ES2265584T3 - Procedimiento de descalcificacion de una solucion acuosa, en particular de lactosuero o de un permeato de ultrafiltracion de lactosuero. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de descalcificación de una solución acuosa que comprende unos cationes polivalentes Cae+ y Mg2+ y unos aniones aptos para formar unos complejos con una parte por lo menos de los cationes polivalentes, caracterizado porque comprende las operaciones: (a) de sustitución de una parte por lo menos de dichos aniones aptos para formas unos complejos de la solución acuosa por unos aniones monovalentes tales como Cl- no aptos para formar dichos complejos, y (b) de sustitución de una parte por lo menos de dichos cationes polivalentes de la solución acuosa por unos cationes metálicos monovalentes, tales como Na+ y/o K+, siendo la operación (b) realizada simultáneamente con la operación (a) o realizada sobre la solución acuosa que a sufrido la operación (a).
Description
Procedimiento de descalcificación de una
solución acuosa, en particular de lactosuero o de un permeato de
ultrafiltración de lactosuero.
La presente invención tiene por objeto un
procedimiento de descalcificación de una solución acuosa que
comprende unos cationes polivalentes Ca^{2+} y Mg^{2+} y unos
aniones aptos para formar unos complejos con una parte por lo menos
de dichos cationes polivalentes, tales como los aniones fosfato,
lactato, citrato.
En la industria láctea, como en otras numerosas
industrias, la presencia de calcio y/o de magnesio en unos líquidos
a tratar, limita algunas operaciones y en particular las operaciones
de concentración de estos líquidos.
Así, por ejemplo, en el caso de la producción de
lactosa cristalizada a partir de lactosuero, la presencia de calcio
obstaculiza la concentración de este lactosuero y limita la calidad
de la lactosa producida debido a una coprecipitación de sal de
calcio.
La presencia de calcio y/o de magnesio es
también un freno para la utilización de los procedimientos de
separación utilizados para la purificación, tales como la
electrodiálisis o la cromatografía.
Se han utilizado varias técnicas en el pasado
para eliminar los iones Ca^{2+} y Mg^{2+} presentes en un medio
acuoso.
Se trata en particular de las técnicas que
recurren a unas resinas catiónicas fuertes de las cuales el
contraión es Na^{+} ó K^{+}, para la descalcificación
(suavización) de agua o de jugos, en particular en azucarería.
La eliminación de los iones Ca^{2+} y
Mg^{2+} permite mejorar las prestaciones de los procedimientos
corriente abajo, limitando los riesgos de precipitación de sales
insolubles.
Cuando tiene lugar la percolación del agua o del
jugo a través de estas resinas catiónicas fuertes, los iones
Ca^{2+} y Mg^{2+} presentes en este agua o en este jugo son
intercambiados con los iones Na^{+} o K^{+} de las resinas.
Cuando estas últimas están saturadas, estas son
regeneradas por paso sobre estas de una solución acuosa de NaCl o
de una solución acuosa que contiene unos iones Na^{+} o K^{+}.
Hay entonces intercambio de los iones Na^{+} ó K^{+} de esta
solución con los iones Ca^{2+} y Mg^{2+} que se han fijado sobre
las resinas.
Se observará sin embargo que en el caso de los
lactosueros, por ejemplo, y en particular de los lactosueros suaves,
la descalcificación por medio de resinas catiónicas cuyo contraión
es Na^{+} ó K^{+}, según el ciclo llamado de suavizado, se hace
difícil debido a la formación de complejos entre los iones Ca^{2+}
y Mg^{2+} y la parte aniónica de algunos ácidos, finalmente
débiles, de los cuales los más conocidos son el ácido fosfórico y
algunos ácidos orgánicos tales como el ácido cítrico y el ácido
láctico.
Los iones Ca^{2+} y Mg^{2+} así complejados
se encuentran por ello mucho menos disponibles para un intercambio
con los iones Na^{+} ó K^{+} de las resinas y los rendimientos
de descalcificación se encuentran por ello disminuidos.
Para salvar esta dificultad, se ha tenido que
recurrir a unas resinas catiónicas débiles, llamadas quelatantes,
que tienen más afinidad para los iones Ca^{2+} y Mg^{2+} que las
resinas catiónicas fuertes mencionadas.
