cloro soda daniela

7/28/2019 Cloro Soda Daniela

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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD DEL ZULIA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE QUMICA

CTEDRA: QUMICA INDUSTRIAL

CLORO SODACLORO SODA

Elaborado por:

Pascal Daniela. CI: 20.084.016

Maracaibo, Septiembre de 2011

CLORO SODACLORO SODA


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remover grasas, germicidas, solventes para lavado seco, explosivos,

fungicidas e insecticidas.

Hidrxido de sodio (NaOH)

El hidrxido de sodio es una sustancia incolora e higroscpica que se

vende en forma de trozos, escamas, hojuelas, granos o barras. Se disuelve en

agua con fuerte desprendimiento de calor y la disolucin acuosa se denomina

leja de soda. Tanto la soda custica como la leja atacan la piel. Es de color

blanco cristalino en estado slido y ligeramente turbio en soluciones, no es

inflamable y no tiene poder explosivo. No corroe ni ataca las gomas, ni las

resinas sintticas a temperatura ambiente. Ataca fuertemente el aluminio,

estao, plomo y sus compuestos. Destruye tejidos vegetales, animales y

orgnicos en general. Reacciona fuertemente con los cidos y con diversas

sustancias slidas, lquidas y gaseosas. Tiene alto poder de dilucin, por lo cual

al disolverse es posible que alcance el punto de ebullicin; esto se evita

realizando la operacin en forma lenta.

Es un lcali fuerte, y como tal es peligrosa cuando se manipula sin las

atenciones y debidas precauciones.

Propiedades.

Peso molecular de 40.1 g/mol.

Punto de ebullicin de 1390C.

Punto de fusin 318.4C.

Densidad a 20C de 2.13 Kg/l.

Calor de fusin de 40 cal/g.

Usos.

Industria de la pulpa y el papel: Son los mayores consumidores de lasoda custica a nivel mundial. Las aplicaciones incluyen el

tratamiento del papel usado y de aguas residuales, y adicionalmente

se emplea como materia prima en los procedimientos que reducen a

pulpa y blanqueadores.


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Industria textil: La soda custica se utiliza en el proceso qumico de

produccin de algodn y de fibras sintticas como nylon y polisteres.

Industrias de jabones y detergentes : Es el hidrxido principal usado en

la saponificacin o conversin de las grasas o aceites provenientes de

vegetales o minerales para el proceso de manufactura de jabones. En

el caso de los detergentes es frecuentemente usada para la

produccin de surfactantes inicos.

Industria de manufactura de blanqueadores : Es empleada en la

produccin de agentes blanqueadores como hipoclorito de sodio o de

calcio.

Industria petrolera : Se usa en los procesos de exploracin produccin

y procesamiento de petrleo y gas natural. Tambin se emplea en la

remocin de materiales cidos como el H2S y mercaptanos generados

en los procesos.

Industria del aluminio : Es usada para disolver bauxita en la primera

etapa para la produccin de aluminio.

Industria de los procesos qumicos : La soda custica es la materia

prima para una amplia gama de productos, porque se utiliza como

intermedio y como reactivo en los procesos que producen solventes,

los plsticos, las telas sintticas, los pegamentos, las capas, los

herbicidas, los tintes, los productos farmacuticos, y muchos ms

productos industriales. Tambin se utiliza para la neutralizacin de

corrientes intiles cidas y para componentes cidos de gases de

escape.

Entre otras aplicaciones .

Hidrogeno (H2).

El hidrogeno es en condiciones normales un gas incoloro, inodoro einspido, compuesto de molculas diatmicas, H2. Es la sustancia ms

inflamable de todas las que se conocen, es un poco ms solubles en

disolventes orgnicos que en el agua, a temperatura ordinaria el hidrogeno es

una sustancia poco reactiva a menos que se haya activado de alguna manera;


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por ejemplo, por un catalizador adecuado. A temperaturas elevadas es muy

reactivo.

Propiedades.


Punto de ebullicin de -252.7C.

Punto de fusin -259.2C.

Densidad de 0.071 g/ml.

Usos.

Sntesis del amoniaco.

Rompimiento por hidrogeno (hydrocracking), y en el tratamiento con

hidrogeno para eliminar azufre.

La hidrogenacin se utiliza en la manufactura de productos qumicos

orgnicos.

Como combustible de cohetes, en combinacin con oxigeno y flor, y

como un propulsor de cohetes impulsado por energa nuclear.

cido Clorhdrico (HCl).

El cido clorhdrico es una solucin de cloruro de hidrogeno en agua,presenta aspecto cristalino cuando esta puro, presenta color amarillento

debido a la presencia de hierro, cloro o sustancias orgnicas. Ataca a todos los

metales comunes, reacciona con metales e hidrxidos formando xidos

metlicos y cloruros respectivamente. Causa irritacin al tener contacto con la

piel y las membranas mucosas.

Propiedades.

Peso molecular de 36.46 g/mol. Punto de ebullicin de -84.9C.


Gravedad especifica de 1.00045 g/l.

Usos.


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Lavado de metales.

Refinacin de caa de azcar.

Produccin de goma sinttica.

Produccin de glucosa y azcar de maz.

Almidn.

Activacin de pozos petroleros.

Hipoclorito de Sodio (NaClO).

El hipoclorito de sodio es una solucin clara, sin sedimentos de un color

amarillo verdoso ligero. De olor penetrante e irritante. Es una solucin

fuertemente oxidante. Muy eficaz en el control bacteriolgico y microbiolgico.

Propiedades.


Punto de ebullicin de 100.85C.


Densidad de 1.11 g/cm3.

Usos.

Se emplea como desinfectante y desodorante en lecheras, creceras,

abastecimiento de aguas negras y para propsitos caseros.

Obtencin de hidrxido frrico Fe(OH)3, bixido de manganeso, de

nitratos, sulfatos y cianatos (por reaccin con los cianuros).

2.- MATERIA PRIMA.

