UNIVERSIDAD DE LOS ANDESFACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE QUIMICAOPERACIONES UNITARIAS Y OPERACIONES

INTERCAMBIO IONICO Y PROCESOS DE ADSORCION

INTEGRANTES:KerlyLiebster Daniel CI: 21183056 Ramrez Ruddy CI: 20051080

MERIDA, DICIEMBRE DE 2012INDICE

INTRODUCCION

1. Qu es el intercambio inico?El intercambio inico es una operacin de separacin basada en la transferencia de materia fluido-slido. Implica la transferencia de uno o ms iones de la fase fluida al slido por intercambio o desplazamiento de iones de la misma carga, que se encuentran unidos por fuerzas electrostticas a grupos funcionales superficiales [1].Por este mtodo, pueden extraerse productos qumicos de una disolucin que contiene grandes cantidades de otros productos. Esto se lleva a cabo pasando la disolucin a travs de ciertos materiales slidos porosos, normalmente, minerales del grupo ceolita o resinas sintticas (plsticos) que contienen molculas grandes y complejas. Ciertos iones de la disolucin sustituyen a iones o grupos de iones de la resina o ceolita, de donde pueden ser extrados o lavados. Controlando la acidez, la fuerza y composicin de la disolucin y la naturaleza de la resina, se intercambian en forma selectiva los iones de la disolucin por los iones lbiles (intercambiables) de la resina. Las operaciones de intercambio inico son bsicamente reacciones qumicas de sustitucin entre un electrolito en solucin y un electrolito insoluble con el cual se pone en contacto la solucin. El mecanismo de estas reacciones y las tcnicas utilizadas para lograrlas son tan parecidos a los de adsorcin que, para la mayora de los fines de Ingeniera, el intercambio inico puede considerarse simplemente como un caso especial de la adsorcin [2].2.- Qu son los intercambiadores inicos? indique los tiposEl nombre que debera darse a las sustancias donde se lleva a cabo el intercambio inico debera ser de cambiadoras pero que por razones de similitud y de carcter de patente, se denominan resinas. Estas resinas estn formadas por unas esfrulas plsticas altamente insolubles y resistentes a la degradacin, obtenidas por polimerizacin de monmeros (iguales o no) dotados de grupos funcionales ionizables. En particular tenemos las resinas catinicas de base poliestireno-divinilbenceno y poliacrilo-divinilbenceno, a los que posteriormente se incorpora el grupo sulfnico que confiere las propiedades de intercambio catinico. Los intercambiadores de iones suelen contener resinas de intercambio inico (porosas o en forma de gel), zeolitas, montmorillonita, arcilla y humus del suelo. (Intercambiadores inicos Disponible en: - GARCA GARRIDO, JOS. Agua para la Industria. Servicio de Publicaciones de la UPV.Valencia)Tipos de intercambiadores inicosLos intercambiadores de iones pueden ser: Intercambiadores de cationes, que intercambian iones cargados positivamente (cationes). Intercambiadores de aniones que intercambian iones con carga negativa (aniones). Anfteros que son capaces de intercambiar cationes y aniones al mismo tiempo. El intercambio inico puede explicarse como una reaccin reversible implicando cantidades qumicamente equivalentes. Ejemplo Un ejemplo comn del intercambio catinico es la reaccin para el ablandamiento del agua: Ca++ + 2NaR CaR + 2Na+Donde R representa un lugar estacionario aninico univalente en la malla del polielectrolito de la fase intercambiador. www.ecured.cu/index.php/Intercambio_inicoRecientemente se han fabricado algunos intercambiadores catinicos carbonaceos mediante el tratamiento de sustancias como carbn con reactivos del tipo de cido sulfrico fumante y similares. Los intercambiadores resultantes pueden regenerarse a su forma con hidrgeno, HR, por tratamiento con cido y no con sal. As, el agua dura que contiene Ca(HCO,), contendr %CO, despus de la eliminacin del Caz+ por intercambio; puesto que el acido carbnico se elimina con facilidad mediante procedimientos de desgasificacin, el contenido total de s6lidos del agua puede reducirse de esta forma. Las primeras aplicaciones de los intercambiadores inicos que utilizaron estos principios estaban bastante limitadas a los problemas de ablandamiento de agua.

En 1935, se introdujeron los intercambiadores inicos de resinas sintticas. Por ejemplo, puede considerarse que ciertas resinas polimericas insolubles, sintticas, que contienen un grupo sulfnico, carboxlico o fenlica, constan de un anin muy grande y un catin reemplazable o intercambiable. stos pueden presentar intercambios del siguiente tipo, Na+ +HR NaR + H+Adems, se pueden intercambiar diferentes cationes con la resina, con relativa facilidad. El Na+ inmovilizado en la resina puede intercambiarse con otros cationes o con H+, por ejemplo, al igual que un soluto puede reemplazar a otro adsorbido sobre un adsorbente tradicional. En forma similar, las resinas polimricas insolubles que contienen grupos amina y aniones pueden utilizarse para intercambiar aniones en solucin. El mecanismo de esta accin evidentemente no es tan simple como en el caso de los intercambiadores catinicos; sin embargo, para los fines presentes se puede considerar simplemente como un intercambio inico. Por ejemplo,RNH3OH + Cl- RNH3Cl + OH-H+ +OH- H2OEn donde RNH3 representa la parte catinica inmvil de la resina. Estas resinas pueden regenerarse por contacto con soluciones de carbonato o hidrxido de sodio. Las resinas sintticas intercambiadoras de iones se encuentran en gran variedad de formulaciones de diferente poder intercambiador; generalmente, se encuentran en la forma de slidos o perlas granulares, finos, de 16 a 325 mallas. Con frecuencia, cada perla es una esfera perfecta. (Fuente: Treybal)

Tipos de resinas de intercambio:

CATINICAS: Intercambia iones positivos (cationes). Estructura con grupos funcionales cidos (resina cido fuerte/cido dbil)Ej. Fuerte: Ac. Sulfnica

ANINICAS: Intercambia iones negativos (aniones). Estructura con grupos funcionales bsicos (resina base fuerte/base dbil)N total grupos funcionales/ud. peso o volumen resina determina la

(http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/csalas/OPIV/intercambio_ionico.pdf)3.- Mecanismo de Intercambio inico y equilibrio(Treybal) Por lo general, todas las tcnicas de operacin utilizadas para la adsorcin se utilizan tambin para el intercambio inico. Por consiguiente, hay tratamientos por lotes o por etapas de soluciones, operaciones enlecho fluidizado o fijo y operaciones continuas a contracorriente. Las percolaciones en lecho fijo son muy comunes. Se han utilizado los mtodos cromatogrficos para el fraccionamiento de mezclas inicas de varios componentes. Se han aplicado estas tcnicas en el tratamiento de lodos de minerales (resina en pulpa) para la obtencin de metales valiosos.

