Publicación sobre tecnologías para tratamiento de agua y soluciones de proceso | Edición.03

Conozca el proceso de desmineralización del agua con resinas aniónicas

El tema de esta edición de e-Flow es resina aniónica, perlas de polímero para la desmineralización de agua y soluciones de procesos industriales.

En nuevo formato, la publicación de Dow Water & Process Solutions aborda en las páginas siguientes los tipos y criterios que deben ser considerados para la instalación de resinas en los sistemas de tratamiento.

El tema de esta edición de e-Flow es resina aniónica, perlas de polímero para la desmineralización de agua y soluciones de procesos industriales.

En nuevo formato, la publicación de Dow Water & Process Solutions aborda en las páginas siguientes los tipos y criterios que deben ser considerados para la instalación de resinas en los sistemas de tratamiento.

ÍNDICE

07Criterios para selección de resinas aniónicasConozca la clasifi cación de las pequeñas esferas sintéticas

queliberan diferentes iones cuando aplicadas en el agua de

procesos industriales.

09Resinas aniónicas fuertesSe clasifi can en dos tipos, uno de los cuales se obtiene por la

reacción de dimetiletanolamina.

PIE DE IMPRENTA

e-Flow es una publicación digital de Dow Water Process Solutions, una unidad de negocios de The Dow Chemical Company en tecnologías para soluciones de trata-miento de aguas y procesos. Av. das Nações Unidas, 14.1714o andar - São Paulo/SP - BrasilCEP 04794-000Tel.: +55 11 5188-9614www.dowwaterandprocess.comMayo/2011

Orgullo de apoyar el Año Internacional de la Química

Aspectos para instalación de resinasTemperatura, oxidación y nivel de orgánico del agua deben ser

considerados cuando resinas aniónicas son instaladas en los

sistemas de tratamiento.

13

11Resinas aniónicas débilesCopolímero obtenido por reacción con la amina o clorometil

amoníaco, esta clase de resina opera por el proceso de absorción.

Entienda el comportamiento de sus componentes y sustancias

eliminadas durante el tratamiento del agua.

®™ Marca registrada de The Dow Chemical Company o empresa subsidiaria

Tipos de resinas aniónicas

Criterios de selección de resinas aniónicas

07

Las resinas aniónicas desempeñan un papel muy importante en el proceso de desmineralización. Ellas son usadas cuando la calidad del agua a ser producida es tal, que remover la conductividad mediante el ablandamiento con resinas catiónicas no es sufi ciente.

Para la instalación de una unidad aniónica con resinas Dowex™, Amberjet™ o Amberlite™ es necesario considerar los siguientes aspectos:• Composición del agua de alimentación;• Calidad requerida del agua tratada;• Condiciones potenciales de oxidación;• Nivel de orgánicos en el agua;• Temperatura del agua.

Antes de revisar cada uno de estos puntos, vamos a estudiar las diferentes clases de resinas aniónicas y sus características básicas.

Las resinas aniónicas pueden ser fuertes o débiles. Las resinas aniónicas fuertes Dowex™, Amberjet™ o Amberlite™ poseen matriz polimérica de poliestireno divinil benceno. Ellas son obtenidas por medio de la clorometilación de la matriz polimérica y posterior tratamiento con una amina reactiva de acuerdo con la funcionalidad deseada.

Esferas de resinas aniónicas

Resinas aniónicas fuertes

Resinas aniónicasfuertes

09

Son aminas cuaternarias con la siguiente estructura:

R – N + - (X)3

Donde:

R = Matriz de Polímero Poliestireno divinilbenceno

X = Grupo Alifático

Por ser bases fuertes tienen gran afi nidad con ácidos débiles tales como aquellos derivados del sílice (ácido silícico, por ejemplo) y el CO2 (ácido carbónico). Cuando un anión fuerte es degradado, éste pasa para amina terciaria o secundaria perdiendo su basicidad fuerte y su capacidad de remoción de ácidos débiles, ver Figura 1.

Existen resinas aniónicas fuertes del Tipo I y del Tipo II.

Las resinas aniónicas fuertes Dowex™, Amberjet™

o Amberlite™ Tipo I poseen la siguiente estructura:

El grupo funcional fi jo es una amina cuaternaria que le da basicidad fuerte y, por lo tanto, gran capacidad de remoción de ácidos débiles tipo silícico y carbónico. Dentro de esta clasifi cación están las resinas: Dowex™ SBR-P,Amberlite™ IRA-402, Dowex™ Marathon™ A, Amberjet™ 4200 , Dowex™ Monosphere™ 550A, Dowex™ 11 , etc.