La sal comn es la materia prima de la planta de cloro soda ubicada en

el tablazo. La sal comn se importa desde Bonaire o se trae por va martima

desde las salinas de Araya (Edo. Sucre) hasta el muelle de manejo de sal o

tambin proviene de la empresa Produsal del Sector Los Olivitos y mediante

una correa transportadora, se enva hasta un patio de almacenamiento el cual

est diseado para contener 17000 m3 (19600 TM) de sal, lo cual equivale a un

inventario para 30 das de operacin de la planta a mxima capacidad.


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Este proceso tiene como reaccin global la siguiente:

(Reaccin imposible de forma directa)

La reaccin global en sentido inverso es inmediata y constituye una

experiencia elemental de ejemplo de una reaccin qumica de precipitacin.En el sentido que nos interesa, no es posible llevarlo a cabo

directamente en disolucin, ya que la insolubilidad del carbonato clcico hace

que el equilibrio correspondiente est prcticamente desplazado hacia la

izquierda.

i. Haciendo pasar Amoniaco y Dixido de Carbono (gaseosos) por

una solucin saturada de Cloruro de Sodio se forma Carbonato cido de sodio y

Cloruro de Amonio (ambos insolubles).

ii. El Carbonato cido de Sodio se separa de la solucin por filtracin

y se transforma en Carbonato de Sodio por calcinacin.

iii. El Cloruro de amonio obtenido se hace reaccionar con Hidrxido

de Calcio y se recupera Amonaco.

iv. El Hidrxido de Calcio se produce en la misma fbrica por

calcinacin de Carbonato de calcio (piedra caliza) y as se produce el Dixido

de Carbono necesario en la ecuacin 1.

4.- REACCIONES QUMICAS INVOLUCRADAS.

Tratamiento qumico de la salmuera.

Intercambio Inico de la resina.


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i. Reaccin de purificacin de la salmuera.

ii. Reaccin de Regeneracin de la Resina.

iii. Reaccin de conversin de la Resina.

Electroqumica del proceso cloro soda.

i. Reaccin en el nodo.

ii. Reaccin en el ctodo.

iii. Reaccin Global.

iv. Subproductos.

Destruccin de cloratos.

Declorinacin de la salmuera agotada.


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Cloro Lquido.

Componente ComposicinCloro 99.72%peso

Dixido de Carbono TrazasOxgeno 0.25%

Nitrgeno 0.03%Hidrgeno Trazas

cido Clorhdrico.

Componente Composicincido Clorhdrico 32% peso

Cloro Mximo 2 ppmAgua Balance

Hidrogeno Gaseoso (99.90%).

Soda Custica.

Componente ComposicinSoda Custica 50% peso

Cloruro de Sodio Mximo 50 ppmClorato de Sodio Mximo 15 ppm

Hierro Mximo 1 ppmNquel Mximo 0.05 ppm


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DESCRIPCIN GENERAL DEL PROCESO


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5.1.- Saturacin y tratamiento primario de salmuera.

Saturacin.

La sal empleada actualmente se trae desde el sector de los Olivitos

(Maracaibo, Edo. Zulia) y Bonaire, y se lleva hasta el patio de almacenamiento

(capacidad de 17000 m3 de sal, equivalente a treinta das de operacin a

mxima capacidad), la sal est compuesta principalmente por NaCl, H2O,

Na2SO4, NaClO3, CaCl2, MgCl2, Fe, entre otros.

La sal se lleva por medio de 2 camiones cargadores (shovels) hasta una

tolva provista de un alimentador vibratorio y una cinta transportadora que las

transfiera a un elevador de canjilones, el cual descarga a un silo de sal que

suple a 4 saturadores verticales.

Una vez en los saturadores se inicia el proceso de separacin de la

salmuera, agregando una cantidad necesaria de agua desmineralizada para

disolver la sal, esta salmuera se combina con salmuera agotada para

concentrarla hasta un valor medio de 300 g/l y pH de 8.7. Esta salmuera recibe

el nombre de Salmuera Inicial o Salmuera Bruta.

Tratamiento Qumico.

La salmuera saturada sale por el tope del saturador, por gravedad, al

tanque de almacenamiento de salmuera cruda y luego, se bombea a los

tanques qumicos primarios. El objetivo de esta etapa es la remocin de

compuestos como calcio, sulfato de sodio y magnesio, los cuales tienden a

producir obstrucciones en las membranas de los electrolizadores.

En el primer tanque se inyecta una solucin de BaCl2 al 15% que

contribuye a reducir el residuo de Na2SO4 a un intervalo de 3-5 g/l segn la

siguiente reaccin:

Luego, la salmuera saturada pasa al segundo tanque

De tratamiento en donde se adiciona Na2CO3 al 15% en exceso a un nivel de

0.2-0.6 g/l respectivamente, esto permitir una disminucin de los niveles de

Ca+2 y Mg+2 provenientes de la sal fresca, segn las siguientes reacciones:


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En caso de ser necesario se aade CaCl2 para mantener la relacin entre

el calcio y el magnesio proveniente de la sal fresca, en la sal muera tratada

superior a 2.

Se debe realizar la remocin de calcio y magnesio ya que estos pueden

formar sulfatos de los mismos y en el caso del sulfato de calcio, que es ms

soluble en la roca que en el agua de rociado, con una composicin mxima de

12% NaCl a 25C y una solubilidad mxima en salmuera saturada a 62C. Bajo

estas condiciones el equilibrio de solubilidad se da lentamente, pero la

salmuera est en contacto continuo con antracita por encima de 62C y

eventualmente se pueden dar los depsitos de CaSO4 en cualquier zona del

sistema cuando la temperatura baje o suba de este punto de saturacin.

Debido a la gran diferencia entre el grado de solubilizacin del NaCl vs CaSO 4,

se utiliza un reciclo de sal agotada.

5.2.- Tratamiento secundario de la salmuera.


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Seccin de Clarificacin de la Salmuera.

La salmuera fluye por gravedad y rebose externo del tanque de

tratamiento hacia el clarificador en donde se eliminara la mayor parte de los

precipitados de la salmuera y otros insolubles. A partir de este punto se define

como Salmuera Secundaria. En la entrada del clarificador se agrega un

agente floculante, para originar el crecimiento de cristales grandes en el

centro. Los precipitados se sedimentan como lodos en el fondo y son

bombeados al pozo de sedimentacin del rea de salmuera.

