OBTENCION DE NaOH - QUEZADA-SAQR
OBTENCION DE NaOH - QUEZADA-SAQR
OBTENCION DE NaOH - QUEZADA-SAQR
FACULTAD DE TECNOLOGIA
QUIMICA INDUSTRIAL
METODOS NO ELECTROLITICOS
FUNDAMENTOS TEÓRICOS.
Una pila voltaica consta de dos electrodos que se sumergen en las soluciones de sus
iones, de tal modo que las soluciones estén en contacto y debido a la reacción sobre
uno de los electrodos, se produce una diferencia de potencial entre las dos placas, es
decir, se produce una corriente eléctrica. Ejemplo: de celda galvánica: entre hierro y
cobre.
Desde el punto de vista ecológico, las electrólisis con cátodos de mercurio han estado
acusadas de contribuir a la contaminación atmosférica y acuífera. Actualmente la
técnica moderna ha puesto a punto ánodos dimensionalmente estables construidos de
titanio, recubiertos de metales nobles, que proporcionan una economía en el consumo
energético y permiten obtener un cloro más puro, sin contaminación de CO2 y otras
materias orgánicas cloradas. Los efluentes (líquidos y gaseosos) son desmercurizados.
Es muy importante mantener las emisiones de mercurio lo más bajas posibles, pues es
un material tóxico a bajas concentraciones.
En 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. Además, tienen el inconveniente
ecológico−sanitario de utilizar amianto para la construcción de los diafragmas y de que
la sosa cáustica obtenida no alcanza el grado de pureza necesaria para determinadas
aplicaciones.
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.
CELDA DE DIAFRAGMA.
Es una barrera física por lo que todos los iones de las especies son capaces de pasar a
través de él, lo cual produce un gradiente de concentración. El Na es transportado
rápidamente a través del diafragma del ánodo al cátodo por difusión, convección y
migración, pero casi igual cantidad del cloro acompaña a los iones sodio.
celda de mercurio.
El diafragma debe ser reemplazado a los pocos meses y el diseño de la celda debe
permitir el lavado de viejos asbestos y debe permitir reemplazar esto por nuevos.
Recientemente los diafragmas han sido mejorados con la adición de varios polimeros
en el asbesto.
· CELDAS DE MEMBRANA
Las reacciones en el electrodo en la celda de membrana son las misma que se llevan a
cabo en la celda de diafragma, con la diferencia de que ahora el separador es una
membrana permeable (catión) .
La primera tecnología de celda de membrana fue hasta 1970 cuando se estaban
conociendo las propiedades esenciales de las membranas perfluorosulfónicas en las
celdas de cloro−sosa.
Existe una celda llamada cero hueco en la cual los dos electrodos están en contacto
cada una al lado opuesto de la membrana.
Los compartimientos del ánodo y el cátodo son alimentados con 25% de salmuera y
agua respectivamente.
Un cuarto de celdas normalmente contiene de 50 a 100 celdas las cuales son capaces
de producir más de 10000 ton de cloro por año.
METODOS NO ELECTROLITICOS
PROCESO LEBLANC.
El sulfato de sodio posteriormente se quema en hornos con carbón (C) y piedra caliza
(CaCO3) para producir una “ceniza negra”. El carbonato de sodio (Na₂CO₃) se separa
de la ceniza negra con agua, y lo que resta es el sulfuro de calcio (CaS). Estas
reacciones se expresan de la siguiente manera:
2) REACCIONES QUÍMICAS
La primera reaccion del proceso LeBlanc fue la reacción de sal con ácido sulfúrico
Compuesto R1 R2 R3 Neto
vi1 vi2 vi3 vi,neto=∑ vik
NaCl -2 -2
H₂SO₄ -1 -1
Na₂SO₄ +1 -1 0
HCl +2 +2
C -2 -2
Na₂S +1 -1 0
CO₂ +2 +2
CaCO₃ -1 -1
Na₂CO₃ +1 +1
CaS +1 +1
La columna de netos de la tabla señala que, para cada mol de producto deseado
generado (Na₂CO₃), se consumen 2 moles de NaCl, 1 mol de H₂SO4, 2 moles de C, y
1 mol de CaCO₃. Tambien se generan algunos producto residuales: 2 moles de HCl, 2
moles de CO₂ y 1 mol de CaS. Es posible escribir esta ecuación de manera concisa
como una reaccion química neta:
Durante muchos años el proceso Leblanc sólo obtuvo un producto útil, la sosa o
carbonato de sodio, y dos residuos contaminantes letales como el ácido clorhídrico
(HCl) y sulfuro de calcio (CaS), que producian humos tan densos que la visibillidad en
el entorno de la planta era <90m, además el acido clorhidrico es un acido venenoso y
sensible para los animales y seres humanos mas especificamente en las mucosas y
afecta en gran parte al sistema respiratorio, el otro compuesto el sulfuro de Calcio
tambie se convertia en un problema pues es un compuesto mortal que su consumo en
cierta cantidad trae serios problemas para el orgnismo y en animales jovenes una dosis
de esta no permitida podria causar la muerte, con respecto al medio ambiente
generaba grandes problemas de contaminación , y resultó ser un desastre ambiental
ya que trajo consigo problemas como los gases ácidos liberados en el ambiente, la
devastación de tierras de cultivo y bosques y el envenenamiento de obreros que a la
larga condenó este proceso.
