Rep

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República Bolivariana de VenezuelaLa Universidad
del ZuliaFacultad de IngenieríaEscuela de
Ingeniería QuímicaLaboratorio de Operaciones
Unitarias II
Practica 7 Intercambio iónico
Autor Ing. Alexis Manuel Faneite
Realizado por Barboza Marconi Lugo Malleli
Pirela José Daniel Simancas José Daniel
Sulbarán Nathaly Torrealba Leisy Torres
Keivi Villalobos Learsy
Mejorado por Annybeth Fernández Ana Nieto
Daniel Paternina Aidin Urribarri
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Intercambio iónico
Objetivo general
Estudiar el proceso de intercambio iónico
mediante el tratamiento de una solución de una
sal inorgánica con un lecho fijo de una resina de
intercambio catiónico en su forma de hidrógeno.
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Intercambio iónico
Objetivos específicos
1. Determinar la densidad, diámetro de partícula
de la resina, la porosidad del lecho y flujo
volumétrico del efluente.
2. Representar gráficamente la etapa de
intercambio y agotamiento como altura del lecho y
altura de la zona gastada en función del volumen
acumulado del efluente.
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Intercambio iónico
Objetivos específicos
3. Medir de forma aproximada la altura de la zona
de intercambio.
4. Representar gráficamente la etapa de
regeneración como altura del lecho y altura de la
zona regenerada en función del volumen acumulado
del efluente. 5. Representar gráficamente la
etapa de lavado como altura del lecho en función
del volumen acumulado del efluente.
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Intercambio iónico
Objetivos específicos
Con los datos suministrados por el
Profesor 6. Representar gráficamente la
concentración de cationes del efluente con
respecto al volumen acumulado del efluente en el
proceso de intercambio iónico, indicando el punto
de quiebre y el punto de agotamiento.
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Intercambio iónico
Objetivos específicos
7. Determinar la velocidad de descenso, la altura
y el tiempo de formación de la zona de
intercambio. 8. Determinar el porcentaje de
hinchamiento del lecho de resina.
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Intercambio iónico
Fundamentos Teóricos
Que es el intercambio iónico?
El intercambio iónico es una reacción química
reversible, que tiene lugar cuando un ión de una
disolución se intercambia por otro ión de igual
signo que se encuentra unido a una partícula
sólida inmóvil. Este proceso tiene lugar
constantemente en la naturaleza, tanto en la
materia inorgánica como en las células vivas.
Calcio
Magnesio
Calcio
Magnesio
Sodio Sodio
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Intercambio iónico
Fundamentos Teóricos
Qué es una resina?
Las resinas de intercambio iónico son materiales
sintéticos, sólidos e insolubles en agua, que se
presentan en forma de esferas o perlas, aunque
también las hay en forma de polvo.
Las resinas de intercambio iónico son materiales
sintéticos, sólidos e insolubles en agua, que se
presentan en forma de esferas o perlas, aunque
también las hay en forma de polvo.
Matriz polimérica
RESINA
Están compuestas de una alta concentración de
grupos polares, ácidos o básicos, incorporados a
una matriz de un polímero sintético y actúan
tomando iones de las soluciones (generalmente
agua) y cediendo cantidades equivalentes de otros
iones.
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Intercambio iónico
Fundamentos Teóricos
Resinas Prop. Físicas y Químicas
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Intercambio iónico
Fundamentos Teóricos
Propiedades físicas de las resinas

• Macromolécula esférica de 0,4 a 1 mm de diámetro.
• Resinas con pocas uniones entrecruzadas tienden
  a ser muy acuosas y cambian de dimensión.

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Intercambio iónico
Fundamentos Teóricos
Propiedades físicas de las resinas

• El contenido de humedad cambia con la cantidad de
  unión entrecruzada.
• Las resinas macroporosas, tienen apariencia
  esponjosa tiene una menor capacidad porque las
  esferas contienen menos sitios de intercambio

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Intercambio iónico
Fundamentos Teóricos
Tipos de Resina

• Fuertes
• Débiles

Resinas catiónicas de ácidos Resinas
aniónicas de bases

• Fuertes
• Débiles

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Intercambio iónico
Fundamentos Teóricos
Tipos de Resina

• Resinas catiónicas de ácido fuerte
• Intercambian iones positivos (cationes).
• Funcionan a cualquier pH.
• Es la destinada a aplicaciones de suavizado de
  agua. Elimina los cationes del agua y necesitan
  una gran cantidad de regenerante, normalmente
  ácido clorhídrico (HCl).

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Intercambio iónico
Fundamentos Teóricos
Tipos de Resina

• Resinas catiónicas de ácido débil
• Tienen menor capacidad de intercambio.
• No son funcionales a pH bajos.
• Elevado hinchamiento y contracción lo que hace
  aumentar las
• perdidas de carga o provocar roturas en las
  botellas cuando no
• cuentan con suficiente espacio en su
  interior.
• Se trata de una resina muy eficiente, requiere
  menos ácido para su regeneración, aunque trabajan
  a flujos menores que las de ácido fuerte. Es
  habitual regenerarlas con el ácido de desecho
  procedente de las de ácido fuerte. 