Seccin de Filtracin Primaria y Secundaria.

Esta etapa tiene como objetivo la remocin de partculas de gran

dimetro presentes en la salmuera, a partir de este punto la solucin recibe el

nombre de Salmuera Terciaria.

La salmuera clarificada fluye por gravedad hacia el sistema de filtracin

primario, primero llega a un tanque y se bombea hacia el filtro donde se utiliza

antracita y a la salida se recicla una porcin hacia el tanque y el resto se lleva

al sistema de filtracin secundario. Esta seccin permite asegurar la remocin

de la mayora de los slidos de la salmuera, de manera que separan el calcio,

magnesio, hierro y otros materiales indeseables hasta un nivel mximo entre

3-10 ppm.

Luego fluye a los tanques de alimentacin y se bombea a los filtros

pulidores o sistemas secundarios de filtracin a base de celulosa vegetal,

diseados para eliminar los insolubles y slidos en suspensin desde un nivel

mximo de 10 ppm hasta un nivel menor de 1 ppm. La presin mxima a la

salida de este es 3.2 Kg/cm2. Los insolubles son principalmente de calcio y

magnesio, sin embargo elimina significativamente hierro y nquel.

Seccin de Intercambio Inico.

El intercambio de iones se utiliza para eliminar iones de tipo metlico

presentes en la solucin y que no pudiesen ser removidos en las etapas

previas, tales como el calcio, el magnesio, el estroncio y el bario. El contenido

de calcio y magnesio de la sal muera que pasa por el intercambio de iones

disminuye de 1 ppm a menos de 25 ppb la salmuera del sistema de


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intercambio de iones, el contenido de Bario est por debajo de 400 ppb, y el

contenido de estroncio menor de 500 ppb, por lo tanto se denomina salmuera

ultra pura. Debe resaltarse que en esta seccin la salmuera no debe contener

cloro libre, ya que oxida la resina e imposibilita la capacidad para intercambiar

iones. Antes de entras a las 3 columnas de intercambio inico, se calienta lacorriente de salida del segundo tanque de filtrado que se encuentra a 48C,

aprovechando el calor de la corriente de salmuera declorinada que se va a

mezclar con la alimentacin inicial, esta corriente llega a 81.2C y sale

alrededor de 60C. La corriente de entrada al sistema de intercambio inico no

posee cloro libre, tiene un pH de 9-11 y una temperatura de 64.9C. La cada

de presin mxima en estas columnas es de 1.4 Kg/cm 2.

La corriente de salida del sistema se mezcla con HCl al 32% y se pasa

por un mezclador para eliminar el exceso de carbonatos y el exceso de NaOHen la salmuera mediante las siguientes reacciones:

El pH de la corriente de salida del mezclador oscila entre 5 y 6. Esta se

almacena en un tanque de salmuera ultra pura y se bombea hasta la seccin

de electrolisis.

A la salida de la etapa de intercambio inico se dispone de una solucin

altamente pura la cual recibe el nombre de Salmuera Ultra Pura. La solucin

de salmuera es calentada con vapor de proceso con la finalidad de disminuir

los requerimientos energticos de los procesos de electrolisis, se almacena en

unos tanques de alimentacin, los cuales suministran la solucin al rea de

electrolizadores.

Reacciones de Intercambio Inico.

Reaccin de purificacin de la salmuera.


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Reaccin de Regeneracin de la Resina.

Reaccin de conversin de la Resina.

5.3.- Electrolisis de la Salmuera.

La Salmuera ultra pura se calienta hasta 80C y se enva a la sala de

celdas, la cual consiste de dos circuitos de 36 electrolizadores, de 30 celdas

cada uno y cada celda posee una membrana. Estos electrolizadores se

alimentan por el fondo, con salmuera en el lado andico y con soda custica al

31% en el lado catdico y por efecto de la intensidad de corriente

(aproximadamente 179000 A y 37.5 KV) por cada electrolizador, ocurren las

siguientes reacciones electrolticas:


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Por el lado del nodo se genera cloro gaseoso mezclado con salmuera

agotada, y en el lado del ctodo se produce soda custica al 32% unida al

hidrogeno. La salmuera agotada y el cloro fluyen dentro de una T de

separacin que esta fuera de cada electrolizador. El cloro tiene apreciables

cantidades de humedad y se encuentra a una temperatura de 80C y 90C,

condiciones en las que se fomenta la corrosin del cloro gaseoso por lo que

debe utilizarse materiales cermicos, plsticos, o equipos recubiertos con hule.

Este cloro se separa de la salmuera agotad y se pasa por una cmara de sello

de cloro y luego se enva hacia el rea de procesamiento en donde se somete a

enfriamiento, secado y filtrado a objeto de eliminar la niebla salina y redujo al

mximo el contenido de agua (menos de 10 ppm), posteriormente, para los

sistemas de compresin que alcanzan entre 22-60 psig y licuacin mediante un

equipo de refrigeracin convencional, desde donde se distribuye a los

diferentes sitios de consumo.

Por otra parte, la salmuera agotada de las dos corrientes fluye por

gravedad a un tanque receptor donde se le agrega cido clorhdrico (HCl) para

lograr la separacin del Cl2 que ha quedado remanente y se bombea a la zona

de declorinacin. El resto de los productos, hidrogeno y soda custica, fluyen

por otra T de separacin. El hidrogeno extrado de ambas celdas se separa de

la soda custica y pasa por una cmara de sello de hidrogeno hasta llegar al

sistema de enfriamiento, lavado y compresin, en donde se distribuye una

parte hacia la unidad de sntesis de cido clorhdrico y el resto a la planta de

olefinas y vinilos.

La soda fluye por gravedad al tanque de circulacin y el 8% se destina a

concentracin de 32% a 50% y luego a los tanques de despacho. El resto,

cerca del 90% se bombea, diluye hasta un 31% con agua ultra pura, se calienta

en intercambiadores y se recircula a las celdas, la otra parte se almacena en

los tanques de soda al 32% desde donde se enva a otros usos.

