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MANUAL DE UTILIZACIÓN DEL SOFTWARE “CADIX” PARA SIMULACIÓN DE UNIDADES DE INTERCAMBIO IÓNICO Autora: Cristina Equisoain Ladrón de Guevara Directora: Eva Francés Pérez Especialidad: Química Industrial Convocatoria: Septiembre 2012 1 Resumen del proyecto El presente proyecto tiene por objeto la elaboración de un manual de uso del software CADIX (Computer Assisted Design for Ion eXchange systems), creado por la compañía Dow Chemical para la simulación de unidades de intercambio iónico. El proyecto presenta una descripción del proceso de intercambio iónico, en el que se describe su fundamento, los diferentes tipos que hay y algunas de sus aplicaciones más importantes. Se incluye una breve introducción de la empresa “Dow Chemical”, creadora del software y una de las mayores compañías químicas del mundo. A continuación se muestra el manual de utilización del software CADIX, en el cual se describe su descarga e instalación, así como las distintas partes de las que consta el programa. Finalmente incluye un caso práctico para mostrar la aplicación y utilización del programa CADIX para la resolución de un problema concreto de desmineralización de agua. 2 3 ÍNDICE 1. OBJETIVOS DEL PROYECTO .................................................................................... 7 2. INTRODUCCIÓN AL INTERCAMBIO IÓNICO ............................................................ 8 2.1. FUNDAMENTO DEL INTERCAMBIO IÓNICO ................................................................... 8 2.1.1. Características de un intercambiador iónico ................................................. 8 2.1.2. Proceso de intercambio iónico ...................................................................... 9 2.1.3. Variables de interés ..................................................................................... 10 2.2. TIPOS DE INTERCAMBIADORES IÓNICOS ................................................................... 11 2.2.1. Intercambiadores catiónicos ........................................................................ 12 2.2.2. Intercambiadores aniónicos......................................................................... 13 2.3. REGENERACIÓN ..................................................................................................... 14 2.3.1. Métodos de regeneración ............................................................................ 15 2.4. APLICACIONES ....................................................................................................... 16 2.4.1. Tratamiento de aguas .................................................................................. 16 2.4.1.1. Eliminación de la dureza del agua .............................................................. 16 2.4.1.2. Alcalinidad del agua .................................................................................. 17 2.4.1.3. Eliminación de materia orgánica ............................................................... 18 2.4.1.4. Eliminación de nitratos .............................................................................. 18 2.4.1.5. Eliminación del ion amonio........................................................................ 19 2.4.1.6. Desionización del agua ............................................................................. 19 2.4.2. Residuos nucleares ..................................................................................... 20 2.4.3. Aplicaciones en la industria alimentaria ...................................................... 20 2.4.4. Aplicaciones en la industria farmacéutica ................................................... 20 2.4.5. Catálisis ....................................................................................................... 21 2.4.6. Agricultura.................................................................................................... 22 2.4.7. Hidrometalurgia ........................................................................................... 22 2.5. EQUIPOS DE INTERCAMBIO IÓNICO .......................................................................... 23 3. DOW CHEMICAL ........................................................................................................ 27 4. EL PROGRAMA CADIX ............................................................................................. 30 4.1. DESCARGA E INSTALACIÓN DE CADIX .................................................................... 30 4.1.1. Descarga ..................................................................................................... 30 4.1.2. Instalación.................................................................................................... 31 4.2. REGISTRO DEL USUARIO ......................................................................................... 35 4.3. VARIABLES DE INTERÉS DEL PROGRAMA .................................................................. 40 4.3.1. Temperatura y flujos .................................................................................... 40 4 4.3.1.1. Temperatura .............................................................................................. 41 4.3.1.2. Flujos ......................................................................................................... 41 4.3.2. Parámetros de calidad del agua .................................................................. 41 4.3.2.1. “Silica as SiO2” .......................................................................................... 41 4.3.2.2. “pH” ............................................................................................................ 42 4.3.2.3. “Free CO2” ................................................................................................ 42 4.3.2.4. “Organics as KMnO4” ................................................................................ 44 4.3.2.5. “Organics as O2” ....................................................................................... 44 4.3.2.6. “% non polar” ............................................................................................. 44 4.3.2.7. “Suspended material (average)” ............................................................... 44 5. MANEJO Y FUNCIONAMIENTO DE CADIX ............................................................. 45 5.1. CABECERA PRINCIPAL ............................................................................................ 46 5.1.1. File (Archivo) ............................................................................................... 46 1) New Project (Nuevo proyecto) ........................................................................ 47 2) Open Project (Abrir un proyecto) ..................................................................... 49 3) Save Project (Guardar un proyecto) ................................................................ 49 4) Save Project as (Guardar un proyecto como…) ............................................. 50 5) Delete Project (Borrar un proyecto) ................................................................. 51 6) Close Project (Cerrar un proyecto) .................................................................. 51 7) Print setup (Configuración de la impresora) .................................................... 51 8) Print (Imprimir) ................................................................................................. 55 9) Sent Cadix Result by E-mail (Mandar por e-mail el resultado del proyecto) .. 56 10) Quick Process Selection (Selección de un proceso) .................................. 58 11) Exit Cadix (Salir del programa Cadix) ......................................................... 58 5.1.2. Tools (Herramientas) ................................................................................... 58 1) Comparative Cost Evaluation (Evaluación de los costes comparativos) ........ 59 2) Update Currency Rate (Actualizar la tasa de la moneda) ............................... 66 3) DOWEX resin pricing (Precios de resina DOWEX) ........................................ 67 4) Custom vessel list (Lista de recipientes de medida) ....................................... 68 5) Default water analysis (Análisis de agua predeterminado) ............................. 73 6) DOWEX literature (Librería de DOWEX) ......................................................... 78 7) Dowex literature download (Descarga de librería Dowex) .............................. 78 8) Resin cross reference chart (Tabla de referencias de resinas) ...................... 79 9) Number format (Formato de número) ............................................................. 80 10) Feed water analysis (Análisis del agua de la alimentación) ........................ 80 11) Organic load (Carga orgánica) .................................................................... 81 12) Cadix tools (Herramientas de Cadix) .......................................................... 81 13) Acces to LS Web site (Acceso a la página web de LS) .............................. 85 14) Cadix Incident Report (Informe de incidente de Cadix) .............................. 85 5.1.3. Options (Opciones) ...................................................................................... 85 5 1) Unit system (Sistema de unidades) ................................................................. 86 2) Activate PDF files lecture (Activar la lectura de archivos pdf)......................... 86 3) Activate PDF Writer (Activar el escritor de pdf) ............................................... 86 4) Edit/Change default parameters (Editar/modificar parámetros predeterminados) ............................................................................................................ 87 5) Change default projects folder (Cambiar la carpeta predeterminada de proyectos) ........................................................................................................................ 88 5.1.4. Help (Ayuda) ................................................................................................ 89 1) Cadix Help (Ayuda de Cadix) .......................................................................... 89 2) About Cadix (Sobre Cadix) .............................................................................. 91 5.2. CABECERA SECUNDARIA......................................................................................... 93 5.3. PIE DE VENTANA .................................................................................................... 97 5.4. MENÚ DE NAVEGACIÓN ........................................................................................... 99 5.4.1. “Input” ........................................................................................................ 100 5.4.2. “Results” .................................................................................................... 101 5.4.3. “Calc & Customize” .................................................................................... 102 5.5. DISEÑO DEL PROYECTO ........................................................................................ 104 5.5.1. Ventana de inicio ....................................................................................... 104 5.5.2. Elección del proceso ................................................................................. 105 5.5.3. Diseño y evaluación de una nueva planta................................................. 105 5.5.3.1. Composición del agua de alimentación .................................................. 106 5.5.3.2. Propiedades del agua de alimentación ................................................... 106 5.5.3.3. Sistema de regeneración ........................................................................ 107 5.5.3.4. Parámetros de la planta .......................................................................... 109 5.5.3.5. Requisitos del agua de salida ................................................................. 110 5.5.3.6. Parámetros de la regeneración ............................................................... 111 5.5.3.7. Selección de la resina DOWEX .............................................................. 112 5.5.3.8. Descripción de la planta existente .......................................................... 113 5.5.3.9. Parámetros de diseño de las resinas de intercambio iónico ................... 114 5.5.3.10. Evaluación de la resina aniónica ........................................................... 