• Author / Uploaded
• Mar Calamar Marlevola

• Categories
• Cloro
• Mercurio (Elemento)
• Compresor de gas
• Cloruro de sodio
• Agua

Citation preview

Pro oceso Cloro - Sosa DESCRIPCION ESCRIPCION DEL PROCESO CLORO CLORO-SOSA (Por electrolisis en celdas de mercurio)

1

Proceso Cloro - Sosa 1. ETAPA DE TRATAMIENTO DE LA SALMUERA: 

Saturación



Purificación (decantación de las impurezas)



Filtración 2. ELECTRÓLISIS:



Formación de la Amalgama (NaHgx)



Obtención de Cloro



Agotamiento de la Salmuera 3. DESAMALGAMADOR:



Obtención de NaOH



Obtención de Hidrógeno



Obtención de Hg0 4. ETAPA DE DECLORACIÓNDE SALMUERA:



Cámara de Flash (1ª etapa de decloración)



Decloradores (2ª etapa de decloración)



Retorno de Salmuera Declorada a los Saturadotes 5. LAVADO Y SECADO DE CLORO 6. OBTENCIÓN DE CLORO LÍQUIDO



Compresión y Enfriamiento 7. FORMACIÓN DE ÁCIDO CLORHÍDRICO



Unión entre cloro e hidrógeno REACCIONES QUÍMICAS INTERVINIENTES EN EL PROCESO Reacción General: 2NaCl + 2H2O-----------------------> Cl2 + H2 + 2NaOH Electrólisis del NaCl NaCl--------> Na+ + ClObtención de Cloro en el Área Anódica 2Cl- --------> 2Cl- + 2e- --------> Cl2 + 2eFormación de Amalgama Na+ + e- + HgX --------> NaHgX Reacción dentro del Desamalgamador 2NaHgX + 2H2O --------> 2NaOH + H2 + 2HgX

2

Proceso Cloro - Sosa ETAPA DE TRATAMIENTO DE LA SALMUERA SATURACIÓN Como sabemos la materia prima para la elaboración de estos dos productos (Cloro e Hidróxido de Sodio), partimos del cloruro de sodio, proveniente de las salinas, el cual es llevado a la planta a granel por medio de camiones. Luego esta sal es descargada y depositada en playas que sirven para su acopio. Desde el acopio el NaCl es transportado a las tolvas por medio de aparato “sin fin” (chimango) elevador. Una vez que estas tolvas han sido llenadas, por medio de otro “sin fin” horizontal se traslada la materia prima hasta una noria por cangilones. Luego, por medio de esta noria que trabaja en posición vertical, el cloruro de sodio es descargado a dos saturadotes que se llenan con una cantidad de agua (considerable a la del cloruro sodio) y así poder formar la solución. Transcurrido un tiempo, dicha solución llega a un grado de saturación tal que alcanza una concentración ligeramente superior a 300 g/l. Cabe destacar que los saturadotes trabajan de uno por vez: mientras uno está abasteciendo de salmuera a la planta, en el otro se está obteniendo la solución saturada. Otro factor a tenerse en cuenta es el ingreso de salmuera de retorno, que entra a los saturadotes después de haber pasado por celdas y la etapa de decloración, la cual trae una concentración de 270 g/l. PURIFICACIÓN Una vez obtenida la salmuera se procede a su purificación, ya que en su composición posee algunas impurezas constituidas por sulfatos, carbonatos, magnesio, hierro, etc. Por medio de bombeo se pasa la salmuera a decantadores. Previamente al ingreso de la salmuera a los decantadores, y por medio de una cañería que se acopla a la red de la salmuera ubicas entre los decantadores y los saturadotes, se procede al agregado de los reactivos precipitantes que cumplen la función de eliminar las impurezas. Los reactivos usados son: hidróxido de sodio, el cual precipita al magnesio en forma de hidróxido de magnesio. Los precipitantes son agregados por medio de un rotámetro, y por otro lado, el hidróxido de sodio que tiene la facultad de regular el pH de la solución. Otro de los reactivos usados es el carbonato de sodio, el cual precipita el calcio como carbonato de calcio. Por otra parte, dependiendo de la composición química de la materia prima y del lugar del yacimiento del cual procede, puede o no contener sulfatos, para lo que es posible agregársele en tal caso cloruro de bario a fin de precipitar todos los sulfatos como sulfato de bario. Todas las sales precipitadas, conjuntamente con porciones de barros de tierra, conforman un lodo que se decanta y es eliminado por el fondo del decantador mediante una bomba para lodos. Hasta la salida, la temperatura está en el orden de los 65ºC. El pH a la salida de los decantadores es de 10,5 a 11. Hasta este punto, todas las cañerías son revestidas interiormente con una capa de ebonita de 3mm de espesor, al igual que las bombas cuyo espesor es de 5mm. Esto por función principal, evitar la alta corrosión característica del sistema provocada por la salmuera. Por rebalse e la parte superior de los decantadores, pasa a un tanque de clarificación, lográndose así obtener una salmuera más límpida. Mediante una bomba se dirige la salmuera a una batería formada por cuatro filtros.

