Producción de Cloro y Sosa

CausticaPresenta: Carlos Roberto Murillo Lopez

Catedrático: Ing. Felipe ParedesClase: Procesos de la Industria Quimica

Introducción

El proceso de obtención de cloro y sosa es en la actualidad una de las mayores industrias electroquímicas a nivel mundial. El cloro y el hidróxido sódico se obtienen conjuntamente como productos principales de la electrolisis del cloruro sódico

• Las principales aplicaciones del cloro son la síntesis de compuestos vinílicos como el PVC, depuración de aguas y obtención de papel. La producción anual de sosa se consume principalmente en el tratamiento de aguas, la obtención de jabones y detergentes y en la industria papelera.

Fundamentos Teóricos

• La electroquímica es el estudio de las reacciones químicas que producen efectos eléctricos y de los fenómenos químicos causados por la acción de las corrientes o voltajes.

Aplicaciones en el rubro

• La descomposición electrolítica es la base de un gran número de procesos de extracción y fabricación muy importantes en la industria moderna. El hidróxido de sodio o sosa cáustica (un producto químico importante para la fabricación de papel, rayón y película fotográfica) se produce por la electrólisis de una disolución de sal común en agua. La reacción produce cloro y sodio. El sodio reacciona a su vez con el agua de la pila electrolítica produciendo hidróxido de sodio.

Electrolisis en una disolución de NaOH

• La concentración de los iones de cloro disminuye durante la electrolisis y la de los iones OH aumenta. Por lo tanto, además del H2 y del Cl2 el NaOH puede obtenerse como subproducto útil por evaporación de la disolución acuosa al final de la electrolisis. Los productos principales obtenidos son el cloro y el hidroxido de sodio.

Obtención de Cloro• Se obtiene en el proceso de electrólisis de la sal. Juntamente

con el cloro se obtiene también sosa cáustica (NaOH), e hidrógeno. La sosa cáustica es un álcali extremadamente importante para la industria química, que se utiliza para la producción de papel, aluminio, fibras textiles (rayón, fibrana), jabones y detergentes, procesamiento de alimentos, tratamiento de aguas, etc. El hidrógeno se utiliza en la hidrogenación de grasas, fabricación de vidrio plano, suavizantes, etc, o como combustible. Por cada 1,7 t de cloruro sódico se obtiene 1 t de cloro, 1,13 t de sosa cáustica y 315 m3 de hidrógeno.

Métodos para la producción

• 1) Instalaciones con células de Mercurio• Estas células se fundamentan en la

propiedad del sodio de formar con el mercurio (cátodo) una amalgama líquida, que se descompone con el agua en NaOH (disolución al 50%), H2 y Hg. El cloro se desprende en el anodo

• 2) instalaciones con células de dafragmaEn este tipo de célula, los compartimentos anódico y catódico están separados por una lámina porosa, denominada diafragma. El cloro se desprende en el ánodo, mientras que el hidrógeno y la solución alcalina de NaOH (10 al 12 %) se generan en el cátodo. Aunque dichas células consumen menos energía que las de mercurio, para obtener una solución de hidróxido sódico comercial (al 50 %) es necesario evaporar el agua y precipitar la sal residual, proceso muy costoso.

• 3. Instalaciones con células de membrana• La membrana está fabricada a base de

polímeros perfluorosulfónicos y es permeable sólo a los cationes (Na+, H+), impidiendo el paso a los aniones (Cl-, OH-). Se pueden obtener disoluciones de hidróxido sódico de concentración superior al 30 %. Dichas disoluciones son de elevada pureza y requiere un consumo de energía para evaporar el agua al objeto de alcanzar la concentración de 50 % en NaOH

• Las células de membrana tienen la ventaja sobre las 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. Sin embargo, el coste que supondría el reemplazamiento de las células existentes de mercurio por las de membrana, no justificaría el cambio de tecnología, habida cuenta que los enormes progresos conseguidos en las de mercurio, hacen que las ventajas medioambientales de dicho cambio sean mínimos

Características de los electrodos• Con excepción del cátodo en la celda de mercurio,

es libre la selección de los materiales del cátodo y del ánodo, mientras cumplan con los siguientes requisitos.• El material del ánodo debe producir el cloro a un

bajo potencial mientras no apoye la oxidación de agua a oxígeno• El material del cátodo debe producir el hidrógeno

a un bajo potencial en solución alcalina.• El funcionamiento de los electrodos en las tres

diferentes tecnologías genera diferentes reacciones.

Costo Inicial de la Planta• Sabemos que las celdas son construidas con materiales

caros, estas contienen electrodos con materiales costosos ya que es común que sean de titanio para evitar la corrosión, minimizar el número de celdas y aumentar su tiempo de vida. En el proceso electroquímico la densidad de corriente se determina por el tamaño y el número de celdas necesarias para lograr la producción anual requerida.• Las celdas de mercurio trabajan a una densidad de

corriente mucho mayor que las de membrana y las de diafragma.

• Solo las celdas de mercurio pueden producir el NaOH al 50% directamente, las celdas de diafragma al 12% por lo cual deben estar combinadas con una planta de evaporación. La celda de membrana requiere que la salmuera tenga alto grado de pureza. En las plantas donde se trabaja con celdas de mercurio, el efluente de be ser tratado y monitoreado aumentando el costo de la planta

Diagrama de bloques del procesoNo Proceso No, Proceso

1 Tratamiento Inicial de Salmuera

4 Electrolizadores

2 Filtración 5 Descomponedores

3 Acidificación 6 Descloracion

Análisis dimensional de materia prima• Con el fin de producir una tonelada de caustico, 879 kg de

cloro, 274.7 m³ de Hidrogeno; requieren los siguientes materiales e instalaciones.

Sal 1.6 t electricidad 1197J

carbonato de Sodio

29.2 kg Refrigeración 0.9t

Acido Sulfúrico

100.5 kg Mano de obra directa

20 horas-Hombre

Vapor 1oo60 kg

Diagramas Industrial del Proceso

Almacenamiento de Salmuera

SalmueraAlmacenamiento de Caustico Debil Sal a la Salmuera

Almacenamiento de Caustico Concentrado

Tanque de sedimentacion

Calentador de Salmuera

Productos Quimicos

Calentador de Salmuera

Celda

Separadores

Evaporadores multiples Filtro

Lavado

H2SO4

Torre de Secado

H2SO4

Bomba

Tambor de expansion

Condensado

Cloro Licuado

Vapor

Salida de Ca y MgPurificador de Salmuera

Enfriador de Cloro

Salida de agua

Cloro Humedo

Refrigeracion

Gas de escape

Salida de H

Caustico no especialmente purificado

Vapor

Caustico de Purificacion especial

Centrifugas

Salida de Sal

Evaporacion Final

Vapor

Vapor

Clindros CarrosTanque

Tambores Escama para la venta

Recipiente de Acabado

Escamador

Ventas de Causico Liquido