115 5.5.3.11. Resultados obtenidos ............................................................................ 116 5.5.3.12. Diseño completado ................................................................................ 121 5.5.4. Adaptación de una planta existente .......................................................... 122 5.5.4.1. Composición y propiedades del agua de alimentación y sistema de regeneración 122 5.5.4.2. Representación gráfica del sistema ........................................................ 122 5.5.4.3. Conclusiones ........................................................................................... 123 6. CASO PRÁCTICO .................................................................................................... 125 6.1. DISEÑO PRÁCTICO DEL SISTEMA ........................................................................... 126 6.1.1. Ventana de inicio ....................................................................................... 127 6 6.1.2. Elección del proceso ................................................................................. 127 6.1.3. Composición del agua de alimentación ..................................................... 128 6.1.4. Propiedades del agua de alimentación ..................................................... 129 6.1.5. Sistema de regeneración........................................................................... 129 6.1.6. Parámetros de la planta ............................................................................ 130 6.1.7. Requisitos del agua de salida ................................................................... 131 6.1.8. Parámetros de la regeneración ................................................................. 131 6.1.9. Selección de la resina DOWEX ................................................................. 132 6.1.10. Parámetros de diseño de las resinas de intercambio iónico ..................... 132 6.1.11. Evaluación de la resina aniónica ............................................................... 133 6.1.12. Resultados obtenidos ................................................................................ 134 6.2. EVALUACIÓN ECONÓMICA ..................................................................................... 135 6.2.1. Introducción de los costes económicos ..................................................... 135 6.2.2. Apertura del archivo “CADIX” del sistema diseñado ................................. 135 6.2.3. Resultados de la evaluación económica ................................................... 136 7. FUENTES DE INFORMACIÓN ................................................................................. 138 7 1. Objetivos del proyecto El objetivo de este proyecto es la realización de un manual en castellano que detalle el uso y manejo del software CADIX para la simulación de unidades de intercambio iónico, ya que actualmente carece de manual que explique su funcionamiento a los usuarios de dicho software. Para ello ha sido necesario el manejo y comprensión de este programa, por lo que al objetivo antes mencionado hay que añadirle el de adquirir conocimientos en el manejo del programa CADIX, así como en la tecnología del intercambio iónico de forma general. Por otra parte, el objetivo final es la realización del Proyecto Final de Carrera para la obtención del título de Ingeniero Técnico Industrial especialidad en Química Industrial que oferta la Universidad de Zaragoza. 14 2.3. Regeneración Cuando la capacidad de intercambio de la resina se agota, la resina debe regenerarse. La regeneración va precedida de un fuerte lavado a contracorriente para eliminar los depósitos de sólidos, provocando la expansión del lecho para dejar sueltas las partículas de resina y asegurar su limpieza. Las velocidades de paso del agua lavado son de 6 a 8 m/h para las resina aniónicas y de 10 a 18 m/h para las catiónicas. La duración es de 10 a 15 minutos. La regeneración consiste en el paso a través de la columna de una solución. El lavado de las catiónicas se realiza con una solución de salmuera (sosa diluida), con agua descationizada para evitar la precipitación de carbonatos o hidróxidos (ciclo del sodio) o de una solución ácida, normalmente H2SO4 o HCl (ciclo del hidrógeno). Las velocidades de paso son de 2 a 5 m/h para las resinas fuertes y de 2 a 8 m/h para las débiles. Las reacciones de regeneración de los ciclos del sodio y del hidrógeno son las ecuaciones 2.5 y 2.6: MR + 2NaCl Na2R + MCl (Ec. 2.5) MR + 2HCl (ó H2SO4) H2R + MCl2 (ó MSO4) (Ec. 2.6) La regeneración de las resinas aniónicas se hace normalmente usando hidróxido de sodio y de amonio. La reacción de regeneración está representada en la ecuación 2.7. RA + 2NaOH (ó 2NH4OH) R(OH)2 + A2- [Na2A ó (NH4)2A] (Ec. 2.7) Por último, se realiza un aclarado para desplazar el regenerante residual. Un primer desplazamiento lento se consigue dejando pasar, a continuación de la regeneración, sólo agua de dilución del reactivo, antes de entrar el agua propiamente de lavado. Los volúmenes de agua de lavado (agua desionizada) necesarios son superiores para las resinas aniónicas, con una duración de lavado de 30 a 60 minutos a los caudales de servicio. Para la misma duración en el lavado de resinas catiónicas, los caudales serán del orden de la mitad de los de servicio. 15 Es importante considerar que los vertidos de la regeneración son corrosivos y, en general, aún después de mezclados, se precisará una neutralización previa al envío del efluente como vertido. La regeneración de un lecho mixto es algo más complicada. En el proceso de lavado debe conseguirse una buena separación de los dos tipos de resinas, quedando la aniónica, más ligera, en la capa superior y la catiónica, más pesada, en la parte inferior con una separación bien definida. La línea de separación debe coincidir con un colector dispuesto en esta zona intermedia. El álcali de regeneración es introducido por el distribuidor superior, pasa a través de la resina aniónica y sale por el colector intermedio. Simultáneamente, se evita la contaminación de la resina catiónica bloqueando el álcali con una corriente de agua que circula desde el distribuidor interior al colector intermedio. La regeneración de la resina catiónica es menos problemática y se realiza con la corriente de ácido circulante desde el distribuidor interior al colector intermedio. 2.3.1. Métodos de regeneración La regeneración se efectúa filtrando una solución de iones (A+) ya sea en el mismo sentido que la saturación (regeneración en sentido de la corriente) o en sentido contrario (regeneración en contracorriente).  Regeneración en el sentido de la corriente: durante esta operación, una solución concentrada de iones A+ se pone, en primer lugar, en contacto con capas del intercambiador de iones saturado de iones B+ que van eliminándose de la resina. A continuación, éstos iones B+ se transportan hacia capas inferiores del intercambiador de iones que se encuentran en un estado de menos saturación, volviendo a encontrar entonces unas condiciones favorables por su fijación, por lo tanto, son iones A+ los que se eluyen de la columna. Si se limitara la cantidad de regenerante, los iones B+ no se eluirían totalmente del intercambiador y las capas inferiores no se regenerarían correctamente.  Regeneración en contracorriente: en este caso, los iones A+ concentrados encuentran primeramente capas de resina poco concentradas en iones B+, cuya elución, por lo tanto, tiene lugar en buenas condiciones, además, en las capas superiores los iones B+ no pueden volver a fijarse. 16 La regeneración se efectúa, por tanto, en condiciones mucho más reversibles para la regeneración a contracorriente, lo que termodinámicamente corresponde a un mejor rendimiento. Deben destacarse dos ventajas importantes en el caso de la regeneración a contracorriente: o Mejora del rendimiento y por consiguiente disminución de los consumos de reactivos, a igualdad de cantidad. o Mejora de la calidad del agua tratada, regenerándose las capas de salida con un fuerte exceso de reactivo. 2.4. Aplicaciones Además de su clásica aplicación en tratamiento de aguas, la tecnología de intercambio iónico se aplica a distintos procesos dentro de la industria, como purificación, catálisis, recuperación de metales valiosos, etc. A continuación se describen brevemente estas áreas de aplicación de los intercambiadores iónicos. 2.4.1. Tratamiento de aguas 2.4.1.1. Eliminación de la dureza del agua En las aguas naturales, están presentes el calcio y el magnesio que son dos de los iones más comunes en estas aguas. Estos cationes divalentes, cuando se encuentran en altas concentraciones, son los responsables de la dureza del agua. El empleo de agua dura tanto para usos domésticos como industriales, provoca problemas de formación de depósitos e incrustaciones y dificulta la acción de los detergentes, ya que se forman espumas y precipitados que reducen su eficiencia. Las zeolitas se utilizan en la eliminación de la dureza de aguas domésticas e industriales por su capacidad de intercambiar los iones calcio y magnesio presentes en el agua por iones sodio alojados en su estructura. Por esta misma razón, estos 17 minerales han reemplazado a los fosfatos en la composición de los detergentes, precisamente para mejorar su efectividad al secuestrar los iones calcio y magnesio del agua. El 80% de la producción de zeolitas se emplea en esta aplicación. Además, el uso de zeolitas naturales tiene la ventaja de ser compatible con medidas de protección del medio ambiente. En la eliminación de la dureza del agua también se emplean intercambiadores iónicos más versátiles como carbón sulfonado, resinas sulfonadas de fenolformaldehido y, en los últimos años resinas de poliestireno sulfonado. En las aguas naturales también hay una pequeña fracción de iones hierro y manganeso, cuya presencia es indeseable ya que pueden manchar los tejidos, formar depósitos en tuberías, tanques u otros elementos, así como inducir su corrosión. Estos iones pueden eliminarse mediante intercambio iónico, pero este proceso tiene ciertas limitaciones ya que ambos iones pueden precipitar en la superficie de la resina. Figura 2.2: Desmineralización del agua 2.4.1.2. Alcalinidad del agua En el agua también se encuentran distintos aniones como bicarbonato, carbonato, hidróxidos, cloruro, sulfato, fluoruro, fosfatos etc. Los tres primeros son los responsables de la alcalinidad del agua, que no es más que la capacidad que tiene el agua de neutralizar ácidos. Es decir, un agua altamente alcalina será capaz de aceptar 18 muchos iones hidrógeno antes de que su pH empiece a descender. La alcalinidad se expresa en términos de mg/L de carbonato de calcio. El agua altamente alcalina tiene un sabor amargo. En la industria, la alcalinidad es un problema cuando se emplea agua hirviendo, ya que el vapor de agua es rico en CO2 que al condensar forma ácido carbónico capaz de atacar el metal de las conducciones. Para eliminar los aniones responsables de la alcalinidad del agua se utilizan resinas aniónicas de intercambio, generalmente en forma de cloruro, de modo que se intercambian los aniones del agua por el cloruro de la resina. Otro proceso posible es emplear una resina débilmente ácida. 2.4.1.3. Eliminación de materia orgánica Es habitual encontrar en aguas superficiales cierta cantidad de ácidos orgánicos, como ácidos húmicos o taninos. La presencia de esta materia orgánica en el agua para uso doméstico puede conferirle olor, color y un sabor desagradable, pero el interés en eliminar estos compuestos radica en su tendencia a convertirse en trihalometanos cuando se procede a la cloración del agua. Estas sustancias pueden eliminarse empleando resinas aniónicas de intercambio en forma de cloruro, especialmente resinas acrílicas. 2.4.1.4. Eliminación de nitratos El uso excesivo de fertilizantes, el estiércol y los efluentes procedentes de explotaciones ganaderas son los responsables de la contaminación del agua por el anión nitrato NO3. La presencia de cantidades elevadas de este anión en el agua potable pueden provocar graves problemas en bebes menores de 6 meses (síndrome del niño azul). La eliminación de este anión se puede realizar mediante resinas de intercambio aniónico en forma de cloruro. 