IV. Sales Alcalinas

IV

1157 Sales alcalinas

IV.- SALES ALCALINAS

IV.1.- INTRODUCCION

Sales alcalinas o sales de los metales alcalinos: litio, sodio, potasio, rubidio, cesio. Casi todas las sales de estos cationes son solubles en agua.

El sodio y el potasio representan porcentajes similares de la composicin total de la corteza terrestre; sin embargo, los depsitos de sodio son ms asequibles, de manera que las sales sdicas son ms baratas que las potsicas. Los dems metales alcalinos se encuentran en mucho menor abundancia, y salvo el litio, no intervienen en la composicin de los productos que normalmente elabora la industria qumica.

Se encuentran en la naturaleza formando sales como: cloruros, sulfatos, nitratos, carbonatos. De estas, solo los cloruros se encuentran ampliamente diseminados y tambin en depsitos de alta concentracin.

El cloruro de sodio se encuentra en el agua de mar, en salmueras naturales y en depsitos de rocas salinas o sal gema. El cloruro de potasio se extrae de yacimientos minerales de carnalita, KCl-MgCl2 y silvita, KCl.

Las sales de sodio absorben agua con mayor facilidad que las de potasio, presenta una mayor tendencia a hidratarse debido a que el in sodio es ms pequeo que el potasio. Por esta razn, en ciertas industrias, como la de explosivos, se prefiere el nitrato de potasio antes que el de sodio.

En este curso se estudiarn las principales industrias que fabrican materias primas bsicas partiendo del cloruro de sodio como insumo inicial.

IV.2.- CLORURO DE SODIO

IV.2.1.- INFORMACIN GENERAL

Es un slido blanco muy soluble en agua. En su forma cristalina es transparente e incoloro, con un brillo parecido al hielo. Generalmente contiene impurezas de cloruro de magnesio (MgCl2), sulfato de magnesio (MgSO4), sulfato de calcio (CaSO4), cloruro de potasio (KCl) y bromuro de magnesio (MgBr2).

La sal se halla ampliamente distribuida en la naturaleza. Se encuentra diluida en el agua de los ocanos en concentraciones que alcanzan los 30 g/l de agua, constituyendo un 3% de la masa del agua de los ocanos. Tambin se encuentra distribuida por ros, lagos y mares interiores en concentraciones que varan entre el 0,002% del ro Mississippi y el 30% del mar Muerto. El mineral halita, conocido comnmente como sal de piedra aparece en lechos secos de ros y lagos, producto de la deshidratacin de antiguas masas de agua salada. Tiene un punto de fusin de 804 C.. Su densidad relativa es 2,17.

Industrialmente es materia prima en la fabricacin de: sodio metlico, cloro, hidrxido de sodio, bicarbonato y carbonato de sodio, fosfatos de sodio, y muchas otras sales.

IV.2.2-OBTENCION A PARTIR DEL AGUA DE MAR

Aproximando la composicin del agua de mar a una solucin de NaCl que contiene 30 gr/Kg de NaCl, 3% de NaCl. Determinar cuanta agua hay que evaporar a 5oC para cristalizar el 60% del NaCl disuelto.

Se dispone del diagrama de equilibrio de fases H2O-NaCl, figura IV.1.

Tomando como base material 100 Kg de solucin P:

ComponenteComposicin %Masa(Kg)

Punto PNaCl33

H2O9797

Total100100

De P a Q se evapora H2O, en Q la solucin se satura en NaCl

De Q a S se sigue evaporando agua y precipita NaCl. En S hay presentes solucin saturada de composicin Q y cristales de NaCl.

Sobre el eje de las abscisas del diagrama de equilibrio de fases:

En S ha cristalizado 60% del NaCl total del sistema.

NaCl cristalizado en S = 3 ( 0,60 = 1,8 Kg

En la solucin residual est disuelto el NaCl que no ha precipitado.

