INSTITUTO P O L I T E C N IC O N A C IO N A LEscuela Superior de Ingeniería Química e

Industrias Extractivas

ANTEPROYECTO PARA MODIFICAR EL SISTEMA ACTUAL DE TRATAMIENTO DE AGUAS DE LA "REFINERIA 18 DE MARZO", UTILIZANDO RESI­

NAS DE INTERCAMBIO IONICO.

T E 8 I SQ U E P R E S E N T A N PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO QUIMICO INDUSTRIAL

JOSE FRANCISCO SERRANO COBOS

INGENIERO QUIMICO PETROLERO

MA. CRISTINA VICTORIA SERRANO COBOS

MEXICO, D. F. 1985

«i '■* ..'V'-íííS.

í > IC K M \ K í \

l)í¿U íL C A U O K M .T U C &

INSTITUTO POLITECNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

DIVISION DE SISTEMAS DE TITULACION

T.-25

JO SE FRANCISCO SERRANO COBOS. ING. QUIM. INDUSTRIAL.C.MA. CRISTINA VICTORIA SERRANO COBOS. ING. QUIM. PETROLERO.Pasante de Ingeniero Presente

M ineo, D. F. Febrero 12, de 1985

1979-1984

El tema de trabajo y/o tesis para su examen proiesional en la opción T E S IS COLECTIVA

es propuesto por e le . ING. JO SE ANGEL GARCIA MONROY. quien sera el responsable

de la calidad de trabajo aue usted presente, referida al tema “ -ANTEPROYECTO PARA MODIFICAR EL SISTEMA ACTUAL DE TRATAMIENTO TE AGUAS DE LA "REFIN ERIA 1 8 EE MARZO" UTILIZANDO RESINAS TE INTERCAMBIO IONICO.'el cual deberá usted desarrollar de acuerdo con el siguiente orden:

RESUMEN.I . - INTRODUCCION.

I I . - ASPECTOS TEORICOS.I I I . - IMPORTANCIA TE ESTE TIPO DE TRATAMIENTO.

I V . - CARACTERISTICAS DEL EFLUENTE E INFIDENTE ACTUAL. , V . - CALCULO EE LA UNIDAD TE TRATAMIENTO.V I . - DIAGRAMAS.

V I I . - CONCLUSIONES.V I I I . - APENDICE.

I X . - LISTA I B REFERENCIAS.

ING. R U B B rLEMJS BARRCM.El Je fe del Departamento de Opción

ING. JO SE M ^ M S C IA MONRQY.El Profesor Orientador

ING. m m 1IM BS -TORR0N. DR. GÜILEl Jefe de la División de Sistemas de Titulación

£i2>írector de i^Escuela

mrg1

ANTEPROYECTO PARA CODIFICAR EL S2CTEFA ACTUAL DE TRATAC2E1.7D DE AGUA DE LA RE FINEñIA " 18 DE HARZO » UTILIZANDO RE­SINAS DE INTERCAMBIO IONICO.

PARA D3TOES EL TITULO DE:

IMG*. QUIñlICO INDUSTRIAL

3osé Francisco Serrano Cobos

ING. QUIRICO PETROLERO

Ea. Cristina Victoria Serrano Cobos

a nuestros padres

sn testimonio de adniración y

respeto

Ing. 3osé Ingel García ~onrroy

por su valiosa ayuda así coso, a los Ingenieros

Ing. Rosalia Soria Botello

Ing. Josá de Desús fcaiuri A,

en agraíeciniento al,

CONTENIDO

f í e s ú i T i s n

I. Introducción

II. Aspectos teóricos

III. Importancia de este tipo de tratapiento

IV. Características del efluen te e influente actual

V. Cálculo de la unidad de tratamiento

71. Diagramas

i/II. Conclusiones

JIIL. Apéndice

IX. Lista de referencias

- 1 -

Hesúmen.

Ion el presente proyecto se pretende proporcionar agua de mejor- calidad para la "Refinería 18 de marzo", utilizando resinas de inter­cambio iónico.

i.1 pro-aso coiisua de cuatro tranes,.cada i-ren está corpue¿,to de­una unltad catiónica, Jos desc;asif icadores coruñés (uno .e relevo), y una unxúad aniónica.

La resina catiónica en su forma hiarógsno intercambia sus iones- hidrójeno por los cationes presentes en el agua y la resina aniónica- . ¿n su forma oxhidrilo intercambia sus ionos oxhidrilo por les aniones „0í¡iplenentarÍ0S ae los cationes.

Las resanas tienen cierta capacidad ds intercanbio, es decir que con el paso del agua a través de ellas, se llega al equilibrio o sea- que éstas se saturan y ya no pueoen intercambiar r.ás iones; por lo — que es necesario regenerarlas; ésta operación consiste en la introouc ción de electrólitos a altas concentraciones para ootenar las condi­ciones iniciales de la resina.

La alta concentración Je éstas soluciones logra una reacción de- interca'ibio iónico en sentido inverso al ae los intsrcanbiaoores de - iones al inicio de su operación.

- 2 -

£1 agua que es uno de los elementos primordiales para la conser­vación de la «ida, ha jugado durante mucho tiempo un papel iuuy inpor­tante para el programa y desarrollo industrial de los pueblos, a tai- grado que gracias a ella, éstos, han avanzado por la riqueza y cali­dad de sus i,ían>-os acuíferos.

^ c p e n u i t n d o ü e l lugar da dondé provenga, ya sea ce ríos, lagos,- pozos y otras fuentes; toca a¿ua trae consigo contaminantes químicos, ya sea disueltos o en suspensión.

En su estaco natural raras veces se le encuentra pura o libre de contener éstos conpuestos, cono bicaroonatos de calcio, magnesio, so­dio, sílice, bióxiao de carbono, sulfuros, sales de hierro y aluminio^ materia orgánica, etc; que la vuelven perjudicial para su uso en la - industria; por tal motivo es necesario acondicionarla de acuerdo a — los requerimientos de la misma por recio ce un trataniento.

Existen varios procesos de tratamiento tíe aguas para uso indus­trial que será siempre distinto en cada caso particular que se presen te y que depende entre otras cosas del contenido de sales presentas - en el agua cruda y de la calidad de agua que se requiera de acuerdo a las exigencias de la industria y del uso final que se le vaya a dar,- como son, la suavización cal en frío, procesos de suavización sn ca— liente, destilación, intercambio iónico y por último, ósnosis inver­sa; siendo el intercanoio iónico uno de los ir, ay oras avances tecnológ_i eos que se han lograao en el campo de tratamiento de agua y el objeto principal ael presente trabajo.

I . - U J 7 R D D U ZZ1DU

3

II,- ASPECTOS TEOHI-ES *a) ::£:.;r:iszc zz :r:Tzn:;r.3io i í l 'j i j i

Para poder comprender que bs el necanísmo de intercambio "ióni­co" y como se efectúa, primeramente se necesita tener el precedente - de que son los ionc3 y que se entiende por intercambio iónico. Es re­cesarlo te *ar en cuenta que el intercambio iónico tizne un fundamento Fisícoquínico. Para poder definir les iones, hey ~ue recordar que la­ctaria sn cus for,Mas más siroles, ea ha áo t e r r - i n a d o que sstá forrada p o r v.rsas agrupaciones de partículas tales co*:o protones, electro­nes, etc., para fonir átoi-os y éstos a su vez rao".éeulas de acuerdo a los arreglos atónicos para dar corpuastos químicos da características (*uy diversas. En estas agrupaciones atónicas, se distinguen quínica— manta, u-ionea elactrovalanles, uniones covalentes y uniones oaordinji das. La unión elsetrov-Icnta as el anlace quínico que será oajeto de- nuestra a-anción en el curso da este zana.

Los coínpuestoü electrovalantes son partículas unidas electrostá­ticas-ente, y dichas partículas están constituidas desde arrupacionss- de átomos por uniones diferentes a.la electro^alente, hasta la forra- sinple del átomo*

Los corpuescos electroval¡_ntes se les ha dado el nombre ds elec­trólitos, porque al disolvsrsa en el agua se disocian en partículas - cargados eléctricamente, este fenómeno es conocido cono disociación - electrolítica, y las partículas han recibido el no-.bra da iones (pala bra de origen griego que significa carinante), porque cuando una solu cien acuosa ce so-.ete a una tensión eléctrica las partículas ce diri­gen hacia los electrodos (de signo contrario) de la fuente de tensión. De aquí se infiere que las expresadas partículas están cargadas alsc- tricansnte y como las moléculas salinas tienen la propiedad de ser — por lo manos en apariencia eléctricamente neutras, hay que admitir — que están compuestas por cantidades equivalentes de partículas carga­das pos_tivamonüe llamadas cationes porque se dirigen al electrodo ne gativo (cátodo), al ser sometida una solución a una tensión elfctri— ca, y partículas cargadas negativarenta llanadas aniones, porque és­tas sa dirigen al electrodo positivo llamado ánodo al estar dicha so­lución en le condición an„es ¡encionada.

- 4 -

Así podemos ver, que una solución de elorjro de sodio, no son n£ láeulas de flaCl las qus nadan de nodo desordenado, sino iones sodio - (í.’a+) con car; 3 positiva e iones cloruro (C1-) de sarria negativa.

Sásicaneni-s el neednisno de intercambia iónico ss.*al proceso me­diante el cual, iones que entran en contacto con determinadas substan cias sólidas (cambiadores de iones) son absorbidos por estas cediendo a la vez otros iones.

Este interca eio _!e iones sólo puede realizarse o.nt-e iones que- tengan la iis-a naturaleza eléctrica, es J-acir, ion0 3 positivos sála­se intsrcambian con iones positivos.

Las substancias insoluoles portadoras cíe la propiedad de inter— ca. bio iónico, son conocidas coro intercambiadores da iones. Los in— ¡.sraambiadores Je iones, qus cambian iones posit vos es decir catio­nes, son llenados Íntercanbiacores de cationes y las que cambian io­nes najatii/os o aniones son denoninados intercaiioiadores Je aniones.

£1 int3rca~oio iónico afsetúa en una cantidad oquivalsnts r?- tequlomácrioa por icnas cal ,-aisno signo.

Ilustrando lo mencionado anteriormente, nos referidos a las si­guientes reacciones:

uii l*:te3;a':3Lhdor d e :atiiees

2:’a+ X“ + :a++C12(aq) ► “af+ + 2 M (aq)un :ETzr.j.v:3iA;c-? úz xnzczzs

2 /+ 31- + r’32so4íaqJ x+ so= + 2:a:1(aq)

La X es la unidad estructural o molecular del incercambiador da- iones. La fase só_ida es la que se encuentra subrayada, y (aq) signi- fica que el electrólito ce encuentra en solución.

Las fases insolubles son conpuestos de origen inorgánico, eoio—son los conpuestos llaados silicoaluninatos (llagados zeolitas) y _los co'puestos de origen orgánico obtenidas sintéticamente.

Dichos in.türcaíabiadores de iones tienen incorporados on sus es——tructurcs .moleculares, grupos iónicos de diversas naturalezas, los _cuales dotan 3 dichos co-pusatos de una actividad intercambiadora. Es -os grupos i.ín--os con _os eje dotan a las reciñas de la rapacidad d: interea biar cationes o intercanbiar aniones al entrar en contacto con

- 5 -

soluciones.b) NATURALEZA DE LOS INTER CA~3IAD0P.ES DE I0"ZS

Los materiales insolubles que se utilizan para el Íntersarbio 16 nico, cono anteriornente se nencionó, son so-puestos inorgánicos y —

Los conpuestos de origen inorgánico usados en los procesos de in terca~.bio iónico, son materiales cristalinos de silicoa:urinato de so dio hidratado. Los interea;r.biadores ce iones naturales se obtienen de depósitos arinos, y se conoce cono arena verde o gluconita. Estos — conpuestos sólo son capaces de intercambiar cationes.

El naterial obtenido de los depósitos naturales, se procesan pa­ra refinados y acondicionarlos para su uso en equipos de tratamiento de agua.

Las zeolitas naturales pueden descrioirsa en términos de óxidos, por eje^lo:

A continuación se dan una serie de silicoalU'Tinatos conocidos:

Intercanbiadores de iones Resinas carbonáceas

sulfonadas

b.l) ISTERCAT.8IADORES DE IOí.’ES INORGANICOS

xí^O yAl2o3 ZSÍO2 aH2Q

■ ’crsiE AüALCITA

’JLAr:a (3i2A102)2 ’ H2G

- s -

JHARA-JITA (:a,fJa) ( S i 3 A106 ) 2 . 6tí2C

HARr.OTDr.ITA (K, Bo) (S i~ A l2 0 1 4 ) . SH2 0HEULAKÜITA Ca (S i jA IO g ) ^ 5H2 0IJATROLITA Na ( S i 3A lO1 0 ) . 2H2 0

Estos materiales tisnan una estructura cristalina tridimensio— - nal, con canales y cavidades en al cuerpo molecular del silicoalurr.ina o. Los intercanóiaoorcs de ionc.s se encuentran en estos intersticios

y puscsn Desplazarse a través del cristal.Otros silicoaluminatos tienen un arreglo de capas a través de --

las cuales se desplazan los iones, de esta tipo se muestran los si-guientes cottpuesLos:

¡iiOíiT O.'ICR ILD fí IT A A l ( S i 4 0 1Q(DH )2 ) . nH2 03EIDELITA A l2 { { 0 H )2 A15130 g0H) . 4H2 0

Los anteriores materiales actúan cono intercarabiadores de iones, permaneciando la estructura cristalina insolubla ante solventes pola­res cono el agua.

b .2 ) líiTER-AííiSIADOñES DE IO íJES SINTETICOS IfiORGANI 3CSIon el fin de wejorar las características ae incarcambio iónico,

se han sintetizado los silicoaluninatos por diversos métodosPor el m é t o d o de fu s i ó n s b o b t u v o el p r i m a r c o m p u e s t o s i n t é t i c o ,

niezclando y fundiendo feldespar, caolin, arena y bicarbonato de so---dio; pero j a es obsoleto este método.

El nátooo húmedo o tipo gal, consiste en la forjación de un gel- de sílicoaluminato os sodio. Este gel es prensado y después se seca - cuidadosamente.

La capacidad de esta zeolita se mejoró al dobls de la que se ob­tenía por el método ce fusión. La-desventaja de estos materiales es - que sólo operan dentro de rangos nuy estrechos de PH.

Tanbién algunos silicoalu¡ninatos pueden actuar cono intercanbia— dores de aniones, como ejemplo tenemos:

3T3DÍLTR 012)

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Pero los que se han usado prácticamente son:

APATITA (:a5 (P04)3)F

HID3DXILAPATITA (iag (P04)3)DH

Una desventaja de los materiales inorgánicos es qu3 son relativa m-nte suaves y no muy rasistsntes a la abrasión por lo cual han sido- dssnlazados por otros materiales.

b.3) REjlfiAS ¡AGAMIAS ó ir: TETINAS

Juando se requirieron materiales de mayor capacidad de intercam­bio iónico, ss desarrollaron resinas orgánicas qua nejoraron las ca— racterísticas de operación de los materiales inorgánicos.