3

Proceso Cloro - Sosa FILTRACIÓN En esta etapa se hace pasar a la salmuera por cuatro filtros, que trabajan a una presión de 4,5 Kg/cm2 cada uno. El filtro en sí, está compuesto en su interior por piedras de canto rodado de diferentes granulometrías, hasta llegar a la arena. Están conectados entre sí por medio de cañerías de PVC. Este tipo de interconexión entre filtro y filtro permite que en el caso de que se produzca algún desperfecto se proceda a sacar de servicio por medio de un by-pass. Periódicamente, después de un tiempo de operación, se regenera el lecho filtrante haciendo circular en contracorriente agua limpia y así eliminar toda impureza que se encuentre ocluida en dicho lecho. Luego del proceso de filtración, la solución pasa a un tanque de depósito de salmuera. A la salida de ese tanque, el pH de la solución es de 4; esto se logra por el agregado de HCl. El tanque posee una capacidad de 60 mil litros. Por medio de bombeo pasamos la salmuera a un tanque denominado “TROPPO PIENO”, que significa “siempre lleno”, que mantiene en forma constante la presión de entrada de salmuera a la celda electrolítica. La capacidad de este tanque es de 18 mil litros. El caudal de salida de tanque es de 50 a 60 m3/h. Este depósito se encuentra ubicado a una altura de 20 m sobre el nivel del suelo. El tanque TROPPO PIENO está interconectado con el tanque de stock de salmuera por medio de una cañería de retorno que, al llenarse el mismo, la salmuera vuelve al tanque produciéndose así el ciclo cerrado entre ambos tanques. ELECTRÓLISIS En la celda eléctrica, el mercurio fluye sobre la base inclinada de la celda. La base de esta celda está conectada con el suministro de energía eléctrica. Sobre el Hg y fluyendo en continuo contacto con él, circula la salmuera. Los ánodos de titanio están ubicados dentro de la salmuera de modo que quede un pequeño espacio entre el ánodo de titanio y el cátodo de Hg. La concentración de sodio dentro de la amalgama, se mantiene entre 0,2 y 0,4 %. El cloro se extrae de la celda por un conducto que se comunica con todas las celdas en serie. La amalgama que fluye fuera de la celda, se dirige hacia un desamalgamador. Esta se encuentra en contracorriente con agua desmineralizada en presencia de un catalizador (grafito) para producir hidróxido de sodio (aproximadamente 510%) e hidrógeno que se retira por parte superior de este equipo. Para controlar la concentración de la sosa que se está obteniendo, se usa un densímetro. Cuando la densidad es baja, se disminuye el caudal de agua en la reacción, mientras que si la densidad el alta, es necesario aumentar el caudal de agua. Ya libre de sodio, el Hg deja el desamalgamador para circular dentro de la celda. El hidróxido de sodio obtenido debe ser tratado con una solución de sulfuro de sodio, para tratar de eliminar la mayor cantidad de Hg presente, ya que este precipita como sulfuro de Hg. Existe un límite que fija la cantidad máxima de Hg que puede contener la sosa, con el cual la empresa tiene que cumplir. El residuo obtenido (sulfuro de Hg) es almacenado en tambores de 200 litros, que contiene un 60% de agua, que son almacenados hasta que se determine un tratamiento adecuado.