Las membranas operan en un amplio rango de temperatura entre 70C y

95C. El voltaje decrece de 0.05 a 0.1 V por cada incremento de 10C en la


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temperatura sin embargo no se evidencian cambios en la eficiencia de

corriente (rendimiento).

A temperaturas menores de 70C ocurre un aumento en la resistencia al

paso de la corriente, aumentando el voltaje de la membrana. A temperaturas

mayores de 95C se producen ampolladuras, ocurriendo una separacin entrelas capas sulfnicas y carboxlicas de las membranas.

Es importante reducir el contenido de impurezas al mnimo, estas

pueden provenir del agua de reposicin del catolito (agua desionizada), de la

salmuera, de la corrosin de los electrodos y de los equipos del proceso

(tanques, tuberas, vlvulas). Estas impurezas pueden afectar el proceso

mediante tres posibles maneras, algunas pueden afectar el desempeo de la

membrana (Fe, Si, Ni), algunas pueden afectar la pureza de la soda custica

(Cl-, ClO3-, SO4-), y otras pueden afectar el desempeo del ctodo (Fe y Hg).

5.4.- Declorinacin de la salmuera agotada.


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Declorinacin por vaco.

Se bombea salmuera agotada desde el depsito de salmuera agotada

hasta la parte superior de una columna empacada (declorinador), operando

bajo vaco de menos (-) 0.58 Kg/cm2.

El declorinador disminuye el nivel de cloro disuelto en la salmuera hasta

un nivel cercano a 10-30 mg/l. De esta forma se crea suficiente vaco en el

declorinador de modo que la presin del sistema se acerque al punto de

ebullicin de la salmuera. Con la reduccin de la presin total del sistema, se

reduce la presin parcial del cloro., extrayendo cloro molecular acuoso de la

salmuera, con el fin de obtener bajos niveles de cloro disuelto.

En este caso, la columna empacada se utiliza para asegurar una

adecuada rea de superficie para la separacin vapor lquido. El vapor y el

lquido fluyen hacia la parte baja de la columna y se separan en el fondo. El

cloro y el vapor de agua del declorinador pasan a travs de un condensador,

entonces la mayor parte del vapor de agua condensado fluye por gravedad de

regreso hasta la parte superior de la torre y el gas de cloro se comprime y se

enva al procesamiento normal del gas de cloro hmedo.

La temperatura de la salmuera en la parte superior de la torre se vigila

continuamente, ya que una disminucin en la temperatura traera como

consecuencia un incremento en la cantidad de cloro disuelto remanente en la

salmuera.

La salmuera declorada se bombea desde el fondo del declorinador hacia

la declorinacin qumica antes de la transferencia a los saturadores de

salmuera.

Declorinacin Qumica.

Se inyecta sulfito de sodio (Na2SO3) lquido y soda custica (NaOH) en la

salmuera declorinada por vaco, hasta declorinar completamente la salmuera,

descomponer algunos cloratos y ajustar el pH. Se produce la siguiente reaccin

completa.


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El exceso de sulfito puede descomponer algunos de los cloratos en la

salmuera segn la siguiente reaccin:

Si se desea se puede agregar sulfito de sodio adicional para

descomponer los cloratos adicionales. Sin embargo, esto no es necesario ya

que el sistema separado de descomposicin de cloratos, ya discutido,

mantiene bajo el nivel de cloratos.

Desde los puntos de adicin de reactivos qumicos, la salmuera

declorinada pasa a travs de un mezclador esttico, hasta mezclar

completamente la custica y el sulfito de sodio con la salmuera.

Se ajusta el pH entre 7-8 aproximadamente, por medio del uso de un

analizador/controlador de pH el cual regula la adicin de NaOH al 12% desde el

almacenamiento. Se realizan adiciones finales de NaOH para lograr un pH tan

neutro como sea posible en la corriente de salmuera.

Posteriormente, la salmuera declorinada pasa a travs del

intercambiador de salmuera declorinada/salmuera filtrada, se intercambia as

el calor entre la salmuera declorinada caliente con la salmuera secundaria de

filtracin, permitiendo el retorno de la salmuera ms fra (rango deseado entre

30C-60C), hacia los saturadores de salmuera reduciendo as prdidas

innecesarias de calor.

Adicionalmente se incluyen un depurador de agua en la lnea de venteo

atmosfrico, desde el tanque igualador de salmuera declorinada (se usa como

lugar de almacenamiento para la salmuera declorinada, durante una

interrupcin de energa en la planta), para eliminar los vapores de cloro,

cuando se bombea salmuera clorinada dentro del tanque.


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5.5.- Enfriamiento y Secado del Cloro.

El cloro proveniente de los circuitos 1 y 2 se enfra en un intercambiador

de 90C a 40C donde se separa del agua en una T y el cloro pasa por otro

enfriamiento hasta 15C donde se separa aun ms agua. La temperatura en

este enfriador no puede bajar a ms de 12C puesto que se pueden formar

hidratos que tamponan las tuberas e incluso pueden causar explosiones. Los

enfriadores estn hechos de titanio, debido a las condiciones altamente

corrosivas. El cloro pasa por un filtro en el que se eliminan partculas como el

NaCl. El agua de las anteriores extracciones y del filtro se lleva a un tanque y

se bombea hasta la torre declorinizadora. El cloro a la salida del filtro entra a la

zona de secado, el que se realiza en tres torres con H 2SO4 que fluye en

contracorriente. En esta operacin se alimenta el cido a 98% y este se va

diluyendo a medida que pasa por las torres, hasta que al final se bombea hasta

un tanque de cido diluido. Al final de esta operacin el cloro tiene menos de

10 ppm de humedad y una temperatura de 47C. Este calentamiento se debe a

que el secado en donde se pone en contacto el cido sulfrico y el cloro es una


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operacin exotrmica debido principalmente a los calores de dilucin del cloro

en el cido.

5.6.- Compresin y Licuacin del Cloro.

