introducción a operaciones de intercambio iónico

7/26/2019 Introduccin a Operaciones de Intercambio Inico

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1 MARCO TERICO

El intercambio de iones es una operacin unitaria, en la cual las partculasslidas (intercambiadores inicos) contienen cationes o anionesintercambiables, se ponen en contacto con una solucin alimentada. Cuando laresina contiene cargas negativas fjas y solo puede intercambiar cationes sellama resina catinica, cuando la resina contiene cargas positivas fjas eintercambia aniones se les denomina resina aninica. Asimismo las resinas sonuertes si estn totalmente ioni!adas y d"biles si no lo estn (#an$at, %&&').

Capacidad de una resina

a capacidad de un intercambiador de iones (resina) es el nmero de gruposintercambiables por unidad de masa de resina seca. *or otra parte en el casode resinas de cationes, la capacidad se e+presa como milieuivalentes porgramo de resina seca de -idrgeno ormado, mientras ue en el caso de lasresinas de aniones se toma como base un gramo de resina seca de cloro

ormado. *ara fnes prcticos en el diseo de columnas se e+presa eneuivalentes por litro de lec-o (/cCabe, 0mit-, 1 2arriot, %&&3).

*ara el clculo de la capacidad de una resina en una columna de lec-o fjo esnecesario conocer cul es la cantidad de soluto retenido por la misma. Estevalor se puede determinar a partir de la curva de ruptura del sistema enuncin del volumen. *ara ello se calcula el rea de la !ona comprendida entrela curva ruptura y la lnea recta -ori!ontal correspondiente a la concentracinde la disolucin de entrada y se divide el valor entre la masa total de la resina(4cedo, %&55).

q=AC

m (5)

6onde,

A7 8rea sobre la curva de la ruptura, Ce7 Concentracin de la solucin de entrada, mol9m7 /asa de la resina en la columna, g

Selectividad de una resina

En el diseo de columnas de intercambio inico, es muy importante el estudiode la selectividad de la resina por iones ue tienen caractersticas similares. aselectividad depende de orma general de los siguientes actores7

Caractersticas de los iones

Algunas cualidades como la carga de ion son determinantes en la selectividadde una resina, en vista ue a mayor carga se logra una mejor retencin en laresina. Este eecto se conoce como electroselectividad, en vista ue una resina


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tiene ms afnidad por el ion mayor carga. *or otro lado, un radio inico mayorgenera retencin, es decir menos -idratacin lo cual es una propiedaddeseada, puesto ue iones solvatados promueven un abultamiento en la resinaue desestabili!a su estructura (/argineda 6e :odos, %&&;).

Caractersticas de las resinas

En la seleccin de una resina es importante considerar el eecto tami!, en elcual iones orgnicos de radio muy grande o complejos inorgnicos puedenverse e+cluidos de la resina. o cual se atribuye a ue el tamao de la matri!puede ser muy peueo en comparacin al ion. *or otra parte la selectividadse me in con la concentracin de las partculas(/cCabe, 0mit-, 1 2arriot, %&&3).

r=Kca (cc) (%)

6onde,r7 ?elocidad de transerencia de masa, mol9s m%

=c7 Coefciente de transerencia de masa, m%9sa7 8rea e+terna por unidad de volumen del lec-o, m @5

c7 Concentracin en la solucin, mol9m

c>7 Concentracin en el euilibrio, mol9m

*or otro lado, el coefciente de transerencia de masa a partir de unacorrelacin para lec-os empacados7


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Sh=1.170.585

Sc1/3

()

6onde,

0-7 Bmero de 0-erood, adimensionalDe7 Bmero de Deynolds, adimensional0c7 Bmero de 0c-midt, adimensional

Curva de la onda de adsorcin

En la operacin de adsorcin en lec-o fjo, las concentraciones en la ase


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adsorcin caracterstica para una columna de intercambio inico. (/cCabe,0mit-, 1 2arriot, %&&3).

Fiura !. Curva de la onda de adsorcin (Corbitt, 5FFF).

Informacin respecto a "c#a t$cnica de una resina

0egn la revisin de las fc-as de seguridad de resinas producidas por laempresa (6o C-emical Company, %&&%) la inormacin ue se presenta es lasiguiente7

Informacin General

En este apartado el abricante menciona el tipo de resina (catinica o

aninica), el material de la resina, caractersticas principales y sugerencias deaplicaciones.

Condiciones de operacin

En esta seccin se brindan los intervalos de algunos actores comotemperatura, p2,


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Caractersticas de Operacin

0e e+ponen algunas condiciones importantes en cuanto al diseo y operacinde una columna de intercambio de inico. *or ejemplo se proporciona valoresde concentracin de cido sulrico para la regeneracin de la resina bajo lapresencia de calcio, as como sugerencia de


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uncionales aminas remueven la atra!ina mediante unin covalente (0piro,%&&F).

Aplicaciones farmacuticas

as resinas de intercambio inico son tiles para transportar medicamentos y

en procesos de dosifcacin lenta. *o ejemplo algunas resinas empleancolestiramina como ion de intercambio para unirse a los cidos biliares, demanera ue se reduce el colesterol. Asimismo en procesos biotecnolgicos, lasresinas se emplean para aislar y purifcar antibiticos como lisina,estreptomicina y neomicina (#-eaton 1 eevre, %&&&).

Industria Alimentaria

En la industria a!ucarera el jugo de caa se alimenta a columnas deintercambio inico ue contienen resinas aninicas y catinicas con el objetivode eliminar colorantes, ceni!as y sales. Adems las resinas de intercambio sepueden emplear para invertir sacarosa a ructosa y glucosa mediante una

catlisis cida con cido clor-drico o sulrico (0piro, %&&F).

E%uipos & procesos industriales para adsorcin e intercam'io inico

Como en otras operaciones unitarias, la adsorcin y el intercambio inicopueden -acerse en una sola etapa (batc-) o en orma continua (Jarbosa 14bar!, %&&%). 0egn las operaciones de adsorcin e intercambio inico mscomunes son las siguientes7

Columnas de lec!o m"ilEn algunos casos, la adsorcin o el intercambio inico consiste en una columnacilndrica en la cual el


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Fiura (. *roceso Asa-i de intercambio inico a contracorriente.

Columnas de lec!o #$oEste tipo de columnas son las ms utili!adas en euipos para procesos deadsorcin e intercambio inico. El adsorbente slido o la resina de intercambiose contienen en la columna, mientras ue el


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de las resinas aninicas se reali!a con sosa diluida con agua descationi!adapara evitar la precipitacin de carbonatos o -idr+idos. En contraste laregeneracin de las resinas catinicas se reali!a con cido clor-drico osulrico. Bo obstante al usar cido sulrico -ay ue revisar la posibleormacin de sulato de calcio ue puede in-ibir la regeneracin. asvelocidades de paso para la regeneracin es de %@' m9- (Digola, 5FF&). En laigura ;, se puede observar un proceso de regeneracin para una resinacatinica usando un


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