25-1-11766

INSTITUTO
ESCUELA
POLITECNICO
SUPERIOR
QUIM ICA
E
DE
NACIONAL
INGENIERIA
INDUSTRIAS
EXTRACTIVAS
SELECCION Y DISEÑO DE UN EQUIPO DE INTERCAMBIO
IONICO A ESCALA DE B A N C A
T
E
S
PARA
OBTENER
INGENIER O
P
R
MARCO
E
S
S
EL
QUIM ICO
ASDRUBAL
M E X I C O , D, F.
I
E
TITULO
DE
IND U ST R IAL
N
CHAVEZ
T
A
BARAJAS
1992
IN S T IT U T O P O L I T E C N I C O N A C IO N A L
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
DIVISION D E SISTEMAS D E T I T U L A C I O N
México, D. F , □ 6 de junio de 1991.
AI(Ios) C. Pasanto'fs):
Carrera:
Generación:
MARCO ASDRUBAL CHAVEZ BARAJAS
HEROES I! 206
COL. GUERRERO
I .Q .X .
1985-1990
Mediante la presente se hace de su conocimiento que esta División acepta que el
C. Ing. . M,C.. .RUBEN J.. GARCIA BARAJAS. .............................................
sea orientador
en el Tema de Tesis que propone(n) usted(es) desarrollar como prueba escrita en la opción
■ffiSIS y. PMM5N. QRAL XNQIVIPUAL (SEMINARIO .DE T E S IS .).................................... ba¡o el
titulo y contenida siguientes:
"SELECCION Y DISEÑO DE UN EQUIPO DE INTERCAMBIO IONICO A ESCALA DE BANCA."
I.II.III.IV .-
RESUMEN
INTRODUCCION
FUNDAMENTOS DE INTERCAMBIO IONICO
NECESIDADES DE INFORMACION PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS
DE INTERCAMBIO IONICO.
DISEÑO DEL EQUIPO
CONSIDERACIONES ECONOMICAS
BIBLIOGRAFIA
APENDICES
Se concede plazo máximo de
ara presentarlo a revisión por el Jurado.
- y ,.
RUBEN J . j
M.C
EL P R O FESO R O R IE N T A D O R
M.tZ-HUfiSa/MARTINEZ CRUZ.
EL JE F E DE L A D I V I S I O N
DE S IS T E M A S
D E T IT U L A C I O N
shr.
j U t íC n
.
ING. NESTOR L., .DIAZ RAMIREZ.
E L S U B D IR E C T O R A C A O E M IC O
.jSDQS^k
IN S T IT U T O
P O L IT E C N IC O
E scu k la
I h c b n ib r ia
S u p e r io r
db
Q u ím i c a
e
N A C IO N A L
I n d u s t r ia s
E x t r a c t iv a s
S E C R E T A R IA
MEXICO, D. F.,
E O U C A C IO N
12 de Mayo de 1992
P U B L IC A
C.
MARCO ASDRUBAL CHAVEZ BARAJAS
Pasante de Ingeniero QUIMICO INDUSTRIAL
Presente:
Los suscritos tenemos el agrado de informar a usted que, habiendo procedido a revisar el borrador
de la modalidad de titulación correspondiente, denominado ..............................................................................
SELECCION Y DISEÑO DE UN_EQUIPO DE INTERCAMBIO IONICO A ESCALA DE BANCA..................
encontramos que el citado trabajo y/o proyecto de tesis, reúne los requisitos para autorizar el Examen Pro­
fesional y proceder a su impresión según el caso, debiendo tomar en consideración las indicaciones y correc­
ciones que al respecto se le hicieron.
Atentamente
JURADO
& £ >
'
C /fl-C . RUBEN JÓJX GARCIA BARAJAS
(PROFESOR ORIENTADOR)
■AZAR Y TELLO
c.c p —Expediente.
me
C-
i n g . /C arlos /D omínguez lopez
NOMENCLATURA
Ac s
= Area t r a n s v e r s a l
del
C
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C
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t e
C .
A
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B
c e n
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9 . 8 1
k g
- m
/
,
A ltu ra d e l
le c h o ,
en m.
Medida de la velocidad de intercambio, equivalente a
la altura de la unidad de transferencia (AUT), en dm.
Coeficiente de selectividad entre las especies A y B,
sin unidades.
Resina de intercambio con un grupo funcional fijo X.
Area superficial del lecho por unidad de volumen, en
m 2/m3 .
Area superficial de la partícula por unidad de la par
tícula en condiciones de embarque, en m 2/m3.
Tiempo disponible de operación, en min.
Velocidad lineal de flujo a través del lecho, en dm/
min.
Velocidad de desplazamiento de MTZ, en dm/min.
Volumen de solución que pasa a través del lecho, has­
ta el punto de ruptura, en 1 .
Volumen de resina de intercambio en el lecho, en 1.
Volumen de solución que pasa a través del lecho hasta
el punto de saturación, en 1 .
V T
-
V
¡
,
e n
1 .
Fracción peso de las partículas de diámetro Dpx, sin unidades.
Fracción mol de A en la solución, sin unidades.
Fracción mol de A en la resina, sin unidades.
Fracción mol de B en la solución, sin unidades.
Fracción mol de B en la resina, sin unidades.
Coeficiente de distribución para la especie A, sin uni
dades.
Factor de separación entre las especies A y B, sin uni
dades.
Caída de presión, en kgf/m2.
Factor de forma, sin unidades.
Viscosidad de la solución, en kg-m/seg.
Densidad de la solución, en Kg/m3,
Tiempo de formación de MTZ, en min.
Tiempo total o de saturación del proceso, en min.
Tiempo transcurrido entre el punto de ruptura y satu­
ración, en min.
CONTENIDO
PAGINA
RESUMEN........................................... 1
I N T R O D U C C I O N ..................................................... 3
I.
F u n d a m e n to s
1.1
s o b re in te rca m b io
D e fin ició n
b io
y d e scrip ció n
i ó n i c o ........................................... 4
del proceso
de
in terca m ­
i ó n i c o ....................................................................................................4
1 .2 Las r e s i n a s
in te rca m b ia b le s
de i o n e s .................................7
1. 2 . I C o n s t i t u c i ó n y c o m p o s i c i ó n ..............................................7
1 . 2 . 2P rop ied a d e s
g en era les
de l a s
resin a s
de i n —
t e r c a m b i o i ó n i c o .............................................................................. 9
1 .2 .3 T ip o s
y ca ra cte rística s
in terca m b io
1.3
1.4
El
de l a s
re sin a s
de —
i ó n i c o .................................................................. 20
f e n ó m e n o d e i n t e r c a m b i o de i o n e s ................................... 31
1 .3 .1
R e s iste n cia s
al
in terca m b io
1 .3 .2
C o e ficie n te s
de s e l e c t i v i d a d
T ip os y c a r a c t e r í s t i c a s
de l a s
i ó n i c o ...................... 31
i ó n i c a ....................31
op era cion es
de i n ­
t e r c a m b i o .......................................................................................................33
1.5
1 .4 .1
O peración
s e m i - i n t e r m i t e n t e .........................................33
1 .4 .2
O peración
in te rm ite n te por
1 .4 .3
O pera ción
a r é g i m e n p e r m a n e n t e .................................42
A p lica cio n e s
in d u stria le s
1 .5 .1
P u rifica ció n
1 .5 .2
C on cen tra ción
tos
v a lio so s.
del
l o t e s ........................... 41
in te r ca m b io
i ó n i c o . 44
d e s o l u c i o n e s ........................................... 44
y recu pera ción
de e l e c t r ó l í —
CONTENIDO
PAGINA
1.5.3 Aplicaciones diversas de las resinasde intercambio iónico................. 49
Necesidades de información para el diseño de unintercambiador iónico de lecho fijo............. 53
2.1 Consideraciones sobre el equilibrio......... 53
2.2 Transferencia de masa a régimen no permanen—
te..........................................57
2.3 Inventario de datos requeridos para el diseño
de sistemas de intercambio iónico de lecho fijo........................................62
2.3.1 Bases de diseño....................... 63
2.3.2 Curva de ruptura...................... 65
2.3.3 Condiciones de regeneración........... 74
2.3.4 Cálculo del diámetro.................. 78
2.3.5 Requerimientos de enjuague
y
retrolava-
do.................................... 80
Diseño del equipo............................... 85
3.1 Consideraciones generales................... 85
3.2 Características principales del equipo...... 85
3.2.1 Selección de la forma deoperación
85
3.2.2 Materiales de construcción............ 87
3.2.3 Condiciones de operación.............. 88
3.2.4 Flexibilidad del equipo............... 89
CONTENIDO
PAGINA
3 .3
3 .4
3 .5
3 .2 .5
V e rsa tilid a d
3 .2 .6
P ropu esta
del
e q u i p o ............................................ 90
d e e q u i p o ...................................................... 91
E q u i p o p r i n c i p a l ............................................................................. 92
3 .3 .1
C o lu m n a s d e
3 .3 .2
S e le cció n
in te rca m b io
y cá lcu lo
i ó n i c o .......................... 92
de l a
b o m b a ....................... 96
E q u i p o a u x i l i a r ................................................................................ 99
3 .4 .1
S istem a
d e r e t r o l a v a d o y e n j u a g u e .................. 99
3 .4 .2
Sistem a
d e t a n q u e s .......................................................... 101
E q u i p o d e m e d i c i ó n .........................................................................102
3 .5 .1
S istem a
d e m e d i c i ó n de l a
3 .5 .2
D etectores
c o n c e n t r a c i ó n . . 10 2
de te m p e r a tu r a y c a í d a
de p r e ­
s i ó n ...............................................................................................1 03
4.
3 .6
T u bería
y a c c e s o r i o s ................................................................... 10 4
3 .7
D iá g ra m a d e l e q u i p o ...................................................................... 10 6
C on sid era cion es
e c o n ó m i c a s ................................................................. 1 0 9
4 .1
E q u i p o p r i n c i p a l .............................................................................. 110
4 .2
E q u i p o d e m e d i c i ó n ......................................................................... 112
4 .3
A ccesorios
4 .4
C osto t o t a l
d i v e r s o s ...................................................................... 1 1 3
d e l e q u i p o ...............................................................1 1 4
CONCLUSIONES.............................................................................................................. 117
APENDICE.-DETERMINACION EXPERIMENTAL DE LAS PROPIEDADES
DE LAS RESINAS DE INTERCAMBIO
IONICO.............................................. 11 9
DEDICO ESTE TRABAJO Y TODO LO QUE SIGNIFICA
A LA MEMORIA DE MI PADRE
ELIO LUIS,
QUE INSPIRA TODO LO QUE HAGO.
A MI MADRE ALTAGRACIA, POR DARME LA VIDA,
QUE ES LO MAS VALIOSO QUE TENGO.
A MIS HERMANOS AMILCAR, CESAR,
LUIS Y ELIO
POR COMPARTIR LOS BUENOS Y MALOS MOMENTOS.
A MIS COMPAÑEROS Y MAESTROS
POR SU APOYO Y ALIENTO.
RESUMEN
En e s t e
tra b a jo
se p resen tan
los
s ig u ie n te s
aspectos
fu n da­
m en ta les :
a.
El d i s e ñ o y c o s t e o
esca la
tes
b.
d e un e q u i p o d e
b a n c o que cum pla c o n
en l a
lite ra tu ra
La p r e s e n t a c i ó n
cabo con e s t e
de
la s
in terca m b io
recom en da cion es
din ám ico de l o s
va
de r u p t u r a
la s
p r u e b a s que s e puedan
le ch o s
y la s
a
e x isten
e sp e cia liz a d a .
e q u ip o para c a r a c t e r i z a r
to
ió n ico
fijo s,
p ro p ie d a d e s
el
lle v a r
com p orta m ien ­
p a rticu la rm en te
de l a s
a -
re sin a s
la
cur
de i n t e r ­
cam bio i ó n i c o .
c.
E xp osición
de
lo s
b io
ió n ico ,
pos
in d u stria le s
cion es
lo
a)
cual
de d i s e ñ o
E ste t r a b a j o
in clu y e
y sus
de
una
con
"M ass T r a n s f e r
tip os
de
in terca m ­
de r e s i n a s ,
de e q u i —
así
a c a b o en t r e s
d ocu m en ta l en l i b r o s
tema d e i n t e r c a m b i o
O p e ra tio n s",
de T r e y b a l l
T ech n iq u es
for
zer,
otros,
com o p u b l i c a c i o n e s
así
Chem ical E n g in e e r in g
Chem ical
C hem ical
-
ecua­
etapas:
S ep aration
en tre
como l a s
fijo .
in v e s tig a ció n
el
te o ría
a p lica cio n e s,
le ch o
se l l e v ó
Se r e a l i z ó
re la cio n a d o s
fu n d a m e n to s de l a
1
-
ió n ico
-
como
y "H andbook o f
E n g in e e rs",
E n g in eerin g
d e S c h w e ijt
p e rió d ica s
Progress
como
y el
Chemical Abstracts, revisándose este último detallada­
mente los últimos tres años.
Al término de esta etapa, no se encontró información recien
te sobre la teoría básica de diseño y caracterización de re
sinas, concluyéndose que tal información se remonta a los años cincuentas, recurriéndose a las fuentes y artículos orí
ginales (Michaels, Chemical Engineering Progress, 1952, en­
tre otros) .
b.
En base a la información recabada y a los criterios de
diseño ahí recomendadas, se diseñó un equipo a escala de banco, acompañado tal diseño de una lista completa de materiales y una cotización del equipo ya instalado.
c.
Finalmente, se elaboraron y diseñaron las pruebas que se pueden llevar a cabo a nivel laboratorio en este equ¿
po para obtener datos útiles para el diseño de equipos industriales, como la capacidad de intercambio y el per­
fil de la curva de ruptura, entre otros.
- 2 -
INTRODUCCION
La a m p l i a gama d e O p e r a c i o n e s U n i t a r i a s
rro llo
p lia r
hace n e ce s a r io
constan tem ente
que en l a
el
U n ita ria s
d ife re n te s
ab sorción
y e v a p ora ción ,
d e s i e m p r e en l a
en tre
reto,
a esca la
de b a n c o que p e r m it a
la
Como p a r t e
sobre
para
la b ora torio
nadas con
el
de e s t a
d iseñ o
y la
n e ce sa ria
d e s crito .
para
O pera cion es
c om o l a
d estila ció n
que s e han im p a r t i d o
dejs
tarea,
se
se
lle v a r
el
obtener
de e q u i p o
lle v a r
de s e p a r a c i ó n
in fo rm a ció n
a esca la
a cabo
p resen ta
este
d e un e q u i p o d e
p resen ta
tema d e
es e sta b le cim ie n to y de­
experim en ­
in d u stria l.
la b ores
re la cio ­
in v e s tig a ció n .
d e b a n c o q u e c u m p la
sobre e l
otras
m o d u la r de p r o c e s o s
se podrán
d o ce n cia
A d icion a lm en te,
te ó rica
el
d iseñ o y c o s t e o
a esca la
otras
se p la n ea
d e un l a b o r a t o r i o
En e s t e
sobre
tra d icio n a le s,
s a rro llo
re le v a n te
d e b a s u p e r a r y am­
ES IQ IE.
R esp on d ien d o a e s t e
ta l
ESIQIE s e
co n o cim ie n to
a la s
y su c o n s t a n t e d e s a ­
con
tra b a jo
in terca m b io
la m isión
ió n ico
an tes expuesta.
una r e c o p i l a c i ó n
in terca m b io
que v e r s a
io n ico ,
d ise ñ o y a p lic a c ió n
de
in form a ción
ab solu tam en te
-
d e l eq u ip o aquí
I. FUNDAMENTOS SOBRE INTERCAMBIO IONICO.
Uno de los procesos de separación que ha encontrado un sin­
número de aplicaciones es el intercambio iónico.
Tradicio­
nalmente, se había utilizado solamente en el tratamiento de
aguas, pero se emplea en procesos tan diversos como la obten
de aminoácidos , antibióticos, recuperación de metales valió
sos e iones orgánicos a partir de corrientes de desecho, etc
Aquí, se presenta que es el intercambio iónico, las principa^
les características de algunos de los intercambiadores ióni­
cos usados en la actualiddd y sobre algunas aplicaciones del
proceso.
1.1
DEFINICION Y DESCRIPCION DEL PROCESO DE INTERCAMBIO -IONICO (2).
El intercambio iónico se puede definir como el proceso de se
paración mediante el cual se puede separar un componente ió­
nico de la solución que lo contiene por medio del contacto con un sólido cristalino capaz de intercambiar a este ión —
por otro.
Para tener más clara esta definición, veamos el -
siguiente ejemplo, Fig. 1.1.
Supóngase que se pone en contacto una resina con una solu--
- 4 -
ción diluida de HC1, el cual se disocia en H+
y ci- ;
al en­
trar en contacto con la resina, ambos iones pasan a través de tortuosos caminos en la red cristalina de la resina en es
tado gel y llegan a los sitios de intercambio, en donde ocu­
rre la siguiente reacción reversible:
R-SO3
Na
+
HC1 «
- RS03H
+
NaCl
F IG U R A 1 1 R E P R E S E N T A C IO N E S Q U E M A T IC A D E L A C O M P O S IC IO N
D E U N A R E S IN A D E IN T E R C A M B IO IO N IC O
Como podemos ver uno de los iones (H) desplaza a otro de la
resina (Na+), dando lugar al intercambio propiamente dicho.
El ión que acompala al H (co-ión), en este caso Cl- no par­
ticipa en el intercambio y abandona la gel resinosa tal y como entró.
Con esta sencilla explicación, es fácil introducirnos a las
- 5 -
partes
q u e fo r m a n un s i s t e m a
l e s , d e m a nera
g en era l,
a.
in te r ca m b io
R e s in a de
tu ra
crista lin a
son
de i n t e r c a m b i o
la s
la s cu a ­
sig u ie n tes:
ió n ico .
org á n ica
ió n ico
Puede s e r
una e s t r u c t u -
de a l g ú n p o l í m e r o
c om o e l p o -
lie s tire n o .
b.
c.
Grupos f u n c i o n a l e s
u n id o s a la
estru ctu ra
efectú a n
in terca m b io
Ion es
do;
la
resin a
en e l
son e l
Es e l
Se e n c u e n t r a n
de la
re sin a
Son a q u e l l o s
y la
so lu ció n
de n u e s t r o
agua,
C o-ion es.
en
firm em en te
y son
p rop ia m en te
son
ió n ica
e je m p lo ,
—
a q u e l lo s que
d ich o .
que
in terca m b ia d os
que s e
los
está
ion es
tratan
d ifu sib le s
H+ .
m ed io a t r a v é s
del
i o n e s y dem ás c o m p o n e n t e s d e l
sien d o
nes
caso
Na+ y e l
S olven te.
los
e.
el
d ifu sib le s .
en tre
d.
fijo s.
la m a y o r ía de l o s
Son a q u e l l o s
in te rca m b ia b le s
io n e s
que
durante tod o
cual
sistem a
se d esp la za n
a tratar,
-
-------
casos.
"acom pañan"
el
proceso
a lo s
io ­
( C l - , en - -
n u estro e je m p lo ).
S olu tos
n i-ió n ico s.
Son e s p e c i e s
q u e no s e
d isocia n
-
fá cilm e n te
en i o n e s ,
com o á c i d o s
y bases
org á n ica s.
Una de las principales ventajas del intercambio iónico es que el proceso ya mencionado es reversible, es decir, que podemos tratar a la resina con un agente químico (NaCl, en
este caso) en solución acuosa que deje a la resina en su e¿
tado original (forma sódica) para que pueda volver a ser em­
pleada; tal proceso es conocido como regeneración.
1.2
LAS RESINAS INTERCAMBIADORAS DE IONES.
1.2.1.
Constitución y Composición (2).
Las resinas de intercambio iónico están constituidas por una
red polimérica orgánica o inorgánica, a la cual están suje—
tos los grupos funcionales responsables del intercambio.
Ca
da uno de estos componentes cumple con una función específi­
ca que se explica a continuación.
a.
Red poliiréri ca.
Las propiedades mecánicas de la resina, (resistencia al
desgaste, al impacto, a los agentes químicos, etc.), -son dadas, principalmente, por la estructura de soporte
o red polimérica, pero su principal función es limitar
-
7 -
l a s o l u b i l i d a d de l a r e s i n a en e l s o l v e n t e .
Con algunas excepciones, las resinas de intercambio ió­
nico sintéticas se obtienen a partir de la polimeriza—
ción del estireno (CgHj-CH=CH2 ) con pequeñas cantidades
de un agente de entrecruzamiento, siendo el más común el divinilbenceno (DVB) que sirve para enlazar las cade
ñas lineales de poliestireno entre si para darle forma
a la estructura tridimensional de la resina y disminuir
la solubilidad de las cadenas lineales.
b.
Grupos funcionales.
Una vez que se tiene ya la resina que actuará como so­
porte, es necesario introducir en la estructura crista­
lina los grupos funcionales necesarios para que la resi_
na actúe cono intercambiador; tal introducción se puede
llevar a cabo de dos formas.
*
Adición del grupo funcional después de la polimeriza.
ción, mediante ciertas reacciones (sulfonación, aminación, etc.).
*
Copolimerización entre raonómeros que contengan ya el
grupo funcional, como en el caso de las resinas dé—
bilmente ácidas (copolimerización de metacrilato - estireno - DVB).
-
8
-
De l a
n a tu ra leza
pende e l
te
carácter
á cid a ,
nea,
á cid o -b a se
de l a
o b á sica ,
in clu y en d o
de l o s
re sin a ;
d é b ilm e n te
esta
ú ltim a
grupos
ésto
es,
fu n cion a les
si
es
de—
fu ertem en ­
á cid a , o b á s ic a ,
o
m iscel^
ca te g o ría estru ctu ra s
ió n ica s
muy e s p e c í f i c a s .
1 .2 .2 .
P rop ied a d es g e n e r a le s
bio
E x isten
ra ción
que deben
otras
en
ten er
en e l
tod os
p rop ied a d es
lech os
resin a s
de
in terca m ­
ió n ico .
Las p r o p i e d a d e s m en cion a d as
rística s
de l a s
punto a n t e r i o r ,
lo s
in terca m b ia d ores
que s e a p l i c a n
in d u stria le s
son c a r a c t e ­
y son
la s
ió n ico s.
d irecta m en te
que se
a la
presen tan
-
ope
a con
tin u a ció n .
a.
C a p a cid a d
de i n t e r c a m b i o en b a s e s e c a ( 2 ) .
E sta p r o p ie d a d
e x iste n te s
p erm ite
e n una c a n t i d a d
m e d i o de una t i t u l a c i ó n
sea e l
caso
de r e s i n a .
cia lm en te
m g -s q /y
b.
conocer
y se
expresa
de r e s in a
C a pacida d
dada
d e
d ire cta
con
c a n t id a d de g r u p o s i ó n i c o s
-
re sin a
-
á cid o
en m i l i g r a m o s
La m a y o r p a r t e
tien en
la
de l a s
ca p a cid a d es
de
y se
d eterm ina p o r
o base
e q u iv a le n te s
re sin a s
in terca m b io
d e
entre
_
en b a s e húmeda
9
_
(2 ).
según
p o r g ra m o
d isp o n ib le s
en b a s e s e c a .
de in t e r c a m b io
fu erte,
com er—
¿ . 9
y 5 .1
Las p r o p i e d a d e s
de l a s
re sin a s
de
in te r ca m b io
m e n t e m a n e j a d a s en b a s e v o l u m é t r i c a ;
sus p r o p ie d a d e s
la
ca p a cid a d
s e m a n e j a n en
de i n t e r c a m b i o
ten id a
en b a s e v o l u m é t r i c a
ten id o
re la tiv o
ex p a n sión
de l a
la
de a cu erd o
cual es
e s común e x p r e s a r
litro ,
aunque l a
de la
al
in versam en te p r o p o r c io n a l
En l a
por
A d ife re n cia
y húmeda v a r í a
de o p e r a c i ó n .
le n te s
base.
común­
m u chas de - -
(con sta n te),
nes h id r á u lic a s
p rá ctica ,
ésto,
en b a se s e c a
d e ag u a y e s
re sin a ,
esta
por
ió n ico
fu n ció n
esta
in d u stria
de l a s
p rop ied a d
de a c o n d ic io n a m ie n t o
C a C O j/p ie^
cú b ico
in te rca m b io ,
lo
cual
titu d ;
sin
son e l
de g o l p e t e o
em bargo,
cuya d e s c r i p c i ó n
La u t i l i d a d
d e CaCOg p o r p i e
n ecesita m os co n o c e r e l
re su lta
e x iste n
y el
de e s t a
p rop ied a d
se ttle d
A p én d ice
ra d ica
en e l
un c i c l o
de r e s i n a ,
hecho
cual
se
determ ina p o r
la
de que p e r
tratado
de i n t e r c a m b i o p o r u n id a d de v olu m en
lo
& d ra in e d ),
A.
m i t e d e t e r m i n a r q u e v o l u m e n máximo p u e d e s e r
te
de
e x p e r i m e n t a l e s que
BS&D ( B a c k w a s h e d ,
en e l
resin a
de d e t e r m in a r con e x a c
dos m étodos
se p resen ta
de r e s i n a ) . -
v olum en de l a
d ifícil
a la
en e q u i v a ­
u n i d a d e s d e Kgr
O bviam en te,
con
co n d icio ­
de a g u a h a m a n e j a d o p o r m u c h o s a ñ o s l a s
(K ilog ra n os
ob
sig u ie n te
duran­
aparente
ecu a ció n :
C a p a c i d a d d e i n t e r c a m b i o ( e q / 1 ) = Máximo v o l u m e n t r a t a d o
N o rm a lid a d d e l ió n ( e q / 1 )
V o lú m e n d e l a r e s i n a
-
10
-
-
c.
Expansión v o l u m é t r i c a r e v e r s i b l e .
Los grupos funcionales unidos a la cadena polimérica convier
ten a la resina orgánica de un material hinchable por solven
tes orgánicos e insolubles en agua, a una resina susceptible
al hinchamiento por agua, debido a que los grupos funciona—
les retienen a las partículas de agua por efecto de fuerzas
electrostáticas.
La expansión es directamente proporcional
al grado de entrecruzamiento de la misma e inversamente pro­
porcional a su grado de sustitución.
El
co n te n id o
una p r o p i e d a d
la s
re sin a
seca.
sid era cion es
d.
de e q u i l i b r i o ,
Para
la s
re sin a
de t i p o
lim ita n
de l a s
y tien e
de agua e s e x p r e s a d o
de a g u a e n l a
o tra s),
d e a g u a en l a
im p o rta n te
p ro p ie d a d e s
co n ten id o
ría
re la tiv o
esta
re sin a s
v a ria ció n
de
una c o n e x i ó n
cin é tica s
in terca m b io
es
d ire cta
—
y m e cá n ica s.
con
El —
en p e s o d e a g u a p o r
gram o d e
de e s t i r e n o
co n te n id o
ex p a n d id a v a r ia
m ecá n ico
resin a
en tre
(p érd id a s
en tre
DVB,
el
20 y
99% p e r o c o n
de p r e s ió n ,
30 y 80%,
para
en tre
—
l a m a yo­
a p lica cio n e s .
Estabilidad de la resina.
Si una resina de intercambio iónico es usada por largos pe­
ríodos de tiempo con repetición del ciclo de operación, la
calidad y cantidad del efluente disminuirán debido al dete-
- 11 -
r i o r o de la r e s i n a ; e s t e d e t e r i o r o puede s e r de dos t i p o s :
D egradación
de
C on ta m in a ción
La d e g r a d a c i ó n
te
d ife re n te s
le s
se
esta b les
120°C ,
grupos
de l a
m eca n ism os p a r a
cada t i p o
ca tió n ica s,
sin a
se
la
se
(F ís ico ).
p r e s e n t a m ed ian ­
de r e s i n a ,
hechas a base
ruptura
de
e x p a n d e de manera
en trecru zam ien to
vada e s t a b i l i d a d
la
a la
o x id a ció n .
irre v e rs ib le ,
d eb id o
fu n cio n a le s ,
se
d isu e lv e ,
la
aum entando c o n s i d e r a b l e m e n t e
cuando
a la
e le ­
c a p a c i d a d de
si
en b a s e v o l u
resin a
progresa,
re­
la
m étrica .
ox id a ción
y la
esp e cia lm e n te
Sin e m b a rgo,
grupos
100 y —
La o x i d a —
p o lim é rica
pero
la
cua—
s o n muy -
tem peratu ras e n tr e
estru ctu ra
es b a jo .
de l o s
de e s t i r e n o ,
i n t e r c a m b i o no d is m in u y e en b a s e p e s o ,
Si
lo s
a co n tin u a ció n .
p e r o s o n muy s u s c e p t i b l e s
provoca
(q u ím ico ).
re sin a
fu n cion a les
qu ím ica m en te y r e s i s t e n
ción
el
grupos fu n c io n a le s
su p e rficia l
de l o s
e x p lica n
L as r e s i n a s
lo s
la s
se
expande y -
p é rd id a s
de r e
sin a .