Las resinas orgánicas originalmente fueron hulla sulfonada, esta =s la resina orgánica irás simóla que se ha fabricado. Esta resina me­joró las características de operación que se buscaban psro no podían-actuar coro intarca'biadorcs de aniones, sólo in ¡.erca-:..biaban catio--nes.

La materia prima para la obtención de las resinas carbonácsas ss la hulla, y para convertirlos a intercarabladoros da cationes, tipo tú drógeno, se sulfona con ácido sulfúrico fumante, con lo cual ce fijan a la estructura dal carbón grupos sulfúricos que actúan cono ;rupos - iónicos, y para introducir un grupo iónico más, dichos carbones se o-ri

xidan produciendo grupos carboxílicos ácido3 (-C00H).Estos compuestos auman-aron casi al doble la capacidad de inter­

cambio respecto a los conpucstos inorgánicos. Una de las dssventajas- que se le encuentra a estas resinas, es qus sen iuy vulnoraoles a la- oxidación, en la ¡üisna forra que si carbón activado.

Paro lo más sorprondente en el intercambio iónico son las resi— ñas qus sa obtienon por via sintética, partiendo de hidrocarburos ar£ piáticos, los cuales han dado un gran impulso al intarca~bio iónico.

En la síntesis de las rocinos de intercambio iónico se han logra do producir resinas tanto anionicas cómo catiónicas.

a-siitts :atid:-:ica s.Estas resinas se sintetizan por dos cátodos, los cuales dan pro­

ductos con características similares psro con ^¿fsrenzes caoacidadcs-

— o -

de intercambio iónico, así cono características de operación.üsüos eos métodos se distinguen como polimerización por adición-

ir polimerización por condensación.En el grupo de polír.eros por condensación tenemos las resinas fe

nolforr.aldehido sulfonac'3S. Un rétodo básico para la obtención de es­tas rebinas se ruestra en la Siguiente reacción;

Los grupos sulfúricos son los que sen Ila.vaíos grupos iónicos y- son los portadores ¡Je iones intercanbiables, en este caso particular, es un interea biador de cationes puesto que el hidrógeno es un ión po sizivo o catión, y el cual puece cambiarse por otro ión positivo.

Los grupos iónicos están unidos a una sacronolécula que actúa co mo una fase hidrofóbica, lo cual dota al material de una característjL ca necesaria para el intercarbio iónico de tratamiento de agua. Esta- racromolécula ader.ás se hace reaccionar con otros compuestos orráni— eos para obtener enlaces cruzados en las rcaeronoléeulas en una estruc tura tridimensional, obteniéndose una partícula sólida insoluole y fá cil de manejar.

La anterior es una reacción típica para la fabricación de resi— ñas por concensación; psro cada fabricante tiene un nétodo diferente- de síntesis de estas resinas y estas por 3o tanto tendrían earacterí¿ ticas particulares.

Las resinas por copo! iir.erización son poliestirsnos, las cuales - son sintetizadas partiendo del vinilbsnceno y del divinilbenceno. Pa­ra obtener características particulares de intereairbio iónico y apa­riencia física de ’a resina, las relaciones de vinilbencero y divinal benceno, varían dependiendo dsl fabricante.

A continuación s„ dá la reacción básica de síntesis de sste gru­po de resinas:

- 9

«gCHg-H25Qá_

HC=CH2 — CHgCHg

Estas resinas se fabrican en partículas que tienen un tacaño de-0.1 a l.o mm de diánetro. La forma geométrica de dichas partículas d¿ pende del producto, y son dichas partículas de forras irregulares y - esféricas.

En la fabricación ue estas res_nas se busca que tengan alta ?or¿ Siüad para lo cual se han elaborado varias técnicas para obtener di­cha porosidad.

RES ir-AS ftf’IO'-ÜZftS

Las resanas anidnicas orgánicas tienen estructuras moleculares - sinilarts a las de 2as resinas catiónicas, con la única variación bá­sica en los grupos iónicos, ya que estos grupos iónicos can el carác­ter de interea i^biadcres catiónicos o aniónicos.

TanibíSn en ios interea.biadores de aniones hay po’íneros por cori densación y polímeros por adición o copolíneros.

El interea blo aniSnico fue desarrollado exclusivamente con res¿ ñas orgánicas sintéticas, *nt=s ce estas resinas no se desarrolló nin, oún intercarobiador de sniónes con propiedades satisfactorias.

1

f i~i i ~i r~;ná p u ü A-jlCIL.Para ilustrar los polímeros por condensación so da la sinuiente-

r^acción, en la cual so parte de la ra-fcnilandiaraina son la condensa­ción con fornsldchido.

- 10 -

-on =1 uasarrollo" de los interea:-biadores ds anionss tipo estire no, se hizo un ¿n n avenes ¿n el intercambio iónico.

Las -es importantes v/antajas de los poií.-icros por edición son — que tanto las resinas díbilncnte básicas y fusrtenents básicas puedan ser fabricadas y el rrado de enlaces cruzados puede ajustarse fácil— -renta j reproducirse sin afectar los grupos iónicos. En comparación - con la .-3¿cría de los -riberos polímeros por condensación son pcl-fun cionalas y los enlaces cruzados y los grupos iónicos son ÍnterJcpun— dientes.

-na reacción bastea para la obtención de resinas aniónicas es la que a continuación se nuestra;.

— CH~Cp¿----

0 . . C^NHgCr

h 2------

CICHtO C ^

I

- 11 -

chch2—

Nfejak .

:Hj CH2---

9+3

CH, 3

jo: c p'J-3¿3 o p r e c _ irs:. en i os _acos si ^ r u p : S - d y e n D es el q u e -

c otc a la - a t r i z de ou o p r o p i e d a d e s de interna..bio i c n i.o.

ün -ota r e a c c i ó n s ó l o ge v u e s t r a la i n t r o d u c c i ó n de l o s g r u p o s -

i ó n i c a s sin p e n s i o n a r l o r e f e r e n t e a los s n l a c s s c r u z a d o s , «a q u s s ó~

lo q j - r a n o s p r e s e n t a r a la r e s i n a y los g r u p o s i ó n i c o s j n o lo r e f e —

re n t e a la q u í . w c a c c i p l e t a as l a r-asina as i n t e r r a n b i o i ó n i c o p o r q u e

esto r e q u e r i r á un o o v a r i o s c u r s o s c o a p l o t o s *

Las crineras resinas, co;:o cansiona-ios anterior-erte, fueron pe-' XÍTáros por .¿ondsnsación.

Z s t a s r e s i n a s h a n sijjo casi coi-pletanente r e e n p l a c a d a s p o r l o s -

p o l i - a r o s p o r a d i c i ó n , t a n t o las r e s i n a s i n . t e r c a n b i a d o r a s ¿e c a t i o n e s

c ono las i n t e r e a n b i a d o r a s de a n i o n e s .

Si n e n b a r g o , a u n lo s m e j o r e s p o l í m e r o s p o r a d i c i ó n de l o s i n t e r -

c a n b i e d o r e s da a n i o n e s q u e h a n s i d o p r s p a r a a o s , n o p u e d e n c o n p c t i r —

con los i n t e r c a m b i a d o r e s de c a t i o n e s , en lo qu e r e s p e c t a a la e s t a b i­

lidad qulr-ica v t ó c n i c a , a s í c o n o la >/ida ú t i l de la r e s i n a .

Lo a n t a r i o r se J e b e a q u e l o s g r u p o s i ó n i c o s son n e n a s e s t a b l e s ,

y ta=:ibiún no as de e x t r a ñ a r s e que la n r e p a f a c i ó n _s é s t o s i n t s r c a n b i a

o c r e s de a n i o n e s n r a s e n t a sus d i f i c u l t a d e s . *R e c o p i l a n d o lo a n t e r i o r , las r s s i n a s de í n t e r c a m b i o c a t i ó n i c o e~

i n t e r c a : b i o a n i ó n i c o , c o n s i s t e n de una e s t r u c t u r a de h i d r o c a r b u r o s en

t r e ü a c e d o s t r i d i r c c n c i o n a l n e n t e , l os c u a’es c o n t i e n e n les r r u p o s á c i —

dos o e á s i ^ o s . La .atriz p u e d e ser f o r j a d a p o r c o n d e n s a c i ó n o o o r a d i

cicn.

Los p r o d u c t o s c o r a d i c i ó n ha n d e s p l a z a d o a l o s p r o d u c t o s o b t e n i­

dos por .o*- ensr alón.

Lo e p r o d u c t o s de c o n d e n s a c i ó n se d i v i d e n en;

~ 'dili..crite á c i d o (3¿ rboxílico)

Intermedio ácido (Fosfónico)Fuertemente ácido (Sulfánico)

En las resinas de intercambio anifinico tarrbién se dividen en:

Débilmente ‘básicas (Alkilaminas)Fucrtetrente básicas (3ase cuaternario amonio)

Zstas resinas se encuentran en forma geocétrica, de acuerdo a su composición química, paro se adopta principalRsnte a la for-a esféri­ca.

c) SELECTIVIDAD D£ LOS INTEñCAMBIADORES DE IOfJCS

Los intercar.biadores de iones, tanto los inorgánicos coro los or gánicos, son compuestos que tienen la característica de intercambio - iónico sobre ciertos iones, es decir que el intercambio iónico no se- efectúa a el azar como pudiera suponerse.

En el interea bio iónico interviene tanto la naturaleza nisma — del intercambiador de ionss, así como las solucionas que se van a po­ner en contacto con el intercanbiador.

Los factores que afectan la selectividad de intercambio iónico,- pueden recopilarse a través de razona i.-nto cualitativo cono sigue:

l) A bajas concentraciones acuosas y terperaturas ordxnarias- el grado de intercambio iónico se incrementa con el incremento de va­lencia de Sos iones; es cscir:

fja+ < Za, +2 C Al* 3 < Th+42.) A bajas concentracioncs acuosas y temperaturas 3rdinarias-

y valencia constante, el grado de intercambio iónico se incrementa — con el incre-nento del número atómico del ión intercambiante,

Li* < Ka*.< K * < Rb+ < Ca+ < Dg++< :a++< Sr'M '< Sa4*

3) A altas concentraciones, la diferencia en los potenciales- iónico de intercambio de diferenta valencia (fía+ Versus ~a++) dis™inu ye y el 'ión ce más baja valencia tiene un potencial más alto'ds Ínter cambio.

Por lo que respecta a las resinas de intercambio de aniones la - selectividad es un poco Tiás co.tpleja ya que interviene un ión for- acó por varias partículas. La secuencia de las resinas de intercambio a—

- 12 -

<nionico es coro sigue;Nitrato > 3 0 " > Oxalato > NOj > ~rQ^ > Br>5-fj“

Cl~ > Formato > Acetato> F~Una explicación a este fenór.eno o comportanianto es la caracte—

rística eléctrica que poseen los iones al estar en solución. Los io­nes al ser partículas carradas eléctricamente, tienden a rodearse con moléculas polares dsl solvente, lo cual da a cada ión un volumen sol- vatado equivalente depenIIer¡te cíe la carca eléctrica que posea el ión. Así el intercambiador a bajas concentraciones prefiere a los iones — que poseen el más pequeño volu.ien solvatado.

gomo pode, os aprecia- ds lo anterior, las resinas tienen pre^e— rancia por iones de menor volur.en, lo que quiere decir que interviene la estructura molecular del polímero que contiene a los grupos ióni— eos.

La estructura tridimensional se logra con los enlaces cruzados - que ce realizan con ccnpuestos químicos en una relación adecuada para obtener una estructura no muy rígida, sino una estructura elástica — que pueda contener en su interior moléculas de solvente, a través de- las cuales se desplacen los iones intercambiantes. Por eso es tan im­portante el volumen nolecular iónico solvatado. La solvatación de los iones dependerá ¿nica y exclusivamente de las cargas slectrostáticas- de cada ión.

Además de los sn-eriores factores, interviene la naturaleza del- grupo iónico que se encuentra en la estructura molecular de la resina.

Los grumos iónicos de los interea .biadorss de cationes corunmen- te son los siguientes;

- 13 -

Grupos sulfónicos y caraoxílicos respectivamente.

También se han desarrollado recisntcrcnte resinas con grupos ió­nicos tales cono:

Radical ??o~bre

-PO3- Fosfónico

-hPC2~ Fccfínico

- 1 4 -

- AsCj - Arsénico

- SeO~ - S.alónicoAdemás ss han sintetizado resinas con cios o cás grupos iónicos -

que dotan a las resinas de características muy particulares.Los grupos iónicos a e los intercambiadores ae aniones m á s corun-

a s n e e utilizados son los siguientes:

DEBILÍTENTE 3ASIJ0S

-'JHj =‘* 2 Grupos Aminos

Fü£HT£í'i£iiT£ 3 ASI JOS _ _ u *

I - K (—H3 ) 3 Basas cuaternarias

Sa han desarrollado recionterente resinas con basas fuertes cua­ternarias Fosfánicas y grupos terciarios Sulfóniras.

- P - Grupos Fosfánico

= S+- Grupos SulfonioLos anteriores grupos insertados en las macronoléculas ce las re

sinas dan características da selectividad, y en la actualidad han si- 0 0 objeto de muchas investigaciones.

d) APLICACION A T.~ATAí:IEKTO DE AGUA Y TEH^IfíOLOGIA USADA.

El intercambio iónico se ha aplicado para la eliminación de impu rezas tales cono calcio y magnesio, (denominando a estos dos cationes cono dureza), por intercambio ciclo sodio.

2 ?>iaX + CaCl2 ► Ja X2 + 2 KaCl

En el intercanbio ae ciclo sodio se usa cualquiera de los inter- canbiadores de cationes antes nancionadoa. 3icho proceso se conoca con el no ,bre de suavización.

„uancio se quiere. elinmar a un nínirno los compuestos solubles —— que £>e encuentran en solución es necesario usar las rasinas aniónicas y catiónicas en sus fcr:as iónicas oxhinrilo a hidrógeno resoectiva—¡ .ente..

Las resines eationí.as, en su for.a iónica hiurógeno intsrranbia

los cationes metálicos por iones hidrógeno. Las resinas aniónicao en— su forma aniónica oxhidrilo intercambia los aniones complementarios de los cationes metálicos, por iones oxhidrilo.

En las siguientes reacciones se nuestra el proceso fundaoental de iste intercambio iónico, llar.ado des/iiineralización o desionización.

x V +• V.z* : l " --------------------► X_Ha4 + Htci"

z+oir + h*:i" ► z* _i" + k*oh~

La capacidad de la resina es la concentración de grupos iónicos— que coticnon cada resina, y cada resina tiene una capacidad en particu lar.

Para obtener las resinas en sus for:.as iónicas iniciales, es de— cir, ciclo 3 o¿lio, ciclo hidrógeno, ciclo oxhidrilo, re hace una opera­ción que se dono: ina regeneración que consiste er la introducción de £ IsctróÜtos a altas concentraciones para obtener "es condiciones ini — :;ialcs.

