………..82
11. Disposición final de tanques transfer…………………………………………..83
12. Moldeo de cápsulas por inmersión de perno……………………………...….83
13. Lavado de tanques transfer…………………………………………….……....84
14. Diagrama de localización de equipo…………………………………………..57
15. Condiciones de flujo de filtro mecánico……………………………………….59
16. Bastidor de ósmosis inversa……………………………………………………63
17. Típico de instalación de ósmosis inversa……………………………………..69
18. Bastidor de O.I. equipado con bomba centrifuga…………………………….70
19. Generador de ozono de 1.25g/l………………………………………………...71
20. Descripción de equipo de rayos ultravioleta…………………………………..72
21. Acoplamiento y ubicación de filtros…………………………………………….73
22. Armado de válvulas clack……………………………………………………….73
23. Válvulas utilizadas en la instalación de equipos de purificación……………74
24. Instalación de equipo hidroneumático…………………………………………74
25. Instalación de bastidor de O.I. medidores de flujo PLC y bomba
centrifuga………………………………………………………………………….75
26. Instalación de equipo generador de ozono y lámpara
ultravioleta………………………………………………………………..……….76
27. Programación semiautomática de retro lavado de los filtros mecánicos…..78
ÍNDICE DE TABLAS
1. Sólidos suspendidos disueltos depositados sobre la tierra en un área
suburbana y en una zona industrial…………………………………………......6
2. Rango de alcalinidad en el agua……………………………………………….16
3. Límites máximos permisibles de especies contenidas en el agua………....21
4. Bacterias inactivadas por rayos ultravioleta…………………………………..50
5. Esporas de moho, algas, protozoarios virus y levaduras inactivadas por
rayos ultravioleta…………………………………………………………………51
6. Ubicación y descripción de equipos……………………………………………58
7. Limites de operación de ósmosis inversa……………………………………..64
8. Resultados de purificación de agua para la producción de cápsulas
medicinales……………………………………………………………………….79
Introducción
INTRODUCCIÓN
El agua es una sustancia muy sencilla, pero posee un conjunto de
propiedades que la hacen única, lo que, unido a su abundancia, le otorgan una
gran importancia en el ciclo biológico del planeta. La misma puede encontrarse en
la naturaleza en sus tres estados, sólido, líquido y vapor, pudiendo existir en un
momento dado en equilibrio entre sus tres formas. La estructura molecular del
agua es un dipolo: su constante dieléctrica es muy alta, mayor que para cualquier
otro líquido, lo que le confiere la propiedad de disolver cualquier sustancia aunque
sea en cantidades extremadamente pequeñas. Ello hace que el agua no sea
nunca químicamente pura, llevando siempre diversas sustancias, como gases,
sales o especies químicas disueltas.
El agua es débilmente ionizable,
conteniendo siempre algunos iones hidrógeno, dando un pH próximo a 6. La
concentración de iones en el agua es muy importante para los organismos.
Este conjunto de propiedades, hacen que el agua sea un excelente
disolvente de sales y gases, y por ello es causa de problemas de incrustaciones,
sedimentos, corrosiones y picaduras en las tuberías y calderas, cuya prevención
exige tratamientos específicos para cada instalación en función del tipo de agua
que se utiliza y del fin a que se destina.
0
Introducción
Estos son algunos de los métodos de tratamientos del agua:

La filtración o la decantación es indispensable si hay arrastres de barros o
limos.

El ablandamiento tiene como objeto evitar la presencia de sales de calcio y
magnesio, responsables de las incrustaciones.

La desmineralización evita un elevado contenido en sales disueltas.
Algunos métodos tienen fines específicos, como evitar la presencia de
sílice, hierro o manganeso, etc.

La desgasificación elimina gases disueltos, generalmente oxígeno y
anhídrido carbónico, que producirán corrosiones.

La ósmosis mediante membranas semipermeables está adquiriendo gran
importancia en la desalinización de aguas con elevado contenido salino y
estabilización de aguas problemáticas.
Es por esto, que se propone disminuir la concentración de sólidos disueltos
totales (SDT), calcio, cloro y la eliminación de microorganismos en el agua de
proceso utilizada en la producción de cápsulas farmacéuticas para contribuir a
maximizar el alcance de la producción, abatiendo el problema de contaminantes en
el agua.
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