Se explica el principio bajo el cual funciona la operación de intercambio iónico.

1. UNIVERSIDAD DE SONORA
DPTO. DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA
FUNDAMENTOS DE INTERCAMBIO IÓNICO
Alumno: Tadeo Vacame Ocejo
Curso: Operaciones Unitarias 2
Semestre: 8vo
Profesor: Marco Antonio Núñez Esquer
Hermosillo, Son
15/03/2018

2. RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO
Basado en un artículo de:
R. M. Wheaton
L. J. Lefevr
Dow Chemical U.S.A.

3. ÍNDICE
 INTRODUCCIÓN
 CONSIDERACIONES GENRALES
 PROPIEDADES FÍSICAS
 PROPIEDADES QUÍMICAS
 ESTRUCTURA Y MANUFACTURA
 SISTEMAS DE REGENERACIÓN
 APLICACIONES

4. INTRODUCCIÓN
El intercambio iónico es el intercambio reversible de iones entre
un sólido (material de intercambio iónico) y un líquido en el cual
no hay un cambio permanente en la estructura del sólido.
Es muy utilizado en tratamiento de aguas, así como también
tiene utilidad especial en síntesis química, investigación médica,
transformación de alimentos, explotación minera, agricultura y
un muchas más.

5. CONSIDERACIONES GENERALES

6.  El intercambio iónico son reacciones químicas de sustitución.
 Comprende el intercambio de los iones presentes en una disolución por
los iones de una resina.
 Es un mecanismo muy parecido al proceso de adsorción, es por eso que
se considera una operación unitaria.

7. TIPOS
CATIONICAS
Estructura con grupos funcionales ácidos
(resina ácido fuerte/ácido débil)
ANIONICAS
Estructura con grupos funcionales básicos
(resina base fuerte/base débil)

8. EJEMPLOS DE RESINAS

9. PROPIEDADES FÍSICAS

10. Las resinas convencionales del
intercambio iónico consisten
en un polímero de matriz
reticulada con una distribución
relativamente uniforme de
sitios ion-activos a través de la
estructura
En la figura 1 se muestra una resina de intercambio catiónico
con una matriz cargada negativamente y iones positivos
intercambiables
Figura 1

11. Los materiales de intercambio
iónico se venden como esferas o a
veces gránulos con un tamaño y
uniformidad específicos para
satisfacer las necesidades de una
aplicación particular.
Son de tamaño de partícula de
aproximadamente 0,3 mm a 1,2 mm

12. PROPIEDADES QUÍMICAS

13. CAPACIDAD
La capacidad total, es decir, el número
total de sitios disponibles para el
intercambio, se determina normalmente
después de convertir la resina por
técnicas de regeneración química a una
forma iónica determinada.
Estos valores son expresados en
equivalentes por litro de resina húmeda
o por kilogramo de resina seca.

14. HINCHAMIENTO
La hinchazón de un intercambiador de iones es principalmente una hidratación
de los grupos iónicos fijos.
Los volúmenes de resina cambian con la conversión a formas iónicas de
diferentes grados de hidratación

15. SELECTIVIDAD
Se define como la afinidad que exhibe una resina para un ion en particular
respecto a otros iones en la solución.
Se expresa por el coeficiente de selectividad, el cual se deriva de la constante
de equilibrio de la reacción.
𝑅𝐴 + 𝐵+
↔ 𝑅𝐵 + 𝐴+
𝐾𝐶 =
𝑅𝐵 ∗ 𝐴+
𝑅𝐴 ∗ 𝐵+

16. CINÉTICA
La velocidad con la que se produce el
intercambio iónico. El proceso de
intercambio iónico implica la difusión
a través de la película de la solución
que está en contacto cercano con las
resinas y la difusión dentro de la
partícula de la resina.
Las resinas con tamaño de partícula
uniforme tienen un mejor
rendimiento cinético en comparación
con las resinas poli dispersas
convencionales.

17. ESTRUCTURA Y MANUFACTURA DE RESINAS

18. MANUFACTURA
La fabricación de las resinas de intercambio
iónico implica la preparación de un copolímero
de grano reticulado, seguido por:
Sulfonación en el caso de las resinas catiónicas
ácidas fuertes
Clorometilación y la aminación del copolímero
para las resinas del anión.