PROCESO SOLVAY.
alimenta a filtros de vacío continua o centrífugas que separan los cristales del filtro
"licor". La torta del filtro es cuidadosamente lavada con agua limpia para controlar el
residuo cloruro de cumplir las especificaciones del cliente. Las características de
desecación de los cristales de bicarbonato son muy dependientes de las condiciones de
funcionamiento en la cristalización columnas.
Aire que entra a través del vacío del filtro (o la rejilla de ventilación de gas de la
centrífuga operación) se devuelve a la sección de absorción. La torta de filtro, a menudo
llamada "cruda bicarbonato "o" sosa amoniacal ", el licor y se compone de bicarbonato
de sodio y pequeñas cantidades (5% molar en base seca) de amoniaco, principalmente
en forma de amonio bicarbonato. La torta de entonces se transporta a la operación de
calcinación.
Lima Preparación: La piedra caliza más propicio, duro y fuerte, con baja
concentraciones de impurezas, se clasifica a grueso tamaño uniforme razonable.
Aunque otros combustibles pueden ser utilizados, la piedra caliza se suele mezclar con
cerca de 7% metalúrgica – grado coque o antracita y luego quemados en hornos de
eje vertical. El aire es admitido continua en la parte inferior del horno un gas es
succionado de la parte superior.
El combustible se quema en una zona un poco por debajo de la media del horno, y la
"piedra" quemaduras de cal. El dióxido de carbono se genera por la descomposición de
la piedra caliza y la combustión de carbón en el combustible. Los gases del horno se
diluido con nitrógeno del aire utilizado para quemar el combustible y por lo general
polvo de piedra, ceniza partículas, gases e impurezas.
3) REACCIONES QUÍMICAS
La piedra caliza (CaCO3) se descompone en cal (CaO), y la cal reacciona co agua para
formar “lechada de cal”, Ca(OH)2 Haciendo pasar amoníaco y dióxido de
carbono (en estado gaseoso los dos) por una solución saturada de cloruro de sodio se
forma carbonato ácido de sodio y cloruro de amonio(ambos solubles en agua):
NaCl + NH3 + CO2 + H2O --> NaHCO3 + NH4Cl
El carbonato ácido de sodio se separa de la solución por filtración y se transforma en
carbonato de sodio por calcinación:
El cloruro de sodio es la materia prima básica empleada por la llamada: “industria cloro-
álcali”. A partir del NaCl se genera todo el cloro (y sus derivados) y el sodio (y sus
derivados) utilizados actualmente a nivel industrial. La industria cloro-álcali produce
primariamente y a gran escala tres sustancias: cloro, hidróxido de sodio y carbonato de
sodio. Las tres integran el conjunto de los diez productos de la industria química de
mayor producción y consumo a nivel mundial. Su importancia radica en que a su vez
estas sustancias se utilizan como materias primas para fabricar productos derivados.
Una parte del NaHCO3 generado por el proceso Solvay se utiliza como tal para
abastecer la demanda industrial de este producto. Parte del consumo mundial de
carbonato de sodio es atendido por extracción de fuentes naturales.
Solvay utilizó las mismas materias primas que leblanc, piedra caliza y sal, para obtener
el mismo producto, la sosa comercial. Pero la ruta de reacción era distinta ya que no
generaba o consumía ácido alguno pero mediante ella se obtenía un derivado útil, el
CaCl2. Además, mientras que el proceso de leblanc funcionaba mediante lotes, el de
solvay era continuo.
El proceso solvay representó para la industria química a gran escala lo que Henry Ford
para la fabricación de autos a gran escala. Este proceso remplazo por completo a
Leblanc.