Las r e s i n a s
ox id a ción
a n ión ica s
fu ertem en te b á s ic a s
de sus g ru p os
en a m in a s t e r c i a r i a s ,
fu n cio n a le s ,
p erd ien d o
mos de a m o n i o c u a t e r n a r i o
esta
d e g ra d a ció n ,
la s
que l o s
as o r e c i s o
pueden s u f r i r
lle g a n d o
de l o s
gru­
Para l i m i t a r
m antener e l menor tie m p o p o s i ­
- 12 -
-
a co n v e rtirse
p rop ied a d es
p reced ieron .
la
b le
a la
en l a
re sin a
en su f o r m a OH
tem peratu ra
La d e g r a d a c i ó n
d u ra n te su o p e r a c ió n
fís ica
resin a
por
la
ficie ;
ta l
a cu m u la ción
a tra cció n
resin a
e.
se r e f i e r e
al
es p rovocada,
y la s p a r t íc u la s
Tamaño d e p o r o
está
en tre
los
aum entos b r u s c o s
que s u fr e
extrañ as
la
por
fu n cio n a le s
co rrie n te
la
-
en su s u p e r
p rin cip a lm e n te ,
grupos
que a r r a s t r a
-
y a lm a ce n a je .
d e te rio ro
a cu m u la ción de p a r t í c u l a s
e le ctro stá tica
E sta p r o p ie d a d
y e v ita r
la
da l a
tratada.
(3 ).
rela cion a d a
con e l
con ten id o
de a g e n te -
de e n t r e c r u z a m i e n t o ( e x p r e s a d o com o p o r c e n t a j e d e DVB en l a
form u la ción
y se puede com prender m e jo r m ed ia n te
la
F igura
1.2. tom a d a de l a referencia 3.
F I G U R A 1 2 D IS T R IB U C I O N D E L T A M A Ñ O D E P O R O E N U N A R E S I N A D E I N T E R C A M B I O
- 13 -
-
Como se puede ver, existen, de acuerdo a su tamaño, tres ti_
pos
de poroen la estructura de la resina:
de A),
microporo (menor
porotransicional (entre 40 y 2000 A) y macroporo ---
(más de 2000 A); de la proporción de cada uno de estos taina
ños
de poro se ha desprendido una clasificación de las res_i
ñas
de intercambio iónico, en tipo gel y macroreticular (4).
*
Resinas tipo gel.
Fueron las primeras resinas sintéticas de intercambio iónico
en el mercado (1947) y no contienen una porosidad verdadera
en base seca.
Los microporos aparecen al entrar en contacto
con el agua o algún solvente y tienen un diámetro entre 15 y
90 A.
Estas resinas muestran las mayores capacidades de intercam—
bio, aunque por su pequeño tamaño de poro no permiten el pa­
so de iones voluminosos, como derivados orgánicos (ácidos, aminoácidos, etc.) y metales pesados, por lo que para aplic¿
ciones con los componentes antes mencionados, se desarrolla­
ron las resinas macroreticulares.
*
Resinas macroreticulares.
La primera resina de este tipo salió al mercado en 1959 y -puade describirse comparándola con una pequeña bola esponjo­
-
14 -
sa,
ríg id a
y dura.
e sp e cia le s
tien en
te
E stas
de p o l i m e r i z a c i ó n ,
m icro y m acroporos.
en tre
el
guen d os
tip os
de a g u a s ,
con ten id o
la s
obten ién dose
De a c u e r d o
de r e s i n a s :
la s
la s
v e n ta ja s
gel
del poro
tos
de
datos
poroso
un b a j o
y la s
co n te n id o
la s
lo
cual
ú til
-
re sin a s
son
de
y volúm en de p o r o
tra­
la
s ep a ,
in feriores
presentan
m ejores
p ro p ie —
e stim a d a
a tra
de c o n t a c t o ,
ca n tid a d
em ple a,
(m l/g .
el
resin a
ra d io
base
fa b rica n te
de
o d iá m etro
seca );
la
es­
resin a
in te rca m b io .
O tras p r o p ie d a d e s
a fecta d a s
por
el
ta n a ñ o de p o r o
E xpan sión v o l u m é t r i c a .
S e le ctiv id a d
en e l
in terca m b io.
-
15 -
a
es
base s e c a ),
por
de
regen era ción .
in terca m b io
resin a
--
un m a y o r
para
de in te r ca m b io p e r o
más p r o l o n g a d a ,
son p r o p o r c io n a d o s
tien en
l a s lia ce ú t i l e s
e sp e cífica
(m ^ /g.
segundas
E stas
en c a p a c i d a d
s u p e rficie
(A)
d i s t i n ------
que
com o una v i d a
da en a d s o r c i ó n
tip o
se
m ien tra s
La p o r o s i d a d d e una r e s i n a
de l a
e x isten
ta m a ño a d e c u a d o p a r a e l
d a d e s m e c á n i c a s y una más c o m p l e t a
ves
re la ció n
del
de m a c r o p o r o ,
tip o
tien en
-
que c o n
es
de io n e s v o lu m in o so s .
del
por té c n ic a s
p roductos
a la
re sin a s
p rim eras
m a c r o p o r o y su m i c r o p o r o
ta m ien to
se producen
c o n t e n i d o d e am bos t a m a ñ o s de p o r o ,
altam en te p o r o s a s ;
ra ció n
re sin a s
son
(3):
E f i c i e n c i a en l a r e g e n e r a c i ó n .
E ficie n cia
del
E sta b ilid a d
de
in te r c a m b io para
la
io n e s
volu m in osos.
re sin a .
C a íd a de p r e s i ó n .
E xpan sión v o l u m é t r i c a .
m in u ir e l
m ien to,
e n tre cru z a m ie n to y es
a u m e n ta a l
im portan te
tra ta m ien to
in te r ca m b io ,
de l a
lo
co rrie n te
que
que
d is­
su c o n o c í —
ya q u e una e x p a n s i ó n p u e d e p r o v o c a r un
en una c o l u m n a d e
el
E sta p r o p ie d a d
"b loq u eo"
im p id e c o m p le ta r
flu y e
a través
del
-
le c h o
S e le ctiv id a d
en e l
a aum entar c o n
gura
el
1 .3 m uestra
tiv id a d
para
in te r ca m b io .
La s e l e c t i v i d a d
en trecru za m ien to
la
v a ria ció n
d istin to s
tip os
del
de l a
re sin a .
c o e ficie n te
de r e s i n a s
tien d e
La f i
de s e l e c ­
respecto
al con
t e n i d o d e DVB.
30
1
.30 .40 . 50 6 0 70 . 80 90 I 00
0 0.2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8
F IG U R A 1 3 E F E C T O D E L G R A D O D E E N T R E C R U Z A M I E N T O E N E L C O E F I C I E N T E D E S E L E C T I V I D A D
Eficiencia en la regeneración.
La regeneración es el
proceso mediante el cual una resina de intercambio cu­
yos grupos funcionales han reaccionado, vuelve a su es
tado original de intercambio, como ya se mencionó.
La
regeneración no es más que otra reacción de intercam—
bio, por lo que es afectada de igual manera por el gr<a
do de entrecruzamiento que el tratamiento original.
Co
mo regla general, a menor entrecruzamiento, la regenera^
ción es más fácil de realizar.
Facilidad de intercambio de iones voluminosos.
Es fá­
cilmente entendible que, a mayor grado de entrecruza-miento, resulta más difícil el intercambio iónico de ¿ó
nes muy voluminosos, por la razón de que el espacio a través de la estructura polimérica es menor.
La Tabla
1 . 1 muestra la capacidad de intercambio iónico de resi.
ñas fuertemente ácidas para algunos iones muy grandes.
% DVB
2
EN LA RESINA
5
10
15
% CAPACIDAD
ION
DE INTERCAMBIO
RESPECTO A LA CORRESPONDIENTE
AL ION NH4+
100
100
100
100
100
Tetrametilamonio
Tetraetilamonio
Benciltrimetilamonio
Trimetil n- octilamonio
Dibencildimetilamonio
Cetiltrinetilamonio
74
90
87
94
100
94
48
69
63
80
71
43
10
T A B L A 1 1 C A P A C ID A D D E IN T E R C A M B IO D E V A R IA S R E S IN A S C A T IO N IC A S
E N F U N C IO N D E L C O N T E N ID O D E D VB
-
17 -
63
48
50
38
15
—
Estabilidad de la resina.
Como la degradación de los
grupos funcionales es provocada por componentes del efluente, a mayor entrecruzamiento de la resina, resul
ta ser menor el deterioro de tales grupos; asimismo —
a menor entrecruzamiento es menor la adsorción de par—
tículas que puedan bloquear el acceso a los sitios de intercambio.
Caída de presión.
Ya se mencionó la expansión que su­
fren las resinas al entrar en contacto con el líquido que se va a tratar.
Asimismo, la corriente de trabajo
sufre pérdidas de presión al pasar a través de este le­
cho sólido; la magnitud de tales pérdidas está relacio
nada con el tamaño de las partículas que forman el le­
cho, su forma, uniformidad y la comprensibilidad del —
lecho asi como la velocidad de flujo y viscosidad del solvente.
La estimación de la magnitud de tales pérd¿
das se puede hacer mediante correlaciones, siendo la —
más empleada la desarrollada por Leva (1), a saber:
Dp ge ( ? )
-
18 -
0 3
n
E3
FIGURA 1 4 FACTOR DE FRICCION PARA LECHOS DE SOLIDOS
En régimen laminar NKe <
fm
=
10 1
100/NRe
En régimen turbulento, NRe > 10, fm se calcula por la Figu­
ra 1.3.
Para partículas no esféricas:
Dp = 6
( 1-E )/
S
donde S es la superficie específica o área superficial del lecho por unidad de volumen, en m2/m3_
S = So (1-E)
So es el área superficial de la partícula por unidad de volu
men de la partícula sin estar empacado (condiciones de embaí:
que).
-
19 -
Para la mayoría de las resinas de intercambio, 0s = 1.0 ya
que la forma de las partículas es esférica, dado el mecani¿
no de polimerización empleado durante su fabricación.
Para lechos de sólidos de diferentes tamaños (lechos mixtos),
el diámetro promedio (Dp) puede ser calculado por:
1/Dp = x/Dp x
x es la fracción peso de las partículas de diámetro Dpx, adimensional.
1.2.3.
Tipos y características de las resinas de in—
tercambio iónico.
Como ya se mencionó, las resinas de intercambio iónico pue­
den clasificarse de acuerdo al tamaño de poro en tipo gel y macroeticulares.
En adición, también se pueden clasificar
de acuerdo a la naturaleza de la red cristalina que soporta
a los grupos funcionales y subdividirse en función al carác
ter ácido-base de sus grupos funcionales.
Dicha clasifica­
ción se muestra a continuación.
a.
Resinas orgánicas (3).
Tienen estructuras poliméricas a base de monómetros orgáni­
cos (estireno, acrilatos, etc.) y pueden ser:
*
Fuertemente ácidas.
Débilmente ácidas.
-
20 -
*
Fuertemente básicas.
*
Débilmente básicas.
*
Especiales.
*
Resinas fuertemente
ácidas.
Estas resinas se emplean para intercambiar cationes
y
contie
nen a un grupo funcional derivado de un ácido fuerte como el
sulfónico (-SO3 ); las soluciones que se pueden tratar son de
bases fuertes, ácidos fuertes
les de ácidos
pleadas
y
y
y
bases débiles.
sales neutras, asi como sa—
Actualmente, son las más em­
se obtienen a partir de la sulfonación directa de
los anillos bencénicos que conforman la red polimérica de la
resina.
La reacción de intercambio que llevan a cabo es lasiguiente:
R-SOjX
+
AB
+=±
R-S03A
+
XB
donde X es cualquier ión susceptible a ser intercambiado por
otro ión (A).
Algunas resinas comerciales de este tipo con funcionalidad
sulfónica son el Amberlite
M
P C
- 1
, Duolite
C - 2 H
y
C
- 2 5
I R
- 1 2
0 ,
e Ionac
-
21 -
I R
C
- 2 0
- 2 4 0
0 ,
y
Dovex
C
- 2 5 0 .
5 0 ,
5 0
w
y
TABLA 1 2 APLICACION DE LAS RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO
APLICACION
RESI NA
Fuertem ente
Sales
ácida
fuertes
Sulfónica
dos
Débilm ente
de
Fuertem ente
de
básica
y
sales
fu ertes
ácidos
S ales
de
—
á ci­
y
y
sales
ácidos
fu ertes.
cuaternario
D ébilm ente
Amina
A cidos
básica
de
prim aria,
secundaria
y
ter­
ciaria .
-
2 2
fu ertes
bases
-
-
débiles.
neutras,
débiles
am onio
bases
débiles.
Bases
ácida
C arboxilica
Sal
neutras,
y
débiles.
sales
-
Resinas débilmente ácidas.
Estas
resinas
intercam bio
rivados
tuar
de
se
ácidos
con
sales
pero
La
por
a crílico s
débiles
fu ertes.
grupos
obtienen
ácidas,
ácidos
ses
y
in terca m b io
luciones
de
contienen
son
carboxílicos
la
con
de
estructura
DVB;
no
son
e le ctró lito s
para
una
capaces
fuertes
orgánicos)
resina
de
de
entre
tratam iento
com puestos
de
centro
copolim erización
ú tiles
(NaHCOg,
como
de
ni
de
así
este
-
de­
e fe c­
en
so­
sales
como
tipo
ba^
es
la
sig u ien te:
CH,
CH
/
_
HO
C
H,
v,»2
m < n
*
R esinas
Estas
der
fu ertem ente
resinas
de
intercam bian
solu cion es
débiles
(ácido
ñas
sales
La
son
obtención
cabo
en
dos
básicas.
de
sales
s ilic o );
de
de
am onio
las
los
aniones,
los
neutras,
ácidos
grupos
cuaternario
resinas
(-NR3
- 23 -
pueden
m inerales
fu ncionales
fuertem ente
etapas:
cuales
de
proc£
y
ácidos
estas
resi.
).
básicas
se
lleva
a
-
Clorometilación.
CH
CH-
+
ch 3 och2ci
+
(CH3 )
/ \
— CH - CH,
\ /
C H,
3N
CH,C1
E xisten,
las
prin cipalm ente,
resinas
an terior,
rivados
de
tipo,
y
I
resina
—
que
incluye
la
II,
con
grupos
básicas:
el
grupo
trim etilam in a)
derivados
tipo
A
fuertem ente
dos
em pleados
m ostrado
la
que
de
la
la
siguien te
son
en
conocidos
dim etiletanolam ina
en
reacción
~ C H 2 - N ( C H 3 ) 2 C1
funcional
CH
CH
el
fu ncionales
como
(de­
resinas
conocidos
como
estructura,
CH
-
CH
/ \
ch3
o
\ /
CH
©
Cl©
\ /
/
-N -
O
CH„
CH2
CH3
/
- NI-C
-CH2
\
CH
CH,
II
- 24 -
®
- C H 2 OH
Cl©
Las
resinas
yor
e ficien cia
en
tud
a
afinidad
te
su
tipo
mayor
dism inución
resinas
tipo
Además,
nuevos
m etilación
las
*
estas
secundarias
ácidos
para
sim ple
de
e
y
o
por
^
lo
sosa
a
las
una
la
Sin
embargo,
a
consecuen
del
- -
y clo ro
regeneración
tipo
las
pH a l t o .
polim erización
de
ma­
en v i r —
con
especialm en te
de
de
caustica
hidronio
propiedades
se
de
ácidos
se
ventaja
de
II.
básicas.
sales
inclu sive
la
operación.
técn icas
contienen
y
con
ión
de
las
T erciarias;
neutras
NHg
E xisten,
ras
o
el
acerquen
débilm ente
m inerales
sales
en
que
se
resinas
usuario
estables,
avances
hecho
por
costos
más
I
al
regeneración
los
son
tipo
R esinas
Todas
sa
I
ofrecen
la
de
han
resinas
II
puede
grupos
em plean
ácidos
am inas
para
el
débiles,
débiles.
llevar
de
a
Su
prim arias,
in tercam bio
pero
no
con
de
sirven
regeneración
cabo
—
solu ción
es
muy
acuo­
2003.
menos,
cuatro
tipos
diferentes
de
estructu­
p olim éricas:
Tipo
y
S.
Estas
am inación.
(S-m )
resinas
La
se
obtienen
estructura
es,
- 25 -
de
una
por
clorom etila ción
resina
nonofuncional
Esta
resina,
resina
entre
generalm ente,
fuertem ente
dos
grupos
T ipo
P.
Las
nían
estructuras
básica,
prim eras
resina
se
namina;
de
estas
todas
pacidad
-T ipo
las
de
obtenida
de
la
la
y
ter.
que
Otras
alto
use
grado
sola
a partir
tercer
la
porcentaje
por
la
de
reacción
de
intercam bio
reacciones
Para
po
obtener
la
una
además
de
te
de
polialque
resisten cia
intercam bio,
de
amina.
monómero
m ejor
resina
reacción
de
la
Tam bién
pero
más
en
se
La
resinas
polim érica
Estas
se
obtiene
com erciales
de
p o lia crila to ;
red
de
pequeño
form aldeh ído.
tienen
tercia rios.
entrecruzada
del
un
se
una
tipo
lialqu ilen am in a.
A.
agrega
y
un
m ecánica
una
ca
gran
adsorción .
tercer
-T ipo
fen ol
resinas
Un
te
con
resinas
resinas
E.
cundarios
cual
entrecruzadas
entre
P,
la
clorom etil
1icondensación
tipo
contiene
obtienen
grupos
estructura
que
débilm ente
casos,
m edio
de
grupo
contienen
DVB p a r a
el
entrecruzam iento
entre
an illos
las
zadas .
- 26 -
prim arios,
se­
es
tipo
altam en­
P.
las
amino
resinas
son
-
po-
derivadas
es
unido
N-amida
arom áticos
y
la
una
son
estructura
no
ionización
de
básicas
el
una
las
es
con
obtenida
resinas
de
básica
epilenclorh idrina
fle x ib le
estos
por
débilm ente
las
o
a
ás­
a menos
de
débilm ente
más
—
ion i­
Resinas especiales.
Existen
varios
guna
las
les
de
agrupa
grupos
fu ncionales
cla sifica cion es
como
ap licacion es
ya
m isceláneos;
muy
que
caen
m encionadas,
muchas
esp ecífica s,
no
las
de
por
estas
cuales
se
dentro
lo
de
que
resinas
nin­
se
--
tienen
describirán
a
—
continuación:
R esinas
al
grupo
de
im in od ia cetato.
fu ncional
Estos
productos
contienen
-
im in od ia cetato:
COOH
2
COOH
Este
grupo
es
el
mismo
d iam in otetra-acético
mando
quelatos
La
p rin cipal
de
soluciones
rem oción
del
com ponente
con
zin c
los
iones
y
se
(EDTA)
ap licación
de
que
y
encuentra
actúa
en
el
ácido
exactam ente
e tile n --
igual,
fo r ­
cationes.
de
estas
resinas
divalen tes,
plom o
de
como
m ezclas
m ayoritario.
- 27 -
es
por
donde
el
tratam iento
ejem plo
el
ca lcio
para
es
-
la
el
-
R esinas
la
de
p oliisotioron io.
Su
estructura
general
es
siguien te:
O
y
2
N
S
2
\
nh2
Este
les
grupo
como
aguas
para
fu ncional
el
p latin o
residuales
recuperar
puede
llevarse
En c a s o
de
quemarse
no
la
Quemarse
b.
R esinas
Tienen
s ilic io
*
a
cabo
ser
la
y
y
el
y
selectividades
para
m ercurio.
la
recuperarlo
platin ado.
Tam bién
Su
solu cion es
el
por
ácidas
puede
m eta­
de
las
se
em plean
regeneración
regeneración,
aislarse
inorgán icas
M ateriales
de
m ediante
resina
elem entos
altas
em plea
posible
estructuras
y
se
baños
oro
resina
a.
y
de
el
muestra
de
solo
tiourea.
llegar
a
—
m etal.
aisla rse
el
m etal.
(15).
crista lin a s
a
base
de
óxidos
m etálicos.
perfectam ente
cristalin os.
- 28 -
de
alum inio,
Materiales con baja cristalinidad y amorfos.
Las
resinas
m ateriales
tam iento
muy
de
aguas.
y,
en
presentan
siendo
que
em pleados
variable
a que
da
inorgánicas
la
se
ha
nicos,
y
en
retom ado
aplicados
intercam bio
para
Son
este
algunos
su
ventajas
mayor
fueron
inorgán icos
siguen
sobre
prin cipalm ente
de
a
en
de
en
procesos
ionizan te,
rem oción
de
tra­
debido
orgánicas,
intercam biadores
la
el
-
naturaleza
resinas
radiación
d esarrollo
prim eros
em pleando
las
estabilidad
de
los
especialm en te
casos,se
presencia
el
fin ,
m ateriales
algunas
prin cipal
tem peratura
de
a
eleva
por
lo
inorgá­
m etales
pe­
sados .
*
Estos
C lasificación
m ateriales
lecu lar
como
se
de
las
resinas
cla sifica n
de
inorgán icas
acuerdo
a
su
(15).
estructura
no
sigue:
M ateriales
con
estructuras
A lurainosilicatos
o
cristalin as
bidim ensionales
Estructuras
tridim en sionales
no
s ilíc e o s
definidas.
zeolitas.
Estructuras
M ateriales
bien
(S ales
- 29 -
(Z eolitas
(Z eolitas
lam inares).
típ ica s).
h e t e r o p o l iá c i d a s ).
M ateriales
S ales
con
á cid as
b a ja
de
c r is ta lin id a d
m etales
A cidos
p o lib á s ic o s .
O xidos
de
m etales
y
am orfos.
p o liv a le n te s .
p o liv a le n te s .
FORMULA
N O M B R E
CAPACI DAD
TERCAMBIO
g) •
Z eolitas
fibrosas
E din gton ita
B a ( A l 2S i 30 1 0 )4 H 2 )
3.9
N atrolita
N a 2 ( A l 2 S i 30 1 0 ) 2 H2 0
5.3
S colecita
C a ( A l 2S i 3 0 1Q ) 3 H 2 0
5.0
E stilb iltita
Na2C a ( A l S i 30 g ) 6 H 2 0
3.2
H eulandita
C a (A lS 3 6 0 6 )5H20
3.3
A nalcita
N a ( A l S i 20 6 )
4.5
Zeolitas
Z eolitas
lam inares
H2 0
tridim ensionales
Chabazitas
Na2C a ( A l S i g 0 1 2 )
F aujasita
Na2 C a ( A l S i 20 6 )
M ordenita
N a 2 C a ( A l ? S i 5 0 4 ) 6 . 6 H2 0
3.9
Leucita
K ( A l S i 20 6 )
4.6
Sidalita
N a( A l S i 0 4 ) 2/3N aCl
9.2
U ltram arina
N a(A lSi04 )
8.3
C ancrinita
Na2C a ( A l S i 0 4 ) 4 / 0 N a 20
26.6H 20
26H20
2.3
4.0
Feldespatos
l/3N a2S
TABLA 1 3 R ES IN AS N A T U R A L E S DE INTERCAM BIO IONICO
- 30 -
10.9
DE I N (m g-eq/
1.3
EL FENOMENO DE INTERCAMBIO DE IONES.
1.3 .1.
Resistencia
Se ha e n c o n t r a d o q u e ,
de d i f u s i ó n
tratar,
sí,
es
la
de l o s
capa
que r o d e a
a la
centraciones
el
interior
go,
iones
por
entre
la
elevadas,
la mayoría de
los
que
se h a l l a n
1.3 .2 .
resistencia
opuesta
por
intercam bio,
resistencia
pelícu la
procesos
regulados
Coeficientes
Se ha o b s e r v a d o q u e
tran
de
diferen tes
ión
grados
Se ha e s t a b l e c i d o
facilidad
referencia;
este
valor
en
película
radica
en
S i n e mb a r
ión ico
(0.001-0.3
se
N),
lle ­
por
p o r ambos . m e c a n i s m o s .
iónica.
de i n t e r c a m b i o
de r e a c t i v i d a d
un v a l o r
a
que a c o n ­
de i n t e r c a m b i o .
intermedias
resinas
de r e a c c i ó n
controlante
de s e l e c t i v i d a d
rápid amente con
resina
la
mientras
de i n t e r c a m b i o
c o n que e n t r a n en c o n t a c t o ;
cion a n nás
la
las
solución
y la
van a c a b o a c o n c e n t r a c i o n e s
lo
de l a
líquida
de
la
seno
la velocidad
fase
la
propia
ión ico.
concentraciones,
a través del
partícula
de l a
intercambio
a bajas
lím ite
controlada
al
ión ico
dependiendo
en o t r a s
del
palabras,
mu e s ­
tipo
reac­
un i ó n q u e c o n o t r o .
experimental
que p e r m it e c o n o c e r
d e un i ó n c o n r e s p e c t o
a otro
s e d e n o m i n a c omo c o e f i c i e n t e
- 31 -
de -
de s e l e c
tividad
par
y se representa
iónico
rencia
al
C l - y para
a.
reglas
<
Ca++
<
el
orden e s :
K+ , Rb++ , C s ++
, Ag+ ,
-r • + +
++
++
„
Ni
, Ca
será
F- , A c e t a t o - ,
' I
,
afinidad
, Sr
Oxalato
,
formular
iónica,
—
que s e
Th + 4
carbonato y fo s fa to
i n t e r c a m b i o que e l
ión,
es
decir,
,e t c ............
anteriores,
el
g ra d o de intei:
a l número a t ó m i c o ;
L i+,
T l ++
,
, Zn+ + , Co ++
, Ba
++
.
, mientras
form iato- , cloru ro,
, CO^,
i n t e r c a m b i o aumen­
d e me n o r a m a y o r ,
, ++
Pb
g r a d o de
carga del
c a m b i o au men t a c o n f o r m e
no3
el
En l a s mi s ma s c o n d i c i o n e s
r~.
que n o s p e r m i t e n
de l a
bajas,
c o n f o r m e a u me n t a l a
nes,
t o ma c o mo r e f e ­
a continuación.
Na+
b.
acerca
se
al
al L i+.
empíricas
A concentraciones
ta
Para a n i o n e s ,
cationes,
aproximaciones
describen
KAB, d o n d e A y B r e p r e s e n t a n
de i n t e r c a m b i o .
Existen v a ria s
ciertas
por
G itrato
monoácido,
SCN- ,
a excepción
para
catio­
Na 4 + ,NH4 + , —
Cu++
,
Cd++ , —
.
que para an io n e s
Br- ,
del
CrO^- ,
sulfato,
q u e s o n me n o s s u c e p t i b l e s
F- .
- 32 -
—
al
-
Cationes
Aniones
(Resinas á c id a s)
(Resinas bá sica s)
Li +
1.0
Z n ++ 3 . 5
I-
8.0
HC03 -
0.4
H+
1.3
C o ++ 3 . 7
N03~4.0
Acet-
0.2
Na+
2 .Q
Cu++ 3 . 8
Br"
F“
0.1
NH4
2.6
Cd++ 3 . 9
HSO4 - I . 6
S04 =
0.15
K+
2.9
B e ++ 4 . 0
N0 2 - 1 . 3
C0 3=
0.03
hpo4 “
0.01
++
3.0
Rb++
3.2
Mn
4.1
CN-
1.3
C s ++
3.3
Ni + + 3 . 9
Cl-
1.0
Ag +
8.5
Ca++ 5 . 2
BrO^“ 1 . 0
uo2
2.5
S r ++ 6 . 5
OH” 0 . 6 5
Mg++
3. 8
Pb++ 9 . 9
1.4
Tipos
y características
de l a s
operaciones
de in te rca m
de o p e r a c i ó n
de sistem as
bio.
E x i s t e una g r a n c a n t i d a d
de i n t e r c a m b i o
iónico,
maner a q u e t o d a s
las
de f o r m a s
los
operaciones
sem icontinuos y con tin u os ;
cesos
cuales
se c l a s i f i c a n
unitarias:
80% d e l a
industria
1.4 .1 .
que s e
química.
Operación
sem i-interm itente.