Sin embargo, cuando el contraión de estas
resinas es Na^{+} o K^{+}, su regeneración es costosa, puesto
que necesitan una primera regeneración con un ácido, generalmente el
ácido clorhídrico o el ácido sulfúrico, para reemplazar por unos
iones H^{+} los iones Ca^{2+} y Mg^{2+} fijados por estas
resinas, y después una segunda regeneración con sosa o potasa para
reemplazar los iones H^{+} por los iones Na^{+} o K^{+}.
La desmineralización total de los lactosueros es
a veces prevista por paso en serie, en primer lugar, sobre una
resina catiónica cuyo contraión es H^{+} regenerable por un ácido,
y después una resina aniónica cuyo contraión es OH^{-},
regenerable por una base.
El documento
FR-A-2 390 106 describe un
procedimiento de desalado del suero.
Cuanto tiene lugar la percolación de los
lactosueros a través de la resina catiónica, los iones Ca^{2+} y
Mg^{2+} pasan a reemplazar los iones H^{+} fijados sobre la
resina. Resulta de ello un descenso sensible del pH de los
lactosueros en curso de tratamiento, descenso que tiene por efecto
destruir los complejos mencionados entre los iones Ca^{2+} y
Mg^{2+} y los aniones fosfato y/o los aniones de ácidos orgánicos
(lactato, citrato, ...) presentes en dichos lactosueros. Estos
iones Ca^{2+} y Mg^{2+} están entonces disponibles para el
intercambio iónico.
Si por un procedimiento de este tipo, se puede
efectivamente producir una solución casi pura de lactosa, este
procedimiento es sin embargo costoso en productos químicos y produce
unos volúmenes de efluentes importantes. Además, esta técnica es
poco selectiva y elimina de forma poco diferenciada todas las
especies iónicas cualquiera que sea su impacto sobre los
procedimientos corriente abajo.
El objetivo de la presente invención es por
tanto proponer un procedimiento de descalcificación eficaz pero que
no presenta los inconvenientes mencionados más arriba de los
procedimientos anteriormente conocidos.
Más precisamente, la presente invención tiene
por objeto un procedimiento tal como el definido en el primer
párrafo de la presente descripción y que se caracteriza porque
comprende las operaciones:
- (a)
- de sustitución de una parte por lo menos de dichos aniones aptos para formar unos complejos de la solución acuosa por unos aniones monovalentes tales como Cl^{-} no aptos para formas dichos complejos, y
- (b)
- de sustitución de una parte por lo menos de dichos cationes polivalentes de la solución acuosa por unos cationes metálicos monovalentes, tales como Na^{+} y/o K^{+},
siendo la operación (b) realizada
simultáneamente con la operación (a) o realizada sobre la solución
acuosa que ha sufrido la operación (a).
Se ha puesto en efecto en evidencia que el
reemplazado de una parte por lo menos de los aniones aptos para
formar unos complejos con los cationes polivalentes, por unos
aniones monovalentes no aptos para formas dichos complejos,
previamente o simultáneamente al reemplazado de los cationes
polivalentes (Ca^{2+}, Mg^{2+}) por unos cationes metálicos
monovalentes (por ejemplo Na^{+} o K^{+}), es decir previamente
o simultáneamente con la descalcificación propiamente dicha,
permitía mejorar en gran manera los rendimientos de
descalcificación.
Se comprenderá en efecto que reemplazando de
forma específica los aniones que forman unos complejos con los
cationes polivalentes, por unos aniones monovalentes no susceptibles
de formar dichos complejos, se destruyen más o menos estos complejos
y aumenta así la disponibilidad de los cationes polivalentes de la
solución a tratar que pueden por ello ser reemplazados más
fácilmente por los cationes metálicos monovalentes de la resina.
Se observará que en el procedimiento según la
invención, no hay propiamente hablando desmineralización, si no
justo el reemplazado de algunos iones indeseables (cationes
polivalentes) por otros iones metálicos más neutros para la
continuación del tratamiento de la solución acuosa en cuestión.
