presentacion de cloro-soda

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Page 1: Presentacion de cloro-soda
Page 2: Presentacion de cloro-soda

SAL COMÚN

Constituye la materia prima principal, se

importa desde Bonaire o se trae por vía marítima

desde las salinas de Araya (Edo. Sucre) hasta el

muelle de manejo de sal el cual puede almacenar

hasta 17000m3 de sal (30 días).

Page 4: Presentacion de cloro-soda

Propiedades Físicas: – Peso molecular: 35.46 g/mol

– Punto de ebullición a 1 atm abs.: -34.6°C.

– Punto de fusión a 1 atm abs.: -102°C.

– Densidad relativa a 1 atm, 0°C y aire: 1: 2.5

– Temperatura crítica: -144°C

– Presión crítica: 76.1 atm

Page 5: Presentacion de cloro-soda

Propiedades Químicas:

• Es de color amarillo verdoso.

• Olor picante irritante.

• Se disuelve en agua formando soluciones de alto poder oxidante.

Estas soluciones se descomponen lentamente bajo la acción de la

luz, formando ácido clorhídrico y oxígeno. • Altamente reactivo

• En presencia de cloro, las partículas divididas de Ar, Bi, B, Cu, Fe,

P arden espontáneamente.

• El cloro húmedo ataca los metales.

• A presión y temperatura normales, el cloro es más pesado que el

aire y no ataca al vidrio grueso, porcelana, ebonita, policloruro de

vinilo y al politetrafluoroetileno.

Page 6: Presentacion de cloro-soda

Agente Blanqueador

• Eliminación de colores

• Tintorerías

• Blanqueo de tejido de

hilo y de algodón

• Fabricación de papel

Materia Prima

• MVC

• Fungicidas e Insecticidas

• Germicidas

• Explosivos

• Solventes para remover

grasas

USOS

Desinfectante

• Esterilización de Agua

• Piscina de Natación

• Planta de tratamiento

de agua para industrias

• Purificación de aguas

en embalses

Page 7: Presentacion de cloro-soda

Propiedades Físicas: • Peso molecular: 36.46 g/mol

• Gravedad específica: 1.00045g/L

• Punto de fusión: -45°C

• Punto de ebullición: 81-84°C

• Presión de vapor: 25mmHg a 20°C

Page 8: Presentacion de cloro-soda

Propiedades Química

• Es un álcali fuerte y debe ser manipulado con

precaución.

• Color blanco cristalino en estado sólido.

• Destruye tejidos vegetales, animales y orgánicos en

general.

• Ataca fuertemente el aluminio, estaño, plomo y sus

compuestos.

• Alta solubilidad en agua con fuerte desprendimiento de

calor.

• Absorbe fácilmente humedad y dióxido de carbono

del aire.

• Solución incolora o ligeramente amariilla Altamente

reactivo

Page 9: Presentacion de cloro-soda

Desinfectante

Solventes

Pulpa y papel

Cerámicas

Explosivos y

productos

farmacéuticos

Refinación de

petróleo y

perforación

Reactivos de

laboratorios

USOS

Detergentes y

Jabonerías

Alimentos

Insecticidas y

Removedores de

pintura

Page 10: Presentacion de cloro-soda

Propiedades Físicas: • Peso molecular: 40.01 g/mol

• Punto de ebullición: 1390°C

• Punto de fusión: 318.4°C

• Densidad a 20°C: 2.13kg/L

• Calor de fusión: 40 calorías/g

Page 11: Presentacion de cloro-soda

Propiedades Químicas: • Solución incolora o ligeramente amarilla,

• Alta solubilidad en agua

• Puro presenta un aspecto cristalino, aunque en

ocasiones muestra un color amarillo debido a la

presencia de hierro, cloro o sustancia orgánica.

• Causa irritación en la piel y en las membranas

mucosas.

• Ataca todos los metales comunes e hidróxidos

formando óxidos metálicos y cloruros respectivamente.

Page 12: Presentacion de cloro-soda

USOS

Lavado de

metales

Producción de

glucosa y

azúcar de maíz

Producción de

gomas sintéticas

Refinación de

caña de azúcar

Activación de

pozos petroleros

Recubrimiento

y grabados

electrolítico

Remoción de

depósitos e

incrustaciones

Almidón

Reactivos de

laboratorios

Page 13: Presentacion de cloro-soda

ClNHNaHCOOHCONHNaCl 43223 HClSONaSOHNaCl 22 4242

223232 COOHCONaNaHCO

HClSONaSOHNaCl 22 4242 232342 22 COCaSCONaCCaCOSONa

HClSONaSOHNaCl 22 4242

1- A partir de Cloruro de Sodio y Ácido Sulfúrico se obtienen Sulfato

de Sodio y Cloruro de Hidrógeno.

