INTERCAMBIO INICOOperacin bsica 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 desplazamiento de iones de la misma carga (contraiones). Se describe como una reaccin reversible implicando cantidades qumicamente equivalentes: Na+ + H-R Na-R + H+ La eficacia del proceso depende: - Equilibrio slido-fluido- Velocidad de transferencia de materiaResinas de intercambio inico:

Slidos polimricos constituidos por una estructura tridimensional de cadenas hidrocarbonadas. Presentan grupos inicos libres unidos por fuerzas electrostticas a grupos funcionales superficiales. El grado de reticulacin determina la movilidad de los iones en la fase intercambiador.

Intercambio inico en lecho fijoOperacin de intercambio inico realizada en semicontinuo, en un lecho fijo de resina a travs del cual fluye la disolucin.

Cambia la concentracin de los iones en cada punto de la columna. Cambia el grado de saturacin del lecho para cada tiempo de operacin. Rgimen no estacionario. Permite obtener concen-traciones de salida muy bajas con un consumo bajo de slido intercambiador. El empleo de lechos para el tratamiento de una corriente continua implica el uso de al menos dos lechos idnticos: mientras la disolucin que se desea intercambiar circula por uno de ellos, el otro se est regenerando.

Operacin de intercambio en lecho fijoZona de T.M.Zona de saturac.QC0QC0QC0QC0Cs = 0Cs = 0CsCs = C0Inicio de operacin ( t1 ): La transferencia de materia se produce preferentemente a la entrada del lecho. Sucesivos tiempos de operacin (t2 , t3 ... ): Se satura el slido prximo a la entrada y la transferencia de materia ocurre lejos de la entrada del lecho.El frente de agotamiento se traslada en el lecho hasta alcanzar el extremo final de la columna.A partir de entonces, la disolucin de salida contendr cantidades crecientes de los iones que se desea intercambiar. El lecho se satura y es necesaria su regeneracin.

Operacin de intercambio en lecho fijoZona de transferencia de materiaZona de transferencia de materia Regin del lecho donde la concentracin del fluido vara entre 5 y 95% de la inicial. Zona donde se produce mayoritariamente la transferencia de materia. Describe la mayor parte del gradiente de concentracin en el lecho.

Operacin de intercambio en lecho fijoTiempo de ruptura ( tr ): El tiempo transcurrido desde el comienzo de la operacin hasta que la corriente de salida alcanza la mxima concentracin permisible en el efluente (Cr ).

Curva de ruptura: Representa la evolucin frente al tiempo de la concentracin del efluente que abandona el lecho .

Tiempo de saturacin ( tS ): Tiempo necesario para que se agote toda la capacidad de intercambio del lecho.

V = QV tt1V1Curva de ruptura

Operacin de intercambio en lecho fijoEl tiempo de ruptura para una concentracin Cr fijada depende de:

- Peso de la resina- Capacidad de la resina- Concentracin de iones en el efluente a tratar- Condiciones fluidodinmicas: caudal, etc.- Forma de la curva de ruptura (cintica del proceso)- Etc.

V = QV tCurva de ruptura

Capacidad de la resina

Peso de resina: Peso total de la resina seca contenido en la columna .

Se define como la cantidad de iones que pueden ser retenidos por unidad de peso de la resina. Capacidades altas de la resina implican mayor separacin o purificacin por intercambio inico. Se expresa como meq de soluto retenidos / g de resina seca.

Cantidad de soluto: Corresponde al rea comprendida entre la curva de ruptura (en funcin del volumen eludo) y la lnea horizontal que corresponde a la concentracin de la disolucin de entrada.

1rea

V C/C0

Fraccin de lecho utilizado

La fraccin de lecho utilizado en el punto de ruptura se determina a partir de la cantidad de soluto retenida en ese punto y la capacidad de la resina.

C/C0Cantidad de soluto: Corresponde al rea de la zona comprendida entre el tramo correspondiente a la curva de ruptura y la lnea horizontal que corresponde a la concentracin de la disolucin de entrada.

1 V Vt At

Longitud de lecho no utilizado Longitud de lecho no utilizado = Longitud de lecho [Fraccin del lecho utilizada Longitud de lecho]

Dado que el perfil de concentracin no vara al desplazarse por el lecho, lechos de mayor longitud implican menor longitud de lecho no utilizado. Prctica de intercambio inico Objetivos:

Estudio del comportamiento de un lecho fijo constituido por una resina de intercambio inico. Se eliminarn los iones Na+ de una corriente acuosa de hidrxido sdico mediante intercambio con los iones H+ de una resina catinica en un lecho fijo. Na+ + OH- + H-R Na-R + H2O

INSTALACIN Y PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALLa concentracin de NaOH se determina mediante medidas de conductividad: C / C0 = l / l0Procedimiento:Se alimenta agua y se ajusta el caudalSe regenera con HCl 0,1 N y se lava con aguaSe alimenta la disolucin de NaOH, se mide la conductividad del efluente de salida cada 30 s hasta que se alcance la conductividad de la disolucin de entradaSe lava con aguaSe regenera con HCl 0,1 NSe vuelve a lavar con aguaLa resina est lista para realizar el segundo experimento

TRABAJO EXPERIMENTALPeso de resina: 20 g - QV = 50 ml/min CNaOH = 0,085 N - QV = 35 ml/min

Peso de resina: 10 g - CNaOH = 0,085 NQV = 50 ml/min - CNaOH = 0,14 N Para cada uno de los experimentos: Se representa l / lo = C / Co frente al volumen, obtenindose as la curva de ruptura del sistema. Del rea sobre la curva se obtiene la capacidad de la resina. De la curva se obtiene el tiempo de ruptura (tr = Vr / Q) para una concentracin de ruptura Cr=20% C0. A partir del rea sobre la curva hasta el punto de ruptura se determina la cantidad de soluto retenido en ese tiempo, la fraccin de lecho utilizada y la longitud de lecho no utilizada.

Comparacin de resultados:

Se analiza el efecto que tienen las siguientes condiciones de operacin:

La cantidad de resina empleada La concentracin de la disolucin tratada El caudal de disolucin empleado

sobre los aspectos:

- Curva de ruptura- Capacidad de la resina- Tiempo de ruptura- Cantidad de soluto retenido- Fraccin de lecho utilizado.- Longitud de lecho no utilizado