Intercambio Iónico

Intercambio Iónico
Experimentación en Ingeniería Química II

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Cesar

Indice pág

1.Objetivos 2
2. Fundamento teórico 2
3. Montaje 4
4.Materiales 4
5.Procedimiento experimental 5
6.Tratamiento de datos 5
7.Cálculos 12
8.Comentarios 17
9.Bibliografía 171.Objetivos
1.Determinar la fracción usada de columna de intercambio iónico y el tiempo de ruptura.
2.Diseñar una columna para tratar un caudal de 50 l/h de una disolución de cloruro sódico de la misma concentración.

2. Fundamento teórico
El intercambio iónico es una operación de separación basada en la transferencia de materia fluido-sólido. Implica la transferencia de uno o más iones dela fase fluida al sólido por desplazamiento o intercambio de iones de la misma carga, unidos por fuerzas electrostáticas a grupos funcionales superficiales. La eficacia del proceso depende del equilibrio sólido-fluido y de la velocidad de transferencia de materia. Los sólidos más habituales son los basados en resinas sintéticas.
El proceso de cambio iónico es el siguiente:
R--A++B+↔R--B++A+R+-A-+B-↔R+-B-+A-
donde R es la sustancia insoluble en agua capaz del cambio iónico y A+ ó A- y B+ ó B- son los "iones móviles o contrarios".

En esta práctica procederemos a la operación de adsorción por intercambio iónico en la que los iones presentes en la disolución con NaCl que circula por el interior de una columna de intercambio (una columna rellena de resina sulfónica), se sustituyen porotros de carga equivalente que se encuentra el sólido adsorbente (resina sulfónica). En este caso, se sustituirán los protones presentes en la resina por iones Na de la disolución acuosa de NaCl hasta la saturación de la resina.
Para controlar la concentración de Na+ que son retenidos en la resina utilizaremos el parámetro del pH, es decir, controlaremos la concentración de protones que salen dela columna, calculados mediante un balance de materia. De esta forma podremos determinar la fracción de la columna que ha sido usada y el tiempo de ruptura.

Na+entran+H+entran=Na+salen+H+salen

Representando C/Co frente al tiempo se obtiene este tipo de gráfico:

El tiempo transcurrido desde el comienzo de la operación en el lecho hasta que los iones de la disolución aparecen en lacorriente de salida o más concretamente, cuando se alcanza la máxima concentración permisible en el efluente, se denomina Tiempo de ruptura (tR).
Tiempo de saturación ( tS ): es el tiempo necesario para que se agote toda la capacidad de intercambio del lecho.
La curva que representa la evolución de la concentración del efluente que abandona el lecho recibe el nombre de Curva de ruptura:

El tiempode ruptura para una concentración fijada depende de:
- Peso de la resina
- Capacidad de la resina
- Concentración de iones en el efluente a tratar
- Condiciones fluidodinámicas: caudal, etc.
- Forma de la curva de ruptura (cinética del proceso)

3. Montaje

Las flechas indican como se realiza la operación en ascendente, tal y como lo hicimos nosotras.

4. Materiales

*NaCl de concentración 80g/l
* Resina sulfónica
* HCl 1 M (tomado directamente del depósito).
* Bomba peristáltica.
* Ph-metro.
* Cronómetro.

5. Procedimiento Experimental
Primeramente calculamos el caudal que nos aporta la bomba. Fijamos una posición y medimos con probetas y un cronómetro el tiempo (s) que tarda en llenarse un determinado volumen (10ml).
Una vezmedido el caudal que tenemos, procedemos a la medida del pH de la disolución que abandona la columna de intercambio iónico. Con estos datos de pH y sus correspondientes tiempos podremos realizar las gráficas de C/Co vs tiempo que necesitaremos para el desarrollo de la práctica.
Una vez alcanzado el tiempo de saturación, tendremos que prodecer a la regeneración de la columna que se hará en sentido...