Repblica Bolivariana de Venezuela La Universidad del Zulia
República Bolivariana de Venezuela La Universidad del Zulia Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Laboratorio de Operaciones Unitarias II Practica # 7 Intercambio iónico Autor: Ing. Alexis Manuel Faneite Realizado por: Barboza Marconi; Lugo Malleli; Pirela José Daniel; Simancas José Daniel; Sulbarán Nathaly; Torrealba Leisy; Torres Keivi; Villalobos Learsy Mejorado por: Annybeth Fernández; Ana Nieto; Daniel Paternina; Aidin Urribarri
Intercambio iónico Objetivo general Estudiar el proceso de intercambio iónico mediante el tratamiento de una solución de una sal inorgánica con un lecho fijo de una resina de intercambio catiónico en su forma de hidrógeno.
Intercambio iónico Objetivos específicos 1. Determinar la densidad, diámetro de partícula de la resina, la porosidad del lecho y flujo volumétrico del efluente. 2. Representar gráficamente la etapa de intercambio y agotamiento como altura del lecho y altura de la zona gastada en función del volumen acumulado del efluente.
Intercambio iónico Objetivos específicos 3. Medir de forma aproximada la altura de la zona de intercambio. 4. Representar gráficamente la etapa de regeneración como altura del lecho y altura de la zona regenerada en función del volumen acumulado del efluente. 5. Representar gráficamente la etapa de lavado como altura del lecho en función del volumen acumulado del efluente.
Intercambio iónico Objetivos específicos Con los datos suministrados por el Profesor: 6. Representar gráficamente la concentración de cationes del efluente con respecto al volumen acumulado del efluente en el proceso de intercambio iónico, indicando el punto de quiebre y el punto de agotamiento.
Intercambio iónico Objetivos específicos 7. Determinar la velocidad de descenso, la altura y el tiempo de formación de la zona de intercambio. 8. Determinar el porcentaje de hinchamiento del lecho de resina.
Intercambio iónico Fundamentos Teóricos ¿Que es el intercambio iónico? El intercambio iónico es una reacción química reversible, que tiene lugar cuando un ión de una disolución se intercambia por otro ión de igual signo que se encuentra unido a una partícula sólida inmóvil. Este proceso tiene lugar constantemente en la naturaleza, tanto en la materia inorgánica como en las células vivas. Magnesio Calcio Magnesio Sodio Sodio Sodio
Intercambio iónico Fundamentos Teóricos Qué es una resina? Están RESINA Matriz polimérica compuestas de una alta concentración de grupos polares, ácidos Las resinas de intercambio iónico son o básicos, incorporados a una matriz de materiales sintéticos, sólidos e un polímero sintético y actúan tomando insolubles en agua, que se presentan en iones de las soluciones (generalmente forma de esferas o perlas, aunque agua) y cediendo cantidades también las hay en forma de polvo. equivalentes de otros iones.
Intercambio iónico Fundamentos Teóricos sinas: Prop. Físicas y Químicas Insoluble al agua • Union cruzada • Capacidad de humedad Resistencia A la fractura El sitio activo se Encuentra Ligado a la esfera
Intercambio iónico Fundamentos Teóricos Propiedades físicas de las resinas • Macromolécula esférica de 0, 4 a 1 mm de diámetro. • Resinas con pocas uniones entrecruzadas tienden a ser muy acuosas y cambian de dimensión.
Intercambio iónico Fundamentos Teóricos Propiedades físicas de las resinas • El contenido de humedad cambia con la cantidad de unión entrecruzada. • Las resinas macroporosas, tienen apariencia esponjosa tiene una menor capacidad porque las esferas contienen menos sitios de intercambio
Intercambio iónico Fundamentos Teóricos Tipos de Resinas catiónicas de ácidos • Fuertes • Débiles • Fuertes Resinas aniónicas de bases • Débiles
Intercambio iónico Fundamentos Teóricos Tipos de Resinas catiónicas de ácido fuerte: • Intercambian iones positivos (cationes). • Funcionan a cualquier p. H. • Es la destinada a aplicaciones de suavizado de agua. Elimina los cationes del agua y necesitan una gran cantidad de regenerante, normalmente ácido clorhídrico (HCl).