Mecanismo: Como los iones deben difundirse en el interior de la resina para que ocurra el intercambio, la seleccin del grado de reticulacin puede limitar la movilidad de los iones participantes. Las cargas de los grupos inicos inmviles se equilibran con las de otros iones, designo opuesto, denominados contraiones, que estn libres y que son los que se intercambian realmente con los del electrolito disuelto. Cuando dichos iones son cationes, los cambiadores inicos se denominan catinicos y cuando son aniones se denominan aninicos. PROCESO DE INTERCAMBIO INICOLa operacin de intercambio inico se realiza habitualmente en semi continuo, en un lecho fijo de resina a travs del cual fluye una disolucin. El rgimen de funcionamiento no es estacionario por variar continuamente la concentracin de los iones en cada punto del sistema. Las instalaciones constan generalmente de dos lechos idnticos, de forma que si por uno de ellos circula la disolucin que contiene los iones que se desea intercambiar, el otro se est regenerando. Al inicio de la operacin de un lecho, la mayor parte de la transferencia de materia tiene lugar cerca de la entrada del lecho donde el fluido se pone en contacto con intercambiador fresco. A medida que transcurre el tiempo, el slido prximo a la entrada se encuentra prcticamente saturado y la mayor parte de la transferencia de materia tiene lugar lejos de la entrada. Debido a la resistencia que opone el sistema a la transferencia de iones desde el seno del lquido a los centros de intercambio, se establece un gradiente de concentracin en el lecho. La regin donde ocurre la mayor parte del cambio de concentracin es la llamada zona de transferencia de materia, esta zona separa la zona virgen de la resina y la de saturacin y sus lmites frecuentemente se toman como c/co =0,95 a 0,05. A medida que progresa el intercambio inico la zona de transferencia de materia se traslada en el lecho hasta alcanzar su extremo inferior, instante a partir del cual la disolucin de salida contendr cantidades crecientes de los iones que se desea intercambiar. El tiempo transcurrido desde el comienzo de la operacin en el lecho hasta que los iones de la disolucin aparecen en la corriente de salida o ms concretamente, cuando se alcanza la mxima concentracin permisible en el efluente, se denomina Tiempo de ruptura (t R). En este momento, la corriente se desviara a un segundo lecho, iniciando el proceso de regeneracin del primero. La curva que representa la evolucin de la concentracin del efluente que abandona el lecho recibe el nombre de Curva de ruptura. El conocimiento de la curva de ruptura, es fundamental para el diseo de un lecho fijo de intercambio inico, y en general debe determinarse experimentalmente, dada la dificultad que entraa su prediccin. (http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mgilarra/experimentacionIQII/Intercambioionico2006.pdf)(Treybal) Adems de las aplicaciones en el ablandamiento de aguas, antes mencionadas, la de ionizacin total del agua se puede lograr por percolacin, primero a travs de un intercambiador catinico y despus a travs de un intercambiador aninico. Utilizando un lecho formado por una mezcla ntima de cantidades equivalentes de una resina intercambiadora catinica fuerte y una aninica fuerte, es posible la eliminacin simultnea de todos los iones hasta la neutralidad. Para la regeneracin, estas resinas en lecho mixto se separan mediante clasificacin hidrulica por tamao de partcula y diferencias de densidad para los dos tipos de resinas, las cuales se regeneran por separado. Los intercambiadores inicos tambin se han utilizado para el tratamiento y concentracin de soluciones de desecho diluidas. Tal vez la aplicacin ms notable de las resinas intercambiadoras es la separacin de metales de las tierras raras mediante tecnicas cromatogrficas. En la exclusin inica, se presatura una resina con los mismos iones que en una solucin. Entonces, la resina puede rechazar los iones en una solucin y al mismo tiempo adsorber sustancias orgnicas no inicas como glicerina y similares, que tambin pueden estar en solucin. Posteriormente, la materia orgnica puede extraerse de la resina en un estado inico libre. Equilibrio La distribucin en el equilibrio de un in entre un slido intercambiador y una soluci6n puede describirse grficamente trazando isotermas en forma similar a la que se utiliz en la adsorcin ordinaria. Algunas veces se han aplicado diferentes ecuaciones empricas a estas isotermas, como la ecuacin de Freundlich (ll.3). Tambin es posible aplicar ecuaciones del tipo de la ecuacin de accin de masas a la reaccin de intercambio. Por ejemplo, para el intercambio catinicoNa+ + R-H+ SR-Na++ H+la constante de la ley de accin de masas es

En donde los parntesis cuadrados [] indican el uso de alguna unidad adecuada de concentracin en el equilibrio. Entonces, se ve que CY es una expresi6n de la adsortividad relativa del Na+ al H+. Puesto que la solucin y el slido permanecen elctricamente neutros durante el proceso de intercambio, se puede escribir

En donde c,, es, en este caso, la concentraci6n inicia1 de Na+ + H+ en la solucin y, en consecuencia, el total de stos en cualquier momento; c* es la concentracin de Na+ en el equilibrio despus del intercambio; X, la concentracin en el equilibrio Na+ en el slido; Xe, la concentracin si todo H+ se reemplazase con Na+; todos esos valores se expresan como equivalentes por unidad de volumen o masa. En el caso general para cualquier sistema, la adsortividad relativa alfa a una temperatura dada vara con la concentraci6n catinica total c, en la solucin y tambin con c. En algunos casos, se ha encontrado que alfa es bsicamente constante al variar c con cO fija.4.- Reacciones: Las reacciones de intercambio inicoEquilibrioUna resina de intercambio inico en la forma inica A est en contacto con una solucin que contiene un ion B, una reaccin de equilibrio que se observa. Aqu un ejemplo de intercambio de cationes: R-A + + B + R-B + + A + ecuacin 1En el proceso de intercambio de iones, los iones A migrarn a la solucin y se sustituye por B iones de la solucin hasta que se alcanza el equilibrio. Este equilibrio se describe por la ley de accin de masas del siguiente modo:Ecuacin 2Donde [..] denota concentraciones y coeficientes actividad, y donde la barra indica la fase de resina. K es el coeficiente de selectividad de ms de B + A + para la reaccin de intercambio inico:Ecuacin 3

Como primera aproximacin, los coeficientes de actividad se consideran constantes, de modo que el coeficiente de selectividad simplificada es:Ecuacin 4Para Resinas Catinicas: Para la reaccin ms corriente entre una resina fuertemente cida en la forma H + y forman iones de sodio (Na +) en el agua, la ecuacin (1) se convierte en:R-H + + Na + R-Na + + H + Ecuacin 5

Y el coeficiente de selectividad correspondiente estEcuacin 6El valor del coeficiente K (Na / H) es de aproximadamente 1,7 para un nivel, tipo gel sulfnico resina de intercambio fuertemente cida (ver la tabla de coeficientes de selectividad). Esto significa que si una resina con una composicin conocida de iones de Na+ y H+ se coloca en agua pura, los iones de sodio su migracin en el agua hasta que la concentracin de sodio alcanza el equilibrio determinado por la ecuacin (6).Para los iones divalentes, por ejemplo, (Reaccin de Ablandamiento):2 R-Na + + Ca + + R2-Ca + + + 2 Na + Ecuacin 7El coeficiente de selectividad es:Ecuacin 8