- 33 -
misma
interm itentes,
l o s más i m p o r t a n t e s
s e m i c o n t i n u o s , ya que so n l o s
de l a
son l o s
aplican
pro­
e n un - -
Estos
lo s
equipos
son
lo s
más
extensam ente
usados,
existien d o
-
s ig u ie n te s :
a.
Lecho f i j o
b.
Lecho m ixto.
c.
L e c ho monocapa.
d.
Lecho f i j o
Todos e s t o s
cual
cióno
a.
que s e l l e g a
el
en
cilin drico
a tratar;
la
al
líquida
el
--
fluye
p u n t o de s a t u r a —
resina.
más u t i l i z a d o
y consiste
de s ó l i d o s ,
lecho.
d e una s o l a
Este sistem a es
lución
del
e n un l e c h o
m i e n t r a s q u e una f a s e
del primero hasta
recipiente
resin a .
consisten
estático
agotamiento
química
so la
en c o n t r a c o r r i e n t e .
Lecho f i j o
*
una
equipos
permanece
a través
de
la
p o r mu c ho e n l a
colocación
a través
secuencia
del
de r e s i n a
cual
industria
-
d e n t r o d e un -
se hace
flu ir
la so­
de e s t a .
R etrolavad o.
El
o b je t iv o
en
lo
ción
a lto
y
y
a b rir
f a c i l i t a r
debe
es
ser
en
la
elim in a ción
e l
huecos
in t e r io r
en tre
la :o p e ra ció n ;
en
ta l
cantidad
de
la s
e l
de
la
p a r tíc u la s
resin a
p a rtícu la s
flu jo
que
las
es
de
provoque
- 34 -
durante
de
abajo
un
suspen didas
la
la
opera—
resin a
h a cia
aum ento
en
para-
arriba
y
volum en
de l a
resina
entre
50 y 80%.
culas
s e r e a c o m o d a n d e a c u e r d o a s u t a ma ñ o d e n t r o
lumna y q u e d a n l i s t a s
El r e g e n e r a n t e
lumna y l a
se
tiene
cantidad
que e s t a r
ficientem ente
la
de e s t e
lavado,
las
de
partí­
la c o —
regeneración.
in trodu ce por la
ió n que s e p r e t e n d e
te
para
Después d e l
flu jo
p a r t e más a l t a
depende de l a
intercam biar.
en c o n t a c t o
Idealmente,
con l a
resina
de la c o —
resina y del
el
regeneran­
un t i e m p o l o
l a r g o y d i f u n d i r s e uniformemente
a través
su
del
lecho.
*
Enjuague.
Una v e z
terminada
la
d e n t r o de l a c o l u m n a ,
de l a
columna c o n
regeneración,
por
lo
puede quedar
que s e h a c e
l a misma v e l o c i d a d
n era n te y e l volumen empleado es de,
veces
del
de l a
corrien te
de r e g e
dos
—
lecho.
la
e l i m i n a c i ó n de c u a l q u i e r
nerante
de
l a columna s e a p l i c a ,
en l a
agua a t r a v é s
aproxim adamente,
Par a c o m p l e t a r
tos,
flu ir
regenerante
dentro
un f l u j o
durante
d e a g u a a una ma yo r v e l o c i d a d
etapa p r e v ia .
pasa
directamente
*
Agotamiento.
En e l
caso
al s e r v ic i o
del
o ciclo
- 35 -
cantidad
que
tratam iento
der e g e ­
algunos
la
mi nu
empleada
de a g u a s ,
de a g o t a m i e n t o .
se
El
flu id o
que
e l
a
ión
tra ta r
que
lumna
(punto
ne
f lu jo
e l
secu en cia
Por
otra
de
y
ya
se
de
6
en tre
e l
1
3
colum na
lo s
sistem as
quido
debe
v ersa l
del
m ínim o
de
Los
un
de
m.
arrib a
h acia
com ienza
lle g a r
p roceso
de
de
a
a
abajo
s a l i r
este
hasta
de
punto,
lavado,
más
La
d is tr ib u c ió n
lecho
f i j o
de
1 .5
de
la
se
c o ­
d e tie
re p itié n d o se
intercam bio
hasta
menos
6
la
de
tien en
m etros
un
p rofun didades
m.
de
a cce s o rio s
destacándose
por
su
del
flu id o .
co le c c ió n
co le cta d o
sobre
de
la
en
una
toda
m isma
—
lech o
lo s
y
y
-
hasta
m uestra
uniform em ente
y
de
cen tím etros
común
Figura
enviado
t íp ic a s
colum nas
in terca m bio,
es
de
-
im portan cia
e l
El
área
form a,
l í ­
tra n ¿
con
un
m ezclado.
f i jo s
se
una
so la
de
elim ina
un
este
sistem a
son
del
vitam ina
Al
cu an tos
rango
s o lo
t ic o s ,
a l
a ltu ra s
de
ser
lech os
lech o
elim in a r
colum nas
unos
o
m .;
una
pasa
la s
desde
y
desea
de
m encionada.
p rofu n didades
de
alim en ta
ru p tu ra ).
p a rte,
diám etros
nás
se
se
C,
ión
pueden
etapa
del
operar
puede
flu id o
a
ser
rem oción
del
s o r b it o l
(m ateria
prim a
de
iones
m etá lico s
n íquel
para
tó x ico s
- 36 -
v a ria s
a n ió n ico
tra ta r;
la
o
o
algunos
etapas;
c a tió n ic o
ejem plos
de
baños
la
e la b o ra ció n
—
y
de
e l e c t r o l í ­
(m ercu rio),
e tc .
de
la
FIGURA 1 5 AC C ES O R IO S IN TE R N O S EM P LEAD O S EN C O LU M N A S DE INTERCAM BIO IONICO
Los
la
lech os
etapas)
elevada
cosa
gar
que
dos
a
o
una
ca tion es
cuando
la
su cesión
etapas,
la
en
resina
la
de
p e tic ió n
m étodo
con cen tra ción
e lim in a ción
azú cares,
de
d el
sistem as
su
La
de
y
de
de
a
e l
ca rb oh id ra tos,
de
e tc.
- 37 -
se
la
esto s
ion es
no
pone
en
an ión ica
por
m ultietapas
gradual
hasta
solu cion e s
muy
es
otra
—
El
sistem a
prim er
razón
un
es
a lca n zar
de
—
p e ­
una
en
lu
en
la rg o
red u cción
que
-
es
aunque,
la
de
—
co r r ie n te
etapas.
después
una
pretende
m ism a
ca so s,
e flu e n te ,
p a r tir
de
segunda
b a sicid a d
con
la
dos
d e sio n iz a ció n
en
a
la
cuando
m ultietapas
lo s
luego
a n te rio r
ion
sa les
sistem a
antepone
en
a p lica n
aniones
m ayoría
op eración .
del
y
Un
de
se
d e te rio ro
se
con cen tra ción
ca tió n ica
oca sion es,
su fre
ríod o
de
etapas
(m u ltie ta p a s).
algunas
que
va ria s
elim in a ción
(dos
de
de
r e ­
de
la
con tienen
la
- -
Ya
se
d ijo
líq u id o
son
cia lm en te
e stos
lia s
de
que
en
rayos
l la s ,
en
e l
forad as
de
que
en
fondo
corta s
(Figura
d is tr ib u c ió n
sistem as
la
de
ser
seccio n es
la
mayor
colum na
el
pasar
la
de
c o le c c ió n
f i j o ,
que
m.
1
de
Uno
a
través
de
este
u t iliz a c ió n ,
en
lugar
tu bulares
Johnson
FIGURA 1 6 SISTE M AS D E DISTRIBUCION DE LIQUIDOS
- 38 -
- -
vari,
capas
todas
- -
m ateria l.
sold ad as
1 .6 .).
de
de
con
in e rte
del
espe—
p la to s
cu b ie rto s
cu arzo,
a
y
lech o
u t iliz a c ió n
com o
pudieran
puede
de
diám etro
p u lveriza d os
a lte rn a tiv a
de
los
c o n siste
su sta n cia s
Otra
en
colum nas
sistem as
o
sistem as
c r ít i c o s
m ateria les
la s
los
de
y
v a r i­
per­
b.
El
Lecho fijo mixto.
lech o
sin a s,
m ixto
una
a lc a lin a ;
de
ticam ente
al
a
de
ya
que
la
La
regen eración
vas
y
son
regeneradas
la s
tubos
de
tam año
e l
y
e l
con
se
que
ú n ico
una
íntim a
ácida
a rre g lo ,
re a cció n
en
y
la
de
un
lle v a
producto
regeneración
de
un
otra
ob tien e
se
co n d icio n e s
de
esto s
esta
la s
a
par
a lto
r e ­
cabo
grado
es
p a rcia l
de
prác­
es
agua;
para
d eja r
ob ten ido
ambas
de
fuertem ente
op era ción ,
m ezcladas
son
agua
sistem as
p a rtíc u la s
rem ezcladas
es
logra
de
teniendo
cul_
en
el
fon
ambas
-
resin a s
la s
base
arriba
por
separando
densidades
in v olu cra d a s.
alguna
in sta la d o s
re sid u a l
se
separación
in trod u cien d o
e sp e c ia le s
cu a les
agua;
m ezcla
colum na.
dependiendo
el
la
p erfectam ente
de
de
la
basta
do
capas,
e ste
nuevam ente
ten er
en
fuertem ente
ir r e v e r s ib le
é s to ,
lech o
dado
e lla s
m ediante
sep a ra ción ,
d ebido
co n s is te
m edio
expu lsada
y
de
del
y
en
Las
á cid o
m edio
una
r e l a t i ­
a
resin a s
través
d el
lech o,
c o r r ie n te
lech o
por
-
de
m edio
—
de
-
las
-
a i r e .
Las
ven ta ja s
co r r ie n te s
aunque
se
pérdidas
es
de
este
sistem a
obten idas
presenta
en
com pleta
la
o
y
la
la
la
s u s titu ció n
d esven taja
e f ic ie n c ia
s i
son
de
in te r fa s e
la
de
elevada
de
que
resina
no
- 39 -
dos
colum nas
son
si
co in c id e
ca lid a d
de
por
p o s ib le s
la
con
algunas
sepa ra ción
e l
una,
no
-
d is t r ib u í—
dor
ce n tr a l.
liz a c ió n
de
cerin a
son
y
p e c ia le s
Los
le ch os
so lu cion es
m ixtos
de
e l
a p lica n
n o - e le c t r ó lit o s
p a rticu larm en te
donde
se
apreciad os
con ten id o
ió n ic o
es
para
com o
para
la
desm iner¿
azúcar
y
tratam iento
realm en te
g l i e ¿
b a jo .
FIGURA 1 7 LEC H O M IXTO DE INTERCAM BIO IONICO
c.
Lecho
monocapa.
Para
increm en tar
la
d el
lech o,
se
b io
que,
d ife re n cia
a
perfectam ente
más
ta
comunes
con
tem ente
una
han
e fic ie n c ia
de
d e fin id a s
son
de
in tro d u cid o
una
una
capa
los
de
de
d el
m ezclas
lech os
cada
de
ácida
b ásica .
- 40 -
y
la
capacidad
resin a s
de
intercam
m ixtos,
resin a ;
resin a
fuertem ente
in tercam bio
lo s
presentan
pares
d ébilm en te
y
de
á cid a ,
débilm ente
capas
resin a
c u b ie r ­
b ásica -fu ei:
-
Las
resin a s
con
a lca lin id a d
de
á cid os
a n te rio re s
se
elevada
fu ertes
y
a p lica n
(á cid a )
d é b ile s
y
o
para
d e s c a tio n iz a r
para
d esa n ion iza r
presenta
un
ahorro
sistem as
m ezclas
notable
-
de
-
regen eración .
La
regen eración
ba,
debe
ser
lleva d a
aunque
se
req u iere
de
com pactada
la
resin a
e v ita r
1 .4 .2 .
Este
dad
O peración
m étodo
c o n siste
con ocid a
te
que
va
a
se
de
va
tra ta r
a
y
e q u ilib r io .
na
agotada
para
es
en
con
de
re c ip ie n te
m ezclada
una
casos
y
y
de
decanta
filt r a d a
la
cuando
pequeña
es ca la .
separación
de
am in oácidos
con
la
La
y
op era ción
a
orien tad a
h a cia
la
La
p r in c ip a l
de
una
que
la
f i l t r o
lle v a
á cidas.
- 41 -
s o lu ció n
un
co rrie n
se
alcan ce
se
v a lio so s
fu ertem ente
que
m ediante
reacción
fuertem ente
en
la
so lu ció n .
la
-
ca n ti—
se
resid u o s
s a le s
un
hasta
se
bién
lo te s .
constante
usa
sus
en
por
intercam bio
punto,
a r r i­
f lu id iz a c ió n .
a g ita c ió n
se
de
m antener
hasta
e s te
y
para
h acia
con sta n te
y
gunas
m edio
abajo
a g ita ción
ir r e v e r s ib le
la
c o lo c a r
enjuagada
lo s
su
de
con
manera
s o lo
en
tra ta r
buen
cabo
in term iten te
resin a
En
elim in ar
p rá ctica
y
un
a
r e s i ­
prensa
so lo
cabo
es
de
derecha
a p lica ció n
s o lu ció n
el
de
es
a l ­
1.4 .3 .
En e s t o s
Operación
sistem as,
la
corriente,
resultando
área de la
resina,
de l a
obtenido
y la
columnas
se u t i l i z a n
por
lo
todavía
fluyen
en c o n t r a ­
que se r e d u c e
dada,
el
volumen n e c e s a r i o
aungue
no s e c ompara c o n
-
la
la
pureza del
obtenida
-
usan
tradicionales.
continuos
ouisatorias
en e l
solución
de é s t o un mayo r a p r o v e c h a m i e n t o d e l
intercam biadores
Los c o n t a c t o r e s
pos:
resina
misma p a r a una s e p a r a c i ó n
producto
do l o s
a régimen permanente.
pueden s e r c l a s i f i c a d o s
y
tratam iento
lachos
fluidizados,
de a g u a s y d i v e r s o s
quím icos.
- 42 -
en d o s
los
ti­
cuales
procesos
-
a.
Contactores pulsatorios.
En e s t o s
equipos,
a través
de l a s
dicas
la
resina
zonas
de p r e s i ó n
se desplaza hacia
de i n t e r c a m b i o
y de v a c i o .
El
la
eficien cia
química
parcial
reclasificación
ciones.
Sus p r o b l e m a s
rácter
las
la
mecánico;
cuales
resina
b.
se
intercam bio se
ñas
las pa rtícu la s
requiere
sin
sistem as,
el
compactar.
debido
una g r a n c a n t i d a d
y c e r r a d a s en cada
tam
la
a las pulsa
s e r de c a ­
de v á l v u l a s , -
ciclo.
Asimismo,
a una a b r a s i ó n muy s e v e r a .
abajo.
dos,
el
El p r o c e s o s e
donde
la
resina
Estos con ta ctores
lograr
c o mo l a
intercam bio
La r e s i n a
c o n mamparas c o n t r a
flu jo
lleva
es
de s o l u c i o n e s
del
estos
ricas
de l a
se
lleva
a través
a cabo
con r e s i —
de una c o l u m n a —
corriente,
q u e va h a c i a
a c a b o en c o m p a r t i m i e n t o s
presentan
recolección
cae
puesta
la d i s t r i b u c i ó n
Principalm ente,
to
de e f i c i e n c i a ;
d e o p e r a c i ó n h an r e s u l t a d o
está sometida
a cabo
Lechos f lu id iz a d o s .
En e s t o s
es
lleva
d i s m i n u y e un p o c o c a u s a d o p o r
de
son a b i e r t a s
y abajo
con a p l i c a c i o n e s p e r i ó ­
e n un l e c h o c o m p a c t o c o n a l g u n a s p é r d i d a s
bién
arriba
la
en c o n t a c t o
desventaja
u n i f o r m e de l a
con
la
de l o
-
agita­
solución.
difícil
alim entación,
que
así
-
producto.
equipos
se emplean pa ra e l
en s ó l i d o s
- 43 -
suspendidos,
procesamien
c o mo l a s o b t e
nidas
en a p l i c a c i o n e s
rrientes
1.5
Las
a.
y t r a t a m i e n t o de c o ­
residuales.
APLICACIONES INDUSTRIALES DEL INTERCAMBIO IONICO.
aplicaciones
dentro
los
hidrom etalúrgicas
del
intercam bio
de a l g u n a d e l a s
resultados
que s e
P urificación
tes
iónico
siguientes
categorías,
de a c u e r d o a
pretenden obtener:
de s o l u c i o n e s
por elim in a ción
de componen­
indeseables.
b.
Concentración y recu peración
c.
Aplicaciones
sos
pueden c l a s i f i c a r s e
diversas,
utilizando
a las
de e l e c t r ó l i t o s
que i n c l u y e n
resinas
valiosos.
catálisis
de i n t e r c a m b i o
y proce­
c o mo a d s o r ­
bentes .
1.5 .1 .
P u r i f i c a c i ó n de s o l u c i o n e s .
Constituye
l a mayor á r e a
tercam bio,
ya que
de a p l i c a c i ó n
incluye
el
a g u a s p a r a una g r a n c a n t i d a d
por,
c o n s um o d o m é s t i c o ,
podemos h a b l a r
corrientes
también
etc.
de
las
resinas
a b l a n d a m i e n t o y t r a t a m i e n t o de
de u s o s ,
c o mo g e n e r a c i ó n
Asimismo,
dentro
de e s t a
d e r e m o c i ó n de c o m p u e s t o s
de d e s p e r d i c i o ,
decoloración
-
de I n ­
44 -
de v a ­
área
tóxicos
y purificación
de
del
-
azúcar y muchas más.
a.
T r a t a m i e n t o de a g u a s
Constituye
de
aplicación
intercambio
tamiento
cación
En n u e s t r o p a í s ,
intercam bio
debido a la
cual,
así
iónico
los
amplia u t i l i z a c i ó n
otras
moléculas
c o mo m a t e r i a
orgánica
e
fácil
de c o m —
del agua,-
sales
m inerales
y orgánicas
inorgánica
tr¿
c a mp o de a p l i
industrial
contiene
inorgánicas
del proceso
p r o c e s o s de
y e s t e hecho es
d e p e n d i e n d o de su o r i g e n ,
disu eltas,
ción,
ión ico.
más a n t i g u a y e x t e n d i d a
de a g u a s o c u p a n e n t r e un 80 y 90% d e l
del
prender
la
la
(3).
en s o l u —
en s u s p e n s i ó n ,
principalm ente.
El o b j e t i v o p r i n c i p a l
sales
C04 =
Antes
minerales
a base
intercam bio es
de,
la
principalm ente,
elim inación
de -
Ca + ' , Mg+ + , Na+ ,
C l - , HC03 " y S i 0 2 ( s í l i c e ) .
de s o m e t e r a l
ben e l i m i n a r
todas
dan i n t e r f e r i r
se
del
a g u a a un p r o c e s o d e
aquellas
en l a
efectividad
pueden emplear p r o c e s o s
filtra ción ,
etc.
con re sin a s
fuertemente
do
la
primera
la
aparición
la
especies
del
c o mo l a
El a b l a n d a m i e n t o
ácidas
más e m p l e a d a ,
en s u s p e n s i ó n
floculación ,
se puede
a pesar
- 45 -
lo
cual,
a cabo
o ácida,
de q u e e l
agua,
de­
coagulación,
llevar
sódica
se
que p u e —
i n t e r c a m b i o para
en f o r m a
d e mucha e s p u n a en e l
intercam bio,
—
sien
Na p r o v o c a
c a s o q u e no s e p r e -
senta
del
con
resinas
ión b ica rb ona to
ventajas
bio
las
con
ácidas,
(HCO^- ) c o mo
d e ambos s i s t e m a s ,
sistem as
que p e r m i t e n
la
elim inación
—
Para a p r o v e c h a r l a s
se diseñaron
trenes
-
de i n t e r c a m ­
de s u a v i z a m i e n t o y d e a l c a l i n i z a c i ó n
(desear
b o n a t a c ió n ).
b.
Refinación
del
Otra
aplicación
importante del
proceso
cárido
azúcar
de r e f i n a c i ó n
conocido
fuentes
del
(3).
intercam bio
a z ú c a r de mesa,
ión ico
el
cual
c o mo s a c a r o s a q u e s e o b t i e n e
naturales
es
en e l
-
e s un di s j a
de d i v e r s a s
c o mo l a c a ñ a de a z ú c a r y l a
remolacha a z u ­
carera .
El p r o c e s o
estas
nal
de
de o b t e n c i ó n
plantas
los
una s e r i e
cuales
me n t e de l a
contienen
es
y refinación
de p r o c e s o s
se o b t i e n e
cristalización
también s a l e s
del
azúcar
de s e p a r a c i ó n
s a c a r o s a en c r i s t a l e s ,
de j u g o s
minerales,
o guarapos.
sustancias
y m a t e r i a l e s en s u s p e n s i ó n ,
se deben de e l i m i n a r
p a r a o b t e n e r un p r o d u c t o
Las r e s i n a s
prin cipales:
elim inar
otros
la
de i n t e r c a m b i o s e a p l i c a n
desalación
m ateriales.
y decoloración,
Los mé to do s
siguientes:
- 46 -
al
de
f i­
directa­
Estos
jugos
coloreadas,
compuestos o rgá n icos
puro.
a partir
los
--
cuales
razonablemente
con
dos
aunque
fines
-
se pueden
do a p l i c a c i ó n
son
los
*
Resina fuertem ente á c id a
*
Resina fu ertem en te b á s i c a
*
Lechos mixtos
*
M ultietapas
La d e s a l a c i ó n
les
la
se
de c a l c i o ,
sacarosa.
m etales
cristalización
el
se puede p r o v o c a r
y fructuosa).
empleado
lechos
la
descom posición
rápidamente con
fin al.
los
equipos
inversión
nica
( f o r m a H+ ) ,
La d e c o l o r a c i ó n
junto con
a los
problema,
débilmente
adulcorante
para e v i t a r
es
(endulzante)
cuales
antes
se
siendo
-
desala—
cabe a c i a
deseable,
del
-
produc­
de -
e m p l e a una r e s i ­
de l a
resina
catió—
excesiva.
p o r m e d i o de una r e s i n a
- 47 -
s e han —
la a p lic a c ió n
una i n v e r s i ó n
b a j o e n t r e c r u z a m i e n t o que c o n t e n g a g r u p o s
isómeros
la
inversión;
s e ha e x t e n d i d o
en l a s
la cual
ácidas,
proporciones
e n f o r m a OH-
se hace
sacarosa,
s a c a r o s a en d o s
este
-
de l a ambien
ya que c o m p l e m e n t a n
en pe queñas
etapas,
pH d i s m i n u y e
(arriba
de l a
un mí n i m o g r a d o de
Recientem ente,
na f u e r t e m e n t e b a s i c a
de l a
o resinas
poder
de d o s
de s a
se elim in a n
de q u e e l
es elevada
Para e v i t a r
mixtos
ya q u e au men t a e l
inorgánicos
catiónicas,
inversión
p r i m e r o s más e f i c i e n t e s ,
r a r que l a
la
elementos
resinas
temperatura
(glucosa
ción
evitar
inconveniente
en l a
to
para
d e s a l e s m e d i a n t e s u i n t e r c a m b i o p o r H+ ,
consiste
los
ácido y b á s ic o ).
aplica
aunque s e p r e s e n t a
te),
etapa).
etapas).
sodio y otros
la
(Una s o l a
(fuertem ente
M ediante
y si
etapa).
( L o más común s o n d o s
formadores
bastante
(Una s o l a
Cl- .
aniónica
de
-
La e f i c i e n c i a
del
proceso
tamiento
te
de d e c o l o r a c i ó n
previo
que h a l l a
e n una d e c o l o r a c i ó n
1.5 .2 .
depende,
sufrido
principalm ente,
el
guarapo,
el
del
cual
tr¿
consͣ
usando carbón a c t i v a d o .
Concentración
y recuperación
de e l e c t r ó l i t o s
va­
liosos .
En e s t a
pecies
aplicación,
iónicas
son r e t i r a d a s
Recuperación
lo
presentes
de l a
de m e t a l e s
pueden e n c o n t r a r
elim inación
por
Uno de
ticos
para
es
ser
cromo,
el
reutilizado
El c r o m o ,
a bajas
daños e c o l ó g i c o s
iones
de
las
Fe++,
intercam bio.
Z n ++ y e l
especialm ente
y fuertes
cual
en f o r m a d e á c i d o
f o r m a de
electrolí­
y concentrar
( H? C r 2 0 7 ) ,
( 1 0 0 - 5 0 0 ppm) y e s
48 -
ya -
-
tratam ientos.
dicró-nico
-
-----
residuales.
en r e c u b r i m i e n t o
s e puede r e c u p e r a r
la
-
económi—
alguna
de s o l u c i o n e s
en p o s t e r i o r e s
concentraciones
pérdidas
Cr ++ s e
en l a s
Anteriorm ente,
necesario encontrar
a partir
es­
cuales
a g u a s e r a un p r o b l e m a nuy s e v e r o ,
m e t a l e s más e m p l e a d o s
el
tratada,
de l a s
(4).
en a g u a s d e d e s e c h o ,
de e s t a s
tales
los
pesados
de i o n e s c o mo e l
l o que s e h i z o
recuperar
solución
de b a ñ o s e l e c t r o l í t i c o s .
que o c a s i o n a b a
cas,
en l a
misma p o r una r e a c c i ó n
Una e x t e n s a v a r i e d a d
provenientes
i m p o r t a n t e e s una o v a r i a s
se
som etido
obtiene
a un t r ¿
t a m i e n t o c o n una r e s i n a
acuerdo
a la
siguiente
H2C r 2 0 7
1.5.3.
+
Las
Adsorción
resinas
tancias
2R0H
de
intercam bio
no e l e c t r o l í t i c a s
de l a s
d iv ersa s
+2H2 0
resinas
s e pueden u s a r p a ra
de
in te r­
gran
cantidad del
retirar sus—
acuosas.
p o n e r en c o n t a c t o
se
una s o l u c i ó n
mi smo e s
de p o l a r i d a d
ne en c o n t a c t o
una r e s i n a
acuosa
adsorbido
-
en d o n d e l a s
contraria;
electronegatividad
hidrógeno,
lo
ácida,
m oléculas
así,
resina,
tendrá
atraerá
mientras
- 49
al
la p o la ­
por ejem plo s i
el
la
la
elevada
polaridad
cadena
se p o ­
g r u p o OH c o n
oxígeno negativo
que l a
-
con
son a t r a í d a s
e l g r u p o OH- , p o r
del oxígeno,
cual
p o r una r e s i n a
relacionados
a un c o m p u e s t o q u e c o n t e n g a
fuertemente
p o HSO ~ de l a
n o-electrolíticas
debe a fenómenos
de l a s m o l é c u l a s ,
por otr a s
en e l
R2 C r 2 0 ?
resina.
intercam bio
ridad
*■
de s o l u c i o n e s
La a d s o r c i ó n d e s u s t a n c i a s
de
de —
de n o - e l e c t r ó l i t o s .
de un n o - e l e c t r ó l i t o ,
la
e n f o r m a OH,
iónico.
Se ha o b s e r v a d o q u e a l
por
básica
reacción:
A plicaciones
cambio
a.
fuertemente
-
positica
del
grii
carbonada d e l
compuesto será
de l a
cual
atraída
provoca
la
estructura
particulares
de n o - e l e c t r ó l i t o s
tales
c o mo e l
aguas
residuales
de l a s
fuerzas
orgánica
(-Cf^-)
de Van d e r W a a l s ,
-
lo
adsorción.
aplicaciones
cuperación
cítrico,
vitaminas
el
de l a
del
son l a
i n t e r c a m b i o en la r e ­
separación
ascórbico y el
tartárico
industria v it iv in íc o la ,
B y B-^ a p a r t i r
de á c i d o s
de c a l d o s
-
de l a s
-
separación
-
de e s t r e p t o m i c i ­
etc.
b.
Exclusión
Este p r o c e s o
iónica
de
sustancias
bles
en agua u s a n d o ,
de agua y l a
sistema
existe
rina
la
en e l
en c o n t a c t o
resina
el
fin
iónica,
proceso
de
t r a t a m i e n t o de m e z —
y n o-electrolíticas
una d o s i f i c a c i ó n
se basa
en l a
solu—
alternada
diferencia
las d ife r e n te s
e n c a d a una d e l a s
e n un s i s t e m a
NaCl s e d i s t r i b u i r á
del
al
a tratar.
c o n una r e s i n a
en que l l e g u e
centración
aplica
tal
distribución
Por e j e m p l o ,
sódica,
para
de e x c l u s i ó n
entre
se
electrolíticas
solución
que p a r t i c i p a n
tema.