El cloro seco a 41C se mezcla con el cloro seco a alta presin (8Kg/cm2)

y entra a la torre de licuacin en el distribuidor de gas caliente, ese pasa por la

torre en donde se enfra y se elimina NVM hasta alcanzar el tope a -38C. Por el

fondo sale el cloro lquido que entra al tambor de la torre en el que se

introduce CCl4 para mantener la NVM en solucin y evitar explosiones causadas

por la cristalizacin de NCl3. El exceso de CCl4 se elimina por el fondo del

tambor.

El cloro que sale por el tope pasa por 3 etapas de compresin con

enfriamiento intermedio con agua y un enfriamiento similar a la salida, en este

punto existe un bypass hacia la alimentacin de cloro seco para controlar la

presin de succin y el resto de la corriente entra a un licuador que trabaja con


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fren y un % de recuperacin de 96, en el que hay una pequea cada de

presin debido al gas que se licu. Luego la mezcla entra a un tambor de

separacin en los que se saca el gas y el lquido. El gas se almacena para su

distribucin y el lquido se alimenta a la unidad de cido clorhdrico.

5.7.- rea de Procesamiento de Hidrgeno.

El hidrogeno de la sala de celdas se enfra y se comprime en tres

separadores de equipo. Despus de la compresin de los 2 trenes se combinan

y el hidrogeno se enva a los usuarios y el hidrogeno en exceso se ventea a la

atmsfera.

El hidrogeno del colector principal de la sal de celdas, as como tambin

el hidrogeno que viene del tanque de circulacin de soda custica, tiene una

tubera de U en el colector el cual se puede llenar con agua para evitar el pasode hidrogeno. Se incluyen conexiones de purga de nitrgeno a ambos lados del

tubo en U para la purga manual del equipo aguas arriba y aguas abajo en los

arranques o durante las paradas de mantenimiento. Se incluye una conexin

de aguas de proceso en el lado del sello para el llenado. Finalmente se incluye

un medidor de nivel en el tubo en U para que el operador pueda determinar si

la vlvula de drenaje necesita ser abierta durante la operacin normal algunos

condensadores pueden cumularse gradualmente en esta tubera en U lo cual

puede causar fluctuaciones en la presin.Directamente despus del tubo en U en el colector el hidrogeno entra

por el fondo del depurador de hidrogeno y se enfra por contacto directo con el

roci del agua dirigido hacia abajo. El hidrogeno fro sale por el tope del

depurador. El agua utilizada para enfriar el hidrogeno circula en un sistema de

circuito cerrado, las bombas del depurador de hidrogeno hacen circular el agua

a travs del intercambiador de calor donde el agua de la torre de enfriamiento

se utiliza para bajar la temperatura del agua circulante.

El hidrogeno producido en todos los procesos electrolticos contiene

pequeas cantidades de vapor de agua, hidrxido sdico y sal que se eliminan

a travs del enfriamiento. El hidrogeno producido durante el proceso de la cuba

de mercurio tambin contiene pequeas cantidades de mercurio que deben ser

eliminadas mediante el enfriamiento del gas de hidrgeno para condensar el

mercurio y tratar con carbn activado.


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5.8.- Concentracin de la soda Custica.

Se recibe soda custica al 30-35% (normalmente cerca del 32%) desde

el tanque de circulacin de custica directamente al sistema de evaporacin de

custica. Sin embrago, se puede agregar soda al 30-35% adicional desde los

tanques de almacenamiento de NaOH se es necesario. Como se explico

anteriormente en la descripcin del proceso de electrlisis, el control de nivel

del producto custico en el tanque de circulacin de custica se enva de forma

directa a los evaporadores de custica. Siempre que el sistema de evaporacin

no pueda aceptar toda la custica, sta se enva el enfriador del producto

custico al 32% y a los tanques de almacenamiento de custica al 32%.

La custica al 30-35% que se enva directamente al almacenaje desde el

tanque de circulacin de custica debe enfriarse a 40C (140F) ya que el

material de los tanques de almacenamiento de corroe rpidamente si se

exponen a la custica caliente a esta concentracin. La custica se dirige

manualmente a uno de los dos tanques de almacenamiento de custica al 32%

segn la capacidad disponible; cada tanque tiene un transmisor de nivel y un

medidor de nivel/presin. Estos tanques de almacenamiento tambin


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suministran una fuente de custica al 30-35% para el arranque inicial, adems

de un complemento de custica al tanque de circulacin de castica durante

las paradas largas (simultneas) de ambos circuitos.

De estos tanques de almacenamiento de custica al 32% se bombea la

custica a neutralizacin de emergencia de cloro, al rea de preparacin decarbonato de sodio, a la salmuera ultra-pura, a la salmera pobre y al tanque de

regeneracin de NaOH en el rea de la salmuera. Un conjunto separado de

bombas suministra custica al Complejo Zulia segn un controlador de flujo

automtico.

El sistema de operacin de custica es una unidad de triple efecto el

cual concentra la custica al 30-35% a 50% por peso de NaOH. El vapor a baja

presin es la fuente de calor, mientras que el vaco se suministra con un

condensador de vapor indirecto por medio de agua de la torre de enfriamientoy una bomba de vaco. El sistema de evaporacin de la custica se compra

como una unidad completa as que el vendedor/proveedor de esta unidad tiene

una descripcin ms exacta de la misma.

Los condensadores primarios y secundarios del sistema de evaporacin

se envan respectivamente a los tanques de almacenamiento en el rea de

servicios para suministrar el agua necesaria a otras reas de procesamiento de

la planta; las especificaciones relacionadas con el manejo de los

condensadores se determinan en ingeniera en detalle.El producto custico a 50% se enfra a 50%C (120F) y, luego, se enva a

uno de los tanques de almacenamiento. Al igual que la custica al 30-35%, la

custica al 50% debe enfriarse para evitar corrosin severa y permitir el uso de

materiales de construccin menos costosos. El agua de la torre de enfriamiento

se usa para el enfriador del producto de custica al 50% y este intercambiador

de calor viene incluido en la unidad completa del sistema de evaporacin de

custica.

