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Publicación sobre tecnologías para tratamiento de agua y soluciones de proceso | Edición.03

Conozca el proceso de desmineralización del agua con resinas aniónicas


El tema de esta edic para la desmineraliza

En nuevo formato, la en las p谩ginas siguie para la instalaci贸n de


ción de e-Flow es resina aniónica, perlas de polímero ación de agua y soluciones de procesos industriales.

a publicación de Dow Water & Process Solutions aborda entes los tipos y criterios que deben ser considerados e resinas en los sistemas de tratamiento.


ÍNDICE

Criterios para selección de resinas aniónicas

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09 PIE DE IMPRENTA e-Flow es una publicación digital de Dow Water Process Solutions, una unidad de negocios de The Dow Chemical Company en tecnologías para soluciones de tratamiento de aguas y procesos. Av. das Nações Unidas, 14.171 4o andar - São Paulo/SP - Brasil CEP 04794-000 Tel.: +55 11 5188-9614 www.dowwaterandprocess.com Mayo/2011

Orgullo de apoyar el Año Internacional de la Química

Conozca la clasificación de las pequeñas esferas sintéticas queliberan diferentes iones cuando aplicadas en el agua de procesos industriales.

Resinas aniónicas fuertes Se clasifican en dos tipos, uno de los cuales se obtiene por la reacción de dimetiletanolamina.


Resinas aniónicas débiles

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Copolímero obtenido por reacción con la amina o clorometil amoníaco, esta clase de resina opera por el proceso de absorción. Entienda el comportamiento de sus componentes y sustancias eliminadas durante el tratamiento del agua.

Aspectos para instalación de resinas

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Temperatura, oxidación y nivel de orgánico del agua deben ser considerados cuando resinas aniónicas son instaladas en los sistemas de tratamiento.

®™

Marca registrada de The Dow Chemical Company o empresa subsidiaria


Tipos de resinas ani贸nicas

Criterios de selecci贸n de resinas ani贸nicas


Las resinas aniónicas desempeñan un papel muy importante en el proceso de desmineralización. Ellas son usadas cuando la calidad del agua a ser producida es tal, que remover la conductividad mediante el ablandamiento con resinas catiónicas no es suficiente. Para la instalación de una unidad aniónica con resinas Dowex™, Amberjet™ o Amberlite™ es necesario considerar los siguientes aspectos: • Composición del agua de alimentación; • Calidad requerida del agua tratada; • Condiciones potenciales de oxidación; • Nivel de orgánicos en el agua; • Temperatura del agua. Antes de revisar cada uno de estos puntos, vamos a estudiar las diferentes clases de resinas aniónicas y sus características básicas. Las resinas aniónicas pueden ser fuertes o débiles. Las resinas aniónicas fuertes Dowex™, Amberjet™ o Amberlite™ poseen matriz polimérica de poliestireno divinil benceno. Ellas son obtenidas por medio de la clorometilación de la matriz polimérica y posterior tratamiento con una amina reactiva de acuerdo con la funcionalidad deseada.

Esferas de resinas aniónicas

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Resinas ani贸nicas fuertes

Resinas ani贸nicas fuertes


Son aminas cuaternarias con la siguiente estructura: R – N + - (X)3

Existen resinas aniónicas fuertes del Tipo I y del Tipo II. Las resinas aniónicas fuertes Dowex™, Amberjet™ o Amberlite™ Tipo I poseen la siguiente estructura:

Donde: R = Matriz de Polímero Poliestireno divinilbenceno

TIPO I

X = Grupo Alifático

Por ser bases fuertes tienen gran afinidad con ácidos débiles tales como aquellos derivados del sílice (ácido silícico, por ejemplo) y el CO2 (ácido carbónico). Cuando un anión fuerte es degradado, éste pasa para amina terciaria o secundaria perdiendo su basicidad fuerte y su capacidad de remoción de ácidos débiles, ver Figura 1. RESINA ANIÓNICA FUERTE Figura 1. Comportamiento de una Resina Aniónica Fuerte (SBA)

Aniones

H+ Na+

ClSO4= NO3CO2 HCO3HSiO3-

TIPO II

RESINA

Remueve

Cationes

Aniones

H+ Na+

OH-

Cuándo utilizarlas: • Son indispensables cuando es necesario obtener niveles bajos de sílice • Remueven ácidos débiles y fuertes

OHR- N - (CH3)2 +

ClSO4= NO3CO2 HCO3HSiO3-

Agua de Salida (desmineralizada)

?