19 2.4.1.5. Eliminación del ion amonio Las aguas residuales vertidas por industrias, redes de alcantarillado y producidas en procesos agrícolas y ganaderos son las responsables de la presencia del ion amonio en lagos, ríos y, a la larga, en pozos de agua potable. La presencia de amonio en el agua reduce la concentración de oxígeno disuelto necesario para la vida acuática y acelera la corrosión de metales y materiales de construcción. Para la eliminación de amonio mediante intercambio iónico, además de las resinas catiónicas convencionales, se emplean también intercambiadores iónicos inorgánicos. Las zeolitas, por su selectividad a este catión, son el material de elección en la fabricación de filtros para eliminar amonio del agua, tanto en piscifactorías como en acuarios. 2.4.1.6. Desionización del agua El agua desionizada es un ingrediente esencial en aplicaciones médicas, laboratorios, en la industria farmacéutica, cosméticos, microelectrónica, etc. El proceso de desionización del agua consiste en reducir la concentración de iones presentes en ella a niveles muy bajos, proceso que puede llevarse a cabo mediante intercambio iónico. En este proceso se emplea una resina catiónica de intercambio para eliminar los cationes (sodio, calcio, magnesio, etc.) y dos resinas aniónicas, una básica débil que absorberá los ácidos fuertes y otra básica fuerte para intercambiar los aniones (cloruro, sulfato, bicarbonato etc.) Como la concentración de iones en el agua determina su capacidad de conducir la electricidad, la efectividad del proceso de ionización se determina midiendo los parámetros resistividad o conductividad. 20 2.4.2. Residuos nucleares Los intercambiadores iónicos encuentran su aplicación en la industria de la energía nuclear en varias de las etapas del ciclo de obtención del combustible nuclear, en el tratamiento de efluentes contaminados con elementos radioactivos y en la purificación del agua de refrigeración del núcleo. En estos procesos los intercambiadores se contaminan con elementos radioactivos y, por tanto, deben considerarse y tratarse como un residuo radioactivo más. De hecho, las resinas de intercambio que se emplean en el tratamiento de agua de refrigeración son la segunda fuente de residuos radioactivos de una central nuclear. Generalmente se emplean resinas de intercambio orgánicas, pero los intercambiadores inorgánicos están siendo objeto de estudio y aplicación en varios de estos procesos ya que los primeros tienden a degradarse en las condiciones térmicas y químicas de operación así como por la radiación, que afecta a los enlaces carbonocarbono de la matriz polimérica. 2.4.3. Aplicaciones en la industria alimentaria La tecnología de intercambio iónico se emplea en muchos procesos de la industria alimentaria. Además de las aplicaciones ya comentadas como la purificación del agua (proceso esencial en la industria de la cerveza), los intercambiadores iónicos se utilizan para desmineralizar líquidos azucarados y jarabes, controlar la acidez, olor, color, sabor y contenido en sal del alimento y también para aislar o purificar un aditivo o un componente del alimento. 2.4.4. Aplicaciones en la industria farmacéutica Los intercambiadores iónicos y resinas adsorbentes se utilizan ampliamente en la industria farmacéutica en aplicaciones muy diversas que pueden agruparse en las siguientes categorías. o Se emplean resinas de intercambio en la recuperación y purificación de diversos productos, como antibióticos, vitaminas, enzimas, proteínas. Este 21 proceso sustituye a la tecnología tradicional, que utilizaba la extracción con disolventes. o Como excipientes en la formulación de fármacos, para enmascarar el mal sabor del principio activo, estabilizar el fármaco y acelerar la desintegración de la pastilla después de su ingestión. o Dosificación controlada de fármacos: El intercambiador iónico libera lentamente el fármaco alojado en su matriz polimérica. o Algunas resinas de intercambio iónico han demostrado tener actividad terapéutica, y se aplican en la reducción de colesterol en sangre, para adsorber sales biliares, etc. 2.4.5. Catálisis Un catalizador es una sustancia capaz de acelerar la velocidad de una reacción química sin sufrir ningún cambio químico permanente y pudiendo recuperarse al final de la reacción. Catalizar un proceso es de vital importancia en la industria química, donde se aplican desde catalizadores heterogéneos en la forma de sólidos porosos hasta catalizadores homogéneos que se disuelven en la mezcla de reacción. Los intercambiadores iónicos se aplican como catalizadores heterogéneos en muchas reacciones químicas, ya que tienen la ventaja sobre la catálisis homogénea no sólo que se consiguen mejores rendimientos de reacción, sino también que se separan del medio con una simple filtración. Ejemplos de reacciones son hidrólisis, esterificación, formación de amidas, condensaciones, entre otros. Es importante destacar el papel de las zeolitas como catalizadores. Las zeolitas ácidas, que contienen iones hidrógeno en su estructura, catalizan muchas reacciones químicas, como el craqueo del crudo, isomerización y síntesis de combustible. También se utilizan como catalizadores en procesos de oxidación-reducción, una vez se ha introducido en su estructura un metal determinado. La particular estructura de poro de las zeolitas, que varían en forma y tamaño, es determinante en su actuación como catalizador ya que introduce una limitación estérica al acceso de los reactivos a los sitios activos. 22 2.4.6. Agricultura El fenómeno de intercambio iónico es básico en la agricultura, ya que tiene un importante papel en la absorción de nutrientes por parte de las plantas. De hecho, el suelo es un gran sistema intercambiador de iones, con capacidad para calcio, magnesio, potasio, amonio, nitratos y fosfatos. Las zeolitas se han aplicado para controlar la liberación de nutrientes al suelo agrícola, ya que tienen la ventaja que sustituyen a los fertilizantes solubles que pueden contaminar el agua y además que impiden la pérdida de nutrientes por disolución. También se emplean para retener la humedad del suelo y para elevar el pH en suelos ácidos. 2.4.7. Hidrometalurgia Los procesos de intercambio iónico se aplican en hidrometalurgia en la recuperación y concentración de metales valiosos, como cobre, uranio y cromo, así como en procesos especiales que emplean resinas de intercambio iónico selectivas para la recuperación de oro, platino y plata. El empleo de resinas de intercambio iónico es una posible solución al tratamiento de efluentes procedentes de la industria de refinado de metales. La acumulación de metales pesados en el medio ambiente es un serio problema para la salud debido a su alta toxicidad, su capacidad de acumularse en los tejidos y, además, que no son biodegradables. Esta situación ha generado una serie de regulaciones en cuanto a emisiones de metales tóxicos al entorno, que han obligado a la industria a conceder una gran importancia al control de sus efluentes. En esta área de aplicación, las resinas orgánicas de intercambio iónico son las predominantes, pero se encuentran muchos ejemplos de empleo de zeolitas naturales y sintéticas en el tratamiento de efluentes contaminados, así como de biomateriales basados en chitosan o alginato. 23 2.5. Equipos de intercambio iónico Un intercambiador de iones de lecho fijo consiste en un recipiente cilíndrico vertical de acero revestido o acero inoxidable. Los revestimientos son normalmente de caucho natural o sintético. Se disponen rociadores en la parte superior y en el fondo y, frecuentemente, se emplea un distribuidor separado para la solución regenerante. Para la desionización, la configuración común contiene un conjunto intercambiador doble comprendiendo un intercambiador catiónico y otro aniónico, como se muestra en la figura 2.3. Figura 2.3: Sistema característico de desionización con dos lechos. La columna dispone de elementos diseñados para permitir la regeneración en contracorriente, con flujo ascendente de las resinas de intercambio iónico. Un ejemplo se encuentra en la figura 2.4. Durante el flujo ascendente del regenerante se evita la expansión del lecho retirando el efluente mediante la aplicación de vacío. Se forma una capa de partículas exentas de líquido en la parte superior del lecho mientras el resto de la columna funciona de la manera habitual. 30 4. El programa CADIX El programa CADIX (“Computer Assitent Design for Ion eXchange”) cuya traducción es “diseño asistido por ordenador de intercambio iónico”, es una herramienta de ingeniería sobre intercambio iónico para el diseño de nuevos sistemas de tratamiento de agua y la evaluación del rendimiento de una planta ya existente con resinas DOWEXTM de intercambio iónico. CADIX permite el diseño de una amplia gama de aplicaciones para sistemas de regeneración en flujo paralelo y en contracorriente. Es un programa fácil de usar, pero asume que el usuario tiene algún conocimiento sobre la tecnología de resinas de intercambio iónico y su terminología. 4.1. Descarga e instalación de CADIX Para el uso del programa CADIX es necesario su descarga e instalación previa. En este apartado se explicarán los pasos a seguir para poder usar el programa. 4.1.1. Descarga Lo primero que hay que hacer es descargarse el programa CADIX, para ello hay que meterse en la página siguiente: http://www.dowwaterandprocess.com/support_training/design_tools/cadix.htm En dicha página web, hay que pinchar en “Download” para poder descargar el archivo de instalación, como se muestra en la figura 4.1. 31 Figura 4.1: Página de descarga de CADIX 4.1.2. Instalación Una vez descargado el programa CADIX, se va a proceder a instalarlo. Para ello hay que abrir el archivo descargado “CADIX620” de la carpeta donde se guarden las descargas. En caso de que aparezca el cuadro de diálogo mostrado en la figura 4.2, hay que darle a “Ejecutar”. 32 Figura 4.2: Advertencia de seguridad Para comenzar con la instalación se debe pulsar el botón donde pone “Next” mostrado en la figura 4.3 para continuar con la instalación. Figura 4.3: Ventana de bienvenida a la instalación En el siguiente cuadro de dialogo que aparece en la figura 4.4, se pide poner el nombre completo en “Full Name” y seguido la organización en “Organization”, ambas dos no son obligatorias rellenarlas, se pueden dejar en blanco. Debajo de esto hay que seleccionar una de las dos frases: 1) si cualquier persona que utilice el ordenador pueda usar el programa (“Anyone who uses the computer”) o por el contrario, 2) sólo usted pueda usar el programa (“Only for me”). 33 Una vez rellenada esta ventana pulsar en “Next”. Figura 4.4: Información sobre el usuario Para continuar con la instalación, en la ventana mostrada en la figura 4.5, se debe seleccionar la carpeta en la cual se quiere instalar el programa CADIX, por defecto se crea una carpeta llamada CADIX61 en el disco duro del ordenador, pero seleccionando en “Browse” se puede seleccionar otra carpeta para guardar el programa. Una vez elegido presionar en “Next”. Figura 4.5: Selección de la carpeta de instalación 34 En la ventana mostrada en la figura 4.6, se informa de que está todo listo para comenzar realmente la instalación en el ordenador. Se puede seleccionar una de las tres opciones: “Next” para continuar con el proceso anterior, “Back” para volver a la ventana previa y “Cancel” para cancelar la instalación. Figura 4.6: Comienzo de la instalación La ventana que aparece en la figura 4.7 muestra el estado de la instalación. Figura 4.7: Estado de la instalación del programa 35 Una vez acabada la instalación, aparece directamente la ventana mostrada en la figura 4.8, que indica que la instalación ha finalizado correctamente, pulsando sobre “Finish” se sale de la instalación. Figura 4.8: Instalación finalizada El programa CADIX ya está instalado correctamente en el ordenador, en la carpeta que se haya seleccionado en la ventana mostrada en la figura 4.5. Ya está listo para ser usado por el usuario. Para poder ejecutarlo hay que pulsar en el icono mostrado en la figura 4.9. Figura 4.9: Programa CADIX 4.2. Registro del usuario La primera vez que se abre el programa CADIX aparece una ventana de registro, como la que se muestra en la figura 4.10. Para poder utilizar el programa completamente es necesario estar registrado, para ello se debe pulsar “Register now”. En el caso de que solo se necesiten las funciones básicas de CADIX pulsar en 36 “Continue Unregistered” es decir, continuar sin registrarse, en este caso ya se podrá comenzar a utilizar el programa. Debajo a la izquierda, está señalada por defecto la opción “Always show at start-up while not registered”, que quiere decir que va a aparecer esta ventana al abrir el programa mientras no se introduzca la contraseña y se sepa que está registrado. Figura 4.10: Ventana de registro del usuario Si se selecciona “Register now” aparece la ventana de la figura 4.11, en la que nos pide la contraseña del programa que se debe escribir en los cuadros blancos separados por guiones, una vez introducida clicar en “Proceed” para confirmar. En este caso también está señalada por defecto la opción “Always show at start-up while not registered”, explicada en el párrafo anterior. Figura 4.11: Introducción del código del programa 37 Para registrarse y poder obtener la contraseña del programa hay que ir a la página desde la cual se descargó el programa: http://www.dowwaterandprocess.com/support_training/design_tools/cadix.htm En dicha página hay que darle en “contact us”, tal como se muestra en la figura 4.12, esto conduce a la página de registro. Figura 4.12: Página de CADIX En la página de registro, figura 4.13 hay que introducir los datos del usuario en las casillas marcadas para ello. 38 Figura 4.13: Página de registro  “First Name‡”: Nombre de pila del usuario.  “Last Name‡”: Apellido del usuario.  “Organization Name‡”: Nombre de la empresa u organización en la cual se hará uso del programa.  “Address‡”: Dirección del usuario.  “City‡”: Ciudad.  “State/Province”: Provincia o región a la cual pertenece dicha ciudad.  “Zip/Postal Code”: Código postal. 39  “Country‡”: País, pinchar sobre el cuadro desplegable y seleccionarlo.  “Telephone‡”: Número de teléfono del usuario incluyendo los prefijos del país o región.  “Email Address‡”: Dirección de correo electrónico.  “Type of user‡”: Tipo de usuario. En el cuadro desplegable hay 7 opciones para seleccionar: -“Equipment Manufacture”: Fabricante de equipos. -“Distributor”: Distrobuidor. -“End User”: Usuario final. -“Consultant”: Assesoria. -“University”: Universidad. -“Other”: Otro tipo de usuario.  “Comments/Questions”: Comentarios o cuestiones que se quieran hacer. Por último hay que rellenar el cuadro que aparece en la figura 4.14. En el cuadro de abajo a la izquierda hay que escribir las letras que aparecen, en este caso: “rengFsp Regl”. Una vez completada toda la ficha de registro se le da a “Send” para acabar con el registro. Figura 4.14: Comprobación de usuario real Al cabo de unos días después de haber realizado el registro, llegará un mensaje al correo electrónico escrito en el registro por parte de Dow Chemical en el que se encuentra la contraseña del programa para poder acceder a la totalidad de CADIX. En la ventana de la figura 4.15, se muestra la información del propietario de CADIX, para poder utilizar el programa hay que estar de acuerdo con las indicaciones que hace, si este es el caso se debe marcar la opción “I fully agree with the above statement” (estoy totalmente de acuerdo con la declaración anterior). En el caso de no querer respetar las indicaciones que pone se debe marcar “I disagree” (no estoy de 46 Por último se encuentran el menú de navegación a través del cual se pueden acceder a las principales ventanas para la realización el proyecto y el diseño del proyecto en el cual se explican las principales ventanas para su realización. 5.1. Cabecera principal La cabecera principal del programa CADIX está dividida en 4 apartados desde los cuales se puede acceder a cualquiera de las funciones del programa. Los 4 apartados son: archivo, herramientas, opciones y ayuda (figura 5.2). Figura 5.2: Menús desplegables de la cabecera principal 5.1.1. File (Archivo) Dentro de este menú desplegable se pueden encontrar distintas opciones para hacer un nuevo proyecto, abrirlo, guardarlo, borrarlo, cerrarlo, también permite imprimir y configurar la impresora, mandar el archivo CADIX por e-mail, abrir la selección de un proceso para realizar y cerrar el programa. Estas opciones se muestran en la figura 5.3 y se describen a continuación. 47 Figura 5.3: Menú desplegable de “File” 1) New Project (Nuevo proyecto) Para comenzar a realizar un nuevo proyecto se abre la pestaña de “New Project” poniendo el puntero encima y aparecen diversos tipos de procesos para el proyecto (véase la figura 5.4). Figura 5.4: Ventana de nuevos proyectos Dentro de “New Project” hay una lista de los distintos proyectos disponibles en el programa para realizar. Todos ellos tienen la misma base para realizarlos, por tanto con saber cómo funciona uno, explicado en el apartado 6, se puede saber cómo 48 realizar el resto. Los distintos proyectos disponibles mostrados en la figura 5.4 son los siguientes:  “Water demineralization”: Desmineralización del agua.  “RO permeate demineralization”: Desmineralización del permeado de la ósmosis inversa.  “DI water polishing”: Pulir agua desmineralizada.  “Organic scavenger design”: Diseño de limpieza de materia orgánica.  “Boron removal”: eliminación de boro.  “Ultra Pure Water polishing”: Pulir agua ultra pura. Dentro de ésta opción hay otras dos (figura 5.5): “UPW Final loop polishing”, pulir el último bucle del agua ultra pura y “Silica & Boron removal for UPW”, eliminar del agua ultra pura el boro y la sílice.  “Condensate polishing”: Pulir el condensado.  “Water softening”: Ablandamiento del agua. Dentro de ésta opción hay otras dos (figura 5.6): “Using Strong Acid Cation in Na-form”, usar un catión ácido fuerte en forma de Na y “Silica & “Using Weak Acid Cation in H-form”, usar un catión ácido débil en forma de H.  “Brackish water softening”: Ablandamiento de agua salada.  “Water dealkalization”: Desalcalinización del agua. Dentro de ésta opción hay otras dos (figura 5.7): “Silica & “Using Weak Acid Cation in H-form”, usar un catión ácido débil en forma de H y “Using Strong Base Anion in Clform”, usar un anión de base fuerte en forma de Cl.  “Water dealkalization + softening”: Desalcanización y ablandamiento del agua.  “Nitrate removal”: Eliminación de nitratos.  “Electro-plating rinse water recycling”: Reciclaje de agua de lavado de galvanizado.  “Arsenic removal”: Eliminación de arsénico.  “Perchlorate removal”: Eliminación de perclorato. Figura 5.5: Menú desplegable de “Ultra Pure Water polishing” 49 Figura 5.6: Menú desplegable de “Water softening” Figura 5.7: Menú desplegable de “Water dealkalization” 2) Open Project (Abrir un proyecto) Para abrir un proyecto que se tenga guardado con anterioridad en una carpeta del ordenador, se selecciona “Open Project” y aparecerá la ventana de la figura 5.8, se debe seleccionar la carpeta que contiene el archivo y posteriormente el archivo que se quiera abrir, una vez seleccionado clicar en “Open” para abrirlo. Si se quiere cancelar la apertura de archivos darle a “Cancel”. Figura 5.8: Abrir un archivo de Cadix 3) Save Project (Guardar un proyecto) Permite guardar el proyecto, clicando en “Save Project” se guardará encima del último proyecto guardado que esté abierto. Si es la primera vez que se guarda 50 aparecerá el cuadro mostrado en la figura 5.9, en la cual se pondrá el nombre del proyecto en el primer recuadro blanco a la izquierda, y en los dos cuadros superiores a la derecha se elegirá la carpeta en la cual se quiera guardar. Una vez introducido el nombre y elegida la carpeta para aceptar pulsar en “Ok”. Figura 5.9: Guardar un proyecto de CADIX Una vez este guardado ese proyecto para volver a guardarlo encima del anterior clicando en ésta opción aparecerá la ventana mostrada en la figura 5.10, para asegurarse de que se quiere remplazar el proyecto actual por el anterior. Si se desea remplazar seleccionar “Sí”, en caso contrario seleccionar “No” o “Cancelar” para cancelar la operación de guardado. Figura 5.10: Advertencia de guardado 4) Save Project as (Guardar un proyecto como…) Esta opción permite guardar el proyecto con el nombre y en la carpeta que se quiera a través de la ventana mostrada en la figura 5.9. La diferencia con la opción 51 anterior es que aquí siempre pregunta el nombre y la carpeta de destino para guardar, en el otro caso solo lo pregunta la primera vez, después guarda encima del proyecto que esté abierto y haya sido guardado con anterioridad. 5) Delete Project (Borrar un proyecto) Esté menú permite borrar un proyecto que se tenga guardado en una carpeta del ordenador, la ventana que se abre para borrar el archivo es igual que la de abrir archivos salvo que en vez de “Open” (abrir) está la opción de “Delete” (borrar), ver figura 5.11. Figura 5.11: Eliminar un archivo de Cadix 6) Close Project (Cerrar un proyecto) Cuando se tiene un proyecto abierto en el programa, haya sido guardado o no, seleccionando esta opción se cerrará dicho proyecto. 7) Print setup (Configuración de la impresora) Desde este menú se puede acceder a la configuración de la impresora, pulsándolo sale la ventana de la figura 5.12. 52 Figura 5.12: Configuración de la impresora Para configurar la impresora hay que conocer los diferentes apartados del menú que están dentro del recuadro rojo:  “Number of copies”: número de copias, por defecto hay 1 copia, pulsando encima se puede cambiar el número.  “Font selection”: selección de fuentes en las que se quiera que se imprima el documento, si se presiona en “other fonts” saldrán otros tipos de fuentes a parte del “Arial”.  “Printer selection”: selección de la impresora, se debe seleccionar de entre las impresoras que hay para elegir la que se vaya a utilizar para imprimir el archivo.  “Printing language”: seleccionar el lenguaje con el que se imprimirá el documento de entre 6 opciones, “English” (inglés), “French” (francés), “German” (alemán), “Polish” (polaco), “Russian” (ruso) y “Spanish” (español).  “Paper format”: formato del papel, hay dos opciones para elegir, din A4 (210x297 mm) o 8,5x11 inches. Dentro del recuadro verde de “Options”, están las distintas opciones de documentos para imprimir: 53  “Print Warning message report”: imprimir el informe del mensaje de advertencia.  “Print estimated outlet water quality”: imprimir la calidad estimada de agua a la salida.  “Print estimated waste water composition”: imprimir la composición estimada de las aguas residuales.  “Add disclaimer on printout”: agregar la limitación de responsabilidad en la impresión.  “Print Design Layout”: imprimir la presentación del diseño. Por último en “Save configuration at exit” se guardan los archivos a imprimir seleccionados a la salida de la ventana. En el recuadro de color naranja se puede elegir un logo para poner en la impresión si se quiere en “Select the logo to be displayed on printout”. Dándole a la flecha, ver figura 5.13, hay dos logos a elegir o en “Other” se puede poner un logo que se tenga guardado en el ordenador. Figura 5.13: Selección de logo para la impresión Si se selecciona “Other” aparecerá un cuadro como el de la figura 5.14, que dice que “escriba el nombre de su archivo de su logotipo personal que debe estar ubicado en el directorio de CADIX incluida la extensión (ejemplo: MyLogo.wml)” una vez hecho lo que indica presionar “Aceptar” y ya se tendrá el logo elegido en la impresión. Figura 5.14: Selección de un logo externo 54 Por último en el cuadro azul que pone “Input Designer references”, es decir, referencia del diseño a la entrada. Pulsando sobre él sale un cuadro como el de la figura 5.15. Figura 5.15: Referencias del diseño a la entrada En las casillas se deben poner los datos del usuario que ha realizado el proyecto, las casillas con asterisco deben ser rellenadas obligatoriamente:  “Prepared by*”: elaborado por.  “Title”: título.  “Company*”: empresa.  “E-mail”: dirección de correo electrónico.  “Phone”: teléfono.  “Fax”: fax.  “Mobile pone”: teléfono móvil.  “Country”: país.  “Call this number if bad transmission”: llamar a este número si la transmisión es mala. Una vez completadas las casillas pulsar en “Ok” para confirmar o en “Cancel” si se quieren cancelar los datos. Una vez rellenadas todas las casillas como el usuario desee, pulsar “Ok” para confirmar todos los datos y se pueda proceder a la impresión posteriormente. Si no desea que se guarden los datos puestos seleccionar “Cancel” y se cerrará la ventana de configuración de la impresora cancelándose todos los datos metidos. 55 8) Print (Imprimir) Dentro del menú de “Print” hay 4 opciones para elegir los documentos que se quieran imprimir (véase figura 5.16). Figura 5.16: Menú desplegable de “Print”  “Print screen”: imprimir la pantalla, sirve para imprimir lo que se ve en la pantalla, pero antes de ello guarda la imagen a imprimir. Por tanto lo primero que aparece una ventana de guardado para guardar la imagen, seguido se imprimirá en la impresora.  “Print Requested Information form”: imprimir el formulario de información solicitada. Dentro de éste hay otras 3 opciones a elegir, mostradas en la figura 5.17. Figura 5.17: Menú desplegable de “Print Requested Information form” 62  “Service water per regeneration (m3)”: agua de servicio para el lavado de la resina en la regeneración medida en metros cúbicos: o “Demineralized water (DI)”: agua desmineralizada. o “Decationized water (DC)”: agua desionizada. o “Filtered raw water (FR)”: agua bruta filtrada.  “Duration of one regeneration”: duración de la regeneración en horas. En el cuadro azul se pide el volumen de la resina por línea en litros, hay que seleccionar la forma iónica utilizada para informar sobre el volumen de la resina, H+ (H-form), Na+ (Na-form), base libre (free base), OH- (OH-form) y Cl- (Cl-form), sabiendo lo que significa cada cuadro: o “WAC”: weak acid cation, es decir, el catión de un ácido débil. o “SAC”: strong acid cation, catión de un ácido fuerte. o “WBA”: weak base anion, anión de una base débil. o “SBA”: strong base anion, anión de una base fuerte. Una vez rellenadas todas las casillas seleccionar “Ok” para confirmar, seguido pedirá que se abra el archivo de Cadix que se quiera comparar. Una vez abierto el archivo a comparar, aparecerán los resultados de la evaluación económica (figura 5.26) con diferente información referida al “Operating parameters” (parámetros de operación). Figura 5.26: Resultados de la evaluación económica 63 Una vez observado los resultados mostrados en la figura 5.26, clicar en “Page 2” para continuar viendo los resultados de la evaluación económica (figura 5.27) en la que aparece información referida al “Yearly parameters” (parámetros anuales) e información general. Figura 5.27: Continuación de los resultados de la evaluación económica  “Default Chemicals cost”: coste de los productos químicos predeterminado. Mediante esta opción se pueden modificar los costes de los productos químicos para que se queden establecidos de esa manera y no tener que estar introduciendo los costes cada vez que se realice una evaluación económica. Dentro de ésta opción hay 3 posibilidades mostradas en la figura 5.28. Figura 5.28: Menú desplegable de “Default Chemicals cost” 64  “Enter chemicals cost”: introducir los costes de los productos químicos. Permite introducir los costes de los reactivos y guardar una lista con el nombre que se quiera (figura 5.29). Figura 5.29: Ventana de “Enter chemicals cost” Se meten los valores como se ha explicado anteriormente, una vez introducidos los valores de los costes de los reactivos en “Give a name to this list” se pone el nombre de la lista que se quiere crear con los valores añadidos, una vez nombrada, presionar “Save” para guardar la lista creada. Si se desea se pueden volver a introducir nuevos valores y guardar más listas clicando en “Save”, por el contrario si no se desea seguir creando listas presionar “Close” para cerrar.  “Edit Chemicals cost”: editar los costes de los productos químicos. Gracias a esta opción se pueden modificar los costes de las listas creadas (véase figura 5.30), la lista que ya existía por defecto llamada “CADIX Default Chemical cost” no se puede modificar. Se selecciona una lista a la derecha de donde pone “Select a cost from this list”, pinchando en las flechas que hay a la derecha de dicho cuadro aparecen los distintos nombres de las listas de costes que se tengan creadas, se selecciona la que se quiera cambiar y luego se modifican los valores que se deseen. Una vez introducidos los nuevos costes en la lista adecuada, seleccionar “Save” para guardarlo, cuando ya no se desee modificar ninguna lista más clicar en “Close” para cerrar. 65 Figura 5.30: Ventana de “Edit Chemicals cost”  “Delete Chemicals cost”: borrar los costes de los productos químicos. Ésta opción permite borrar las listas creadas (figura 5.31), la lista que ya existía por defecto llamada “CADIX Default Chemical cost” no se puede borrar. Se selecciona una lista a la derecha de “Select cost from this list” clicando en las flechas a la derecha del cuadro, una vez seleccionada la lista que se desee borrar, clicar en “Delete”. Cuando se haya terminado de borrar todas las listas que se quiera presionar “Close” para cerrar la ventana. Figura 5.31: Ventana de “Delete Chemical cost” 66 2) Update Currency Rate (Actualizar la tasa de la moneda) Ésta es la segunda opción de la pestaña “Tools” (figura 5.22) que permite cambiar la moneda utilizada en el programa, también se pueden incluir nuevas monedas que no estén por defecto. Hay 4 tipos de monedas: el “USD” (“US dollar”: dólar de EEUU), “Euro” (“European Currency”: moneda Europea), “£UK” (“UK Sterling Pound”: Libras del Reino Unido) y “Yen” (“Japanese Yen”: Yen Japonés). Para cambiar el tipo de moneda en el cuadro de la figura 5.32, se puede elegir pulsando sobre los círculos dentro del recuadro morado al lado de la moneda que se desee. Para crear nuevas monedas hay que presionar en el cuadrado escrito en rojo para introducir el nombre de la nueva moneda, en el marcado en naranja para poner el símbolo que aparecerá en el pie de página y en el marcado en azul claro el valor de la moneda en comparación a un dólar (USD), se debe recordar que el valor de una moneda respecto de otras, en este caso el USD, cambia continuamente, por tanto se debería de cambiar dicho valor por el actual. Figura 5.32: Cambio de unidades monetarias Si no se quiere modificar presionar en “Cancel” para cancelar el cambio, por el contrario, si se elije otra moneda hay que darle a “Save & Close”, es decir, guardar y cerrar el cambio realizado. 67 3) DOWEX resin pricing (Precios de resina DOWEX) Tercera opción de la pestaña “Tools”. Dentro de éste apartado hay una opción para escoger, “Enter Resin pricing” (figura 5.33), que permite modificar los precios de las resinas DOWEX que vienen por defecto en el programa. Figura 5.33: Menú desplegable de “DOWEX Resin pricing” Al clicar en la única opción que da, aparece un mensaje de aviso como el mostrado en la figura 5.34 en el que se informa que se pueden modificar los precios de la resina DOWEX en la siguiente tabla y que se debe asegurar que todas las resinas tienen los precios ya que sino en la etapa de selección de resina en el diseño, puede dar un error de ejecución del proceso. Figura 5.34: Advertencia sobre los precios de las resinas Al clicar en “Aceptar” aparecerá la ventana de actualización de los precios de las resinas DOWEX, ver figura 5.35, en la cual se pueden ir metiendo los nuevos precios de las resinas, una vez hecho marcar “Save change at exit” para guardar los cambios a salir y por último presionar “Ok”. En caso de no querer cambiar los precios de las 68 resinas y querer mantener los precios de CADIX pulsar en “Cancel” para cancelar la operación. Figura 5.35: Ventana de actualización de los precios de las resinas DOWEX 4) Custom vessel list (Lista de recipientes de medida) La siguiente opción de “Tools” o Herramientas es “Custom vessel list” que muestra la lista de recipientes de medida. Se indican cuatro opciones que van a ser descritas a continuación (figura 5.36). Figura 5.36: Menú desplegable de “Custom vessel list” 69  “Enter vessel dimensions”: Introducir las dimensiones del recipiente. Al seleccionar esta opción aparece la ventana de la figura 5.37, en la cual informan de que hay dos posibilidades para entrar en la línea personalizada de recipientes. Figura 5.37: Ventana para entrar en las dimensiones del recipiente La primera posibilidad (el reactor marrón) permite acceder a un único recipiente en el que la resina catiónica y aniónica están mezcladas. En la segunda posibilidad (los dos reactores azul y rojo conectados) la resina aniónica y catiónica estarán emplazadas en distintos recipientes, pudiendo tener distintos tamaños. Por último hay una casilla seleccionable que indica que los volúmenes de la resina están predefinidos y que CADIX no permite modificar los volúmenes, en caso de querer modificar los volúmenes habrá que marcar la casilla. Después de seleccionar las opciones que se deseen, clicar en la flecha de abajo a la derecha y aparecerá una ventana similar a la de la figura 5.38, para la opción de una serie de recipientes, salvo que los cuadros rosas y azules estarán en diferentes cuadrados según se haya marcado o no el poder modificar los volúmenes de CADIX en la ventana anterior de la figura 5.37. Los datos se introducen en los cuadros blancos, mientras que los cuadros coloreados calculan el valor de forma automática. En el caso de elegir un único recipiente la columna azul y blanca llamada “SBA” no aparecerá. 70 Figura 5.38: Nueva lista de recipientes Lo primero que se debe hacer es poner un nombre a la línea en el cuadro superior, seguido pulsar en “Start” para que aparezcan las descripciones mostradas en la figura 5.39 recuadradas de verde, después completar los cuadrados blancos, ya que en los rosas y azules aparecerá la medida calculada por el programa según hayamos rellenado las otras casillas blancas, y por último elegir a la derecha en “Water distributión system” el sistema de distribución de agua. Figura 5.39: Nueva lista de recipientes (paso 2) Para el caso de “Water distribution system” se muestran 3 opciones de forma que se debe elegir la forma en que se va a distribuir el agua.. En la figura 5.40 se muestra cada una de las opciones dadas. 71 Figura 5.40: Tipos de recipientes para distribuir el agua Dentro del cuadrado verde de la figura 5.39, hay 5 datos que se deben rellenar: o “External vessel diameter”: Diámetro externo del recipiente. o “Wall thickness”: Espesor de la pared. o “Area”: Área. o “Height between plates (H)”: Altura entre platos, es la altura representada como H en la figura 5.37. o “Available volumen”: Volumen disponible del recipiente. Al introducir los datos en los cuadros blancos, en los cuadros rosas y azules aparece la medida, en este caso del área y del volumen disponible, para realizar otra medida clicar en “Next”. Para salir clicar en “Save & Exit” y se guardará y saldrá de la ventana de las medidas de los recipientes.  “Edit vessel dimensions”: Esta es la segunda opción de la herramienta “Custom vessel list” y sirve para editar las dimensiones del recipiente. Funciona exactamente igual que la opción anterior pero para un único recipiente y sin marcar la opción de cambiar el volumen de la resina (figura 5.41). La diferencia con la opción anterior es que para acceder a la información de los cuadros a rellenar en vez de clicar “Start” hay que darle a “Display”, el resto funciona igual. 78 6) DOWEX literature (Librería de DOWEX) Es la sexta herramienta de la pestaña “Tools” (figura 5.22) y permite leer archivos relacionados con diferentes temas de DOWEX en Acrobat Reader (figura 5.50), para ello se deben de tener archivos de lectura descargados de la página web, si no se tienen, no aparecerá ningún archivo en la carpeta “lechdata” dedicada para ello. Para descargar lecturas se hace desde el menú que se va a explicar a continuación, y para abrir una lectura desde ésta ventana se hace doble clic en el archivo que se quiera leer. Figura 5.50: Librería DOWEX 7) Dowex literature download (Descarga de librería Dowex) La descarga de librería Dowex permite descargarse textos para leer en el Acrobat Reader desde la opción anterior. Lo primero que aparece al seleccionar esta opción es la ventana mostrada en la figura 5.51, que informa de que si se pulsa “Aceptar” se accederá a la página web de Dow Water Solutions, la literatura de DOWEX es compatible con el formato pdf y si se quiere se puede manejar la literatura desde CADIX. La descarga de cada elemento se guarda en la carpeta Cadix\Techdata. Pulsar “Aceptar” para continuar. 79 Figura 5.51: Descargar librería Dowex La siguiente ventana que aparece solo es compatible para los sistemas operativos que se describen en el menú ayuda (“Help”) y se muestra en la figura 5.52. A partir de la página web que está dentro del recuadro rojo se accede a la página web de “Dow Water Solution” a través de la cual se pueden descargar las lecturas de Dowex. Figura 5.52: Información sobre la descarga de librería Dowex 8) Resin cross reference chart (Tabla de referencias de resinas) A través de ésta opción de la pestaña “Tools” se puede acceder a una tabla que proporciona información acerca de los distintos tipos de resinas, tal como se muestra en la figura 5.53. En la parte inferior de la imagen hay distintas letras en color verde claro que permiten acceder a otros tipos de resinas clicando en ellas. 