La alta concentración de 3as soluciones para regenerar, efectúa - un interna bio iónico en un sentido inverso al que sufren los intercajn fiadores de iones a bajas concentraciones.

Ya nenciona os que el tratamiento de agua por intercambio iónico- implica el análisis particular del problema, así cono su solución. A - continuación daremos los casos más eonunss que se presentan en la r ero

ción de impurezas disueltas en el agua, por medio de tecnología de Ín­teres bio iónico, to-anco en cuenta, las consideraciones que se ¡rensio n ur en*

d.l) SüA!JHíi:iCr¿ DE :’GUA

Proceso por intercambio iónico, que inp’ica la re. oción de calcio y ..agnecio (dureza) cono impurezas, causantes de la incrustación que - se presenta coro ¿apósito en calcaras, condensadores, y en todo tipo - ae proceso de transferencia de calor.

Los mismos ionds son causantes también ;c los olores y sabores — presentes en nuenos productos a'inenticios, particularmente 'os enlata, des.

Existen sos c.'ases de durezas, la temporal o rea la ..sbida a la - presencia cié bicarbonatos; y la perre-.. ncej probablemente la ras co: ún

- 15 -

que se presenta es la primera, achico a los compuestos que se fornan- de bicarbonatos de calcio y nasnesio; cuando esta agua es calentada -como en el caso de una caldera, los bicarbonatos solubles se desdo--blan a sales de carbonato insolubles, los cuales se depositan a lo — largo de las parBdes en contacto con el agua.

:a(h:03)2 + calor -*► -ajn3 + h2o + co2

Utilizar resinas de intercambio iónico para suavizar el agua es- alta-cnts efectivo, ” relativa: inte rnuy sencillo, C1 agua pura us cir culada a través Je una columna o recipiente conteniendo resina catió- nica fuertemente acida en la forma sedio, éste reemplaza los iones — calcio y nagnssio del agua para eliminar el p r o b l c T a . Si indicanos — con R, la resina, la reacción que ocurre es la sioui.nte:

rg S04 + 2n-r;a *■ "2 ríg + "a2504Juarvoo la capacidad de la resina, para absorber va'cio y macne—

sio es agotada, la caluma se regenera con una solución de cloruro de sodio (MaJl). Observar fig. 1. Por este método es posible obtener una capacidad hasta de 35 Kg de dureza (como JaJO.j), por cada pie c ú d í c o -

de resina.La suavización con resinas de intercanbio iónico, ofrece entre ó

tras ventajas, las siguientes:1.- Josto inicial del equipo muy bajo2.- 3gua suave de calidad constante, aun dependiendo de las va­

riaciones en la composición del agua.3.- Jos tos de tratan i en-.o bajo4.- deducción en el equipo Je manejo de químicos

d.2) REDUJJIÜN DE AL JAL IIJIDADLos grupos iónicos, qus son más responsables de la presencia de­

alcalinidad en el agua cruda, sen los bicarbonatos, carbonatos, hidro xilos, silicatos, boratos, y fosfatos.

La mayor objeción a la presencia de estos grupos proviene de losoperadores de calderas, ya que en presencia de calor, ’os iónes carbonatos y bicar'o atos, se uesconpon-n ce acuerdo a las siguientes rcac ciones:

- 16 -

INTERCAMBIADOR CATIONICO FUERTE

Influente Agua cruda

Profundidad del

lecho

CICLO SODIO

&

,L~fluente a calderas

/. R N .— S . 1, Q , 1. E ,

Flg. i•Ais» Francheo Strrono C. | T E S I Sl& ? ¿ £ ,nl .''lc,0na ¡P R O F E SIO N A L2/02/85

- 18 -

2 HCQ3 +• Calor ► -fl3 + C02 4- H20

CDj 4 H20 + Calor ► 2 OH 4 ZG2

- ° 2 + H28 m H2"°3

Al fornarse el dioxido de carbono, y reaccionar con el agua pro­duce ácido carbónico, que a su vez reacciona y corroe al acero y o------tras aleaciones ferrosa, en las calderas, ~ás aun el prooucto de co— rroción ss bicaroonato ferroso, el cual se deposita y even^ualai&nte - con ¿.an iña las líneas de suministro de agua.

Fa + 2 h2 :d3 ----------- ► Fs(9:03 ) 2 4 H2Existen otras objeciones a la presencia de alcalinidad en el a—

gua, pero estas no se encuentran dentro de los objetivos de este tra­bajo.

d.3) DErO-CALINIZAZIOrj-SUAJIZAZICK UTILIZANDO 3E32RA3 DE IHTEnCAEBIO IQfJICÜ FUERTE:.'Eí.'TE ACIDAS

La clave para dealcalinizar una agua, por medio del intercambio-iónico, radica en la habilidad del ión hidrógeno, de las resinas ra-tiónicas, de convertir las sales de bicarbonato a ácido carbónico.

'a (HZ03 ) 2 4 2R. H -------- — ► 2H2 C03 + R« ~a¡Tg * H!g

Este ácido carbónico se desdobla, para formar' CO2 St *

H2:Q3 V " . ^ :02 + H2°Una vez forjado este Z 07 , puede S3r removido por aeración. Ce a

cuerdo al necanísno de intercambio iónico efectuado en este paso y — desde que el ión hidrógeno se transfiere a la solución esta se encuen tra a la jbz suavizada (remoción de Ca y E¡g). y ácida. Para neutrali— zarla, se emplean varias técnicas, nuevamente dependerán del problena en particular, para decidir el nltodo de neutralización a usar.

d.4) rJEÜTHALIZACIO'J COSÍ AGUA CRUDA

En general, agjas con bajo contenido de dureza y alta alcalini— dad, despuás de cor tratadas por una unidad catiánica, puede ser nez- clada con una porción de agua alcalina, para obtener un cierto grado-

cía neutralización. Posxsrior-isn-e esta agua ¡Jebe ser cesgasificada, - de esta forma la alcalinidad se reaucs al nivel deseado y la dureza - sólo parcialmente; observar la fig. 2»

d.S) fJEÚTSALIZACICtJ COK SOSA CAUSTICA'Iguas con un bajo contenido de sulfates y cloruros, después de -

ser pasadas a través ce resinas catiónicas fuertes, en la forma hidrfi jeno, e s ventajosamente neutraliza-a con sosa caústica. La alcalini— dad es asi r.isno reducida a los niveles dcsca-os, y la D u r e z a comple­tamente elir.inaüa.

En este proceso se debe desgasificar an^es de neutralizar, lo an

terior oeaiao a que si efectuamos el paso de neutralización inmediata uiente después de la columna catiónica, el ácido carbónico presente en solución, reaccionaría con la sosa caustica, y de esta forra tendría­mos bicarjonacos nuevamente; ooservar la fig. 3.

d.e) í:eutralizacio;] cg:j el efluente ce residas catiónicasCICLO SODIO

Tratando una porción de agua cruda con una resina catiónica fuer te en ciclo sodio tal y como se vio en el capítulo de suavización y - mezclando este efluente con el efluente de una columna catiónica fuer te operando en ciclo hioróyeno; se puede obtener agua completamente - suavizada con algo de alcalinidad, decido a que el paso Ge neutraliza cion genara bióxido cíe earaono y es necesario desgasificar después de la nezola.

El método es particularizante adecuado a aquellas aguas de alta - dureza, sulfatos y cloruros. Observar la fig. 4.

Existen -asos en los cuales, la operación ce intercambio de hi— erójeno del proceso ce alcalinización—suavización, es nejor llevado a cabo con resinas catiónicas débalas, de ciclo aarboxíliao. Este iréto- do no varia grandenante con lo que se obtiene usando rasinas fuerte­mente ácio'as.

d.7) DEALCALIfjIZACIO;;-SUAJIZACIOÍJ CON 3ESIKAS CATIOT:ÍCAS DE3ILES DE TIPO CSIBOXILCCA.

L¿í> t e s-írcs catiónitas deailes, ta bidTi üTicuentraTi amplia aplica citrn en acal' a_ip¿zacion. Estas resmas .sn.o re.r.u ven alcalinidad de

- 19 -

NEUTRALIZACION

/nf/u*nt» agua cruda

CON AGUA CRUDA

co¿

u e N .E s l 0 . 1. E

............. Fig- 2 ________ .JOSI Francitco Streano C. 1 T E S I S

^P R O FESIO N A LCrulino V ie lo r io Serrano C.2/02/BS

NEUTRALIZACION CON SO SA CAUSTICA

Influente agua cruda

tntercambiador catiónico fuerte ciclo hidrogeno

Efluente

Calderastí

..... . L__ . R N .£ S , L ■£L_ L ... EL . . . .

.............. Fia , .1Jos* francítco Serrano C T E S I SMa. Crbtlna Victoria S t í t in i Cj P R O F E SIO N A L2 / 0 2 / 8 9

NEUTRALIZACION CON EFLUENTE CICLO SODIO

Influente agua cruda

Desgasif/cador

Inte re amblador cat iónico fuer fe ciclo hidrógeno

Intercambiador cat lonco fuerte ciclo sodio

Efluente —► acalderas

k R N.E. S. 1. ó..i. t

Fig . 4Josi Francisco Serrano C T E S I SMo Cristina Valoría Strrano C, PROFESIONAL2/02/B5

- 23 -

sodio como tarbién la asociada a .ureza. Un sistema con este tipo de-resinas, ofrece entre otras, las siguientes ventajas:

1.- “uy alta capacidad de intercambio para la dureza carbona tada (bicarbonatos de calcio y magnesio), lo que signifi. ca recipientes más peque'os y menos resina.

2.- ríegoncxación casi estequioaétrica, ya sea removiendo — -cualquiera de las alcalinidades. Ahorros consi,-.rabies - sn lo: costos d e operación, y reducción al míni~o c e losde loo problemas de ~anejo de efluentes.

3.- i"uy poca separación de sales neutras, eliminando la nscje siaad de neutralizar el efluente.

Para octener una xáxina capacidad y calidad, la regenaración ss- nor-al ente llevada a cabo a un 1 2 0 % de la cantidad teórica requerida os regenerante, o sea 1.2 equivalentes de ácido por cada equi^alents- de cationes intercambiados.

3ajo ístas cond^c-oncs, algo de acidez dineral libre, aparecerá- en la primera porción de la corrida, se necesitará neutralizar si la- concentración es pequa“a, y si es llevada a cabo, podrá hacerse ~ez— ciando el efluente con agua cruda, agua suavizada, o sosa caustica co ■no se muestra en las figs. Z , 3 y 4.

La cantidad de reactivos químicos para llevar a cabo la-neuirali cación del eflusnte de regeneración de estas resinas será casi riespre ciable comparada con la requerida para el efluente de una resina fuejr, tejante ácida, observar fig. 5.

Las propiedades de las resinas débil.ente ácidas, hacen posible- un cátodo efectivo para efectuar una completa suavización y daa'cali- nización, sin fuga de acidez ninaral libre.

Si este método se 'lleva a cabo en un sólo recipiente, pueden u— sarse arabas resinas catiónicas en foraia estratificada, estando la dé­bil en ciclo hidrógeno an la parte superior y la fuerte en ciclo so­dio en el fondo.

guando se regeneran astas unidades la solución de ácido es intro ducida totalmente a la unidad, y después de un corto enjuague, la so­lución de sal ce introduce a toda Ta unidad.

Las sales no tienan efecto alguno sobre las resinas catiónicas -

DE ALCA LIN IZA CION- SUA VIZACION SIN NEUTRALIZACION

Efluente a calderas

/. f? N.. E. S. i .Q. 1. E.

Fia 5Josa Francisco Serrano C TESISMa Cristina Victoria pafrano C PROFESIONAL2/02 /85

déoiles en la for~,a hidrógeno, pero si convertirán la resina ca-ióni- ca fuerte a la foraa sodio

d.8) DEALCALZMIZACIOB P03 INTER CAÍ'310 IONICOTomando en cuenta que las resinas catiónicas en su forra sooio -

son usadas para suavizar agua, y las resinas aniónicas fuertes, 3n su forra cloiuro se usan para dcalcalinizar, no es difícil encontrar que una owbinación ce a. a os se snpls:nn para ob-enar anua co~pls taminte - suavizaua y tíealcalinizada; conio puede obesn/aroe en la fig» 6.

La ventaja is utilizar esta sistema sg debe principalnsnie a la- de usar un solo regenerante para amibas operaciones, el cual es una s o

lución de salguera.

d.9) DESIONIZACIÓN INCLUYENDO HE'rlCCIOH DE SILICE

El intercambio iónico, cono proceso de remoción de impurezas del agua provee a la inaustria, de ajua de cualquier grado de .alidad de­seado de una manera eficiente y bajo costo.

Debido a quB la desionización por in¿ercanbio iónico es capaz de remover todos los iones en solución de una agua detsrminada, es conv_e niente también al íiúsno tiempo remover sílice, según se requiere en - calderas operando a altas presiones y temperaturas.

Esta sustancia, no sólo tiende a la forjación de incrustaciones- en los tubos de un intercambiador de calor, sino que también se depo­sitan en los ¿labes de las turcinas. Esta sílice también puede ser r£ ■novido por evaporación o por algún método especial de dosificación da químicos.

La selección del iiátcdo a utilizar y el tipo cié resina cepcmae - de muchos factores que-ineluven la coraposicián de anua influente, el- rrado de desionización requerido, y el uso final a que se destinará - el efluente.

DIFERENTES FORJAS DE DESICíIIZADICiJ

1 .- D E S IL IZA IID K POR INTERCAMBIO CATIOíJICO-ANIQriCO.

Es de uso co ,ón que cuando se tratan aguas con bajo contsniaO de sólioos, para cer alincn-aoas a calcaras de mediana presión es ~as e- conó-.'ico, reí. ovar dureza, sílice y otros aniones, que efectuar una —

- 25 -

DE ALCALINIZACION POR INTERCAMBIO ANIONICO

1. p N .0.

¿ f ■

Fltí-6José Francisco Serrano C ! T E S I Stoa.CriMtíno Victoria Smlqüq. C - h 9 0 F E S I0 N A L

- 27 -

desionización conpleta.Di este proceso si agua influente es primara suavizaca :on resi­

na catiónica fuerte en ciclo sodio y luego pasada a travís de una re­sina aniónica fuerte sn ciclo hidroxido, para renover el sílice y o— tros aniones.

El eflusnee de este proceso es esencialmente una solución nuy di luida de sosa caústica, que debe ser parcialmente neutralizado con á- cido para ajustar al PH ¿aseado, y que rjer.3ralf.<snte es de 3 a 10.

La economía uB este proceso radica en que el equipo, no requiere protección antiácida y la regeneración del catión as llevada a cabo - por una solución de cloruro de sodio, observar la fig. 7.

2.- DESIONIZACION COK LECHOS MULTIPLOS DE RESIÍ’AS IÍ27E3 CAS3IASO-, RAS DE ICfiES.