2- El Sulfato de Sodio se reduce con coque y se calcina con caliza,

así se obtiene Carbonato de Sódio, Sulfuro de Cálcio y Dióxido de

Carbono.

3- Por extracción con agua pueden separarse el Carbonato de Sodio

(soluble) y el Sulfuro de Calcio (insoluble).

4- El Carbonato de Sodio puede tratarse con cal apagada para

obtener una solución de Hidróxido de Sodio.

HClSONaSOHNaCl 22 4242

232342 22 COCaSCONaCCaCOSONa

NaOHOHCaCONa 2)( 232

Page 14: Presentacion de cloro-soda

1- Haciendo pasar Amoníaco y Dióxido de Carbono (gaseosos) por una solución

saturada de Cloruro de Sodio se forma Carbonato ácido de Sodio y Cloruro de

Amonio (ambos insolubles).

2- El Carbonato ácido de Sodio se separa de la solución por filtración y se

transforma en Carbonato de Sodio por calcinación:

3- El Cloruro de Amonio obtenido se hace reaccionar con Hidróxido de Calcio y

se recupera Amoníaco.

4- El Hidróxido de Calcio se produce en la misma fábrica por calcinación de

Carbonato de Calcio (piedra caliza) y así se produce el Dióxido de Carbono

necesario en la ecuación 1.

223232 COOHCONaNaHCO

ClNHNaHCOOHCONHNaCl 43223

22324 22)(2 CaClOHNHOHCaClNH

23 COCaOCaCO

Page 15: Presentacion de cloro-soda

Planta Cloro-Soda

Proceso de descomposición

electrolítica

Cloro (CL2).

Soda cáustica (NaOH).

Hidrógeno (H2).

Sal.

Agua desmineralizada.

Electricidad: energía eléctrica

trifásica de 34.5kV en corriente

alterna, la cual se transforma en

110V y se rectifica para entregar

179100 amperios de corriente

continua a cada electrolizador.

Page 16: Presentacion de cloro-soda

PERÚ En la planta de Oquendo se produce soda cáustica y cloro, y a partir

de ellos, una gama de productos derivados, que tienen una amplia y

creciente variedad de aplicaciones en las principales industrias del

país y exterior.

En la planta química de Paramonga, ubicada a 210 kilómetros de

Lima y puesta en servicio en febrero de 1998, se produce también

soda cáustica, cloro y los derivados correspondientes

Page 17: Presentacion de cloro-soda

ARGENTINA En Bahía Blanca se produce 184 kTn de soda cáustica lo que

representa un 69% de la producción del país.

ITALIA Produce cloro e hidrógeno gaseoso, soda cáustica e hipoclorito de

sodio.

Page 18: Presentacion de cloro-soda

La planta de Cloro-Soda recibe energía eléctrica trifásica de

34.5kV en corriente alterna, la cual se transforma en 110V y se

rectifica para entregar 179100 amperios de corriente continua a

cada electrolizador.

La sal común, que constituye la materia prima principal, es

producida por PRODUSAL ubicada al noreste del Estado Zulia, en

la sienaga Los Olivitos. La sal industrial es enviada a un patio de

almacenamiento el cual está diseñado para contener 17.000m3

(19.600TM aprox.) de sal, lo cual equivale a un inventario para

treinta días (30) de operación de la planta a máxima capacidad.

Page 19: Presentacion de cloro-soda

CONSUMO PLANTA

HIPOCLORITO +

NaOH 32%

NaOH 50%

HCl 32%

SATURADORES CLORURO DE BARIO CARBONATO DE SODIO

SODA CÁUSTICA

PATIO DE SAL

AGUA DESMINERALIZADA

SODA CÁUSTICA 21%

CLARIFICADOR TRATAMIENTO QUÍMICO

FILTROS PRIMARIOS

FILTROS PULIDORES

INTERCAMBIO IÓNICO

SALMUERA ULTRA PURA

SALA DE CELDAS

ELECTROLI- ZADORAS

HCl

SALMUERA AGOTADA

CLORO SECO

COMPRESOR

TORRE DECLORINADORA

CLORO RESIDUAL

TANQUE DE ALMACENAMIENTO

CLORO LÍQUIDO

EVAPORADOR

ALMACENAMIENTO

ALMACENAMIENTO

HCl

CLORO RESIDUAL CLORO PURO

SÍNTESIS HCl

HIDRÓGENO

CLORO HÚMEDO

AGUA

H2SO4

CONCENTRADO

CONCENTRADOR

COMPRESOR

HIDRÓGENO

DESPACHO

CLORO GAS VINILOS

CLORO GAS VINILOS

BOMBONAS

DESPACHO

DESPACHO

PLANTA CTA

SODA CÁUSTICA ENFRIAMIENTO TORRE DE

SECADO H2SO4

DILUÍDO

Page 20: Presentacion de cloro-soda

Tabla N°1. Capacidad de producción de

la planta de Cloro-Soda. El Tablazo.