RegeneracinLa regeneracin consiste en invertir el equilibrio en el aumento de la concentracin del ion desplazados en la reaccin de equilibrio. Por ejemplo, un ablandador se regenera mediante el uso de una alta concentracin de [Na+] iones en el lado derecho de la reaccin (7). Esto hace que la reaccin se desplaza hacia la izquierda.Reacciones Intercambio de una resina catinica: *Resinas intercambiadoras de cationes fuertemente cidas usadas en forma de sodio eliminan los cationes de dureza del agua. Columnas de ablandamiento agotadas con estos cationes se regeneran con cloruro de sodio (NaCl, sal comn). Aqu el ejemplo del calcio: 2 R-Na + Ca++ R2-Ca + 2 Na+ R representa la resina, la cual est inicialmente en forma sodio. La reaccin con el magnesio es idntica. Esta reaccin es un equilibrio. Se puede invertir aumentando la concentracin de sodio en el lado derecho. Eso se hace con NaCl y la reaccin de regeneracin es: R2-Ca + 2 Na+ 2 R-Na + Ca++ *Descarbonatacin Este proceso emplea una resina intercambiadora de cationes dbilmente cida (WAC), que es capable de eliminar dureza del agua cuando esa tiene alcalinidad (es decir bicarbonatos). El agua tratada tiene gas carbnico libre que se puede eliminar en una torre desgasificadora. La resina se regenera muy fcilmente con un cido fuerte, preferentemente cido clorhdrico. Aqu el ejemplo del calcio: 2 R-H + Ca++(HCO3)2 R2-Ca + 2 H+ + 2 HCO3 Despus, los cationes de hidrgeno se cambian con los aniones de bicarbonato y producen cido carbnico y agua: H+ + HCO3 CO2 + H2O *DescationizacinLa eliminacin de todos los cationes no es un proceso individual muy corriente, sino como primera etapa de un tratamiento de condensados ante un lecho mezclado. Se hace con una resina intercambiadora de cationes fuertemente cida (SAC) en forma H+. Aqu el ejemplo del sodio, pero todos los cationes reaccionan igualmente. Es una reaccin de equilibrio: R-H + Na+ R-Na + H+ La reaccin inversa (de regeneracin catinica) ocurre aumentando la concentracin de hidrgeno en el lado derecho. Se hace con un cido fuerte, HCl o H2SO4: R-Na + H+ R-H + Na+ Resinas Aninicas: Las resinas dbilmente bsicas (WBA) eliminan solo los cidos fuertes detrs de la etapa de descationizacin. No son capaces de eliminar los cidos dbiles que son SiO2 y CO2. En su forma regenerada, no son disociadas, y entonces no tienen iones OH libres necesitados por un intercambio de aniones neutrales. Por el otro lado, su basicidad es suficiente para eliminar los cidos fuertes creados por el intercambio de cationes. RWBA + H+Cl RWBA- + HCl En la ltima etapa, una resina furtemente bsica (SBA) es necesaria para eilminar los cidos dbiles como ya mencionado en el prrafo anterior: RSBA-OH + HCO3 RSBA-HCO3 + OH

Otra fuente (giankoplis): La mayor parte de los slidos de intercambio de iones en la actualidad son resinas o polmeros sintticos. Ciertas resinas polimricas sintticas contienen grupos sulfnicos, carboxlicos o fenlicos, y estos grupos anicnicos pueden intercambiar cationes. Na+ + HR NaR + Hf (catinica) (solucin) (slido) (slido) (solucin)

Aqu R representa a la resina slida. El Na+ en la resina slida puede intercambiarse por H+ u otros cationes. Otras resinas sintticas similares que contienen grupos amino se usan para intercambiar aniones y OH - en solucin

Cl- + RNH30H RNaH + OH- (aninica)(solucin) (slido) (slido) (solucin)El agua descationizada no contiene ningunos iones, excepto pequeas trazas de sodio y de slice, porque las resinas SAC y SBA tienen una menor selectividad para ellos. Con tal cadena sencilla de desmineralizacin regenerada en contra-corriente se obtiene un agua desmineralizada con una conductividad de solo 1S/cm aproximadamente, y una slice residual de 5 a 50g/L, un valor que depende de la concentracin de slice en el agua bruta y de las condiciones de regeneracin. El pH del agua tratada no se puede medir en agua desmineralizada. Los valores indicados con un pH-metro son errneos cuando la conductividad es baja.

Regeneracin Catinica:La resina furtemente cida (SAC) se regenera con un cido fuerte, HCl o H2SO4: R-Na + H+ R-H + Na+ Regeneracin Aninica: Y la resina furtemente bsica (SBA) se regenera con una base fuerte, NaOH en 99% de los casos: RSBA-Cl + OH RSBA-OH + Cl Las resinas dbilmente cidas (WAC) y dbilmente bsicas (WBA) ofrecen una capacidad til alta y se regeneran muy fcilmente. Entonces se emplean tales resinas en combinacin con resinas furtemente cidas (SAC) y bsicas (SBA) en plantas grandes, para lograr un mejor rendimiento qumico y un consume de regenerantes ms bajo. La primera etapa con la resina WAC es una descarbonatacin (eliminacin de la dureza temporal), y la segunda etapa elimina todos los dems cationes. Las resinas dbilmente cidas WAC se emplean cuando el agua bruta tiene concentraciones relativamente altas de dureza y de alcalinidad.

Todas las reacciones: http://dardel.info/IX/reactions.html

5.- Equipos Usados en el intercambio Inico:

Columnas de intercambio inicoLa forma de contacto donde llevar a cabo el intercambio inico entre fase resina y fase lquida est muy relacionada con la escala del tratamiento que se desea realizar, pudiendo operarse con sistemas semicontinuos, continuos y discontinuos de acuerdo con el siguiente tipo de unidades. Unidades de Lecho fijo:Es la forma ms comn. El alimento pasa a travs de un lecho de partculas de resina hasta que la composicin del efluente empieza a cambiar, es decir, se alcanza la zona de ruptura y el lecho se regenera. Si no se desea interrumpir el alimento puede utilizarse un par de lechos, uno en lnea y otro en regeneracin. Esta configuracin proporciona una corriente continua de alimento tratado mediante el desvo de un lecho a otro, hacia adelante o hacia atrs desde la corriente de alimentacin. Si ambos cationes tienen que ser tratados, como es el caso de la desmineralizacin, se pueden utilizar los lechos de intercambio en serie, preferiblemente se utiliza un lecho mezclado de resinas de intercambio de catin y de anin.Durante el retrolavado, el lecho de resina mezclada se fluidiza mediante un flujo ascendente de lquido de lavado y despus se estabiliza en lechos separados de intercambio catinico y permite segregar las resinas mezcladas de manera que puedan ser regeneradas separadamente.

Figura 2. Evolucin de la concentracin en un lecho de intercambio inicoPara mejorar la etapa de regeneracin se puede utilizar una resina inerte de densidad intermedia en el lecho mezclado. Este procedimiento proporciona una banda de resina inerte entre las resinas de intercambio cuando las mismas son segregadas mediante el retrolavado. Tambin este procedimiento minimiza el lavado de los lechos de resina con el regenerador equivocado. La adicin de agua durante la regeneracin guarda al regenerante de la entrada del lecho equivocado.Unidades de Lecho fluidizadoLos lechos fluidizados pueden utilizarse para tratar alimentos que contengan cantidades apreciables de partculas de resina. Sin embargo, las partculas dentro del alimento deben ser del tamao y densidad que puedan pasar a travs del lecho fluidizado y salir de la corriente efluente mientras deja la resina en el contenedor del lecho.Los lechos fluidizados pueden operar en cascadas de etapas colocando varios lechos en serie. Esto se puede hacer conectando, o bien, lechos individuales en serie, o construyendo varios lechos fluidizados, en una cmara nica. Este procedimiento en cascada mejora tanto el rendimiento como la recuperacin, que se puede conseguir con la separacin. se puede conseguir que el contacto entre fases se verifique en contracorriente, mediante la separacin peridica para regeneracin, del lecho mas bajo o de fondo. Los otros lechos se bajan un nivel cada uno, mientras que la resina regenerada se aade por el tope del lecho.Unidades de Lecho mvilLos diseos de las unidades de lecho mvil recientes propulsionan el lecho de resina ya sea por gravedad o mecnicamente, a travs de la vasija contenedora de las partculas de resina de intercambio inico. Se consigue un flujo continuo en contracorriente de alimento y de resina. la resina gastada al final del lecho se separa del mismo para regeneracin ya sea peridica o continuamente. En el otro extremo del lecho se aade la resina regenerada. La operacin de intercambio inico se lleva a cabo en las unidades de lecho mvil con los lechos en forma densa, en contraste con las correspondientes de lecho fluidizado en las que el intercambio se verifica en lechos menos denso al estar las partculas de resina mas separadas por fluidizacin.

