El documento trata sobre el proceso de intercambio iónico. Explica que es una reacción reversible en la que un ión cargado en solución se intercambia por un ión similar unido a una resina de intercambio iónico. Describe los conceptos fundamentales como las resinas de intercambio iónico, las reacciones de intercambio, la cinética y propiedades de las resinas. Finalmente, explica el funcionamiento del proceso a través de un ciclo que incluye servicio, lavado, regeneración y enjuague

1. O p e r a c i o n e s U n i t a r i a s II
Intercambio Iónico
Guadalupe Bustamante Noriega
16 Marzo 2017

2. Copyright © 2010 por The McGraw-Hill Companies, Inc.
Ejemplar con 1301 páginas
Capitulo 8 páginas: 332-344

3. 8.- Intercambio iónico
8-1 Introducción
8-2 Conceptos fundamentales del
intercambio iónico
8-3 Funcionamiento del proceso

4. 8-1 Introducción

5.  El intercambio iónico es una
reacción reversible, en la que un ión
cargado en solución se intercambia
por un ión cargado de forma similar,
unido electrostáticamente a una
partícula sólida inmóvil.

6. Aplicaciones
Tratamiento de ablandamiento del agua respecto a:
 Calcio
 Magnesio
 Cationes polivalentes
Eliminar contaminantes específicos:
 Arsénico
 Bario
 Nitrato
 Radio.

7. Figura 8.1 Ejemplo de aplicación de resina de intercambio iónico.

8. 8-2 Conceptos fundamentales
del intercambio iónico

9. Resinas de intercambio iónico
La resina polimérica más común es un
poliestireno reticulado.
Resinas de intercambio catiónico:
 Hidrogeno
 Sodio

10. El número de sitios es finito, y cuando
todos ellos han sido intercambiados, la
resina de intercambio iónico ya no
suavizará el agua.

11. Reacciones de intercambio iónico
Dureza
Carbonatada
Dureza No
Carbonatada
Reacciones débiles de intercambio de
cationes.
Reacciones fuertes de intercambio de
cationes.

12. Cinética de intercambio iónico
Mecanismo:
1.-Movimiento de los iones de la solución a la película .
2.-Difusión de los iones a través de la película a la superficie
3.-Difusión de los iones hacia dentro a través de los poros .
4.- Intercambio de los iones por reacción.
5.-Difusión de los iones intercambiados hacia fuera a través
de los poros.
6.-Difusión de los iones intercambiados a través de la capa.
7.-Iones en la solución a granel.

13. Figura 8.2 Onda de intercambio iónico y avance

14. Propiedades de las resinas de intercambio de
iones
 Capacidad de intercambio:
Cantidad de iones que se pueden intercambiar en la
resina.
Se expresa en:
𝑚𝑒𝑞
𝑔𝑟
=
𝑚𝑖𝑙𝑖𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒
𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎
𝑚𝑒𝑞
𝑚𝑙
=
𝑚𝑖𝑙𝑖𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒
𝑚𝑙 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎
Valores tipicos:
3.6 a 5.5 𝑚𝑒𝑞
𝑔𝑟 1.8 a 2 𝑚𝑒𝑞
𝑚𝑙

15.  Selectividad:
Preferencia o afinidad de la resina para los iones en la solución.
Se representa por:
𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 = 𝐾𝑗
𝑖
Mayor 𝑲𝒋
𝒊
, mayor es la preferencia del ion por la resina de
intercambio.

