Análisis del efecto de la convección forzada y la electroconvección sobre el transporte de iones en un sistema de electrodiálisis a densidades de corriente elevadas

Abstract

[ES] La electrodiálisis es una operación de separación en que los iones de una disolución son transportados a través de membranas de intercambio iónico debido a la acción de un campo eléctrico. Un sistema de electrodiálisis se compone de un electrodo dispuesto en cada extremo de la celda y, al menos, dos membranas de intercambio iónico, una selectiva al paso de cationes y otra al paso de aniones. Entre algunas de las aplicaciones de la electrodiálisis se encuentran: la desalación de agua salobre, la recuperación de ácidos orgánicos y aminoácidos, y la recuperación de sales metálicas en procesos de recubrimiento de superficies.

La formación de gradientes de concentración en las proximidades de las membranas debido a su selectividad conlleva una limitación en la transferencia de materia del proceso. No obstante, el aporte de iones desde el seno de la disolución hacia las membranas puede favorecerse a través de fenómenos convectivos. Mientras que la convección forzada es controlada fácilmente por el operador, la electroconvección es activada a elevadas intensidades del campo eléctrico y depende de múltiples factores, como el tipo de disolución o de membrana. En el presente TFG, se analizará el efecto de la convección forzada y de la electroconvección sobre la activación del transporte de iones en un sistema de electrodiálisis a densidades de corriente elevadas. Dicho análisis se efectuará empleando membranas homogéneas y heterogéneas.

[EN] Electrodialysis is a separation process in which the ions of a solution are transferred through ion exchange membranes on account of an applied electric field. An electrodialysis system is made up of an electrode placed in each end of the cell and at least two ion exchange membranes, from which one picks the cations and the other one the anions. Among some of the electrodialysis applications we can highlight: saltwater’s desalination, recovery of organic acids and aminoacids, and recovery of metallic salts fromsurface coating baths. Due to theirselectivity, the development of concentration gradients close to the membranes entails mass transferlimitations. However, the transport of ions from the solution’s bulk to the membranes could be enhanced by convective phenomena. While forced convection can be easily monitored by the engineer, electroconvection is activated at high intensity levels of the electric field, and it also depends on several factors like the type of solution or membrane. Therefore, throughout this DFD, the effect of the forced convection and the electroconvection on ion transport activation in an electrodialysis system at high current densities will be analysed. The aforementioned analysis will be carried out employing both homogeneous and heterogeneous membranes.