Cloro Gaseoso (TMD) 377

Cloro Licuado (TMD) 180

Ácido Clorhídrico al 32% (TMD)

100

Soda Cáustica al 100% (TMD)

436

Hidrógeno Gaseoso (TMD)

11.6

Page 21: Presentacion de cloro-soda

Tabla N°2. Bases del diseño de la planta de Cloro-Soda de El Tablazo

Licenciante Oxitech

Sala de celdas

Circuitos eléctricos 2

Electrolizadores/Circuito 36

Celdas/Electrolizador 30

Intensidad de corriente/Electrolizador

(kA)

90-180

Densidad de corriente (kA/m2)

2-4

Page 22: Presentacion de cloro-soda

Tabla N°3. Características de las membranas

Tipo de membrana

NX-961

Fabricante Dupont

Material

Copolímero de tetrafluoroetileno y grupos de ácido

perfluorosulfónico y perfluorocarboxílico

Área de la membrana

1.5m2

Tiempo de vida

3 años aprox.

Page 23: Presentacion de cloro-soda

Tabla N°4. Especificaciones de calidad del Cloro

Componente Cloro Gaseoso

(% vol.)

Cloro Líquido (% peso)

Cloro (Cl2) 98.3 99.72

Dióxido de Carbono (CO2)

0.10 Trazas

Oxígeno (O2) 1.67 0.25

Nitrógeno (N2) Trazas 0.03

Hidrógeno (H2) <0.02 Trazas

Agua (H2O) 15 ppm -----

Page 24: Presentacion de cloro-soda

Especificaciones de calidad del Ácido

clorhídrico

Especificaciones de calidad de la Soda Cáustica

Componente % Peso Componente % Peso

Ácido clorhídrico

32 Soda

cáustica 50

Cloro Máx. 2 ppm

Cloruro de sodio

Máx. 50 ppm

Clorato de sodio

Máx. 15 ppm

Agua Balance Hierro Máx. 1 ppm

Níquel Máx. 0.05 ppm

Especificaciones de calidad del hidrógeno

Hidrógeno Gaseoso (H2) 99.9 % vol.

Page 25: Presentacion de cloro-soda

a) Saturación de la salmuera.

b) Tratamiento químico.

Consta de dos reactores de mezcla completa con un tiempo de

permanencia de la salmuera de aprox. 30min cada uno.

c) Clarificación.

En el clarificador ocurre:

-Floculación y sedimentación por acción de la gravedad

Page 26: Presentacion de cloro-soda

d) Filtración primaria.

– Mecanismo del proceso de filtrado.

– Transporte o movilidad de las partículas hacia los espacios

vacíos del medio filtrante.

– Adsorción de las partículas sobre la superficie.

– Separación de las partículas más débilmente unidas.

Page 27: Presentacion de cloro-soda
Page 28: Presentacion de cloro-soda

Filtración secundaria:

a. Filtro constituido por hojas horizontales de titanio (para prevenir la

corrosión) recubiertas con un capa de celulosa vegetal que actúa

como agente filtrante.

b. Body feed: alimentación de celulosa vegetal.

c. Parámetro de control para la realización de mantenimiento: Caída de

presión máxima permitida a través del filtro de 3.2kg/cm2.

Intercambio iónico:

a. Sistema de intercambio iónico consta de tres columnas de

intercambio iónico conectadas en serie.

Intercambio Iónico Finalidad

•Reducir el contenido de iones Ca+2-Mg+2

<25ppb, Ba+2<400ppb y Sr+2<500ppb para

obtener salmuera ultra pura.

Page 29: Presentacion de cloro-soda

Celulosa

Page 30: Presentacion de cloro-soda

a)Calentamiento:

La salmuera ultrapura se calienta hasta 80ºC y se pasa por

mezcladores estáticos previamente adicionando HCl al 32%

para completar la conversión de los iones bicarbonatos

b) Electrólisis.

• Reacciones global del proceso

• Reacción Catódica

• Reacción Anódica

La adición de HCl al 32% a la salmuera agota es con la

finalidad de recuperar el Cl2 que se tiene como HOCl.

