Permuta Iónica

Permuta Iónica

Módulo 1- Transferência de Massa

Bruna Martins Nº1 Inês Teixeira Nº3 Isabela Marques Nº4

Índice

Introdução

Transferência de Massa

Permuta Iónica

Trocas de iões

Resinas Iónicas

Ciclo da Permuta Iónica

Filtros usados na produção

Conclusão

Webgrafia

Bruna

Introdução

Neste trabalho vamos falar sobre a permuta iónica , onde iremos falar sobre o conceito geral, as resinas, as unidades de produção e as aplicações da permuta iónica . A metodologia ultilizada foi a pesquisa bibliográfica, enriquecida com algumas imagens.

Isabela

Transferência de massa

A transferência de massa é o processo de transporte onde existe a migração de uma ou mais espécies químicas em um dado meio, podendo ser sólido, líquido ou gasoso. O transporte das espécies químicas pode ser feito por dois mecanismos: difusão e/ou convecção.

Inês

Transferência de massa

Difusão O processo de difusão se caracteriza pelo transporte de matéria de uma região de maior concentração, para outra região de menor concentração, tendo como resultados o movimento das moléculas de forma aleatória. Esse movimento é gerado por gradientes de concentrações

Inês

Transferência de massa

Convecção O mecanismo de transferência de massa através de um fluido em movimento é designado por convecção sendo esta natural (se o movimento for provocado por diferenças de densidades) ou forçada (se o movimento for provocado por acção de agentes externos, como uma ventoinha, bomba centrifuga, ou outros).

Isabela

O que é?

É um processo de separação baseado na velocidade de transferência de massa e implica o contacto físico entre duas fases (sólida-líquido) entre os quais os constituintes se distribuem indiferentemente.A permuta iónica consiste numa troca estequiométrica de catiões ou aniões duma fase líquida, por catiões ou aniões de uma resina permutadora de iões. Ex: Ca2+ Mg2+ SO4 2- NO3-

Bruna & Inês

Resinas Iónicas

Temos dois tipos de resinas:

• Resinas Aniónicas
• Resinas Catiónicas

As dimensões das esferas variam de 0,2 mm a 1 mm.

Bruna

Características

• As resinas são ocas;
• A Troca Iónica é feita no núcleo
• A superfície externa é porosa

Bruna

Trocas de Iões

A Troca de Iões faz-se por adsorção (física) que é um fenómeno superficial, em que os iões da fase fluída são reversivelmente retidos na superfície de um sólido, formando uma camada ou multicamadas de iões.Como é uma adsorção é importante que os adsorventes têm uma grande superfície externa e interna associado á sua estrutura porosa. A capacidade da adsorção varia, por causa do tipo e tamanho dos poros e da superfície do adsorvente.

Agente adsorvente(Carvão Ativado)

Inês

Classificação de Resinas Iónicas

Resinas Orgânicas (Sintéticas ou Naturais)

Natureza

Resinas Inorgânicas (Sintética- Naturais)

Resinas Catiónicas de Ácido Forte

Resinas Catiónicas de Ácido Fraco

Grupo Funcional

Gel

Resinas Aniónicas de Base Forte

Estrutura

Resinas Aniónicas de Base Fraca

Resinas Porosas

Isabela

Resinas Orgânicas Naturais

Quitina

É um polímero linear de elevado peso molecular, que existe nas paredes de alguns fungos e crustácios

Isabela

Resinas Orgânicas Naturais

Ácido Algínico

É um componente da estrutura das algas castanhas, é um polímero forte e ao mesmo tempo flexível. Este pode ser solúvel ou não solúvel em água.

Isabela

Inês

Resinas Inorgânicas

Naturais

• Alumínio silicatos (Zeólitos)
• Argilas Minerais
• Feldspatos

Resinas Inorgânicas

Sintéticas

• Óxidos metálicos hidratados (dióxido de titânio hidratado)
• Sais insolúveis de metais polivalentes (fosfato de titânio)
• Sais insolúveis de heteropoliácidos (molibdosfosfato de amônio)
• Zeolótidos sintéticos

Isabela

Estrutura da rede polimérica

Gel

• Resinas micro-porosas (tamanho dos poros <1nm);
• São polímeros homogéneos;
• Os sítios ativos estão distribuídos de uma maneira igual por toda a esfera.

Bruna

Estrutura da rede polimérica

Resinas macro porosas

• Macro reticulares (100nm) ou de poros fixos;
• Aparência esponjosa, o que permite uma boa interação entre os iões;
• Menor capacidade porque os poros podem ocupar entre 10% a 30% do espaço das resinas, o que reduz a capacidade de troca iónica.

Bruna

Resinas catiónicas de ácido forte

• Trocam catiões e separam todos os sais;
• Matriz da resina- Poliestireno com divinil benzeno;
• São produzidas por sulfunação do polímero com ácido sulfúrico, -HSO3 ou Na+
• Trabalham em qualquer pH
• Requerem uma grande quantidade de regenerante (HCL)
• Resina escolhida para quase todas as alicações de abrandamento de água.