Intercambio iónico Fundamentos Teóricos Tipos de Resinas catiónicas de ácido débil: • Tienen menor capacidad de intercambio. • No son funcionales a p. H bajos. • Elevado hinchamiento y contracción lo que hace aumentar las perdidas de carga o provocar roturas en las botellas cuando no cuentan con suficiente espacio en su interior. • Se trata de una resina muy eficiente, requiere menos ácido para su regeneración, aunque trabajan a flujos menores que las de ácido fuerte. Es habitual regenerarlas con el ácido de desecho procedente de las de ácido fuerte.
Intercambio iónico Fundamentos Teóricos Tipos de Resinas aniónicas de base fuerte: • Intercambian iones negativos (aniones). • Es la destinada a aplicaciones de suavizado de agua, . Elimina los aniones del agua y necesitan una gran cantidad de regenerante, normalmente sosa (hidróxidosódico - Na. OH).
Intercambio iónico Fundamentos Teóricos Tipos de Resinas aniónicas de base débil: • Es una resina muy eficiente, de fácil regeneración. • No se puede utilizar a p. H altos. • Pueden sufrir problemas de oxidación o ensuciamiento.
Intercambio iónico Fundamentos Teóricos Figura ilustrativa del proceso de intercambio iónico con un lecho fijo en donde se aprecia el desplazamiento de la zona de intercambio.
Intercambio iónico Fundamentos Teóricos La zona de intercambio se basa en la interacción que existe entre la resina de intercambio y el efluente. A medida que la disolución pasa a través de la resina, los iones presentes en dicha disolución desplazan a los que estaban originariamente en los sitios activos. El circulo rojo representa la zona de intercambio, inicialmente el volumen de efluente recolectado tiene una baja concentración de cationes, ya que estos al entrar en contacto con el lecho, quedan retenidos allí por el sólido.
Intercambio iónico Fundamentos Teóricos Se observa el desplazamiento de la zona de intercambio, lo cual se ve reflejado en el aumento leve de la concentración de cationes en el efluente (figura inferior), ya que la resina empieza a saturarse y a disminuir la Para que tenga lugar el intercambio iónico, los iones capacidad de intercambio. deben moverse de la disolución a la resina y viceversa. Este movimiento se conoce como proceso de difusión.
Intercambio iónico Fundamentos Teóricos A medida que aumenta el volumen de efluente va aumentando lentamente la concentración de cationes en el mismo, porque el lecho se va saturando con el soluto, hasta llegar a un punto denominado quiebre, el cual es el instante cuando la concentración del ión metálico en el efluente alcanza un 5% del valor en el fluido, la zona de intercambio ha alcanzado el fondo del lecho.
Intercambio iónico Fundamentos Teóricos Se observa el punto de agotamiento, este se alcanza cuando la concentración del ión metálico en el efluente alcanza el 95% de su valor en el fluido. En este punto la resina no permite más intercambio de
Intercambio iónico Justificación e importancia Ablandamiento de agua para calderas ¿ Que separa? ¿Que resina usa? Cuando el agua contiene una cantidad significante de calcio y magnesio, es llamada agua dura. Mg+ Ca+ Mg+ zeolitas ¿Qué es el ablandamiento del agua? Estructura de zeolita Es una técnica que sirve para eliminar los iones que hacen a un agua ser dura, en la mayoría de los casos iones de calcio y magnesio. Aluminio Calcio
Intercambio iónico Justificación e importancia Ablandamiento de agua para calderas El agua dura es conocida por taponar las tuberías y complicar la disolución de detergentes en agua. CAUSAN incrustaciones en los tubos y superficies de las calderas üDisminución de la eficiencia energética y aumento en el consumo de combustible. üParadas imprevistas por roturas de tubos en la caldera.