16. Ejemplo 8.1
Estima el volumen máximo de agua por litro de resina que
puede ser tratada por una resina de intercambio ácido fuerte en
la forma sódica si la resina tiene una capacidad total de 2,0 eq /
L, la concentración de calcio es 1,4 meq / L y la concentración
de sodio es 2,6 meq / l. Suponga que no hay otros cationes en la
solución.
𝑽 =
𝒒 𝑪𝒂
𝑪 𝑪𝒂
𝑞 𝐶𝑎 = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 ú𝑡𝑖𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎
𝐶 𝐶𝑎 = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐶𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑓𝑎𝑠𝑒 𝑎𝑐𝑢𝑜𝑠𝑎

17. 𝑞 𝐶𝑎 =
𝐶 𝐶𝑎 𝑞 𝑇
𝐶 𝐶𝑎 + 𝐶 𝑁𝑎 ∝𝑖
𝑗
𝒒 𝑪𝒂 = 𝑪𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒂 ú𝒕𝒊𝒍 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒏𝒂
𝒒 𝑻 = 𝑪𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒏𝒂
𝑪 𝑪𝒂 = 𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒅𝒆 𝑪𝒂 𝒆𝒏 𝒍𝒂 𝒇𝒂𝒔𝒆 𝒂𝒄𝒖𝒐𝒔𝒂
𝑪 𝑵𝒂 = 𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒅𝒆 𝑵𝒂
∝𝑖
𝑗
= 𝐅𝐚𝐜𝐭𝐨𝐫 𝐝𝐞 𝐬𝐞𝐩𝐚𝐫𝐚𝐜𝐢ó𝐧 = 𝟏
∝𝑖
𝑗
Sustituyendo datos conocidos:
𝑞 𝐶𝑎 =
(1.4
𝑚𝑒𝑞 𝐶𝑎
𝐿
)(2
𝑒𝑞
𝐿 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎
)(1000
𝑚𝑒𝑞
𝑒𝑞
)
1.4
𝑚𝑒𝑞 𝐶𝑎
𝐿
+ (2.6
𝑚𝑒𝑞 𝑁𝑎
𝐿
)(0.53)
= 𝟏, 𝟎𝟎𝟖
𝒎𝒆𝒒 𝑪𝒂
𝑳 𝒅𝒆 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒏𝒂

18. Tabla 8.1 Factores de separación de iones para resina

19. El volumen máximo que se puede por volumen de resina
por ciclo es:
𝑉 =
𝑞 𝐶𝑎
𝐶 𝐶𝑎
=
1,008
𝑚𝑒𝑞 𝐶𝑎
𝐿 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎
1.4
𝑚𝑒𝑞 𝐶𝑎
𝐿 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎
𝑽 = 𝟕𝟐𝟎
𝑳 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂
𝑳 𝒅𝒆 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒏𝒂

20.  Tamaño de la partícula de la resina:
Esféricas, producidas en rangos de diámetro de 0.04
mm a 1.0 mm
Efectos en el proceso:
 Coeficiente de uniformidad
 Tamaño efectivo
Tasa de
intercambio
iónico
Tamaño
Perdida de
carga
Tamaño

21.  Estabilidad estructural y vida útil
Susceptibles a:
 Hinchazón
 Contracción
 Abrasión
Problemas que se solucionan con la selección de la
resina apropiada y pretratamiento.

22. 8-3 Funcionamiento del
Proceso

23. Colector superior
Boquillas
Resina
Regenerante
Colector inferior
Boquillas del filtro
Salida de
lavado a
contracorriente
Controlador de lavado a
contracorriente
Entrada de
agua
Salida de
agua
Figura 8.3 Columna típica de resina de intercambio iónico.

24. Servicio
Lavado a
contracorriente
Regeneración
Enjuague
lentamente
Enjuague
rápido
Regreso al
servicio
 Ciclo de intercambio iónico

25.  Tipo de operaciones
Cocorrent
 Etapa de regeneración
en la misma dirección
que el flujo de
tratamiento.
 Diseño de menor costo.
 Más simple de operar.
 Ejemplo: Suavizador
doméstico.
Contracorriente
 Etapa de regeneración
en dirección opuesta al
agua de tratamiento.
 Menores fugas.
 Mayor eficiencia
química
 Más costoso.
 Complicado de operar.

26. Sistema "merrygo-round“
Dos columnas en serie con una columna como modo de espera.
 Múltiples columnas
Figura 8.4 Columna múltiples.

27. Gracias por su atención