4

Proceso Cloro - Sosa ETAPA DE DECLORACIÓN DE LA SALMUERA La salmuera que sale de la celda, prácticamente sin reaccionar (salmuera de retorno) posee una concentración de 270 g/ml aproximadamente. Dicha salmuera pasa a una etapa de decloración a cuyo efecto se le baja el pH con el agregado de HCl. Además con esto destruye el hipoclorito de sodio formado. En consecuencia, después de salir de la celda, la salmuera de retorno pasa a un tanque de almacenaje que cuenta con una capacidad de 45 mil litros. Prosiguiendo con la etapa de decloración, por medio de bombeo la salmuera pasa a una cámara decloradora que es la cámara FLASH que trabaja al vacío a unos 400 mmHg; consiste en varios platos por dentro la salmuera cae en forma de cascada, provocando así el desprendimiento de cloro. Hasta aquí todo el cloro, proveniente de las celdas, los tanques y la cámara de flash, es recogido en el sistema de recolección del mismo por medio de una cañería de cloro donde circula extrayéndoselo por acción del vacío. Esta salmuera pasa a dos decloradores entrando por la parte superior; por la parte inferior se le insufla aire, obteniéndose una mezcla de cloro-aire. A esta mezcla se la usa para la elaboración de hipoclorito, a cuyo respecto no es tema de este proyecto entrar en detalles. Consecutivamente, la salmuera pasa a los saturadores los cuales trabajan de uno por vez (como ya se dijo anteriormente). En el trayecto desde los saturadotes a las celdas, se pierden unos 6,5ºC aproximadamente, siendo la temperatura de los saturadotes de 60ºC. A la entrada de la celda, el pH es de 4 y a la salida de la misma tiene un pH de 1,5. La concentración de cloro en el tanque es de 0,7 g/l de cloro. Esta última entra a la cámara de flash con esta concentración para salir con otra de 0,1 g/l; luego ingresa con esta concentración a los decloradores y a su egreso posee una de 0,05 g/l. OBTENCIÓN DE CLORO Todo el cloro recogido a lo largo del proceso se lleva a la etapa de secado ya que sale húmedo, con una composición de 0,7 a 0,4% en volumen de hidrógeno 7% inerte (oxígeno + nitrógeno) y un 92,3 % de cloro. Se puede decir, como dato importante, que los valores críticos de hidrógeno están entre el 7,5% por el riesgo que implica una posible explosión de la celda. El cloro que posee un porcentaje de humedad, también arrastra consigo algo de salmuera, ya que al desprenderse del ánodo, ésta burbujeó en la salmuera. En consecuencia, la salmuera debe eliminarse. El tren de secado y eliminación de salmuera consta de cuatro torres. En la 1ª, ingresa el cloro en contracorriente en forma de spray; con esto se logra eliminar la salmuera disuelta en cloro y producir además, un efecto de refrigeración o enfriado. El agua se recicla en esta torre, hasta que se satura de NaCl, la cual es eliminada por un pequeño tanque que sirve de purgo, con la consecuente reposición del agua. Una vez eliminada la salmuera, el cloro entra una serie de tres columnas por donde entra H2SO4 en contracorriente del 96% y sale al 70%. Por último, ingresa a un recipiente donde contiene virutas de hierro, produciéndose la formación de cloruro férrico, en una reacción muy exotérmica. Esto ocurre siempre y cuando haya presencia de humedad, es decir, es una

5

Proceso Cloro - Sosa manera de controlar el grado de humedad. Además existe un filtro entre las columnas 1 y 2, para eliminar la poca salmuera que pueda haber quedado. Luego de que el cloro pasó por el tren de secado, es dirigido a la etapa de compresión, lo que se ejecuta por medio de dos compresores de anillo líquido de sulfúrico. El cloro entra a 600 mmHg, es decir como depresión por hacerse una aspiración, y sale a 2,5 kg/cm2 manométrico. Los compresores se ubican en paralelo y a la entrada del compresor se encuentra un filtro. Para eliminar el sulfúrico del cloro que sale por el compresor, se utiliza otro filtro, del tipo “BRINK”. Hasta aquí se ha logrado comprimir el cloro, pero todavía no se ha licuado. El ciclo de licuación consiste en cuatro compresores alternativos de pistón (dos de baja presión y dos de alta) y un licuador de cloro que trabaja con FREON 22. El freón es tomado por los compresores de baja proveniente de la cámara de expansión del licuador y es llevado a 1atm a 50 lb/pulg2 al estado líquido, pasando previamente por un intercambiador y obtener una licuación total del freón. El freón líquido es conducido al intercambiador (licuador) para licuar el cloro, este se hace pasar por un “Nock Dry” para eliminar el inerte, que va para la obtención de hipoclorito. El cloro se almacena en tanques horizontales de hierro, a una presión de 8kg/cm2, pero previamente se debe someter a una prueba de presión de 22kg/cm2. El licuador de cloro trabaja con una presión de 2kg/cm2 y consta de varios tubos, cuya cantidad depende del caudal del freón y cloro que necesitamos utilizar. Los tanques de stock de NaOH son cuatro con una capacidad de 90m3 cada uno. OBTENCIÓN DE ÁCIDO CLORHÍDRICO El hidrógeno proveniente de la reacción de reducción producida en el desamalgamador, es dirigido a un reactor para encontrarse conjuntamente, en proporción adecuada, con una porción de cloro que proviene de los decloradores para producir la combustión clorohidrógeno. Esta unión transcurre con gran violencia (mezcla detonante de cloro) con un fuerte desprendimiento de calor y es producida por la acción de un quemador. El calor de esta reacción es eliminado continuamente, gracias a una refrigeración con agua. El producto de esta reacción es el cloruro de hidrógeno (gas) que se encuentra en contracorriente con agua para formar el HCl en otra torre para luego ser almacenado.

6