Page 31: Presentacion de cloro-soda
Page 32: Presentacion de cloro-soda

• Eliminación de iones SO4¯² por la adición de HCl al 32% hasta alcanzar un

pH=1.8.

Nota: A pH=1.8 más de la mitad del SO4¯² se encuentra como HSO4

¯.

se lleva el pH<1 por adición de HCl al 32%.

a) Reactor de destrucción de cloratos.

b) Torre de declorinación al vacío.

Reactor Finalidad

•Disminuir la concentración de NaClO3 <15g/l.

Proceso de

absorción con agua

Finalidad •Separar el Cl2(g) presente en la salmuera

agotada, la cual queda con un contenido

residual de Cl2=20-30ppm.

Page 33: Presentacion de cloro-soda

Cl2 + vapor de agua se separan por enfriamiento y el agua es

recirculada a la torre declorinadora.

El Cl2(g) se comprime en una bomba de anillo al vacío para

transportarlo a un separador con la finalidad de separar un condensado

adicional de agua.

La salmuera sale por el fondo de la torre con un contenido de Cl2=20-

30ppm, se le adiciona NaOH al 12% y Na2SO3 al 10% para eliminar el

contenido residual de Cl2 y NaClO3.

Page 34: Presentacion de cloro-soda
Page 35: Presentacion de cloro-soda

a) Enfriamiento.

Nota: se requiere una temperatura baja debido a que el proceso de secado o

eliminación de agua por absorción con H2SO4 es un proceso exotérmico, sin

embargo se debe evitar que la temperatura sea menor a 12ºC, ya que se

pueden originar hidratos de cloro (Cl2.8H2O) capaces de obstruir las tuberías.

b) Secado.

Tren de secado compuesto por tres torres de absorción.

El H2SO4 a medida que pasa por las torres se va diluyendo, entre a la tercera

torre a 98% y sale de la primera a 77%.

La temperatura del Cl2 aumenta en cada torre debido al aumento de

temperatura originado por el calor de dilución del agua y el H2SO4

desprendido.

Enfriadores de titanio Finalidad

•Prevenir la corrosión.

Tren de secado

Finalidad •Disminuir el contenido de humedad del Cl2

<10ppm.

Page 36: Presentacion de cloro-soda
Page 37: Presentacion de cloro-soda

La materia no volátil se recoge en el fondo de la torre, se mezcla en un tambor

con CCl4 para mantenerla en solución y evitar la formación de NCl3.

La compresión costa de tres etapas con enfriamiento intermedio. A la salida del

tercer compresor hay un bypass de cloro seco para controlar la presión de succión

a la entrada de la torre.

Para la licuación del cloro se utiliza como refrigerante freón-12.

El cloro líquido se separa en un tambor del cloro gaseoso no condensable junto

con gases inertes (H2, O2, CO2, N2) los cuales forman el llamado “gas de cola a la

unidad de HCl”.

Torre enfriadora Finalidad

•Enfriar el cloro gaseoso para compensar el

aumento de temperatura en las etapas de

comprensión.

•Limpiar el cloro de materia no volátil NCl3

(explosivo en su forma cristalina y seca).

Page 38: Presentacion de cloro-soda
Page 39: Presentacion de cloro-soda

El Cl2 se quema con el H2 para formar HCl.

El H2 y el Cl2 entran al quemador a 0.07kg/cm2 (1 psig) y a una

temperatura de 54ºC y 20ºC respectivamente.

Los gases de H2 y Cl2 forman una reacción exotérmica.

La concentración del producto se ajusta al 32% de HCl con un líquido

absorbente (agua deionizada), dicho líquido presenta dos funciones

enfriar y absorber el Cl2 que no ha reaccionado en el depurador de gas

de cola.

HClClH 222

Page 40: Presentacion de cloro-soda
Page 41: Presentacion de cloro-soda

• Lavado con agua ultra pura para eliminar el NaOH.

• Enfriamiento

• Compresión y separación.

Evaporador de triple

efecto

Finalidad •Concentrar la soda cáustica de un

32% a la concentración comercial

de 50%.

Page 42: Presentacion de cloro-soda

La cáustica al 30-35% que se envía directamente al almacenaje desde el

tanque de circulación de cáustica debe enfriarse a 40ºC ya que el material de

los tanques de almacenamiento se corroe rápidamente si se exponen a la

cáustica caliente a esta concentración.

De estos dos tanques de almacenamiento de cáustica al 32% se bombea la

cáustica a neutralización de emergencia de cloro, al área de preparación de

carbonato de sodio, a la salmuera ultra-pura, a la salmuera pobre y al tanque

de regeneración de NaOH en el área de la salmuera.