ílornaLenta el primer paso de este proceso involucra un intercan biador catiónico fuertemente ácido operando en ciclo hidrógeno; pasan^ do una agua cruda a través de esta unidad, las sales solubles son con vertidas a sus correspondientes ácidos.

C a S 0 4 C a S 0 4

+ 2 RzH ------- ► Rz + H7Ifig (HCO^^ Cg C0-

Este efluente ácido es pasado a una segunda unidad que contiene- resina aniónica fuerte en ciclo CH.

Bi esta resina as de Sasicidad dédií, sólo removerá la acidez ri neral labre (Cl y SO^) y üiatarial ionizable débil, de esta r.ansra el- sílice y el bióxido üe caroono se nanti¿ne en la solución.

H2S04 +• 2RZ-0H -----------► Rz2-S04 + 2H20

Si se tolera el c'oncenlao de sílice, pero no el del bióxido de -cardono, la desgasificación o aereación para remover este compuesto - completa el tratar.iento. Si se utiliza cono resina aniónica una fuer­temente basica, esta no sólo es capaz de desdoblar sales neutras, si­no tarbián exhibe baja capacidad para los compuestos ácidos dédiles - (carbónico, sulfúrico y silícico).

Las reacciones procedan de acuerdo a la siguiente ecuación gene­ral, en la cual arcos constituyentes áticos (oéoiles y fuertes), son-

DESILIZACION POR INTERCAMBIO CATIONICO-ANIONICO

Influente agua cruda

Intercambiador catlo'nlco fuerte ciclo sodio

tntercambiador an/onioo fuerte ciclo hidrái/do

&

Efluente * a calderas

/. R N.E . S. 1. Q. 1.

Fig, 7José Francisco SirranoX• T E S ISMo. Crtftína Victoria Serrano C. PROFESIONAL2 /02 /65

- 29 -

removidos por la resina aniónica fuerte.

h 2:o3 + Rz OHH5i03

ci

** Rz h co3 + h2o hsío3

¿irtualmcnte pode.-os efcc-tuar la remoción de to os los ion_s di­sueltos en el agua, substituyendo una unidad aniónica fuerte en 2 ugar de una débil, cono lo mencionamos antes. El efluente que se puede es­perar por este proceso, contendrá frenos de 2 ppra de sólidos disueltos coio carbonato de calcio, incluyendo sílice.

El bióxido de carbono se reduce a cero, y la sí1 ice a un proTe-- dio de nanos de 0.1 ppr; este efluente tendrá una resistencia eléctri­ca do 250,000 Chms-cm. Observar fig. 8.

Ei se desea, la jantidad da regenerante puede reducirse colocan- ao un sister.a desgasificador, entre las unidades catiónicas y aníóni- cas •

Este sistema es adaptable al tratamiento de aguas con alto conte nido de alcalinidad (HCO^), observar la fig. 9.

4 .- desichizaciqh con soücbedEste método fué desarrollado para ranover catiónes y aniónes del

agua cruda y es capaz de producir agua de pureza excepcional. Esta — técnica involucra, el paso de agua influente a través de una co'urna- conteniendo una mezcla de resina catiónica fuerte-ente ácida ciclo H+,y resina aniónica fuertemente básica ciclo “OH. (11 arada cor’unrente ;ana o lecho mixto).

En esencia esta “ezcla, corresponde a muchas unidades separadas- catión-anión en serie. Seleccionando adecuadamente el tipo de resinas es posible preparar aguas de pureza tal que su resistividad es muy a¿ta, según se indica en la sigui-nte tabla:

CALIDADES DE AGUA 03TEKIDA5 DE V\?.IAS FUEü'TESTipo de agua Calidad

(Resistencia eléctrica en

S I S T E M A D U A L A N IO N -C A T IO N F U E R T E S

Influente agua cruda

Intercambiador catiómco fuerte ciclo hidrogeno

Intercambiador anionico fuerte ciclo Mdr óxido

Efluente a calderas

- ..... - i' n N .......£ . . . & L —

Fig. eJen franclno Strnno C. T E S I SMa Crimno Violarla SirruBO C- P R O F E S IO N A L

¡ m m

SISTEMA DEIONIZADOR INCLUYENDO DESGASIFICADOR

Influente agua crudo

Intercambiador catiónica fuerte acto hidrógeno Desgasif/cador

Intercambiador anUntco fuerte ciclo hldrdkldo

Efluentecalderas

/. R N ._ _ E . St 1. a i, e .

Fia. 9Joto Francisco S&rrano C. T E S I SMa Cristina VictoriaSerrano £. ..... . P R O F E S IO N A L2/02/83

- 32 -

-ár.inos ds Qhrs-cns)

Agua despuás de 28 destila-iones sn cuarzo — 23,000,000

Agua tratada en nonobed 18,000,000

Calidad da agua castilada 100,000 - 500,000

Calidad teórica náxima(.alculaaa) 2 C ,000,000

En aste sistama "onobad, como las resinas aniónicas son menos — densas que las catiónicas, la mezcla de ellas, puede ser separada hi­era tilicamente, esto as logrado por raedio del retrclavado y se deoe te ner el sastena interno que permita regenerar individualmente cada re­sina.

(&} El noribre Sonobed fuá registrado por HflHffi AiiD HAAS CO.

n i . - i c p o h t a :j : i a d e e s t e t ip o d e t r a t a m ie n t o .

- 33 -

El intercambio iónico es uno de los mayores avances tecnológicos dentro del canpo de tratamiento de agua; su mayor aplicación ha sido- dentro de ésta área, pero no ss la única en la cual esta herranienta- puede sor utilizada, la tecnología del interea bio iónico se ha expan dido en practiccicnte todas las áreas de la industria, siendo utiliza da, entra ocres, en purificación de solventes, purificación de react¿ vos, purificación y recuperación en hidronetalurgia, recuperación y - purificación biológicas, en preparación de soluciones inorgánicas, — tratamiento do descargas residuales, catálisis, medicinas, alinentos- y bebidas, etc., en donde la mayoría de éstas aplicaciones incluyan,- ya coa la renoción da impurezas en baja concentración ó la recupera— ción y purificación de materiales valiosos.

El desarrollo de nuevas resinas de alta capacidad y más durable^ asi ceno de nuevas tícnicas y equipo para operaciones ~ á s efici¿ntes- coio contracorriente, sistonas de lechos móviles, etc., ha hecho que- el incercámbio iónico ocupe un papel muy inportante dentro de.la in­dustria.

El uso de resmas de intercambio iónico para tratar agua, reduci rá los costos de inversión de la plaríta, los costos de operación, ten drá un nenor requerimiento de espacio para los equipos y proporciona­rá un tipo de agua de mejor calidad para uso industrial.

- 34 -

II?.- Z & Z & Z T E R l S n Z U S DEL EFLUENTE E I.’JFLUE'ITE ACTUAL

El agua empleada sn la refinería "IB de narzo* proviene de una - amplia red de pozos localizados, tres fuera de la refinería a lo lar­go del río de los remedios y doce dentro dal área de la misma.

Esta agua cruda es sometida a un tratamiento por medio de cal — carbonato en caliente. Las características del arua cruda y despucs- del tratamiento son las siguientes:

Alcalinidad Alcalinidad

"F" "0“

Agua cruda O 180 100 8fl 220

Agua tratada 4Q 53 Q.5 1.5 85

Dureza Si02 STD

total

Todo expresado en ppm como carbonato de calcio

- 35 -ANALISIS DEL AGUA CHUSA

PH 7.2Temperatura 24 0Turbiedad 1.0Demanda de cloro 0.8'"ateria Drránica 0.8 ppmsólidos totales dioueltos 226 ppnSálicos en suspensión 0

Alcalinidad BF“ 0 .0 ppm conoAlcalinidad "¡2" 166 n n it

Dureza total 110 i» a a

Sílice 78 tt it t?

Sulfuros (SÍ 0.0 ppmAlurinio (Al++*) 0.0 »

Níquel (Ni** ) 0.0 »

Fosfatos (PQ“ } 0.0 tt

Nitratos (NOjj ) 0.0 n

Nitritos (NQ£ } 0.0 n

Análisis iónicoCalcio ( -a ) 18*4 ppm COITO üaCO ,"agnesio C n<L++ ) 15*£ » It tt

Fierro r r + +( re ) 0* Q6 H R tt

Zinc C Zn~ }. 0.34 U n a

Sodio y potasio ( como Na+) 39.1 If n a

Carbonatas1 CC03 ) Q .O tt tt nBicarbonatos ( HCÜt ) 203 a tt t>

Cloruros C C 1 ) 13 n » - tt

Sulfatos ( ) 10 *t it *t

- 3 6 -

’J.- CALCULO DE LA UHID4C DE TRATA.' IEíiTO

Análisis del agua crudas

ppm CaCQj

_ ++3a 18.4 25.17++• g 15.6 21.34

r +++Fe 0.06Z n ~ 0.04Ka+ 39.1 53.49

73.2 100.DO

h :o„ 203 56.8_321 13 4.3

S04 10 3.3Slo2 78 25.6

304 1 0 0 .0 0

73.2carga iónica total = --- 1--- =4.3 granos/Gal17.1

Observando el diagrama propuesto, se tiene: a) 4 unidades caliónicas, b) 2 deareadbres, oí satos que eliainan hasta un 2 0 % cor-o máximo de CO2 » el cual se eacuantra cono bicarbonato, c) 4 unidades aóióni- cas.

Cálculo ds la Unidad Aniónica^*)

Despues del desgasificador *• *

•ppa CaC0.j %

HC0“ 162.4 61.66Zl~ 13 4.9330= 10 3.79

45i02 78 29.61

263.4 9 9 . 9 9

- 37 -

{*) Se calculará primero esta unidad con el objeto de obtener los re querimientos de agua descationizada.

(.**) Las referencias bibliográficas especifican un 20£ coto raáxino de eliminación de bicarbonatos cono COj en el desgasificador.

carga iónica total = 263.4 pp-3 3aC0_ x —'~Sran3/Ga*---' 17.1 ppra

= 15.4 granos/Sal

sílice n¡enor de 0.15 ppn cono y una fuppm como ^a-Oj. La capacidad de la planta es

6500 m3/día x 100Q lt/ 1 n3 x 1 día/24 hrs

x 1 hr/60 nin x 1 Gal/ 3.73 lt

Flujo de la planta = 1192.6 GPR

Tipo da tesina aniónica: ñaberlite ISA - 402Tiempos de operación:

Los tiempos de operación se fijan evitando el traslaoamisnto en- la etapa de regenaración. Teniendo 12 hrs de operación contínja y 2 - hrs para la regeneración, con el fin de obtener un flujo continuo de- 1192.6 GPH.

La planta constará de cuatro trenes que quedarán distribuidos de la siguiente forma:

J. —-1—0 2— «---1....

4 6 _L.6 10 12'' 14 -j__16 18 20 22 24 — C.'V’TV2'"4

*ü'" 2 4 6 a 10 12 14/// 16 13 20 2 2 24 2 4

t • t0 2" '4 6 8 10 12 14 16''16 20 2 2 24 2 4, , _JU__ r_.0 2 4 8 10 12 14 16 16'' 20 22 24 2 4

3a acucr do al diagrama anterior, las uni„!a .es -j-,¿narán horas

Se fijó una fuga de ga de sodio ;¿r de 1.0 ds 6500 ro3/día.

Flujo de la planta =

« s a ­

las cualas las cuatro scten operando y horas en las cuales solo ope­ran tres unidades; por lo que la capacidad de operación 6 volumen de­agua a tratar por unidad- será;

Capacidad, t_ . 1192*6 GPIÜ 60 min . . 1192.6 GPEds = 6 hr x ---------- x ------- + ° hr x — --------

., 4 unid 1 hr 3 unidoperaciónx y y = 250 446 Gal/ unid

Capacidad de operación = 250 446 Gal/unid

En base al volunen de agua a tratar para satisfacer la capacidad de la planta, cada unidad removerá una cantidad de iones que vendrá - dada por:

Cantidad de ionss _ Volumen de x Cantidad de iones a removera renovar ~ agua tratada unidad de volumen

= 250446 Gal 15.4 nranos 1 k^ranounid x Gal x 100d granos

Cantidad de iones a remover = 3856.9 Kgr/ unid

El cálculo de la capacidad da intercambio iónico se hace en base al nivel de regeneración que as va a emplear.

De acuerdo a I 03 datos proporcionados por el fabricante s e tieneque:

a) Para 6 Ibs de f’aDH al 1Q0£ por cada ft de resina, se tiene una fuga de sílice = 0.012 ppm CaCO, siempre y cuando se caliente a —120°F. '

b) Para 8 Ibs de ”a0H al 100JÍ por cada ft3 de resina, se tiene una fuga de sílice = 0.0035 ppm CaCO^ a 120°F .

c) Para 4 Ibs de KaOn al 100JÍ por cada ft3 de resina, se tiene _una fuga de sílice = 0.019 ppm CalO^

Tomando en cuenta lo anterior y si obsérvanos las figs. 1, 2, y- 3 del manual del fabricantes tenemos que el nivel óptimo de regenera­ción es de 6 Ib de r.aOH al 100¡»

La capacidad de interea ibio iónico de la resina aniónica tuerta­se determina en base a los valores en porcentajes de:

- 39 -

% Alcalinidad 61.56% Acidez oinaral total fi.73 % Sílica 29.61

De la gráfica 12 del manual del fabricante, para 6 Ib da NaOH al 100JÍ y una temperatura da 120°F sa obtiene:

Capacidad da intercambio ^iónico da la resina Am = 16.5 Kgr/ft da resina

ber]ite 13A-402

Este valor deoe corregirse por el factor que se obtenga de la — gráfica No.- 6 aebido a la relación que exista entre cloruros y sulfjj tos; •

c r cr + S0|

.*. para áte caso en particular:

11“ 13c r . so; ' 13 + 10

S 0.565

Con éste valor de la grafica f.’o.- 6 se obtiene el valor de 0.97 que es el factor da corrección; tenemos que:

Capacidad de intercambio iónico =0.97 x 16.5 Kgr/ft

= 16 Kgr/ft3

Después de regenerar hay que enjuagar y si se lleva a cabo ésta etapa con agua descationizada, habrá una disminución de la capacidadde la resina por el contenido de ácido en el acua descationizada.

3£1 fabricante recomienda un flujo de enjuague de 90 Gal/ft , —

por lo que si to tamos en cuenta que el influente presenta una carga- iónica de 15.4 gr/Gal tandramos que la resina habrá disminuido su ca pacidad en una cantidad de:

90 Gal/ft3 x 15.4 gr/Gal x — K — - = 1.4 Kgr/ft31000 gr

Por lo que la resina de la unidad aniónica entrará en operación con una capacidad de-:

nueva capacidad _ 16 _ 1<4 _ 14<6 K / ft3de la resina J '

- 40 -

Calculada la capacidad 0 8 la resina, se puede calcular el volu— men de resina a emplear:

'/o ra0n _ carga iónica a remover _ 3B56.9 Kcr resina capacidad de la resina 14.6 Kgr/ft3

3Joluraen de resina = 264.2- ft

Diseño del recipiente:Una vaz que se -iene la cantidad de resina a e.Tp’ear la pregunta

es ¿ en dónde la vasos a tener ? , por lo que se diseñará'un recipien te apropiado para este fin, se deba tomar en cuenta lo siguientes

Para que un proceso da intercambio iónico en columna se lleve a- cabo eficientemente se requiera que la altura mínima del lecho de re­sinas sea mayor o igual a 1.97 ft o 2 ft.