80 Figura 5.53: Tabla de referencias de resinas 9) Number format (Formato de número) Según el formato de número se permite abrir archivos CADIX que hayan sido guardados con otras versiones del programa, si el usuario solo tiene una versión de CADIX, en éste manual solo se utiliza la versión 6 del programa, no será necesario que modifique esta opción. Ver la imagen de “Number format” en la figura 5.54. Figura 5.54: Menú desplegable de “Number format” 10) Feed water analysis (Análisis del agua de la alimentación) Esta opción solo se puede utilizar cuando se está realizando un proyecto, permite ver la composición del agua de la alimentación, aparece en una ventana como la mostrada en la figura 5.55. 81 Figura 5.55: Análisis del agua de alimentación 11) Organic load (Carga orgánica) Desde ésta opción se puede ver la carga orgánica que tiene el agua de alimentación a través de la ventana mostrada en la figura 5.56. Figura 5.56: Carga orgánica del agua de alimentación 12) Cadix tools (Herramientas de Cadix) En este menú se encuentran 4 herramientas útiles que pueden ser necesarias para la realización del proyecto como son: calculadora, conversión de unidades, función restauradora y un recipiente medidor, esté submenú dentro de “Cadix tools” se puede ver en la figura 5.57. 82 Figura 5.57: Herramientas de CADIX Cada una de las 4 opciones se explican a continuación:  “Calculator”: calculadora, ésta función no está realizada por el programa CADIX, sino que es un enlace al programa de Windows (figura 5.58). Figura 5.58: Calculadora de Windows  “Unit converter”: conversor de unidades (figura 5.59). Figura 5.59: Conversión de unidades 83 Dentro del recuadro rojo dándole a las flechas hacia arriba o hacia abajo se cambia la variable para la que se quiere cambiar de unidades, en este caso está escrito por defecto viscosidad absoluta por tanto aparecen unidades como Pa·s, cP…. En los cuadros azules aparece el valor según la unidad que haya escrita a la derecha, al abrir la aplicación aparece por defecto 1 cP y el resto de unidades en base a eso, es decir que 1 cP son 0.001 Pa·s. Por último en los recuadros verdes se mete el valor de la unidad que se quiera cambiar, si por ejemplo si se escribe 3 cP en el cuadro verde de la izquierda, y aparecen las cifras correspondientes en otras unidades como se muestra en la figura 5.60. Figura 5.60: Ejemplo de la conversión de unidades  “Function restorer”: función restauradora, dentro de ésta opción hay diferentes funciones que se pueden restaurar (figura 5.61), se selecciona las funciones que se quieran y seguido presionar en “Ok” para confirmar y salir de la ventana, en la mayoría de los casos los cambios se efectuarán al volver a iniciar el programa. Figura 5.61: Ventana de la función restauradora 84 En concreto son 8 las funciones que se pueden restaurar, pero solo permite modificar dos: o “Restore into about comparative cost evaluation”: realizar la restauración sobre la evaluación comparativa de costes. o “Restore Dow proprietary information”: restaurar la información de propiedad de Dow.  “Vessel sizer”: la traducción literal es recipiente medidor, con esto se refiere a que introduciendo el diámetro o área, el peso o volumen de la resina y el caudal se obtienen datos acerca del recipiente, la resina y la velocidad de flujo (figura 5.62). Figura 5.62: Recipiente medidor del programa CADIX La frase que está escrita en color rojo dice que hay que meter el diámetro o el área, el volumen o peso de la resina y el caudal para obtener los 3 datos que no hayan sido completados, por ejemplo si se introduce el diámetro, el peso de la resina y el caudal se obtendrán el área, el volumen de la resina y la velocidad de flujo. Una vez introducidos los tres datos que pide, clicar en “Calc” y calculará los datos, para un nuevo cálculo de flujo darle a “Clear” y limpiara los datos introducidos con anterioridad para poder introducir nuevamente los nuevos datos. Cada cuadro azul, verde y amarillo proporciona información acerca de:  “Diameter”: Diámetro.  “Area”: Área.  “Resin height”: Peso de la resina.  “Resin volumen”: Volumen de la resina.  “Flow rate”: Caudal.  “Flow velocity”: Velocidad de flujo. 85 13) Acces to LS Web site (Acceso a la página web de LS) A través de esta opción se llega a la misma ventana que la de “Dowex literatura download”de la cabecera principal en “Tools”. En dicha ventana aparece la dirección web para poder acceder a la página pinchando sobre ella. 14) Cadix Incident Report (Informe de incidente de Cadix) Esta función sirve para informar de cualquier problema que encuentre en CADIX, de forma que aparece una ventana como la mostrada en la figura 5.63, que informa que en el paso siguiente, se mostrará un archivo de Excel (TM) de hoja de cálculo que puede ser completado y enviado por correo electrónico a Dow, pero solo está disponible si la versión apropiada de Excel está instalada en su ordenador. Utilice la función de impresión de Excel para enviar el informe. Si desea continuar pulsar “Sí” en caso contrario clicar en “No”. Figura 5.63: Advertencia para el informe de incidente de CADIX 5.1.3. Options (Opciones) A través del menú desplegable de opciones, figura 5.64, se puede acceder a distintas aplicaciones descritas a continuación: Figura 5.64: Menú desplegable de “Options” 86 1) Unit system (Sistema de unidades) Dentro de éste menú muestran dos opciones: “Metris Unit System” (sistema métrico europeo) y “US Unit System” (sistema de EEUU o inglés), cliclando encima de ellos se selecciona el sistema de unidades que se desee utilizar (figura 5.65). Figura 5.65: Opciones de “Unit system” 2) Activate PDF files lecture (Activar la lectura de archivos pdf) Pinchando encima de esta frase se activa la lectura de archivos pdf y queda marcado en la izquierda, volviendo a pinchar encima se va la marcay se desactiva la lectura de archivos pdf, como se muestra en la figura 5.66. Figura 5.66: Activación/desactivación de la lectura de archivos pdf 3) Activate PDF Writer (Activar el escritor de pdf) Este menú funciona exactamente igual que el anterior, clicando encima se activa o se desactiva según aparezca o desaparezca el tick respectivamente. En este caso lo que se activa es el escritor de pdf, para ello es necesario disponer de uno, en caso contrario no se podrá activar y permanecerá siempre desactivado incluso aunque se clique en él. En éste último caso aparecerá una ventana, mostrada de la figura 5.67, en la cual informan de que el programa es incapaz de encontrar un escritor pdf en su 87 ordenador y que por favor seleccione uno de forma manual en: File/Print setup/Printer selection. Figura 5.67: No se encuentra escritor pdf 4) Edit/Change default parameters (Editar/modificar parámetros predeterminados) Presionando esta opción de editar/modificar parámetros predeterminados aparece, lo primero, un cuadro de advertencia, figura 5.68, que advierte de que los datos utilizados por CADIX como valores por defecto en los siguientes pasos, se pueden cambiar para personalizar los datos que se desee, teniendo en cuenta que CADIX no controla su entrada. Figura 5.68: Cuadro de advertencia Después de aceptar la advertencia anterior aparecerán 3 páginas de datos escritos por defecto por el programa que se pueden cambiar en caso de que no coincida con los datos que quiera el usuario. Para cambiar de una página a otra se hace desde las flechas que hay en la parte inferior derecha que se muestra en la figura 5.69. 94 abrir se selecciona y se le da a “Open” (abrir), también está la opción de seleccionarlo y darle a “Delete” para eliminar el archivo, por último pulsando “Cancel” se cancela la apertura de archivos. Figura 5.79: Apertura de archivos CADIX Cerrar el proyecto actual: si se quiere cerrar el proyecto actual se utiliza éste icono pinchando sobre él. En ese caso aparecerá una ventana, mostrada en la figura 5.80, que avisa de que se tenga cuidado ya que con éste icono se cerrará el proyecto actual, si se desea continuar y cerrar el proyecto seleccionar “Sí” en caso contrario presionar “No” y el proyecto seguirá abierto y disponible para continuar con su manejo. Figura 5.80: Advertencia para cerrar el proyecto Guardar el proyecto actual: clicando en el icono se guarda el proyecto que se esté realizando, ésta opción ha sido explicada en el apartado de cabecera principal en File/Save Project. 95 Borrar un archivo: el siguiente icono sirve para borrar (archivo o proyecto actual), explicado en el apartado cabecera principal en File/Delete Project. Configuración de la impresora: desde este icono se puede acceder a la configuración de la impresora, es el mismo menú que el de la cabecera principal en el menú desplegable “File” la opción de “Print setup”, explicado anteriormente. Imprimir archivo: según los cambios realizados en la configuración de la impresora (icono a su izquierda) se imprimirá el documento o documentos seleccionados. Si el proyecto no ha sido guardado con antelación saldrá un cuadro como el de la figura 5.81, informando de que el archivo no ha sido guardado y es recomendable antes de realizar el siguiente paso, si se quiere guardar el archivo antes de imprimirlo darle a “Sí” en caso contrario a “No” y el archivo será impreso sin haber sido guardado. Figura 5.81: Aviso para guardar el proyecto antes de imprimir Imprimir archivo pdf: para imprimir un archivo en pdf es necesario tener un escritor pdf, sino, no será posible y aparecerá la ventana de la figura 5.82, en la cual se informa que el programa es incapaz de encontrar un escritor pdf en su ordenador y que se seleccione uno de forma manual en: File/Print setup/Printer selection. Figura 5.82: No se encuentra escritor pdf 96 Evaluación económica: en éste menú se puede obtener una evaluación económica del proyecto realizado, introduciendo el coste de los reactivos utilizados. Es la misma opción que hay si desde la cabecera principal se selecciona “Tools”/”Comparative Cost Evaluation”/”Start Cost evaluation”, éste apartado ha sido explicado anteriormente. Muestra del resultado: este icono muestra el resultado del proyecto que este abierto en ese momento. Ayuda: en éste menú está la ayuda sobre el manejo del programa. Dependiendo del sistema operativo que se tenga en el ordenador no dejará verlo ya que no es compatible con los nuevos sistemas operativos. Librería de resinas DOWEX: clicando en esta opción permite acceder a la librería de DOWEX, explicada en el apartado de la cabecera principal en Tools/DOWEX literatura. Herramientas: dentro de este menú se encuentran 4 herramientas útiles que pueden ser necesarias para la realización del proyecto como son: calculadora, conversión de unidades, función restauradora y un recipiente medidor, esté submenú dentro de herramientas se puede ver en la figura 5.57. Cada apartado de las 4 herramientas que ofrece el programa están explicados en el apartado anterior de la cabecera principal, en Tools/Cadis tools. Contacta con Dow Water Solution: a través de esté menú se puede acceder a al contacto con Dow Water Solution por si se tiene cualquier duda acerca del programa CADIX. Dependiendo del sistema operativo que se tenga no funcionará. Enviar el archivo por e-mail: clicando en éste icono permite enviar un archivo CADIX por correo electrónico, la manera de realizarlo ha sido explicada anteriormente, ya que es el mismo menú que el de la cabecera principal en “File” y dentro de éste en “Sent Cadix Result by E-mail”. 97 5.3. Pie de ventana El pie de ventana se encuentra en la parte inferior del programa ejecutado. Esta sección proporciona información acerca del proyecto que se esté realizando. En la figura 5.83 viene representado el significado de cada apartado del pie de ventana. Figura 5.83: Significado del pie de ventana Hay un total de 6 apartados informativos en la parte inferior, cada uno de ellos indica:  Unidad del sistema: indica las unidades de medida en que se está realizando el proyecto, en este caso en unidades métricas. Para cambiar de unas unidades a otras hay que pinchar encima de la unidad y saldrá una ventana (figura 5.84), que informa que del cuidado que hay que tener con dicho cambio ya que se cerrará la fase de proyecto actual, si se está de acuerdo pinchar en “Sí” y se cambiarán las unidades, sino pinchar en “No” y permanecerán las primeras unidades. 98 Figura 5.84: Cambio de unidades del sistema  Moneda: índica el tipo de moneda con el que se realizarán la evaluación económica. Para cambiar el tipo de moneda hay que pinchar en el cuadro de la parte inferior, que informa el tipo de moneda que se está utilizando y saldrá un cuadro dónde se puede elegir la moneda que se quiera tal como ha sido explicado en el apartado cabecera principal/”Tools”/“Update Currency Rate”.  