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Calculadora 2 Intercambio iónico

Esta calculadora se basa en cálculos teóricos y explica como usar coeficientes de selectividad, factores de separación, así como determinar el máximo volumen de agua que puede ser tratado con resinas de intercambio iónico.
La calculadora también muestra cálculos orientativos para dimensionar una instalación de intercambio iónico.

AVISO: cálculos teóricos basados en formulaciones teóricas.
NO son resultados aplicables a plantas reales de tratamiento mediante intercambio iónico.

Puede encontrar un ejemplo debajo de la tabla calculadora explicando como usar la misma.

Tabla 1: Introduzca los datos para concentraciones anionicas
Aniones MW g/mol Concentración unidad Conversión unidad
NO3- 62.00
NO2- 46.01
Cl- 35.45
SO42- 96.06
HCO3- 61.02
F- 19.00
TOTAL eq/L

Tabla 2: Introduzca los datos para concentraciones cationicas
Cationes MW g/mol Concentración unidad Conversión unidad
Na+ 22.99
K+ 39.10
Ca2+ 40.08
Mg2+ 24.31
NH4+ 18.04
Mn2+ 54.94
TOTAL eq/L

Tabla 3: Introduzca los datos para dimensionar orientativamente una instalación de intercambio iónico
Eliminación de aniones Eliminación de cationes
Capacidad de intercambio
Densidad resina
Caudal de servicio
Tiempo entre 2 regeneraciones (1 ciclo)
Iones en agua (1 ciclo) eq/ciclo
Volumen resina requerido (teórico) L/ciclo
Masa resina kg/ciclo
Superficie Total requerida m2
Diámetro de Columna m

Tabla 4: Datos de composición del equilibrio y distribuición percentual para sitios ocupados en la resina
Aniones
(eq/L)
Lwater/Lresin
NO3-
NO2-
Cl-
SO42-
HCO3-
F-
total
Cationes
(eq/L)
Lwater/Lresin
Na+
K+
Ca2+
Mg2+
NH4+
Mn2+
total

Si lo desea puede enviar los datos de la calculadora a Lenntech para determinar cuál es la resina recomendada para su caso.
Le rogamos que rellene los datos en la siguiente tabla "Información de contacto".
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Ilustración de las ecuaciones usadas por la calculadora

Los siguientes puntos son tratados en el ejemplo:

  • Determinar el factor de separación para un ión con respecto de los otros iones en el agua.
  • Determinar la composición del equilibrio de la resina, cuantificando la capacidad de intercambio usada por los diferentes iones.
  • Determinar la máxima cantidad tratable de agua por litro de resina.
  • Determinar la distribución percentual de los sitios ocupados en la resina por los diferentes iones.

Usemos la siguiente composición de agua como ejemplo

Tabla 5: Composición del agua usada en este ejemplo

Anion Concentracion en meq/L
Cl- 1
SO42- 2
NO3- 1.8

Queremos eliminar aniones del agua por lo tanto debemos usar resina anionica. La resina tiene una capacidad estandard de intercambio de 1.4 eq/L y una densidad de 0.7 kg/L.

En la bibliografía1 puede encontrar los siguientes valores para coeficientes de selectividad y factores de separación ( Tabla 6).

Tabla 6: Coeficientes de selectividad y factores de separación para una resina base anionica fuerte.

Anión
Factor de selectividad
Factor de separación
Cl- 1.0 1
NO3- 4 3.2
SO42- 0.15 9.1

Explicación sobre el coeficiente de selectividad y factor de separación:

Coeficiente de selectividad para anión i intercambiando con Cl- en la resina
Factor de separación para anión i intercambiando con Cl- en la resina

La resina tiene diferentes preferencias para los iones presentes en el agua. Así, en el equilibrio los iones no ocupan la misma cantidad de resina.
La resina posee mayor preferencia sobre iones con alta valencia.
La relación (1) puede ser escrita en referencia a la selectividad de la resina para los diferentes iones en nuestro ejemplo de agua:

(1)

Los diferentes factores de separación para un ión con respecto al otro son calculados con la siguiente formula (2):

(2)

Factor de separación para el contra-ión i con respecto al ión k
Factor de separación para el contra-ión i con respecto al ión j
Factor de separación para el contra-ión j con respecto al ión k

Cálculo del factor de separación para nitrato NO3- con respecto a los otros 2 iones usando la fórmula (2)

Ejemplo usado para calcular:

Así, añadiendo los parametros escritos en la formula (2) los siguientes factores de separación pueden ser calculados para nitrato con respecto a los otros 2 iones:



Los factores de separación calculados para SO42- con respecto de los otros 2 iones son:

Con estos factores de separación calculados más arriba se puede determinar la capacidad del equilibrio de la resina para los diferentes iones.

eq/L

eq/L

eq/L

Para verificar si el resultado es coherente se pueden sumar las capacidades del equilibrio usadas por los diferentes iones para ver si son iguales a la capacidad total de intercambio de la resina, que es 1.4 eq/L.

eq/L

Así, se demuestra que la suma de las capacidades del equilibrio ocupadas por los diferentes iones es igual a la capacidad total de intercambio de la resina.

Cálculo del volumen máximo de agua que puede ser tratado por litro de resina antes de la saturación:

Lwater/Lresin

Lwater/Lresin

Lwater/Lresin

Como se puede comprobar en base a los cálculos de Vmax la saturación ocurre primero para el cloro cuando una cantidad de 60 L de agua han sido tratados. Si no se desea cloro en el agua se debe parar el sistema de intercambio iónico o si se posee un sistema duplex se puede desviar a la otra columna presente y regenerar la columna que está saturada con los iones absorbidos. Si la presencia de iones de cloro en el agua no tienen presencia relevante se pueden tratar 178 L de agua por litro de resina antes de que ocurra la saturación debido a los nitratos.

Cálculo del percentil de repartición de los sitios ocupados en las resinas:



Ahora calculemos el percentil de distribución para las diferentes concentraciones de iones en nuestro agua de ejemplo (Tabla 5)

Como se puede comprobar el percentil de distribuición para las concentraciones no es el mismo que el percentil de distribución para los sitios ocupados en la resina en el equilibrio. Esto es debido al hecho de que la resina es más selectiva para ciertos iones. Los resultados para el cálculo arriba indicado está resumidos en la siguiente tabla 7.

Anion
20,8 % 4,3 %
41,7 % 72,9 %
37,5 % 22,8 %

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