Dr. Eduardo Márquez CanosaE-mail: dr.marquezcanosa@gmail.com

Tratamiento del agua mediante resinas de intercambio iónico.

Conceptos básicos

Diploma en Ingeniería para el Tratamiento de Aguas Especiales

Fondo Verde Agosto 2015

Características que distinguen a un agua natural

Introducción

Parámetros de calidad del agua.

Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Características de un agua natural.Sistemas de pre tratamiento utilizados.Impurezas iónicas. Inconvenientes. Procesos utilizados en la remoción de impurezas iónicas.

Operaciones Unitarias presentes en un sistema de pre tratamiento

Filtración a través de material poroso

Macrofiltración

Filtros Carbón Activado

Microfiltración

Desinfección

Filtros de Arena

Filtros Antracita

Filtros mixtos

Filtros Clarificadores

Introducción

Parámetros de calidad del agua.

Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Características de un agua natural.Sistemas de pre tratamiento utilizados.Impurezas iónicas. Inconvenientes. Procesos utilizados en la remoción de impurezas iónicas.

Introducción

Parámetros de calidad del agua.

Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Características de un agua natural.Sistemas de pre tratamiento utilizados.Impurezas iónicas. Inconvenientes. Procesos utilizados en la remoción de impurezas iónicas.

Introducción

Parámetros de calidad del agua.

Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Características de un agua natural.Sistemas de pre tratamiento utilizados.Impurezas iónicas. Inconvenientes. Procesos utilizados en la remoción de impurezas iónicas.

Introducción

Parámetros de calidad del agua.

Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Características de un agua natural.Sistemas de pre tratamiento utilizados.Impurezas iónicas. Inconvenientes. Procesos utilizados en la remoción de impurezas iónicas.

Inconvenientes de utilizar un agua con elevada concentración de iones o sales disueltas

Incrustaciones

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Corrosión

Características de un agua natural.Sistemas de pre tratamiento utilizados.Impurezas iónicas. Inconvenientes. Procesos utilizados en la remoción de impurezas iónicas.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Características de un agua natural.Sistemas de pre tratamiento utilizados.Impurezas iónicas. Inconvenientes. Procesos utilizados en la remoción de impurezas iónicas.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Características de un agua natural.Sistemas de pre tratamiento utilizados.Impurezas iónicas. Inconvenientes. Procesos utilizados en la remoción de impurezas iónicas.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Características de un agua natural.Sistemas de pre tratamiento utilizados.Impurezas iónicas. Inconvenientes. Procesos utilizados en la remoción de impurezas iónicas.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Métodos empleados para la remoción de impurezas iónicas

EVAPORACIÓN / DESTILACIÓN

MEMBRANAS (ULTRAFILTRACIÓN, ÓSMOSIS INVERSA)

PRECIPITACIÓN QUÍMICA (PROCESO DE CAL SODA EN FRIO Y CALIENTE)

INTERCAMBIO IÓNICO

Características de un agua natural.Sistemas de pre tratamiento utilizados.Impurezas iónicas. Inconvenientes. Procesos utilizados en la remoción de impurezas iónicas.

Introducción

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Definición.Carácter reversible del proceso.Estructura de la matriz polimérica. Clasificación general de los tipos de resinas.Propiedades de las resinas de intercambio iónico.

Absorben iones (cationes y aniones) de una solución y lo

intercambian por cantidades equivalentes de otros iones

de la misma carga, basado en una escala de selectividad

de los mismos.

Dentro del concepto se deben resaltar: el carácter reversible de la

reacción de intercambio, la misma se produce de equivalente a

equivalente de iones intercambiados y se realiza bajo una escala

de selectividad de iones.

Representación del proceso de intercambio de catión y anión por cada resina

Definición.Principio de selectividad presente en cada resinaEstructura de la matriz polimérica. Clasificación general de los tipos de resinas.Propiedades de las resinas de intercambio iónico.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Definición.Principio de selectividad presente en cada resina.Estructura de la matriz polimérica. Clasificación general de los tipos de resinas.Propiedades de las resinas de intercambio iónico.

Selectividad de los iones para cada tipo de resina

Para una resina catiónica fuerte Para una resina catiónica débil

Para una resina aniónica fuerte

Para una resina aniónica débil

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Procesos con resinas de intercambio.

Definición.Principio de selectividad presente en cada resina.Estructura de la matriz polimérica. Clasificación general de los tipos de resinas.Propiedades de las resinas de intercambio iónico.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Definición.Principio de selectividad presente en cada resina.Estructura de la matriz polimérica. Clasificación general de los tipos de resinas.Propiedades de las resinas de intercambio iónico.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Definición.Principio de selectividad presente en cada resina.Estructura de la matriz polimérica. Clasificación general de los tipos de resinas.Propiedades de las resinas de intercambio iónico.

Estructura de una resina de intercambio

1.- La Matriz polimérica.

2.- El agente de entrecruzamiento.

3.- El grupo funcional (intercambiador de iones).

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Definición.Principio de selectividad presente en cada resina.Estructura de la matriz polimérica. Clasificación general de los tipos de resinas.Propiedades de las resinas de intercambio iónico.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Definición.Principio de selectividad presente en cada resina.Estructura de la matriz polimérica. Clasificación general de los tipos de resinas.Propiedades de las resinas de intercambio iónico.