Proceso de diseño elegido: en este apartado está escrito el nombre del proceso que se haya elegido para hacer el proyecto. Los diferentes procesos se elijen desde el primer icono de la cabecera secundaria de selección del proceso llamado “Quick process selection”.  Tipo de diseño: hay 3 tipos de diseño, “NPD” (“New Plant Design”: diseño de nuevas plantas), “EPE” (“Existing Plant performance Evaluation”: evaluación de desempeño de las instalaciones existentes) y “EPR” (“Existing Plant Retrofit”: adaptar las plantas existentes).  Nombre del archivo: en esta sección pondrá el nombre del archivo, dicho nombre ha sido especificado por el usuario al guardar el proyecto realizado.  Registro del estado: indica mediante símbolos si la versión de CADIX utilizada es libre, es decir, que solo se podrá usar una parte básica del programa o por el contrario se le ha introducido una clave que permite utilizar la totalidad del programa, dicha clave se consigue mediante el registro del usuario explicado en el apartado 4.2. Los símbolos del programa sin clave y con clave vienen representados en la figura 5.85. Figura 5.85: Símbolo a) del programa libre y b) del programa con clave 99 5.4. Menú de navegación Esta es una característica que permite una navegación sencilla a través de los pasos de diseño del proyecto. La barra de navegación aparece a la derecha de la pantalla tan pronto como se introducen los datos en CADIX o si abre un archivo guardado en la memoria. Los botones de navegación se activan (pasando de gris a negro) después de que la pantalla o el nivel correspondiente se muestren. Entonces, es posible navegar a través del diseño gracias a éste menú. La barra lateral se compone de tres pestañas (figura 5.86): entrada de los datos de la alimentación (input), resultados del diseño (results) y cálculo y personalización (calc & customize). Figura 5.86: Pestañas del menú de navegación. A continuación, se van a explicar brevemente cada una de las 3 pestañas, siendo detalladas más a fondo en el apartado 6, con el caso práctico. 100 5.4.1. “Input” Para la introducción de los datos de alimentación, aparecen 8 elementos cada una de las cuales corresponde a las 8 ventanas donde el usuario puede introducir los datos de la alimentación que permitirán a CADIX realizar el diseño del sistema (figura 5.87). Figura 5.87: Entrada de los datos de alimentación Los 7 primeros elementos se utilizan para un nuevo diseño de planta (NPD), así como para una evaluación de la planta existente (EPE) y la adaptación de la planta existente (EPR). El último elemento solo se utiliza para informar a CADIX sobre los tamaños de los recipientes de una planta ya existente, que le permitirá evaluar la capacidad de la planta existente o para optimizar una planta existente para su modificación. Al seleccionar uno de éstos elementos, aparecerá en la pantalla la ventana correspondiente al nivel seleccionado. Los elementos que forman la introducción de los datos de la alimentación son:  “Feed water analysis”: Análisis del agua de alimentación.  “Regeneration system & Layout”: Sistema de regeneración y diseño.  “Plant capacity & degasifier”: Capacidad de la planta y desgasificador. 101  “Outlet water quality requirements”: Requerimientos de la calidad del agua de salida.  “Regeneration parameters”: Parámetros de regeneración.  “DOWEX resins selection”: Selección de las resinas DOWEX.  “Polishing stage parameters”: Parámetros de la etapa de pulido.  “Existing plant parameters”: Parámetros de una planta existente. 5.4.2. “Results” El menú de navegación de los resultados contiene 8 elementos (figura 5.88), dentro de los cuales los 7 primeros los puede mostrar CADIX cuando un diseño ha sido completado. Dentro de estas ventanas aparecen algunos resultados en cuadros verdes que indican que pueden ser modificados por el usuario. El último elemento está disponible cuando se abre un archivo guardado de CADIX, al seleccionarlo se muestran los resultados del diseño. En ésta última opción no se puede cambiar nada, pero se puede utilizar cuando se desee una copia impresa de los resultados. Figura 5.88: Resultados del diseño 102 Los elementos que forman los resultados son:  “Plant diagram”: Diagrama de la planta  “Performance design results”: Resultados del rendimiento del diseño  “Mechanical design results”: Resultados mecánicos del diseño.  “Regeneration flow sheet”: Diagrama de flujo de la regeneración.  “H/OH effluents balance”: Equilibrio de los efluentes H/OH.  “Polishing design results”: Resultados del pulido del diseño.  “Polishing regeneration flow sheet”: Diagrama de flujo de la regeneración en el pulido.  “Edit saved results”: Editar los resultados guardados. 5.4.3. “Calc & Customize” El menú de navegación de cálculos y personalización está formado por 8 elementos (figura 5.89). Figura 5.89: Calculo y personalización 103 Cada uno de los 8 elementos que componen el menú de cálculo y personalización son:  “Calculate”: Cálculo. Seleccionándolo se abrirá la ventana de los parámetros de diseño de cationes/aniones que contienen las dosis de regeneración y factores de seguridad que se utilizaron en el diseño actual. Para ejecutar el proceso de cálculo hay que seleccionar la flecha hacia la derecha una vez modificados los valores.  “Run same design with different feed water”: Ejecutar el mismo diseño con agua de alimentación diferente. Una vez que el diseño ha sido completado y parece que todo está correcto, ésta opción permite saber que ocurrirá con la planta si algo cambia en el agua de la alimentación. Lo primero que habrá que hacer es introducir los datos del agua de alimentación, presionar la flecha que indica hacia la derecha y el programa evaluará el rendimiento utilizando todos los parámetros del diseño principal.  “Change vessel(S) diameter”: Cambiar el diámetro de los recipientes. Si el usuario no está de acuerdo, por cualquier razón, con el calibrado del recipiente hecho por CADIX, se puede cambiar a través de esta ventana. CADIX calculará la planta con las cifras que se hayan introducido, pero se reserva el derecho de modificación si se exceden los limites.  “Final resin volumes fine tune”: Ajustar los volúmenes de resina finales.  “Modify regeneration parameter(s)”: Modificar los parámetros de regeneración. Los parámetros que están dentro de cuadros verdes pueden ser modificados.  “Change design Bv/h (gpm/ft3)”: Cambiar el diseño. Esta opción está reservada para la planta de pulido de condensado y se puede cambiar la velocidad de flujo especifico utilizado por CADIX para evaluar el volumen de resinas.  “Change C/A volume ratio in MB”: Cambiar la relación del volumen. Esta opción está reservada a la planta de pulido de condensado y se puede cambiar la relación de volumen catión/anión utilizado por CADIX para evaluar la proporción de ambas resinas en un lecho mixto.  “Custom vessel(s) fine tuning”: Ajuste del recipiente personalizado. Permite cambiar el recipiente propuesto por CADIX. 110 5.5.3.5. Requisitos del agua de salida En este apartado hay que introducir la conductividad y el nivel de sílice que hay en el agua. Hay cuatro variables a rellenar (figura 5.96), en las cuales las dos de arriba se pueden poner en tres unidades diferentes (µS/cm, mg/l o µg/l) y las dos de abajo en dos unidades distintas (mg/l o µg/l):  “Average conductivity”: Conductividad media. Éste valor depende por la calidad del agua, el tipo de producto regenerante y la dosis que utiliza y del rendimiento de la resina de intercambio iónico. El programa calcula el valor de conductividad media con los datos del rendimiento, si es muy diferente del valor introducido aparecerá un mensaje de advertencia para modificarlo.  “Max. Conductivity at end-point”: Máximo valor de conductividad en el punto final. Éste valor es introducido para lograr una mejor calidad durante la ejecución del servicio.  “Average silica leakage as SiO2”: Promedio de pérdidas de sílice como SiO2.  “Max. silica level at end-point”: Máximo nivel de sílice en el punto final. Figura 5.96: Requisitos del agua de salida 111 5.5.3.6. Parámetros de la regeneración En el siguiente paso se deben elegir los parámetros que afectan a la regeneración (figura 5.97):  “Concentration of chemicals for regeneration”: Concentración de los productos químicos para la regeneración (HCl, H2SO4, NaCl y NaOH). El programa sugiere unas concentraciones de los productos químicos que se pueden cambiar si es necesario, pero hay que tener en cuenta que un ácido de mala calidad y los productos químicos cáusticos pueden resultar dañinos para las resinas y/o una disminución en el rendimiento de la planta.  “Acid regeneration”: Regeneración del ácido. Hay dos posibilidades a elegir, “Hydrochloric acid” (HCl) y “H2SO4 stepwise %” (H2SO4 con concentración gradual, no constante).  “Caustic regeneration”: Regeneración cáustica. Una regeneración con agua templada (35ºC) o caliente (50ºC) de NaOH puede ser necesaria si el nivel de sílice en el agua es elevado. También existe la posibilidad de realizar la regeneración cáustica con NaOH frío (15ºC).  “Effluent neutralization”: Neutralización del efluente. Hay dos opciones para elegir, “Effluent neutralization required” (neutralización del efluente requerida) o “Effluent neutralization not required” (neutralización del efluente no requerida).  “Regeneration mode”: Modo de regeneración. Hay dos posibilidades a elegir para el modo de regeneración, “Simultaneous cation/anion regeneration” (regeneración simultánea de la resina catiónica y aniónica) o “Seperate catión/anion regeneration” (Regeneración separada de la resina catiónica y aniónica).  “Rinse mode”: Modo de lavado. Se debe elegir entre “Rinse to waste” (el lavado no se utiliza más, es un residuo) o “Rinse recycling” (se recicla el lavado). 112 Figura 5.97: Parámetros de la regeneración 5.5.3.7. Selección de la resina DOWEX Este apartado ya viene completado por el programa pero si se desea cambiar el tipo de resina, se debe seleccionar la deseada de las que aparecen en la figura 5.98. Figura 5.98: Selección de la resina DOWEX 113 5.5.3.8. Descripción de la planta existente Este apartado llamado “Existing plant description” (descripción de la planta existente) solo aparece si en el apartado 5.5.2, es decir, el apartado de selección del proceso se ha elegido la opción de “Evaluate” (evaluación de una planta ya existente). En este paso aparece la ventana mostrada en la figura 5.99 y se deben introducir los datos referidos a la planta de la cual se quiere hacer la evaluación. En rojo hay un tipo de resina catiónica y en azul están los tipos de resinas aniónicas (mirar apartado 5.1.2, sección 1). Los datos a introducir son los siguientes:  “Diameter”: Diámetro expresado en mm.  “Wall thickness”: Espesor de la pared expresado en mm.  “Vessel area”: Área del recipiente expresada en m2.  “Cylindrical height”: Altura cilíndrica en mm.  “Resin height*”: Altura de la resina en mm, el asterisco indica que no es obligatorio rellenar esta casilla.  “Resin volumen”: Volumen de la resina expresado en litros.  “Resin height as swollen”: Altura de la resina hinchada en mm, esta casilla no es necesario rellenarla ya que al rellenar el resto de casillas obligatorias y clicar en la flecha que indica hacia la derecha aparece rellenada por el programa.  “Volume reference ionic form”: Forma iónica de referencia.  “Check box if top distributor (no top nozzle plate)”: Marca la casilla si el distribuidor es superior (sin plato de boquilla superior).  “Check box if bottom cross distributor immersed into resin”: Marca la casilla si el distribuidor transversal inferior está inmerso en la resina. 114 Figura 5.99: Descripción de la planta existente 5.5.3.9. Parámetros de diseño de las resinas de intercambio iónico En este paso se deben introducir los parámetros de diseño de las resinas de intercambio iónico. En los cuadros rojos de la figura 5.100 se informa de la resina catiónica elegida en el proceso y la concentración de HCl para la regeneración. Hay que introducir el “safety coefficient” (coeficiente de seguridad para darle un margen de error al programa, se recomienda un 0,85) y el “Acid regeneration dosage” (la dosis de regeneración del ácido que debe ir en g/l basándose solo en forma de Na). Figura 5.100: Parámetros del diseño de las resinas de intercambio iónico 1 115 Pinchando en la flecha de abajo a la izquierda sale el siguiente paso de los parámetros de diseño de las resinas de intercambio iónico (figura 5.101). Figura 5.101: Parámetros del diseño de las resinas de intercambio iónico 2 En este segundo paso del apartado 6.1.10 hay que rellenar parámetros que tienen que ver con la resina aniónica. Como en el primer paso hay que introducir el “Safety coefficient” que también recomienda el programa que sea 0,85 tanto para el WBA como para el SBA. También se debe rellenar el “Overall regeneration ratio” (relación de la regeneración total en porcentaje estequiométrico, es la relación de la cantidad de ácido o NaOH utilizado para eliminar una cantidad equivalente de iones de la resina) y el “Average organics removal efficiency SBA (eficiencia de la eliminación de materia orgánica en porcentaje). 