El grupo funcional fijo es una amina cuaternaria que le da basicidad fuerte y, por lo tanto, gran capacidad de remoción de ácidos débiles tipo silícico y carbónico. Dentro de esta clasificación están las resinas: Dowex™ SBR-P, Amberlite™ IRA-402, Dowex™ Marathon™ A, Amberjet™ 4200 , Dowex™ Monosphere™ 550A, Dowex™ 11 , etc. Las resinas aniónicas fuertes Dowex™, Amberjet™ o Amberlite™ Tipo II poseen la siguiente estructura:

Agua de Alimentación Descationizada Cationes

OHR- N - (CH3)3 +

CH2 - CH2 - OH Son obtenidas por reacción de dimetiletanolamina con el polímero clorometilado. El grupo funcional fijo es una amina cuaternaria con menor basicidad que en las resinas tipo I. Las resinas tipo II poseen menor estabilidad térmica y química que las resinas tipo I. Las resinas aniónicas tipo II permiten obtener mayor eficacia durante la regeneración.

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Resinas ani贸nicas d茅biles

Resinas ani贸nicas d茅biles

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Son obtenidas por reacción del copolímero clorometilado con una amina primaria, secundaria o amoníaco. Las resinas débiles Dowex™, Amberjet™ o Amberlite™ poseen la siguiente estructura: R- N - (CH3)2 Aniónica Débil Amina Terciaria

RESINA ANIÓNICA DÉBIL Figura 2. Comportamiento de una Resina Aniónica Débil

Agua de Alimentación Cationes

Aniones

H+ Na+

CISO4= NO3CO2 HCO3HSIO3-

Estas resinas poseen gran capacidad de absorber ácidos. Es importante observar qué grupo funcional no posee carga, por lo tanto, opera un proceso de absorción y no de intercambio. Debido a su baja basicidad, estas resinas no remueven ácidos débiles tipo ácido silícico o carbónico, pero son muy eficaces absorbiendo ácidos minerales tipo HCl, H2SO4 y HNO3. La regeneración de este tipo de resina no es gobernada por la ley de acción de masas que es aplicada a las reacciones de intercambio iónico, por lo tanto es posible utilizar bajas concentraciones de regeneradores.

Dentro de esta clasificación están las resinas Dowex™ WBA y Amberlite™ IRA 96. Si las resinas aniónicas fueran clasificadas de acuerdo con su eficacia durante el proceso de regeneración, se verificaría que las resinas aniónicas débiles ocupan el primer lugar en eficacia y que las aniónicas fuertes Tipo I macro porosas son las que presentan la menor eficacia.

RESINA

Remueve

CISO4= NO3-

Agua de Salida (desmineralizada) Cationes

Aniones

H Na+

HCO3HSIO3-

+

?

CUÁNDO UTILIZARLAS: • Recomendables cuando el nivel de cloruros, sulfatos y nitratos es alto • No remueve ácidos débiles, sílice ni carbonatos

EFICIENCIA EN LA REGENERACIÓN MAYOR

MENOR

ANIÓNICAS DÉBILES ANIÓNICAS FUERTES • Tipo II Gel • Tipo II Macro porosa • Tipo I Gel poroso • Tipo I Gel • Tipo I Macro porosa

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Resinas ani贸nicas

Aspectos para instalaci贸n de las resinas


Los siguientes aspectos deben ser considerados en la instalación de resinas aniónicas: • Composición del agua de alimentación De acuerdo con la composición del agua de alimentación, las resinas aniónicas fuertes Tipo I son usadas cuando: 1. El nivel de ácidos débiles (HSiO3- y HCO3-) es mayor que 25%. 2. Existe la presencia de agentes oxidantes fuertes (CI2 peróxidos y HNO3) que no pueden ser removidos previamente. NOTA: De cualquier manera, acortaría la vida útil de las resinas. Por otro lado, resinas aniónicas fuertes tipo II son usadas cuando el nivel de acidez mineral es alto(CI-, SO4= y NO3-). Las resinas aniónicas débiles son utilizadas cuando hay una carga alta de acidez mineral y alta eficacia en la regeneración es deseada. Pueden ser usadas en lecho estratificado con una resina aniónica fuerte, con la finalidad de que esta última remueva los ácidos débiles (Sílice) que no remueve la resina aniónica débil. • Calidad requerida del agua tratada Si fuera necesario obtener agua desmineralizada con bajo nivel de sílice, es indispensable utilizar anión fuerte. • Condiciones potenciales de oxidación Si hubiera en el agua de alimentación oxidantes fuertes tipo peróxidos, Cl2 o HNO3, es recomendable utilizar una resina aniónica fuerte tipo I, preferentemente macro porosa.