£1 fabricante de resinas recomienda un flujo por unidad o e área- 2iráximo de 12 üal/min ft .

Considerando que cuando trabajan 3 unidades aniónicas, ya que la cuarta está regenerándose, la cantidad de agua producida por la plan­ta estará dada por éstas unidades, por lo que tendrán un flujo da ---.397.5 GPffl cada una, siendo éste el flujo náxinto y el área de la uni— dad viene dada por:

a)Area de _ Flujo ' áxino _ 397.5 GPÍÍIla unioad “ f*lujo unitario máximo 12 GPH/ft2

Area de la unidad = 33.1 ft^b)

o)

Diámetro = \j 4 A _^/ 4 x 33.1 _ c ^ g

D = 6„5 ft

Cálculo de la altura del lecho de resinas:

Altura del _ Volumen da resina _ 264.2 ft3lech0 área 33.1 ft2

Altura del lecho de resinas = 3 ft

d) La resina sufre un ¡linchamiento inicial único del 1 0 % oor lo

- 41 -

que si volumen se modifica y la nueva altura será a B x 1.1 = 8.8 a— proxisadarente igual a 9 ft.

a) La altura de la unidad debe considerar el volúmen requerido— por la expansión del lecho por efecto del retrolavado. Para ésta res¿ na se tiene una expansión del 100;$ por lo que:

Altura de la unidad = 9 ft x 2 = 18 ft

■j3 , o se observa, la albura ce la resina obtenida de S ft ¿.n for­ina natural, y 13 ft cuando está expandida, no es conveniente tcncrla- an un sólo recipiente, ya que se presentaran problemas en la etapa de regeneración y retrolavado, aumentando el costo de éstas y disminuye^jo la eficiencia de las cismas. Por lo que se propone dividir la r-esina en oos recipientes.

Se cisne un volur.idn de resina de 264.2 ft3 el cual removerá --3

5856.9 Kgr; dividiendo el volu,",en oe resina en dos, quedarán 132.1 ft por cada cilindro.

Ahora bien, se tiene que respetar el área de la unidad de 33.1 -ft^; por üo que la altura del lecho de resinas será:

Altura dal lecho = 132.1 ft3/ 33.1 ft2 = 3.99 ft

3 4 ft

Y la altura del recipiente será * 4 x 1.1 x 2 = 8.8 ft S 9 ftEn resúman, se tendrán dos cilindros y cada uno tendrá:

2Area de la unidad = 33.1 ftDiámetro de la unidad = 6.5 ftAltura del recipiente = 9 ft

3■Jolumen da resina = 132.1 ftAltura del lecho de

resina = 4 ft

Cálculo de la cantidad de agua y tiempo necesario para ratrola—var.

El oojetivo del retrolavado es remover los sólidos que se pudie­ron haber quedado en el lecho de resinas, eliminar finos de rasina, - para dsscompactar el l¿ch<?, para acatir ccícas de presión y redasifi car de ar.uordo a su ca aTo y censijad las rebinas ce la unidad. Para- que esto se sfectúe sficicnterente es necesario controlar el flujo y-

la temperatura da ratrolavado, para evitar pérdidas da resina ya que­na hay malla que la retenga.

De acuerdo a la gráfica proporcionada por el fabricante, observa^ nos que a menor temperatura y mayor flujo, la expansión hidráulica es mayor, lo cual es mejor, ya quef»para que un retrolavado sea bueno el lecho debe expandirse a 50JÍ nínimo del volumen dsl 2 echo de resinas 6 altura oririnal. Por tal notivo consideramos una temperatura de 75 °F (que es la temperatura del agua) y un flujo de 4 GPffl/ft2, produciendo sa una expansión hidráulica del 85¡£.

El lecho de resinas al expandirse hasta un 35% de la altura ori­ginal estará abajo de la salida del retrolavado y da esta forra se e- vitará la pérdida de resina.

Flujo de _ Flujo -- x áxea ¿a ia unidadretrolavado Unid# d# áraa

= 4 GPm/ft2 x 33.1 ft2 = 132.4 GPffl 'Flujo de retrolavado * 132.4 GPfll

Teniendo el flujo de retrolavado, se pueda calcular la cantidad- da agua descationizada que se necesita para efectuarlo.

Volumen a _ hueca existente an Espacio libredesplazar “ el lecho da resinas an la unidad

Tomando en consideración que la resina nueva se hincha irreversi. blemente y en una sola ocación un 10$ y que el volumen de resina es -132.1 ft , se considerará que existe un 40% de huecos en el lecho de-resina.

El espacio libre en la unidad vendrá dado por la diferencia de - la altura de la unidad menos la altura del lecho de resinas, esto da­la altura del espacio libre que multiplicado por el área de la unidad se obtiene al volumen de esa parte de la unidad.

Volumen a = j132. x ft3 x 1#1 x Q#4_ x 7>48 Gal/ft3) + ((desplazar 0 _

9 ft - 4 ft) x 33.1 ft* x 7.48 Gal/ft ) == 1672.7 Gal/ unidad

Y el tiempo vendrá dado por:

- 42-*

- 43 -

Volumen 1672*7 GalTiempo = --------- «.— . =- 12.6 manflujo 132.4 GPffl

Tiempo = 13 min

Etapa de precalantamiento.El objetivo de esta etapa es alcanzar la temperatura de 120°F en

al lecho de resina para lograr una regeneración eficiente y poder al­canzar la remoción completa de loa aniones intercambiados del agua, ~ -

que se quedaron en la resina. Esta operación se complementa al invec-¿. tar el regenerante, (solución de NaOH al 4¡á) a la temperatura de 120- °F .

Por recomendaciones del fabricante se sabe que las resinas anió- nicas tipo gel, como es el caso de la Amberlite IRA-402 son muy sens_i bles a la temperatura, y no se debe rebasar los 140°F ya que ésto po­dría da ar la extructura interna de la resina y causar un deterioro ¿ rreversible, formándose finos.

Para llevar a cabo el precalentamiento se enviará el agua cesca-; tionizada caliente a la unidad a través del sistena de tubos distri— buidore3 de regenerante (éstos se encuentran en la parte interior del recipiente) los cuales están ubicados a 1 ft por encima del lecho de- la resina.

El volumen de agua para precalentar el lecho de resina será al - necesario para llenar los huecos existentes en el lecho y además el - del espacio libre existente entre la superficie del lecho de resinas- y los tubos distribuidores del regenerante. Dependiendo del medio en- que se encuentre la resina, ésta tendrá un volumen determinado, Cuan­do la Anberlite IRA-402 está an la forma agotada o forna cloruro tie­ne un volumen mayor que cuando está en la forma regenerada a forma hi dróxido. Esta hinchamiento es del 22¡á por lo que hay qué tomar esto - en cuenta para definir la altura del distribuidor de regenerante.

Recordando que la resina nueva sufre un hinchamiento irreversi— ale sn su primera operación, tendremos que la altura del lecho de re­sinas en su forma o ciclo cloruro será:

í/olun;en deresina = (132.1 ft3 x 1.1 x 1.22) = 177 ft3 en cada tanque

hinchada

- 44 -Altura Jal lecho de Volumen d s resina hinchada

resina hinchada ~ área de la unidad177 ft3 = — í— j —

33.1 ft*

Altura dal lecho de resina hinchada = 5*3 ft

la altura de los tubos distribuidores en cada tanque será de6.3 ft.

espacio existente entre la Volumen a _ huecos existentes en . superficie del lecho de rje desplazar el lecho de resinas sinas y los tubos del regjs

neranta

desplazar = íí132*1 x 1«1 x 0,4 x 1*22) ft3 x 7,48 Gal/ft3 -j- (1 ft x 33.1 ft2) x 7.48 Gal/ft3 ) * 778 Gal

Voluraen a desplazar = 778 Gal/ unidad

Para efectuar la regeneración el fabricante recomienda un flujo - de 0.25 a 1 GPIH/ft3; considerando el valor da 0.5 GPH/ft3 tenemos qus:

regeneración « ^ x l Z 2 ^ = S6 GPJE

Tís d d o de _ Volumen a desplazar _ 77 Galprecalentamiento flujo 66 Gal/uín

= 12 ¡nin

Regeneración*El objetivo ae esta etapa es la de fijar a la resina los aniones

que deseamos que se presenten en el efluente de la unidad aniónica y- que se intercambiaron por los aniones presentes en el influente. La - fuerza conductora de ésta reacción es la concentración elevada de la- solución. Esta etapa deberá realizarse a 120°F para lograr la fuga de sílice en los valores que se requieren.

£1 flujo de regeneración es igual al flujo de precal entarciento e igual a 66 GPP1.

fáível de regeneración = 6 Ib HaOH al 1 0 0 % /ft3 de resina la-Icantidad de NaJDH al AQIKÍ -qua -se raquiere será i c u al a:

3 36 lb/ft x 132.1 ft = 793 los por cada tanque

- 45 -

El reg8nerante sa al acanará a una concentración del 50JÍ y se a-limantará a los recipientes al 4£ por lo que se tendrá que diluir conagua calienta descationizada.

Cálculo del agua necesaria para la dilución.

^ a í V r n = ofeTíb/Gll * 2278 Gal/unidad

Gala f s S r - i r H o b T c i r = 124- 6 Gal/ unidad

agua da dilución = 2278 - 124.6 =2153.4 Gal/unid

Tiempo de inyec- _ tfol. de regeneranteción del regenerante ~ flujo de regenerante

¿ 2278 Gal56 Gal/oin

Tiempo de inyección del regenerante = 35 min

Etapa de desplazamiento.Después de que sa ha alimentado el regenerante, se requiere la -

inyección de agua para remover el regenerante de la unidad. Esta eta­pa sa puede efectuar al mismo nivel que el precalsntanianto.

Flujo de agua = 65 GPG¡Tiempo = 12 rain7ol. de agua descationizada = 778 Gal/unid

Enjuague,.Esta etapa tiene cono objetivo lliminar del lecho cíe r¿sina el -

exceso dB regenerante.El agua de enjuague que recomienda el fabricante es de 40 a 90 -

3 3Gal por ft de resina y un flujo da enjuague de 1.5 GPP’/ft de resina.Por lo que el jolunien necesario para enjuagar la unidad a niónica se­rá:

de^enjuague = 30 Gal/ft3 x 132.1 ft3 = 11889 Gal/unid

enjuague = 1*5 GPn/ft3 x 132.1 ft3 = 198 GPF

Tiempo _ Uql. de enjuague _ 11889 Galde enjuague Flujo de enjuague 198 Gal/min

Tiempo da enjuague s 60 min

Requerimiento total para la etapa da regeneración:

_ 4fi -

OPERACION TIEí’PO FLUJO S/OLUS'EN TO­TAL HAfiEJADO

EFLUENTE A DRENAJE 0 A FO SA DE NEUTRALIZACION

(min) (gpie) (Gal) (Gal)

Retrolavado 13 132.4 3345 3345Prscalentaniento 12 66. 1556 1556Inyección (’íaOH al 4£) 35 66 4556 4307Desplazamiento 12 66 1556 1556Enjuague 60 198 23778 23778

Total 132 34542

Nota: Teniendo como antecedente un análisis pravio del agua efluentede cada etapa, ésta se destinará al drenaje o a la fosa ce nsu tralización, con el objeto de que no sean descargadas directa- n-.ente al drenaje efluentesr’ácidos o alcalinos. Para poder redu

. cir los costos de tratamiento del agua se tratará de recircu— lar la mayor cantidad de agua posible, esta cantidad de agua - será tal que no incremente der.asiado la carga iónica a la uni­dad catiónica.Por 3o que solanente recircularemos el agua de enjuague que — son 23778 Gal. *

Cálculo del exceso dB NaOH

Cantidad da NaOH _ 7gg 453 o tjaQH 1 Peqempleado para regenerar = X i ib x 40 g NaOH

50 ú CaCO, 7000 qr CaCO-,x --------- 3 x ----- 3----— 31 Peq 453 g CaCOj

x L.Ü2I _ 6g39 Kgr/unid1000 gr CaCOj

Cantidad tctal as f.aOH empleado para regenerar = 13878 Kgr

Cantidad gs-cequióir.etrica .. , , _ ..3 Tnc- „ _.. „ - 2 _________= 14.6 Kgr x 264.2 ft = 3857 Kgrrequerida para regenerar -:-a3- 3ftJ

Exceso tíe f.'aQH = 13878 - 3857 = 10021 Kgr como CaCO^

= 259.8 % de exceso

• - 47 -

Cálculo de la Unidad Catiónica

Volumen total de agua a tratar:

Agua requeridaJoluraen total _ Volumen de agua por la unidad

de agua a tratar ~ necesaria en la planta aniónica

= 250 446 Gal + 34 542 Gal

Volumen de agua a tratar = 284988 Gal

Tipo de resina a ecplaar: A~berlite IR-120 catiónica fuertaFuga de iones = 1 ppm da Na+ como CaCOj

Cálculo de la capacidad de la resina:De la fig. 5 , de los datos proporcionacos por el fabricante con-

53.49# ce Na+ del total de cationes y con la alcalinidad de 66.8^ • - se obtiene una fuga de Na+ = 1.25^ , que representa el 0.94 ppm de —l\la+ como CaCO-j , ésto es para un nivel de regeneración de 5 Ib de —

al 100^ por ft3 de resina.De la fig. 6 para éste nivel de regeneración y con los porcenta—

jes de:Na* - 5 3 %

Ca*’+ - 2 5 %

- 4 8 -

fflg** - 2 1 %

Se tiens una isocapacidad de 14 Kgr coma CaCOg por ft de resina, que debe ser corregido por el factor de corrección que se obtiene de- la gráfica No.- 17 ; con 53.49^ de Na* y con 6 6 .8 JÍ de alcalinidad; — siendo el factor de 1,14

Por lo que la capacidad corregida será:

= » «ar C0 . 0 :a:o3 » 1.14

= 15.9 Kgr como CaCD^/ft3 de resina

Como la resina se lavará con agua descationiiada no habrá dismi­nución en su capacidad y por lo tanto:

Capacidad de operación. - = 15.9 Kgr como CaCQ-de la resana s 3

Cálculo de la carga iónica total a remover:

:ar?otÍfÍCa = 4.3 gr x 284988 Gal x = 1225.45

Carga iónica total = 1226 Kgr como CaC03

Volumen de resina a empleara.