Según un modo de realización de la invención, la
operación (a) comprende el tratamiento de dicha solución acuosa por
una resina aniónica cuyo contraión en un anión monovalente no apto
para formar complejos con dichos cationes polivalentes, y la
operación (b) comprende el tratamiento de dicha solución acuosa por
una resina catiónica cuyo contraión en un catión metálico
monovalente.
Se añadirá que la resina aniónica y la resina
catiónica son preferentemente respectivamente una resina aniónica
fuerte y una resina catiónica fuerte.
A título de ejemplo de resina aniónica fuerte,
se citará la resina IRA 458 de la sociedad americana Rohm and Haas y
a título de ejemplo de resina catiónica fuerte, se cita la resina SR
1 LNA de esta misma sociedad.
Por otra parte, cuando la solución acuosa a
tratar comprende además unos aniones monovalentes no aptos para
formar unos complejos con dichos cationes polivalentes, será
ventajoso elegir como contraión de la resina aniónica, un anión de
la misma naturaleza que los aniones monovalente presentes en dicha
solución acuosa.
Por otra parte, cuando esta solución acuosa
comprende además unos cationes metálicos monovalentes (tales como
Na^{+} y/o K^{+}), será ventajoso elegir como contraión de la
resina catiónica, un catión de igual naturaleza que los cationes
metálicos monovalentes presentes en dicha solución acuosa.
El procedimiento según la presente invención
puede además comprender una operación (c) de regeneración de la
resina aniónica y/o de la resina catiónica por medio de un agente de
regeneración, pudiendo esta operación ser efectuada en serie sobre
la resina aniónica y después la resina catiónica o en paralelo
respectivamente sobre la resina aniónica y la resina catiónica.
Se precisará que el agente de regeneración será
preferentemente una solución acuosa que comprende una sal disuelta
cuyo catión es de la misma naturaleza que el catión metálico
monovalente que constituye el contraión de la resina catiónica y/o
cuyo anión es de igual naturaleza que el anión monovalente que
constituye el contraión de la resina aniónica.
Se observará que, según la composición iónica de
la solución acuosa a tratar, un ajuste del pH del agente de
regeneración puede ser necesario para evitar cualquier riesgo de
precipitación de una sal de calcio o de magnesio insoluble.
Así, si por ejemplo dicha solución acuosa a
tratar contiene fosfato de calcio, se ajustará el pH por adición de
un ácido, en particular el ácido fosfórico o clorhídrico.
La presente invención comprende por otra parte
la utilización del procedimiento anterior para la descalcificación
de un lactosuero o de un permeato resultante de la ultrafiltración
de un lactosuero, comprendiendo este lactosuero y este permeato
unos iones Ca^{2+} y Mg^{2+}, unos aniones Cl^{-}, unos
cationes Na^{+} y K^{+} y unos aniones elegidos en el grupo
constituido por los aniones fosfato, los aniones salidos de ácidos
orgánicos aptos para formar unos complejos con los iones Ca^{2+}
y Mg^{2+} y sus mezclas.
En dicha aplicación, el anión monovalente que
constituye el contraión de la resina aniónica es preferentemente el
anión Cl^{-} y el catión monovalente que constituye el contraión
de la resina catiónica es preferentemente el catión Na^{+} ó
K^{+} y el agente de regeneración es entonces preferentemente una
solución acuosa de NaCl o cualquier efluente acuoso disponible que
contenga unos iones Na^{+} y/o K^{+} y Cl^{-}.
La tabla siguiente presenta las características
obtenidas sobre un lactosuero suave a descalcificar, por una parte,
con un tratamiento con una resina de descalcificación sola (resina
catiónica fuerte: sistema CF) y por otra parte, con una resina
aniónica fuerte AF seguida en serie por una resina catiónica fuerte
CF (sistema AF-CF) siendo el fluido utilizado para
la regeneración de estas resinas una solución acuosa de NaCl y/o
KCl.