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Intercambio iónico
Fundamentos Teóricos
Tipos de Resina

• Resinas aniónicas de base fuerte
• Intercambian iones negativos (aniones).
• Es la destinada a aplicaciones de suavizado de
  agua,. Elimina los aniones del agua y necesitan
  una gran cantidad de regenerante, normalmente
  sosa (hidróxidosódico - NaOH).

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Intercambio iónico
Fundamentos Teóricos
Tipos de Resina

• Resinas aniónicas de base débil
• Es una resina muy eficiente, de fácil
  regeneración.
• No se puede utilizar a pH altos.
• Pueden sufrir problemas de oxidación o
  ensuciamiento.

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Intercambio iónico
Fundamentos Teóricos
Figura ilustrativa del proceso de intercambio
iónico con un lecho fijo en donde se aprecia el
desplazamiento de la zona de intercambio.
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Intercambio iónico
Fundamentos Teóricos
La zona de intercambio se basa en la interacción
que existe entre la resina de intercambio y el
efluente.
A medida que la disolución pasa a través de la
resina, los iones presentes en dicha disolución
desplazan a los que estaban originariamente en
los sitios activos. El circulo rojo representa la
zona de intercambio, inicialmente el volumen de
efluente recolectado tiene una baja concentración
de cationes, ya que estos al entrar en contacto
con el lecho, quedan retenidos allí por el
sólido.
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Intercambio iónico
Fundamentos Teóricos
Para que tenga lugar el intercambio iónico, los
iones deben moverse de la disolución a la resina
y viceversa. Este movimiento se conoce como
proceso de difusión.
Se observa el desplazamiento de la zona de
intercambio, lo cual se ve reflejado en el
aumento leve de la concentración de cationes en
el efluente (figura inferior), ya que la resina
empieza a saturarse y a disminuir la capacidad de
intercambio.
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Intercambio iónico
Fundamentos Teóricos
A medida que aumenta el volumen de efluente va
aumentando lentamente la concentración de
cationes en el mismo, porque el lecho se va
saturando con el soluto, hasta llegar a un punto
denominado quiebre, el cual es el instante cuando
la concentración del ión metálico en el efluente
alcanza un 5 del valor en el fluido, la zona de
intercambio ha alcanzado el fondo del lecho.
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Intercambio iónico
Fundamentos Teóricos
Se observa el punto de agotamiento, este se
alcanza cuando la concentración del ión metálico
en el efluente alcanza el 95 de su valor en el
fluido. En este punto la resina no permite más
intercambio de iones, ya que esta saturada, si
la solución continua fluyendo después de este
punto ocurre poca adsorción puesto que el lecho
esta completamente en el equilibrio con la
solución alimentada.
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Intercambio iónico
Justificación e importancia
Ablandamiento de agua para calderas
Que separa?
Que resina usa?
Cuando el agua contiene una cantidad significante
de calcio y magnesio, es llamada agua dura.
Ca
Mg
zeolitas
Ca
Mg
Qué es el ablandamiento del agua?
Estructura de zeolita
Es una técnica que sirve para eliminar los iones
que hacen a un agua ser dura, en la mayoría de
los casos iones de calcio y magnesio.
Aluminio
Calcio
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Intercambio iónico
Justificación e importancia
Ablandamiento de agua para calderas
El agua dura es conocida por taponar las tuberías
y complicar la disolución de detergentes en agua.
incrustaciones en los tubos y superficies de las
calderas
CAUSAN

• Disminución de la eficiencia energética y aumento
  en el consumo de combustible.

• Paradas imprevistas por roturas de tubos en la
  caldera.

