El documento presenta una introducción al proceso de intercambio iónico industrial. Explica que el intercambio iónico es un fenómeno natural que se utiliza para eliminar iones indeseables del agua mediante el uso de resinas sintéticas de intercambio iónico. Describe los tipos de resinas, las aplicaciones del proceso como el ablandamiento del agua, y los temas especiales como el funcionamiento de lechos mixtos y los problemas que pueden surgir.

1. 
UNIVERSIDAD DE SONORA
Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia
INTRODUCCIÓN AL INTERCAMBIO
DE IONES INDUSTRIALES
Operaciones Unitarias II
Alumna:
Daniela Verónica Félix Acuña
Hermosillo, sonora a 16 de Marzo del 2017

2. INTRODUCTION TO
INDUSTRIAL
ION EXCHANGE
Autor :
F.X MacGarvey
Sybron Chemicals Inc.
Birmingham, New Jersey
No. Paginas 11
United States of America

3. INDICE
#N de Diapositiva
Introducción 4
Sitio de Intercambio 7
Aplicación del proceso 9
Temas especiales 17
Material adicional 20

4. INTRODUCCION

5. El intercambio iónico es un fenómeno natural que se produce continuamente en
sustancias inorgánicas y en cuerpos vivos en la superficie de la tierra. Aparentemente, los
materiales de intercambio iónico se utilizaron en tiempos bíblicos para eliminar sales y
venenos del agua.
• Antes de 1940, se produjeron zeolitas de gel sintético y carbón sulfonado en la
ubicación actual de Sybron Chemicals Inc. en Birmingham, New Jersey
• Se descubrieron varios minerales llamados permutitas y se inició el uso industrial
para el ablandamiento del agua alrededor de 1906.

6. La reacción de intercambio iónico puede describirse mejor como el intercambio
de iones entre una fase sólida y un líquido que rodea al sólido.
Los materiales de intercambio iónico se utilizaron en tiempos bíblicos para
eliminar sales y venenos del agua.
El proceso se muestra gráficamente de la siguiente manera:

7. Intercambiadores de cationes
Monovalente–Cs > Rb > K > Na > Li
Divalente –Ra > Ba > Sr > Ca > Mg >> Na
Intercambiadores de aniones
Monovalente-l > Br > NO > Cl > HC0 > F > OH
Divalente-CrO > SO > CO > HP0
Los sitios exhiben afinidad por ciertos iones sobre otros y este fenómeno es muy
útil en la eliminación de materiales iónicos objetables de las corrientes de
proceso.

8. SITIO DE INTERCAMBIO

9. RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO
Los materiales de intercambio iónico modernos se preparan a partir de polímeros
sintéticos tales como co-polímeros de estireno-divinilbenceno que han sido sulfonados
para formar intercambiadores catiónicos fuertemente ácidos, o aminados para formar
intercambiadores de aniones fuertemente básicos.
Sulfonatos Amonios cuternarios

10. APLICACIÓN DEL PROCESO

11. El intercambio iónico moderno pueden ser operadas de forma co-corriente o
contracorriente, siendo la operación en co-corriente la más frecuente.
Operación Co-corriente
Las curvas de fugas típicas debido a la fuga de sodio en el ciclo
del hidrógeno se muestran en las siguientes curvas.
Nivel de Regeneración
Volumen tratado
Punto de ruptura
Fuga promedio

12. Operación a contracorriente
Comienzo
Volumen tratado
Punto de Ruptura
Regeneración a contracorriente
Puesto que no hay iones residuales en la porción de salida del lecho, el lecho no se fuga
y se pueden conseguir curvas de rotura similares a las mostradas para el agotamiento
contracorriente típico.

13. Las siguientes ecuaciones que representan el ablandamiento del agua.
(Reacción de servicio o agotamiento)
(Paso de regeneración)
Estas reacciones muestran que los cationes divalentes se
intercambian eficazmente por sodio en la columna. Si la
reacción no fuera reversible, no sería posible suavizar el
agua.
El cloruro de sodio concentrado, puede invertir la
reacción y el lecho se puede usar una y otra vez.
2

14. Composición
Calcio
Magnesio
Sodio
Cationes totales
Cloro
Sulfato
Bicarbonato
Silica
Aniones totales
Ppm
Como ion
Factor de
conversión
Ppm como
CaCO3
Equivalentes
por
millón
La composición del agua es básica para el diseño y determina la manera apropiada
de producir el efluente deseado. El flujo es importante para el tamaño de la planta
y puede dictar la forma en que el agua se trata.
Un análisis típico de agua se muestra en la siguiente tabla:

15. El proceso de intercambio iónico se realiza normalmente en algún tipo de
columna. Las camas son generalmente de entre dos y ocho pies de profundidad y
puede ser tan grande como 12,5 pies de diámetro.

16. Regenerador aniónico
Regenerador catiónico
Aire
Unidad de intercambio de iones
de cama mixta
El agua de alta pureza, el tratamiento de las aguas de procesos nucleares y
otros usos se realizan frecuentemente mediante el uso de unidades de lecho
mixto en las que los componentes aniónicos y catiónicos se mantienen en la
misma unidad.

17. Paso de intercambio de cationes
Estas ecuaciones muestran que el intercambiador catiónico acoplado con un
lecho de intercambio aniónico puede eliminar todos los cationes y aniones
produciendo un efluente que puede clasificarse como agua desmineralizada o
desionizada.
(Servicio)
(Regeneración)
Paso de intercambio aniónico
(Servicio)
(Regeneración)
(Regeneración)
(Servicio)
Base débil
Base fuerte

18. TEMAS ESPECIALES

19. Existen varios problemas que afectan el rendimiento de las resinas de
intercambio iónico en el uso en el campo.
Problemas de cama mixta
• Los pasos operativos son más complejos ya que es necesario separar por
completo los componentes de resina para la regeneración.
• Una dificultad en la operación de lecho mixto se conoce como aglomeración
• Dado que estas resinas se regeneran con bastante eficacia, existe una
tendencia a la regeneración excesiva que dará como resultado un
enjuague prolongado y un desperdicio de productos químicos
• No se puede utilizar a pH altos pueden sufrir problemas de oxidación o
ensuciamiento.
Problemas de aniones - base débil

20. Resinas de Base Fuertes
Ensuciamiento de las resinas de base fuertes con materiales orgánicos
resultantes de la degradación de productos naturales, hojas, aguas industriales,
etc.
La preparación de grandes cantidades de agua de alta pureza requiere un
proceso bien diseñado para superar todos los problemas discutidos en las
secciones anteriores.
Agua de alta pureza

21. MATERIAL ADICIONAL

22. Las resinas de intercambio iónico se han utilizado ampliamente para reducir la
concentración de elementos tóxicos como el cadmio, el cobalto, el cobre y el
zinc en las corrientes de desechos.
La selección de la resina más adecuada para una situación particular requiere
un equilibrio cuidadoso de las propiedades físicas y químicas de las resinas,
así como del fluido que se va a tratar.
Muchos métodos analíticos, incluidos los de aminoácidos, metales traza y
ácidos nucleicos, se basan en el intercambio iónico.

23. GRACIAS POR SU ATENCION