El sistema de operación de cáustica es una unidad de triple efecto el cual

concentra la cáustica al 30-35% a 50% por peso de NaOH.

Page 43: Presentacion de cloro-soda

Los condensados primarios y secundarios del sistema de evaporación

se envían rápidamente a los tanques de almacenamiento en el área de

servicios para suministrar el agua necesaria a otras áreas de

procesamiento de la planta.

El producto cáustico a 50% se enfría a 50ºC, y luego, se envía a uno

de los tanques de almacenamiento.

El almacenamiento de la cáustica al 50% se realiza en cuatro

tanques.

Dos juegos de bombas envían el producto fuera. Un par de bombas

se utiliza para transferir la cáustica a los camiones cisternas mientras que

el otro par de bombas se utiliza para cargar barcos. Cada tanque tiene

dos salidas a ambos pares de bombas para permitir el transporte de la

carga.

Page 44: Presentacion de cloro-soda
Page 45: Presentacion de cloro-soda

NaCLsBaSOSONaBaCl 2)(4422

NaCLsCaCOCaClCONa 2)(3232

NaCLsOHMgMgClNaOH 2)()(2 22

NaCLsBaSOSONaBaCl 2)(4422

Page 46: Presentacion de cloro-soda

NaCaNaPONHCHRCHCaNaPONHCHRCH 2)(2 22322

2

2322

NaCaNaPONHCHRCHCaNaPONHCHRCH 2)(2 22322

2

2322

NaCaNaPONHCHRCHCaNaPONHCHRCH 2)(2 22322

2

2322

• 1.- Reacción de purificación de la salmuera:

• 2.- Reacción de regeneración de la resina:

• 3.- Reacción de conversión de la resina:

NaClCaClHPONHCHRCHHClCaNaPONHCHRCH 224)( 2232222322

OHNaPONHCHRCHNaOHHPONHCHRCH 223222322 22

NaCaNaPONHCHRCHCaNaPONHCHRCH 2)(2 22322

2

2322

Page 47: Presentacion de cloro-soda

ELECTRODIALISIS

Reacción principal

2 NaCl (ac) + 2 H2 O(l) 2 NaOH (ac) + Cl2 (g) + H2 (g)

Por partes

2 H2O + 2 e ¯ H2 (g) + 2 OH¯ en el cátodo

2 Cl ¯ Cl2 (g) + 2e ¯ en el ánodo

2 Na+ + 2 OH ¯ 2 NaOH iones libres de sodio

Page 48: Presentacion de cloro-soda

En esta sección ocurren las siguientes reacciones:

• HCl + HOCl Cl2 (Ac) + H2O

• 6HCl + NaClO 3Cl2 + NaCl + H2O

Page 49: Presentacion de cloro-soda
Page 50: Presentacion de cloro-soda

H2 + Cl2 2HCl

ΔH°298 = -44126

Page 51: Presentacion de cloro-soda

Una celda de electrólisis se define como una cámara que contiene

electrodos y electrolitos.

La importancia de una celda electroquímica comercial no es sólo

generar productos sino la separación de los productos y electrolitos

dentro de la celda.

El ion Cl¯ es usualmente oxidado en una ligera solución ácida para

prevenir la hidrólisis del cloro a hipoclorito.

El pH del cátodo en las celdas de membrana y de diafragma es de

aproximadamente 14, ya que la reacción en el electrodo genera

hidróxido.

Page 52: Presentacion de cloro-soda

Está fabricada a base de

polímeros perfluorosulfónicos

que contiene grupos ácidos o

sales de carboxilatos y

sulfonatos y que está

reforzada con una malla de

fluorocarbón o teflón.

El espesor del polímero

sulfonado en el lado ánodo de

la membrana, suministra una

alta conductividad.

La capa carboxilada de menor

espesor se encuentra en

contacto con el cátodo y tiene

excelente capacidad de

rechazar a los aniones.

Se pueden obtener disoluciones de

NaOH de concentración superior al

30 %, y se requiere un consumo de

energía para evaporar el agua al

objeto de alcanzar la concentración

de 50 % en NaOH (calidad

comercial).

Membrana

Page 53: Presentacion de cloro-soda

Poseen una membrana

semipermeable

Finalidad

•Separar los compartimientos anódico y

catódico.

•Permitir el paso de los iones Na+, H+.

•Excluir los iones OH¯ y CL¯.

•Obtener un producto más bajo en sal; es

decir, más puro y más concentrado que el

obtenido en un celda de diafragma.

Membranas: Hojas porosas de plástico químicamente activas.