Representación esquemática de la matriz polimérica estirénica de una resina.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Definición.Principio de selectividad presente en cada resina.Estructura de la matriz polimérica. Clasificación general de los tipos de resinas.Propiedades de las resinas de intercambio iónico.

Representación esquemática de la matriz polimérica estirénica. Ejemplo de la resina Catiónica fuerte (Amberlite IR-120).

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Procesos con resinas de intercambio.

Definición.Principio de selectividad presente en cada resina.Estructura de la matriz polimérica. Clasificación general de los tipos de resinas.Propiedades de las resinas de intercambio iónico.

Representación esquemática de la formación de la matriz polimérica acrílica de una resina.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Definición.Principio de selectividad presente en cada resina.Estructura de la matriz polimérica. Clasificación general de los tipos de resinas.Propiedades de las resinas de intercambio iónico.

Representación esquemática de la matriz polimérica acrílica. Ejemplo de la resina Aniónica fuerte (Amberlite IR-458)

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Procesos con resinas de intercambio.

Definición.Principio de selectividad presente en cada resina.Estructura de la matriz polimérica. Clasificación general de los tipos de resinas.Propiedades de las resinas de intercambio iónico.

Características principales de las resinas con matriz poliméricas acrílicas.

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Procesos con resinas de intercambio.

Definición.Principio de selectividad presente en cada resina.Estructura de la matriz polimérica. Clasificación general de los tipos de resinas.Propiedades de las resinas de intercambio iónico.

Tipos de resinas en función de su grupo funcional

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Definición.Principio de selectividad presente en cada resina.Estructura de la matriz polimérica. Clasificación general de los tipos de resinas.Propiedades de las resinas de intercambio iónico.

Propiedades de las resinas de intercambio iónico

1.- No deben ser solubles en agua, ni en otros disolventes comunes, aunque no pueden estar secas.

2.- La reacción de intercambio se produce estequiométricamente, equivalente a equivalente.

3.- Los procesos de intercambio iónico son procesos en equilibrio. Esto permite el trabajo en columnas de forma continua. Si el flujo es muy pequeño, el ion que sale puede volver a entrar a la resina.

4.- Las resinas deben ser resistentes desde el punto de vista químico y mecánico.

5.- Presentan mayor afinidad por un ion que por otro, dependiendo entre otros factores, de la carga, el número atómico y la concentración de la disolución.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

Esquema general de un equipo de intercambio iónico

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

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Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

Representación esquemática de la estructura de una resina catiónica fuerte

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Procesos con resinas de intercambio.

Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

Representación esquemática de la estructura de una resina aniónica

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Procesos con resinas de intercambio.

Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

Variables que influyen en la operación con resinas de intercambio iónico

1. Naturaleza del agua a tratar.

2. Características y tipos de resinas intercambiadoras de iones.

3. Tipos de sistemas de intercambio iónico.

4. Calidad necesaria del agua tratada.

5. Características del equipo.

6. Costos de los sistemas de intercambio iónico.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

Procesos típicos de tratamiento de agua industrial

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Procesos con resinas de intercambio.

Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

Procesos típicos de tratamiento de agua industrial

Remoción de la dureza (Ca y Mg)Uso de resinas catiónicas operadas en ciclo sodio y regenaradas con cloruro de sodio.El resto de los sólidos totales disueltos en el agua no se intercambian.

Bajo costo de inversión de equipos. Bajo costo de operación.Alta capacidad de intercambio iónico.

Ventajas: Limitaciones:

Aguas para calderas de baja presión.No remueve sílice.

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Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

Agua Cruda Regenerante Agua tratada

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Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

Ventajas: Limitaciones:

Aguas para calderas de baja presión.No remueve sílice.

Reduce la alcalinidad constituida por hidrogeno carbonatos normalmente asociados a la dureza.

Proceso requerido en tratamientos de aguas de caldera, fabricación de bebidas, licores, fábricas de hielo y otros productos alimenticios.

Suaviza el agua.Bajo costo de operación.Equipos menos costosos.

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Agua Cruda Regenerante Agua tratada

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Procesos con resinas de intercambio.

Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

Agua Cruda Regenerante Agua tratada

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Resinas de intercambio.

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Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

Agua Cruda Regenerante Agua tratada

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Resinas de intercambio.

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Agua Cruda Regenerante Agua tratada

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

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Resinas de intercambio.

Procesos con resinas de intercambio.

Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

Agua Cruda Regenerante Agua tratada

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Procesos con resinas de intercambio.

Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

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Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

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Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

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Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

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Etapas de trabajo con resinas de intercambio iónico.Variables que influyen en la operación. Configuraciones existentes. Selección de la resina. Interpretación de las variables presentes en el catálogo de una resina.

¿Cómo se calcula la cantidad de resina (volumen de resina necesario)?

¿Cómo realizar el diseño o evaluación de un equipo de intercambio iónico?

Cálculo de los siguientes parámetros operacionales:

1.- Flujo de operación (Qop) o servicio.2.- Volumen de agua tratada procesada.2. -Flujo en la operación de contra lavado (Qcont).2.-Tiempo en la operación contra lavado.3.- Masa del regenerante.4.- Flujo de regeneración. 5.- Tiempo de regeneración. 6.- Flujo, tiempo de operación y volumen consumido en la operación de lavado.

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