Las resinas aniónicas fuertes Dowex™, Amberjet™ o Amberlite™ Tipo II poseen la siguiente estructura:

Son obtenidas por reacción de dimetiletanolamina con el polímero clorometilado. El grupo funcional fi jo es una amina cuaternaria con menor basicidad que en las resinas tipo I. Las resinas tipo II poseen menor estabilidad térmica y química que las resinas tipo I. Las resinas aniónicas tipo II permiten obtener mayor efi cacia durante la regeneración.

RESINA ANIÓNICA FUERTE

Figura 1. Comportamiento de una Resina Aniónica Fuerte (SBA)

Agua de Alimentación

Descationizada

Cationes Aniones

H+Na+

Cl-SO

4=

NO3-

CO2

HCO3-

HSiO3-

Agua de Salida (desmineralizada)

Cationes Aniones

H+Na+

OH-

RESINA

?Cuándo utilizarlas:• Son indispensables cuando es necesario obtener niveles

bajos de sílice• Remueven ácidos débiles y fuertes

Remueve Cl-SO

4=

NO3-

CO2

HCO3-

HSiO3-

TIPO I

OH-R- N+ - (CH3)3

TIPO II

OH-

–

R- N+ - (CH3)2

CH2 - CH2 - OH

Resinas aniónicas débiles

Resinas aniónicasdébiles

10

11

Son obtenidas por reacción del copolímero clorome-tilado con una amina primaria, secundaria o amo-níaco. Las resinas débiles Dowex™, Amberjet™ o Amberlite™ poseen la siguiente estructura:

R- N - (CH3)2

Aniónica DébilAmina Terciaria

Estas resinas poseen gran capacidad de absorber ácidos. Es importante observar qué grupo funcio-nal no posee carga, por lo tanto, opera un proce-so de absorción y no de intercambio. Debido a su baja basicidad, estas resinas no remueven ácidos débiles tipo ácido silícico o carbónico, pero son muy efi caces absorbiendo ácidos minerales tipo HCl, H2SO4 y HNO3.

La regeneración de este tipo de resina no es goberna-da por la ley de acción de masas que es aplicada a las reacciones de intercambio iónico, por lo tanto es po-sible utilizar bajas concentraciones de regeneradores.

Dentro de esta clasifi cación están las resinasDowex™ WBA y Amberlite™ IRA 96.

Si las resinas aniónicas fueran clasifi cadas de acuer-do con su efi cacia durante el proceso de regenera-ción, se verifi caría que las resinas aniónicas débiles ocupan el primer lugar en efi cacia y que las aniónicas fuertes Tipo I macro porosas son las que presentan la menor efi cacia.

RESINA ANIÓNICA DÉBIL

Figura 2. Comportamiento de una Resina Aniónica Débil

Agua de Alimentación

Cationes Aniones

H+

Na+

CI-

SO4=

NO3-

CO2

HCO3-

HSIO3-

Agua de Salida (desmineralizada)

Cationes Aniones

H+

Na+

HCO3-

HSIO3-

RESINA

?CUÁNDO UTILIZARLAS:• Recomendables cuando el nivel de cloruros, sulfatos

y nitratos es alto• No remueve ácidos débiles, sílice ni carbonatos

Remueve CI-SO

4=

NO3-

EFICIENCIA EN LA REGENERACIÓN

ANIÓNICAS DÉBILESANIÓNICAS FUERTES• Tipo II Gel• Tipo II Macro porosa• Tipo I Gel poroso• Tipo I Gel• Tipo I Macro porosa

MAYOR

MENOR

Resinas aniónicas

Aspectospara instalación de las resinas

13

Los siguientes aspectos deben ser considerados en la instalación de resinas aniónicas:

• Composición del agua de alimentación

De acuerdo con la composición del agua de ali-mentación, las resinas aniónicas fuertes Tipo I son usadas cuando:

1. El nivel de ácidos débiles (HSiO3- y HCO3-) es mayor que 25%.

2. Existe la presencia de agentes oxidantes fuer-tes (CI2 peróxidos y HNO3) que no pueden ser removidos previamente. NOTA: De cualquier manera, acortaría la vida útil de las resinas.

Por otro lado, resinas aniónicas fuertes tipo II son usadas cuando el nivel de acidez mineral es alto(CI-, SO4= y NO3-). Las resinas aniónicas dé-biles son utilizadas cuando hay una carga alta de acidez mineral y alta efi cacia en la regeneración es deseada. Pueden ser usadas en lecho estratifi cado con una resina aniónica fuerte, con la fi nalidad de que esta última remueva los ácidos débiles (Sílice) que no remueve la resina aniónica débil.

• Calidad requerida del agua tratada

Si fuera necesario obtener agua desmineralizada con bajo nivel de sílice, es indispensable utilizar anión fuerte.

• Condiciones potenciales de oxidación

Si hubiera en el agua de alimentación oxidantes fuertes tipo peróxidos, Cl2 o HNO3, es recomenda-ble utilizar una resina aniónica fuerte tipo I, prefe-rentemente macro porosa.