Dupont: Polímero de ácido perfluorosulfónico (Nafion).

Ashia: Membrana de capas múltiples de polímero de ácido perfluorosulfónico,

recubierto por un lado con un polímero de ácido perfluorocarboxílico.

Page 54: Presentacion de cloro-soda

Concentración

comercial Sln de

NaOH al 50%.

Bajos requerimientos

de evaporación 715kg

H2O/Ton métrica de

NaOH al 50%.

Dan un producto más

puro y concentrado

(NaOH al 28% con

50ppm NaCl).

Tienen la ventaja sobre las celdas de mercurio y diafragma de

que no utiliza ningún material contaminante para la

separación de los productos electrolíticos, siendo su consumo

energético similar al de las de diafragma.

Page 55: Presentacion de cloro-soda

Operación con una salmuera más

concentrada y de gran pureza.

El voltaje es más alto

que el deseado

Algunos cloruros

difunden a través de

la membrana

La vida y la eficiencia de la membrana

son afectados por iones multivalentes

en el analito, como el Ca+2 y Mg+2

Page 56: Presentacion de cloro-soda

Un electrodo cargado positivamente (+) ánodo.

Un electrolito en el compartimiento del ánodo formado

por salmuera, denominado anolito.

Un electrodo cargado negativamente (-) cátodo.

Un electrolito en la cámara del cátodo formado por una

solución de soda cáustica denominado catolito.

Membrana, para separar el anolito del catolito.

Page 57: Presentacion de cloro-soda

Celdas de membrana:

NaOHOHNa

Reacción

Anódica

Esquema de una celda de membrana.

Reacción

Catódica

egClCl 2)(2 2

OHgHeOH 2)(22 22

2Cl- + 2H2O ==> Cl2 + H2 + 2OH- Reacción

Iónica Global

Cl2 + 2NaOH ==> NaOCl + NaCl + H2O

Reacciones Laterales:

3NaOCl ==> NaClO3 + 2NaCl

Page 58: Presentacion de cloro-soda

Los grupos ácidos de la membrana son neutralizados

por cationes.

Los aniones son rechazados por la membrana, debido

a su carga negativa fija.

Page 59: Presentacion de cloro-soda

Alta eficiencia de la corriente (evitar la migración del

ión hidroxilo)

Baja resistencia eléctrica

Excelente resistencia química al cloro y la soda

cáustica

Buena resistencia al calor

Buena estabilidad dimensional

Baja permeabilidad a la sal y al agua

Larga duración operacional

Page 60: Presentacion de cloro-soda

Problemas operacionales:

Insolubilidad de las especies que entran a la membrana

Presencia de impurezas dañinas que incluyen los cationes alcalino térreos (magnesio, calcio, bario, estroncio, etc.)

Niveles máximos de impurezas en la salmuera: de 10 a 100ppb

Page 61: Presentacion de cloro-soda

• Propósito

Las principales variables operacionales a controlar en una

celda electrolítica son:

Mantener el flujo de masa (iones sodio + agua) dentro

de los limites de la capacidad de transporte de la

membrana

Page 62: Presentacion de cloro-soda

El rango de operación oscila entre 80 y 95 °C.

A temperaturas mayores de 95 °C

Aumenta el contenido de agua en la membrana

Ocasiona fallas de las partes plásticas

del electrolizador

Temperaturas por debajo de los 80 °C

Ocasionan una diferencia de temperatura alta a través de la

membrana.

Se produce una reducción en la liberación de gas Cl del anolito

Page 63: Presentacion de cloro-soda

Es necesario calentar la

salmuera que se alimenta

a las celdas

para mantener

la temperatura del

electrolizador

La temperatura

del anolito varía

entre 85-92ºC (rango óptimo)

Del anolito será de 1-5ºC

más baja que la del catolito

De la alimentación del

anolito/salmuera debe

mantenerse constante Para ayudar a asegurar

una operación del electrolizador

en estado estable

Page 64: Presentacion de cloro-soda

La temperatura del

anolito

afecta la cantidad de

H2O que se evapora dentro

del gas Cl

lo cual afecta la

oncentración de NaCl

en el anolito.

la cantidad de H2O

que se transporta a través de

la membrana

Page 65: Presentacion de cloro-soda

ultra pura que se

alimenta a las celdas debe

tener un rango de pH

entre 3 y 10

reducir la concentración de

iones OH¯ en el compartimiento

del ánodo.

que se alimenta a los

electrolizadores se

acidifica La salmuera

En la operación

de un electrolizador, el pH

del anolito . 3.5 y 4.8

Si el pH es muy alto

(mayor de 11)

Si el pH baja

a menos de 2

los protones

transportan una fracción de

corriente más alta.

puede

deberse a la existencia

de orificios en la membrana, a

través de los cuales el catolito fluye

dirigido por la mayor presión.

