J Curso Tratamiento de agua con Intercambio Iónico y Ósmosis Inversa

Transcripción

1 Curso Tratamiento de agua con Intercambio Iónico y Ósmosis Inversa

2 Conceptos Básicos de Ósmosis Inversa Septiembre de 2016

3 INDICE Espectro de Filtración Conceptos Básicos Factores que afectan el desempeño de Plantas

4 ESPECTRO DE FILTRACIÓN 10 psi (0.7 bar) psi (1-7 bar) psi ( bar) psi (5-84 bar).

5 ESPECTRO DE FILTRACIÓN

6 ESPECTRO DE FILTRACIÓN

7 Osmosis Equilibrio Osmosis Inversa Solución Salina Agua Pura 100 psi Solución Salina Agua Pura Membrana Presión hidrostática 5 psi 5 psi Presión osmótica 2 psi 10 psi 7 psi Presiones totales Presión neta 15 psi 8 psi Presión hidrostática 7,5 psi 2,5 psi Presión osmótica 2 psi 7 psi 9,5 psi Presiones totales Presión neta : 0 (No hay flujo) 9,5 psi 1 psi 106 psi 87 psi Presión aplicada 105 psi 5 psi Presión osmótica Presiones totales Presión neta 14 psi 19 psi

8 Presiones de Operación de diversos sistemas

9 Presión osmótica Utilizando la ecuación de Van t Hoff para soluciones diluidas, la presión osmótica puede ser calculada muy aproximandamente: π = φicrt π = Presión Osmótica, atm φ = Coeficiente osmótico i = Grado de ionización C = Concentración Molar del soluto, mol/l R = Constante de los Gases T = temperatura absoluta ( K)

10 Presiones Osmóticas según TDS 100 ppm TDS» 1 psi (0.07 bar) 1,000 ppm TDS» 10 psi (0.7 bar) 35,000 ppm TDS» 350 psi (24 bar)

11 Presión osmótica en función de concentración de soluto

12 Modos de Filtración Filtración de extremo cerrado (Dead End) Filtración de flujo cruzado (Cross Flow) FLUJO CRUZADO EXTREMO CERRADO ALIMENTACIÓN ALIMENTACIÓN CONCENTRADO PERMEADO

13 Filtración de Flujo Cerrado Requerida para algunos procesos como Nanofiltración y osmosis Inversa, también se utiliza en Ultrafiltración A. Arrastra sales que pueden precipitarse y las envía en la corriente de concentrado, sacándolas del sistema. B. Evita que la Presión Osmótica alcance valores muy altos y no iguala a los de la presión hidráulica

14 Filtración de Flujo Cerrado

15 Ósmosis Inversa implica Aplicar una presión mayor a la presión osmótica de la solución Difusión de agua, pero no de sales, a través de la membrana semipermeable en dirección opuesta al flujo natural Filtración transversal para arrastrar sales concentradas y partículas contaminantes

16 Alcance de la Ósmosis Inversa La ósmosis inversa puede producir agua purificada a partir de una corriente de alimentación (permeado) Concentrar químicos de una corriente de alimentación (rechazo) Separar selectivamente iones y moléculas pequeñas La ósmosis inversa NO puede: No puede concentrar al 100% No puede separar al 100%

17 Componentes principales

18 Tubos de Presión J Permeado Alimentación Tubería Soporte Bomba de alta Presión

19 Componentes principales

20 Definiciones Permeado Alimentación Concentrado Etapas (Stages) Una etapa es un conjunto de tubos que reciben la misma fuente de agua Etapa 1 recibe agua de alimentación pretratada. Etapa 2 recibe Concentrado de la etapa 1 Etapa 3 recibe concentrado de la etapa 2 Pasos (Passes) Trenes en serie: El 2 paso trata el permeado del 1 paso

21 Definiciones Permeado Permeado Alimentación Concentrado Arreglos (Arrays) Los arreglos son los tubos de presión en cada etapa. (4:2)x7 (8:4)x6 (8:5:2)x5 (10:5:1)x6 Trenes (Trains) Arreglos que pueden operar como sistemas independientes. Existe al menos una bomba de alta presión por cada tren

22 Balance de Masa 50 Elemento Elemento Elemento Elemento 4 Cada elemento produce ~15% Elemento Etapa 1 Elemento 6 Permeado 31.1 =

23 50 J Balance de Masa Etapa 1 permeado 31.1 = 500 ppm 10.0 ppm Promedio. Elemento ppm 42.5 Elemento ppm 36.1 Elemento ppm 30.7 Elemento 4 Cada elemento produce ~15% Remoción de sales 99.8%. 951 ppm 26.1 Elemento ppm 22.2 Elemento ppm 7.0 ppm 6.0 ppm 7.8 ppm 10.0 ppm 11.8ppm 16.4 ppm 18.9

24 Modelo de Difusión de Solución Homogénea Describe el flujo de agua, el flujo de sales y la transferencia de masas en sistemas de membranas que operan a presión Agua de Alimentación (f) K s K w Permeado (p) Concentrado (c)

25 Flujo Unitario de agua y de soluto F w = K w ( P - π) F w K w P π = Flujo unitario del solvente, galones por pie cuadrado por día (gfd) = Coeficiente de transferencia de masa del solvente, gfd/psi (A) = Diferencial de presión en la membrana, psi = Diferencial de presión osmótica, psi F s = K s ( C) F s K s C = Flujo unitario del Soluto, libras por pie cuadrado por día = Coeficiente de transferencia de masa del soluto, gfd (B) = Diferencial de concentración en la membrana, lb/gal

26 Ecuaciones de Balance de Masa Q f, C f Q p, C p Q c, C c Q f Q f C f = Q p + Q c = Q p C p + Q c C c Q f Q p Q c C f C p C c = Flujo de Alimentación, gal/min = Flujo de permeado, gal/min = Flujo de concentrado, gal/min = Concentración del soluto en la alimentación, lb/gal = Concentración del soluto en el permeado, lb/gal = Concentración del soluto en el concentrado, lb/gal

27 Ecuaciones de Balance de Masa Rechazo de Sales

28 Instalaciones con una etapa

29 Instalaciones con dos etapas

30 Instalaciones con doble paso

31 Desempeño de la Ósmosis Inversa Factores que afectan el desempeño de la ósmosis inversa Agua de alimentación Temperatura Concentración / Salinidad ph Parámetros de Operación Presión Recuperación Polarización de concentración

32 Desempeño de la Ósmosis Inversa Temperatura de alimentación vs. Flujo y rechazo de sales

33 Desempeño de la Ósmosis Inversa Efecto de la Presión de alimentación en el Flujo y el Rechazo de sales

34 Desempeño de la Ósmosis Inversa Concentración de sales vs. Flujo y Rechazo de sales

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