(6).
de s e p a r a c i ó n
cías
El
la
r e s i n a p o r medio de l a s
Algunas
na,
por
que c o n t e n g a
fuertemente
de ma ne r a t a l
NaCl e n e l
interior
- 50 -
de l a
partículas
fases
de si s i
en f o r ma
a través
resina
—
NaCl y g l i c e -
ácida
a un e s t a d o d e e q u i l i b r i o
que
-
de l a
en q u e l a
con
s e r á me no r -
q ue en e l
exterior,
mientras
que l a
glicerina
no s u f r i r á
tal
d istribu ción .
La n a t u r a l e z a
de l a
especie
de agua que s e s u m i n i s t r e
es
apenas
ciales
suficiente
del
c h o mayor,
lecho,
lecho;
si
para o cup a r t o d o s
arrastrará
arrastra
Algunos sistem as
al
separada depende de l a
a la
base
al
NaCl,
la
cantidad
los
cantidad
d e ag ua -
espacios
mientras
in terst¿
que s í
e s mu­
glicerina.
a c u o s a que se pueden f r a c c i o n a r
son l a s
siguientes:
HC1 -
Acido a c é t i c o
NaCl -
Alcanolaminas
KC1 -
Acido d i c l o r o a c é t i c o
NaCl -
Etilendiam ina
c.
Catalizadores.
Las r e s i n a s
dores
la
con
de i n t e r c a m b i o s e puedenu t i l i z a r
donde s e
aplicación
respecto
requiera
de l o s
a los
prim eros.
sistema re a ccion an te
sólidos,
y pueden s e r
re u tili zación.
- 51 -
que p r e s e n ta n
convencionales
son
cataliza­
o b á s i c o predominando
Las v e n t a j a s
catalizadores
Como s o n m a t e r i a l e s
del
un m e d i o á c i d o
c o mo
fácilm ente
-
son:
rem ovibles
regen era dos para
su - -
*
La e x t e n s i ó n
de l a s
reacciones
*
La c o r r o s i ó n
del
*
No h a y c o n t a m i n a c i ó n p o r
secundarias
e s muy l i m i ­
tada .
A p e s a r de l o
anterior,
baja e st a b ilid a d
dificultad
a altas
de c a t a l i z a r
l a s muy g r a n d e s ,
sitios
Algunas
de
equipo
e s muy b a j a .
el
catalizador.
presentan
i n c o n v e n i e n t e m e n t e como
temperaturas,
reacciones
su c o s t o
donde
su
elevado y la
p a r t ic i p a n molécu­
l o que p r o v o c a que no puedan
llegar
a los
-
intercam bio.
reacciones
intercambio
iónico
q u e han e m p l e a d o c o n
c o mo c a t a l i z a d o r e s
éxito
son
las
(3):
♦
H idrólisis
de é s t e r e s .
E sterificacion es.
Inversión
de l a
sacarosa.
Epoxidación.
Condensación
de K n o e v e n a g e l .
-
52 -
resinas
de
II.
NECESIDADES DE INFORMACION PARA EL DISEÑO DE UN INTERCAM
BIADOR IONICO DE LECHO F I J O.
2.1
CONSIDERACIONES SOBRE EL EQUILIBRIO.
Para d e t e r m i n a r
tercambio
iónico,
terísticas
bio
y la
las
del
mejores
condiciones
es n e c e s a r i o
equ ilibrio
solución
físico
a tratar.
intercam bio,
tación
las
la
fase
de
líquida
( X)
Su pó n ga se que s e c u e n t a
se desea
en s u
elim inar por
f o r m a B;
la
R Para t r a z a r
varias
la
corridas
isoterma
ce A y lo s
lar
de A,
de
poniendo
de r e s i n a - s o l u c i ó n
en l a s
resultados
fase
sólida
+
intercam bio,
del
- 53 -
en
de
intercam bio
la
siguiente:
R- A
se deben r e a l i z a r
descritas
2.1.
ión
A , el cual
será
se g r a f i c a n
en F i g u r a
represen
ión
en c o n t a c t o d i s t i n t a s
condiciones
la
(Y).
c o n una r e s i n a
■ - B+
obtenidos
c omo s e m u e s t r a
se puede l e e r
de d e t e r m i n a d o
de i n t e r c a m b i o
A+ •»
de i n t e r c a m
q u e n o e s más q u e
contacto
+
resina
c o n una s o l u c i ó n
reacción
B
la
in­
diferentes carac­
inform ación
concentraciones
y en l a
las
entre
Esta
e n un i s o t e r m a de
gráfica
conocer
de un p r o c e s o de
--
proporciones
en e l
Apé ndi .
en f r a c c i ó n n o —
x4
FIGURA 2 1 ISO TER M A DE INTERCAM BIO IONICO
De 2 . 1 ,
s e pueden o b t e n e r t r e s
para n u e s t r o e s t u d i o :
el
factor
vidad
el
de s e p a r a c i ó n
AB^'
Para e s t e
los
el
coeficiente
( ex. AB) y e l
cuales
ejem plo,
p a r á m e t r o s muy i m p o r t a n t e s
de d i s t r i b u c i ó n
coeficiente
—
(
de s e l e c t i ­
s e e x p o n d r á n más a d e l a n t e .
coeficiente
de d i s t r i b u c i ó n
se c a lc u la
por:
El v a l o r
pasar
bio;
de
a la
n o s da una
fase
obviamente,
sólida
idea
de l a t e n d e n c i a
p o r m e d i o de una r e a c c i ó n
tanbién
podemos c a l c u l a r
- 54 -
el
del
de
valor
ión
A de
intercam
correspori
diente al ión B.
El
c o e fic ie n t e
m ism o,
si
pero
tie n e
de
nos
mucha
separación
se
d is trib u ció n
perm ite
ca lcu la r
a p lic a c ió n .
ca lcu la
térm in os
de
tien e
el
Para
gran
fa c to r
nu estro
u t ilid a d
de
por
si
separación ,
ca so,
el
fa cto r
que
de
por.
C*AB =
En
no
fr a cció n
CA
CB
m ol:
^AB
Del
v a lo r
de
cam bio
ió n ic o ,
que
ión
el
Para
la
de
com plem entar
cosa
del
e fic ie n c ia
que
da
la
más
que
intercam bio.
fr a c c ió n
nos
ser
la
u tilid a d
la
-
B
la
+
por
de
B
la
en
de
e q u ilib r io
rea cción :
A+ ♦
—
R-A
A
X,
B
- 55 -
X.
£
X.
B
+
B+
de
fa c ilid a d
la
s e le c tiv id a d
X
AB
de
p roce so
s o lo
m ol:
K
del
de
con stante
Según
nedida
s u stitu id o
c o e fic ie n t e
R
En
la
A podrá
u tilid a d
otra
ya
depende
fa se
fa lt a
(K ._)
Arí
de
la
in ter
con
-
líq u id a .
con ocer
que
no
es
rea cción
-
La i m p o r t a n c i a
lor
que t i e n e
se puede c a l c u l a r
KftB r a d i c a
a partir
ra c a t i o n e s
c o mo p a r a a n i o n e s
total
solución
de l a
y la
en e l
de d a t o s
y,
lecho
tabulados,
conocida,
capacidad
d e que s u v a
de l a
la
tanto pa­
concentración
resina,
s e puede -
d e t e r m i n a r CXAB/ <Iu e s e e m p l e a c omo p a r á m e t r o p a r a o b t e n e r
isoterm as
teóricas
de e q u i l i b r i o .
K„D pe r m it e n d e te rm in a r
AB
orden
en que serán
se p resen to
Cuando
que
una
está
cie n te
son
en e l
convexo
Cuando
res
a
Capítulo
rea cción
de
que
h acia
e l
la
la
de
in tercam bio
unidad
y
(KAB)
unidad
e l
y
la
no
valores
de
multicomponente,
el
iones
los
presentes,
c omo
I.
orien tad a
a rrib a
los
intercam bio
s e le c tiv id a d
m ayores
p a r a un s i s t e m a
intercambiados
fuertem ente
de
Asimismo,
-
y
el
re s u lta
hacia
el
la
fa v o ra b le
d erech a ),
fa c to r
isoterm a
de
de
{o
e l
sea,
c o e f i —
separación
( Cx^B )
intercam bio
es
—
diagon al.
es
fa v o ra b le,
isoterm a
es
KftB
cón cavo
y
son
h acia
aba jo
meno­
de
la
-
d ia g o n a l.
Si
K ^ g e s
asume
con stan te
que
la
ción
de
la s
ción
de
la
iones
de
entre
isoterm a
curvas
no
será
se
alim en tación
igu al
carga;
d i-m on ov a len tes,
donde
e l
rango
sim étrico.
a fecta n
para
lo
la
X ft =
por
procesos
co n tra rio
p o sició n
-
56 -
0
hasta
La
form a
cam bios
de
ocu rre
de
la
en
=
y
la
1 .0,
lo c a liz a —
concentra
intercam bio
en
e l
se
entre
-
intercam bio
isoterm a
depende
de
la
con cen tra ción
d epen den cia
de
con cen tra ción
t o t a l
la
de
ambas
p o s ic ió n
t o ta l
se
de
fa ses
la
m uestra
tan to
curva
en
la
de
como
de
K
e q u ilib r io
Figura
AB
.
La
con
la
2.2 .
X
FIGURA 2 2 PERFIL DE LA C U R V A DE EQUILIBRIO R ESPEC TO A LA
C O N C EN TR AC IO N TO T A L DE LA SOLUCION
2 .2
La
TRANSFERENCIA
tra n sfe re n cia
siderablem ente
te ;
este
sos
de
tie n e
nómeno
tip o
de
de
de
son
tra n sfere n cia
A
a
que
REGI MEN
régim en
se
lle v a
tra n s fe re n cia
donde
resp ecto
la
MASA
masa
la
separación
f i ja
DE
a
la
a d sorción
s o lo
se
una
de
y
el
r e a liz a
PERMANENTE.
pem anente
cabo
a
presenta
las
o tra .
no
a
se
NO
fa ses
d ifie r e
régim en
en
perm anen­
a q u ellos
in volu cra d a s
man
este
f e ­
t íp ic o s
de
intercam bio
ió n ic o ,
donde
- 57 -
una
pequeña
p orció n
p ro ce
se
E jem plos
en
con ­
de
la
la
—
-
longitud
c o mo z o n a
Inglés),
total
se d e s p la z a
donde se
esta
lleva
d e masa
a través
c o mo a q u e l l a
pequeña p o r c i ó n ,
(MTZ,
del lecho
región
del
por
conocida
sus
siglas
a cierta
—
en -
velocidad
intercam biador
iónico
—
a cabo
el
i n t e r c a m b i o d e una m a n e r a a p r e c i a —
Para comprender
la
definición
siguiente
fuertemente ácida
intercam bio
en f o r m a
p a s a r una c a n t i d a d
fuerte
(HC1,
solución
por
d e HC1 a l
de a c i d e z .
ne a l
ión h id r o n io
capas
iónico
sódica
se con sid e ra
cargada
a través
de a l g u n a s o l u c i ó n
ejem plo).
libre
pero la s
de MTZ,
el
ejem plo.
Se a una c o l u m n a d e
ce
lecho;
de t r a n s f e r e n c i a
y se d e f in e
ble.
del
lecho
La c a p a
Se i n i c i a
de l a
cu a l se ha­
de c u a l q u i e r á c i d o
la
a l i m e n t a c i ó n de l a
y o b t e n e m o s una s o l u c i ó n
superior del
y libera
inferiores
c o n una r e s i n a
sodio
intercambiador r e t ie
rápida
de r e s i n a
d e NaCl -
y efectivam ente,
se mantiene l i b r e s
-
de —
ácidos.
Conforme e l
proceso
van s a t u r a n d o h a s t a
resina-solución,
bio
se
avanza,
el
y la
desplaza hacía
lím ite
z o n a en
abajo;
i n t e r c a m b i o ó MTZ a l c a n z a
del
efluente
conocido
que
la
se
el
capas
superiores
establecido
l a que s e
en e l
saturó
por
el
llegando
a la
ruptura
se
equilibrio
columna,
(breakthrough p o in t ,
- 58 -
el
efectúa
f o n d o de l a
su c a p p c i d a d
de r e s i n a
mome nt o e n q u e
incrementa bruscamente,
c o mo de r u p t u r a
resina
las
intercam
la
z o n a de
la
acidez
al
punto —
BTP) y s e d i c e
(breakthrough
capacity,
en la
BTC) .
Figura
El d e s a r r o l l o
la
columna;
en l a
parte superior
representación
sobre
la porción
resina
libre
de t o d o e l
desde ese
mo m e n t o ,
la
se
cambio
entre
el
cinéticos
la
pero e l
de é s t a ,
-
H+ a l o
ruptura,
la
operación hasta
se a s o c i a n
proceso
de t r a n s f e r e n c i a
a través
ambas f a s e s .
la
de i n t e r ­
transcurre
Difusión
a través
lo
punto.
de t r a n s f e ­
De a c u e r d o a l a
d e masa e s t á
formado
(7).
de l a
solu ción hasta
de l a
película
la
interfase
qu ido-gel.
*
-
lecho,
muy l a r g o ,
a la v e lo cid a d
2.4,
etapas
ese
—
columna y ,
total
de s a t u r a c i ó n e s
Figura
Difusión
-
f i g u r a nos
t i e m p o que
entre
siguientes
encuentra
ión
de
a un 95% d e s u c a p a c i d a d
(iones)
*
-
de l a
h a s t a que abandona c o m p l e t a m e n t e e l
de masa
las
del
fondo
rencia
por
de l a
En e l moment o d e l a
aproximadamente,
el
se
que a b a j o
in ferior
de masa t o c a e l
antieconómica
factores
MTZ a t r a v é s
concentración
pu nto de ruptura y e l
cual hace
Los
satura
( CTI) ,
la
proceso.
zona de t r a n s f e r e n c i a
mientras
La p a r t e
m u e s t r a c o mo v a v a r i a n d o
resina
se presenta
diagrama se en—
o c u p a d a p o r l a MTZ,
completamente satu rada,
de a c i d e z .
del
d e l p a s o de l a
resina
largo
proceso
2.3.
Como s e p u e d e v e r ,
cuentra
de e s t e
-
59 -
que r o d e a
a la g e l.
lí-
FIGURA 2 3 DESARROLLO DEL PROCESO DE INTERCAMBIO IONICO
D ifusión
hasta
a través
los
sitios
de l a
de
estructura
porosa
de
la g el
-
intercam bio.
Reacción propiamente
dicha.
FIGURA 2 4 R ES IST EN C IAS AL INTERCAM BIO IONICO
La v e l o c i d a d
e t a p a más
la
del
lenta
película
Un f a c t o r
cia
el
del
o de
concentraciones
proceso global
la
mi s mo ,
control
por la
gel,
solución
de s e p a r a c i ó n
difusión
6 1
es
por la
-
a t r a v é s de
d e p e n d ie n d o de l a s
--
a tratar.
elevado
-
determinada
que normalmente
estructura
de l a
está
orientará
a través
-
de
el
la
proceso
ha­
pelícu la.
-
Cu a n d o s e
de
la
involucran
interfase
en g e n e r a l ,
iones
divalentes,
se c o n v ie r te n
e l proceso
la
difu sión
en un f a c t o r
a través
determinante y ,
e s muc ho más l e n t o q u e p a r a
-
i o n e s mo­
novalentes .
Cu a n d o
la
trolante,
cional
la
bio
a través
la v e l o c i d a d
a la
difusión
no d e p e n d e d e l a
sánente
proporcional
INVENTARIO
MA S
El d i s e ñ o
datos
DE
DE
de l a
al
de
e
y el
resina,
la
radio
IONICO
DE
C u r v a de e q u i l i b r i o .
b.
Propiedades h id r á u lic a s
listan
del
PARA
LECHO
intercam bio
a.
etapa c o n ­
inversamente pro
radio
de la p a r t í,
controlados por
de in te r ca m ­
solución
y es invei:
EL
DISEÑO
DE S I S T E ­
FIJO.
iónico
s e a p o y a en l o s
a continuación.
lecho. .
* C a í d a de p r e s i ó n .
* Expansión v o l u m é t r i c a
c.
Propiedades
físicas
* D iá m e tr o de l a
reversible.
de l a
resina.
partícula
-
-
de l a p a r t í c u l a .
REQUERIDOS
que s e
la
velocidad
c o n c e n t r a c i ó n de l a
INTERCAMBIO
experimentales
resina
es
d i r e c t a m e n t e propojr
que para p r o c e s o s
DATOS
de e q u i p o s
la so lu ció n
de l a
mientras
a través
película
de i n t e r c a m b i o e s
capacidad
de r e s i n a ,
2.3
de l a
a l a c o n c e n t r a c i ó n de
porcional
cula
difusión
6 2
(promedio y d i s t r i b u c i ó n ) .
-
-
* Vo l umen l i b r e
fraccional
(E).
* Densidad a p a r e n t e y r e a l .
* C o n t e n i d o d e h u me d a d ,
d.
Propiedades
difusionales.
* Curva de r u p t u r a
(capacidad
de i n t e r c a m b i o ) .
* C u r v a de e l u c i ó n .
* Condiciones
de r e g e n e r a c i ó n
(E ficiencia
contra
nivel
de r e g e n e r a c i ó n ) .
* Condiciones
A continuación,
de r e t r o l a v a d o y e n ju a g u e .
se expone
lo
referente
a propiedades d ifu s io
nales.
La d e t e r m i n a c i ó n
experimental
hidráulicas
del
así
referente
c o mo l o
en e l
iniciar
indispensable
a.
datos
propiedades
de l a
caída
física s
e -
de p r e s i ó n ,
de e q u i l i b r i o ,
se
-
presenta
trabajo.
B a s e s de d i s e ñ o .
D efinición
de
a excepción
a los
A p é n d i c e de e s t e
2.3 .1 .
Antes
lecho,
de l a s
del
problema.
cualquier
contar
con
C a n t i d a d de l í q u i d o
cálculo
los
relacionado
siguientes
a tratar,
- 63 -
el
diseño,
datos:
en g a l / m i n ,
1/h r-,
etc.
es
b.
A n á lis is completo
del
sistema,
* C on te n id o de s ó l i d o s
es
n ecesario
cantación,
incluye
en s u s p e n s i ó n ,
lo
algún tratam ien to p r e v i o
etc.),
* iden tificación
iónicas
que
antes
de p a s a r
y cuantificación
(aniones
y cationes),
lo
siguiente:
cual
indica
si
(filtración,
de
a través
de t o d a s
del lecho.
las
contenidas
especies
en e l s i s t e ­
ma .
* pH y n a t u r a l e z a
tección
de l a
corrosiva
y reactiva
existentes
* Temperatura
c.
Condiciones
sistema
(pro
resina).
* Contenido e i d e n t i f i c a c i ó n
iónicas
del
en e l
de t o d a s
las
especies
no-
sistem a.
de o p e r a c i ó n .
d e s e a d a s en e l
efluente,
expresadas en c o n ­
centración .
Bases
de s e p a r a c i ó n .
Con l a
inform ación
anterior,
resina
a utilizar,
y a q u e de a c u e r d o a l a
iones
participantes
a cabo
durante e l
d o en c u e n t a
cuyo v a lo r
se
fija
la
reacción
intercam bio.
valores
se bu sc a r á
de l o s
este
s e r í a muy d i f í c i l ;
l i g e r a m e n t e m a y o r de
el
naturaleza
ácido-base
tipo
de
de l o s
que se l l e v e
La s e l e c c i ó n
s e h a r á toman­
coeficientes
de s e l e c t i v i d a d ,
entre
t o m a n d o en c u e n t a q u e ,
regeneración
que sea
los
será
se puede s e l e c c i o n a r
1 y 10;
a valores
este
mayores
generalm ente,
1.
- 64 -
lím ite
se
de
máxi mo
ia
recomienda
-
Por ejemplo,
las siguientes reacciones:
R4 NOH
RS0¡ÑH4
+
+
HC15=S R4 NC1
NaOH
RSO^Ña
RS03 H
Todas e s t a s
derecha,
bles;
+
NaCN
RSO^ Na
reacciones
están
fuertemente
lo
productos
H2 0
NH^
+
ya que l o s
todo
+
+
H2 0
HCN
orientadas hacia
de r e a c c i ó n
a n t e r i o r h a c e que l a
+
son p o c o
separación
la
ioniza—
s e a más f á c i l
y
rápida.
En a l g u n a s o c a s i o n e s ,
la
naturaleza
involucradas
permite
ben a c i e r t o
i ó n que p u d i e r a
mos
llevar
de a g e n te s
grupos
a cabo.
menos r e a c t i v o ,
tos
tierras
de c i e r t o s
que forma e l
a permanecer e x t e r n o
c a s o de c i e r t a s
q u e de s e, a
común e l e m p l e o
separación
El i ó n
que i n h i ­
proceso
es p r á c t i c a
en l a
sem ejantes.
al
iónicas
raras,
a la
complejo
resina,
isótopos
—
—
y elemen­
transuránidos.
2.3 .2 .
Cur va de r u p t u r a .
Para e n c o n t r a r
inform ación
(diám etro y altura
ción
in terferir
Por e j e m p l o ,
tenderá
especies
tratam iento p revios
de a c o m p l e j a m i e n t o
de c a t i o n e s
c o mo e n e l
realizar
de l a s
del
y de r e g e n e r a c i ó n ,
gue y r e t r o l a v a d o ,
ú til
lecho
de
para e l
intercam bio,
condiciones
etc.),
diseñador
- 65 -
flu jos
de s e r v i c i o ,
se requiere
de
industrial,
de o p e r j j
c omo e n j u a ­
inform ación
exper¿
mental
ción
que
preferencia
de
en e q u i p o
mación
a escala
se o b tie n e
se debe o b t e n e r
de v i d r i o .
a partir
a partir
Gran p a r t e
de s i m u l a
de e s t a
infor
o a g o t a -----
de l a c u r v a de r u p t u r a
m iento.
La c u r v a d e r u p t u r a
tratar
a través
lizando
el
de l a
efluente
cho
se sobrecarga
del
efluente
Las
sis
el
se o b t ie n e haciendo pasar
es,
a in tervalos
regulares
deliberadamente hasta
aproximadamente,
naturaleza
solución
a
columna regen erada y c o l e c t a n d o y ana­
de l a s
de t i e m p o .
que l a
un 95% d e l a
m uestras tomadas son a n a l i z a d a s ,
de l a
la
especies
El
le
com posición
-
alim entación.
dependiendo t a l a n á l i ­
iónicas
c o n t e n i d a s en
sistema.
Las c o n c e n t r a c i o n e s
normalidades
o b t e n i d a s para cada
y se g r a f ic a n
l u me n de e f l u e n t e
gue se
l ú m e n e s de e f l u e n t e
contra
obtiene
respecto
ión
se
o b tie n e n en -
una u n i d a d a d e c u a d a d e l
en e l
eje
vo
X (normalmente vo
a l volúmen d e l
lecho,
que se
—
en n o r m a l i d a d e s
radica
en que l a
denomina V L ) .
La c o n v e n i e n c i a
cantidad
igual
de g r a f i c a r
de e q u i v a l e n t e s
que a l a
a la
entrada
utilidad
de e s t a
del
lecho es
salida.
Para c o m pr en de r m e j o r
tómese e l
químicos
la
e j e m p l o m o s t r a d o en l a
-
6 6
Figura
curva
en e l
diseño,
2.5, d o n d e un s i s t e -
ma
con
va
acuoso,
una
de
resin a
ruptura
tam iento
Si
form ado
se
de
la s
volu cra d o
ilu stra d a
e ste
vez
curva
e l
que
se
a l
ha
HCl
la
la
t o t a l
norm alidad
n ota ble
y
en
Figura
obten ida
HCl
entran
form a
en
con ta cto
h id rógen o;
2 .5 ,
la
corresp on de
Se
aparece
la
e l
resu lta d o
puede
agua
en
a loja d a
eleva
h asta
alim en tación .
Como
hin ch am ien to
en
se
a
n ota r
rápidam ente
al
con cen tra ción
de
es
corresp on d ien tes
desplazado
Su
un
en
in tercam bio.
in terca m bio.
tra
ácida
con cen tra cion es
en
NaCl
cu r­
al
t r ¿
sistem a.
la
corresp on d ien te
una
Z n C ^ ,
fuertem ente
observa,
juntas
por
esta
parte
del
de
cada
que
curva
e l
lecho
es
-
67 -
-
resin a
c i c l o ,
la
-
de
igual
FIGURA 2 5 C U R V A DE R U P T U R A P A R A EL SISTEMA ZnCI2-NaCI-HCI E N SOLU C I O N
A C U O S A C O N U N A RESINA F U E R T E M E N T E ACIDA
in
e flu e n te ,
que
la
ca tión
la
e l
en
g r a fic a r
a
mués
máxi.
ma
con cen tra ción
la
a lim en tación
Cuando
el
fondo
de
hasta
ser
la
fren te
la
de
Cuando
suma
al
z in c
aparece
se
increm enta,
alcanza
Cuando
tes
lo s
estos
e l
de
z in c,
p ro p ó s ito
la
e l
que
e l
d ife re n te
absorbe
o
h id ró g e n o -s o d io
e l
HCl
que
hasta
de
d el
NaCl
d el
a
la
lib era
se
de
agua
alcanza
e l
-
increm enta
z in c
alcanza
co rrid a
de
y
sodio
en
c o n c e n t r a -------
la
debe
de
la
cu al
de
se
resin a
puede
determ in ada
y
y
su
es
ión
v a lo r
con
deberá
- 68 -
-
a l
zin c
sodio
la
a lim en tación .
lo s
e s tá
ion es
en
(18
en
lib r e
con
la
Para
g r á f i ­
determ i­
basta
con
alim en ta ción
volum en
capacidad
ser
p a rtic ip a n ­
e flu e n te
z in c,
e l
menor
—
con
un
la
-
e q u ilib r io
V L ).
a l
e
com ponentes
acuerdo
en tre
la
del
de
resp ecto
del
-
los
(de
zin c
colum na,
de
obten er
d iv id ir lo
com parar
la
uno
de
resin a
d el
con cen tra ción
so lu ció n
uno
deten erse
capacidad
de
con cen tra ció n
cada
cada
la
base
co rre sp on d ie n te s
intercam bio
ruptura
la
La
la s
que
la
con cen tra ción
n iv e le s ,
d el
alcanza
e flu e n te .
de
volum en
mente
resin a
con cen tra cio n es
punto
m u ltip lica r
la
la s
z in c -s o d io
n iv e le s
Si
cho
la
ser
con cen tra ción
m ien tras
a lim en ta ción .
la
de
en
la
en
la
con cen tra ción
alcanza
c a ),
que
puede
intercam bio
dism inuyen
la
a
m ien tras
fren te
h id rógen o
alcanza
alim en ta ción .
e l
el
de
colum na,
la
la
se
debido
alim en ta ción ,
c ió n
nar
que
d el
lím ite
que
e l
—
por
l e —
p rev ia
calcula.
do teóricamente.
Si
e l
o b je t iv o
se
deberá
en
la
rá
ocupada
lle v a r
curva
y
que
te
m étodo
a.
de
do
d e sa rro lla d o
con
*
la s
por
ió n ico
de
curva
puede
e l
al
punto
m arcado
capacidad
de
e s te
operar
para
t o t a l
tip o ,
una
que
se
se
de
agotam iento
la
puede
colum na
obten er
p rop orcion a
A .S .
esta
como
resina
B
s^
determ in ar
in d u s tr ia l.
inform ación ,
presenta
de
a
E xi¿
deno­
con tin u ación .
ma
de
de
tra n sfe ren cia
"S",
y
a
f i j o .
(8 ),
Las
sistem as
curva
lo
de
cu al
de
la
con sta n te,
través
base
de
para
para
a p lic a r
e l
m éto
sistem as
de
in—
a p lica cio n e s
intercam bio
de
e ste
que
—
cum plan
r e s t r ic c io n e s :
form a
una
la
la
M ich aels
lech o
La
a
z in c ,
h id rógen o.
lim itadas
s ig u ie n tes
d efin id a
con
lle g a r
la
M ichaels,
ruptura
están
tan te
de
e
resin a
M ich aels.
curva
m étodo
la
hasta
re s to
se
de
La
tercam bio
cabo
m atem ático
M étodo
de
a
una
punto
M étodo
saturar
sod io
con
hasta
m in ado
e l
por
O bviam ente,
un
es
del
ruptura
es
un
m ism a
que
- 69 -
debe
in d ica tiv o
es
avanza
lech o.
se
apegar
a
de
la
que
de
una
form a
y
a
una
v e lo cid a d
la
fo r
zona
altu ra
con s­
-
*
S istem as
*
iso té rm ico s
S istem as
de
a d sorción
una
ra
e lla
2 .6 .