Unidades de Tanques agitados Este sistema utiliza un impulsor de mezcla para conseguir que la resina de intercambio inico se encuentre bien mezclada en el tanque, con el alimento lquido introducido en la vasija. Este tipo de contacto puede dar solamente una etapa terica de contacto por vasija; no obstante, mediante conexin de un determinado numero de tanques agitados en serie, con sedimentacin peridica de la resina y flujo en contracorriente. Esto es similar a la simulacin con lechos fluidizados mltiples. Peridicamente, la resina de uno de los tanques debe ser sacada de la lnea y regenerada. La resina regenerada debe ser puesta de nuevo en lnea, y las corrientes de alimento y producto deben moverse para acomodarse a la nueva secuencia de vasijas en lnea.

Unidades de Deionizacin contina Se caracteriza por lo siguiente: El lecho no se mueve ni necesita regeneracin separada. Utiliza muchas cmaras de proceso con flujo en paralelo con deionizacin de lecho mezclado o compartimientos de dilucin empareados en compartimientos de concentracin. el compartimiento de deionizacin tiene una membrana de intercambio catinico a un lado y otra de intercambio aninico en el otro lado. La unidad bsica que se repite se llama > y consta de una cmara de resina y otro de concentracin de ion. El alimento liquido se pasa a travs de las dos cmaras, de dilucin y de concentracin, en paralelo bajo la influencia del voltaje a travs de las pila, los iones en la cmara de la resina son arrastrados dentro de la cmara de concentracin adyacente. Como el agua dentro del compartimiento de la resina se queda agotada de iones, el voltaje aplicado separa el agua en iones H+ y OH- . estos iones se regeneran las resinas de intercambio de catin y de anin in situ, consiguindose la deionizacin continua. Procesos bsicos de intercambio inico en el tratamiento de aguafuente: dardel.info/IX/processes/processes_ES.html#softeningVarias tecnologas de intercambio inico existen para tratar aguas para calderas: Ablandamiento (o suavizacin, eliminacin de la dureza) Descarbonatacin (eliminacin del bicarbonato) Descationizacin (eliminacin de todos los cationes) Desmineralizacin (eliminacin de todos los cationes y aniones) Lecho mezclado o lecho mixto, pulido final Aqu se encuentran la descripcin de estos procesos, las reacciones de intercambio y los cambios que ocurren en el agua. Los tipos de resinas estn en otra pgina (en ingls), as como los mtodos de regeneracin (en espaol). Vase tambin los principios bsicos del intercambio inico, y la descripcin de las columnas de intercambio (en ingls, pero con muchas imgenes) en otras pginas. Ablandamiento: Importancia: Las aguas naturales contienen iones de calcio y de magnesio (vase anlisis de agua) que forman sales no muy solubles. Estos cationes, as como el estroncio y el bario que son menos comunes y an menos solubles, se llaman iones de dureza. Cuando se evapora el agua, estos cationes pueden precipitar. Eso es lo que se puede observar cuando ebulle agua en el hervidor de la cocina. El agua dura produce incrustaciones en tuberas y calderas domsticas e industriales. Puede crear turbidez en la cerveza o bebidas gaseosas. las sales de calcio ensucian vasos en su lavaplatos si la dureza del agua municipal es alta o si olvid adicionar sal. Qu ocurre en el agua?Agua brutaSAC (Na)

Agua ablandada

La salinidad del agua es igual que antes, pero contiene ahora sodio en lugar de dureza. Un pequeo residuo de dureza permanece, que depende de las condiciones de regeneracin. Usos Ejemplos de uso de ablandadores: Tratamiento de agua para calderas de baja presin En Europa, muchos lavaplatos tienen un cartucho de resina ablandadora en el fondo de la mquina Cerveceras y productores de refrescos tratan el agua de produccin con resinas de calidad alimentaria Ablandar el agua no reduce su salinidad: solo elimina los cationes de dureza y los reemplaza por sodio. Las sales de sodio son mucho mas solubles, de manera que no producen incrustaciones. Descationizacin: Importancia par la caldera: El agua descationizada no contiene ningunos iones, excepto pequeas trazas de sodio y de slice, porque las resinas SAC y SBA tienen una menor selectividad para ellos. Con tal cadena sencilla de desmineralizacin regenerada en contra-corriente se obtiene un agua desmineralizada con una conductividad de solo 1S/cm aproximadamente, y una slice residual de 5 a 50g/L, un valor que depende de la concentracin de slice en el agua bruta y de las condiciones de regeneracin. El pH del agua tratada no se puede medir en agua desmineralizada. Los valores indicados con un pH-metro son errneos cuando la conductividad es baja. Qu ocurre en el agua?Agua brutaSAC (H)

Agua descationizadaDEG

Descationizada y desgasada

En la segunda etapa, una torre de desgasificacin elimina aqu tambien el dixido de carbono, combinando los aniones de bicarbonato y los cationes de hidrgeno producidos en la primera etapa. La salinidad del agua ha sido reducida y el agua tratada es cida. Una pequea fuga de sodio permanece (en rojo en la imagen).

DescarbonatacinQu ocurre en el agua?Agua brutaWAC (H)

Agua descarbonatada

Recombinacin del hidrgeno con el bicarbonato y eliminacin del dixido de carbono en la torre de desgasificacin:

Agua descarbonatadaDEG

Agua desgasada

La salinidad ha sido reducida. La dureza temporal ha desaparecido. Usos La descarbonatacin sirve: En cerveceras En cartuchos domsticos de agua potable Para calderas de baja presin Como primera etapa de una desmineralizacin Importancia para la caldera: La descarbonatacin disminuye la salinidad del agua eliminando cationes de dureza y aniones de alcalinidad. DesmineralizacinImportancia para el agua de caldera: En muchas aplicaciones se deben eliminar todos los iones del agua. Cuando se calienta agua para producir vapor, cualquiera impureza en ella puede precipitar y causar dao. Como hay cationes y aniones en el agua bruta (en concentracin globalmente igual), se deben usar dos tipos de resina: un intercambiador de cationes y un intercambiador de aniones. Esta combionacin produce agua pura, como ya presentado en la introduccin general. La desmineralizacin se puede tambin llamar desionizacin. La resina catinica se usa en forma hidrgeno (H+) , y la anionica en forma hidrxido (OH), de manera que se regenera la catinica con un cido y la aninica con un lcali. El dixido de carbono se elmina con una torre desgasificadora torre desgasificadora cuando el agua contiene una concentracin apreciable de bicarbonato. En general, el intercambiador de cationes est colocado en primer sitio, delante del intercambiador de aniones. Si no fuese as, los cationes de dureza precipitaran en el medio ambiente alcalino de la resina aninica en forma de Ca(OH)2 o de CaCO3, que tienen baja solubilidad. Qu ocurre en el agua?Intercambio de cationes (idntico a la descationizacin de arriba):

Agua brutaSAC (H)

Agua descationizadaDEG

Descationizada y degasada

Intercambio de aniones:

Agua descat. y desgasadaSBA (OH)

Agua desmineralizada

Usos Ejemplos de desmineralizacin: Agua para calderas de alta persin en centrales elctricas nucleares o trmicas y en otras industrias Agua de lavado en la produccin de semiconductores y otros productos electrnicos Agua de proceso en varias aplicaciones de las industrias qumicas, de tejidos y de papel Agua para bateras Agua para laboratorios