NaCl disuelto en solucin residual Q = 3 1,8 = 1,2 Kg


Punto Q

(solucin

residual)NaCl271,20

H2O73 3,24(*)

Total1004,44

(*) 1,2 Kg de NaCl representan el 27%

x Kg de H2O representan el 73%

x= 3,24 Kg de H2O

H2O evaporada de P a S = agua en P- agua en S = 97 3,24 = 93,76 Kg

Masa total en S = solucin residual Q + sal cristalizada = 4,44 + 1,8 = 6,24 Kg

Ubicacin del punto S:


Punto S

NaCl48,13,00

H2O51,9 3,24(*)

Total1006,24

IV.2.3.-PRODUCCIN DE AGUA DULCE A PARTIR DE AGUA DE MAR

Enfriando el agua de mar cristaliza agua pura en forma de cristales de hielo. En el diagrama de equilibrio de fases de la figura IV.1 se observa que en al rango 0 a 23,3% de NaCl cristaliza agua pura, el 23,3% de NaCl corresponde al eutctico que se ubica a una temperatura de 21,12 oC.

Se desea saber Cul es la mxima cantidad de hielo puro que se puede cristalizar por enfriamiento del agua de mar?

El agua de mar se considera una solucin que contiene 30 gr/Kg de NaCl, 3% de NaCl.

Partiendo del punto P y enfriando, la mxima cantidad de hielo puro se obtiene al llegar al punto T, a la temperatura eutctica, tE.

Base de materia = 100 Kg de solucin de NaCl al 3%.

Al llegar a T, coexisten al equilibrio cristales de hielo y solucin saturada de composicin E.

Cristales de hielo + solucin E = 100 Kg Cristales de hielo = 87,13 Kg

Solucin E = 12,87 Kg

Total = 100,0 Kg

agua cristalizada = %IV.2.4-MEZCLA FRIGORFICA HIELO CRISTALES NaCl.

Diagrama de equilibrio de fases NaCl-H2O, figura IV.1.

Al mezclar hielo a 0 oC u otra temperatura mas baja, con cristales de NaCl a la temperatura ambiente, cerca de 20oC; parte del hielo se funde al enfriar los cristales de NaCl. El agua resultante disuelve parte del NaCl, produciendo un enfriamiento debido al calor absorbido durante la disolucin del NaCl, el sistema se enfra. Cuando la temperatura baja de 0 oC, los cristales de NaCl absorben agua para convertirse en cristales de NaCl(2H2O, reaccin endotrmica, el sistema sigue enfrindose. Las fases slidas estables son hielo y NaCl(2H2O, ellas pueden coexistir al equilibrio bajo la temperatura eutctica, 21,12 oC. Si adems de hielo y NaCl(2H2O hay presente solucin, estas tres fases pueden coexistir al equilibrio solo a la temperatura eutctica. A medida que desciende la temperatura, el sistema evolucionara hasta estabilizarse a la temperatura de 21,12 oC, coexistirn las fases cristales de hielo, cristales de NaCl(2H2O y solucin eutctica, 23,3% de NaCl. La temperatura se mantendr en 21,12 oC mientras estn presentes las 3 fases.

De acuerdo a la proporcin hielo cristales de NaCl de la mezcla inicial:

Si los cristales de NaCl representan menos del 23,3% de la masa del sistema, a 21,12 oC, cuando el sistema pierde calor, llega un momento en que se solubilizan todos los cristales de NaCl y subsisten cristales de hielo en equilibrio con solucin saturada en hielo. El hielo desaparece cuando la vertical de la composicin total del sistema corta la curva de cristalizacin del agua. Mientras queda hielo, el sistema mantiene una cierta capacidad refrigerante debido al calor que absorbe el hielo durante su fusin.

Si los cristales de NaCl representan mas del 23,3% de la masa del sistema, a 21,12 oC, cuando el sistema pierde calor, llega un momento en que se funden todos los cristales de hielo y subsisten cristales de NaCl en equilibrio con solucin saturada en NaCl. El sistema pierde totalmente su capacidad refrigerante. Si los cristales de NaCl representan el 23,3% de la masa del sistema, a 21,12 oC, cuando el sistema pierde calor, llega un momento en que se funden todos los cristales de hielo y se disuelven todos los cristales de NaCl, solo queda solucin de composicin eutctica.Para no desperdiciar NaCl, al preparar la mezcla refrigerante, es conveniente trabajar con una proporcin cristales de NaCl-hielo cercana a la eutctica. El tiempo que requiere la mezcla inicial para alcanzar la temperatura eutctica depende del grado de divisin de los cristales de NaCl y de hielo, a menor tamao de grano mayor velocidad de enfriamiento de la mezcla.IV.3.- CARBONATO DE SODIO

IV.3.1.- INFORMACIN GENERAL

Es un polvo blanco con fuertes propiedades alcalinas, con una densidad relativa de 2,35 y un punto de fusin de 851C. Se encuentra en la naturaleza en los estratos de sal y tambin disuelto en las aguas de lagos interiores, llamados lagos de sosa. Cristaliza en varias formas hidratadas, las ms importantes son: el decahidrato (Na2CO310H2O), llamado sosa de blanquear, y en monohidrato (Na2CO3H2O), denominado carbonato de cristal.