En
un
cam bio
hay
se
ra strea
y
ese
punto
se
d el
lech o
y
cu rrid o
su
lon g itu d ,
ruptura
que
Hz
de
lo
y
Ve
en
que
la
de
en
con oce
puede
la
de
en
y
punto
que
la
de
MTZ
m ostrada
e l
momento
del
ha
alcanzado
e l
a ltu ra
es
la
cla v e
para
su
c a lc u la r
altu ra
del
que
e l
tiem po
tra n scu rrid o
(
’& z )
p rop ia
lon g itu d
y
este
por,
-e-z =
Vz/ U i Acs
-
70 -
le ch o ,
tiem po
e l
es
se
que
fondo
—
tra n s­
H z ).
ya
ig u a l
Es­
que
a
-
la
-
para
-
ca lcu la
-
en tre
n e ce sa rio
tiem po
cu al
—
Hz,
la
el
Figu
en
tiem po
a
es
en
Tam bién
recorre
que
la
com ponente
ruptura.
la
a b a jo).
en
e l
lo
decim os
h a cia
totalm ente
(en
re la c ió n
la
in d ica
abandonarlo
Vt
cóncavas
como
nos
orien ta d os h a cia
con cen tra ción
como
g r á fic a
su
Ve
la
sa tu ra ción
recorra
fuertem ente
ruptura
d e c ir
co n cen tra cion es.
e q u ilib r io
punto
bru sco
en tre
p a rte
por
e l
tarda
ta
Hz,
curva
se
b aja s
e q u ilib r io
(cu rvas
C on sid érese
a
FIG U RA 2.6. R EP R ES EN TAC IO N IDEAL D E L A CU R VA DE RUPTURA PARA U N SISTEM A DE
INTERCAMBIO IO NIC O DE L EC H O FIJO
El
p roceso
in ic ia
la
satu ra,
que
se
lle v a
a lim en tación
c o n siste
F orm ación
poder
d icio n e s
to
del
z
de
de
la
com o
p roceso
con ocer
f lu jo
e l
zona
hasta
la
y
(
desde
líq u id o
de
de
a
m om ento
colum na
etapas,
in tercam bio
alcan zar
capacidad
de
e l
la
dos
form ación
-fr^),
por
lo
-e-T
=
vt
la
del
con cen tra ció n ,
tiem po
t o ta l
de
cabo
básicam ente
D esplazam iento
Para
a
base
/
- 71 -
u
del
a
de
MTZ
1a
cs
se
que
- se
son:
(
le ch o .
determ in adas
n e ce sa rio
re la cio n e s ,
hasta
que
es
se
que
(M TZ).
lech o
que
en
con ocer
-0-p)
tien en
y
la s
e l
con
tan­
tiem po
sig u ie n te s
La
v e lo cid a d
m ación ,
se
de
desplazam iento
con sid era
U z
Hz
se
ca lcu la
es
cam bio
Para
e l
y
se
b a jo
de
la
se
desde
puede
a
" 0 " rp
la
-0 -z
AUT
com o
una
de
MTZ,
a
p a r t ir
ca lcu la
—
* 0 “p
(
-&T- - & F ) )
de
su
for
p or:
)
y
se
puede
pero
de
ion es
punto
c a lc u la r
/
de
m edida
dadas,
a p lica r
aún
por
de
U nidad
la
fa lta
com o
ruptura
Hz
hasta
in te g ra ción
T ransfe—
de
in te£
dado.
con sta n te
c a lc u la r
con ocer
se
de
v e lo c id a d
es
para
intercam biados
de
la
con cen tra ción
aproxim adam ente,
e l
se
(A ltu ra
h id rá u lica s
re sin a ,
can tidad
b io
(
(
gra d ien te
co n d icio n e s
d eterm in a,
La
un
ht
=
d e fin e
escalam ien to
dad
hfp
y
la
p or:
eq u iva len te
re n cia )
con stan te
=
Hz
Hz
de
-0 -p
expone
a
de
durante
la
ca p a ci—
MTZ,
que
se
con tin u a ción :
en
la
zona
de
intercam —
e l
agotam iento
del
lecho
n u m érica:
Vr
Como
se
ocupada
grado
de
puede
por
la
a p recia r
MTZ
satu ración
está
en
la
Figura
saturada,
considerando
- 72 -
2 .6 ,
por
a
Qz
lo
no
toda
que
com o
se
una
la
región
ca lcu la
p a rte
d el
el
-
má-
ximo teórico, que se determina por:
Qzmáx
La
fr a c c ió n
no
u tiliz a d a
de
=
Co
Vz
esta
zona
será,
VT
\
f
=
Qz
(Co
0
(en
con
lo s
f
1
=
esta
e l
caso
iones
(al
de
que
de
lo s
que
la
resin a
de
la
iónes
co n d icion es
op era ción ,
que
re la ció n
Con
e sta s
que
se
em plear
tie n e
s a t is fa c e
ión
deseam os
=
zona
este
saturada
la
región
considerada
-
elim in a r;
Qzmáx
obviam ente,
ta le s
son
f
r e s t r ic c io n e s
lo
= hT ( -0-z/ ( -0- T
Hz
=
l
y
es
f
la
=
O
y
l
a
-
s ig u ie n te :
en
e l
c á lc u lo
-Q- z ))
- ( 1 - f )
de
la
capacidad
de
la
r e s in a ,-
s ig u ie n te .
Ce
Ct
esa
con sid e ra cio n es,
Hz
Para
lím it e ,
en
elim in a r)
Qz
Las
dV
CoVz
deseam os
p r in c ip io
lib r e
C)
-------- ----------------------------------------
=
Qzmáx
f=
-
=
CT (
es
la
capacidad
y
se
ca lcu la
(hT
t o ta l
-
(1
de
f)
-
Hz)
intercam bio
por:
í
*
(Co
-
\T
- 73 -
C)
dV
/
Ht
)
ió n ic o
para
cu a lq u ier
2 .3 .3 .
C o n d i c i o n e s de r e g e n e r a c i ó n .
Para e s t i m a r e l n i v e l
óptim o de r e g e n e r a c i ó n que nos p r o p o r ­
c i o n a l a máxima c a p a c i d a d de l a
c ia l,
r e s i n a y su mínima fu g a i n i ­
se cuenta con dos h e r r a m ie n t a s g r á f i c a s a p a r t i r de da
to s ex p erim en tales.
a.
b.
Curva t o t a l
de e l u c i ó n .
Curva de e f i c i e n c i a
contra n iv e l
(F ig u r a 2 . 7 )
de s a t u r a c i ó n ,
l e c h o un e x c e s o de r e g e n e r a n t e .
tir
C on v ersió n de l a
resina
-
de r e g e n e r a c i ó n .
La curva t o t a l de e l u c i ó n
nera s i m i l a r a l a
qu ím ica -
s e o b t i e n e de una ma­
h a c ie n d o p a sa r a t r a v é s d e l
Los d a t o s r e c a b a d o s a par—
de e s t a curva s e emplean para e s c o g e r e l n i v e l de r eg en e
r a c ió n más adecuado que mantenga e l
v e r s i ó n de l a r e s i n a y l a
e ficie n cia
compromiso e n t r e l a
del regenerante.
Tres v a l o r e s pueden c a l c u l a r s e a p a r t i r de l o s
c e n t r a c i ó n y volumen de l a s
o b t ie n e n d e l paso de l a
con ­
d a t o s de con­
f r a c c i o n e s de e f l u e n t e que s e —
so lu c ió n a tra v és d el le c h o ,
a saber,
c a n t id a d de r e g e n e r a n t e u s a d a , g rado de c o n v e r s i ó n promedio
y e f ic a c i a g lo b a l
de r e g e n e r a c i ó n .
La c a n t id a d de r e g e n e r a n t e que ha pasado a t r a v é s
lech o;
del
-
por medio d e l r a s t e o d e l c o - i ó n que ha a p a r e c i d o
en e l e f l u e n t e h a s t a e s e punto.
en norm alidad d e l c o - i ó n
Si
la co n cen tració n ,
-
se m u l t i p l i c a por e l volumen -
- 74 -
VOLUMENES DE EFLUENTE
FIGURA 2.7. C U R V A T O T A L D E ELUCION.
de l í q u i d o que ha pasado por e l
lecho,
el
r e s u lta d o es la —
c a n t i d a d de e q u i v a l e n t e s de r e g e n e ra n t e p r e s e n t e s en d ic h o volu m en .
Sumando e s t o s v a l o r e s ,
en ésimo c o r t e ,
del le c h o ,
para l l e v a r
p rim ero h a s t a e l -
obtendremos l a ca n t id a d de r e g e n e r a n t e usada
h a s t a e l punto n .
eq u ivalen te del
desde e l
Si m u l t i p l i c a m o s e s t e v a l o r p o r e l peso
r e g e n e r a n t e y l o d i v i d i m o s e n t r e e l volumen
se o b t i e n e
a cabo e l
s i n a h a s t a e l pu nto n .
la
c a n t i d a d n e c e s a r i a de r e g e n e r a n t e -
p r o c e s o por unidad de volumen de l a re
E s t e v a l o r s e co n oc e como n i v e l
de -
r e g e n e r a c i ó n y se d e f i n e en gramos de r e g e n e r a n t e / l i t r o
de -
resin a.
El grado de c o n v e r s i ó n promedio despu és d e l enésim o co r
te
se puede s e r d e t e r m in a r por l a c a n t i d a d de c o n t r a -----
-
75 -
ión
(ión
te .
Si
de
y
la s
se
del
lib e ra d o
la
suman,
se
ha
regen eración )
saber
e l
co c ie n te
g lo b a l
de
lo s
debe
regen era ción
de
e l
e lu id o ,
en
cada
e l
volum en
cantidad
de
to ta l
regen eración
elu id os
encontrar
cum pla
con
de
con versión
ca r
el
n iv e l
de
regen era ción
la s
del
el
un
grado
com o
la
después
un
curvas
por
que
con
niéndose
en
co n tra -ión
iones
ob ten id os
se
p resen te
cada
de
eflu en
una
co rte
-
eq u iva len tes
regenerada.
e fic ie n c ia
b ién ,
d el
m u ltip lica
puede
sid o
c o -io n e s
de
se
La
Ahora
la
con cen tra ción
m uestras
lech o
por
de
en
n iv e l
por
con tra
la
enésim o
punto
b a jo
a lto ,
en tre
lo
el
de
que
ambos
Figura
se
la
determ in a
suma
cu al
-
e l
n iv e l
-
reg en era ción
se
debe
de
parám etros,
2 .8 .
FIGURA 2 8 C A LC U LO G R AFIC O DEL NIVEL DE R EGENERAC IO N
76 -
los
c o r te .
NIVEL DE REGENERACION, g NaHC03/l RESINA
-
de
por
y
-
grafji
o b te ­
En
el
punto
de
in rs e cció n
n iv e l
óptmo
de
regen eración
ra
obten er
debe
a
co n sid era r
gen eran te,
un
que
tiem po
e l
de
p le ta
la
la rg o
en tre
0 .5
Como
ya
in d icó ,
ció n
menor
cabo
que
que
gen erante
la
para
y
5
la
V L /hr
la
por
e ste
regenerante,
ta
agotam iento
de
la
Si
la s
ra r
la
n iv e l
con cen tra ción
mente
en
de
alim en ta ción .
la
puros
y
hacer
a lta s
regenera
de
la
más
p a rte
parcialm en te
f l u i r
que
es
se
rara
f l u j o
un
lo
de
se
de
el
fa c t o r
más
re ­
tener
lo
más
su
com
regenera
se
de
d i f í c i l
em plea
vez
del
regen era ción
a
el
p roceso
un
sep a r¿
lle v a rla
exceso
p ero,
lle v a
de
para
a
re
e v ita r
cabo
has­
no
se
pueden
ra zon a ble,
se
debe
con side
c o n s is te
sim ple­
c o n tr a flu jo ,
la
cu al
regenerante
en
s e n tid o
A sí,
es
p o s ib le
e fic ie n c ia s
en
la
abajo
s o lu ció n
reg en era ción
un
—
resin a .
n ecesa ria s
de
op era ción ,
regenerante
in con ven ien te,
de
un
e l
tien e
S iem pre
d e sp e r d ic io
con
y
m aneja
lo
un
zar,
la
regen era ción
elim in a r
la
el
proceso.
p rin cip a lm en te,
resina
se
de
la
tien e
(2 ).
u n idad,
con d icion es
y,
se
determ in ado
adecuada
p erm itir
sa tu ra ción .
para
la
cu rb as,
m anejo
ob tien e
en tre
un
es
de
G en eralm ente,
ció n
a
se
con ta cto
p o s ib le .
se
fa c ilid a d
que
ambas
para
con cen tra ción
pH
ficie n te m e n te
en tre
h acia
altam ente
regenerada
a rrib a ,
la
co n tr a r io
e flu e n te s
reg en era ción .
Si
el
colum na
regenerada
será
obten er
fondo
de
la
cúspide
- 77 -
de
la
colum na
de
la
alean
y
el
la
m ism a.
al
muy
—
lecho
se
será
zona
—
Cuando
-
la
co r r ie n te
de
resin a
de
que
p roceso
entra
en
pasa
hacia
co n ta cto
abajo,
con
ésta
la
es
últim a
la
más
cantidad
altam ente
reg en era d a .
además
j o
de
obtener
p rop orcion a
a lta s
reg en era ción .
c ia
quím ica
ig u a le s .
v en ta ja
mún
de
a
la
El
das
de
de
p orta n te
Para
e l
op era ción
pureza
C álcu lo
p resión
a
lo s
el
f i j a r
dato
a
es
del
con d icion es
ió n ic o
de
por
de
que
lo s
de
intercam bio,
de
intercam bio
la
con cen tra ción
de
la
f l u j o
la
a
m ism os,
lo
lo
cu al
que
a
ser
m antiene
tra vés
lo s
de
e fic ie n
e sca la
d eterm in ar
l e ­
p é r d i­
im pacta
re s u lta
c o —
de
la s
su
d ire c
muy
im—
m ism os.
f lu jo
para
a
tra vés
h a lla rse
ca lcu la r
com o
resin a
i n i c i a l
en
perm ite
deberá
ten ien d o
del
por
la
tien d en
nos
bombeo,
n iv e le s
c o n tr a flu jo
ob ten id o
diám etro.
s u fic ie n t e
de
e flu e n te
c o n tr a flu ­
b a jo s
p a ra le lo
a
d el
tra vés
de
en
regen eran te.
densidad
(5)
fl u jo
a
a
reg en era ción ,
d el
la s
c á lc u lo
c r it e r i o
e s te
de
c o s to s
la
de
em bargo,
intercam bio
tam ente
n iv e le s
la
op era ción
quím icas
y
con ocim ien to
chos
la
c o n tr a flu jo
d o s ific a c ió n
2 .3 .4 .
m ayores,
e fic ie n c ia s
A m ayores
Sin
en
purezas
datos
(CT ),
d el
ión
- 78 -
en tre
e l
le ch o ,
se
9
m3/ m 2
y
25
diám etro
a d icio n a le s
el
a
d el
f lu jo
elim in a r
a
d el
la
h r;
lech o
capacidad
tra ta r
(C o),
a p lica
la
(G ve),
-
con cen -
tración final (Cf) y el tiempo disponible de operación (T )
La
ca n tid ad ,
en
V
volum en,
RA
=
de
(G ve)
resina
(Co
-
n ecesa ria
C f)
se
ca lcu la
por:
(te)
CT
La
se cció n
se
puede
lo r
de
tra n sversa l
ca lcu la r
la
e l
densidad
del
lech o
diám etro
de
f l u jo
de
es
c ilin d r ic a ,
por
la
colum na
fija n d o
(D)
lo
que
el
va
(Df ).
Gve
D =
2
Df
La
a ltu ra
del
lech o
se
c a lc u la r ía
hT =
por:
4 VRA
D2
Se
recom ienda
b io
ió n ic o
se
mayor
ta l
Si
a ltu ra
la
Df
hasta
(2)
que
encuentre
a ltu ra ,
que
la
del
la s
en tre
pérd id as
lech o
la
a ltu ra
a ltu ra
no
cae
caiga
de
0 .9
y
de
en
una
colum na
2 .0
m .;
p resión
este
dentro
en
lo s
in tercam --
caso
serán
rango,
de
de
se
ser
-
e x ce siv a s .
-
m od ifica rá
-
lím ite s
de
e s ta b le ­
cid o s .
Una
manera
vés
de
como
la
un
rápida
lecho
m ostrada
de
de
en
c a lc u la r
intercam bio
la
F igura
las
pérdidas
ió n ico
2 .9 .
- 79 -
es
de
presión
m ediante
a
tra ­
g r á fic a s
-
FIGURA 2.9. C AID A DE PR ESIO N A T R A V E S DE U N LECH O DE INTERCAM BIO IONICO.
2 .3 .5 .
R e q u e r im ie n t o s de en juague y r e t r o l a v a d o .
El retro la v a d o ,
como su nombre l o
mentando agua desde e l
ind ica,
se l l e v a
a ca bo a l i
fondo de l a columna a t r a v é s d e l
ma de c o l e c c i ó n d e l e f l u e n t e y p e r m i t i é n d o l e s a l i r
t e s u p e r i o r de l a columna.
Los o r i f i c i o s
sist¿
por l a
de s a l i d a no e s t á n
c u b i e r t o s de alg ún medio de r e t e n c i ó n de s ó l i d o s ,
porque o t r o
p r o p ó s i t o d e l r e t r o l a v a d o es remover l a s p a r t í c u l a s f i n a s
r e s i n a y d e s p o j o s de l a misma d e l l e c h o .
na es
impedida por e l
te
del esp acio l i b r e
de r e t r o l a v ¿
s o la m e n te ocupe una par
d i s p o n i b l e so b r e e l
Un buen r e t r o l a v a d o r e q u i e r e mantener e l
- 80 -
de
La p é r d i d a de r e s i ­
c o n t r o l adecuado d e l f l u j o
do para que l a e x p a n sió n de l a r e s i n a
par
lech o.
l e c h o con una ex p a n -
sión del
50% aproximadamente de
15
a
s i ó n o b t e n i d a depende de l a Ley
de
S to k es para e s f e r a s yl a s
v ariab les
in v o lu cra d a s
a.
D iferen cia
b.
Tamaño de l a
c.
V iscosidad
d.
V elocidad l i n e a l
A p artir
tre
son:
de d e n s id a d e n t r e l a
líq u id o .
p a rtícu la .
de f l u j o .
de que l a d e n sid a d y v i s c o s i d a d d e l
la
Los f l u j o s
agua son fu n c i ó n
e x p a n s i ó n o b t e n id a e s s e n s i b l e a l a tem
de r e t r o l a v a d o pueden s e r
a ju sta d o s en­
i n v i e r n o y v e r a n o para e v i t a r p é r d i d a s de r e s i n a .
e l p e r í o d o de r e t r o l a v a d o se t e r m i n a ,
s e p e r m it e que l a s
el
resina y e l
del líq u id o .
de l a t e m p e r a t u r a ,
peratura.
20 min ( 2 ) . Laexpan—
p a rtícu la s
el
flu jo
Cuando
e s detenid o y
se a s i e n t e n a n t e s
de i n i c i a r
-
sig u ie n te paso.
Los l e c h o s de i n t e r c a m b io
tran tes.
i ó n i c o son e x c e l e n t e s medios
C u a l q u ie r s ó l i d o en su s p e n s ió n que p a s e a t r a v é s
d e l l e c h o s e r á r e t e n i d o por e l mismo.
Si
r e s i n a du ran te l a o p e r a c i ó n ,
el
flu jo
c r e a r un punto de b a j a
p o d r ía c o n t r a e r s e e l
r esiste n c ia al
Para e l i m i n a r t o d a s e s t a s p a r t í c u l a s ,
- 81 -
flu jo
su p erficie
a t r a v é s d e l misj
mo p o d r ía s u f r i r e l e v a d a s p é r d i d a s de p r e s i ó n .
d e p o s i t a d a es c o m p r e n s i b l e ,
-
algu n a capa s i g n i ­
f i c a n t e de p a r t í c u l a s e x t r a ñ a s s e forma s o b r e l a
de l a
fil—
Si l a
capa -
lecho o
—
(a can alam ien to).
s e emplea e l r e t r o l a v ¿
do,
com o
m edio
solu cio n es
ñor
a
Otro
10
a
de
tra ta r
ppm
lech o
hasta
la s
d el
que
el
abajo
Otra
etapa
cam bio
el
fondo.
ayudan
de
del
de
la
regenerante
f i j o s
Se
recom ienda
tengan
una
que
tu rb id ez
la s
me—
de
menos
La
a
buena
p reven ir
intercam bio
se
es
a
r e c la s if i c a r
mayor,
e l
tamaño
desde
la
cú spide
c la s if ic a c ió n
de
la s
el
acanalam iento
mueva
y
de
d el
p a rtícu
asegura
u n iform em en te
hacia
—
colum na.
ió n ico
después
lech os
lech o.
retrola va d o
le ch o ,
fre n te
la
d el
del
lech o
en
en
d el
(2 ).
p ro p o sito
p a rtíc u la s
lim pieza
c i c l o
es
e l
de
op era ción
enjuagu e.
reg en era ción ,
rem anente
en
de
le ch o
N orm alm ente,
excep to
e l
un
lech o
en
no
lo s
f i j o
se
lle v a
ca sos
dañara
a
de
en
la
in te r ­
a
cabo
que
el
solu ción
a
t r a t a r .
En
tratam iento
agua
cruda
flu en te,
se
para
em plea
lavado
agua
a
la va r
la
que
y
que
norm alm ente,
e l
le ch o ,
en
la
de
regenerante
de
c o n siste
se
h izo
dos
en
en
pasar
e l
de
hasta
e l
etapas:
hacer
se
tiran do
m ayoría
desm ineralizada
co n s is te
plazam ien to
cidad
aguas,
m ien tras
con cen tra ción
El
de
puede
o
re c ic la n d o
lo s
p ro ceso s
que
se
alcanza
e l
el
—
e -------
qu ím icos
c ie r ta
-
e flu e n te .
la
pasar
in i c i a l
agua
regenerante
- 82 -
em plear
a
es
la
llam ada
m ism a
(com o
uno
des
v e lo —
o
dos
volúm enes
d el
En
la
segunda
para
cep ta b le
etapa
men
es
sin a
y
Las
tiem po
e l
grueso
—
se
aumenta
antes
expu lsar
la
hasta
de
v e lo cid a d
alca n zar
in ic ia r
la
com pletam ente
de
—
una
a-
sig u ien te
cu alq u ier
regenerante.
de
agua
im portante
se
tip o
equ ip o,
de
n ecesa ria
d el
se
tiem pos
d el
de
re sin a ,
se
y
han
in d u s tr ia le s ,
e l
y
tiem po
El
tan to
con
lavado
dem ostrado
ser
quím icos
de
vida
volum en
resin as
de
una
d el
de
de
e l
de
agua
ú t i l
de
agua
de
v o lu —
y
si
la
re
lavado
regen eran te,
f l u jo .
lo s
ca ra cte ­
Si
d e sp e rd icio
v elocid a d
la s
es
in tercam bio.
increm entan
en
lavado
naturaleza
con d icion es
(3)
e l
gran
ruptura.
tem peratura
lavado
de
un
dism inuye
de
para
sistem a
provoca
p a rticu larm en te
M itsu bish i
exp u lsa r
requ erid o
com o
s ig u ie n te s
cesos
lavado,
así
de
para
lech o.
c i c l o ,
rim ien tos
ció n ,
e l
del
e flu e n te
lo s
del
de
s ir v e
del
pequeño,
depende
ño
etapa
e x c e siv o ,
muy
través
re d u cir
ca n tid ad
r í s t i c a
a
Esto
ca lid a d
d el
resid u o
es
le c h o ).
regenerante
f l u j o
La
d el
dise
Los
reque­
de
opera­
tiem pos
a n ió n ica s.
son
recom endadas
a p lic a b le s
como
de
a
por
muchos
tratam iento
-
pro­
de
—
aguas:
Prim era
la
etapa
(d esp la zam ien to).
regen era ción
em pleada
(1
a
2
Misma
VL).
- 83 -
v e lo cid a d
de
f l u jo
que
Segunda etapa
(lavado).
1 0 - 1 5 v e c e s el v o l u m e n d e l l e c h o a
10 V L / h r .
- 84 -
III.
3.1
DISEÑO DEL EQUIPO.
C ON SIDERACIONES GENERALES.
El i n t e r c a m b i o i ó n i c o e s u n p r o c e s o de s e p a r a c i ó n l í q u i d o - s ó
lido que tiene por objeto intercambiar iones del líquido con
los del s ó l id o
(resina),
n a se s a t u r a .
Da d a s las c a r a c t e r í s t i c a s e s p e c i a l e s de este
f e n ó m e n o de i nt er c am b io ,
l l e g a n d o u n m o m e n t o e n q u e la r e s i ­
la m e j o r m a n e r a d e o b t e n e r d a t o s —
c o n f i a b l e s a p l i c a b l e s al d i s e ñ o d e e q u i p o p a r a e s t e p r o c e s o
es a p a r t i r de e x p e r i m e n t a c i ó n en un e q u i p o a p r o p i a d o de l a ­
boratorio.
El o b j e t i v o c e n t r a l de e s t e t r a b a j o e s l a e s p e —
c i f i c a c i ó n d e u n e q u i p o q u e se b a s a en t o d a s l a s c o n s i d e r a —
c i o n e s d i s p o n i b l e s e n la l i t e r a t u r a c o r r e s p o n d i e n t e
3, 4,
5,
10,
11);
(1,
2, -
se p r e t e n d e c o n s t r u i r una p e q u e ñ a u nidad -
de intercambio que nos permite obtener tales datos,
tomando
en c u e n t a las s i g u i e n t e s c o n s i d e r a c i o n e s g e n er al es .
3.2
C A R A C T E R I S T I C A S P R I N C I P A L E S DEL EQUIPO.
3.2.1.
S e l e c c i ó n d e la f o r m a d e o p e r a c i ó n .
La forma de o p e r a c i ó n s e l e c c i o n a d a es de le c h o fijo,
ya que
e s t a o p e r a c i ó n e s la m á s a m p l i a m e n t e u s a d a e n l os e q u i p o s in
dustriales,
las sólidas,
d ad o que no i n v o l u c r a el t r a n s p o r t e de p a r t í c u —
lo cua l re s u l t a s u m a m e n t e c o s t o s o y d i f í c i l
- 85 -
(7)
Así,
los datos o b t e n i d o s
se p u e d e n apli car ,
las condiciones h i d r á ul ic as
siempre y cuando
(flujo y d i s t r i b u c i ó n )
r i m e n t o se m a n t e n g a n e n u n e q u i p o i n d u s t r i a l ;
del e x p e ­
otra ventaja -
d e e s t e e q u i p o e s s u s e n c i l l a o p e r a c i ó n y el m í n i m o n ú m e r o de variables
involucradas,
siendo las principales,
c i o n a d a s c on el f l u j o d e f l u i d o s ,
régimen permanente,
al contrario de equipos a
p o r lo que ya se m e c i o n ó ant eriormente.
E n la m a y o r í a d e l o s c a s o s ,
s o l u c i ó n iónica,
las r e l a ­
es deseable,
al t r a t a r c u a l q u i e r
la e l i m i n a c i ó n d e t o d o s l o s i o n e s
y cationes) presentes,
(aniones
por lo que es n e c e s a r i o e m p l e a r dos -
lechos conectados en serie para llevar a cabo tales procesos
(muy c o m u n e s e n e l t r a t a m i e n t o d e a g u a s ) ;
las c o m b i n a c i o n e s
m á s c o m u n e s de l e c h o s son las sigu ien te s:
a.
Resinas fuertemente ácida-fuertemente básica.
b.
Resinas fuertemente ácida-débilmente básica.
c.
Resinas fuertemente ácida-lecho mixto fuertemente básico-ácido.
Estas c o m b i n a c i o n e s de resi n a s son a m p l i a m e n t e e m p l e a d a s p a ­
r a los s i s t e m a s d e t r a t a m i e n t o d e a g u a s ,
el más
importante,
siendo el primero -
a u n q u e s u c o s t o d e r e g e n e r a c i ó n e s m u y al^
to, p o r lo q u e s e p u e d e o p t a r p o r la o p c i ó n
(b),
especialmeri
te útil para sis t e m a s que no contengan e l e c t r ó l i t o s débiles.
