Este documento describe un estudio sobre la eliminación de iones cromo trivalentes (Cr3+) de soluciones acuosas mediante adsorción en lechos fijos de zeolita NaY. Se realizaron experimentos variando la altura del lecho (1.5, 3 y 4.5 cm) y midiendo las curvas de ruptura para diferentes concentraciones iniciales de Cr3+. Los resultados experimentales se ajustaron a un modelo matemático, obteniendo buen acuerdo. La cantidad máxima de Cr3+ adsorbida varió entre 2.5-2

1. Alumno: Tavera Navarrete Miguel Ángel
Universidad de Sonora
Departamento de Ingeniería Química y
Metalurgia
Eliminación de Cr3+ a contraflujo
en lecho fijo con zeolita NaY
Curso: Operaciones Unitarias II
Profesor: Marco Antonio Núñez Esquer
Ciclo: 2023-1
13 de abril del 2023

2. Eliminación de Cr3+
a contracorriente
en lecho fijo
con zeolita NaY
Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Maringa, Brasil.
Maringa, Brasil
F.C. Gazola, E.A. Silva, M.R. Pereira, M.A.S.D. Barros, P.A. Arroyo
Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Estatal del Oeste de Paraná,
Toledo, Brasil.
Chemical Engineering Journal 117 (2006) 253–261

3. 4-5 Introducción
Zeolita NaY Composición
6
Descripción Adsorción de Cr3+ en lecho fijo. Equipo y componentes.
7
Isotermas Modelo matemático, Modelo Redlich-Peterson.
9
Resultados Comparación de curva de ruptura equilibrio.
11
Conclusiones
16

4. CONTAMINACIÓN DEL AGUA
METALES PESADOS
NO DEGRADABLES EN EL AMBIENTE
Estados de valencia del cromo
Cromo Cr3+ trivalente (III)
Cromo Cr6+ hexavalente (VI)
Extensa gama de aplicaciones en la industria
Tóxico y Cancerígeno
Cromo Cr3+
trivalente Cr (III)
Menos tóxico
pero se oxida fácilmente a cromo hexavalente.
Últimas etapas de tratamiento de aguas residuales.

5. en las últimas etapas de tratamiento de aguas residuales
Después de la filtración en la fase líquida existen porciones de cromo
existen gran variedad de técnicas para eliminarlo:
Carbón, Resinas, Zeolitas.
El intercambio iónico es de las técnicas más efectivas
Es importante minimizar la cantidad de Cr (III)
antes de oxidarse a Cr (VI)

6. Zeolita FAU tipo Y
Y: Si/Al = 1.5 a 3
Zeolita NaY
Zeolita FAU tipo X
X: Si/Al = 1.0 a 1.5
Aluminosilicatos cristalinos
Desarrollan una estructura porosa con diámetros de poro de 3 a 10 Å.
Tienen alta capacidad de intercambio iónico
La zeolita “Y” tiene mayor selectividad para los iones de Cr (III)
𝑵𝒂𝟓𝟏 𝑨𝒍𝑶𝟐 𝟓𝟏 𝑺𝒊𝑶𝟐 𝟏𝟒𝟏
Composición de Celda unitaria
Para el experimento fue triturado y peletizado a
un diámetro promedio de 0.180 mm.
Con capacidad máxima de intercambio iónico de
3.9 mequiv./g

7. Adsorción de Cr3+
Zeolita NaY
Curva de ruptura
Lecho fijo a contracorriente
z
4.5 cm.
3.0 cm.
1.5 cm.
Agua desionizada
CrCl39H2O
0.9 cm.
Temperatura
30 ◦C
3 alturas de lecho:
1.5, 3.0 y 4.5 cm.
Cloruro de cromo(III)
CrCl39H2O
mezclado con agua desionizada
Soluciones de cromo:
desde 0.27 mequiv./L
hasta 2.10 mequiv./L
(1452.6784 g/mol)
0.98 g
0.65 g
0.33 g
Zeolita
seca (g)
Altura (cm)

8. ● Se utilizó agua desionizada para enjuagar el lecho y eliminar burbujas.
● Con la columna lista la velocidad de flujo se ajustó a 9cm3/min
● Se alimenta la columna a contracorriente con solución de cromo C0
● Las muestras finales C
● Muestreo continuo hasta obtener saturación en el lecho de C/C0=1
● Las curvas de ruptura se graficaron (C/C0 vs t)
● Concentración analizada en un espectrómetro de absorción atómica
VARIAN
● Curvas graficadas
STATISTICA 6.0
z
4.5 cm.
3.0 cm.
1.5 cm.
0.9 cm.
0.98 g
0.65 g
0.33 g
Zeolita
seca (g)
Altura (cm)

9. 𝒒𝒆𝒒
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐶𝑟 𝐼𝐼𝐼 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎
𝑪𝟎
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐶𝑟 𝐼𝐼𝐼 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎
𝑪 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐶𝑟 𝐼𝐼𝐼 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙.
Balance de masa para calcular la cantidad de iones retenidos
por la zeolita se escribe de la forma:
𝑸 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 9𝑐𝑚3
/𝑚𝑖𝑛
𝒎𝒛 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑧𝑒𝑜𝑙𝑖𝑡𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎
Isotermas de intercambio iónico dinámico Transferencia de masa
Transferencia de masa por Ley de Fick
facilitando la solución de ecuaciones diferenciales
se utilizó una expresión cinética.
Modelo del intercambio de cromo en el adsorbente
considerando fuerza motriz de transferencia de masa
linear fase sólida, se representa con la ecuación:
Condición inicial