Volumen carga iónica total a removerde resina “ capacidad de operación de la resina

1226 Kgr como CaCQ-,15.9 Kgr como CaCÜ_

Volumen de resina = 78 ft3

Cálculo del flujo minino para un volumen minino de 284988 Gal

Volumen mínimo F.fiU 60 min F.ITi. 60 minde la planta = & nr x 4 unid x 1 hr x 3 unid x 1 hr

3

= 284988 Gal

Despejando el flujo mínimo será igual a 1357 GPffi

El flujo máximo que tengan que dar las unidades, será cuando -— tras de ellas estén operando.

• *. Flujo máximo = a 4 5 3 GPIü/unidad3

Cálculo del área de la unidad.2

El fabricante recoíii-nda un flujo unitaria máximo de 12 GPffi/ft , por lo tanto el área será;

A r e a ______ flujo cnáxino _ 453 GPMrequerida " flujo unitario máximo = 1 2 Gpry f t 2

2Area requerida = 38 ft

Diámetro = \ U A =\/ 4 x 38 = 6.96 ft\ I - J f — V f f

- 49 -

Diámetro =- 7 ft

Cálculo de la altura dal lecho de resinas:3Altura del lecho Jolumen de resina 78 ft

de resina " Area ae la unidad ” ..2«j o T t

Altura del lecho da resina = 2 ft

Para la operación de ésta resina se sugiere que la altura csl lecho de resina'sea 2 ft cono minino, psro con objeto de diseño:

Altura del lecho de resina = 2.5 ft3

Por lo que el volumen será de 95 ft de resina

La resina nueva se hincha irreversiblemente un 10^ y durante el- contralavado un 5Q% mínimo, de aquí que la altura de la unidad será:

Altura de la unidad ='2.5 x 1.1 x 2 = 5.5 ft

Cálculo de la cantidad da agua y tiempo necesario para retrola—

- 50 -

war:

Flujo d e flu.io área deretrolavado ~ unid, de área x la unidad

Para establecer el flujo de retrolavado se tiene que toraar en cuenta la expansión mínima sufrida por la resina del 50^ y que no haycontenido de finos.

o 2Si se fija una ten-peratura de 75 F y un flujo de 8 GPia/ft de lagráfica proporcionada por el fabricante, se tiene una expansión del - 6 7 f j por lo que se evitará pérdida de resina.

Flujo de retrolavado = 8 CPH1 x 38 ft2 = 304 GPÍT77

Teniendo el flujo de retrolavado se puede calcular la cantidad - de agua para efectuarlo. Este paso se efectuará con agua cruda.

i/oiuraen a _ Hueco existente en Espacio libre endesplazar " el lecho de resina la unidad

El fabricante dá como dato para ésta resina de 35 a 40$ de hue— eos y una expansión irreversible del 1D %

desplazar = ( 9 5 f t 3 * ° - 4 x *.1 x 7.48 Gal/ft3) + (5.5 - 2.5)

ft x 38 ft2 x 7.48 Gal/ft3 = 1165.4 Gal

i/olúraen a desplazar — 1165.4 Gal

_ volumen 1165.4 , 0 .1 p " flujo “ 304 Gal/rain = 3 , 8 II,ln

Tiempo — 4 min

Cálculo de la etapa de regeneración.La resina Amberlite IH-120 no sufre hinchamiento de la forma ago

tada a la fortna regenerada.

i/olumen de n_ ..3 ,resina hinchada ~ 9 5 ft x 1 , 1 = 1 0 4 * 5 ft

- 51 -

Altura del lecho _ Vol. de resina hinchada _ 104.5 ftdB resina hinchada ~ área de la unidad ~ 3g f t 2

Y como los tufaos distribuidores se encuentran a 1 ft de altura;- de aquí que:

Altura da los tubos distribuidores = 3.75 ftEspacio existente entre la

i/olunen a _ Huacos existentes en superficie del ’echo tíe redesplazar = el 1 ecfio de resina + sm a y los tubos distribuí

dores del regenerante.

3

desplazar = ^ 9 5 f t 3 x 1 , 1 * ° * 4 x 7 , 4 8 Gal/n 3 ) + ( l ft x 3 8 ^

x 7.48 Gal/ft3) = 597 Gal

Jolunen a desplazar =. 597 Gal

El fabricante recomienda un flujo de regeneración de 0.5 a 1.0 - GPr./ft3 .

Flujo de regeneración = 0.75 GPÍH/ft3 x 95 ft3 = 71.2 GPIH

Se tiene un nivel de regeneración de 5 Ib de H„S0. al lü£$ por-3 » ¿ Aft de resina; y el ácido sulfúrico requerido será:

Cantidad de H?S0, _ _al lODf, r,querido ■ 5 lb' n x 35 ft - 475 16 ds H25D4

El ácido sulfúrico se al acenará al 98% , y se alimentará a la u- nidad al 5 % .

Cálculo del agua necesaria para la dilución:

Galones de H2 S04 = ^ 7 5 ^ b --- s 1103.3 Galal 5% " 0.4305 Ib/Gal

Galones de HoS0. ._c ,.2 4 = b = Z U 6 GalaJ- yü/U 15.02 Ib/Gal

-anidad do agua _ ^2 0 3 .3 _ 3 1 . 6 = 1071.7 Gal de agua para Diluir cruda

Tiempo de inyección del regenerantes

Tiempo de inyección = Voi; de regenerante del regenerante = flujo d9 regenerante

= 1X03.3 Gal _ 15>5 min71.2 Gal/min

Tienpo de inyeccióndel regenerante = 16 min

Etapa da desplazamiento.La stapa de desplazamisnto se efectuará con agua descationizada-

al mismo nivel cel flujo da regeneración.

Flujo de agua =- 71.2 GP.UVolumen de agua = 597 GalTienpo = a.5 min

Enjuague.Esta etapa tiene cono función eliminar del lecho da resina el ex

eso de regenerante.Las recomendaciones del fabricante al respecta son:

Requerimiento de agua 3de enjuaaue '3

Flujo de enjuague = 1.5 GPfi/ftPor lo tanto el volumen necesario para enjuagar la unidad será:.

Volumen = 75 Gal/ft3 x 95 ft3 = 7125 Gal3 3Flujo da enjuague = 1.5 GPO/ft x 95 ft

= 142.5 Gpn:

7125 GalTiempo de enjuague =160.5 Gal/ciin

= 50 min

El requeriraienco total para la e^apa de regeneración será:

O P E R A C IO N TIEÍ3PO FLU3Q UOLUfliEN TO- EFLUENTE ft DRENAJE O A TAL BIANEJADQ FOSA DE NEUTRALIZACION

Retrolavado

(min)

4

(GPU!)

304

(Gal)

1165*4

(Cal)

1165.4Inyección de regenerante 16 71.2 1103.3 1071.7Desplazamiento 8.5 71.2 597 597Enjuague 50 142.5 7125 7125

Total 78.5 9959

Neutralización de efluentes de regeneración.

Cantidad de H~S0» , ~n, • * x ■ = 35 ™ 3 x 1S.9 .K2r,„e??oBStsquiómetrica ft*

= 1510.5 Kgr como ~aCQ.j

Cantidad de H?50a m -_= 5-Ib H-SO. x 7.14 ■»£ para regenerar 2 4 x 95 ft

Ib H2S04

= 3391.5 Kgr como Ca-CO

I. el exceso da » 3391.5 - 1510.5 = 1881 Kgr cono CaCO^

= 124.5 % da axceso

Se tiane un exceso de 10021 Kgr de NaOH Cantioad de ácido para neutralizar:

=- 10021 - 1881 = 8140 Kgr de H2S04 cono CaC03

8140 Kgr x x — *-lb - ~ 1162.8 Ib da H,SO1 Kgr 7000 gr ■ *

:amo CaCO,

Se tendrá que agregar a la fosa de neutralización 1162.8 Ib de - ácido caía ra-CO^ * ( f i l -e-x-t-so d e üaOH Ae puede n e t iZ r i1 i-z&r -txin uáa3>-»- quier corriente ácida afluante, realizando un análisis previo).

Resolviendo nuevamsntei.Si se utiliza la misma resina Amoerlite IRA-402 pero con 4 Ib de

NaOH al 100% como regenerante, se obtendrán los siguientes resulta---dos:

Fuga de sílice * 0.019 ppm cono CaCO^ si se lleva a cabo el pro- . ceso a 120°F.

Capacidad de intercambio iónico de la resina inicialmenta igual- a 14.55 Kgr/ft3.

Capacidad de intercambio iónico de la resina después del enjua— gue = 13.15 Kgr/ft3.

'Joluinen de resina = 293 ft^ (total)Se tendrán dos unidades aniónicas con las siguientes dimensiones:

2Area de la unidad = 33*1 ftDiámetro = 6.5 ftAltura del recipiente — 9.7 ft

3Jolumen de resina = 146.7 ft Altura del lecho de resina =_4.4 ft Altura de los tubos distribuidores = 7 ft

Requerimiento total para la etapa de regeneración:

- 54 ~

OPERACION TIE.TPO FLUJO VOLUMEN TO­TAL MANEJADO

EFLUENTE A DRENAJE 0 A FOSA DE NEUTRALIZACION

- (min) (GPffl) (Gal) (Gal)

Retrolavado 14 132.4 3590 3590Precalentaniento 11 74 1673 1573Inyección (ÑaOH 4£) 23 .74 3372 31B7Desplazaniento 11* 74 1673 1673Enjuague 60 220 26406 26406

Total 119 36529

Teniendo un exceso da 6409 Kgr como -a^O^ lo cual representa un-

Para la unidad catiónica si se emplea la resina Ainberlite IR-120

166/í.

- 55 -catiónica fuerta, pero con una cantidad sje regenerante de 4 Ib de — HgSO^ al lQOjS/ft3 de resina, ss tiene una fuga ds 1.4 ppm de Na* como CaCO,. . — .3 • >

Para 7 Ib de al 10 0 % por ft de resina, se tiene una fuga-de Ha+ de 0.7 ppm cono CaCO^*

Si recalculatnos nuevamente con un nivel de regeneración de 7 1b- de al 100JÍ /ft3, la capacidad corregida de la resina será:

3lapaci-aa de la resina corregida = 18.81 Kgr como lalCL/ft3Volumen de resina s 65 ft

Las dimensiones del recipiente serán:?Area requerida = 33 ft

Diámetro = 6.96 ft f*)Altura del lecho de resina = 1.7 ft A y

(*) El fabricante sugiera para la buena operación de esta resina- que la altura del lecho de resina no sea menor a 2 ft, lo que en realidad pasa aquí es que la capacidad de la resina está - sobrada para la cantidad de iones a remover.

Para 6 Ib de ^SO.^ al lQOJa/ft3 se tiene una fuga de Ha* de 0.8 - ppra como CaCO , siendo la capacidad de la resina de:

«3

Capacidad de operación = 17^ ? aon)Q CaC0 /ft3aa la resina 3

3Volumen de resina = 70 ft

Las dimensiones del recipiente serán:2Area requerida = 38 ft

Diámetro = 6.96. ftAltura del lecho de resina = 1.9 3 2 ft

✓Observando el resultado se deduce:Que el nivel de regeneración se encuentra entre 5 y 6 Ibs pero -

esto no se restringe a estos niveles sino que se podría variar la fu­ga de sodio propuesta a un valor menor de 1.5 ppm con lo cual se lo— gra un consumo menor de regenerante.

- 5 6 -

Las dimensiones del asreador se establecen de acuerdo a dos para metros muy importantes qus son el flujo de agua y la cantidad ce Cl^- a remover. Se establece dB acuerdo a tablas que se ioniza un 20^ de - los H"C03 influentes.

Diseño del aereadDr:Este tipo de aereador es una estructura cerrada que contiene un-

núraero dado da charolas cercanamente espaciadas, construidas general­mente de nadera. El agua entra por la parte superior en la que, por - ¡redio de un disxriouidor, se reparte sobre toda la superficie del aB- reador, fluyendo hacia abajo a través de las charolas del aparato, — las que están construidas de tal tsanera que el agua de la gradilla sli

perior cae en el centro de la inferior. En la parte inferior el agua- pasa al depósito a través ce un sello hidráulico. El aire se propor— ciona al aereador mediante un abanica cuya entrada se coloca en la — parte inferior c !b 1 aparato, la salida del aire y las sustancias elimi nadas se hace por la parta superior descargando directamente a la at­mósfera.

La alta eficiencia de estos aparatos se debe a la gran superfi­cie de contacto entre el agua y el aire, ader.ás de que se puede tener un control más preciso del aire que se inyecta.

Para poder definir las aimensiones del aereador, JJordell y Eskel proporcionan unat tabla en la que los parámetros son la cantidad de a- gua a tratar en GPU; y el contenido de en el agua.

cantidad de agua = 1192 GPffl paro para objeto de diseño, se tomarán 1400 GPRi Cantidad de COj a remover = 40.6 ppm de COj

.. se obtiene:Diámetro interior de la torre = 9 ft2Area de la unidad = 63 ftDiánetro de los tubos de entrada = 3 plgDiámetro de los tuoos de salida * ID plgDiámetro exterior de la torre = 9' 6"Altura tutal ae la unidad = 19 ft

D I S E Ñ O D E L A E R E A D O R

AGUA CH U to A Q U A D E S I O N I Z A D A

1. R .N.E. S. 1. Q.../. £.

aAGRAMA DEJ o f Francisco Serrano C ¡ TESISMa.Cristlna Victoria Serrano! c.

1 PROFESIONAL2/OÍ/BS

Vista de Planta

A-Hinchamiento que sufre /a resina por agotamiento

B- Distribuidor de regenerante,agua de enjuge y desplazamiento

C Colector de lavado y distribuidor de agua cruda

P- Distribuidor de lavado y colector

in co

L R /v... /. U „JL. cLUNIDAD í -i'yc». r i

Josr Francisco Serrano C. | resisCretina Victoria ¡I profesional

2 / n s > s 3 5

Vista de Planta

A - Distancia ■,que se hincha la resina por agotamiento

B-D istribuidor de re g e n e ra n te ,a g u a de p re ca lentamiento, desplazamien­to y enJuage-

C -C o le c to rd e lavado y distribuidor de agua cruda

0- Colector y distribuidor de ¡avodo

-------- U---- R .N.e. s. i. a 1. £

. UNIDAD ANIONICAJottFrQndtooSerrano C. | TESISWo- Cris tina Viciarla Serrano ILpROFESIONAL2 / 0 2 / 8 5 _

- 61 -

vil.- :o:j;lusio;i£S

Partiendo desde el análisis del agua cruda; as evidente que al - mayor problema que se presenta as su gran contenido de sílice y su — considerable alcalinidad. Zonto el agua no trae sólidos en suspensión- no hay necesidad de instalar filtros. La cantidad de rateria orgánica que contiene requiere poca de-anda de cloro para neutralizarla. Así - misno tanto la temperatura cono el PH no limitan el uso de rasinas de intercambio iónico.