El carbonato de sodio se obtena de salmueras naturales y de las cenizas de las algas, se conoca como cenizas de sosa. Su consumo no se extendi hasta que el qumico francs Nicols Leblanc invent un mtodo, llamado proceso Leblanc, para la obtencin del compuesto a partir de la sal de mesa, el cloruro de sodio. El proceso Leblanc fue reemplazado por el proceso Solvay, inventado por el qumico belga Ernest Solvay. En este, el cloruro de sodio se trata con amonaco gas y luego con dixido de carbono, formndose bicarbonato de sodio (NaHCO3) y cloruro de amonio. El precipitado de bicarbonato de sodio se filtra y se separa de la disolucin de cloruro de amonio, para secarse y calentarse posteriormente, consiguindose el carbonato de sodio.

Por razones de costo de transporte se prefiere siempre el carbonato anhdro. Por limitaciones de proceso no se puede agregar Na2CO3 hidratado en reactores que operan a altas temperaturas, como en la industria del vidrios y los cermicos. Tampoco es posible emplear Na2CO3hidratado en productos que no deben humedecerse, como detergentes en polvo.

Lagos de salmueras carbonatadas se encuentran en: Searle Lake y Owens Lake en Estados Unidos; Magadi Lake en Kenia; Lago Texcoco en Mjico; Laguna de Lagunillas en Venezuela, Estado Mrida.

El Lagunillas, Estado Mrida, por el ao 1970, se construy una planta que pretenda producir Na2CO3 por cristalizacin de carbonato hidratado y su posterior deshidratacin. El desconocimiento de la fsico qumica del proceso, especficamente: los equilibrios de fases durante la cristalizacin y el equilibrio entre los hidratos, condujeron a la quiebra a la Empresa.

El carbonato de sodio se emplea en: la fabricacin de vidrios y cermicas, en la elaboracin de papel a partir de la madera, para hacer jabn, en el refinado del petrleo, como ablandador del agua, como agente limpiador y desengrasante en detergentes, y para producir otros compuestos de sodio.

En este captulo se estudiar la produccin de carbonato de sodio por extraccin desde las aguas de la Laguna de Urao y por sntesis mediante el proceso Solvay.

La precipitacin de NaHCO3 por carbonatacin de las aguas de Urao, y su posterior descomposicin a Na2CO3, constituye un proceso de bajo consumo energtico; que sin duda, permite producir Na2CO3 a un costo inferior al de las plantas Solvay.

IV.3.2.-CRISTALIZACION DESDE AGUAS DE LA LAGUNA DE URAO

Las aguas profundas de la laguna de Urao estn saturadas en Na2CO3; adems, contienen disuelto algo de NaHCO3 y de NaCl. Considerando que las aguas de la laguna de Urao como una solucin saturada en Na2CO3 a 23oC, estudiar la recuperacin del Na2CO3.

Diagrama de equilibrio de fases Na2CO3-H2O, figura IV.2

A 23oC la solucin saturada en Na2CO3 est representada por el punto P.

Tomando como base 100 Kg de solucin en P:


Punto PNa2CO32020

H2O8080

Total 100 100

A partir de la solucin P se puede cristalizar:

Decahidrato. Na2CO310H2O

Por enfriamiento a temperatura entre 23 y 1,94 oC.

Heptahidrato. Na2CO37H2O

Por calentamiento a temperatura entre 32 y 35 oC, seguido de evaporacin isotrmica.

Heptahidrato. Na2CO3H2O

Por calentamiento a temperatura superior a 35 oC, seguido de evaporacin.

Na2CO310H2O por enfriamiento

Se considera un enfriamiento hasta una temperatura cercana a -1,94 oC, punto Q. En estas condiciones se alcanza la mxima cristalizacin de Na2CO310H2O.