10. Modelo Redlich-Peterson
𝒒𝒆𝒒 =
𝒌𝒓𝒑𝑪𝟎
𝟏 + 𝜶𝒓𝒑𝑪𝟎
𝜷
𝑞𝑒𝑞 =
2.596𝐶0
1 + 0.192𝐶0
2.454
𝑞𝑒𝑞 =
10.999𝐶0
1 + 3.110𝐶0
1.189
𝑞𝑒𝑞 =
6.995𝐶0
1 + 1.546𝐶0
1.442
1.5
3.0
4.5
0.988
0.995
0.994
Isoterma Redlich-Peterson R2
Altura de lecho (cm)
𝒒𝒆𝒒
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑅𝑒𝑑𝑙𝑖𝑐ℎ − 𝑃𝑒𝑡𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑅𝑒𝑑𝑙𝑖𝑐ℎ − 𝑃𝑒𝑡𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑅𝑒𝑑𝑙𝑖𝑐ℎ − 𝑃𝑒𝑡𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑜 𝑒𝑛 𝑧𝑒𝑜𝑙𝑖𝑡𝑎
𝑚𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣./𝑔
𝜶𝒓𝒑
𝜷
𝒌𝒓𝒑
𝑪𝟎 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑟𝑜𝑚𝑜 𝑚𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣./𝐿
Isotermas de diferentes alturas de lecho ajustadas el modelo Redlich -Peterson
( ) 1.5cm; ( ) 3.0 cm; ( ) 4.5 cm
Isotermas

11. Altura de lecho 1.5 cm
Curva de ruptura datos experimentales ( ) curva de ruptura simulada ( )
tiempo (min)
(a) tiempo (min) tiempo (min) tiempo (min)
tiempo (min) tiempo (min) tiempo (min) tiempo (min)
(e)
(b)
(f)
(c)
(g)
(d)
(h)
C0= 0.23 mequiv./L C0= 0.335 mequiv./L C0= 0.42 mequiv./L C0= 0.53 mequiv./L
C0= 0.82 mequiv./L C0= 1.063 mequiv./L C0= 1.63 mequiv./L C0= 2.22 mequiv./L

12. Altura de lecho 3.0 cm
Curva de ruptura datos experimentales ( ) curva de ruptura simulada ( )
tiempo (min)
(a) tiempo (min) tiempo (min) tiempo (min)
tiempo (min) tiempo (min) tiempo (min) tiempo (min)
(e)
(b)
(f)
(c)
(g)
(d)
(h)
C0= 0.27 mequiv./L C0= 0.41 mequiv./L C0= 0.45 mequiv./L C0= 0.61 mequiv./L
C0= 0.70 mequiv./L C0= 1.01 mequiv./L C0= 1.47 mequiv./L C0= 1.98 mequiv./L

13. Altura de lecho 4.5 cm
Curva de ruptura datos experimentales ( ) curva de ruptura simulada ( )
tiempo (min)
(a) tiempo (min) tiempo (min) tiempo (min)
tiempo (min) tiempo (min) tiempo (min) tiempo (min)
(e)
(b)
(f)
(c)
(g)
(d)
(h)
C0= 0.27 mequiv./L C0= 0.41 mequiv./L C0= 0.45 mequiv./L C0= 0.61 mequiv./L
C0= 0.70 mequiv./L C0= 1.01 mequiv./L C0= 1.47 mequiv./L C0= 1.98 mequiv./L

14. El coeficiente de disperción axial (DL) y
el coeficiente de transferencia de masa en fase sólida (KS)
se obtuvieron por la función:
𝐹 =
𝑖=1
𝑛𝑝
𝐶𝑜𝑢𝑡
𝐸𝑋𝑃
− 𝐶𝑜𝑢𝑡
𝑀𝑂𝐷 2
𝑪𝒐𝒖𝒕
𝑬𝑿𝑷 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐶𝑟 𝐼𝐼𝐼 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎
𝑪𝒐𝒖𝒕
𝑴𝑶𝑫 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐶𝑟 𝐼𝐼𝐼 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙𝑜
𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎
𝒏𝒑 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠
8.25 x 10-2
1.04 x 10-2
3.36 x 10-2
1.5
3.0
4.5
Altura (cm) Disperción axial
(cm2/min)
Coeficiente de transferencia de masa en zeolita
tiempo (min)
(a) tiempo (min)
(b)

15. Las 3 curvas de ruptura muestran un valor cercano al 70%
en promedio de 2.73 mequiv./g de 3.9mequiv./g.
1.5 cm
3.0 cm
4.5 cm
2.5 mequiv/g
2.8 mequiv/g
2.8 mequiv/g
Altura (cm)
Concentración
en zeolita
El propósito es analizar el consumo de Cromo por la zeolita NaY en un lecho fijo
Las curvas de ruptura se ajustaron bien al la curva de equilibrio
tomando en cuenta las resistencias que los iones de cromo enfrentan.

16. ● La cantidad de iones Cr(III) en solución acuosa ocupan solamente las cavidades más grandes de la zeolita Nay.
● El equilibrio de concentración depende de la altura del lecho.
● El modelo matemático mostró buena respuesta en todos los casos.
● El coeficiente de transferencia de masa también varía con la altura del lecho
(genera cambios en el PH en la columna y produce diferentes especies de cromo).
● La variación de los parámetros depende de la velocidad que cambia la concentración dentro del lecho.
● Para las alturas de 3.0 y 4.5 cm la velocidad de transferencia de masa resultó casi el mismo.
● Para la altura de lecho de 1.5 la velocidad de transferencia de masa es distinto.
● El coeficiente de dispersión axial para cada columna no tuvo cambios significativos.
CONCLUSIONES

17. Gracias