AGUA PURA. MÉTODO Ω -cm μs cm. Teórico 26 x Agua USP (bidestilada) 5 ppm ST x Agua Tridestilada 1 x

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Gonzalo Caballero Contreras
hace 8 años
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1 AGUA PURA MÉTODO Ω -cm μs cm Teórico 26 x Agua USP (bidestilada) 5 ppm ST x Agua Tridestilada 1 x Intercambio Iónico 18 x Agua Destilada 28 veces en Cuarzo 23 x

5 x 10 6 10 50 Agua Tridestilada 1 x 10 6 1

2 OPERACIÓN DE INTERCAMBIO IÓNICO Remoción de una especie iónica de una solución en intercambio con otra especie iónica.

3 PROPÓSITO Concentrar un material deseable Eliminar un constituyente indeseable

4 RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO CLASIFICACION SEGUN SU ORIGEN NATURALES Aluminio silicatos naturales: zeolitas Bajo intercambio - Bajo costo SINTETICAS Derivados de polímeros naturales Carbón sulfonado Lignita sulfonada

zeolitas Bajo intercambio - Bajo costo SINTETICAS

5 RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO CLASIFICACION SEGUN SU ORIGEN SINTETICAS Derivados de polímeros naturales Carbón sulfonado Lignita sulfonada Derivados de polímeros sintéticos Estireno divinilbenceno Acrílicas Gelulares Macroreticulares

sulfonado Lignita sulfonada Derivados de polímeros

6 RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO CLASIFICACION SEGUN SU GRUPO FUNCIONAL INTERCAMBIO CATIONICO Fuertes Débiles Grupo sulfónico -HSO 3 Grupo metil sulfónico -CH 3 HSO 3 Grupo carboxílico -COOH Grupo fosfonio -H 2 PO 3 Grupo fenólico -OH

Grupo sulfónico -HSO 3 Grupo metil sulfónico -CH 3 HSO 3

7 RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO CLASIFICACION SEGUN SU GRUPO FUNCIONAL INTERCAMBIO ANIONICO Fuertes Grupo amonio cuaternario -N R 4 Tipo I menor fugacidad SiO 2 Tipo II mayor fugacidad SiO 2 Débiles Grupo amino - N H 3 R

amonio cuaternario -N R 4 Tipo I menor fugacidad SiO 2

8 USOS MÁS M S COMUNES DE R.I.I. ABLANDAMIENTO DE AGUA 2 R-SO 3 -Na + Ca ++ [R- SO 3 -] 2 Ca + 2Na + DESMINERALIZACION R-SO 3 -H + NaCl R- SO 3 -Na + HCl (Resina Catiónica) R-OH + HCl R-Cl + H 2 O (Resina Aniónica)

9 INTERCAMBIO CATIÓNICO Ciclo ácido R - H + Z - A R - Z + H - A R: cadena de la resina Z: catión (p. ej.: Ca 2+, Mg 2+, Na +, K +, etc.) A: anión (p. ej.: Cl -, SO 4=, HCO 3-, CO 3=, etc.) Ciclo sódico R - Na + Z - A R - Z + Na - A

10 INTERCAMBIO ANIÓNICO R - OH + C - X R - X + C - OH C: catión o H + X: anión (HCO 3-, CO 3=, Cl -, SO 4= )

11 SELECTIVIDAD INTERCAMBIO CATIÓNICO Valencia Fe 3+ > Ca 2+ > Na + Número atómico (radio iónico) Ba 2+ > Sr 2+ > Ca 2+ > Mg 2+ Concentración

12 SELECTIVIDAD INTERCAMBIO ANIÓNICO Valencia PO 3-4 > SO 4= > Cl - Número atómico (radio iónico) SO 4= > CrO 4= > citrato > tartrato Concentración

13 CICLO RESINA AGOTAMIENTO RETROLAVADO REGENERACION ENJUAGUE

14 REGENERACIÓN LAVADO CONTRACORRIENTE REGENERACIÓN 15 min expansión > 50 % agua bruta 2 v/v 30 min NaCl 10 % agua bruta 3 10 v/v

15 REGENERACIÓN LAVADO LENTO LAVADO RÁPIDO 30 min agua bruta 1.5 v/v 15 min agua bruta 5 v/v = Q que producción

16 TAMAÑO EFECTIVO 90 % MAYOR QUE LA MALLA (a mm) (10 % PASA) COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD 60 % PASA POR MALLA (b mm) C.U.= b / a

17 ESPECIFICACIONES HUMEDAD: % GRANULOMETRÍA: malla ( mm) TAMAÑO EFECTIVO: mm COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD:

18 DEFINICIONES FUNDAMENTALES Capacidad C = meq. intercambiados ml de resina Asociada a: Tasa de regeneración Análisis del agua a tratar (cationes y aniones presentes) Flujo y concentración del regenerante Flujo en ciclo de agotamiento Fugacidad deseada ph y temperatura

Análisis del agua a tratar (cationes y aniones presentes) Flujo y

19 DEFINICIONES FUNDAMENTALES Eficiencia ε = meq regenerante meq removidos Fugacidad

20 PROBLEMAS GENERALES A TENER EN CUENTA SHOCK OSMÓTICO Resinas catiónicas: se contraen durante la regeneración y se expanden durante su agotamiento Ensayo: 2000 ciclos regeneración/agotamiento