Intercambio iónico Justificación e importancia Desmineralización y desionización del agua con que se producen las bebidas carbonatadas La desmineralización es un proceso mediante el cual se eliminan sólidos disueltos en el agua. El proceso mediante intercambio iónico emplea resinas catiónicas y aniónicas , que pueden ser base fuerte o base débil dependiendo la calidad del agua a obtener y los contaminantes que se requiera remover. Desionización: Proceso que utiliza resinas de intercambio iónico de fabricación especial que eliminan las sales ionizadas del agua. Teóricamente puede eliminar el 100% de las sales. La desionización normalmente no elimina los compuestos orgánicos, virus o bacterias excepto a través del atrapado “accidental” en la resina
Intercambio iónico Justificación e importancia Desmineralización y desionización del agua con que se producen las bebidas carbonatadas ¿Que resina usa? alimentación Cambiador catiónico Aireación para eliminar carbonatos en forma de CO 2 Cambiador aniónico Agua Desmineralizada
Intercambio iónico Justificación e importancia Desmineralización y desionización del agua con que se producen las bebidas carbonatadas Salida del cambiador Catiónico Unidad catiónica Elimina los minerales del agua Los Cationes son Reemplazados por Iones Hidrogeno (H+) ejemplo: Ca y Mg (H+, HCO 3 -) Se da la siguiente reacción: H+ + HCO 3 ----> H 2 CO 3 -----> H 2 O + CO 2 Unidad aniónica Los Aniones son Reemplazados por Iones Hidróxido (OH-) ejemplo: HCO 3 -, SO 4= H 2 CO 3 ---->desgasificador
Intercambio iónico Descripción del equipo Embudo de decantación Bureta Resina de sulfonato de Poliestireno. Soporte universal Vaso de precipitado
Intercambio iónico Procedimiento experimental 1. Preparar la solución de Sulfato de Cobre, previamente pesado y diluido en 2. Preparar todos los implementos para realizar el experimento
Intercambio iónico Procedimiento experimental 4. Armar el equipo según el modelo 3. Llenar el embudo de decantaci
Intercambio iónico Procedimiento experimental 5. Poner a gotear el sulfato de cobre y habrir la válvula de la bureta. Regule con el goteo de la solución de sulfato 6. Luego, cada de cobre la altura 2 minutos del líquido sobre la mida el resina volumen acumulado, la
Intercambio iónico Procedimiento experimental Anotar los valores de volumen acumulado, altura de la
Intercambio iónico Procedimiento experimental Zona Agotada 7. Observar Zona de Intercambio 8. Leve lavado de resina con Agua Destilada. Resina Agotada
Intercambio iónico Procedimiento experimental 10. Regeneración de la Resina: Ácido Sulfúrico 9. Trasvasado del ácido Sulfúrico al embudo de
Intercambio iónico Procedimiento experimental Anotar los valores de volumen acumulado, altura y
Intercambio iónico Procedimiento experimental 11. Resina completame nte regenerada 12. Etapa final de lavado con agua destilada
Intercambio iónico Procedimiento experimental Anotar los valores de volumen acumulado y altura en la
Intercambio iónico Procedimiento experimental Resina completamente regenerada y libre de ácido sulfúrico
Intercambio iónico Seguridad, Higiene y ambiente Implementos de protección personal Guantes. Lentes Bata
Intercambio iónico Seguridad, Higiene y ambiente Ácido Sulfúrico (H 2 SO 4): riesgos a la salud Inhalación: Respirar los vapores de acido sulfúrico puede causar severa irritación en el sistema respiratorio. Contacto con la piel: causa irritación, quemaduras y ulceraciones. Ingestión: causa irritación en la garganta esófago,
Intercambio iónico Seguridad, Higiene y ambiente Ácido Sulfúrico (H 2 SO 4): primeros auxilios Inhalación: respirar aire fresco, si se dificulta la respiración aplicar oxigeno. Contacto con la piel: enjuagar con grandes cantidades de agua, por 15 minutos. Ingestión: tomar bastante agua, no inducir el vomito.
Intercambio iónico Seguridad, Higiene y ambiente Resina de Sulfato de Poliestireno: primeros aus Poliestireno: riesgos a la • Puede causar irritación gástrica y retención de sodio. • No es carcinógeno. Obtenga atención médica en todos los casos
Intercambio iónico Seguridad, Higiene y ambiente Sulfato de Cobre (Cu 2 SO 4): riesgos a la salud Inhalación: causa irritación del tracto respiratorio. Contacto con la piel: es irritante y corrosivo sobre la piel, puede causar quemaduras sino se lava a tiempo. Ingestión: causa severas quemaduras a las membranas mucosas del
Intercambio iónico Seguridad, Higiene y ambiente Sulfato de Cobre (Cu 2 SO 4): primeros auxilios Inhalación: respirar aire fresco, si la víctima no respira aplicar respiración artificial. Contacto con la piel: enjuagar con grandes cantidades de agua y jabón, por 15 minutos. Ingestión: tomar bastante agua, inducir el vomito dirigido por personal médico.
Intercambio iónico Seguridad, Higiene y ambiente Limpiar todo No botar por el drenaje No dejar residuos
Intercambio iónico Seguridad, Higiene y ambiente Botar la basura Ordenar todo Lavar todo
Intercambio iónico Se abre el ciclo de preguntas
¡Gracias!
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