E l flujo de a~ua cruda qus se utiliza corresponde al de diseño,- por lo que se tiene un margen para incrementos posteriores en la de— manda de agua tratada.

La razón por la que se tienen 4 trenas y no 3 ó 5 es ]a siguien­te:

Para tres trenes se tiene un aumento del 33> en la cantidad de a gua a tratar (con respecto a 4 trenes), por unidad, lo que aumenta — por consiguiente la carga iónica a remover, así mismo aumenta el volu raen de resina, contrariamente a esto ocurre una disminución de la al­tura del lecho de resina ya que el área aumenta.

La objeción principal a este arreglo, radica en que cuando un — tren se está regenerando solamente 2 están operando y es aquí cuando-ss encuentra operando a su máxima capacidad, para efectuar la remo--sión a esta capacidad se debe tener un volumen tíe resina igual a 352-

3ft por cilindro, el {¡¡anejar volúmenes tan granaes de resina ocaciona una baja eficiencia en la regeneración. En él caso de 5 trenas la principal limitante es que la altura del lecho ds resinas no cumple - con el lírite-mínimo especificado por el fabricante para su eficiente operación.

Las resmas selaccionaoas son las siguientes: AKBERLITE. Ifl-120 - PLUS oporando en ciclo hidrógeno, utilizando como regenerante ácido - sulfúrico al 5 % , presenta las siguientes ventajas: "ejor control en - la fuga de sodio, alta capacidad para un nivel bajo de regenerante y- una concentración baja de regenerante con respecto al ácido clorhídri co (HC1).

I m oirá ranina usiliaada es %a 4S'S£SLII£ 153—452 Ja-forma hiüróxido, si ce utiliza coro regenerante hicróxido de sodio --

- 62

presenta a_ta capacidad de interna.ubio para niveles aajos de regene-— rante. El combinar estos dos tipos de resina aumenta la calidad del a gua tratada para procesos d e deionización.

Tanto para la resina catión^ca cono para la aniónica el nivel de regeneración emplüjdo dependerá de la capacidad requerida en el ciclo de operación, tauanpo en cuenta la fuga de cationes o aniones que pue de s_r toleraaa durante eü servicio por consideraciones económicas.

Y«i qus el presar,te -ranajo vrata única:..cn '-e el as uudio técnico - oe un proyecto teniendo cono antecedente la infor ación proporcionada por el fabricante respecto a las ¿.aracterísticas de cada resina, la e lección de las mismas tiens como fundamento esta información, por lo­que se concluye que el arreglo propuesto cumple con el objetivo prin­cipal que es el oe aumentar la calidad del ac.ua.

VIII.- APENDICE.

R O H M UNO HAAS COMPÜWYPHJLAOELPHIA. PENNSYLVANIA 19105 FUMO MOCES6 CHEMICALS

Á M b Í R L I T E * 1 S - 1 2 0 p l u sAmberlite IR-120 Plus is a prermum grade, gel type, synthettc, fugh capacity, catton exchange resm of the sulfonated polystyrene type suppüed m the hydrogen or sodium forrn as clear, light yellow, spkerical partióles, birtualiy perfect m bead appearance, for use in industrial water softenmg, dealkalization, deumizatioh or {or chemical processmgapplications Amberhte IR-120 Plus combines the properties of fugh capacity and good resistance to bead fracture from attntwn or osmotic shock, offermg a mirumum of pressure drop across the resm bed under a wide uariety of operating conditions.

0 6 IM P O R T A N T FE A T U R ES OF A M B E R U T E ¡R-120 P LU S

hwm capacito Each cubic foot of Amberhte IR-120 Plus exhibí te an operating capacita and regeneraron effiaency at least equivalent to tbat of conventional, gel type, high capacity catión exchange resins and will re- move 30,000 grains of hardness (caiculated as calcium carbonate) when regenerated with 15 pounds of salt

Amberhte IR-120 Plus is superior to the conventional, gel type, high ca- pacity canon exchange resina with respect to resistance to particle fractunng The resistance of this resín to oxidaüon ís the same as that of conventional resins smce it is crosslinked to the same degree.

s t a s u o v a n a mnu *h «amo*.

MSOLUBU M AU COMMOff SOLYOfTS.

HVDRAULIC C H A R A C T E R I S T i C S *

raisssu diop — The approumate pressure drop for each foot of Amberhte IR 120 Plus bed depth in no* mal downflow operation at vanous water tempera tu res and rates of flow are shown tn the graph

■ACKWA5H— Aiter each semce cycle, Amberhte IR-120 Plus should be backwashed for approximately 10 min­utes with water to reclassify the resm particles and purge the bed of any suspended insoluble material which may have cóllected on top of the resm The resm bed 3hould be expanded a mínimum of 50 percent dur- ing backwash

\ \\ IÜJ-I i 1 I í i XAMwm.nc * im n m hywmui c otpMoWd o»t*

n uuM cm no» m tc «•*/•«

2 7

PHYSÍCAl-CHARACTESSSTfCSi ¿3 S S D i U M SYCLE OPERATICíHH

phtskm k m — Hard, attritron resiatant, light yeliow, 16-50 mesh (U S Standard Screens), fully hydrated sphencal partióles..M t ip m m w s s k t — 53 pounds per cubic foot— sodium

form— 50 pounds per cubic foot— hydrogen

formMOUTimi c o m ú n — 44 to 48 percent D fK im m u — 0 47 to 0.62 mm uM fO R M m r c a i f n c m T — 18 máximum DWfiTY — 48 to 54 pounds per cubic foot

« — 35 to 40 percent

S U G G E S T E D O P E 3 A T S N G C O N C Í T I O I V S

(Sodium or Hydrogen Cycle) pHMáximum Temperature Mínimum Bed Depth Backwash Flow Rate Service Flow Rate

10 to 14 0 250° F 24 inchesSee detailed Information 2 gals./cu ft/m in

H Y O H O G E N C Y C L E C P E H A T í O f l f

The recommended regeneration conditions for hydro gen cycíe operation oí Amberhte IR-120 Plus are listed belowRienmANT cowciMTRAnoN — 10% HC1 or 1 to 5%h =s o 4

lu n n M T ptow n m — 0 5 to 1 0 gal./cu. ft /mm iistM k o w ratí— Initially same as regenerant flow rate then can be mcreased to 1.5 gal /c u ft./minRMSK WATS» RCQUHtIMCNTS 25 to 75 gal /CU ítruhmiratumi — The tables below show the relataonship between capacity and levels of sulfunc and hydro- chlonc acid for regeneration Sulfunc acid concentraron used after NaCl exhaustion was 10% After CaCl ex haustion, regeneration using 2% sulfunc acid was em- ployed to avoid calciura sulfate precipitaron A 10% solution of hyclróchlonc acid was used m both NaCl and CaCl exhaustion studies

ACIO RIGENHATtOMExbautug Sslutias

(ppm as CaCOJ

Regeoeratioa U n í (tes o! 66a 8e

H^ Q 4 per Í L 3 of resio)

Capacity / Hfr.’ as CaCTj \ V ft.! resin /

500 ppm 5.0 1 9 0N aC l 1 0 0 2 5 0

580 ppm 5 0 1 2 5C a C l , 1 8 0 1 7 0

Eikaistwj fleteneratiM letrel CapacitySohrtion (lús of m HCI ft*

(ppm as CaCQjJ #f resifl) i . l t J resta )S 1 1 0

500 ppm 1 5 2 2 5C a C l , 2 5 2 7 5

Amberhte IR 120 Plus will provide excellent perform-. anee m both coid sodium cycle softeners and m hot process systems The recommended regeneration con- ditions for sodium cycle operation are listed below:

u n t e n A N T COMCfMfRATIOffl — 1 0 % N a C l .

w m c t a u t n o w r a t i — l gp m /ft3

r m c i F to w r a t i — i gpm / f t 3 untially then 1 5 gpm /

f t 4

— 25 to 75 gal./ft.2RiowiRAnoM — The relationship between regeneration level and capacity ís summanzed m the table below. Data were obtamed using 500 ppm (as CaC03) cal- cium chlonde solution Capacities have been adjusted downward to typify performance of material meetmg mínimum producüon specificatiOns

SegneraltMU n í

ths NaCf/ft’ resio)

Capacity íKí t * as CaCOj/ft1

resto)

{tepoeratim EfficitKjr

Oto. N aC I/ K p 1 resom»

5 0 17 8 0 2 81 5 0 29 3 0 5 12Stt 3 4 0 0 7 4

]

*Kgr. — kilograins

-The áurabihty and high capacity of Amberiite IR-120 Plus permits its use for industrial softenmg of water regardless of its hardness conten! Its good resístante to breakdown offers mínimum gen- eration of fines and therefore longer operation at the designed pressure drop than standard gel type catión exchange resm

« — The use of Amberhte IR-120 Plus with strongly basic anión e<change resins, such as Amberhte XRA-400 or Amberlite IRA-402, m two bed or Mono- bed ion exchange resm deiomzation equipment will pro- vide water of excellent quahty for boiler feed or other industrial purposes.

chimical n o c m a i a — The good physical strength of Amberhte IR-120 Plus malees ít an excellent resm choice for chermcal process applications

A m I U L I T I <nd M vvííB M » J t t tr$ rc r r . r la c f :m .f H '/-l- Cf.-'.JV.-. / ; o r c f•t« íW«<*(r.'<r¡w 'it iffilU .t 'f . TU- C i x i l o j i * tu r e b u t í 4* w .irk x t r ih c K p r j i lu c t i d s * ¡ w d c d :1 e r ib y je- m a r k . i d b j l/«;. * ¡jw -'rf. Í í* n t ln id in r íaor 1 f i l ia l* *Thtie juwí'-iíionj nnd dati ire kmtd on informition »e bel ¡s ve to be reliiblr rhty are oKtft-d us good faith. b it *¡tbout guutuitte. « conditcm «id methsd* 3Í of our produiti ÍMVond oor control W> retomtncnd that tbc prapec tive ustr determine the sui;«biiity oi our nuteriiii and suuiesttonf before «dopt in*. Uítm on s cmnnercuJ scaléSuíts ions (or uses or our prodi cts or tht ircluiion of dtstrlpbve frompattnts wd the ciUt on of ipétifit pttints in this publi a tion should aot be underrtood a rtcommendinti the u<e of luí producto in violatim oí ui> patent or u perrousion r liienn to u>t - m patents of tbe Rohm and Hms Cúmpany.It 169 70 Miren, 19?6 Mnted (n USA

AVER

AGE

LEAK

AGE

(Perc

ent

of To

ta! C

atión

)

Am berlfte IR-120 P lu s le a k a g e d a ta regeneration— 4 Ibs. HiSO« (66° Bé)/cu. ft.

Figure 3

SODIUM CONCENTRARON (Percent of Total Catión)27B-3

Figure 4Amberiite IR-120 P lus iso-capacity dataregeneration—4 Ibs. HjSO* (66° Bé)/cu. ft.

16 5

kilograms (as CaCOa)/cu ti @ zero alkaMhity (ad)ust tor othw alkalinitie*— se* figure 17)

27B-4

AVER

AGE

LEAK

AGE

(Perc

ent

of To

tal C

atión

)Am berlite IR-120 P lu s le a k ag e da ta regeneration—5 Ibs. H1SO4 (66° Bé)/cu. ft.

Figure 5

27B-5SODIUM CONCENTRARON (Percent of Total Catión)

Figure 6Amberlite IR-120 Plus iso-capacity dataregeneration— 5 Ibs. HiSO* (66° Bé)/cu. ft.

100%MAGNESIUM100%

CALCIUM

k tlo gra in s (a s C a C < > 3)/ c u ft @ ze ro a lk a lim ty (a d ju s t f o r o t h a r a Jk a lm rtie s — s e o f ig u ra 1 7 )

27B-6

Figure 7Amberlite IR-120 Plus leakage dataregeneration—6 Ibs. H1SO4 (6 6 ° Bé)/cu. ti.

27B-7SODIUM CONCENTRATION (Percent of Tota) Catión)

Figure 8Amberlite IR-120 P lus iso-capacity dataregeneration—6 Ib*. HiSO« (66° Bé)/cu. I t

kUograms (as CaCOsJ/cti. ft @ zsro alkalmity (ad|uat «or other «Ikallnlti» » «oo Bgur» 17)

AVER

AGE

LEAK

AGE

(Per

cent

of

Total

Cat

ión)

Figure 9Amberlite IR-120 Plus leakage dataregeneration—7 Ibs. H3S0« (66° Bé)/cu. f t

27B-9

Figure 10Amberlite IR-120 Plus iso-capacity dataregeneration— 7 ibs. H:SO« (66° Bé)/cu. ft.

c

fotograma (as CaCCh)/cii ft @ tero alkallmty (adjust for other alkalinrtias— aee figura 17)

27B-10

ALK

ALI

NIT

Y CORR

ECTION

FACTO

R

SODIUM

Figure 17— Amberlite IR-120 P lus capac ity co rrection for a lka lin ity

ALKALINITY CONCENTRATION (Percent of Total Amons)

PRES

SURE

DR

OP

(PSI/

FT)

F igure 18— Pressu re drop and hydrau lic expansión data

-----1 1 1 1 M - 4 4 - 4- — — - / U 5 !iM B tK L II t IH-1ZU rLU

PRESSURE DROP$ / / /

-- / Í / A/ / ’/ / / ' , /

400°f- - A k & z c /

60°F /■ % y 7 - f g70 °t ' / i I'//iv / A // < v \

>ocf / f ///

// . y

t ó . ' -■20°f —/ * / // / / //■■■-? T - / ' ' 185°— —

'/ / / T212aF

y/ i / Wy/ /

vv-: / / /: : / / ' /

V/

/ // /

f e> / 4>

I I 5 ü ]FLOW RATE (6PM/FT*)

-«4

0 20 40 60 80 100 i 20 140 160 I BTEMP. °F

200 220 240 260 280

ROHM AMO HM 8 COMPMIYPMILAOELPMlA, PENN8YLVANJA UTOS

UUD f

AMBERLITE9 IRA-402Amberlite IRA-402 a a gd-type synthetic, high capacity, porous anión exchange resm supplted as smail, insabible beoda in the dtloride form. The use of Amberlite IRA-402 ts

recommended where treatment of organic beanng waters has caused operatmg dif/iculties with standard porosity anión exchange resins and the high capacity of a gel-type resm is requwed.

1M P Q R T A W T FE A TU R E S OF- A M B E R U T E ' Í R A -4 0 ri cA*A<xrY— The porous struc-

ture of Amberlite IRA-402 permite greater removai of organic contaminante from müuent water streams re- sulting in higher éffluent quality Dunng the regenera tion cycle, these organics are more completely removed than in similar regeneration of standard porosity resins As a result, organic foulmg— the principal cause of poor anión exchange resm performance—is reduced through the use of Amberhte IRA-402 Since this resm exhtbits the high capacity charactenstics of standard porosity amon exchange resrns, such as Amberlite IRA 400, ít is no longer necessary to sacnfice capacity to ob-

tam good performance on waters of modera te organic contenth v m t u u x m « omuükaoi— Amberlite IRA-402 ís one of severa! strongly basic anión exchange resrns pro- duced by Rohm and Haas Company using divmylben- zene as the crosslinking agent Smce this is the most stable material known for this purpose, long term physi- cal stabdity is obtamed by using Amberlite IRA-402 or any of the other Amberhte anión exchange resrns staui ovia n r tn pH ranos.MSOUMU M ALL CONMOM SOiVfMTS.