Lechos mezclados de pulido

Un lecho mixto en producciny en regeneracinLas ltimas trazas de salinidad y de slice se pueden eliminar en un lecho mixto donde una resina intercambiadora de cationes furtemente cida y una resina intercambiadora de aniones furtemente bsica muy bien regeneradas estn mezcladas. Los lechos mezclados producen un agua de calidad excelente, pero son difciles de regenerar, porque hay que separar las resinas antes de regenerarlas. Adems, precisan de cantidades elevadas de regenerantes, y las condiciones hidrulicas de regeneracin no son ptimas. Entonces lechos mezclados se usan prncipalmente para el tratamiento de agua pre-desmineralizada o de baja salinidad, cuando los ciclos son largos. Qu ocurre en el agua?No queda casi nada en el agua tratada:Agua pre-desmineralizadaSAC (H) + SBA (OH)

No queda nada

Lechos mezclados de pulido producen agua con una conductividad de menos que 0,1S/cm. Con un diseo ptimo y resinas apropiadas se puede alcanzar la conductividad del agua pura (0,055S/cm). La slice residual puede ser 1g/L, a veces menosEl pH del agua tratada no se puede medir en agua desmineralizada. Los valores indicados con un pH-metro son errneos cuando la conductividad es menor que 1S/cm. Usos Pulido de agua pre-desmineralizada con resinas Pulido de permeado de smosis inversa Pulido de agua de mar destilada Pulido de condensados de turbina en centrales elctricas Tratamiento de condensados de proceso en varias industrias Produccin de agua ultrapura en la industria de semiconductores Desmineralizacin de cartuchos (con regeneracin externa) (dardel.info/IX/processes/processes_ES.html#softening)

7.- Otras Aplicaciones Industriales:Aplicaciones El intercambio inico es utilizado para diversos fines entre los que se destacan: Ablandamiento, separacin de calcio y magnesio. Desmineralizacin Tratamiento de agua. Proceso muy utilizado en las fbricas textiles. El intercambio inico es utilizado ampliamente en la industrias de alimentos y bebidas, hidrometalrgica, acabado de metales, qumica y petroqumica, farmacutica, azcar y edulcorantes, agua subterrnea y potable, nuclear, ablandamiento industrial del agua, semiconductores, energa, acabado textil (www.ecured.cu/index.php/Intercambio_inico) Tratamiento de efluentes industriales- Compuestos orgnicos (hidrocarburos halogenados, compuestos Fenlicos, detergentes...)- Efluentes radioactivos- Efluentes de industrias de plateado (Ni, Cr, Zn...)- Efluentes de industrias textilesLos mtodos de intercambio inico se han utilizado con importantes resultados en la separacin (hasta ahora casi imposible) de los distintos elementos de las tierras raras (lantnidos), y para separar el plutonio del uranio y de los otros productos de fisin en la investigacin sobre combustibles nucleares. Las tcnicas de intercambio inico contribuyeron a la primera identificacin y separacin del promecio, as como de varios elementos transurnicos. El hafnio, que se usa para fabricar filamentos de volframio, fue separado del circonio por el mtodo de intercambio inico con ms eficacia que con cualquier otro mtodo de separacin qumica.Las resinas sintticas intercambiadoras de iones se emplean como filtros y acondicionadores para los radiadores de automviles y otros sistemas refrigerantes. Tambin se utilizan en la industria farmacutica como anticidos en el tratamiento de las lceras ppticas, como absorbentes intestinales para el control de la diarrea, y como agentes para disminuir el sodio en el tratamiento de las jaquecas, las enfermedades de corazn y los edemas. En otras aplicaciones, las resinas se usan para preparar plasma sanguneo, eliminando de la sangre el calcio productor de cogulos, y para aislar antibiticos.(Fuente: Intercambio inico." Microsoft Encarta 2009 [DVD]. Microsoft Corporation, 2008).

8.-Qu es la adsorcin (Mc Cabe) La adsorcin es un proceso de separacin en la que ciertos componentes de una fase fluida se transfieren hacia la superficie de un slido adsorbente. Generalmente las pequeas partculas de adsorbente se mantienen en un lecho fijo mientras que el fluido pasa continuamente a travs del lecho hasta que el slido est prcticamente saturado y no es posible alcanzar ya la separacin deseada. Se desva entonces el flujo hacia un segundo lecho hasta que el adsorbente saturado es sustituido o regenerado. El intercambio de ion es otro proceso que generalmente se lleva a cabo en semi-continuo en un lecho fijo de forma similar. As, agua que se desea ablandar o desionizar se hace pasar sobre un lecho de esferas de resina de intercambio de ion, situadas en una columna, hasta que la resina alcanza prcticamente la saturacin. La separacin de trazas de impurezas por reaccin con slidos puede tambin realizarse en lechos fjos, siendo un ejemplo bien conocido la separacin del H,S contenido en el gas de sntesis utilizando pellets de ZnO. En todos estos procesos la eficacia depende del equilibrio slidofluido y de las velocidades de transferencia de materia. En este captulo la atencin se centra sobre la adsorcin pero los mtodos generales de anlisis y diseo son aplicables a otros procesos de lecho fijo.

Diferencias entre Adsorcin y Absorcin:

La Adsorcin, unin de los tomos, iones o molculas de un gas o de un lquido (adsorbato) a la superficie de un slido o lquido (adsorbente). En los slidos porosos o finamente divididos la adsorcin es mayor debido al aumento de la superficie expuesta. De forma similar, la superficie adsorbente de una cantidad de lquido se incrementa si el lquido est dividido en gotas finas. En algunos casos, los tomos del adsorbato comparten electrones con los tomos de la superficie adsorbente, formando una capa fina de compuesto qumico. La adsorcin es tambin una parte importante de la catlisis y otros procesos qumicos. En la absorcin, las molculas de la sustancia adsorbida penetran en todo el volumen del slido o lquido adsorbente.Microsoft Encarta 2009. 1993-2008 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.Absorcin, en fsica, la captacin de luz, calor u otro tipo de energa radiante por parte de las molculas. La radiacin absorbida se convierte en calor; la radiacin que no se absorbe es reflejada, y sus caractersticas cambian. Por ejemplo, cuando la luz solar incide sobre un objeto, suele ocurrir que algunas de sus longitudes de onda son absorbidas y otras reflejadas. Si el objeto aparece blanco, es porque toda o casi toda la radiacin visible es reflejada. Pero cuando el objeto presenta un color distinto del blanco, significa que parte de la radiacin visible es absorbida, mientras otras longitudes de onda son reflejadas y causan una sensacin de color cuando inciden en el ojo. Un objeto que absorbe toda la radiacin que incide sobre l se conoce como cuerpo negro.En qumica, la absorcin es la captacin de una sustancia por otra. Por ejemplo, un gas como el oxgeno puede absorberse, o disolverse, en agua.La adsorcin, que frecuentemente se confunde con la absorcin, hace referencia a la adhesin de molculas de gases o lquidos a la superficie de slidos porosos. La adsorcin es un fenmeno de superficie; la absorcin es una mezcla o interpenetracin de dos sustancias.Microsoft Encarta 2009. 1993-2008 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.Tipos de Adsorcin: Diferencia entre adsorcin fsica y QumicaAunque la diferencia terica entre la adsorcin fsica y qumica es clara en la prctica, la distincin no es tan simple. Los siguientes parmetros pueden utilizarse para evaluar un sistema adsorbente adsorbato para establecer el tipo de adsorcin:1. El calor de la adsorcin fsica es del mismo orden de magnitud que el calor de licuefaccin, mientras el calor de quimisorcin es del mismo orden que el correspondiente a las reacciones qumicas. Debe precisarse que el calor de adsorcin varia con la cobertura de la superficie, debido a los efectos de las interacciones laterales.2. La adsorcin fsica ocurre bajo condiciones convenientes de temperatura y presin en cualquier sistema gas-slido, mientras la quimisorcin tiene lugar solamente si el gas es capaz de formar un enlace qumico con la superficie.3. Una molcula fisicamente adsorbida puede ser removida sin cambio al disminuir la presin, a la misma temperatura a la que ocurri la adsorcin. La remocin de una capa quimisorbida es ms difcil.4. La adsorcin fsica puede involucrar la formacin de capas multimoleculares, mientras la quimisorcin es siempre completada por la formacin de una monocapa (En algunos casos la adsorcin fiisica puede ocurrir en cima de una monocapa quimisorbida.5. La adsorcin fsica es instantnea (la difusin en los poros del adsorbente es la que consume tiempo), mientras la quimisorcin puede ser instantnea, pero generalmente requiere energa de activacin.