Page 66: Presentacion de cloro-soda

evitar que la soda cáustica

se ponga en contacto con el ánodo

y lo deteriore

En las paradas de planta,

se debe tener cuidado al lavar el

compartimiento del anolito con un flujo

continuo de salmuera

mantener el pH

del anolito en el rango

recomendado.

la rata de flujo de salmuera

al máximo permisible

Se debe incrementar la

adición de ácido clorhídrico a la

salmuera de alimentación

para satisfacer las

especificaciones

por lo que se pueden

requerir cambios en el pH de la

salmuera de la alimentación

afecta marcadamente

el pH del anolito

El pH de la salmuera

que se alimenta a celdas

Page 67: Presentacion de cloro-soda

para obtener un menor

consumo de energía

30 a 32 %

30 a 35 %

Se recomienda mantener

los niveles de concentración

de soda en un rango

Page 68: Presentacion de cloro-soda

La concentración

mínima para la soda se

establece

asegurar una buena

operación y rendimiento de

la celda

debido al transporte

en reverso de agua

El daño podría

ser permanente

el cual puede conducir

a pliegues (arrugas) y

problemas mecánicos

causa un excesivo

abombamiento,

demasiada agua

en la membrana

si la concentración cae

muy bajo (menos del 25 %

de hidróxido de sodio)

Page 69: Presentacion de cloro-soda

Las impurezas solubles en el anolito pueden difundir dentro de la

membrana ayudadas por el campo eléctrico y/o transporte de agua.

También pueden interactuar entre sí y los límites de aceptación

dependerán del tipo de membrana y condiciones de operación. A

excepción del cloruro, sodio y agua, el resto de las especies se

considera impurezas.

El efecto de las impurezas sobre las membranas es el siguiente:

Pasar inofensivamente

a través de la membrana

1 Desplazar selectivamente

al sodio en la unidad funcional de

la membrana, reduciendo por lo tanto

los sitios activos disponibles para el

transporte de sodio

2

Precipitar y romper

físicamente la membrana

3

Page 70: Presentacion de cloro-soda

Se establece como un rango normal de operación para un electrolizador, una

concentración de NaCl en el anolito entre 190 y 230 g/l.

Este valor mínimo (190 g/l) incluye un factor de seguridad que contempla la

posibilidad de que en ciertos puntos de un electrolizador pueda existir

concentraciones de anolito ligeramente más bajas debido a un mezclado

imperfecto.

Para mantener la concentración del anolito dentro del rango de operación

recomendado, es necesario controlar la concentración de cloruro de sodio y

flujo de la salmuera que entra a las celdas.

Page 71: Presentacion de cloro-soda

Para una eficiente operación de la membrana, la presión en el cabezal de

hidrógeno debe ser mayor que la presión en el cabezal de cloro.

Este diferencial de presión tiene por objetivo inmobilizar la membrana y

minimizar las fluctuaciones, vibraciones que aumentan el voltaje que por

periodos extensos podrían causar declive acelerado en la eficiencia de

corriente y fallas.

Los diferenciales de presión anormales ocurren típicamente durante parada

y arranque de la planta. Adicionalmente, cambios en el diferencial de presión

entre los colectores de cloro e hidrógeno, debido a fluctuaciones de liquido

por pérdida de electrolito en una de las cámaras u obstrucción en una línea

de salida.

Page 72: Presentacion de cloro-soda

operan exitosamente

a densidades de corriente

de 4 KA/m2

La densidad

1.5 - 4.0 KA/m2

El límite permisible

de densidad de corriente

para la operación de los

electrolizadores

la densidad de

corriente local

no está uniformemente

distribuida

a densidades mayores

la distribución de corriente se

hace más crítica.

la presión interna

pueden exceder las

fuerzas cohesivas del polímero,

formando microampollas

o vacíos

Page 73: Presentacion de cloro-soda

Las celdas de mercurio tienen ánodos de grafito, o bien de titanio

modificado, el cátodo es una pileta fluida de mercurio.

Esquema de una celda de mercurio.