Resinas aniónicas

• Nivel de orgánicos en el agua.

Si el contenido de orgánicos, taninos y ácidos hú-micos y fúlvicos fuera alto, es recomendable utili-zar un anión fuerte tipo I gel poroso (Dowex™ 11, con base en estireno divinilbenceno) o una macro porosa acrílica (Amberlite™IRA958 Cl, con base en ácido acrílico). Estos tipos de resinas remue-ven efi cazmente los orgánicos presentes en el agua de alimentación y permiten su eliminación posterior en la regeneración o durante procesos de limpieza con salmuera alcalina.

Es importante considerar que el hecho de re-alizar las limpiezas a altas temperaturas (50 - 60°C) contribuye para conseguir una bue-na remoción de orgánicos y de sílice incrusta-do. Mientras tanto, algunas resinas acrílicas no permiten temperaturas altas de trabajo durante los procesos de limpieza y, por lo tanto, no es posible limpiarlas tan efi cazmente.

• Temperatura del agua

Si la temperatura del agua de alimentación fue-ra alta (>30°C) no es recomendable usar resinas aniónicas fuertes tipo II. Las resinas tipo II se de-gradan rápidamente por encima de los 30°C, per-mitiendo el pasaje del sílice.

La lista a continuación contiene las propiedades que deben ser revisadas al seleccionar una re-sina aniónica.

14

15

1. Capacidad de la resina, tanto la capacidad total como la capacidad de rompimiento de sales. La capacidad de rompimiento de sales defi ne la habilidad que la resina posee para remover ácidos débiles como sílice y CO2.

2. Características de elución de la resina para los principales iones en el agua de alimentación.

3. Resistencia a condiciones potenciales de oxidación. Las resinas Tipo II son menos estables que las del Tipo I.

4. Resistencia al taponamiento por orgánicos. Para niveles altos use Dowex™ 11.

5. Resistencia al rompimiento por choque osmótico.

6. Resistencia al desgaste físico.7. Estabilidad térmica. Las resinas tipo II

se degradan por encima de los 30°C.8. Efi cacia en la regeneración. Las resinas

débiles se regeneran más efi cientemente que las resinas fuertes.

En la Tabla 3 constan las principales propiedades de las resinas aniónicas Dowex™, Amberjet™o Amberlite™. Las propiedades mostradas son valores típicos obtenidos mediante pruebas y no deben ser consideradas como especifi caciones.

Entonces, en la selección del tipo de resina ani-ónica que será utilizada, las condiciones y ne-cesidades específi cas deben ser consideradas, además del costo de la resina. De esta mane-ra, será alcanzado el objetivo fi nal que es ob-tener una calidad de agua tratada de acuerdo con su necesidad, con el menor costo operativo.

Nuestro equipo técnico irá a asesorarlo en la se-lección de la resina aniónica, de acuerdo con sus necesidades específi cas.

Propiedad

Base Débil Base Fuerte

Gel Macro porosa Tipo II Tipo II Macroporosa Tipo I Gel Tipo I Porosa Tipo I Macroporosa

IRA96 WBA Marathon A2Dowex

22Amberjet

4200Dowex 11 MSA-1

Remoción de SiO2 (orden de preferencia)

No RemueveRemoción

Pobre2 2 1 1 1

Capacidad Total, min. eq/litro 1,25 1,3 1,2 1,2 1,3 1,3 1,0

Capacidad de Elución de CI- a 5 lb NaOH –kg/pie³

25 20 22 20 12 14 9.6

Capacidad de Elución de HCO3 a 5 lb NaOH –kg/pie³

--- --- 2.0 18 21 22.5 19.0

Resistencia a Orgánicos (orden de preferencia)

2 2 5 2 4 1 2

Resistencia al choque Osmótico (orden de preferencia)

3 1 3 1 3 2 1

Resistencia al desgaste físico (orden de preferencia)

3 2 1 2 1 1 2

Estabilidad Térmica (orden de preferencia)

60°C 60°C 30°C 30°C 60°C 60°C 60°C

Resistencia a la Oxidación (orden de preferencia)

1 1 4 4 1 2 3

Tabela 3: Propiedades Típicas de resinas aniónicas Dowex™, Amberjet™ o Amberlite™

Orden de preferencia: 1= óptimo 2= muy bueno 3 =bueno 4 = regular 5 = malo

®™ Marca registrada de The Dow Chemical Company (“Dow”).

“Esponjas químicas” para remoción efectiva de contaminantes en el agua y soluciones de proceso.

Nuestras resinas ofrecen una serie de ventajas en la desmineralización del agua industrial, re-ciclaje de aguas residuales y en procesamientos químicos, farmacéuticos e industriales.

Para obtener más informaciones sobre las resinas Dowex™,

Amberjet™ y Amberlite™ llame al + 55 11 5184-8722 o accese a

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