Par a s is t e m a s de e l e v a d a s c o n c e n t r a c i o n e s
-
8 6
-
(50 m g - e q / 1 ó m á s )
s e em plea mucho l a t e r c e r a o p c i ó n .
Ca be a c l a r a r qu e e x i s t e n s i s t e m a s de t r a t a m i e n t o de aguas que
u t i l i z a n h a s t a tr es l e c h o s de i nt erc am bio ,
p ero se o b tienen -
l os m i s m o s r e s u l t a d o s q u e e n l os e q u i p o s d e d o s l e c h o s y la s e l e c c i ó n entre u n o y o t r o sistema par a una a p l i c a c i ó n dada se d a r á e n b a s e a c u e s t i o n e s p u r a m e n t e e c o n ó m i c a s
Asimismo,
en a l g u n a s o t r a s a p l i ca ci on es ,
(9).
s o l o es ne c e s a r i o -
r e c u p e r a r una de las e s p e c i e s p r e s e n t e s en el sist em a;
e s el c a s o de, p o r e j e m p l o ,
la r e c u p e r a c i ó n d e l á c i d o t a r t á ­
r i c o a p a r t i r de d e s e c h o s de la i n d u s t r i a v i t i v i n í c o l a ;
estos casos,
tal -
para
s e c o n t a r á c o n la a l t e r n a t i v a d e o p e r a r s o l o u n o
d e l o s d o s l e c h o s m e d i a n t e el a d e c u a d o j u e g o d e v á l v u l a s .
En conclusión,
se op ta p or do s le ch os de i n t e r c a m b i o ion ic o
c o n e c t a d o s en serie.
3.2.2.
M a t e r i a l e s de con st rucción.
Se d e s e a que el e q u i p o p u e d a m a n e j a r d i v e r s o s t i p o s de s o l u ­
ciones,
de s de á c i d o s y b a s e s f ue rt es en s o l u c i ó n a c uo sa h a s ­
ta solventes o rgánicos poco polares,
como alcoholes,
cuyo —
trata mi en to puede ser una aplicación adicional de este eq ui ­
po.
Pa ra d i s m i n u i r los d a ñ o s po r co rr o si ón ,
se s e l e c c i o n a r á
p a r a ca da pi ez a del e q u i p o el m a t e r i a l m a s r e s i s t e n t e d i s p o —
-
87 -
nible;
así,
las c o l u m n a s de in t e r c a m b i o se r án de vid rio ,
piezas metálicas
( r o t o r de la b o m b a ,
de a c e r o i n o x i d a b l e y las tu b er ía s,
do como C-Flex,
mallas de colección),
q u e e s u n p o l í m e r o d e r i v a d o d e s i l i c o n e s , n¿
por su e l e v a d a
(Mas
flexibilidad y r e s i s te nc ia mecánica.
El r e s t o d e l o s a c c e s o r i o s d e l a t u b e r í a
nes auxiliares)
-
de u n p l á s t i c o d e n o m i n a ­
c e s a r i o p a r a la o p e r a c i ó n d e l a b o m b a q u e s e s e l e c c i o n ó
terflex)
las
(Válvulas y coneccio
se e s p e c i f i c a n en p o l i é s t e r r í g i d o y p o l i p r o ­
pileno,
respectivamente.
El p o l i p r o p i l e n o t i e n e r e s i s t e n c i a
química
s e m e j a n t e a la d e l C - F l e x y e l p o l i é s t e r n o e n t r a en
c o n t a c t o c o n l a s o l u c i ó n p o r q u e l as v á l v u l a s a c t ú a n p o r e s t r a n
g u l a m i e n t o d e la t u b e r í a d e C - F l e x .
3.2.3.
C o n d i c i o n e s de oper aci ón .
Se p r e t e n d e qu e el e q u i p o op ere a t e m p e r a t u r a ambien te ,
ya -
q u e la m a y o r í a d e l a s a p l i c a c i o n e s d e l i n t e r c a m b i o i ó n i c o a
estas condiciones,
a u n q u e e s i m p o r t a n t e t e n e r e l d a t o d e la
t e m p e r a t u r a a q u e se e f e c t u ó a l g u n a p r u e b a ,
p r o p i e d a d e s d e la r e s i n a
ya q u e c i e r t a s -
(física, p r i n c i p a l m e n t e )
s o n afecta,
d a s p o r la t e m p e r a t u r a y p u e d e n p r o v o c a r v a r i a c i o n e s e n los
resultados obtenidos en algunas pruebas o pe ra ti va s
de presión,
Asimismo,
operación,
(pérdidas
c u r v a d e r u p t u r a , n i v e l de r e g e n e r a c i ó n ,
etc.).-
n o s e p r e t e n d e el m a n e j o d e e l e v a d a s p r e s i o n e s de
y a q u e e s t a m o s m a n e j a n d o l í q u i d o s y,
má s adelante,
c o m o se verá
las p é r d i d a s de p r e s i ó n a t r a v é s de c a d a lec ho
- 88 -
de i n t e r c a m b i o s o n r e l a t i v a m e n t e b a j a s .
Sin embargo,
es n e ­
c e s a r i o i n s t a l a r u n s i s t e m a q u e n o s p e r m i t a la m e d i c i ó n de las p é r d i d a s
a t r a vé s del si stema,
debido a que esta deter­
m i n a c i ó n en t r a d e n t r o de las pr u e b a s q ue se p r e t e n d e n r e a l i ­
z a r e n la u n i d a d ,
c o m o lo v e r e m o s m á s a d e l a n t e .
cación más detallada de cada uno estos medido r es
L a especif¿
se v e r á m á s
adelante.
3.2.4.
F l e x i b i l i d a d d el e q u i p o .
Se p r e t e n d e t a m b i é n que este e q u i p o sea f á c i l m e n t e de sa rm ab l e p a r a p o d e r e f e c t u a r r á p i d a m e n t e los c a m b i o s n e c e s a r i o s
de la r e s i n a ,
d e p e n d i e n d o est o del si s t e , a a tra tar ,
y a que
e x i s t e n t a n t o s i n t e r c a m b i a d o r e s i ó n i c o s c o m o s o l u c i o n e s hay.
P o r é s to ,
se pr e ten de,
inicialmente,
la u t i l i z a c i ó n d e las -
r es in as de i n t e r c a m b i o ióni co m ás c o m u n e s en el ár ea de tra ­
t a m i e n t o de aguas,
l a s c u a l e s s e m u e s t r a n e n l a s i g u i e n t e --
lista.
a.
Resinas macroreticulares.
I n t e r c a m b i a d o r e s c a t i ó n i c o s f u e r t e m e n t e á c i d o s Ambej:
l it e 200 y 2000.
Intercambiadores aniónicos débilmente b á s ic os Amberl i t e I R A - 9 3 y S t r a t a b e d 93.
b.
R e s i n a s t i p o gel.
Intercambiador catiónico fuertemente ácido Amberlite
- 89 -
I R -1 2 0 P l u s .
-
I n t e r c a m b i a d o r e s a n i ó n i c o s f u e r t e m e n t e b á s i c o s Amber
lit e IR A -90 0 e IRA 900-C.
Intercambiadores catiónicos débilmente ácidos Amberl i t e I R C - 8 4 y S t r a t a b e d 84.
Cabe a c l a r a r que es ta s re s i n a s s o n las q u e se p r o d u c e n norma l
m e n t e en la p l a n t a A p i z a c o de R o h m an d H a a s Co.,
p o r lo que se
e nc ue nt ra n disponibles inmediatamente.
O t r o p u n t o a f a v o r d e la f l e x i b i l i d a d d e e s t e e q u i p o s e m e n ­
c i o n ó e n e l a p a r t a d o a n t e r i o r y e s e l r e f e r e n t e a l os m a t e —
rial es de c o n s t r u c c i ó n que nos p e r m i t i r á m a n e j a r un a amplia
v a r i e d a d de líquidos.
3.2.5.
Versatilidad de Equipo.
S e p r e t e n d e q u e e s t e e q u i p o s e a c a p a z d e p r o p o r c i o n a r n o s la
m á x i m a c a n t i d a d d e i n f o r m a c i ó n p o s i b l e s o b r e u n a s o l u c i ó n de
t e r m i n a d a y, e n el d i s e ñ o d e t a l l a d o d e s u s p a r t e s ,
se deb e -
to m a r en c u e n t a q ue sir va a los s i g u i e n t e s p ro pó si to s:
D e t e r m i n a c i ó n de las p r o p i e d a d e s h i d r á u l i c a s del siste
ma de i n t e r cambio iónico a estud ia r;
c l u y e n a:
a.
C aída de p r e s i ó n .
- 90 -
tales pruebas
in­
b.
E x p a n sión
v o lu m é trica .
C á l c u l o de las c o n d i c i o n e s ó p ti ma s de o p e r a c i ó n para el
sistema analizado,
e n f u n c i ó n de la n a t u r a l e z a c u a n t i y
c u a l i t a t i v a d e s e a d a e n el p r o d u c t o .
Estas condiciones
s e r í a n las sig ui e nt es :
a.
Flujo óptimo
( V L / h r ) q u e p e r m i t a la m á x i m a u t i l i z a —
c i ó n d e la r e s i n a d o n d e V L es v o l ú m e n e s d e l e c h o .
b. T i e m p o d e o p e r a c i ó n
(Ruptura) p a r a o b t e n e r p r o d u c t o s
con características
dadas,
particu la rm en te en siste
mas m u l t i c o m p o n e n t e s .
c. N i v e l ó p t i m o d e r e g e n e r a c i ó n
( C o m b i n a c i ó n e n t r e máx¿
m a e f i c i e n c i a q u í m i c a y n i v e l d e c o n v e r s i ó n de l a Re^
s i n a ).
Pruebas con sistemas de intercambio no acuosos.
P r u e b a s u s a n d o r e s i n a s de i n t e r c a m b i o i ó n i c o par a otr as
operaciones
3 .2 . 6 .
(Catálisis,
e x c l u s i ó n y r e t a r d a c i ó n iónica).
Propuesta de equipo.
El e q u i p o q u e s e p r o p o n e p a r a s e r v i r a l o s p r o p ó s i t o s a n t e s
mencionados,
c o n s i s t e de los s ig u i e n t e s e l e m e n t o s p r i n c i p a ­
les :
a.
U n p a r de c o l u m n a s d e i n t e r c a m b i o i ó ni c o .
b.
S i s t e m a de b o m b e o p a r a r e g e n e r a c i ó n y a l i m e n t a c i ó n d e las columnas.
- 91
-
c.
S i s t e m a s de m e d i c i ó n de c o nc en tr ac i ó n,
temperatura y —
p é rd id as de presión.
d.
S i s t e m a de tanques.
e.
S e r v i c i o s a u x i l i a r e s de r e t r o l a v a d o y e n j u a g u e .
El e q u i p o d e b e s e r f á c i l m e n t e d e s a r m a b l e p a r a p o d e r e f e c t u a r
los c a m b i o s n e c e s a r i o s p a r a l l e v a r a c a b o l a s p r u e b a s d e i n ­
tercambiadores iónicos
(resinas) y s o l u c i o n e s de interc am bio .
La descrip ci ón detallada de cada parte del e q u i p o se ve a con
tinuación.
3.3
EQUI PO PRINCIPAL.
3.3.1.
C o l u m n a s d e i n t e r c a m b i o i ó ni c o .
El m a t e r i a l d e a m b a s c o l u m n a s s e r á v i d r i o d e b o r o s i l i c a t o —
construcción gener al de equipo de laboratorio)
d e 1.0 m y un d i á m e t r o i n t e r n o d e 5 . 0 8 cm.
de una al tu ra
(2 p u l g ) .
Las —
d i m e n s i o n e s se j u s t i f i c a p o r lo siguiente:
La a l t u r a d e 1 . 0 m.
es s u f i c i e n t e par a c o n t e n e r a las a l t u ­
ras m í n i m a s de l e c h o r e c o m e n d a d a s po r P er r y
(1);
estas altu­
r a s m í n i m a s s e h a n e s t a b l e c i d o e n f u n c i ó n a l a s a l t u r a s de la
zona de t ra nsferencia de masa
(MTZ) m á s c o m u n e s d e a c u e r d o a
l a s c o n d i c i o n e s d e f l u j o e m p l e a d a s e n la m a y o r í a
de los p r o ­
c e s o s d e i n t e r c a m b i o i ó n i c o i n d u s t r i a l e s q u e l o g r a n l a s máx¿
- 92 -
m a s e f i c i e n c i a s d e c o n v e r s i ó n d e la r e s i n a .
tura s m e n o r e s de las r ec om e n d a d a s ,
Asimismo,
a al­
los t i e m p o s de rupt ura —
se rí a n m u y p e q u e ñ o s y los r e s u l t a d o s o b t e n i d o s de es ta colu m
na n o s e r í a n r e p r e s e n t a t i v o s .
todos los dispositivos
En esta altura,
internos auxiliares para
bo los servicios de retrolavado,
se c o ntemplan
llevar a c a ­
enjuague y regeneración.
El d i á m e t r o i n t e r n o d e c a d a c o l u m n a s e e s t a b l e c i ó d e a c u e r d o
a las c o n s i d e r a c i o n e s e n c o n t r a d a s en d i s t i n t a s r e f e r e n c i a s hemerográficas
(10,
12) q u e s e r e f i e r e n a p r o t o t i p o s d e e qu i
p o s q u e s e a p l i c a n e n o p e r a c i o n e s d e i n t e r c a m b i o i ó n i c o a e¿
cala de laboratorio.
Est e d i á m e t r o se j u s t i f i c a p o r el h e —
c h o de q u e es s u f i c i e n t e m e n t e p e q u e ñ o (5.08 cm)
para no pre­
s e n t a r p r o b l e m a s en la d i s t r i b u c i ó n de f l u j o y lo s u f i c i e n t e
mente gra nd e para evitar que los resultados experimentales s e a n a f e c t a d o s p o r el e f e c t o d e p a r e d
acanalamiento,
(1) o e l f e n ó m e n o de -
q u e o c a s i o n a d e s v i a c i o n e s r e s p e c t o a los re—
s u l t a d o s reales.
El m e c a n i s m o d e d i s t r i b u c i ó n e m p l e a d o e n e l i n t e r i o r d e la c o l u m n a s e r á u n a p l a c a de v i d r i o p e r f o r a d o
( f i l t r o interno)
so br e el cua l c a e r á el flu jo de l íq ui do y se d i s t r i b u i r á por
los o r i f i c i o s del mismo.
P a r a a s e g u r a r l a d i s t r i b u c i ó n óptj_
m a , se c o l o c a r á u n a c a p a d e 1 a 2 cm. d e f i b r a d e v i d r i o s o ­
b r e el l e c h o d e la r e s i n a .
Por otra parte,
el s i s t e m a d e —
c o l e c c i ó n del e f l u e n t e será p o r m e d i o de una m a l l a d e acer o
- 93 -
i n o x i d a b l e com o s o p o r t e y o t r a ca pa de fi br a de v i d r i o bajo
la m a l l a ,
s ie n d o est a ú l t i m a la r e s p o n s a b l e de la colec ci ón;
e l f o n d o d e la c o l u m n a s e c e r r a r á p o r m e d i o d e u n t a p ó n de hule con
l a s p e r f o r a c i o n e s n e c e s a r i a s p a r a c a d a u n o d e los -
s e r v i c i o s a u xiliares de regeneración,
enjuague y retrolavado
Pa ra las eta p a s de r e t r o l a v a d o y en ju ag ue,
p e r f o r a c i ó n l a t e r a l a la c o l u m n a
columna)
lecho;
se c u e n t a con una
(a 8 cm. b a j o e l t o p e de la
p a r a q u e e l a g u a d e r e t r o l a v a d o p u e d a a b a n d o n a r el
así mismo,
el t a p ó n s u p e r i o r c u e n t a c o n u n a c c e s o p a ­
ra el a g u a e m p l e a d a en el e n j u a g u e de la r e s i n a
-
94
(Figura
3.1)
FIGURA 3.1. COLUMNA DE INTERCAMBIO IONICO.
Acot: m m
E s c 1 '2
3 .3 .2 .
S e l e c c i ó n y c á l c u l o de l a bomba.
Primeramente,
de r m a n e j a r ,
t e n e m o s q ue d e t e r m i n a r q ue f l u j o d e b e m o s de p o
aunque solo sea de una manera aproximada.
s á n d o s e en la r e c o p i l a c i ó n de S c h w e i t z e r
(2),
Ba—
debemos poder
m a n e j a r u n r a n g o d e f l u j o d e e n t r e 15 y 80 V L / h r ;
este ran­
g o e s e s t a b l e c i d o d e a c u e r d o a la c a i d a d e p r e s i ó n p e r m i s i —
ble
(50 a 4 2 7 m m H g p o r m e t r o d e p r o f u n d i d a d d e l e c h o )
(4) y
al a l c a n c e de u n a d e c u a d o g r a d o de u t i l i z a c i ó n d e la r e s i n a
(70 a 8 5 % d e s u c a p a c i d a d l i m i t e ) .
El v o l u m e n d e r e s i n a c o n t e n i d o e n la c o l u m n a e s t a r á d a d o p o r :
VRA =
(-H-/4)
(D2 ) < h T )
El v a l o r o b t e n i d o d e V e s d e 1 . 2 1 6 1; se a p l i c a m o s
tes recomendados,
( 3 04 .2 m l / m i n )
tos va l o r e s ,
tendremos un flujo míni mo de
y m á x i m o d e 9 7 . 2 8 1 /h r
como podemos observar,
los lími­
18 .2 4 1/hr —
(1621.46 ml/min);
son muy pequeños,
es—
y se -
t i e n e la n e c e s i d a d d e p o d e r m o d i f i c a r r á p i d a m e n t e e l f l u j o d entro de este rango,
p o r l o q u e se s e l e c c i o n ó u n a b o m b a d e l
tipo M a st er fl ex
que c u e nt a con las s i g u i e n t e s c a ra ct e
(14),
rísticas.
M a n e j o de p e q u e ñ o s f l u j o s
(0.06 a 22 80 m l / m i n ) .
E s t a s b o m b a s b a s a n s u c a p a c i d a d r e g u l a d o r a d e f l u j o en la v¿
- 96 -
r i a c i ó n de la v e l o c i d a d
bomba;
(o sea,
del vo l t a j e )
d e l r o t o r d e la
c a d a r e v o l u c i ó n d e la c a b e z a d e la b o m b a i m p u l s a u n a
c a n t i d a d de f l u i d o p r e c i s a m e n t e m e d i d a y las r p m del roto r se c o n t r o l a n p o r m e d i o d e u n a p e r i l l a e s p e c i a l c o n c a r á t u l a ;
el g r a d o d e p r e c i s i ó n d e
l a m e d i d a es d e 0 . 5 r p m
como máximo.
u n a v i s i ó n m á s a x á c t a d e la f o r m a -
Para tener
de ope ra r de una bomba M as te rf le x
del rot or
( F i g u r a 3.2).
Las bombas en cuestión nos permiten,
m e d i a n t e la ad i c i ó n
d e c a b e z a s d e b o m b e o a l r o t o r d e la m i s m a ,
aumentar e l —
f l u j o m á x i m o que m e n c i o n a m o s t i e n e la b o m b a c u an do asi se requiera.
P a r a c o m p l e t a r la s e l e c c i ó n d e la b o m b a ,
camente,
se calculan,
teóri­
las p é r d i d a s a t r a v é s de los dos l e c h o s de res in a -
de i n t e r c a m b i o i ó n i c o q u e p u e d e o p e r a r el s i s t e m a a q u í p r o —
puesto.
La e v a l u a c i ó n de ta l e s p é r d i d a s se h a r á
la e c u a c i ó n de L e v a
este trabajo;
(1),
e x p l i c a d a en la s e c c i ó n
aplicando 1.3.2. de -
los d a t o s n e c e s a r i o s para a p l i c a r la e c u a c i ó n
se e x t r a e n d e l a t a b l a de e s p e c i f i c a c i o n e s d e r e s i n a s de
Rohn and Haas
tar,
tomaremos
—
(4) y p a r a l a s p r o p i e d a d e s d e l s i s t e m a a t r a —
las del agua,
s i s t e m a s de i n t e r c a m b i o .
q u e e s el s o l v e n t e m á s c o m ú n e n
L o s d a t o s s e r á n lo s s i g u i e n t e s -
La r e s i n a s e l e c c i o n a d a s e r á la D i a i o n I R - 1 2 0 ,
pa ra t r a t a m i e n t o de a g u a s ,
t i p o Gel,
ideal
c o n un d i á m e t r o de p a r t í c u l a de -
- 97 -
F I G U R A 3.2. O P E R A C I O N D E L A B O M B A M A S T E R F L E X
(1 ) SUCCION
( 2) PASO POR EL IMPULSOR
( 3 ) DESCARGA
0 . 5 5 m m.
y un vac í o vo l u m é t r i c o
(E) de 4 1 %
( 0 . 41 ) .
Las pér
d i d a s s e c a l c u l a n p o r la e c u a c i ó n de L e v a (C a p í t u l o 1).
El f l u j o q u e d e b e d e m a n e j a r n u e s t r o s i s t e m a ,
la r e c o m e n d a c i ó n d e S c h w e i t z e r
de acuerdo con
(2), e n t r e 15 y 8 0 V L / h r .
Si
a p l i c a m o s é s t o a n u e s t r o v o l u m e n d e l e c h o d e 1 . 2 6 1, e l f l u j o
q u e d e b e m o s m a n e j a r s e r á d e e n t r e 19 y 101
1/hr
(315 y 1685
m l / m i n ).
De a c u e r d o a los r e s u l t a d o s o bt eni dos ,
c a d a le c h o será de 122 m m Hg.;
la p é r d i d a m á x i m a de -
así, si c o n s i d e r a m o s t a m b i é n -
q u e el r e s t o d e l o s a c c e s o r i o s p r o v o c a p é r d i d a s d e 5 1 7 m m H g
adicionales,
la p r e s i ó n n e c e s a r i a de d e s c a r g a
r á d e 7 7 6 m m Hg,
(Pd m í n i m a )
se
l o c u a l n o s d a r á la p a u t a p a r a s e l e c c i o n a r
la b o m b a adecu ad a.
La b o m b a s e l e c c i o n a d a es del tip o M a s t e r f l e x
N-07524-00
(14) c o n c u e r p o e n s u l f u r o d e p o l i f e n i l o y c a b e z a
de acero inoxidable
3.4
(14), m o d e l o —
(N-07018-52).
EQUIPO AUXILIAR.
3.4 . 1 .
Sis tema de r e t r o l a v a d o y enjuague.
P a r a m a n e j a r el a g u a n e c e s a r i a p a r a e s t a s d o s o p e r a c i o n e s ,
utilizará un rotámetro en línea,
-
99 -
se
c o n e c t a d o a la l í n e a d e t u b e
ría plásti ca .
El a g u a s e t o m a r á d i r e c t a m e n t e d e u n g r i f o --
del laboratorio;
l os f l u j o s a e m p l e a r s e t o m a n e n f u n c i ó n de
l a s r e c o m e n d a c i o n e s d e M i t s u b i s h i C h e m i c a l I n d u s t r i e s L td —
(3), c o m o s i g u e .
El agua e m p l e a d a e n e l l a v a d o s e r á e n t r e
10 y 15 v e c e s el --
v o l u m e n de la r e s i n a a d i s t i n t a s v e l o c i d a d e s ,
y a q u e la p r i ­
m e r a p a r t e d e l e n j u a g u e e s a la m i s m a v e l o c i d a d q u e el r e g e ­
nerante
(2 v e c e s el v o l u m e n d e l l e c h o ) ,
13 VL) a,
aproximadamente,
y el r e s t o
(de 8 a
17 1/hr.
El t i e m p o t o t a l d e e n j u a g u e s e r á de, a p r o x i m a d a m e n t e ,
1.5 —
h r ., a u n q u e l a s c o n d i c i o n e s f i j a d a s p u e d e n c a m b i a r d e a c u e r ­
do a la c o n d i c i ó n d e l a r e s i n a .
do
(muy b r e v e o c o n p o c a a g u a ) ,
Si el e n j u a g u e n o e s a d e c ú a
podemos a c e l e r a r el proc e s o
de d e g r a d a c i ó n d e la r e s i n a y d i s m i n u i r s u c a p a c i d a d .
P a r a el f l u j o m á x i m o d e a g u a q u e t e n e m o s q u e m a n e j a r
min),
(300 m i /
s u g e r i m o s e m p l e a r un r o t á m e t r o c o m p a c t o c o n fl ot a d o r -
de v i d r i o
(Número Colé Parmer 03230-14),
nejar entre
10 y 8 5 0 m l / m i n .
c o n c a p a c i d a d de
Este r o t á m e t r o nos
servirá tam
b i e n p a r a m a n e j a r e l f l u j o de a g u a d e r e t r o l a v a d o q u e v a r i a ­
rá d e p e n d i e n d o d e la r e s i n a ,
pero deberá prov oc ar una e x pa n­
s i ó n d e la r e s i n a d e u n 50%,
a p r o x i m a d a m e n t e d u r a n t e un tie m
p o de e n t r e
15 y 20 m i n .
- 100 -
3 .4 .2 .
S ist e m a de T a n q u es.
P ar a p o d e r d i m e n s i o n a r a p r o x i m a d a m e n t e los t a n q u e s n e c e s a r i o s
p ara la o p e r a c i ó n de este equipo,
tendremos que suponer algún
s i s t e m a p a r a t r a t a r p a r a v e r e n c u a n t o t i e m p o se p u e d e a g o t a r
la r e s i n a c o n l a q u e c o n t a m o s e n e l l e c h o .
Sea un a gua c o m ú n de río que co n t e n g a 8 m g - e q / 1 de dur ez a —
total
(en t é r m i n o s d e C a C 0 3 ), la c u a l v a m o s a t r a t a r c o n la
r e s i n a de R o h m a n d H a a s
d a d e s s on .
IR-12 0 en form a ácida,
cuyas propie­
(3)
Dp = 0.55 m m .
E
=0.41
C T = ( Ca p a c i d a d de i n t e r c a m b i o en m g- e q / 1 )
= 1.9
El c á l c u l o de la c a p a c i d a d p a r a c a d a t a n q u e s e h a r á de l a
si
g u í e n t e forma:
a.
C a l c u l a r p r i m e r o la c a n t i d a d t o t a l d e i o n e s q u e se p u e ­
d e n e l i m i n a r c o n el l e c h o l l e n o d e r e s i n a
1 20 );
esta c a n t i d a d se de no m i n a c o m o Q T :
Q t = (1.2)
b.
( 1 . 2 1 de I R -
(1000)
(1.9) = 2 3 1 0 m e q / 1
L a c a n t i d a d de a g u a q u e s e p u e d e t r a t a r p o r c i c l o s e —
c a l c u l a p o r d i v i d i r Q t e n t r e It y e l r e s u l t a d o s e d e n o -
- 101 -
m i n a V t y,
en est e caso,
es igual a 289 1 agu a/ciclo.
C o m o p r e v i a m e n t e h a b í a m o s f i j a d o el r a n g o d e f l u j o q u e podí¿
mos manejar,
se p u e d e n c a l c u l a r los l í m i t e s m á x i m o y m í n i m o
d e l t i e m p o d e o p e r a c i ó n p o r m e d i o d e la d i v i s i ó n d e l v o l u m e n
d e a g u a a t r a t a r e n t r e la v e l o c i d a d d e f l u j o ;
o b t i e n e u n t i e m p o de o p e r a c i ó n de en t r e
c o n ésto,
2 y 3 hr.,
se -
aproxima­
damente .
L o s t a n q u e s n e c e s a r i o s s e r á d e 3 0 0 1, a p r o x i m a d a m e n t e ,
s i t á n d o s e u n o p a r a la a l i m e n t a c i ó n
problema)
y o t r o p a r a la d e s c a r g a
cho de regeneración),
nece­
(regenerante y solución (solución tratada y dese—
cuando menos.
El t a m a ñ o d e e s t o s t a n ­
q u e s s e r á d e 1 . 0 m d e a l t u r a p o r 0 . 7 m.
de diáme tr o,
en a c e ­
r o al c a r b ó n r e c u b i e r t o d e u n m a t e r i a l a n t i c o r r o s i v o
(prima­
r io ) r e s i s t e n t e a á c i d o s ,
bases y solventes.
Este equipo no
se solic it ó en acero inoxidable porque r es ul ta rí a sumamente
c o s t o s o y l o s r e s u l t a d o s q u e s e o b t i e n e n c o n el m a t e r i a l s e ­
leccionado son satisfactorios para aplicac io ne s
semejantes -
(1).