El almacenamiento de la custica al 50% se realiza en cuatro tanques.

Dos juegos de bombas envan el producto fuera. Un par de bombas se utiliza

para transferir la custica a los camiones cisterna mientras que le otro par de

bombas se utiliza para cargar barcos. Cada tanque tiene dos salidas a ambos

pares de bombas para permitir la carga simultnea de cambios o barcos.


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5.9.- Unidad de cido clorhdrico.

El cloro se quema con hidrgeno para producir cido clorhdrico. El cloro

en el gas de cola de licuacin se combina con el cloro de alta pureza de loscompresores segn sea necesario para mantener la presin de alimentacin de

cloro. La rata de flujo total de cloro de ambas corrientes se mide y se utiliza

para promediar la rata de flujo de hidrgeno comprimido al quemador de HCI.

Un exceso de hidrgeno se mantiene en el quemador. Los gases que entran al

quemador de HCI son hidrgeno y cloro cada uno cerca de 0.07 kg/cm2 (1psig)

por encima de la presin atmosfrica con el hidrgeno a unos 54C y el cloro a

unos 20C. La temperatura del cloro vara con el promedio del gas de cola al

cloro de alta pureza. No se necesita almacenamiento intermedio o compresin

ya que la rata de flujo de los gases automticamente se controla desde las

fuentes de suministro fijas. El exceso de hidrgeno se mantiene, por lo general,

entre 4% y 10% de volumen y se basa en el promedio de hidrgeno a cloro con

oxgeno en el cloro incluido.


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Un visor para mirar la llama se coloca en la seccin del quemador de

HCI. Una llama blanca significa que la unidad est en operacin normal, con

hidrgeno en exceso. Si la llama es amarilla, entonces, por lo general, existe

un exceso no deseado de cloro y la rata de flujo de hidrgeno relativa a la rata

de flujo de cloro debe aumentarse en el controlador de promedio de flujo.La temperatura de la llama dentro del quemador de HCI es, por lo

general, cerca de 2500C (>95% por volumen). El oxgeno presente en el cloro

(a una concentracin normal del 1.5% por volumen en base a agua libre) se

combina con el hidrgeno en una reaccin altamente exotrmica, la cual da

una temperatura de llama suficiente para mantener la reaccin de sntesis de

HCI. Sin embargo, cuando los gases contiene aire en exceso (oxgeno), la rata

de flujo de hidrgeno a cloro debe aumentarse para compensar por la reaccin

adicional de cloro (promedio total de estequiometria es: H2 = C12 +202). Estees el caso donde O2 en C12 puede estar en un rango de 7-8% por volumen.

Por otra parte, cuando los gases contienen inertes, la temperatura de

la llama disminuye; si la concentracin de los gases inertes es demasiado alta,

entonces la temperatura de la llama puede bajar realmente por debajo de los

1500C y se debe agregar aire (oxgeno) para mantener la sntesis de HCI. Es

poco posible una alta concentracin de inertes en esta planta. Aunque no se

incluye ningn dispositivo de medidas para la temperatura de la llama, esta no

afecta la cantidad de enfriamiento externo que se necesita para mantener latemperatura adecuada del absolvedor/producto de HCI.

El quemador de HCI normalmente se enciende de manera automtica

para el arranque, pero puede hacerse en forma manual con una lanza porttil

de H2. Esta lanza se enciende fuera del quemador de HCI con un flujo pequeo

de H2. Luego, se inserta a travs del visor abierto y se enva un flujo pequeo

de H2 al quemador de HCI para encender la llama. Se utiliza un soplador de

arranque para crear la corriente necesaria dentro de la seccin del quemador

de HCI.

Esta unidad de sntesis de HCI est equipada con diferentes dispositivos

de control de seguridad. Si la llama dentro del quemador se apaga, un

dispositivo sensor de llama lo detecta enva una seal hasta un rel de control.

Este rel activa una alarma y cierra de forma automtica una vlvula de

bloqueo en ambas lneas de suministro de H2y C12. El rel de control tambin


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abre una vlvula en la lnea de suministro de N2 para comenzar la purga del

sistema. El dispositivo sensor de llama se disea para activar el rel de control

slo si la llama se apaga por cerca de un segundo ya que una reaccin ms

rpida podra causar el paro por una simple fluctuacin en la llama.

El rel de control de paro automtico tambin se activa por el interruptorde baja presin en cualquiera de las lneas de suministro de H2 o de Cl2 si la

presin en cualquiera de las tuberas disminuye por debajo de unos 0.035

Kg/cm2 (0.5psig). De hecho, las vlvulas en las lneas de suministro de H 2 y Cl2

pueden utilizarse para mantener la contrapresin a la unidad de HCI a unos

0.07 Kg/cm2 (1psig). Como se describe despus, el interruptor de bajo flujo en

la tubera de suministro de agua de enfriamiento tambin se interconecta con

el sistema de paro automtico.

Se incluyen detenedores de llama en ambas lneas de suministro de H 2 yCl2 para evitar que la llama se dirija al equipo aguas arriba y cree una situacin

de peligro de explosin. Por lo general, los detenedores de llama tienen

empaques de anillo rasching y funcionan tambin como demisters. Por lo tanto,

se deben colocar drenajes para eliminar condensados.

La concentracin del producto se ajusta al 32% de cido clorhdrico con

un flujo regulado d agua demonizada como lquido absorbente segn la

densidad del producto de HCL. El lquido absorbente entra por el tope del

depurador de gas de cola de HCI a travs de tuberas rociadotas y sirve paraun par de propsitos. Enfriar y absorber el cloro que no ha reaccionado en el

depurador de gas de cola de HCI (una columna de empaques con flujo

contracorriente) con exceso de hidrgeno que fluye hacia arriba y hacia afuera

del depurador de gas de cola de HCI. Luego, el lquido absorbente fluye al

absorbedor donde la mayor parte de HCI se absorbe contracorriente. Un

controlador de flujo con alarma de flujo se incluye en la tubera de suministro

de agua D.I.