| Sistema | CF | AF-CF |
| Volumen pasado sobre las resinas (en volúmenes de lecho) | 26 | 35 |
| Ca^{2+} y Mg^{2+} en la solución a tratar (meq/l) | 25 | 25 |
| Ca^{2+} y Mg^{2+} en el efluente saliente (meq/l) | 6 | 2 |
| Porcentaje de descalcificación (%) | 76 | 92 |
| Capacidad útil (eq/l de resina catiónica )* | 0,50 | 0,80 |
| Nivel de regeneración (eq/l de resina catiónica)** | 2,4 | 2,4 |
| Rendimiento de regeneración (%) | 20,8 | 33,3 |
| * cantidad de iones Ca^{2+} y/o Mg^{2+} fijados por litro de resina catiónica | ||
| ** cantidad de iones Na^{+} o K^{+} utilizados para le regeneración de un litro de resina catiónica |
Esta tabla muestra que el paso en serie de la
solución a tratar a través del sistema AF-CF permite
alcanzar unos porcentajes de descalcificación mucho más elevados que
los obtenidos con el sistema CF.
Aparece también que el rendimiento de
regeneración de las resinas es mejor en el caso del sistema
AF-CF. Este es un punto extremadamente importante;
en efecto cuando, para dicha regeneración, se dispone sólo de un
agente de regeneración cuyo contenido de aniones y cationes
monovalentes es limitado, se puede evitar añadir aniones y cationes
monovalentes de aportación al agente de regeneración, lo que sería
imposible de hacer en el caso de la utilización del sistema CF.
Claims (10)
1. Procedimiento de descalcificación de una
solución acuosa que comprende unos cationes polivalentes Ca^{2+} y
Mg^{2+} y unos aniones aptos para formar unos complejos con una
parte por lo menos de los cationes polivalentes,
caracterizado porque comprende las operaciones:
- (a)
- de sustitución de una parte por lo menos de dichos aniones aptos para formas unos complejos de la solución acuosa por unos aniones monovalentes tales como Cl^{-} no aptos para formar dichos complejos, y
- (b)
- de sustitución de una parte por lo menos de dichos cationes polivalentes de la solución acuosa por unos cationes metálicos monovalentes, tales como Na^{+} y/o K^{+},
siendo la operación (b) realizada
simultáneamente con la operación (a) o realizada sobre la solución
acuosa que a sufrido la operación (a).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la operación (a) comprende el
tratamiento de dicha solución acuosa por una resina aniónica cuyo
contraión es un anión monovalente no apto para formar unos
complejos con dichos cationes polivalentes, y la operación (b)
comprende el tratamiento de dicha solución acuosa por una resina
catiónica cuyo contraión es un catión metálico monovalente.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
en el cual dicha solución acuosa comprende además unos aniones
monovalente no aptos para formar unos complejos con dichos cationes
polivalentes, caracterizado porque dicho anión monovalente
que constituye el contraión de la resina aniónica es de la misma
naturaleza que los aniones monovalentes presentes en la solución
acuosa.
4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó
3, en el cual la solución acuosa comprende además unos cationes
metálicos monovalentes, caracterizado porque el catión
metálico monovalente que constituye el contraión de la resina
catiónica es de la misma naturaleza que los cationes metálicos
monovalentes presentes en la solución acuosa.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque comprende además
una operación (c) de regeneración de la resina aniónica y/o de la
resina catiónica por medio de un agente de regeneración.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque el agente de regeneración es una
solución acuosa que comprende una sal disuelta cuyo catión es de la
misma naturaleza que el catión metálico monovalente que constituye
el contraión de la resina catiónica.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque el anión de la sal disuelta es de la
misma naturaleza que el anión monovalente que constituye el
contraión de resina aniónica.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque la operación (c)
de regeneración comprende el tratamiento en serie de la resina
aniónica y después de la resina catiónica.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque la operación (c)
de regeneración comprende el tratamiento en paralelo de la resina
aniónica y de la resina catiónica.
10. Utilización del procedimiento según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores para la
descalcificación de un lactosuero o de un permeato resultante de la
ultrafiltración de un lactosuero, comprendiendo este lactosuero y
este permeato unos iones Ca^{2+} y Mg^{2+}, unos aniones
Cl^{-}, unos cationes Na^{+} y K^{+} y unos aniones elegidos
en el grupo constituido por los aniones fosfato, los aniones salidos
de ácidos orgánicos aptos para formar complejos con los iones
Ca^{2+} y Mg^{2+} y sus mezclas.
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