IQIII Pr5

Experimentación en Ingeniería Química III. Práctica 5

Práctica 5: Electrodiálisis.
1. Objetivos y desarrollo teórico
1.1 .Objetivos
Estudiar el proceso de electrodiálisis en una disolución de aguas salobres así como
los parámetros que pueden afectar a su evolución: concentración salina, intensidad de
corriente e hidrodinámica.
1.2. Desarrollo teórico.
La electrodiálisis es un método deseparación de especies por velocidad
mediante el uso de membranas cargadas eléctricamente y una diferencia de potencial
aplicada entre estas. Debido a estas características es un método que se usa para separar
especies con carga de otras neutras, pudiendo ser el objetivo de la operación la
obtención de la disolución diluida o la recuperación de las especies en la disolución
concentrada. En los últimos añosha habido una gran evolución en las propiedades de
las membranas, siendo estas cada vez más selectivas y resistentes a las tensiones a las
que son sometidas.
1.2.1. Principio de funcionamiento.
El esquema básico de un proceso de electrodiálisis es el siguiente:

Fig. 1

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Consiste básicamente en una serie de membranas dispuestas en paraleloentre sí
alternando la carga de estas y dos electrodos en los extremos. Por los canales que
quedan entre las membranas circula tangencialmente la disolución a tratar.
Mientas no se conecten los electrodos no se realizará separación, sin embargo en
el momento en el que haya tensión presente los aniones tenderán a migrar al ánodo y los
cationes al cátodo. Si en el proceso migratorio un ion seencuentra una membrana con
carga opuesta a la suya la atravesará, sin embargo si la membrana tiene si misma carga
el ion será repelido de esta y no podrá seguir avanzando. Como resultado se obtienen
celdas con una alta concentración de iones alternadas con celdas diluidas en estos. La
fuerza que produce este fenómeno es por tanto el potencial eléctrico en los extremos de
las celdas. Es debido también aeste potencial eléctrico la necesidad geométrica de
láminas planas-paralelas.
1.2.2. Las membranas de electrodiálisis.
Estas membranas son básicamente resinas de intercambio iónico formadas por
una matriz, habitualmente de poliestireno, que condiciona las propiedades
fisicoquímicas de la membrana. La matriz tiene grupos funcionales con capacidad de
reaccionar químicamente para formar distintosgrupos funcionales que condicionan la
carga de las membranas. Habitualmente se usan ácidos sulfónicos o carboxílicos para
membranas catiónicas (permiten el paso de los cationes) y amonio cuaternario para las
aniónicas.

Fig.2
Con el objetivo de disminuir la resistencia eléctrica de las membranas y facilitar
el flujo de los iones a través de ellas se busca que estas sean lo más finas posibles. Lasprincipales propiedades que deben tener es una adecuada permselectividad, baja
resistencia eléctricay buena resistencia mecánica y química. Suelen ser membranas con
poros grandes.

1.2.3. Consumo energético.
En el proceso de electrodiálisis hay que tener en cuenta dos términos
energéticos, la energía eléctrica destinada a la separación propia del proceso y la energía
necesaria para para bombear lasdisoluciones a través del equipo.
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Uno de los términos que más va a afectar al proceso es la concentración. Cuando
es alta hay mayor número de especies portadoras de carga, por lo que la energía
eléctrica necesaria va a ser mucho menor, consiguiendo llega además a densidades de
límite mayores. Sin embargo el al aumentar la concentraciónaumenta la viscosidad, la
cual dificulta el proceso difusional y aumenta los costes de bombeo. Por tanto habría
que llegar a un punto de compromiso entre estos parámetros. Cabe destacar que la
temperatura juega un papel importante ya que disminuye la resistencia eléctrica del
sistema y la viscosidad, soliendo trabajarse siempre a la mayor temperatura posible pero
teniendo en cuenta que esta...