En Q:

Cristales de Na2CO310H2O + solucin E = 100 Kg Cristales de Na2CO310H2O = 43,30 Kg

Solucin E = 56,70 Kg

Total = 100,0 Kg

PM Na2CO3 = 106; PM Na2CO310H2O = 286

en 286 Kg de Na2CO310H2O hay 106 Kg de Na2CO3 en 43,30 Kg de Na2CO310H2O hay x Kg de Na2CO3

x = 16,09 Kg

Na2CO3 cristalizado %

La recuperacin es alta, pero el producto obtenido contiene 62,9%, y al calentarlo sobre 35 oC se descompone en cristales de Na2CO3H2O y solucin saturada en Na2CO3H2O, sufriendo lo que se conoce como fusin acuosa.


No presenta inters prctico debido al rango restringido de temperaturas en que es estable.


Se considera un calentamiento a 50 oC, seguido de evaporacin isotrmica.

Se pasa del punto P al R al calentar y, del punto R al punto S, solucin saturada en Na2CO3H2O, al evaporar isotrmicamente. Al continuar la evaporacin, a partir de S, cristaliza Na2CO3H2O. Para obtener un producto con buena pureza, debido a las impurezas de la solucin, se considera la cristalizacin de solo el 90% del Na2CO3. Se pasa de S a T.

En S:


Punto SNa2CO33220,0

H2O68 42,5(*)

Total 10062,5

(*) 20 Kg de Na2CO3 representa el 32%

x Kg de H2O representa el 68 %

x= 42,5 Kg de H2O

H2O evaporada al pasar de R a S = 80,0 42,5 = 37,5 Kg

En T hay presentes: solucin saturada S y cristales de Na2CO3H2O

Sobre el eje de las abscisas del diagrama de equilibrio de fases:

S T Na2CO3H2O

33,5 x 85,5 % Na2CO3En T ha cristalizado un 90% del Na2CO3 .

Na2CO3 cristalizado = 20 ( 0,9 = 18 Kg

Na2CO3 en solucin = 20 ( 0,1 = 2 Kg

Na2CO3H2O cristalizado = 18/ 0,85 = 21,18 Kg


En S

Solucin

residualNa2CO332 2,00

H2O68 4,25(*)

Total 10062,5

(*) 2Kg de Na2CO3 representan el 32%

x Kg de H2O representan el 68 %

x= 4,25 Kg de H2O

H2O evaporada de S a T = 42,50 4,25 = 38,25 Kg

El Na2CO3H2O puede deshidratarse por calentamiento y producir Na2CO3 anhdro.

La produccin de Na2CO3H2O y de Na2CO3 a partir de aguas de Urao requiere de etapas de calentamiento y evaporacin, ambas con alto consumo energtico; esto hace que el producto obtenido no pueda ser competitivo con el obtenido sintticamente en las plantas Solvay.

IV.3.3.-PRECIPITACION DE NaHCO3 POR CARBONATACION DE AGUAS DE LA LAGUNA DE URAO.

1.-PLANTEAMIENTO

El anlisis qumica de aguas extradas de la laguna de Urao muestra la siguiente composicin: Na2CO3 18,1%; NaHCO3 3,0%; H2O 78,9%. No se analiza el NaCl.

Se desea precipitar bicarbonato de sodio transformando el carbonato a bicarbonato por absorcin de anhdrido carbnico.

2.-ANTECEDENTES

Diagrama de equilibrio de fases del sistema Na2CO3- NaHCO3 - H2O, a 25oC . Figura IV.3.

3.-PROCESOEl punto P representa la composicin inicial. A travs de la solucin se hace burbujear CO2 hasta que todo el Na2CO3 pase a NaHCO3. El punto representativo de la composicin del sistema total pasa de P a Q.

En Q se tiene presente cristales de NaHCO3 y solucin residual saturada en NaHCO3, punto A.

4.-PRECIPITACIN

Base 100 Kg de solucin en P:

Punto

PComponenteComposicin%Masa(Kg)

Na2CO318,118,1

NaHCO3 3,0 3,0

H2O78,978,9

Total 100,0 100,0

.

Carbonatacin parcial, paso de 50% del Na2CO3 a NaHCO3, punto R.

Paso de P a R:

Ecuacin Na2CO3 + CO2 + H2O ( 2NaHCO3

PM106441884

InicialKg18,107,524,383,00

moles0,1710,17178,90,0357

Finalgr9,05077,3017,36

moles0,085504,2940,2067

Punto R:

Punto

RComponenteComposicin%Masa(Kg)

Na2CO316,7417,36

NaHCO3 8,73 9,05

H2O74,5377,30

Total 100,00 103,71

.