2Na+ + 2Hg + 2e- ==> 2Na (in Hg)

•Reacción anódica:

•Reacción catódica:

egClCl 2)(2 2

•Reacción global en la celda:

•Reacciones global del proceso:

2Cl- + 2Na+ + 2Hg ==> Cl2 + 2Na (in Hg)

2Na (in Hg) + 2H2O ==> H2 +2NaOH + Hg

•Reacción de descomposición:

2NaCl + 2H2O ==> Cl2 +2NaOH + H2

Potencial reversible de la celda -3.08V

Page 74: Presentacion de cloro-soda

Las razones por las cuales se libera sodio en lugar de hidrógeno son

las siguientes:

(1) el hidrógeno tiene un sobrevoltaje mucho mayor en el mercurio

que en el acero.

(2) este sobrevoltaje se aumenta aun más usando altas densidades

de corriente.

(3) la presión de la solución electrolítica del sodio es mucho menor

en la amalgama que en el estado libre, siendo más fácil descargar

sodio en estas condiciones.

Page 75: Presentacion de cloro-soda

La electrólisis produce una aleación de mercurio y sodio (amalgama) que no es

descompuesta por la salmuera presente, entonces la reacción en el cátodo es:

)lg()( amaHgamaNaesolNa

La amalgama se descompone en un recipiente separado, por la reacción:

HgHNaOHOHNaHg 22 222

•Desventaja: mayores costos de potencia, problemas ambientales por la

descarga de mercurio.

•Ventaja: diseño simple, opera a una mayor densidad de corriente y produce soda

cáustica al 50% con una alta pureza (30ppm NaCl).

No se requiere evaporación

Page 76: Presentacion de cloro-soda

Diafragma: Fibras de

asbesto

Finalidad

•Separar el ánodo del cátodo.

•Permitir que los iones pasen a

través de él por migración eléctrica.

•Evitar reacciones laterales,

formación de hipoclorito de sodio.

•Mayor caída de voltaje.

•Presión hidrostática más alta

en la alimentación de

salmuera.

Origina Diafragma obstruido

•Ventaja: puede funcionar con salmuera diluida (20%), bastante impura.

•Desventaja: produce slns de NaOH al 11% con 15% de NaCl como

contaminante.

Concentración comercial Sln de NaOH al 50%.

Alto consumo de energía para evaporar

2600kg H2O/Ton de sln de NaOH al 50%.

Page 77: Presentacion de cloro-soda

NaOHOHNa

Reacción

Anódica

Esquema de una celda de diafragma.

Reacción

Catódica

egClCl 2)(2 2

OHgHeOH 2)(22 22

2Cl- + 2H2O ==> Cl2 + H2 + 2OH- Reacción

Iónica Global

Cl2 + 2NaOH ==> NaOCl + NaCl + H2O

Reacciones Laterales:

3NaOCl ==> NaClO3 + 2NaCl

Potencial reversible de la celda: – 2.2 V

Page 78: Presentacion de cloro-soda

En las celdas de mercurio no existe cuerpo separador entre el cátodo y el

ánodo, en las celdas de diafragma el elemento separador es una capa de

asbesto mezclado con un aditivo de teflón y en las celdas de membrana dicho

cuerpo esta formado por polímeros de fluorocarbonos o sales de carboxilatos

con una malla de teflón.

La concentración de la salmuera que entra en las celdas de mercurio debe ser

de 305 gr/l mientras que en las celdas de diafragma debe ser de 300 gr/l y en

las de membrana debe ser de 290gr/l.

Las temperaturas de operación en las celdas y la produccion de soda caustica

se muetra a continuacion:

– Mercurio: 66°c 12-14%peso

– Diafragma: 90°c 30%peso

– Membrana: 80°c 50%peso

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Page 80: Presentacion de cloro-soda

Tabla N°1. Componentes de una celda de diafragma, membrana y mercurio.

Componente Celda de mercurio Celda de Diafragma Celda de Membrana

Ánodo RuO2+TiO2 sobre

sustrato de Ti

RuO2 sobre

sustrato de Ti

RuO2 sobre

Sustrato de Ti

Cátodo Mercurio sobre acero

Acero o acero

recubierto con níquel

activado

Acero o recubrimiento

catalítico a base de

Ni sobre níquel

Diafragma Ninguno Asbesto, polyramix Membrana de

intercambio iónico

Producto

catódico Amalgama de sodio

10-12% NaOH +

15-17%NaCL y H2

30-33% NaOH +

<0.01% NaCL y H2

Producto

descompuesto 50% NaOH y H2 Ninguno Ninguno

Producto

evaporado Ninguno

50% NaOH con

1.1% de sal

50% NaOH con

0.01% de sal

Consumo de

vapor Ninguno 1500-2300kg/l NaOH 450-550kg/l NaOH

Voltaje de la

celda (V) 4 - 5 3-4 2.8-3.3

Densidad de

corriente (kA/m2) 7-10 0.5-3 2-5

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