Ablandamiento de Agua (Operacion Unitaria)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ing. Industrial y de Sistemas

FISICOQUÍMICA TP - 213U

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS S ISTEMAS

Fisicoquímica y Operaciones Unitarias GRUPO N°7

Ablandamiento de agua 1. Objetivos Conocer la operación unitaria de ablandamiento de agua a partir de las características específicas del equipo ubicado en el laboratorio N°23 de la facultad de Ingeniería Química.

2. Fundamento teórico

Agua empleada en calderas El tratamiento del agua de una caldera de vapor o agua caliente es fundamental para asegurar una larga vida útil libre de problemas operacionales, reparaciones de importancia y accidentes, evitando problemas de corrosión e incrustaciones, asegurando la calidad del agua de alimentación y del agua contenida en la caldera. El aseguramiento de la calidad del agua de alimentación y agua de la caldera se consigue cumpliendo con los requerimientos de las normas, que definen los límites recomendados para los parámetros involucrados en el tratamiento del agua. A continuación pueden verse valores aproximados para las variables más importantes que hay que controlar en el agua de la caldera:  

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Concentración de oxigeno en el agua de alimentación limitada a 0.005cc por litro. Dureza del agua de alimentación entre 0 y 2 ppm. (para reducir la deposición de lodos en la caldera). El pH del agua de alimentación debe mantenerse entre 8 y 9, y el agua de la caldera deberá tener un pH entre 10.5 y 11.0.



Para asegurar la alimentación del agua con una dureza entre el rango permitido, se realiza un previo ablandamiento.

Agua dura Cuando un agua es referida como agua “dura” esto simplemente significa, que contiene

más minerales que un agua normal, especialmente minerales de calcio y magnesio. El grado de dureza de un agua aumenta, cuanto más calcio y magnesio hay disuelto. Magnesio y calcio son iones positivamente cargados. Debido a su presencia, otros iones cargados positivamente se disolverán menos fácil en el agua dura que en el agua que no contiene calcio y magnesio. Ésta es la causa de hecho de que el jabón realmente no se disuelva en agua dura. En muchos procesos industriales, tales como la preparación de agua potable, en cervecerías y en sodas, pero también para el agua de refrigeración y de alimentación de la caldera la dureza del agua es muy importante.

Zeolitas Las zeolitas naturales son un medio filtrante nuevo y muy bueno disponible para la filtración del agua. Ofrece un funcionamiento superior a los filtros de arena y carbón, con una calidad más pura y mayores tasas de rendimiento sin necesidad de altos requisitos de mantenimiento. Tiene muchas ventajas sobre la arena y puede ser directamente remplazado por la arena en un filtro normal de arena. Existen tres usos de zeolitas en industria: catálisis, separación de gas e intercambiador de iones. 

Catálisis:

Zeolitas son extremadamente útiles como catalizadores para muchas reacciones importantes con moléculas orgánicas. Las más importantes son craqueo, isomerización y síntesis de hidrocarbonos. Las zeolitas pueden promover una seria de reacciones catalíticas incluyendo acido-base y reacciones de metal inducido. Las zeolitas también pueden ser catalizadores de ácidos y pueden usarse como soporte para metales activos o reactivos. Las zeolitas pueden ser catalizadores selectivos en cuanto a la forma, tanto por la selectividad del estado de transición o por exclusión de reactivos competidores en base al diámetro de la molécula. También se han utilizado como catalizadores de oxidación. Las reacciones tienen lugar dentro de los poros de la zeolita, que permite un mayor grado de control del producto. La principal aplicación industrial son: refinamiento del petróleo, producción de fuel e industria petroquímica. Las zeolitas sintéticas son los catalizadores más importantes en las refinerías petroquímicas.

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Absorción:



Las zeolitas se usan para la absorción de una gran variedad de materiales. Esto incluye aplicaciones en secado, purificación y separación. Pueden remover agua a presiones parciales muy bajas y son unos desinfectantes muy efectivos, con capacidad de más de un 25% en peso con agua. Pueden extraer químicos orgánicos volátiles de las corrientes de aire, separar isómeros y mezclar gases, y así cambiando el tamaño y el número de cationes alrededor de los poros. Otras aplicaciones que pueden tener lugar dentro del poro incluye la polimerización de materiales semiconductores y polímetros conductores para producir materiales con propiedades físicas y eléctricas extraordinarias. Una propiedad de las zeolitas es su capacidad para la separación de gases. La estructura porosa de las zeolitas puede utilizarse como "tamiz" para moléculas con un cierto tamaño permitiendo su entrada en los poros. Esta propiedad puede cambiarse variando la estructura.