13


Resinas aniónicas

• Nivel de orgánicos en el agua. Si el contenido de orgánicos, taninos y ácidos húmicos y fúlvicos fuera alto, es recomendable utilizar un anión fuerte tipo I gel poroso (Dowex™ 11, con base en estireno divinilbenceno) o una macro porosa acrílica (Amberlite™IRA958 Cl, con base en ácido acrílico). Estos tipos de resinas remueven eficazmente los orgánicos presentes en el agua de alimentación y permiten su eliminación posterior en la regeneración o durante procesos de limpieza con salmuera alcalina. Es importante considerar que el hecho de realizar las limpiezas a altas temperaturas (50 - 60°C) contribuye para conseguir una buena remoción de orgánicos y de sílice incrustado. Mientras tanto, algunas resinas acrílicas no permiten temperaturas altas de trabajo durante los procesos de limpieza y, por lo tanto, no es posible limpiarlas tan eficazmente. • Temperatura del agua Si la temperatura del agua de alimentación fuera alta (>30°C) no es recomendable usar resinas aniónicas fuertes tipo II. Las resinas tipo II se degradan rápidamente por encima de los 30°C, permitiendo el pasaje del sílice. La lista a continuación contiene las propiedades que deben ser revisadas al seleccionar una resina aniónica.

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1. Capacidad de la resina, tanto la capacidad total como la capacidad de rompimiento de sales. La capacidad de rompimiento de sales define la habilidad que la resina posee para remover ácidos débiles como sílice y CO2. 2. Características de elución de la resina para los principales iones en el agua de alimentación. 3. Resistencia a condiciones potenciales de oxidación. Las resinas Tipo II son menos estables que las del Tipo I. 4. Resistencia al taponamiento por orgánicos. Para niveles altos use Dowex™ 11. 5. Resistencia al rompimiento por choque osmótico. 6. Resistencia al desgaste físico. 7. Estabilidad térmica. Las resinas tipo II se degradan por encima de los 30°C. 8. Eficacia en la regeneración. Las resinas débiles se regeneran más eficientemente que las resinas fuertes.

En la Tabla 3 constan las principales propiedades de las resinas aniónicas Dowex™, Amberjet™o Amberlite™. Las propiedades mostradas son valores típicos obtenidos mediante pruebas y no deben ser consideradas como especificaciones. Entonces, en la selección del tipo de resina aniónica que será utilizada, las condiciones y necesidades específicas deben ser consideradas, además del costo de la resina. De esta manera, será alcanzado el objetivo final que es obtener una calidad de agua tratada de acuerdo con su necesidad, con el menor costo operativo. Nuestro equipo técnico irá a asesorarlo en la selección de la resina aniónica, de acuerdo con sus necesidades específicas.

Tabela 3: Propiedades Típicas de resinas aniónicas Dowex™, Amberjet™ o Amberlite™ Base Débil Propiedad

Gel IRA96

Remoción de SiO2 No Remueve (orden de preferencia) Capacidad Total, min. eq/litro

Base Fuerte

Macro porosa

Tipo II

Tipo II Macroporosa

Tipo I Gel

Tipo I Porosa

Tipo I Macroporosa

WBA

Marathon A2

Dowex 22

Amberjet 4200

Dowex 11

MSA-1

Remoción Pobre

2

2

1

1

1

1,25

1,3

1,2

1,2

1,3

1,3

1,0

Capacidad de Elución de CI- a 5 lb NaOH –kg/pie³

25

20

22

20

12

14

9.6

Capacidad de Elución de HCO3 a 5 lb NaOH –kg/pie³

---

---

2.0

18

21

22.5

19.0

Resistencia a Orgánicos (orden de preferencia)

2

2

5

2

4

1

2

Resistencia al choque Osmótico (orden de preferencia)

3

1

3

1

3

2

1

Resistencia al desgaste físico (orden de preferencia)

3

2

1

2

1

1

2

60°C

60°C

30°C

30°C

60°C

60°C

60°C

1

1

4

4

1

2

3

Estabilidad Térmica (orden de preferencia) Resistencia a la Oxidación (orden de preferencia)

Orden de preferencia: 1= óptimo 2= muy bueno 3 =bueno 4 = regular 5 = malo

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“Esponjas químicas” para remoción efectiva de contaminantes en el agua y soluciones de proceso.

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