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Intercambio iónico
Justificación e importancia
Desmineralización y desionización del agua con
que se producen las bebidas carbonatadas
Desionización Proceso que utiliza resinas de
intercambio iónico de fabricación especial que
eliminan las sales ionizadas del agua.
Teóricamente puede eliminar el 100 de las sales.
La desionización normalmente no elimina los
compuestos orgánicos, virus o bacterias excepto a
través del atrapado accidental en la resina
La desmineralización es un proceso mediante el
cual se eliminan sólidos disueltos en el agua. El
proceso mediante intercambio iónico emplea
resinas catiónicas y aniónicas , que pueden ser
base fuerte o base débil dependiendo la calidad
del agua a obtener y los contaminantes que se
requiera remover.
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Intercambio iónico
Justificación e importancia
Desmineralización y desionización del agua con
que se producen las bebidas carbonatadas
Que resina usa?
alimentación
Cambiador catiónico
Cambiador aniónico
Agua Desmineralizada
Aireación para eliminar carbonatos en forma de CO2
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Intercambio iónico
Justificación e importancia
Desmineralización y desionización del agua con
que se producen las bebidas carbonatadas
Salida del cambiador Catiónico
Elimina los minerales del agua
(H, HCO3-)
Unidad catiónica
Los Cationes son Reemplazados por Iones
Hidrogeno (H)
Se da la siguiente reacción H
HCO3--------gt H2CO3 H2CO3----------gt H2O
CO2
ejemplo Ca y Mg
Los Aniones son Reemplazados por Iones Hidróxido
(OH-)
Unidad aniónica
ejemplo HCO3-, SO4
H2CO3 --------gtdesgasificador
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Intercambio iónico
Descripción del equipo
Embudo de decantación
Bureta
Resina de sulfonato de Poliestireno.
Soporte universal
Vaso de precipitado
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Intercambio iónico
Procedimiento experimental
1. Preparar la solución de Sulfato de Cobre,
previamente pesado y diluido en agua destilada
2. Preparar todos los implementos para realizar
el experimento
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Intercambio iónico
Procedimiento experimental
3. Llenar el embudo de decantación con Sulfato de
Cobre
4. Armar el equipo según el modelo
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Intercambio iónico
Procedimiento experimental
5. Poner a gotear el sulfato de cobre y habrir la
válvula de la bureta. Regule con el goteo de la
solución de sulfato de cobre la altura del
líquido sobre la resina
6. Luego, cada 2 minutos mida el volumen
acumulado, la altura de la resina y la longitud
de la resina gastada
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Intercambio iónico
Procedimiento experimental
Anotar los valores de volumen acumulado, altura
de la resina y la longitud de la resina gastada
en la tabla señalada cada dos minutos que
corresponden a la etapa de intercambio y
agotamiento.
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Intercambio iónico
Procedimiento experimental
7. Observar Zona de Intercambio
Zona Agotada
8. Leve lavado de resina con Agua Destilada.
Resina Agotada
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Intercambio iónico
Procedimiento experimental
9. Trasvasado del ácido Sulfúrico al embudo de
decantación
10. Regeneración de la Resina Ácido Sulfúrico
concentrado
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Intercambio iónico
Procedimiento experimental
Anotar los valores de volumen acumulado, altura y
longitud de la resina regenerada en la tabla
señalada cada dos minutos que corresponden a la
etapa de regeneración.
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Intercambio iónico
Procedimiento experimental
11. Resina completamente regenerada
12. Etapa final de lavado con agua destilada
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Intercambio iónico
Procedimiento experimental
Anotar los valores de volumen acumulado y altura
en la tabla señalada cada dos minutos que
corresponden a la etapa de lavado de la resina.
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Intercambio iónico
Procedimiento experimental
Resina completamente regenerada y libre de ácido
sulfúrico
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Intercambio iónico
Seguridad, Higiene y ambiente
Implementos de protección personal
Guantes
Bata
Lentes
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Intercambio iónico
Seguridad, Higiene y ambiente
Ácido Sulfúrico (H2SO4) riesgos a la salud
Inhalación Respirar los vapores de acido
sulfúrico puede causar severa irritación en el
sistema respiratorio. Contacto con la piel
causa irritación, quemaduras y ulceraciones. Inge
stión causa irritación en la garganta esófago,
estomago y en la boca. Contacto con los ojos
causa irritación, quemaduras y ceguera.
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Intercambio iónico
Seguridad, Higiene y ambiente
Ácido Sulfúrico (H2SO4) primeros auxilios
Inhalación respirar aire fresco, si se dificulta
la respiración aplicar oxigeno. Contacto con la
piel enjuagar con grandes cantidades de agua,
por 15 minutos. Ingestión tomar bastante agua,
no inducir el vomito. Contacto con los ojos
enjuagar con bastante agua.
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Intercambio iónico
Seguridad, Higiene y ambiente
Resina de Sulfato de Poliestireno riesgos a la
salud

• Puede causar irritación gástrica y retención de
  sodio.
• No es carcinógeno.

Resina de Sulfato de Poliestireno primeros
auxilios
Obtenga atención médica en todos los casos
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Intercambio iónico
Seguridad, Higiene y ambiente
Sulfato de Cobre (Cu2SO4) riesgos a la salud
Inhalación causa irritación del tracto
respiratorio. Contacto con la piel es irritante
y corrosivo sobre la piel, puede causar
quemaduras sino se lava a tiempo. Ingestión
causa severas quemaduras a las membranas mucosas
del esófago, estomago y en la boca. Contacto
con los ojos causa severa irritación en los
parpados y en los ojos y daños visuales sino se
lava a tiempo.
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Intercambio iónico
Seguridad, Higiene y ambiente
Sulfato de Cobre (Cu2SO4) primeros auxilios
Inhalación respirar aire fresco, si la víctima
no respira aplicar respiración artificial. Contac
to con la piel enjuagar con grandes cantidades
de agua y jabón, por 15 minutos. Ingestión
tomar bastante agua, inducir el vomito dirigido
por personal médico. Contacto con los ojos
enjuagar con bastante agua por 20 minutos como
mínimo, manteniendo los párpados abiertos.
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Intercambio iónico
Seguridad, Higiene y ambiente
Limpiar todo
No botar por el drenaje
No dejar residuos
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Intercambio iónico
Seguridad, Higiene y ambiente
Botar la basura
Lavar todo
Ordenar todo
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Intercambio iónico
Se abre el ciclo de preguntas
47
Gracias!