Adems del efecto enfriador de agua D.I., se requiere un enfriamiento

adicional de la unidad de HCI; por lo tanto, una chaqueta de agua de

enfriamiento rodea la unidad completa de HCI. El agua de enfriamiento rodea

la unidad completa de HCI. El agua de enfriamiento primero fluye al fondo de la

seccin de absorbedor hacia un enfriador interno de cido. De esta manera, el

producto cido hace contacto por ltimo con el agua de HCI. Por medio de una


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tubera externa, el agua de enfriamiento fluye hasta el fondo de la unidad de

HCI. De nuevo, el agua de enfriamiento sale de la unidad de HCI y se dirige al

sistema de retorno de agua de enfriamiento.

La tubera de suministro de agua de enfriamiento est equipada con un

medidor de flujo y una alarma de bajo flujo. El interruptor de bajo flujo estdiseado para entrelazarse con el sistema de control de paro de suministro. Se

incluye una conexin de muestra para asegurar que no haya fugas de HCI a

travs de los sellos internos.

El producto de HCI al 32% deseado fluye hacia abajo a travs del

absorbedor, cae y se recoge alrededor del enfriador interno de cido. El

enfriador de cido rodea la cmara central a travs de la cual el HCI fluye hacia

arriba y dentro del absorbedor. Sin embargo, la cmara central se extiende

hasta arriba, hasta el tope de la torre de HCI donde existe un disco de ruptura.Este disco de ruptura protege la unidad de HCI de algn dao fsico en caso de

explosin menor durante el arranque o de una explosin ms violenta por una

operacin incorrecta.

El producto de HCI al 32% fluye hacia fuera de la bandeja de recoleccin

a travs de una plataforma externa y, por gravedad, el rea de

almacenamiento de HCI.

El producto de HCI se recoge en un tanque pequeo y se bombea a

tanques de almacenamiento ms grandes. El uso de los tanques pequeospermite la purga del material diluido fuera de las especificaciones en el

arranque y tambin en los paros.

El HCI para los usuarios en el proceso interno se enva fuera de los

tanques de almacenamiento de HCI al 32% por las bombas de transferencia de

HCI al 32%. Estas mismas bombas se utilizan para enviar el producto de HCI a

las instalaciones da carga de camiones. Se incluye un depurador de agua en el

rea de almacenamiento para eliminar los vapores de cido desde los venteos

de los tanques de almacenamiento grandes.


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6.- REACTOR.

Celdas de Membrana.

Las celdas de membrana son las utilizadas en el Complejo Qumico Ana

Mara Campos debido a las siguientes caractersticas:

Las celdas de membranas tienen una membrana semipermeable para

separar los compartimientos de nodo y ctodo. En las celdas de membrana se

separan los compartimientos con hojas porosas de plstico qumicamente

activas, que permiten el paso de los iones sodio, pero rechazan los iones


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oxhidrilo. Se han desarrollado varios polmeros para este servicio exigente. El

propsito de esta membrana es excluir los iones OH- y Cl- de la cmara del

nodo, haciendo as un producto mucho ms bajo en sal que el obtenido en

una celda de diafragma. Las celdas de diafragma operan con una salmuera

ms concentrada y dan un producto ms puro, y ms concentrado (NaOH al28% que contiene 50 ppm de NaCl; se asegura haber obtenido un producto con

NaOH al 40%). Este producto requiere solo la evaporacin de 715 Kg de agua

para producir una tonelada mtrica de custico al 50%; as representa un

ahorro considerable.

En la industria se le ha designado a estas celdas como celdas de

membrana de intercambio inico. Estas celdas idealmente:

Tienen alta conductancia electroltica.

Son inertes al ambiente de trabajo.

Tienen buenas propiedades mecnicas.

Selectivamente transfieren los iones Na +, rechazando otros

aniones o cationes.

Tienen alta resistencia al fluido de fluidos.

Problemas primarios

Selectividad o eficiencia de la membrana hacia los iones oxhidrilos que

son transferidos a travs de la membrana.

Problemas secundarios

Voltaje ms alto que el deseado.

Algunos cloruros difunden a travs de la membrana.

La vida y eficiencia de la membrana por iones multivalentes como Ca+2 y

Mg+2

.

Componentes.

Para la reaccin electroqumica de una solucin de cloruro de sodio, la

celda tendr los siguientes componentes.

Un electrodo cargado positivamente (+) nodo.


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Un electrolito en el compartimiento del nodo formado por salmuera,

denominado anolito.

Un electrodo cargado negativamente (-) ctodo.

Un electrolito en la cmara del ctodo formado por una solucin de soda

custica denominado catolito.

Membrana, para separar el anolito del catolito.

La membrana, Polmero de fluorocarbn que contiene grupos cidos o

sales de carboxilatos y sulfonatos y que esta reforzada con una malla de

fluorocarbn o tefln. El espesor del polmero sulfonado en el lado nodo

suministra una alta conductividad y absorbe suficiente agua para mantener

flexible la membrana y resistente a las condiciones de operacin. La capa

carboxilada de menor espesor en el lado ctodo, tiene excelente rechazo a los

cationes y alta eficiencia de la corriente.

Separacin de los iones.

Los grupos cidos de la membrana neutralizados por cationes. Estos

cationes son mviles y se desplazan libremente bajo la influencia de

diferencias de concentracin, temperatura, etc. Los aniones son rechazados


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debido a su carga neta fija. Razn fundamental de que la membrana puede

transportar cationes y ofrecer una barrera para los aniones.

Caractersticas de las Membranas.

Alta eficiencia de la corriente (evitar la migracin del in hidroxilo).

Baja resistencia elctrica.

Excelente resistencia qumica al cloro y la soda custica.

Buena resistencia al calor.

Buena estabilidad dimensional.

Baja permeabilidad a la sal y al agua.

Larga duracin operacional.

Problemas Operacionales.

Insolubilidad de las especies que entran a la membrana, en su paso

desde un anolito relativamente acido hasta un catolito fuertemente bsico.

Presencia de impurezas dainas que incluyen los cationes alcalino

trreos (magnesio, calcio, bario, estroncio, etc.)