S 3m siu a i m op—-The curves show the expected pressure sackwash cmaracttostici— After each operational cycledrop per foot of bed depth in normal downflow opera- Amberlite IRA-402 should be backwashed for approxi-tion at vanous temperatures as a function of flow rate mately ten minutes to re classify the resin particles

and purge the bed of any insoiuble material which may have collected on top of the resin The resm bed should be expanded a muumum of 50 percent dunng backwash

3 S ÍH Y D R A U U C C H A R A C T E R !3 T !C S '

i

34

P K Y S IC A l C H f lB A C T E R S £ T iC E - í« i^ ^ ¿ - ¿ :

mtwcal m u —Umtorm attnüon resistan!, sphencal partióles, shipped in the chloride salt form m a moist, completely swollen condition

¡ «hmnt— 43 poünds per cubic foot.

r —50 to 57 percent

i <w*T)— 16 to 50 mesh (U S Standard Screens)

mmu com a n -less than 2% through a 50 mesh U S Standard Screen

•wtumo— Máximum 22% upon complete conversión from chloride to hydroxide form

) 45 to 0 55 mm

I?—-1.75 Tnflxinynin

OPERAT ÍfoG CH A RA CTER iST ÍC

Suggested operatmg conditions for Amberlite IRA- 402 are listed below

ptt Limitation Máximum Tempera tare

(hydroxide form) (chkmde form)

Mínimum Bed Depth Backwash Flow Rate

Regenerant Concentraron

Regenerant Flow Rate Regeneration Level Rrnse Flow Rate

Rrnse Water Requirements

Service Flow Rate Exchange Capacity

None

140°F 170°F 24 inches 2 3 gal./ft-2/mm

at 70aF

4 percent NaOH 0 25-10 gal /ft.’ /min See textSame as regeneration flow rate imtially, then 15 gal /ftV m in

40-90 gal/ f t 3 2 5 gal /ft.Vmin See text

IBS OF «SIN na «¿O.

C«P«in ftfr ai ClC0,/lt> ÍES INI H¿I0, HjGOi HKOj HtP0« c«,ca<M

2 98 11J - 180 47 148 139< 120 14.fi at 198 79 181 1981 149 175 1*7 211 113 184 234

ío 173 19.6 109 217 138 198 25.212 201 m 218 220 1 » 218 270

MmmKATKMi— Amberhte IRA-402 is particularly recom­mended for use in múltiple bed or mixed bed uiiits wherever complete deionization of water supplies con- tairung organic corapounds is required More complete removal of theee orgamcs will be of special sigmficance in treatment of water used in the production of elec- tromc components and other manufacturing where ex- tremely high punty water is required In treatment of water for boiler makeup, the relative freedom of Amberhte IRA-402 from organic touling msures good performance for a longer time

pn n m n — In treatment of water supplies high in aihca and relatively low in other dissolved solids, the use of a catión exchange resm such as Amberhte IR 120, operatmg in the sodium cycle and a strongly basic amon exchange resin operatmg in the hydroxide form has been effective in providmg low silica makeup for médium pressure boilers This represen ts a considerable savmg over the use of deiomzation equipment Labora- tory studies have established that on many waters Amberhte IRA-402 exhibits higher total capacity and higher sihca capacity than standard porosity type I amor? exchange resrns in this apphcation

o t i m » A ^ t f c A T t o n s — Bie porous structure and high capacity of Amberlite IRA-402 offer advantages in re moving various acids from process streams Considera- tion should be given to employmg Amberlite IRA-402 in either the chionde or hydroxide form for non water treatment appiications mvolvmg the exchange of amons

R EG EN ERA T iO to .L EV EL A N D CAPAC ÍTVor ajfiU atM Th* Compon?» poOcv k to rtgfeter O t------ -------<U*ien*t»d tfw ivbv «r* m trkttm i tfu Company vf* n tb n d la rís t o r

The regeneration level employed will depend upon the capacity desired in the exhaustion cycle, the leak age of amons that can be tolerated dunng service and economic considerations The reíationship between the capacity of Amberhte IRA-402 and vanous acids as a function of the regeneration level ib illustrated m the table of aad removmg capacity presented below 197»

tbattld not be i oí «*y p o t a am á H u í Company

P n i M l n U S A

FIGURE 1

SIUCA CONCENTRARON (FRACTION OF TOTAL ANIONS)

AVER

AGE

SIUCA

LE

AKAG

E (pp

m ss

CaCO

i)

FIGURE 2

SILICA CONCENT RATlON (FRACTION OF TOTAL ANIONS)

FIGURE 3

8U.ICA CONCENTRATION (F-RACTtON OF TOTAL ANIONS)

AVER

AGE

SIUCA

LE

AKAG

E (pp

m as

CaCO

b)

FIGURE 4

SI LIGA CONGCNTRATION (FRACTtON OF TOTAL ANIONS)

SILIC

A LE

AKAG

E (PP

M AS

CaCO

»)

FIGURE 5

SODIUM HYDRÓXIDE 100% (POUNDS/CUBIC FOOT)

1.10

FIGURE 6

ÜOlOVd N0ISU3AN03

34A-4

CHLO

RIDE

CH

LORID

E &

SULF

ATE

Figurar

AMBERLITE IRA-402 CAPACITY CURVESConditionsREGENERANT LEVEL 4 Ibs. OF 100% NaOH/CU. FT. TEMPERATURE 75°FREGENERANT FLOW RATE 0.25 GPM/CU. FT. SERVICE FLOW RATE 2 GPM/CU. FT. ENDPOINT 0.3 ppm SíOi LEAKAGE

AMBERLITE IRA-402 CAPACITY CURVESConditionsREGENERAN! LEVEL 6 Ibs OF 100% NaOH/CU. FT. TEMPERATURE 120 FREGENERANT FLOW RATE 0 25 GPM/CU. FT. SERVICE FLOW RATE 2 GPM/CU. FT.ENO POINT 0.3 ppm SiOi LEAKAGE

Figura 12

SODIUM HYDROXIDE

Specific

Gravity Baumé

Per Cent

NaOH Normality

Grams per

Liter

Lbs. per

Cubic Foot

Lbs. per

Gallón

10095 1.4 1 02524 1010 06302 0 0842

1 0207 2 9 2 05101 20 41 1274 01704

1.0318 4.5 3 0 7814 30 95 1932 0 2583

1 0428 6.0 4 1042 41 71 2604 0 3481

1.0538 74 5 1.317 5269 3 289 04397

1.0648 8.8 6 1.597 63 89 3988 0 5332

1.0758 10 2 7 1902 7531 4701 06284

1 0869 116 8 2175 86 95 5.428 0 7256

1 0979 129 9 2470 98 81 6168 0 8246

1.1089 14 2 10 3772 1109 6923 0 9254

1.1309 168 12 3392 1357 8472 1133

11530 19.2 14 4 034 ■1614 10 08 1347

1.1751 21.6 16 4.699 188 0 1174 1.569

1.1972 23 9 18 5 387 2155 13 45 1798

1.2191 261 20 6094 243 8 1522 2035

1.2411 28.2 22 6824 273 0 17 05 2.279

1 2629 302 24 7.577 303.1 18 92 2 529

1.2848 321 26 8349 334 0 2085 2 788

1.3064 340 28 9145 365 8 22 84 3053

1 3279 358 30 9 96 398 4 2487 3 324

1.3490 37 5 32 10 79 4317 26 95 3602

1.3696 39.1 34 1164 465 7 2907 3 886

1.3900 407 36 12 51 5004 31.24 4.176

14101 422 38 13 39 5358 ‘33 45 4 472

1.4300 436 40 14.30 5720 35 71 4 773

1 4494 450 42 15 22 608 7 38 00 5 080

1.4685 463 44 1615 646 1 40 34 5.392

1.4873 475 46 17 10 684 2 42 71 5709

1 5065 488 48 1808 723 1 4514 6035

1.5253 49.9 50 19 07 762.7 47 61 6364

10

SULFURIC ACID (AQUEOUS SULFURIC ACID SOLUTIONS)

SpecifícGravity Baumé

Per Cent H 2SO4 Normality

Gratns per Liter

Lbs per Cubic Foot

Lbs per Gallón

1 0051 07 1 0 2051 1005 0 6275 0 0839

10118 17 2 04127 20 24 1263 01689

10184 26 3 6234 30 55 1907 02550

1 0250 35 4 8360 4100 2.560 03422

10317 45 5 1053 5159 3 220 04305

1 0385 54 6 1271 6231 3890 0 5200

1 0453 63 7 1493 7317 4 568 0 6106

1 0522 72 8 1717 8418 5 255 0 7025

1 0591 81 9 1945 95 32 5 950 07955

1 0661 90 10 2174 1066 6 655 08897

1 0731 9.9 11 2 408 1180 7 369 0 9851

1 0802 10 8 12 2.643 1296 8 092 1082

1 0874 117 13 2 885 1414 8 825 1180

1 0947 12 5 14 3126 153 3 9 567 1279

11020 134 15 3 373 165 3 1032 1379

11094 143 16 3619 1775 1108 1481

11168 152 17 3 884 1899 11 85 1 584

11243 160 18 4127 202 4 12 63 1689

11318 16 9 19 4 387 2150 1342 1795

11394 177 20 4 647 227 9 1423 1902

11471 18 6 21 4916 240 9 15 04 2 010

11548 19 4 22 5181 254 1 15 86 2120

11626 20 3 23 5 457 267 4 16 69 2 231

11704 211 24 5 728 280 9 17 54 2 344

11783 219 25 6.012 294 6 18 39 2 458

11862 22 8 26 6 289 308 4 19.25 2 574

11942 236 27 6 579 322.4 2013 2691

1 2023 24 4 28 6 864 336 6 2102 2 809

12104 25.2 29 7163 3510 2191 2 929

1 2185 26 0 30 7 455 365 6 22 82 3051

1 2267 268 31 7 761 380 3 23 74 3173

1 2349 „ 27 6 32 8 059 3952 24 67 3 298

1 2432 28 4 33 8 313 4103 25 61 3 424

12515 291 34 8 676 425 5 26 56 3 551

1 2599 29 9 • 35 900 4410 27 53 3 680

1 2684 307 36 9.311 4566 28 51 3 811

1 2769 314 37 9 643 472 5 29.49 3 943

1 2855 32 2 38 9 961 488 5 30 49 4 077

1 2941 33 0 39 10.30 504 7 31.51 4212

1 3028 33 7 40 10.63 5211 32 53 4 349

13116 34 5 41 1098 5378 33.57 4488

1 3205 352 42 1131 5546 34 62 4 628

1 3294 359 43 1166 5716 35.69 4 770

1 3384 36 7 44 12 01 588 9 36 76 4 914

1 3476 37 4 45 12 38 6064 37 86 5 061

1 3569 381 46 1273 624 2 38 97 5 209

1 3663 38 9 47 1311 642 2 40 09 5359

1 3758 39 6 48 13 47 660 4 4123 5 511

1 3854 403 49 13 85 678 8 42 38 5 665

1 3951 411 50 14 22 697 6 43 55 5821

11

SULFURIC ACID (AQUEOUS SULFURIC ACID SOLUTIONS) (CONTINUED)

SpecifícGravity Baumé

Per Cent HjSO< Normality

Grams per . Uter

Lbs per Cubic Foot

Lbs. per Gallón

1 4049 418 51 14 62 7165 44 73 5 97914148 42 5 52 1500 735 7 45.93 61401 4248 432 53 1541 755.1 47 14 6 3021 4350 440 54 1580 7749 4837 6 4671 4453 447 55 1622 794 9 49 62 6 6341 4557 45 4 56 16 62 8152 50.89 68031 4662 461 57 17 05 835 7 5217 69741 4768 468 58 17 46 856.5 5347 71481 4875 47 5 59 17.91 877 6 5479 7 3241 4983 48.2 60 1833 899 0 56 12 7 5021 5091 48 9 61 1879 920 6 57 47 7 6821 5200 49 6 62 1922 942 4 58 83 7 86515310 50 3 63 1968 964 5 60 21 8 0491 5421 510 64 20.12 986 9 61 61 82361 5533 51.7 65 20 61 1010 63 03 8 4261 5646 52 3 66 2106 1033 64 46 86181 5760 53.0 67 21.55 1056 65 92 88121 5874 537 68 22 00 1079 67 39 9 0081 5989 54 3 69 22 51 1103 68 87 9 20716105 55 0 70 22 98 1127 70 38 94081 6221 556 71 23 51 1152 7190 9 6111 6338 56 3 72 23 98 1176 73 44 9 8171 6456 56 9 73 24 51 1201 74 99 10 021 6574 575 74 25 00 1226 76 57 10.241 6692 581 75 25 55 . 1252 78 15 104516810 58 7 76 26 06 1278 79 75 10 661 6927 59 3 77 26 59 1303 81.37 10 881.7043 59.9 78 2710 1329 82 99 11 0917158 60.5 79 27 65 1355 84 62 11311 7272 611 80 2818 1382 86 26 11531 7383 ' 616 81 28 73 . 1408 87 90 11 751.7491 621 82 29 24 1434 89 54 11971.7594 62.6 83 29 79 1460 91 16 121917693 63 0 84 30 30 1486 92 78 12 401 7786 63 5 85 30 85 1512 94 38 126217872 639 86 3134 1537 95 95 ■ 12831 7951 64.2 87 3187 1562 97 49 13 031.8022 64 5 88 32 34 1586 99 01 13.231 8087 64.8 89 3285 1610 100 5 13 431.8144 651 90 33 30 1633 101.9 13 6318195 653 91 33 79 1656 103 4 13 821 8240 65 5 92 34 22 1678 1048 14.001 8279 65 7 93 34 64 1700 106.1 14 1918312 65 8 94 35 09 1721 107 5 14 361 8337 659 95 35 55 1742 108 7 145418355 660 96 3593 1762 1100 14701 8364 66 0 97 36.34 1781 111 2 14 871 8361 66 0 98 36 68 1799 112 3 15 021 8342 65 9 99 37 36 1816 113 4 15151 8305 65 8 100 37 34 1831 114 3 15 28

12

IX.- LISTA DE REFEREN-IAS

Tratamiento de agua para la Industria y otros usos

fjo rd e ll, EskelOláxico, Cía. E d it . Continental S.A.

Datos de Ingeniería para resinas de intercambio ió

nico.Rohm and Haas ;o.Philadelphia, Pennsylvania 19105

Desmíneralization by Ion ExchangeAcademic Press9y Saiuel B. ApplebaumDreui Principies of Industrial Treataenr