Beneficio actual.
Gracias a estos hallazgos la sociedad industrial ha podido lograr el desarrollo que hoy
en día ha alcanzado en muchas de sus áreas. Pero actualmente la mayor parte del
Na2CO3 se obtiene de un Mineral denominado “trona”. En cuanto a lo que se refiere a
su presentación, el carbonato sódico se presenta al mercado como un producto sólido,
de color blanco y en dos formas según su granulometría y peso especifico carbonato
sódico ligero, pulverulento, y carbonato sódico denso, granular. Para aquellas
aplicaciones que requieren un grado de pureza máximo se ha desarrollado el
Carbonato Químicamente Puro.
Subproductos:
El cloruro de calcio: Son relativamente pocos los refrescos plantas ceniza sintética
recuperar el cloruro de calcio, y la mayoría de los que se utilizan sólo una pequeña
parte de la cantidad total disponible en el destilador de residuos. Para producir cloruro
de calcio, el licor de desecho de destilería se resuelva y, a continuación se evaporó en
múltiples - evaporadores efecto. Durante la concentración de la mayor parte del sodio
separa el cloruro. El resto de la solución es más concentrada que el equivalente de
CaCl2.2H2O. Esta solución se enfría, formando escamas que se secan en un secador
rotatorio, dando un producto vendido como cloruro de calcio 77-80%.Una pequeña
cantidad se procesa al estado anhidro. El cloruro de calcio se utiliza en las carreteras
sin pavimentar como abater polvo y como deshelador en las carreteras en invierno. Se
utiliza para las pruebas de congelación y el carbón prueba de polvo y coque, en las
salmueras de refrigeración, como agente de secado, y en productos de cemento.
Componentes de la celda de .
COMPONENTE Celda de Celda de Celda de
mercurio diafragma membrana
RuO2-TiO2 sobre RuO2-TiO2 sobre RuO2-TiO2 sobre
ANODO
sustrato de Ti sustrato de Ti sustrato de Ti
Acero o Acero Acero o recubierto
Mercurio sobre
CATODO recubierto con Ni Catalítico a base de
acero
activado Ni sobre Ni
Ninguno Membrana
DIAFRAGMA Asbesto ,Poliramix
semipermeable
PRODUCTO
50% de NaOH e H2 Ninguno Ninguno
DESCOMPUESTO
1500-2300Kgf
450-550 Kgf de
CONSUMO Ninguno NaOH CON 1.1%
NaOH
de Sal
DENSISDAD DE
7 -10 (KAmp/m2) 0,5-3 (KAmp/m2) 2 -5 (KAmp/m2)
CORRIENTE
METODOS ELECTROLITICOS
CELDA DE : VENTAJAS DESVENTAJAS
Bajo Consumo de Hace uso de una
Energía solución de Salmuera de
Bajo Capital invertido Alta Pureza
CELDA DE Celdas de operación Alto Contenido d O2 en
MEMBRANA economicas,accesesibles el Cl2
El NaOH obtenido es de El costo de las
alta Pureza membranas es alto
Se hace uso de Asbesto
Por la evaporación del
H2O alto costo de
concentración
CELDA DE Bajo consumo
La pureza de NaOH es
DIAFRAGMA Energético
bajo
La calidad de CL2 es baja
Celdas Sensibles a
Variaciones de presión
Eliminación de Cl2 e H2 Mas contaminación
Purificación Simple de la ambiental
CELDA DE solución de Salmuera Grandes superficies
MERCURIO Para concentrar el NaOH ocupadas
no necesita Evaporar Consumo de Mucha
Energía
METODOS NO ELECTROLITICOS
METODO VENTAJAS DESVENTAJAS
Mas Económica que Genera contaminantes
otros procesos letales como : HCl ,CaS a
METODO la Atmosfera
Con mejoras en el
LEBLANC procesó la obtención del
NaOH es baja casi nula
Consumo de energía Mayor consumo de Sal
Bajo Mayor inversión en la
Menor problema de unidad de recuperación
Corrosión en tanque de de Amoniaco Vs
acero Inoxidable unidades de
No requiere inversión en cristalización para NH4Cl
plantas de Amoniaco Eliminación de Residuos
METODO SOLVAY Puede usarse Bajo grado de salmuera flujo de
de salmuera Cloruro de calcio y HCl a
No hay disposición de la atmosfera
Co-productos Necesita mucha mano
de obra por ser un
proceso en Batch
BIBLIOGRAFIA