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

Condiciones de Operacin.

El principal propsito de las condiciones de operacin es mantener el

flujo de masa (iones sodio + agua) dentro de los lmites de la capacidad de

transporte de la membrana. La composicin de los polmeros influye en dicha

capacidad de transporte, as como tambin la temperatura y el contenido de

agua. Las condiciones de operacin las selecciona el fabricante de las

membranas, con el objetivo de obtener un mejor rendimiento y tiempo de vida

en todos los electrolizadores.


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La medida del deterioro de las membranas viene dada por incrementos

en el consumo de energa, lo cual significa aumentos en el voltaje, disminucin

de la eficiencia o ambas.

Temperatura de la celda.La membrana es una solucin de electrolitos y al igual que stos, su

conductividad aumenta con el incremento de la temperatura. El rango de

operacin recomendado oscila entre 80C y 95C.

A temperaturas mayores de 95C, el contenido de agua en la membrana

aumenta, por lo que sta absorbe agua originando expansin, arrugas y

abombamiento. Por otra parte, una temperatura demasiado alta puede

ocasionar falla de las partes plsticas del electrolizador. Normalmente, una alta

temperatura en el electrolizador se detecta frecuentemente chequeando la

temperatura del catolito.

El rango ptimo de temperatura del anolito vara ente 85 92C.

Generalmente la temperatura del anolito ser 1 5C ms baja que la del

catolito.

Es importante mantener la temperatura del anolito/salmuera de

alimentacin, constante, para ayudar a asegurar una operacin del

electrolizador en estado estable. La temperatura del anolito afecta la cantidad

de agua que se evapora dentro del gas cloro y la cantidad de agua que

transporta a travs de la membrana, lo cual afecta la concentracin de NaCl en

el anolito.

pH del anolito.

El pH de salmuera ultra pura permitido es de 3 10.

El flujo de HCl se debe controlar para mantener pH del anolito > 2.

El pH del anolito normalmente se encuentra entre 3.5 4.5.

Cuando el pH anolito < 2 se transporta una fraccin de corriente

ms alta. Capa carboxlica no conductiva. Dao irreversible a la

membrana.

El pH anolito > 11 puede deberse a la existencia de orificios en la

membrana. Puede deteriorar el revestimiento andico.


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El pH de la salmuera que se alimenta a celdas afecta

marcadamente el pH del anolito.

Concentracin de NaOH producto (catolito).

Los niveles de concentracin de soda se deben encontrar en un rango de

30-35% o 30-32%, para menor consumo de energa. Valores superiores

ocasionan una disminucin de eficiencia de corriente y aumento de voltaje. La

disminucin de la eficiencia puede ser permanente si la desviacin es mayor a

37%. Para valores inferiores, si es menor a 25% hay mayor cantidad de agua

produciendo abombamientos, pliegues y problemas mecnicos.

La concentracin de NaOH se controla con la regulacin del agua que se

recircula y empleando una relacin de reciclo grande.

Calidad de salmuera de alimentacin.

A excepcin del cloruro, sodio y agua el resto de las especias se

considera impurezas. Su efecto sobre la membrana es:

Pueden pasar a travs de la membrana

Reducir sitios activos disponibles para transporte de sodio

Precipitan y rompen la membrana: disminucin de eficiencia de

corriente y mayor voltaje. Ca, Ba, sulfatos.Algunos ejemplos de contaminantes es el hierro que contiene la

salmuera de alimentacin, los sulfatos, carbono orgnico total (TOC).

Independientemente del tipo de membrana se requiere un grado

intermedio de pureza, lo cual asegura que la cantidad de impureza que logre

atravesar la membrana sea mnima y el producto se vea vagamente afectado.

Concentracin de NaCl en el anolito.

Para un electrolizador el rango normal de operacin en cuanto a laconcentracin de NaCl en el anolito es de 190 230 g/l.

Se define el lmite inferior cuando baja la concentracin del anolito, por

debajo de este valor pasa ms agua hacia la membrana. En la operacin se

desea evitar que se exceda la capacidad de la membrana.


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El valor mnimo de 190 g/l incluye un factor de seguridad debido a un

mezclado imperfecto. A concentraciones


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El rendimiento del proceso es del 94-97%. Una planta a gran escala

produce de 50 a 300x103 ton del Cl2/ao y de 56 a 340x103 ton de NaOH/ao.

Ventajas :

Alta concentracin de NaOH.

Alta pureza de Cl2 e H2.

Purificacin simple de la salmuera.

No necesita evaporar para concentrar el NaOH.

Desventajas:

Se producen prdidas de mercurio en el proceso generando

problemas medioambientales.

Alto costo de operacin y proteccin ambiental.

Grandes superficies ocupadas.

Mucho consumo de energa.


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Celdas de Diafragma.

Las celdas de diafragma contienen un diafragma, generalmente hecho

de fibras de asbesto, para separar el nodo del ctodo. Esto permite que los

iones pasen a travs de l por migracin elctrica, pero reduce la difusin de

los productos. Los nodos por lo general, se han hecho de grafito, y los

ctodos, de hierro fundido.

En este tipo de celda, los compartimientos andicos y catdicos estn

separados por una lmina porosa llamada diafragma. El Cl se desprende en el

nodo, mientras que el H2 y la solucin alcalina de NaOH (10-12%) se generan

en el ctodo.

Al ctodo se le adhiere un diafragma poroso de fibras de asbesto y

mezclado con otras fibras (por ejemplo con politetrafluoroetileno). Este

diafragma separa al nodo del ctodo evitando la recombinacin de los gases

generados en estos.


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Se alimenta el sistema continuamente con salmuera que circula desde el

nodo hasta el ctodo. En la disolucin queda una mezcla de NaOH y NaCl. El

NaCl se reutiliza y el NaOH tiene inters comercial.

Este mtodo tiene la ventaja de consumir menos energa que el que

emplea amalgama de mercurio, pero por contra el NaOH obtenido es de menorpureza por lo que generalmente se concentra. Tambin existe un riesgo

asociado al uso de asbestos.

cloro soda daniela

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