3.5
EQ UI P O DE MEDICION.
3.5.1.
S i s t e m a de m e d i c i ó n de la c o n c e n t r a c i ó n .
Como en e l p r o c e s o de s e p a r a c i ó n que se c o n s i d e r a n os i n t e -
-
102 -
r es a ,
principalmente,
la c o n c e n t r a c i ó n d e l a s e s p e c i e s ión¿
c a s e n el e f l u e n t e d e l a c o l u m n a ,
de d e t e c c i ó n de la m i s m a ,
de i n t e r c a m b i o .
timétrica
es n e c e s a r i o un sistema -
c o n e c t a d o en l í n e a co n el equ ipo
Tal sistema consistiría
en una celda conduc
i n s t a l a d a a la s a l i d a d e l s e g u n d o l e c h o y a que, —
en el c a s o d e t r a t a m i e n t o de a g u a s ,
c i ó n t o t a l de iones.
Asimismo,
nos int e r e s a la e l i m i n a ­
la d e t e c c i ó n e i n d i c a c i ó n d e
la c o n c e n t r a c i ó n d e b e s e r r á p i d a y f á c i l d e i n t e r p r e t a r p a r a
q u e se p u e d a n t o m a r v a r i o s d a t o s d u r a n t e u n a c o r r i d a ,
lo cua l
f a c i l i t a la c o n s t r u c c i ó n d e g r á f i c a s y l a d e t e c c i ó n d e l m o m e n
to e x a c t o de la a p a r i c i ó n de d e t e r m i n a d o ió n e n el e f l u e n t e
(r u p t u r a ).
El e q u i p o
s e l e c c i o n a d o p a r a este fin es un m e d i d o r de c o n du c
tividad digital m ar c a Conductronic m o de lo CI-50 con celda —
co nd uc t i m é t r i c a CIT/I.
E st e i n s t r u m e n t o se co lo c a en línea
c o n e l e q u i p o p r i n c i p a l y p r o p o r c i o n a la c o n c e n t r a c i ó n d e —
los iones en p p m de CaCOj.
3.5.2.
D e t e c t o r e s de t e m p e ratura y c a í d a de presión.
S e i n s t a l a r á u n t e r m ó m e t r o a la e n t r a d a d e l s e g u n d o l e c h o
pa
r a c o n o c e r la t e m p e r a t u r a d e l l í q u i d o q u e e s t a m o s a l i m e n t a n ­
do,
la c u a l
se d e b e d e r e p o r t a r j u n t o c o n l o s r e s u l t a d o s de
l a s p r u e b a s p o r q u e l a s p r o p i e d a d e s f í s i c a s d e la r e s i n a s o n afectadas por la temperatura,
-
siendo ésto ú l ti mo especialmen
103 -
t e n o t a b l e e n l a s d i s t i n t a s t e m p o r a d a s d e l año.
Se p i e n s a -
u t i l i z a r un t e r m ó m e t r o d i g i t a l c o n un r a n g o de t em pe r a t u r a
e n t r e - 2 0 y 70°C, N ú m e r o d e C a t á l o g o C o l e - P a r m e r N - 0 8 4 4 0 9 - 0 0 .
P a r a m e d i r las p é r d i d a s de fl u jo a t r a v é s d e am bo s lechos,
-
s e c o n e c t a r á u n p a r d e m a n ó m e t r o s e n "U" l l e n o s c o n t e t r a c l o
ruro de carbono
( C C 1 4 ); l a s r a m a s del m a n ó m e t r o s e c o n e c t a —
r án en c ad a e x t r e m o de c a d a columna,
contando cada rama con
v á l v u l a s d e e s t r a n g u l a m i e n t o p a r a p o d e r a i s l a r al l í q u i d o m a n o
m é t r i c o d e la c o r r i e n t e d e t r a b a j o ,
principal.
pulg.
c u a n d o se p are el e quipo
L o s m a n ó m e t r o s s e r á n de t u b o de v i d r i o de 3/8 —
d e d i á m e t r o y d e 1 m.
C C l ^ d e b i d o a su S G
de longitud;
(1.595),
s e u t i l i z a r á el
lo cual nos a s e g u r a q u e no se -
m e z c l a c o n el a g u a d e l s i s t e m a q u e p u d i é r a m o s e s t a r t r a t a n d o ;
as í m i s m o ,
su c o s t o e s m u c h o m á s b a j o q u e e l d e l m e r c u r i o y
n o s da u n a m a y o r s e n s i b i l i d a d
para detec ta r pérdidas lige—
ras.
3.6
T u b e r í a y accesorios.
D e a c u e r d o a l a b o m b a s e l e c c i o n a d a y a l f l u j o q u e se p i e n s a
manejar,
se e s c o g e la t u b e r í a e s p e c i a l en C-Fl ex,
mencionó,
9 . 5 mm.
en calibre
c o m o y a se
18, q u e t i e n e u n d i á m e t r o n o m i n a l de —
e i n t e r i o r d e 7 . 9 mm.
L a u t i l i d a d d e la t u b e r í a
de C - F l e x r a d i c a e n e l h e c h o de s u
-
104 -
f le xi bi li da d y resistencia mecánica,
i n d i s p e n s a b l e para o p e ­
r a c i o n e s c o n b o m b a s d el t i p o M a s t e r f l e x ,
tencia química
a s í c o m o a s u resis;
(14).
L a c a n t i d a d n e c e s a r i a d e t u b e r í a f l e x i b l e s e r á d e u n o s 23 m
(75 p i e )
y se r e q u e r i r á n u na se ri e de c o n e c c i o n e s com o codo s,
v á l v u l a s de paso,
tees y uniones,
las c u a l e s se e s p e c i f i c a n
a continuación:
To d a s es t a s p iezas se f a brican en p o l o p r o p i l e n o ,
de las válvulas,
moplástico
a excepción
los c u a l e s s o n f a b r i c a d o s en p o l i e s t e r t e r -
(P B T ) y q u e a c t ú a n p o r e s t r a n g u l a m i e n t o d e la s e c
c i ó n t r a n s v e r s a l d el t u b o p a r a m o d i f i c a r e l f l u j o .
PIEZA
diám.
Copies
Int.
Cant.
6-8 mm
12
8 mm
12
8 mm
5
Codos
8 mm
20
Válvulas
8 mm
12
Tees
Conecc.
de 4 vías
TAB L A 3 1 C O N E C C I O N E S AUXILIARES
-
105
-
3 .7
DIAGRAMA DEL EQUIPO.
E n la F i g u r a 3 . 3 s e m u e s t r a la d i s p o s i c i ó n f i n a l d e c a d a u n o
de las p a r t e s h a s t a aquí me n c i o n a d a s ,
necciones y arreglos.
-
106 -
m o s t r a n d o t o d a s sus c o
FIGURA 3.3. EQUIPO PROPUESTO
T1
CLAVE:
T I.
Tanque de a l i m e n t a c i ó n .
T2 .
T a n q u e de r e c e p c i ó n de producto.
B1 .
Bomba Masterflex.
MI
M2.- Manómetros Diferenciales.
Cl
C2.- Columnas de Intercambio.
IT.
In dicador de tem pe ra tu ra .
IF.
Rotámetro.
IC.
Conductímetro.
TM. -
T o m a de m u e s t r a s .
-
108 -
IV . CONSIDERACIONES ECONOMICAS.
El m a t e r i a l n e c e s a r i o p a r a m o n t a r el e q u i p o p r o p u e s t o en e l
capítulo precedente se lista a continuación,
cada pieza.
describiéndose
Se i n c l u y e su c o s t o y t i e m p o de a d q u i s ic i ó n.
-
109
-
4.1. E q u i p o principal.
CANTIDAD
DESCRIPCION
COSTO
OBSERVACIONES
C O L U M N A S DE VIDRIO-BOROSIUCATO
D E 5 c m D E D I A M E T R O INTERIOR
P O R 1 m. D E A L T U R A , D O T A D A S D E F I L T R O
2
I N T E R N O Y SA L I D A LATERAL,
$360,000.00
MN.
FABRICACION NACIONAL
ENTREGA EN UNA SEMANA
T A N Q U E S D E A C E R O A L C A R B O N O D E 350 I
SE REQUIERE HACER PAG O
( 5 0 c m D E D I A M E T R O P O R 1080 c m D E
A N T I C I P A D O D E L 50 %
A L T U R A )RECUBIERTOS C O N U N PRIMER
2
D E L V A L O R T O T A L Y LIQUIDAR
ANTICORROSIVO
$1,600,000 0 E L R E S T O A L A E N T R E G A .
M.N
FABRICACION NACIONAL
E N T R E G A E N 45 D I A S
B O M B A TIPO M A S T E R F L E X F A B R I C A D A E N
1
SE REQUIERE HACER PAGO
S U L F U R O D E P O L I F E N I L O (07524-00)
$1,465 0 0
R O T O R D E A C E R O I N O X I D A B L E (07018-52)
U S D
ANTICIPADO D E L 50 %
D E L V A L O R T O T A L Y LIQUIDAR
EL R E S T O A LA E N T R E G A
FABRICACION ESTADOUNIDENSE
E N T R E G A E N 45 D I A S
-
11 0
-
4.1. E q u i p o principal (Continuación).
CANTIDAD
COSTO
DESCRIPCION
R E S I N A S D E I N T E R C A M B I O IONICO
2 LITROS
M A R C A A M B E R L I T E ( R O H M A N D HAAS)
D E C A D A U N A IRA 93. 900, 900C, 4 0 2 V 4 0 2 C
$ 1,700,000 00
S T R A T A B E D 93, 120 P L U S Y 84
M N
FABRICACION ESTADOUNIDENSE
E N T R E G A INMEDIATA
E S T R U C T U R A METALICA D E A C E R O AL C A R B O N
FORM A D A POR UNA MESA DE TRABAJO Y UNA
J A U L A D E S O P O R T E CUBIERTA C O N FIBRACELL
1
$ 1,000,000 0
P A R A S O P O R T A R A L EQUIPO.
M N
FABRICACION NACIONAL
E N T R E G A E N 7 DIAS
-
111
-
OBSERVACIONES
4.2. E q u i p o d e medición.
CANTIDAD
1
DESCRIPCION
COSTO
OBSERVACIONES
M E D I D O R DIGITAL D E C O N D U C T I V I D A D
SE REQUIERE HACER PAGO
M A R C A C O N D U C T R O N I C M O D E L O CI-50
A N T I C I P A D O D E L 50 %
C O N C E L D A C O N D U C T I M E T R I C A CIT/I
D E L V A L O R T O T A L Y LIQUIDAR
$ 900 0 0 U S
EL R E S T O A LA ENTREGA.
FABRICACION E S T A D OUNIDENSE
E N T R E G A E N 45 DIAS.
1
T E R M O M E T R O DIGITAL C O L E - P A R M E R
SE REQUIERE HACER P A G O
(-20 A 70 oC) M O D E L O 08409-00
A N T I C I P A D O D E L 50 %
FABRICACION ESTAD O U N I D E N S E
$120 00 U S .
D E L V A L O R T O T A L Y LIQUIDAR
EL R E S T O A LA ENTREGA.
E N T R E G A E N 45 D I A S
R O T A M E T R O C O N CUBIERTA D E POLICARBONATO
1
Y F L O T A D O R D E V I D R I O C O L E - P A R M E R 03230-15
C A P A C I D A D D E 10 A 850 ml/min
SE REQUIERE HACER PAGO
$ 286.00 U S. A N T I C I P A D O D E L 5 0 %
FABRICACION E S T A D OUNIDENSE
D E L V A L O R T O T A L Y LIQUIDAR
EL R E S T O A LA ENTREGA.
E N T R E G A E N 45 D I A S
1
M A N O M E T R O EN U DE TETRACLORURO
DE C A R B O N O , E L A B O R A D O C O N T U B O DE
$ 25,000 0 0
M N
V I D R I O D E 1/4 D E P U L G
FABRICACION NACIONAL
E N T R E G A INMEDIATA.
- 112 -
4,3. Acce s o r i o s diversos.
COSTO
DESCRIPCION
CANTIDAD
$ 1 6 2 . 0 0 U.S. S E R E Q U I E R E H A C E R P A G O
TUBERIA TIPO M A S T E R F L E X EN C-FLEX
23 m.
NUM
OBSERVACIONES
ANTICIPADO DEL 5 0 %
18
D E L V A L O R T O T A L Y LIQUIDAR
EL R E S T O A LA ENTREGA.
FABRICACION ESTADOUNIDENSE
E N T R E G A E N 45 D I A S
20
T E E S D E POLIPROPILENO D E 8 mm. DE DIAMETRO
$ 20,000.00
M.N
FABRICACION ESTADOUNIDENSE
E N T R E G A INMEDIATA.
20
C O D O S DE POLIPROPILENO DE 8 m m
D E DIAMETR
$ 20,000.00
M.N.
FABRICACION ESTADOUNIDENSE.
E N T R E G A INMEDIATA.
10
$ 20,000.00
C O N E C T O R E S D E POLIPROPILENO
M.N.
8 m m. D E DIAMETRO.
FABRICACION E S T A D OUNIDENSE
E N T R E G A INMEDIATA.
20
VALVULAS DE ESTRANGULAMIENTO KECK RAMP
$40,000.00
M.N.
E N P O L I E S T E R (PBT)
FABRICACION E S T A D O UNIDENSE
E N T R E G A INMEDIATA
-
113
-
4 .4
C osto t o t a l
d e l eq u ip o.
El c o s t o t o t a l d e l e q u i p o ,
ya i n s t a l a d o en el L a b o r a t o r i o de
O p e r a c i o n e s U n i t a r i a s de E.S .I. Q. I. E.
e s d e $ 1 3 13 8 4 , 0 0 0 . 0 0 -
(TRECE M IL LO NE S TR ESCIENTOS OCHENTA Y C UA T R O M I L PESOS 00/100
M . N . ).
-
114 -
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1 963).
- 116
-
lst.
Edición,
CONCLUSIONES
1. C o n t r a r i o a l o e s p e r a d o ,
l a s r e f e r e n c i a s r e s p e c t o al d i s e
ño b á s i c o y f u n d a m e n t o s del
intercambio iónico se r em o n —
t a n a la d é c a d a d e l o s c i n c u e n t a s ,
a p e s a r d e q u e s e apli.
c a a m p l i a m e n t e e n la i n d u s t r i a q u í m i c a y s e le s i g u e n h a ­
l l a n d o n u e va s ár e a s de aplic aci ón .
2. D e a c u e r d o a la i n f o r m a c i ó n o b t e n i d a ,
s e v i s l u m b r a q u e el
á r e a m á s fe'rtil p a r a el d e s a r r o l l o d e i n v e s t i g a c i ó n a f u ­
t u r o es el d e s a r r o l l o de nue vo s m a t e r i a l e s de i n t e r c a m b i o
p a r a r e s p o n d e r a n u e v o s p r o b l e m a s de s e p a r a c i ó n en m e d i o s
d i f e r e n t e s al acu oso ,
e s p e c i a l m e n t e e n l o r e l a t i v o a la -
e liminación de co ntaminantes muy especiales
(el em en to s ra
dioactivos) de aguas residuales.
3. El c o s t o d e l e q u i p o a q u í p r e s e n t a d o ,
e s i q i e es de $ 1 3 , 3 8 4 , 0 0 0 ,
ya i n s t a l a d o en
---
c o t i z a c i ó n de S e p t i e m b r e d e
1991.
4. El e q u i p o s e p u e d e e m p l e a r p a r a r e a l i z a r p r u e b a s d e c a r a c
t e r i z a c i ó n de r e s i n a s y c o m p o r t a m i e n t o s del
lecho;
los re
s u l t a d o s de ta l e s p r u e b a s se pu ed en e s c a l a r f á c i l m e n t e al
d i s e ñ o de e q u i p o i n d u s t r i a l .
-
117
El e q u i p o t a m b i é n s e p u e d e a p l i c a r e n la a d s o r c i ó n d e
lí q u i d o s p a r a l l e v a r a c ab o p ru eb as a n á l o g a s a los r e a ­
l i z a d o s p a r a i n t e r c a m b i o iónico.
APENDICE.- DETERMINACION EXPERIMENTAL DE LAS
PROPIEDADES DE LAS RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO.
Para poder diseñar lo mejor posible un equipo de intercambio
iónico,
se r e q u i e r e u n a s e r i e d e d a t o s r e l a c i o n a d o s d i r e c t a ­
m e n t e c on las p r o p i e d a d e s
n i c o s c o m o la d e n s i d a d ,
ce t r a t a r á de m a n e r a
físicas de los i n t e r c a m b i a d o r e s
volu me n libre
(E),
etc.
ió
Este apéndi
individual cada una de las pruebas nece
sarias para determinar tales propiedades.
L a s p r o p i e d a d e s d e l a s r e s i n a s de i n t e r c a m b i o i ó n i c o q u e r e
s u l t á n ú t i l e s p ar a el d i s e ñ o so n las s i g u i e n t e s :
Propiedades
f í s i c a s d e la
resina.
a.
D e n s i d a d a p a r e n t e y real.
b.
C o n t e n i d o de hu medad.
c. V o l u m e n l i b r e d e l a r e s i n a
(E).
P r u e b a s o p e r a c i o n a l e s de un lec ho de i n t e r ca mb io .
a.
D a t o s de e q u i l i b r i o de fases.
b.
C o n d i c i o n e s ó p t i m a s de flujo.
c. N i v e l ó p t i m o d e r e g e n e r a c i ó n .
d.
C o n d i c i o n e s de lavado.
A continuación,
e x p l i c a r e m o s cad a p r o p i e d a d y la m a n e r a en q u e
se e f e c t ú a c a d a d e t e r m i n a c i ó n .
- 119 -
A .l.
PROPIEDADES FISICAS DE LA RESINA.
A. 1.1. T o m a d e m u e s t r a s y a c o n d i c i o n a m i e n t o p r e v i o .
N o es s e n c i l l o t o m a r u n a m u e s t r a r e p r e s e n t a t i v a d e c u a l q u i e r
r e s i n a de i n t e r c a m b i o d e b i d o a los d i f e r e n t e s d i á m e t r o s de l a s p a r t í c u l a s q u e f o r m a n la r e s i n a .
t e n do s m a n e r a s de ha ce r l o ,
P ar a el m u e s t r e o ,
exi¿
d e p e n d i e n d o d e la f o r m a e n q u e -
se e n c u e n t r e e m p a c a d a la r e s i n a s
a.
D i r e c t a m e n t e de l t a m b o r de embar qu e.
S e u t i l i z a n cuch¿
r i l l a s e s p e c i a l e s c o m o l a s m o s t r a d a s e n la F i g u r a A . l y s e t o m a n a p r o x i m a d a m e n t e 5 0 0 m i . d e la r e s i n a .
b.
D e la c o l u m n a .
cho,
s e t o m a n i g u a l e s m u e s t r a s d el f o n d o ,
del lecho,
resina.
C u a n d o t e n e m o s u n a s o l a r e s i n a e n el l e
topa y para central
las c u a l e s o f r e c e n m u e s t r a s r e p r e s e n t a t i v a s de la
Para lechos mixtos,
se m e z c l a n las r e s i n a s c a t i ó n i -
ca y a n i ó n i c a p o r i n y e c c i ó n de air e en el l e c h o y se m u e s t r e a
e n la p a r t e m e d i a d e l a c o l u m n a .
a una columna más pequeña
Después,
se p a s a l a r e s i n a
( 1 . 9 cm. d e d i á m e t r o y 5 0 cm.
de a l
t u ra ) y s e s e p a r a l a m e z c l a d e a m b a s r e s i n a s p o r m e d i o de u n
retrolavado.
-
120 -
F I G U R A A.1. C U C H A R I L L A D E T O M A D E M U E S T R A S
D espués
de
de que
t e n e m o s las m u e s t r a s de ca da resi na,
debem os
s o m e t e r l a s a u n a c o n d i c i o n a m i e n t o a n t e s de e m p l e a r l a e n -
las pruebas correspondientes;
este acondici on am ie nt o tiene -
c o m o o b j e t o la e l i m i n a c i ó n d e a q u e l l a s i m p u r e z a s o r g á n i c a s
-
s o l u b l e s q u e p u d i e r a c o n t e n e r la r e s i n a .
Después del aco nd i
cionamiento,
(ácida,
la f o r m a
i ó n i c a d e la r e s i n a
e tc .)
es c o n v e r t i d a a su fo rm a e l e m en ta l
e tc .)
ya
que, g e n e r a l m e n t e ,
la s
(sódica,
básica,
—
cloruro,
-
p r o p i e d a d e s de la r e s i n a s e
r e f i e r e n a las q u e t i e n e e s t a f o r m a de l a r e s i n a ,
e s t a s f o r m a s es e n l a s q u e o p e r a n ,
normalmente;
ya que en
p a r a est e fin
se e m p l e a n s o l u c i o n e s d e H C l y N a O H 1.0 N.
El p r o c e s o de a c o n d i c i o n a m i e n t o s e d e s c r i b e a c o n t i n u a c i ó n y
-
1 2 1
-
de b e n o t a r s e que se da u n p r o c e d i m i e n t o g en e r a l ,
recomen da ci o ne s de Mitsub is hi
b a s a d o e n las
(3) p a r a c a d a t i p o d e r e s i n a ,
-
p e r o las c a n t i d a d e s m e n c i o n a d a s p u e d e n v a r i a r d e p e n d i e n d o de
las c o n d i c i o n e s de las resi n a s de int er ca mb io .
a.
R e s i n a f u e r t e m e n t e ácida.
C o l o c a r la c a n t i d a d a d e c u a d a d e r e s i n a e n u n a c o l u m n a d e
vidrio
( C a p í t u l o X I) ; a l i m e n t a r
solucióndeHCl
2N
a una v e l o
c i d a d de f l u j o 4 0 V L / h r d u r a n t e 6 0 m i n .
E l i m i n a r el áci d o re s i d u a l con agua d e s a l i n i z a d a a una v e l o c i d a d d e 50 V L / h r d u r a n t e 3 0 m i n .
A l i m e n t a r s o l u c i ó n d e N a C l al
4%
a u n a v e l o c i d a d d e 40 -
VL / h r d u r a n t e 90 min.
E n j u a g a r el Na Cl r e s i d u a l con agu a d e s a l i n i z a d a a una —
v e l o c i d a d d e 50 V L / h r h a s t a q u e
te
( p u n t o d e r u p t u r a e n el Cl).
b.
Resina fu ertemente básica.
aparezcaiónCl~en e l
e flu e n ­
C o l o c a r la c a n t i d a d a p r o p i a d a d e r e s i n a e n la c o l u m n a I I
y a l i m e n t a r 1 0 0 V L / h r de s o l u c i ó n d e N a O H 2 N d u r a n t e 6 0 m i n .
- 122 -
E n ju a g a r e l á l c a l i
r e s i d u a l c o n agua a una v e l o c i d a d de
50 V L /h r d u r a n t e 30 min.
4%
A l i m e n t a r s o l u c i ó n al
d e N a C l a u n a v e l o c i d a d de 10
V L / h r d u r a n t e 90 min.
E n j u a g a r con agua a 50 VL/hr, h a s t a q ue el ión c l or ur o
a p a r e z c a e n el e f l u e n t e .
c.
R e s i n a d é b i l m e n t e ácida.
C o l o c a r la r e s i n a e n la c o l u m n a II y a l i m e n t a r N a O H a una v el o c i d a d de
E n j u a g a r el
5 V L / h r d u r a n t e 90 min.
álc al i re si dual con agu a a una v e l o c i d a d de
50 V L / h r d u r a n t e 30 m i n.
Alimentar 5
V L / h r d e H C l 1 N d u r a n t e 9 0 m in .
E l i m i n a r el
ácido residual con agua hasta
r u p t u r a del -
ión cloruro.
d.
R e s i n a d é b i l m e n t e básica.
A l i m e n t a r a la r e s i n a c o l o c a d a e n el
min.,
5 V L / h r de HCl
1 N.
-
123 -
lecho,
d u r a n t e 90
R e t i r a r e l á c i d o r e s i d u a l c o n agua a una v e l o c i d a d de 50
V L /h r d u r a n t e 30 min.
A l i m e n t a r N a O H 1 N a u n a v e l o c i d a d d e 5 V L / h r d u r a n t e 90
min.
E n j u a g a r e l á l c a l i r e s i d u a l c o n a g u a h a s t a q u e e l ión O H
a p a r e z c a en el e f l u en t e.
A . 1.2. M e d i c i ó n d e l v o l u m e n .
Las p r o p i e d a d e s g e n e r a l e s de las re s i n a s de i n t e r c a m b i o i ó n i ­
c o se e x p r e s a n f r e c u e n t e m e n t e e n b a s e s v o l u m é t r i c a s .
Existen
d o s m é t o d o s d e m e d i d a p a r a el v o l u m e n a p a r e n t e d e la r e s i n a :
el m é t o d o B S & D
de g o l p e t e o .
(backwashed,
s e t t l e d & d r a i n e d ) y el m é t o d o
Los datos obtenidos por ambos méto do s para la -
misma m u es tr a no son iguales normalmente,
s i e n d o s i e m p r e m ás
p e q u e ñ o s l o s o b t e n i d o s p o r el s e g u n d o m é t o d o .
& D r e q u i e r e u na g r a n c a n t i d a d de resina,
golpe te o es para volúme ne s pequeños
fácilmente reproducible.
E l m é t o d o BS
mien tr as que e l de
( m e n o s d e 5 0 0 m i ) y es -
Las resinas c o m e r ci al es son v e n d i ­
das,
normalmente,
en b a s e a los v o l ú m e n e s m e d i d o s p or e l BS -
& D.
Finalmente,
e l v o l u m e n t a m b i é n se p u e d e d e t e r m i n a r usaii
do la d e n s i d a d a p a r e n t e .
-
124 -
a.
M étod o de BS & D.
La c a n t i d a d de r e s i n a qu e o cu p a 60 cm.
d e a l t u r a es c o l o
cada en una columna de vidrio.
E f e c t u a r u n r e t r o l a v a d o q u e p e r m i t a u n a e x p a n s i ó n de e n ­
t r e 50 y 6 0 % y m a n t e n e r e s e n i v e l d u r a n t e 5 m i n .
D e t e n e r el r e t r o l a v a d o y p e r m i t i r q u e l a s p a r t í c u l a s d e
r esina se asienten.
P e r m i t i r la s a l i d a d e l l í q u i d o a u n a v e l o c i d a d d e e n t r e
12 y 28 m / h r h a s t a l l e g a r a u n n i v e l d e 1 cm.
a r r i b a del l e ­
c ho y l e e r el v ol um en .
R e p e t i r el p r o c e d i m i e n t o d e 1 a 3 v e c e s y p r o m e d i a r l o s
valores obtenidos.
El a g u a e m p l e a d a d e b e r á e s t a r l i b r e d e -
i o n e s y la t e m p e r a t u r a s e d e b e m a n t e n e r e n t r e 20 y 30°C.
b.
M é t o d o de golpet eo .
La r e s i n a es a d i c i o n a d a a un c i l i n d r o g r a d u a d o
( qu e p u e d e —
s e r u n a p r o b e t a d e l a b o r a t o r i o ) y s e g o l p e a el c i l i n d r o l i g e
r a m e n t e h a s t a q u e la p r o f u n d i d a d del l e c h o se m a n t i e n e c o n s ­
tante.
D e a c u e r d o a la c a n t i d a d d e la r e s i n a u s a d a e s el ta.
ma ño re comendado del cilindro,
-
s e g ú n la T a b l a
125 -
I.
Volumen de resina
(mi)
Escala
(mi)
M e n o s d e 10
1_D
10 - 25
25
25 - 50
50
50 - 100
100
10 0 - 2 5 0
250
250 - 500
500
500 - 1000
1000
T A B L A 1. C I L I N D R O S U S A D O S E N E L M E T O D O D E G O L P E T E O .
A . 1.4.
Densidad aparente
Au n q u e las resi n a s de i n t e r c a m b i o ión ico se v e n d e n en base volumétrica,
c u a n d o s e e m b a r c a n se m i d e n e n e s c a l a d e p e s o .
P or e s t a razón,
es n e c e s a r i o c o n o c e r el v a l o r de la d en si d a d
a p a r e n t e de la resin a.