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Intercambio de iones:

Cationes hidratados dentro de los poros de la zeolita están unidos débilmente y preparados para intercambiarse con otros cationes cuando se encuentran en un medio acuoso. Esta propiedad permite su aplicación como ablandadores de agua, y el uso de zeolitas en detergentes y jabones. Los mayores volúmenes de uso de zeolitas son en la formulación de detergentes donde se remplazan fosfatos como agentes ablandadores del agua. Esto se realiza mediante el intercambio de sodio en la zeolita por Calcio y Magnesio presente en el agua. Es incluso posible remover iones reactivos del agua contaminada.

Intercambio iónico Es una operación unitaria física regida por transferencia de materia que consiste en la sustitución de uno o varios iones de una disolución por otros que inicialmente forman parte de la llamada resina de intercambio iónico. En toda operación que hay intercambio iónico hay reacción química, una reacción química lo suficientemente rápida que lo que rige la velocidad del proceso es la diferencia de concentraciones entre los componentes (difusión). Las resinas son neutras y formadas por iones; al ponerse en contacto con el fluido se produce un intercambio iónico que produce dos tipos de resinas: 

Resinas catiónicas: el anión es fijo e intercambian el catión.

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Resinas aniónicas: el catión es fijo e intercambian el anión.



Se emplean en el tratamiento de aguas: para ablandar el agua se sustituyen Mg ²+, Ca ²+. La resina en este caso debe ser catiónica con catión Na + que es más soluble que los otros dos lo que facilita su eliminación. Para regenerar la resina empleamos cloruro sódico y lo hacemos pasar por la disolución. También se emplea en la des ionización o desmineralización de aguas: se colocan 2 columnas (catiónica y aniónica) consecutivas. La catiónica hará el intercambio con protones, la aniónica lo hará con los aniones dando OH-. La resina catiónica se regenera con HCl y la aniónica se regenera con NaOH. Al final se añade un tampón para que el agua sea neutra.

Ablandamiento del agua Cuando el agua contiene una cantidad significante de calcio y magnesio, es llamada agua dura. El agua dura es conocida por taponar las tuberías y complicar la disolución de detergentes en agua. El ablandamiento del agua es una técnica que sirve para eliminar los iones que hacen a un agua ser dura, en la mayoría de los casos iones de calcio y magnesio. En algunos casos iones de hierro también causan dureza del agua. Iones de hierro pueden también ser eliminados durante el proceso de ablandamiento. El mejor camino para ablandar un agua es usar una unidad de ablandamiento de aguas y conectarla directamente con el suministro de agua.

Ablandador de agua Un ablandador de agua es una unidad que se utiliza para ablandar el agua, eliminando los minerales que hacen a dicha agua ser dura.


3. Descripción de la operación unitaria

3.1. Partes del equipo a) TANQUE

GRÁFICA




El tanque es un recipiente que cumple la función de mezclar sal con agua y proveer de salmuera al equipo des mineralizador en el proceso de REGENERACIÓN.

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CANTIDAD DE SAL REQUERIDA EN LA OPERACIÓN: 50Kg.(1 saco) TIEMPO DE MEZCLADO: aproximadamente 5 horas.

b) EQUIPO ABLANDADOR

Recipiente de forma cilíndrica que contiene resina anionica y cationica. Cumple la función de eliminar los siguientes cationes presentes en el agua: Magnesio, calcio, sodio; y los siguientes aniones presentes: Carbonato, bicarbonato, sulfato, nitratos, cloruros. El ablandador cationico trabaja bajo las siguientes especificaciones: -

Temperatura de trabajo: temperatura del agua dura ingresada Presión de trabajo: aprox. 10 lbs/sq.inch Capacidad máxima que puede ingresar de resina en el ablandador: 5m 3 Capacidad con la que actualmente se trabaja : 3m 3

A continuación se presenta una gráfica representativa de la distribución interna de un ablandador de agua (previamente se consultó con el Sr. Victor Alfredo Rojas- técnico encargado del laboratorio N°23- brindándonos su aprobación)

DISTRIBUCION INTERNA DE UN ABLANDADOR

Ablandamiento de Agua (Operacion Unitaria)

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