5.5.3.10. Evaluación de la resina aniónica En este paso el programa está evaluando todos los datos introducidos para obtener los resultados del proceso (figura 5.102). Figura 5.102: Ejecución de la evaluación de la resina aniónica 116 5.5.3.11. Resultados obtenidos En la figura 5.103 se muestra el sistema, “Feed water Tank” (tanque con el agua de alimentación), después viene la resina catiónica en rojo (“SAC”) y después dos aniónicas de azul (“WBA” y “SBA”), por último está el “Treated water tank” (tanque con el agua tratada). Pinchando en cada una de las 3 imágenes recién mencionadas se pueden ver las características de cada uno de ellos. Figura 5.103: Ventana que muestra los resultados Pinchando en “Feed water tank” se accede a la ventana de la figura 5.104 que informa de la composición del agua de alimentación, es la información proporcionada en el apartado 6.1.3. Figura 5.104: Composición del agua de alimentación 117 Pinchando sobre la imagen de la resina roja aparece la figura 5.105 que informa sobre la resina catiónica:  “Resin volumen as delivered”: Volumen de resina en litros.  “Vessel diameter”: Diametro del recipiente en mm.  “Resin height as delivered”: Altura de la resina en mm.  “Regeneration system”: Sistema de regeneración. Figura 5.105: Información sobre la resina catiónica Pinchando sobre la imagen de la resina azul aparece la figura 5.106 que informa sobre la resina aniónica:  “Resin volumen as delivered”: Volumen de resina en litros.  “Vessel diameter”: Diametro del recipiente en mm.  “Resin height as delivered”: Altura de la resina en mm.  “Regeneration system”: Sistema de regeneración.  “Nozzle plate betw. weak and strong resins”: Plato de boquilla entre las resinas débiles y fuertes. Figura 5.106: Información sobre la resina aniónica Pinchando en “Treated water tank” aparece la ventana de la figura 5.107 que informa sobre la composición del agua de salida que ya ha sido tratada con las resinas aniónicas y catiónicas. 118 Figura 5.107: Composición del agua de salida Para pasar a la siguiente ventana de resultados, se clica en flecha que indica hacia la derecha de la figura 5.103 y aparece la ventana mostrada en la figura 5.108 que informa sobre la resina catiónica en rojo y aniónicas en azul. Si se vuelve a clicar en la flecha que indica la derecha aparece otro cuadro parecido al de la figura 5.108 completando la información de éste. Figura 5.108: Resultados sobre las resinas catiónica y aniónica Volviendo a clicar en la flecha para pasar a la siguiente ventana, aparece la de la figura 5.109, que muestra información acerca del flujo de regeneración en diferentes unidades:  “SAC backwash”: Lavado a contracorriente de la resina catiónica.  “HCl injection”: Inyección de HCl.  “Acid displacement”: Desplazamiento del ácido.  “Water blockage flow”: Bloqueo del flujo de agua. 119 Figura 5.109 Información sobre la regeneración del sistema En la siguiente ventana mostrada en la figura 5.110 aparece información sobre el tiempo de regeneración (“Regeneration time”), el agua de servicio (“Service water”), el intercambio de cationes (“Cation exchanger”) y el intercambio de aniones (“Anion exchanger”):  “Cation regeneration time”: Tiempo de regeneración de la resina catiónica expresado en minutos.  “Anion regeneration time”: Tiempo de regeneración de la resina aniónica expresado en minutos.  “Rinse recycling at 107 m3/h”: Tiempo del reciclaje del lavado a 107 m3/h expresado en minutos.  “Total regeneration time”: Tiempo total de regeneración expresado en horas.  “Scavenger regeneration time”: Tiempo de regeneración de los desechos expresado en minutos.  “Demineralised water”: Agua desmineralizada en m3.  “Decationized water”: Agua desionizada en m3.  “Filtered Raw water”: Agua filtrada sin tratar en m3.  “Total water”: Agua total en m3.  “Cation salinity”: Salinidad del catión expresada en equivalentes.  “Amount acid used”: Cantidad de ácido utilizado expresada en equivalentes.  “Excess as H+ ions”: Exceso de iones H+ expresado en equivalentes. 126 resinas, dichas resinas son una de base débil y la otra de ácido fuerte ([WBA SAC]). El tiempo que transcurre entre dos regeneraciones es de 11 horas. La conductividad media del agua de salida se quiere que sea de 1 µS/cm, el máximo valor de conductividad en el punto final es de 4 µS/cm. También es necesario introducir el promedio de pérdidas de sílice que es de 0,05 mg/l y el máximo nivel de sílice en el punto final que es de 0,1 mg/l. En la empresa se tienen distintos compuestos químicos para la regeneración de las resinas, HCl al 35%, H2SO4 al 96%, NaCl al 26% y NaOH al 50%. Para la regeneración del ácido se utiliza HCl y para la regeneración básica se utiliza NaOH en frío. La regeneración es simultánea para la resina aniónica y catiónica, el efluente no necesita neutralización y el lavado se recicla para volver a utilizarse. EL precio de los productos químicos empleados en el sistema tienen un coste de 208 € la tonelada de HCl al 35%, 128 €/tonelada de H2SO4 al 96% y 264 €/tonelada de NaOH al 50%. Para regenerar la resina catiónica se utiliza una dosis de acido de 80 g/l. Equivalentemente hay que utilizar una relación de 1,29 de NaOH respecto a la cantidad de iones de la resina que se quieren eliminar en la regeneración y se elimina un 75% de la materia orgánica. El caso práctico propuesto contará de dos partes:  En la primera se va a diseñar el sistema de intercambio iónico con las características adecuadas para obtener agua desmineralizada para calderas de vapor.  En la segunda parte se va a realizar una evaluación económica del sistema de intercambio iónico diseñado. 6.1. Diseño práctico del sistema Para comenzar a diseñar el sistema de desmineralización del agua hay que abrir el programa CADIX, una vez abierto, ir a la cabecera principal y seleccionar “File”/”New Project”/”Water demineralization”. 127 6.1.1. Ventana de inicio La primera ventana que aparece explicada en el apartado 5.5.1, pide información general sobre el proyecto, como la empresa que realiza el proyecto, la planta que se va a diseñar y el destinatario. Como esta ventana no es obligatoria rellenarla (figura 6.1), solo se va a poner que el proyecto ha sido preparado por Cristina, el resto de casillas quedarán vacías. Figura 6.1: Información sobre el proyecto 6.1.2. Elección del proceso En la siguiente ventana que aparece explicada en el apartado 5.5.2, se pide al usuario que elija el tipo de diseño que quiere realizar. Como se va a diseñar una nueva planta se elegirá “New Plant Design” (figura 6.2). 128 Figura 6.2: Elección del tipo de diseño 6.1.3. Composición del agua de alimentación Seguidamente se deben rellenar los cuadros blancos con la información del agua de alimentación que se vaya a utilizar en el proceso, la forma de completar ésta ventana aparece en el apartado 5.1.2 parte 5). En la figura 6.3 se encuentran ya todas las casillas rellenas con la información proporcionada en el apartado 6. Figura 6.3: Composición del agua de alimentación 129 6.1.4. Propiedades del agua de alimentación La siguiente ventana pide información sobre las propiedades del agua de alimentación que se vaya a utilizar en el proceso, se deben rellenar los cuadros blancos con dicha información, la forma de completar ésta ventana aparece en el apartado 5.1.2 parte 5). En la figura 6.4 se encuentran ya todas las casillas rellenas con la información proporcionada en la tabla 6.1 del apartado 6. Figura 6.4: Propiedades del agua de alimentación 6.1.5. Sistema de regeneración En la ventana de la figura 6.5, se pide información acerca del sistema de regeneración, dicha información a sido proporcionada en el apartado 6. Este apartado ha sido explicado en el apartado 5.5.3.3. 130 Figura 6.5: Sistema de regeneración utilizado en éste caso práctico 6.1.6. Parámetros de la planta En el siguiente paso se deben introducir los parámetros utilizados en la planta (explicado en el apartado 5.5.3.4). La ventana se debe rellenar con los datos proporcionados en la introducción del apartado 6. Figura 6.6: Parámetros utilizados en la planta diseñada 131 6.1.7. Requisitos del agua de salida En este apartado, explicado en el apartado 5.5.3.5, hay que introducir la conductividad y el nivel de sílice que hay en el agua con los datos proporcionados en el apartado 6. La ventana rellena esta mostrada en la figura 6.7. Figura 6.7: Requisitos del agua de salida 6.1.8. Parámetros de la regeneración En el siguiente paso se deben elegir los parámetros que afectan a la regeneración (explicado en el apartado 5.5.3.6) según los datos proporcionados en la introducción del apartado 6. Figura 6.8: Parámetros de la regeneración 132 6.1.9. Selección de la resina DOWEX Este apartado ya viene completado por el programa pero si se desea cambiar el tipo de resina, se debe seleccionar la deseada de las que aparecen en la figura 6.9. Figura 6.9: Selección de la resina DOWEX 6.1.10. Parámetros de diseño de las resinas de intercambio iónico A continuación, tal como se muestra en la figura 6.10, se deben introducir los parámetros de diseño de las resinas de intercambio iónico según se explica en el apartado 5.5.3.9. Figura 6.10: Parámetros del diseño de las resinas de intercambio iónico 1 133 Pinchando en la flecha de abajo a la izquierda sale el siguiente paso de los parámetros de diseño de las resinas de intercambio iónico mostrado en la figura 6.11 (explicado en el apartado 5.5.3.9). Figura 6.11: Parámetros del diseño de las resinas de intercambio iónico 2 6.1.11. Evaluación de la resina aniónica En este paso el programa está evaluando todos los datos introducidos para obtener los resultados del proceso (figura 6.12). Figura 6.12: Ejecución de la evaluación de la resina aniónica 134 6.1.12. Resultados obtenidos Para ver los resultados correspondientes al funcionamiento del sistema propuesto en el apartado 6, se pueden seguir las indicaciones del apartado 5.5.3.11. A continuación se muestra en la tabla 6.2 y en la tabla 6.3 los resultados principales, sabiendo que la resina catiónica es “Marathon C” y las aniónicas son “Marathon WBA” y “Marathon A LB”. Tabla 6.2: Resultados del diseño de las resinas Unidades Marathon C Marathon WBA Marathon A LB Capacidad litros 10.225 4.850 6.450 Caudal neto m3/h 100 100 100 Tiempo entre dos regeneraciones horas 11 11 11 Capacidad de operación meq/l 976 947 686 Carga iónica eq 9.238 4.590 4.419 Forma iónica empleada Hidrógeno Base libre Cloruro Regenerante HCl NaOH NaOH Dosis de regenerante g/l 50 72,2 Altura inicial de la resina mm 2.115 859 1.141 Caida de presión a 15ºC KPa 45,2 18,2 21,5 Tabla 6.3: Resultados generales del diseño Unidades Resultado Tiempo de regeneración de la resina catiónica minutos 105 Tiempo de regeneración de la resina aniónica minutos 125 Tiempo total de regeneración horas 2,75 Agua desmineralizada obtenida m3 72,6 Agua desionizada obtenida m3 51,3 Agua sin tratar filtrada obtenida m3 43,7 Agua total obtenida m3 168 HCl al 35% consumido en la resina catiónica kg litros 1.351 1.151 NaOH al 50% consumido en la resina aniónica kg litros 930 610 135 6.2. Evaluación económica Para realizar una evaluación económica del sistema de intercambio iónico recién diseñado, se deben seguir los pasos explicados en el apartado 5.1.2 en la sección 1. 6.2.1. Introducción de los costes económicos Se abre la evaluación económica desde la cabecera principal en “Tools”/”Comparative Cost Evaluation” y se rellena la primera ventana mostrada en la figura 6.13 con los datos proporcionados en el apartado 6, seguido clicar en “Ok”. Figura 6.13: Introducción de los costes de los productos químicos 6.2.2. Apertura del archivo “CADIX” del sistema diseñado Una vez introducido el coste de los productos químicos empleados, aparece una ventana para abrir el proyecto del cual se quiera realizar la evaluación económica que haya sido guardado con anterioridad. En este caso se debe seleccionar el archivo de “CADIX” guardado del sistema diseñado en el apartado 6.1 (figura 6.14) y clicar “Open” para abrirlo.