En R coexisten cristales de NaHCO3 y solucin residual R.

Cristales de NaHCO3 + solucin R + = 103,71 Kg Cristales de NaHCO3 = 11,51 Kg

solucin R = 92,20 Kg

Total = 103,71 Kg

(*) Base: suma (Na2CO3 + NaHCO3)

Carbonatacin total, paso de todo el Na2CO3 a NaHCO3, punto Q.

Paso de P a Q:

Ecuacin Na2CO3 + CO2 + H2O ( 2NaHCO3

PM106441884

InicialKg18,107,524,383,00

moles0,1710,17178,90,0357

Finalgr0075,8231,73

moles004,2120,3777

Punto Q:

Punto

QComponenteComposicin%Masa(Kg)

Na2CO329,5031,73

NaHCO3 2,32 2,50

H2O68,1873,31

Total100,00107,54

.

En Q coexisten cristales de NaHCO3 y solucin residual Q.

Cristales de NaHCO3 +solucin Q + = 107,54 Kg Cristales de NaHCO3 = 25,42 Kg

solucin Q = 81,12 Kg

Total = 107,54 Kg

La precipitacin de NaHCO3 por carbonatacin de las aguas de Urao, y su posterior descomposicin a Na2CO3, constituye un proceso de bajo consumo energtico; que sin duda, permite producir Na2CO3 a un costo inferior al de las plantas Solvay.

IV.3.4.-PROCESO SOLVAY

Partiendo de cloruro de sodio y de carbonato de calcio se produce carbonato de sodio y cloruro de calcio.

2NaCl + CaCO3 ( Na2CO3 + CaCl2De las sales participantes en esta reaccin, el cloruro de sodio, carbonato de sodio y cloruro de calcio, son muy solubles en agua; por el contrario, el carbonato de calcio es prcticamente insoluble. Esta reaccin es posible, solo de derecha a izquierda, siempre precipita CaCO3. No es posible mezclar cloruro de sodio y carbonato de calcio para obtener carbonato de sodio.

Mediante el proceso Solvay se produce Na2CO3 y cacl2, a partir de NaCl y caco3, operando a travs de varias etapas de reaccin intermedias entre las materias primas y los productos, aprovechando que el bicarbonato de sodio es una sal relativamente poco soluble.

Se disuelva amoniaco gaseoso, NH3, en agua, formndose una solucin de hidrxido de amonio, NH4OH.

NH3(gas) + H2O ( NH4OHSe absorbe anhdrido carbnico, CO2, en la solucin de NH4OH, formndose bicarbonato de amonio, NH4HCO3.

NH4OH+ CO2 (gas) ( NH4HCO3Se agrega cloruro de sodio a la solucin de NH4HCO3, establecindose el equilibrio:

NH4HCO3 + NaCl ( NaHCO3 + 2 NH4ClDe estas sales, la ms insoluble es el bicarbonato de sodio, que precipita. El NH4Cl recibe el nombre de amoniaco fijo debido a que al hervir la solucin no se desprende NH3.

El NaHCO3 se descompone al calentarlo produciendo carbonato de sodio.

2NaHCO3 ( Na2CO3 + CO2 (gas) + H2O

El CO2 absorbido proviene de la descomposicin trmica del CaCO3.

CaCO3 ( CaO + CO2El xido de calcio se hace reaccionar con el cloruro de amonio o amoniaco fijo, liberando amoniaco gaseoso

2NH4Cl + CaO ( 2NH3(gas) + CaCl2 + H2OResumiendo

Se absorbe NH3(gas) y CO2(gas) en una solucin de cloruro de sodio. Precipita NaHCO3 y queda NH4Cl en solucin. El NaHCO3 se descompone por calentamiento produciendo Na2CO3. El CO2 se obtiene por descomposicin del CaCO3. El CaO producido durante la descomposicin del CaCO3 reacciona con el NH4Cl, liberando el NH3(gas).

Se alimentan al proceso NaCl y CaCO3, se produce Na2CO3 y CaCl2.