10.- Adsorbentes Ms utilizadosSe han desarrollado muchos adsorbentes para una amplia gama de separaciones. Por lo comn, los adsorbentes tienen forma de pelotitas, pequefias cuentas o grnulos cuyo tamao va de cerca de 0.1 mm a 12 mm, y las partculas ms grandes se usan en los lechos empacados. Una partcula de adsorbente tiene una estructura muy porosa, con numerosos poros muy finos, cuyo volumen alcanza hasta el 50% del volumen total de la partcula. La adsorcin suele ocurrir como una monocapa sobre la superficie de los poros, pero a veces se forman varias capas. La adsorcin fsica, o de Van der Waals, por lo general sucede entre las molculas adsorbidas y la superficie interna slida del poro, y es fcilmente reversible.

Otra fuente:

El proceso de adsorcin global consta de una serie de pasos. Cuando el fluido pasa alrededor de la partcula en un lecho fijo, el soluto primero se difunde desde el volumen del fluido hacia toda la superficie exterior de la partcula. Luego, el soluto se difunde hacia el interior del poro hasta la superficie del mismo. Por ltimo, el soluto se adsorbe sobre la superficie. As, el proceso de adsorcin global es una serie de pasos.Existen varios adsorbentes comerciales y algunos de los principales se describen en seguida. Todos se caracterizan por grandes reas superficiales de los poros, que van desde 100 hasta mas de 2000 m*/g.1. Carbn activado. ste es un material microcristalino que proviene de la descomposicin trmica de madera, cortezas vegetales, carbn, etc., y tiene reas superficiales de 300 a 1200 m*/g con un promedio de dimetro de poro de 10 a 60 A. Las sustancias orgnicas generalmente se adsorben carbn activado.2. Gel de slice. Este adsorbente se fabrica tratando con cido una solucin de silicato de sodio y luego secndola. Tiene un rea superficial de 600 a 800 m2/g y un promedio de dimetro de poro de 20 a 50 A. Se utiliza principalmente para deshidratar gases lquidos y para fraccionar hidrocarburos.3. Almina activada. Para preparar este material se activa el xido de aluminio hidratado calentndolo para extraer el agua. Se usa ante todo para secar gases y lquidos. Las reas superficiales fluctan entre 200 y 500 m2/g con un promedio de dimetro de poro de 20 a 140 A.4. Zeolitas tipo tamiz molecular. Estas zeolitas son aluminosilicatos cristalinos porosos que forman una red cristalina abierta que tiene poros de uniformidad precisa. Por tanto, el tamao uniforme del poro es diferente al de otros tipos de adsorbentes que tienen una gama de tamaos de poro. Las diversas zeolitas tienen tamaos de poro que van de cerca de 3 a 10 A. Las zeolitas se usan para secado, separacin de hidrocarburos y de mezclas y muchas otras aplicaciones.5. Polimeros o resinas sintticas. Se fabrican polimerizando dos tipos principales de monmeros. Los que se generan a partir de compuestos aromticos como el estireno y el divinilbenceno se usan para adsorber compuestos orgnicos no polares de soluciones acuosas. Los que provienen de steres acrlicos se utilizan para solutos ms polares en soluciones acuosas.

Adsorbentes y procesos de adsorcin.

La mayor parte de los adsorbentes son materiales altamente porosos y la adsorcin tiene lugar fundamentalmente en el interior de las partculas sobre las paredes de los poros en puntos especficos. Puesto que los poros son generalmente muy pequeos, el rea de la superficie interna es varios rdenes de magnitud superior al rea externa y puede alcanzar valores tan elevados como 2000 m/g. La separacin se produce debido a que diferencias de peso molecular o de polaridad dan lugar a que algunas molculas se adhieren ms fuertemente a la superficie que otras. En muchos casos el componente que se adsorbe (adsorbato) se fija tan fuertemente que permite una separacin completa de dicho componente desde un fluido sin apenas adsorcin de otros componentes. El adsorbente puede regenerarse con el fin de obtener el adsorbato en forma concentrada o prcticamente pura. Las aplicaciones de la adsorcin en fase vapor incluyen la recuperacin de disolventes orgnicos utilizados en pinturas, tintas de imprenta, y disoluciones.

Para formacin de pelculas y recubrimientos de esmaltes. El aire cargado de disolvente puede enviarse primeramente a un condensador enfriado con agua o con un fluido criognico con el fin de retirar parte de disolvente, si bien generalmente no resulta adecuado enfriar el gas a temperaturas inferiores a la temperatura ambiente. El aire, con una pequea cantidad de disolvente, se hace pasar a travs de un lecho de partculas de carbn adsorbente, lo que puede reducir la concentracin de disolvente hasta concentraciones inferiores a 1 ppm. La concentracin final puede estar establecida por normas gubernamentales de emisin en lugar de por criterios econmicos de recuperacin del disolvente. Tambin se utiliza la adsorcin sobre carbn para separar contaminantes tales como H,S, CS,, y otros compuestos con mal olor, del aire que circula en sistemas de ventilacin, y en una gran mayora de los nuevos automviles se colocan cartuchos de carbn para evitar el paso de los vapores de gasolina al aire.El secado de gases se lleva a cabo con frecuencia adsorbiendo el agua sobre gel de slice, almina u otros slidos inorgnicos porosos. Las zeolitas, o tamices moleculares, que son aluminosilicatos, naturales 0 sintticos, con una estructura de poro muy regular, resultan especialmente eficaces para la preparacin de gases con bajos puntos de roco (-75 C). La adsorcin sobre tamices moleculares puede utilizarse tambin para separar oxgeno y nitrgeno, para preparar hidrgeno puro a partir de gas de sntesis, as como para separar parafinas normales de parafinas ramificadas y aromticos. La adsorcin a partir de una fase lquida se utiliza para separar componentes orgnicos de aguas residuales, impurezas coloreadas de disoluciones de azcar y aceites vegetales, as como tambin agua de lquidos orgnicos. La adsorcin se utiliza tambin para recuperar productos de reaccin que no son fcilmente separables por destilacin o cristalizacin. Algunos tipos de slidos se utilizan indistintamente para adsorcin en fase de vapor y en fase lquida, si bien los adsorbentes con mayor tamao de poro son preferibles para el caso de lquidos.(Mc Cabe, Giankoplis)

Equipos Usados en la adsorcin: Adsorbedores de lecho fijo. En la Figura 24.1 se muestra un sistema de equipo tpico utilizado para la adsorcin de vapores de disolventes. Las partculas deadsorbente se colocan en un lecho de 0,3 a 1,2 m de espesor soportado sobre un matiz o placa perforada. La alimentacin gaseosa circula en sentido descendente a travs de uno de los lechos mientras que el otro se encuentra en regeneracin. El flujo descendente es preferible debido a que el flujo ascendente a velocidades elevadas puede dar lugar a la fluidizacin de las partculas, lo que provoca colisiones y formacin de tinos. Cuando la concentracin de soluto en el gas de salida alcanza un cierto valor, o bien para un tiempo previamente establecido, se accionan automticamente las vlvulas con el fin de dirigir la alimentacin al otro lecho e iniciar la secuencia de regeneracin. La regeneracin puede realizarse con gas inerte caliente, pero generalmente es preferible utilizar vapor de agua cuando el disolvente no es miscible con agua. El vapor de agua condensa en el lecho aumentando la temperatura del slido y suministrando la energa necesaria para la desercin.