19. RESINAS DE INTERCAMBIO CATIÓNICO.
El proceso de fabricación puede comenzar con la polimerización del éster
del ácido en suspensión, seguido por la hidrólisis del producto resultante
para producir el grupo funcional de ácido.
Las resinas ácidas débiles del intercambio catiónico se basan sobre todo en un
acrílico o un ácido metacrílico que se ha reticulado con un monómero di-
funcional.
Las resinas ácidas fuertes son copolímeros sulfonados de estireno y de DVB.

20. RESINAS DE INTERCAMBIO ANIÓNICO
Las resinas de base débil no contienen sitios iónicos intercambiables y
funcionan como adsorbentes ácidos. Estas resinas son capaces de
absorber ácidos fuertes con una alta capacidad y se regeneran
fácilmente con cáustico.
Las resinas de base fuerte se clasifican como tipo 1 y tipo 2. El tipo 1
es un producto de la reacción de trimetilamina con el copolímero y
después la clorometilación. El tipo 2 se obtiene por la reacción del
Copolímero estireno-DVB con Dimetiletanolamina

21. SISTEMA DE REGENERACIÓN DE
RESINAS

22. La regeneración de las resinas es el proceso inverso del proceso de intercambio
iónico y tiene por finalidad devolverle a la resina su capacidad inicial de
intercambio. Esto se realiza haciendo pasar soluciones que contengan el ion móvil
original, el cual se deposita en la resina y desaloja los iones captados durante el
agotamiento.
¿QUÉ ES?

23. Sistema de regeneración co-corriente: es el sistema más simple donde
una resina se regenera en la misma dirección que el flujo de servicio (hacia
abajo).
Sistema de regeneración contracorriente: En estos sistemas, el re
generante se aplica en la dirección opuesta al flujo de servicio

24. APLICACIONES DE LAS RESINAS

25. ABLANDAMIENTO
DE AGUAS
• Las aguas duras, que
contienen principalmente iones
de calcio y magnesio, causan
incrustaciones en calderas de
centrales eléctricas, tuberías de
agua y utensilios de cocina
domésticos.
• El ablandamiento del agua
implica el intercambio de la
dureza para el sodio en la resina.
Típicamente, el agua dura es
pasada a través de una cama de
una resina del intercambio
catiónico del sodio y se ablanda

26. DESALCALINIZACIÓN
Muchos procesos industriales requieren que la dureza y la alcalinidad se
eliminen del agua cruda antes de utilizar el agua en el proceso.
Los sólidos disueltos se eliminan del agua cruda al pasarla a través de un
lecho de resina catiónica de ácido débil en forma de hidrógeno.

27. AGUA ULTRA PURA (UPW)
• Es esencial para la
correcta fabricación de
placas de circuitos
integrados en la industria
de semiconductores.
• Camas individuales,
camas mixtas y también
ósmosis inversa se utilizan
en la producción de agua
ultra pura.

28. TRATAMIENTO DE
RESIDUOS RADIACTIVOS
• Los sistemas de desechos de radiación en
las centrales nucleares incluyen sistemas de
intercambio iónico para la eliminación de
cantidades de trazas de nucleídos radiactivos
del agua que se liberarán al medio ambiente.
• El sistema de resina principal utilizado es
la cama mixta

29. EXTRACCIÓN, SEPARACIÓN Y
CONCENTRACIÓN DE METALES
• En las mezclas acuosas o
disolventes que contienen
grandes cantidades de
contaminantes y pequeñas
cantidades de un soluto
deseado, las resinas de
intercambio iónico se
pueden utilizar para aislar
selectivamente y concentrar
el soluto deseado.
• Por ejemplo, la
recuperación de uranio de
la lixiviación con ácido
sulfúrico por medio de
resinas de anión base
fuertes.

30. PRODUCTOS FARMACÉUTICOS
Y FERMENTACIÓN.
• Las resinas de intercambio
iónico son útiles como
portadores de materiales
medicinales.
• También se utilizan en
una variedad de procesos
de la fermentación, tales
como el aislamiento y la
purificación

31. SEPARACIÓN CROMATOGRÁFICA
Es un proceso que utiliza resinas de intercambio iónico para separar un
componente disuelto en otro.
Se aplica en la industria azucarera para la purificación de compuestos como la
glucosa, la fructosa, los oligosacáridos, el sorbitol y el manitol.
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32. GRACIAS