El NH3 que acta como reactivo en las etapas intermedias, no se consume durante el proceso, se recupera y se recircula a la etapa de absorcin. La economa del proceso esta supeditada a que las prdidas de NH3 sean mnimas, el NH3 es de lejos el reactivo mas caro que interviene en el proceso.

IV.3.5.-DIAGRAMA DE FLUJO DE UNA PLANTA SOLVAY

Figura IV.4. El proceso en su fase lquida opera a la temperatura ambiente, salvo en la unidad de recuperacin de amoniaco en que la solucin se encuentra en ebullicin.

Se prepara una solucin saturada de NaCl. Se elimina el in sulfato precipitndolo como BaSO4.

Por la parte superior a la primera torre de absorcin de NH3: se alimentan: la solucin purificada de NaCl y la solucin proveniente de la segunda torre de absorcin de NH3; y se descartan los gases libres de NH3.

En la parte inferior de la primera torre de absorcin de amoniaco: se alimentan los gases que vienen de las torres de carbonatacin y sale la solucin que a la segunda torre de absorcin de NH3..

Por la parte superior a la segunda torre de absorcin de NH3 sale la solucin que va a la primera torre de absorcin de NH3. Por la parte inferior: entra la solucin que viene de la primera torre de absorcin de NH3 y el NH3 gaseoso proveniente de la unidad de recuperacin, y, sale la solucin que va a las torres de carbonatacin.

En las torres de carbonatacin entra la solucin que viene de las torres de absorcin de NH3 y el CO2 que viene del horno de cal y de la descomposicin del NaHCO3. Salen los gases pobres en CO2 y una suspensin de solucin y cristales de NaHCO3.

La suspensin pasa a un filtro en donde se separa la solucin de los cristales de NaHCO3. Los cristales de NaHCO3 se la van con agua.

Los cristales de NaHCO3 pasan a un horno rotatorio donde se calientan a una temperatura un poco por encima de los 200oC. El NaHCO3 se descompone en Na2CO3, CO2 y H2O. El CO2 se recircula a las torres de absorcin de CO2.

La solucin que sale del filtro de NaHCO3 va al recuperador de NH3, donde el NH4Cl reacciona con la cal apagada o Ca(OH)2 liberando el NH3 gaseoso que recircula a las torres de absorcin.

El Ca(OH)2 se prepara mezclando con H2O el CaO proveniente del horno de cal.

En el horno de cal se descompone el CaCO3 calentndolo a una temperatura del orden de los 1000oC. El CO2 desprendido del carbonato y de los gases de combustin, se purifica y se alimenta a las torres de carbonatacin.

De la solucin que abandona el recuperador de NH3 se puede cristalizar CaCl2.

IV.3.6.-PROCESO SOLVAY. CRISTALIZACION DE NaHCO3. SISTEMAS DE SALES RECIPROCAS

1.- INTRODUCCION

En todos los sistemas estudiados hasta ahora las sales participantes en los procesos de cristalizacin tienen un ion comn, condicin que no permite otras reacciones qumicas que no sean las disociaciones de las sales disueltas. Al disolver en agua dos sales que no tienen un ion comn, se produce el intercambio de aniones y cationes, de acuerdo a la reaccin:

AB + CD ( AD + CB

Se parte disolviendo las sales AB y CD, y se puede recuperar de la solucin, por evaporacin o enfriamiento, las sales AD y CB.

El sistema formado por las sales AB, CD, AD y CB, en solucin, se conoce como un sistema de sales recprocas.

Los componentes del sistema son las 4 sales y el agua. Se tiene una reaccin qumica

2.- LEY DE LAS FASES

En un sistema formado por cinco componentes, a presin y temperatura constantes, la regla de las fases se expresa por:

w = 5 - r - ( = 5 r - (w : grados de libertad; r: reacciones; ( : fases

Reacciones qumicas: r = 1

w = 4 - (El mximo grado de libertad es 4, y se presentan los siguientes casos:

( = 1; w = 3

( = 2; w = 2

( = 3; w = 1

(= 4; w = 0

En el ltimo caso, el grado de libertad es cero, en el sistema coexisten cuatro fases, solo para un par de valores bien determinados de la temperatura y de la composicin.