Figura 24.1. Sistema de adsorcin en fase de vapor.

El disolvente se condensa, se separa del agua y, con frecuencia, se seca antes de su reutilizacin. El lecho puede entonces enfriarse y secarse con un gas inerte, no siendo necesario disminuir la temperatura de todo el lecho hasta la temperatura ambiente. Si el gas b limpio puede tolerar algo de vapor de agua, la evaporacin de agua durante el ciclo de adsorcin ayudar a enfriar el lecho y a eliminar parcialmente el calor de adsorcin. El tamao del lecho adsorbente est determinado por la velocidad de flujo de gas y por el tiempo de ciclo deseado. El rea de la seccin transversal se calcula generalmente de tal forma que se obtenga una velocidad superficial de 0,15 a 0,45 m/s, que da lugar a una cada de presin de pocas pulgadas de agua por pie de lecho cuando se utilizan adsorbentes tpicos (4 x 10 mallas o 6 x 16 mallas). Para velocidades de flujo muy grandes puede instalarse un lecho rectangular en la parte central de un cilindro horizontal en vez de utilizar un tanque vertical con un dimetro mucho mayor que el espesor del lecho. I El espesor de lecho y la velocidad de flujo generalmente se seleccionan para proporcionar un ciclo de adsorcin de 2 a 24 h. Utilizando un lecho ms largo se puede ampliar el ciclo de adsorcin a varios das pero la mayor cada de presin y la mayor inversin necesaria harn la operacin probablemente antieconmica. Algunas veces se recomienda un espesor de lecho de solamente 1 pie para disminuir la cada de presin y el tamao del adsorbedor, pero los lechos de poca longitud no producen una separacin completa y requieren ms energa para la regeneracin.

Equipo para el secado de gases.

El equipo para el secado de gases es similar al que se muestra en la Figura 24.1, con la diferencia de que se utiliza gas caliente para la regeneracin. El gas hmedo procede del lecho que se est regenerando y puede descargarse a la atmsfera o bien separar la mayor parte del agua en un condensador y recircular el gas al lecho a travs de un sistema de calefaccin. Para secaderos pequeos se instalan con frecuencia calentadores elctricos dentro del lecho para suministrar la energa de regeneracin.

Cuando la regeneracin se realiza a presin mucho ms baja que la adsorcin, puede no ser necesario suministrar calor toda vez que la baja presin favorece la desercin. Si un secadero de gases opera a varias atmsferas de presin durante el ciclo de adsorcin, se puede conseguir una regeneracin casi completa pasando parte del gas seco a travs del lecho, a la presin atmosfrica, sin calentamiento previo. Parte del calor de adsorcin, que est almacenado en el lecho como calor sensible, se utiliza para la desercin y el lecho se enfra durante la regeneracin. La cantidad de gas que se necesita para la regeneracin es solamente una fraccin del gas de alimentacin del ciclo de adsorcin, puesto que el gas que sale a 1 atm tendr una fraccin molar de agua mucho mayor que el gas de alimentacin. Aplicando el mismo principio, la regeneracin a vaco ofrece una alternativa a la regeneracin con vapor de agua o con gases calientes cuandola adsorcin se realiza a la presin atmosfrica. Un ejemplo importante de adsorcin desde una fase lquida lo constituye el uso de carbn activo para separar contaminantes de aguas residuales. Tambin se utiliza para separar trazas de sustancias orgnicas del abastecimiento municipal de agua para mejorar el sabor y reducir la posibilidad de formacin de compuestos txicos en la etapa de cloracin. Para estas aplicaciones los lechos de carbn tienen varios metros de dimetro y hasta 10 de altura, pudiendo operar varios lechos en paralelo. Los lechos de gran espesor se requieren para asegurar un adecuado tratamiento ya que la velocidad de adsorcin en lquidos es mucho ms lenta que en gases. Tambin hay que retirar del lecho el carbn agotado para proceder a su regeneracin, de forma que son deseables perodos relativamente largos entre las operaciones de regeneracin.

Adsorbedores de tanque agitado.

Un mtodo alternativo para el tratamiento de aguas residuales consiste en aadir carbn en polvo a un tanque con la disolucin, utilizando agitadores mecnicos e inyectores de aire para mantener las partculas en suspensin. Con partculas finas la adsorcin es mucho ms rpida que con carbn granular, pero en cambio se requiere un equipo de gran tamao para separar, por sedimentacin o filtracin, el carbn agotado. El tratamiento con carbn en polvo puede realizarse por cargas, o tambin de forma continua aadiendo una determinada cantidad de carbn a la corriente residual y retirando continuamente el carbn agotado.

Adsorbedores continuos.

La adsorcin a partir de gases o lquidos puede realizarse de forma realmente continua haciendo circular el slido a travs del lecho en contracorriente con el flujo del fluido. Las partculas slidas descienden por gravedad, hacindolas retornar despus a la parte superior de la columna mediante un sistema de elevacin con aire o de forma mecnica. Con partculas finas se puede utilizar un lecho con placas deflectoras o etapas mltiples para prevenir la mezcla desde un extremo a otro. El hypersorber es un adsorbedor de lecho fluido de mltiple etapa construido como una columna de destilacin, pasando los slidos fluidizados de una etapa a otra a travs de tubuladuras de descenso. Se han construido algunos adsorbedores y columnas de intercambio de ion que operan en contracorriente, y puesto que tales esquemas conducen a una ms eficaz utilizacin del slido, es previsible que encuentren un uso creciente, especialmente en grandes instalaciones.

ISOTERMAS DE ADSORCION

Isotermas de Adsorcin Las isotermas como son medidas bajo condiciones existentes pueden rendir informacin cualitativa acerca del proceso de adsorcin, y tambin dar indicacin de la fraccin de la superficie cubierta. La isoterma tipo I representa sistemas donde la adsorcin no procede ms all de la formacin de una capa monomolecular. La isoterma tipo II indica un formacin indefinida de multicapas despus de completarse la monocapa. La isoterma tipo III se obtiene cuando la cantidad de gas adsorbido se incrementa sin lmite hasta que su saturacin relativa es uno. La forma convexa es causada por el calor de adsorcin de la monocapa. La isoterma tipo IV es una variacin de la tipo II, pero con una formacin de multicapas finita correspondiente al llenado completo de los capilares. La isoterma tipo V es una ligera variacin de la tipo III.

Modelos matemticos de las isotermas de adsorcin:

Langmuir:

Donde:V: Volumen de gas (0C,760 mmHg) adsorbido por unidad de masa de adsorbente)Vm: Volumen de gas (0C,760 mmHg) adsorbido por unidad de masa de adsorbentepara cubrir la superficie con la formacin de una monocapaB: constante emprica.Brunauer, Emmett Teller:(Diapositiva Adsorcion)

La isoterma de adsorcin es la relacin de equilibrio entre la concentracin en la fase fluida y la concentracin en las partculas de adsorbente a una temperatura determinada. Para el caso de gases la concentracin viene generalmente dada como fraccin molar o como presin parcial. Para lquidos la concentracin se expresa habitualmente en unidades de masa, tales como partes por milln. La concentracin de adsorbato sobre el slido viene dada como masa adsorbida por unidad de masa de adsorbente original.