21 PROBLEMAS GENERALES A TENER EN CUENTA SHOCK TÉRMICO Gradientes de temperatura elevados destruyen la resina, entre agotamiento y regeneración Consecuencia: pérdida de capacidad

22 PROBLEMAS GENERALES A TENER EN CUENTA ATRICCIÓN MECÁNICA Por rozamiento y choque de la resina con sustancias arrastradas

23 PROBLEMAS GENERALES A TENER EN CUENTA ATAQUE QUÍMICO Especialmente por oxidantes Ensayo: H 2 O 2 3%. Se mide el tiempo vs humedad

24 PROBLEMAS GENERALES A TENER EN CUENTA CONTAMINANTES ORGÁNICOS En resinas aniónicas: a. ácidos húmicos y fúlvicos b. residuos de tensoactivos c. ácidos ligninosulfónicos d. organofosfatos

25 PROBLEMAS GENERALES A TENER EN CUENTA CONTAMINANTES ORGÁNICOS Método para determinar fouling orgánico: Se determina DQO con KMnO 4, en ppm de KMnO 4

26 PROBLEMAS GENERALES A TENER EN CUENTA CONTAMINANTES ORGÁNICOS Soluciones: Resinas con capacidad de absorción de materia orgánica Estructuras acrílicas hidrófilas: rechazan contaminantes orgánicos hidrófobos Tratamiento previo (filtros, carbón activado, etc.)

27 OPTIMO DESEMPEÑO DE UNA OPERACION DE I.I. PRETRATAMIENTO DE LA ALIMENTACIÓN CONDICIONES AMBIENTALES PROPIEDADES DE LA RESINA DISEÑO MECÁNICO DEL EQUIPO

28 REGENERACIÓN RESINAS CATIÓNICAS soluciones de Na + (NaCl) soluciones de H + (HCl o H 2 SO 4 )

29 REGENERACIÓN RESINAS ANIÓNICAS Fuertes con OH - proveniente de bases fuertes (NaOH, KOH) Débiles con OH - proveniente de bases débiles (Na 2 CO 3, NH 4 OH)

30 PARÁMETROS DE DISEÑO CATIÓNICAS FUGACIDAD PERMITIDA Na Ca + Mg DUREZA FLUJOS DE REGENERACIÓN Y AGOTAMIENTO, CONC. DE REGENERANTE

31 PARÁMETROS DE DISEÑO ANIÓNICAS FUGACIDAD PERMITIDA PRESENCIA DE SÍLICE FLUJOS DE REGENERACIÓN Y AGOTAMIENTO, CONC. DE REGENERANTE

32 1. RCF-Na +

33 2. RCF-H +

34 3. NaOH RCF-H +

35 4. RCF-H +

36 5. RCF-H + RCF-Na +

37 6. RCD-H +

38 7. RCD-Na + (o RCD-H + )

39 8. RCD-H + RCF-Na +

40 8. RCD-H + RCF-Na +

41 9. RAF-Cl -

42 10. RCF-Na + RAF-Cl -

43 11. RCF-H + RAF-OH -

44 12. RCF-H + RAF-OH -

45 13. RCF-H + RAD-OH -

46 14. RCF-H + RAD-OH - RAF-OH -

47 15. LECHO MIXTO

48 RESINAS CATIÓNICAS DÉBILES SÓLO INTERCAMBIAN CATIONES ASOCIADOS A ALCALINIDAD

49 USO DE RCD-H + Gran capacidad de intercambio de alcalinidad de Ca y Mg Regeneración ~ 1:1 No es necesario neutralizar

50 DESALCALINIZACIÓN CON RAF Se regeneran con NaCl No se utilizan ácidos No habrá arrastre de ácidos El equipo no debe ser resistente a ácidos No se requiere torre desgasificadora

51 DISEÑO DE RESINAS ANÁLISIS COMPLETO DEL AGUA EXIGENCIA DEL SERVICIO CAUDAL A PROCESAR eq/l. Q(L/h). θ eq/l h V = = = R (h) eq eq/l R L R

63 AGOTAMIENTO DE RESINAS

64 CONTROL DE AGOTAMIENTO ABLANDAMIENTO Análisis Indicador colorimétrico (~ 10 ppm dureza) DESIONIZACIÓN Conductimetría ph

65 EJEMPLO Agua bruta DT = 6 meq/l Na + = 2 meq/l Agua tratada DT = 0.1 meq/l ST = 8 meq/l Q neto = 50 m 3 /h Producción: 8 horas Regeneración: 2 horas

66 CAL-SODA Ca(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 2 CaCO H 2 O Mg(HCO 3 ) 2 + 2Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + 2CaCO H 2 O MgCl 2 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + CaCl 2 CaCl 2 + Na 2 CO 3 CaCO 3 + 2NaCl NaH 2 PO 4 + Na 2 CO 3 Na 3 PO 4 + H 2 O + CO 2 3CaCO 3 + Na 3 PO 4 Na 2 CO 3 + Ca 3 (PO 4 ) 2

67 RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO Bajo costo de equipos Agua blanda de calidad constante Costos de tratamiento bajos Poco manejo de productos químicos y atención de equipos Se logra dureza 0

68 CAL SODA Se requiere mucho espacio Reactivos caros Manipulación de reactivos Control del proceso No se logra dureza 0

69 CAL - I.I. Se usa sólo cal, que es barata Se logra dureza 0 Se produce poco CO 2 Se obtiene calidad constante

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