Isabela

Resinas catiónicas de ácido fraco

• Matriz da resina- Poliestireno com divinil benzeno;
• O grupo funcional é um ácido carboxílico, -COOH
• Resina altamente eficiente e não precisa de grandes quantidades de regenerante;
• Resinas com menor capacidade de troca iónica com variações na velocidade do fluxo e a baixas temperaturas.

Inês

Resinas aniónicas de base fraca

• Elimina iões negativos da água;
• Matriz da resina- Poliestireno com divinil benzeno;

• Requerem uma pequena quantidade de regenerante.
• Não se pode utilizar a pH altos;
• Podem sofrer oxidação e deterioramento.

Isabela

Resinas aniónicas de base forte

• Elimina iões negativos da água;
• Matriz da resina- Poliestireno com divinil benzeno;
• Aplicam-se no amaciamento da água.
• Requerem uma quantidade elevada de regenerante, NaOH, NaCl.

Bruna

Capacidade de permuta das resinas

Capacidade de Permuta

• Quantidade de iões que uma resina pode trocar em determinadas condições experimentais;
• Depende da quantidade de sítios ativos, (a quantidade depende do nível da regeneração das resinas);
• É expressa em litro de resina ou grama de resina;
• Quanto mais concentrada for a solução de regeneração maior será a capacidade de permuta das resinas

Isabela

Ciclo da Permuta Iónica

Inês

Ciclo da Permuta Iónica

Geral

• O ciclo de funcionamento baseia-se normalmente em duas colunas ou leitos fixos em paralelo, de forma que enquanto uma está a ser saturada, a outra está a ser regenerada.
• Durante a fase de saturação, a fase móvel atravessa a coluna e os solutos nela contidos são retidos pela fase estacionária.
• Após a saturação, é necessário regenerar a resina. Para fazermos isso é necessário utilizar um eletrólito forte, permitindo que a resina seja utilizada novamente

Inês

Ciclo da Permuta Iónica

Lavagem

1. Lavagem lenta: O regenerante é arrastado pela água com um baixo caudal inicialmente para garantir a remoção do regenerante
2. Lavagem rápida: Remove vestígios de regenerante;
3. Lavagem final: Antes de entrar em operação é necessário atingir a condutividade de especificação

Bruna

Ciclo da Permuta Iónica

Regeneração

• Contra-corrente em sentido oposto ao fluxo da água durante a produção, ou no mesmo sentido que o fluxo de água;
• O regenerante pode ser a solução de NaCl a 10%, a solução de HCl de 4%-8%, ou a solução de NaOH de 2%-4%
• Caudal do regenerante baixo, para permitir um bom contacto com a resina, cujo tempo tem de ser entre 15min a 1h.

Isabela

Filtros usados na produção

• Filto de areia (impurezas sólidas)
• Filtro de carvão ativado (matéria orgânica)
• Filtro de resina catiónica
• Filtro de resina aniónica
• Filtro de eleito misto

Bruna

Filtros usados na produção

• Filto de areia (impurezas sólidas)
• Filtro de carvão ativado, é um dos mais usados atualmente e é produzido a partir de material orgânico.

Bruna

Filtros usados na produção

• Unidade Laboratorial: pode-se fazer água destilada, abrandadores de água e água desmineralizada.

Isabela

Filtros usados na produção

• Unidade industrial: resinas aniónicas e catiónicas.

a) Distribuidor b) Resina c) Coletor

Inês

Capacidade de Operação

Depende da:

• concentração e o tipo de iões que são absorvidos;
• velocidade de passagem do fluído;
• temperatura de funcionamento;
• altura do leito da resina;
• duração do ciclo de produção;
• eficiência da regeneração.

Bruna

Aplicações da Permuta Iónica

• Tratamentos de água, Resíduos nucleares, Indústria Alimentar
• Indústria Farmacêutica
• Indústria Metalúrgica

Inês

Fábricas que utilizam permuta iónica

Isabela

Conclusão

Neste trabalho conseguimos ver que a permuta iónica é um processo importante de tratamento de água que é muito comum e é usado para amaciar ou desmineralizar a água, mas também é usado para remover outras substâncias da água em processos como dessalinização, deionização, desnitrificação e desinfecção. As indústrias, de uma maneira geral, têm cada vez mais utilizado as chamadas resinas trocadoras iónicas. O objetivo é reduzir os resíduos líquidos gerados pelos processos químicos e também fazer com que haja possibilidade de reutilizar a água industrial. As regulamentações ambientais, que a cada dia se tornam mais severas, as limitações económicas geradas pela crise mundial têm influenciado de forma positiva e até acelerado a decisão de utilizar a tecnologia de permuta iónica para recuperação e reutilização de água industrial.

Inês

Webgrafia

https://tratamentodeagua.com.br/artigo/a-importancia-da-resina-de-troca-ionica-seletiva-no-reuso-da-agua-industrial/ https://paginas.fe.up.pt/~mgi00015/Ensdist/versao_web/teoria/teoria_base.htm https://www.lenntech.com.pt/sistemas/troca/reaccao/reaccao-permuta-ionica.htm https://pt.slideshare.net/fersay/5-permuta-ionicatecnologiaquimica https://ambietel.com/pt/tratamento-de-aguas/permuta-ionica/

Isabela