Tipos de isotermas. En la Figura 24.2 se presentan algunas forma tpicas de isotermas. La isoterma lineal pasa por el origen de coordenadas y la cantidad adsorbida es proporcional a la concentracin en el fluido. Las isotermas que son convexas hacia arriba se denominan favorables, debido a que puede obtenerse una carga relativamente elevada del slido para una baja concentracin en el fluido. La isoterma de Langmuir, W = bc/(l + Kc), donde W es la carga de adsorbato, c es la concentracin en el fluido y b y K son constantes, es del tipo favorable; cuando Kc 1, la isoterma es altamente favorable, mientras que cuando Kc < 1 la isoterma es prcticamente lineal. Desafortunadamente, la isoterma de Langmuir, que tiene una base terica sencilla, no permite ajustar bien un elevado nmero de sistemas de adsorcin fsica. La ecuacin empfca de Freundlich, W = bc, donde m < 1, conduce generalmente a un mejor ajuste, especialmente para la adsorcin a partir de lquidos.

Figura 24.2. Isotermas de adsorcion.

El caso lmite de una isoterma muy favorable es la adsorcin irreversible, donde la cantidad adsorbida es independiente de la disminucin de concentra- Irreversible de adsorcin hasta valores muy bajos. Todos los sistemas presentan una disminucin de la cantidad adsorbida al aumentar la temperatura y, por supuesto, el adsorbato puede desorberse aumentando la temperatura, aun para los casos titulados irreversibles . Sin embargo, la desercin requiere una temperatura mucho ms elevada cuando la adsorcin es muy favorable o irreversible que cuando las isotermas responden a un modelo lineal.Una isoterma que es cncava hacia arriba recibe el nombre de desfavorable debido a que se obtienen cargas del solido relativamente bajas y a que conducen a largas zonas de transferencia de materia en el lecho. Las isotermas de esta forma son raras pero resultan interesantes para ayudar a comprender el proceso de regeneracin. Si la isoterma de adsorcin es favorable, la transferencia de materia desde el slido hacia la fase fluida tiene caractersticas similares a las de la adsorcin con una isoterma desfavorable. Con el fin de mostrar la variedad de formas de isotermas para un solo adsorbato, en la Figura 24.3 se presentan datos para agua adsorbida desde aire sobre tres desecantes. El gel de slice presenta una isoterma casi lineal hasta el 50 por 100 de humedad relativa y la capacidad final es prcticamente el doble que para los dems slidos. A altas humedades los pequeos poros se llenan de lquido por condensacin capilar, y la cantidad total adsorbida depende del volumen de los poros pequeos y no del rea superficial. El agua es retenida por los tamices moleculares con mayor fuerza y la adsorcin es casi irreversible, pero el volumen de los poros no es tan grande como en el gel de slice. Las curvas de la Figura 24.3 estn basadas en la humedad relativa, lo que da lugar a que las isotermas, para un intervalo de temperaturas, caigan sobre una sola curva.Obsrvese que, excepto para los tamices moleculares, la cantidad adsorbida para una presin parcial determinada sufre una disminucin acusada al aumentar la temperatura

PORCENTAJE DE HUMEDAD RELATIVA

Figura 24.3. Isotermas de adsorcin para el agua en aire de 20 a 40 C Para aire con un 1 por 100 de HZ0 a 20 C, X, = 76 mmHg/17,52 x 100 = 43,4 por 100, y la cantidad adsorbida sobre gel de slice es W = 0,26 lb/lb. Para la misma concentracin a 40 C, X, = 7,6/55,28 x 100 = 13,7 por 100 y W =. 0,082 lb/lb.

Los datos de adsorcin para vapores de hidrocarburos sobre carbn activo se ajustan en ocasiones a isotermas de Freundlich, pero en un amplio intervalo de presiones las pendientes de las isotermas disminuyen gradualmente al aumentar la presin. La cantidad adsorbida depende fundamentalmente de la relacin entre la presin parcial del adsorbato en el gas y la presin de vapor del lquido en las mismas condiciones, as como del rea superficial del carbn. Se han desarrollado correlaciones generalizadas basadas en el concepto de potencial de adsorcin49 , y en la Figura 24.4 se presentan algunos resultados para parafinas y compuestos de azufre. Para una determinada clase de materiales la cantidad adsorbida depende de (T/ v) log (f,/, siendo T la temperatura de adsorcin, f, la fugacidad del lquido saturado a la temperatura de adsorcin y f la fugacidad del vapor. Para adsorcin a la presin atmosfrica se utilizan la presin parcial y la presin de vapor en lugar de las fugacidades. El volumen adsorbido se convierte a masa suponiendo que el lquido adsorbido tiene la misma densidad que el lquido a la temperatura de ebullicin.(Mc Cabe) Aplicaciones de la AdsorcinEntre las aplicaciones de la adsorcin en fase lquida estn la eliminacin de compuestos orgnicos del agua o de soluciones orgnicas, la eliminacin de impurezas coloreadas de sustancias orgnicas y la eliminacin de diversos productos de fermentacin de las descargas de los fermentadores. Las separaciones incluyen la de parafinas de compuestos aromticos y la de fructuosa de glucosa utilizando zeolitas. Las aplicaciones de la adsorcin en fase gaseosa incluyen la eliminacin de agua de hidrocarburos gaseosos, la de componentes azufrados del gas natural, la de disolventes del aire y de otros gases, y la de olores del aire.

TRADICIONALES:

Tratamiento de aguas.Eliminacin de color: industrias azucareras y alimentarias.

EMERGENTES:

Medioambientales.Aire y agua.FarmaciaMicroelectrnica

LIQUIDOS:

Eliminacin de: -Comp. orgnicos de agua-Impurezas coloreadas-Productos de fermentacin-Agua de lquidos orgnicos

Separacin de:-Productos de reaccin-Parafinas/Aromticos-Glucosa/Fructosa

GASES:

Recuperacin disolv. orgnicos.

Eliminacin de:-Comp. con S de aire/gas natural-Gases y olores del aire-Vapores de gasolina en autom.

Secado de gases (hidrocarburos)Separacin de O2 y N2

CONCLUSION

REFERENCIAS

[1](http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mgilarra/experimentacionIQII/Intercambioionico2006.pdf, consulta: 3/12/2012)[2] Treybal, Robert. Operaciones de transferencia de masa., McGRAW-HILL segunda edicin, Mxico 2) McCabe, W.L.; Smith, J.C. y Harriot, P. (1994). Operaciones unitarias de Ingeniera Qumica. McGraw-Hill. Madrid. seccin 4, capitulo 253) GEANKOPLIS. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. Captulo 13. CECSA.capitulo 24) Perry, R.H. y Green, D.W. (Volumen III, 2001).Manual del ingeniero qumico. McGraw-Hill. Madrid.(operaciones de separacin en ingeniera qumica. Pedro Martnez y Eloisa Rus Martnez. Editorial Pearson. 2004. Madrid PP. 908-9115) http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/csalas/OPIV/intercambio_ionico.pdf 6)http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mgilarra/experimentacionIQII/Intercambioionico2006.pdf7) Intercambio inico." Microsoft Encarta 2009 [DVD]. Microsoft Corporation, 2008.8) Intercambiadores inicos Disponible en: - GARCA GARRIDO, JOS. Agua para la Industria. Servicio de Publicaciones de la UPV.Valencia9) Reacciones de intercambio inico: http://dardel.info/IX/reactions.html10) www.ecured.cu/index.php/Intercambio_inico

(Fuente: Intercambio inico." Microsoft Encarta 2009 [DVD]. Microsoft Corporation, 2008)