El p r o c e d i m i e n t o e x p e r i m e n t a l e s e l
siguiente:
R e t i r a r el a g u a a d h e r i d a a la s u p e r f i c i e d e la r e s i n a p o r m e d i o de una c e n t r í f u g a
(3000 rpm)
e n la c u a l s e c o l o c a n
a p r o x i m a d a m e n t e 5 g. d e r e s i n a c o n t e n i d o s c o n u n p e d a z o de h u l e e s p u m a o es p o n j a p ar a q ue r et en ga el ag ua ce nt ri fu ga da .
La o p e r a c i ó n d u r a 5 m i n . y l a r e s i n a e s p e s a d a ;
t e n i d o s e a s o c i a a Wg.
-
1 2 6
-
el v a l o r ob
A g r e g a r la r e s i n a al c i l i n d r o g r a d u a d o c o r r e s p o n d i e n t e m e n
t e y m e d i r e l v o l u m e n d e la r e s i n a
(V).
O b t e n e r la d e n s i d a d a p a r e n t e p o r el c o c i e n t e W g / V
A . 1.5.
D e n s i d a d real.
Es te p a r á m e t r o se o b t i e n e pa ra c o n o c e r el g r a d o de e x p a n s i ó n
d e l l e c h o y la f a c i l i d a d d e s e p a r a c i ó n e n t r e l a r e s i n a c a t i ó
n i c a y a n i ó n i c a de un l e c h o mi xt o.
resinas,
P a r a la m a y o r í a d e las -
s u v a l o r o s c i l a e n t r e 1.1 y 1.5.
El p r o c e d i m i e n t o a s e g u i r e s el s i g u i e n t e :
Se r e q u i e r e d e u n p i c n ó m e t r o g r a d u a d o .
-
L l e n a r el p i c n ó m e t r o c on agu a y p e s a r l o
(Pv).
D e u n a c a n t i d a d d e u n o s 5 g. d e r e s i n a ,
r e t i r a r el a g u a
superficial mediante centrifugación.
E n el p i c n ó m e t r o p e r f e c t a m e n t e se c o ,
ta llen ar lo y pesarlo
agregar resina h a s ­
(W").
A g r e g a r a g u a a e s t e p i c n ó m e t r o y p e s a r el t o t a l
-
127 -
(pwr).
C a l c u l a r la g r a v e d a d e s p e c í f i c a
la s i g u i e n t e e c u a c i ó n ,
SG =
donde
w"
Vw
se c a l c u l a p o r :
; V =
A . 1.5. V o l u m e n l i b r e
Frecuentemente,
Vw
(SG) d e l a m u e s t r a c o n
pw + w " ~ P v r
dw
(E) o v a c i o .
e s n e c e s a r i o » c o n o c e r el v o l u m e n d e l í q u i d o —
q u e o c u p a l o s e s p a c i o s i n t e r - g r a n u l a r e s e n u n a c o l u m n a de i n ­
t e r c a m b i o iónico.
El v o l u m e n l i b r e p o r c e n t u a l o b t e n i d o de —
l as d e n s i d a d e s r e a l y a p a r e n t e s e o b t i e n e d e la s i g u i e n t e e cuación:
E = 1 -
wq/v
(100)
SG X 1000
P a r a la m a y o r í a d e l o s p r o p ó s i t o s ,
ción del volumen del lecho
E es o b t e n i d o p o r l a med_i
(V) c o r r e s p o n d i e n t e a l p u n t o d o n ­
d e c o i n c i d e n el ni v el de ag ua y el de la resi na,
extrayendo
e l a g u a m a n t e n i d a e n la c o l u m n a y m i d i e n d o e l v o l u m e n d e l —
agua
(V):
E l v a l o r o b t e n i d o p o r e s t a e x p r e s i ó n es g e n e r a l m e n t e m e n o r q u e el d e t e r m i n a d o p o r e l p r i m e r m é t o d o e n u n 5%,
aproximad.»
mente.
Los v a l o r e s de E se e n c u e n t r a n en t r e u n 30 y 4 0 % del
volumen
total del
A . 1.6.
lecho.
Contenido de humedad.
- 128
-
El c o n t e n i d o d e h u m e d a d e s d e f i n i d o c o m o el p o r c e n t a j e q u e —
o c u p a el a g u a e n u n a r e s i n a c o m p l e t a m e n t e e x p a n d i d a p o r e l —
ag u a .
El p r o c e d i m i e n t o d e d e t e r m i n a c i ó n e s el s i g u i e n t e :
C o l o c a r 5 g. d e r e s i n a e n u n a c e n t r í f u g a y r e t i r a r l e e l
ag ua s u p e r f i c i a l c o m o se i n d i c ó pa ra la d e n s i d a d apar ent e.
P a s a r la r e s i n a
a una cápsula de p o r c e l a n a p r e v i a m e n t e
p e s a d a y p e s a r e x a c t a m e n t e la resina.
C o l o c a r la c á p s u l a e n la e s t u f a y, d e p e n d i e n d o d e l t i p o
de resina analizada,
efect ua r el co rr espondiente secado,
se­
g ú n la T a b l a 2:
T A B L A 2 C O N D I C I O N E S D E S E C A D O P A R A R E S I N A S D E I N T E R C A M B I O IONICO.
T (°C)
Resina
Nota:
Fuertemente ácida
105
16
Fuertemente básica
1 05
6
Débilmente ácida
50
8
Débilmente básica
50
8
Pa ra los dos ú l t i m o s ti pos de resin as,
c i ó n se e f e c t ú a a v a c í o
D e s p u é s del seca do,
min.
Tiempo
la d e t e r m i n a —
(10 m m H g c o m o m í n i m o ) .
la r e s in a es m a n t e n i d a
en un d e s e c a d o r con C aCl
-
2
(hr)
o P_0
y pesada.
2 D
129 -
d u r a n t e 30 El c o n t e n i -
d o de humedad s e c a l c u l a p o r l a s i g u i e n t e f ó r m u l a :
%
H =
Wo
-
Wf
X100
Wo
donde:
W o = P e s o inic ia l de la r e s i n a hú me da ,
W f = P e s o f i n a l de la r e s i n a s e c a ,
%
e n g.
e n g.
H = P o r c e n t a j e de h u m e d a d en la resina,
A.2
en
%.
PRUEBAS OPERACIONALES.
Estas pruebas incluyen las siguientes,
siempre relacionadas
c o n e l c o m p a r t i m i e n t o d e l a s r e s i n a s de i n t e r c a m b i o
iónico -
ante diferentes condiciones hidraúlicas y diferentes solucio
n es ;
los r e s u l t a d o s o b t e n i d o s de est as p r u e b a s se a p l i c a n —
d i r e c t a m e n t e al d i s e ñ o d e s i s t e m a s i n d u s t r i a l e s d e i n t e r c a m ­
b i o iónico:
a.
D a t o s de e q u i l i b r i o e n t r e fases.
b.
Condiciones óptimas de flujo
(Pérdidas de p r e s i ó n y e x ­
pansión volumétrica).
c.
N i v e l ó p t i m o de r egeneración.
d.
C o n d i c i o n e s de lavado.
e.
Otras
A continuación,
se d e s c r i b e c a d a u n a de e s t a s p r u e b a s y s u s
-
130
-
o b je tiv o s .
A .2 .1 .
D a tos de e q u i l i b r i o
de f a s e s .
Para c o n o c e r la s e l e c t i v i d a d de c u a l q u i e r r e s i n a de i n t e r c a m
bio iónico,
se d e b e n l l e v a r a c a b o p r u e b a s d e e q u i l i b r i o ;
ta
l es p r u e b a s se b a s a n e n l a c o m p a r a c i ó n e n t r e la s e l e c t i v i d a d
por cada
ión con un ión de referencia
Cl - para aniones).
te de s e l e c t i v i d a d
(Li+ p ara c a t i o n e s y -
L a c o n o c i d a e x p r e s i ó n para el c o e f i c i e n ­
(KA B
=
):
(°B
3
(°A 3
(C B 5
(C" I >
A qu í p o d e m o s a p r e c i a r q u e r e q u e r i m o s los v a l o r e s de c o n c e n —
t r a c i ó n d e A y B t a n t o e n la f a s e s ó l i d a c o m o e n l a l í q u i d a .
L a d e t e r m i n a c i ó n e x p e r i m e n t a l d e la s e l e c t i v i d a d p a r a c a d a i ó n se h a c e e n b a s e a l a s s i g u i e n t e s c o n s i d e r a c i o n e s :
a.
S e l e c c i o n a r una p e q u e ñ a m u e s t r a de la r e s i n a a a n a l i z a r
(5 m i e n b a s e h ú m e d a s o n s u f i c i e n t e s ) c o n v e r t i d o s a l a f o r m a
i ó n i c a c o n t r a la c u a l d e s e a m o s c o m p a r a r a l i ó n q u e t e n e m o s e n
solución.
b.
C o l o c a r la r e s i n a j u n t o c o n 5 0 mi.
de s o l u c i ó n 0.1 N —
del ión c o r r e s p o n d i e n t e y a g i t a r l o c o n s t a n t e m e n t e
-
131 -
(por m e d i o
de un agitador magnético,
x i m o de
16 hr.
por ejemplo)
(para ani ones,
d u r a n t e un tiemp o m á ­
el ti em po p u e d a ser h a s t a de 4
h r . ).
c.
S e p a r a r por f i l t r a c i ó n la res in a del l í q u i d o y t i t u l a r -
la s o l u c i ó n s o b r e n a d a n t e p o r e l m é t o d o q u e c o r r e s p o n d a a l o s
iones involucrados;
el c o n t e n i d o del ot ro ión se d e t e r m i n a —
por diferencia.
d.
Lo anterior se repite con distintas c on centraciones del
ión qu e estamos rastreando,
s i e m p r e m a n t e n i e n d o c o n s t a n t e la
c o n c e n t r a c i ó n t o t a l e n n o r m a l i d a d d e la s o l u c i ó n .
e.
Para comprobar que los datos obtenidos son correctos,
c a l c u l a r el c o e f i c i e n t e de s e l e c t i v i d a d pa ra c a d a caso,
valor debe ser muy aprox im ad o en cada muestra;
este valor,
a.
cuyo
para calcular
r e q u e r i m o s c o n o c e r la c a p a c i d a d t o t a l d e i n t e r —
c a m b i o de la r e s i n a ,
A . 2.2.
—
lo cua l
se verá p o s t e r i o r m e n t e .
C o n d i c i o n e s ó p t i m a s de flujo.
Curva de ruptura.
El o b j e t i v o d e e s t a p r u e b a e s p o d e r o b t e n e r la c u r v a d e r u p ­
t u r a p a r a una c o n d i c i ó n de fl uj o dada; d e b e m o s r e c o r d a r que
para un sistema multicomponente,
-
la c u r v a d e r u p t u r a e s la -
132 -
u n i ó n de las c ur v a s de ru p t u r a
te.
in d i v i d u a l e s de c a d a c o m p o n e n
C on est a c u r v a de r up tu ra,
q u e n o e s m á s q u e e l resulta,
d o de g r a f i c a r l a s c o n c e n t r a c i o n e s d e l a s e s p e c i e s i ó n i c a s (en n o r m a l i d a d )
cho
c o n t r a el n ú m e r o de v e c e s del v o l u m e n del le
(VL) q u e h a n p a s a d o a t r a v é s d e la c o l u m n a ,
c a r el m é t o d o d e M i c h a e l s
p o d e m o s apli
(8) p a r a o b t e n e r la a l t u r a d e la -
zon a de tran s f e r e n c i a de m asa
(MTZ); a s í ,
podemos obtener —
u n a a l t u r a c o r r e s p o n d i e n t e a c a d a v e l o c i d a d d e f l u j o y, g r a ficando estos datos,
o b t e n e m o s la c o n d i c i ó n d e f l u j o q u e n o s
p e r m i t e o b t e n e r el m á x i m o a p r o v e c h a m i e n t o d e l a r e s i n a ,
decir,
es -
la m í n i m a a l t u r a d e M T Z .
De man er a general,
el p ro cedimiento para esta determinación
e s el s i g u i e n t e .
La ca n t i d a d n e c e s a r i a
v i a m en te acondicionada,
de r e s i n a
(60 cm.
de altura) p r e ­
es c o l o c a d a e n l a c o l u m n a y s e r e m u e
ve el a i r e c o n t e n i d o en el l e c h o p or m e d i o de un r et r o l a v a d o .
A l i m e n t a r la s o l u c i ó n a t r a t a r a u n a v e l o c i d a d de fl u jo
de entre
15 y 8 0 V L / h r ,
t o m a n d o m u estras a i n t e r v a l o s de t i e m
po regulares y e fectuando a cada muestra
p o n d i e n t e p a r a c u a n t i f i c a r el i ó n q u e n o s
las p r u e b a s c o r r e s ­
interesa;
cuando -
a l c a n c e m o s la c o n d i c i ó n d e r u p t u r a d e d i c h o ión, m a n t e n e r l a
o p e r a c i ó n h a s t a l l e g a r a u n 9 5 % d e la c a p a c i d a d
t e r c a m b i o d e la r e s i n a
tota l de in­
( CTI) c u y a d e t e r m i n a c i ó n s e v e r á e n -
-
133 -
el
s ig u ie n t e apartado.
b.
Capacidad total
(CTI) y pa ra e l e c t r ó l i t o s fu e r t e s
( C IEF)
de i n t e r c a m b i o iónico.
La c a p a c i d a d de i n t e r c a m b i o de u na res in a de i n t e r c a m b i o se d e f i n e c o m o la c a n t i d a d d e e q u i v a l e n t e s q u í m i c o s q u e e s c a p a z
de intercambiar por unidad de peso o de columen;
c a p a c i d a d e s de i n t e r c a m b i o ,
p o r así d e c i r l o ;
CTI y CI EF deben de ser iguales,
existen dos
teóricamente,
—
pero también sabemos que las
resi n a s de int e r c a m b i o e s t á n some ti da s a p r o c e s o s de d e g r a d a ­
ción,
l o s c u a l e s p r o v o c a n la a p a r i c i ó n d e o t r o s s i t i o s d e i n ­
tercambio
etc.),
(grupos c a r b o x i l o ,
aminas primarias y secundarias,
p o r l o q u e a m b a s c a p a c i d a d e s d i f i e r e n e n t r e sí.
El —
p ro ce di mi en to e xp erimental de determinación para cada c a p a c i ­
d a d y c a d a u n a d e l a s r e s i n a s d i s p o n i b l e s e n e l m e r c a d o se d a
a continuación.
R esina f u e r t e m e n t e ácida.
CIEF
La c a n t i d a d a d e c u a d a de re si na
columna
(60 C m . ) s e c o l o c a e n la
II p r e v i a m e n t e a i s l a d a y s e d e s a l o j a e l a i r e p o r m e ­
dio de un retrolavado.
C o n v e r t i r a la r e s i n a a su forma á ci d a en c a s o de ser n e c e s a r i o por a d i c i ó n de s o l u c i ó n 2 N de HCl a u n a v e l o c i d a d
de 40 V L / h r d u r a n t e 90 min.
E l i m i n a r el áci d o res id ual con agua d e i o n i z a d a a 50 V L /
-
134 -
hr h a s t a q u e el ión c l o r u r o d e s a p a r e z c a del efl uen te.
A l i m e n t a r s o l u c i ó n de NaCl al
4%
d u r a n t e 90 m i n .
V L / h r h a s t a el a g o t a m i e n t o d e l a r e s i n a
a 15 -
(la c o n c e n t r a c i ó n —
d e l e f l u e n t e d e b e de a l c a n z a r a la de l a a l i m e n t a c i ó n y m e —
d i a n t e la c u r v a d e r u p t u r a d e t e r m i n a r l a c a n t i d a d d e i o n e s Na q u e h a n s i d o i n t e r c a m b i a d o s ,
gración gráfica
u sando a l g ú n m é t o d o de i nte­
(13).
CTI.
Del lecho anterior,
s e e l i m i n a el N a C l r e m a n e n t e c o n - -
agua deionizada.
Alimentar
10 V L / h r d e N a O H 0 . 1 N d u r a n t e 3 0 m i n .
go 3 V L de acetona,
y lúe
c o l e c t a n d o el e f l u e n t e .
R e s i n a d é b i l m e n t e ácida.
Para las resinas débilmente
ionizadas,
el pr oc ed im ie nt o expe
rimental es completamente distinto.
S e t o m a n 2 0 mi.
de la res in a p r e v i a m e n t e a co n d i c i o n a d a .
D e t e r m i n a r la h u m e d a d d e e s t a m u e s t r a d e r e s i n a .
A g r e g a r 3 g. d e r e s i n a a u n
q u e c o n t e n g a 2 00 mi.
de
m a t r a z E r l e n m e y e r de 300 m i
solución 0.2 N de N a O H y agitar re—
g u l a r m e n t e d u r a n t e 12 h r .
a temperatura constante.
T o m a r una m u e s t r a de 25 mi.
d e la s o l u c i ó n s o b r e n a d a n t e
y t i t u l a r l a c o n H C l 0.1 N c o n a n a r a n j a d o d e m e t i l o c o m o ind¿
c a d o r y m a r c a r c o m o "A" el v o l u m e n e m p l e a d o .
T i t u l a r u n a m u e s t r a d e 25 mi.
NaOH
d e la s o l u c i ó n i n i c i a l d e
c o n el m i s m o ác id o
y l l a m a r "B" al v o l u m e n e m p l e a d o .
La c a p a c i d a d total
(CTI) s e c a l c u l a p o r :
-
135 -
CTI =
(:P- ~ A)
Vr
(Nhci
^
( 1000)
donde:
N H C 1 = N o r m a l i d a d d e l H C l,
em mg-eq/1.
R e s in a débilmente básica.
T o m a r 20 mi. de r e s i n a ya a co n d i c i o n a d a .
15 V L / h r d e N a C l a l 4 % d u r a n t e 9 0 m i n y t o m a r
Alimentar
m u e s t r a s a i n t e r v a l o s de t i e m p o r e g u l a r e s h a s t a el a g o t a m i e n
t o d e la r e s i n a y o b t e n e r g r á f i c a m e n t e e l t o t a l d e i o n e s i n ­
tercambiadores .
CTI.
D e s p u é s de c a l c u l a r CIEF,
e l i m i n a r el NaCl re si du al c on
agua deionizada.
A l i m e n t a r 10 V L / h r d e H C l 0 . 1 N d u r a n t e 1 hr.
5 0 0 mi.
de metanol,
y luego -
c o l e c t a n d o el e fl uen te.
E l i m i n a r e l m e t a n o l r e s i d u a l p o r m e d i o d e a i r e comprimí.
do.
T o m a r una m u e s t r a del e f l u e n t e y t i t u l a r l a con N a O H 1 N
en p r e s e n c i a de f e n o l f t a l e i n a .
C a l c u l a r C T I p o r la s i g u i e n t e f ó r m u l a :
Ne =
N NaOH
VNaOH
V muestra
y C T I s e c a l c u l a por:
CTI = CIEF +
Ve
(No
Vr
- 136 -
-
Ne)
donde:
Ne
= Norma li da d del efluente,
en m g - e q/ ml .
No
= N o r m a l i d a d de la a l i m e n t a c i ó n ,
en mg-eq/ml.
T o m a r u n a m u e s t r a d e l e f l u e n t e y t i t u l a r l a c o n H C l 0.1
N e n p r e s e n c i a d e f e n o l f t a l e í n a ; l a c a p a c i d a d t o t a l d e inte.r
c a m b i o se d e t e r m i n a por,
CTI = C I E F +
Ve
( No
-
Ne
)
VRA
donde:
CT I = C a p a c i d a d t o t a l d e i n t e r c a m b i o e n m g - e q / m l
V RA = Volumen de resina empleada,
Vg
= V o lu me n del elfuente,
resina.
e n mi.
e n mi.
CIEF = C a p a c i d a d de i n t e r c a m b i o par a e l e c t r ó l i t o s ,
en m g - eq /
1 resina.
Resina fuertemente básica.
En e s t e c a s o , l o s g r u p o s f u n c i o n a l e s p r i n c i p a l e s s o n g r u p o s de amonio cuaternario,
p e r o s u d e g r a d a c i ó n p r o v o c a la a p a r i —
c i ó n de g r u p o s d é b i l m e n t e b á s i c o s ,
como las aminas sec u nd a—
rias y terciarias.
CIEF.
L a r e s i n a a c o n d i c i o n a d a s e c o l o c a e n l a c o l u m n a y se el.i
m i n a el a i r e p o r r e t r o l a v a d o .
A l i m e n t a r N a O H 2 N d u r a n t e 90 m i n a r a z ó n d e 10 V l / h r .
-
137 -
E n j u a g a r el h i d r ó x i d o r e m a n e n t e c o n a g u a a r a z ó n d e 5 V L / h r
q u e no a p a r e z c a O H en el eflu ent e.
D e t e r m i n a r s u h u m e d a d y c o l o c a r 3 g. d e e s t a m u e s t r a e n u n m a t r a z E r l e n m e y e r d e 3 0 0 mi.
que contenga
200 mi.
d e s o l u ---
c i ó n 0 . 2 N d e H C l d u r a n t e 12 h r y c o n a g i t a c i ó n f r e c u e n t e .
Titular
25 mi.
d e l a s o l u c i ó n s o b r e n a d a n t e c o n N a O H 0.1 e n -
p r e s e n c i a d e f e n o l f t a l e í n a y l l a m a r "A" a l v o l u m e n e m p l e a d o
(mi).
T i t u l a r u n a m u e s t r a d e 2 5 mi. d e H C l e m p l e a d o y l l a m a r
"B" -
al v o l u m e n gastado.
C T I se c a l c u l a p o r :
CTI =
-
(B
VRA
A)
(N N a 0 H
)
(1000)
donde:
N N a O H = N o r m a l i d a d d e la s o s a ,
c.
en m g - e q / m l .
Pérdidas de presión.
C a d a v e z qu e se i n t r o d u z c a un fl uj o a n u e s t r o e q u i p o de in—
tercambio,
es n e c e s a r i o d e t e r m i n a r las p é r d i d a s de p r e s i ó n —
q u e s u f r e el líquido,
lo cua l se h a c e por m e d i o de un m a n ó m e
t r o d i f e r e n c i a l e n "U" c o n e c t a d o e n la e n t r a d a y s a l i d a d e l
efluente;
y Hicks
de a c u e r d o a las r e c o m e n d a c i o n e s d a d a s p or C h o p e y
(5), l a s p é r d i d a s ,
industriales,
p ar a la m a y o r í a de los p r o c e s o s -
no deberán ser superiores a 424 mm Hg por metro
d e p r o f u n d i d a d de lecho.
-
138 -
d.
E x p a n s ió n de l a r e s i n a .
Es ta p r o p i e d a d es tá m u y r e l a cionada con las p é r d i d a s de p r e ­
si ó n a t r a v é s de l l e c h o y es i m p o r t a n t e m a n e j a r un fluj o q u e
p r o v o q u e una e x p e r i e n c i a tal que fac i l i t e el c o n t a c t o entr e
l a r e s i n a y la s o l u c i ó n s i n q u e l a s p é r d i d a s d e p r e s i ó n s e a n
excesivas;
p a r a d e t e r m i n a r l a e x p a n s i ó n d e la r e s i n a ,
cen pasar diferentes
f l u j o s a t r a v é s d e l l e c h o y s e m i d e la
a l tu r a del le c h o a n t e s y de s p u é s del flujo;
expresan
se h a ­
l o s r e s u l t a d o s se
e n p o r c e n t a j e de l a a l t u r a o r i g i n a l y l o s d a t o s s e -
c o m p l e m e n t a n c o n e l f l u j o c o r r e s p o n d i e n t e y l a t e m p e r a t u r a de
la p r u e b a
( F i g u r a A . 2).
FIGURA A 2 EXPANSION D E L O S L E C H O S D E INTERCAMBIO
-
139 -
A . 2 . 3.
N i v e l ó p t i m o de r e g e n e r a c i ó n .
L a p a r t e m á s i m p r o t a n t e de un c i c l o de i n t e r c a m b i o iónico,
d e s d e el p u n t o d e v i s t a e c o n ó m i c o ,
es la r e g e n e r a c i ó n ,
-
ya —
q u e i n v o l u c r a la u t i l i z a c i ó n de c i e r t o s r e a c t i v o s q u í m i c o s (ácidos,
bases,
etc.).
Para saber q u e c a n t i d a d de r e g e neran
t e s e d e b e d e u t i l i z a r p a r a o b t e n e r la m a y o r e f i c a c i a e n e l
a g o t a m i e n t o del lecho,
m o el o p e r a c i o n a l ,
d e s d e el p u n t o de v i s t a e c o n ó m i c o co
se c u e n t a c on u n p ar d e h e r r a m i e n t a s gr á f i
c a s q u e s o n la c u r v a de e l u c i ó n t o t a l y l a d e e f i c i e n c i a q u í ­
mica .
A continuación,
v e r e m o s c o m o se o b t i e n e n e s t a s c u r v a s de m a ­
nera experimental,
u s a n d o pa ra e s t e fin el e q u i p o q u e aquí -
se especifica.
El p r o c e d i m i e n t o c o n s i s t i r á en s o m eter a c o l u m n a s a g otadas con algú n t ratamiento previo a distintos niveles de r e ge ne ra
ción
( c o n c e n t r a c i ó n del r e g e n e r a n t e ) ,
ya que se determinó —
p r e v i a m e n t e q u e f l u j o e r a el ó p t i m o d e o p e r a c i ó n ,
es d e c i r , -
a e st a v e l o c i d a d de fl uj o v a r i a m o s la c o n c e n t r a c i ó n del re ge
nerante.
De c ad a c o r r i d a se to ma n v a r i a s m u e s t r a s de igual
f o r m a a la c u r v a d e r u p t u r a y a d e s c r i t a y d e c a d a m u e s t r a s e
d e t e r m i n a n los s i g u i e n t e s valo res :
a.
C o n c e n t r a c i ó n del c o - i ó n del r e g e n e r a n t e
-
140 -
( po r e j e m p l o , -
si r e g e n e r a m o s c o n N a C l ,
el c o i ó n s e r á e l C l ~ e n r e s i n a s ác¿
d a s ).
b.
C o n c e n t r a c i ó n d e l i ón d e s p l a z a d o p o r e l r e g e n e r a n t e
(H+ , e n n u e s t r o e j e m p l o ) .
C on e s t o s da t o s y el v o l u m e n de r e g e n e r a n t e q u e h a p a s ad o a
t r a v é s del lecho,
elución
e x p r e s a d o e n VL,
obtendremos
la c u r v a d e -
( c o m p l e t a m e n t e a n á l o g a a la c u r v a de r up tur a) ,
que -
n os i n d i c a el m o m e n t o en q u e se h a c o m p l e t a d o la r e g e n e r a c i ó n
del lecho.
Este p r o c e di mie nt o se ejecutará e n s a ya nd o d iferentes niveles
de r e g e n e r a c i ó n y sus r e s p e c t i v a s c u r v a s de elu ción; para ca
da cur va ,
se c a l c u l a la e f i c i e n c i a q u í m i c a y el g r a d o de c o n
v e r s i ó n de la resina,
nivel
de r e g e n eración;
g r a f i c á n d o s e a m b o s v a l o r e s c o n t r a el el p u n t o d e i n t e r s e c c i ó n e n t r e a m b a s
c u r v a s s e r á el n i v e l ó p t i m o d e r e g e n e r a c i ó n .
A . 2.4.
Los
Condiciones de enjuague.
f lujos del ag ua de e n j u a g u e y r e t r o l a v a d o se e s t i m a r á n -
b á s i c a m e n t e en f u n c i ó n de las s i g u i e n t e s c o n s i d e r a c i o n e s :
a.
El r e t r o l a v a d o d e b e r á c u m p l i r c o n a l c a n z a r l a e x p a n s i ó n
del 50 %
(2) d u r a n t e u n t i e m p o d e 15 a 2 0 m i n ;
- 141
-
la m a n e r a d e -
e v a l u a r si el r e t r o l a v a d o e s t é a d e c u a d o n o e s h a c e r p a s a r —
a g u a s i m p l e a t r a v é s d el l e c h o p a r a o b s e r v a r si l a s p é r d i d a s
de p r e s i ó n n o e x c e d e n a l a s m e n c i o n a d a s e n la s e c c i ó n C d e este apartado.
B.
Un enjuague adecuado proporcionará tiempos de operación
m u c h o m á s a m p l i o s p o r c i c l o q u e c u a n d o l a o p e r a c i ó n es d e f i ­
ciente;
as í m i s m o ,
nos proporciona efluentes prácticamente -
l i b r e s d e l i ó n q u e e s t a m o s e n j u a g a n d o y p r o l o n g a el t i e m p o de v i d a ú t i l d e la r e s i n a ,
y a q u e d i s m i n u y e n la d e g r a d a c i ó n
química.
- 142 -