3.- REPRESENTACION GRAFICA. DIAGRAGA DE JAENECKE

Como base para explicar la presentacin se toma el sistema de sales recprocas:

NH4HCO3 + NaCl ( NaHCO3 + NH4Cl

Las sales se disocian de acuerdo a:

SalCatinAnin

NaHCO3Na+HCO3-

NaClNa+Cl-

NH4ClNH4+Cl-

NH4HCO3NH4+HCO3-

Se tiene cationes Na+ y NH4+ , aniones Cl- y HCO3-; todos de la misma valencia.

Al tomar 1 mol como base material de la mezcla de sales, la suma de los cationes y la suma de los aniones son iguales a 1.

Na+ + NH4+ = 1

Cl- + HCO3- = 1

La composicin global de la mezcla de sales se puede especificar mediante las fracciones catinicas y aninicas; fraccin de iones Na+ o NH4+, fraccin de iones Cl- o HCO3- Solamente 2 variables independientes.

En una representacin sobre 2 ejes perpendiculares, en el eje de las abscisas se representa el sistema Na+ - NH4+, en el eje de las ordenadas el sistema HCO3- - Cl-. En ambas ejes los valores de las escalas van de 0 a 1. En las abscisas de Na+ puro a NH4+ puro; en las ordenadas de HCO3- puro a Cl- puro. Figura IV.5.

Na+ = 1

HCO3- = 1NaHCO3 puroNa+ = 1

Cl = 1NaCl puro

NH4+ = 1

Cl- = 1NH4Cl puroNH4+ = 1

HCO3- = 1NH4HCO3 puro

Los lados y las diagonales del cuadrado representan sistemas de dos componentes, que corresponden a las sales indicadas en los extremos de estos trazos. Los tringulos formados por una diagonal y dos lados del cuadrado representan los sistemas de los tres componentes ubicados en los vrtices. Al agregar agua al sistema de cuatro sales recprocas, las variables independientes aumentan a tres y es necesario una representacin espacial para estudiar el equilibrio de fases. Se recurre a una pirmide de base cuadrada. La base es el sistema de sales recprocas y en el vrtice superior se ubica el agua, figura IV.6. Se expresa el agua en gramos por mol de la mezcla de sales, gr de agua/mol de sal.

Las caras de la pirmide representan sistemas formados por 2 sales y agua. Cuando hay mas de dos sales, los puntos representativos del sistema se ubican en el interior de la pirmide.

En el interior de se ubican superficies de saturacin de cada sal, lneas de saturacin de dos sales y puntos de saturacin de tres sales, figura IV.7.

SuperficieSoluciones saturadas en:

A-EAB-EABD-EAD-ANH4HCO3

B-EBC-EBCD- EABD-EAB-BNaHCO3

C-ECD-EBCD-EBC-CNaCl

D-EDA-EABD- EBCD-ECD-DNH4Cl

Lnea doble saturacinSoluciones saturadas en:

EAB-EABDNH4HCO3- NaHCO3

EBC-EBCDNaHCO3- NaCl

ECD-EBCDNaCl- NH4Cl

EDA- EABDNH4Cl- NH4HCO3

EABD- EBCDNH4Cl- NaHCO3

Puntos triple saturacinSoluciones saturadas en:

EABDNH4HCO3- NaHCO3- NH4Cl

EBCDNaHCO3- NaCl- NH4Cl

En los puntos ubicados sobre las superficies de saturacin coexiste una solucin saturada en la sal del vrtice que incluye la superficie y cristales de la misma sal. (= 2; w = 2.

En los puntos ubicados sobre las lneas de doble saturacin coexiste una solucin saturada en las 2 sales, cuyas superficies de cristalizacin al interceptarse determinan la lnea, en presencia de cristales de ambas sales. ( = 3; w = 1

En los puntos de triple saturacin coexiste una solucin saturada en tres sales en presencia de los cristales de las tres sales. (= 4; w = 0, sistema invariable.

Proyectando las superficies, lneas y puntos de saturacin sobre la base de la pirmide se obtiene la representacin de la figura IV.8. Con lneas en trazas interrumpidos, parecidos a los niveles topogrficos, se representan los gramos de agua para mantener en solucin saturada 1 mol de la mezcla de sales.

IV.3.7.- PROCESO SOLVAY. CALCULO DEL NaHCO3 CRISTALIZADO.

1.-PLANTEAMIENTO

Se desea determinar las cantidades de NaHCO3 cristalizadas, de acuerdo a la relacin entre las cantidades de reactivos alimentadas a la planta..

2.-DIAGRAMA DE FASES NH4HCO3NaClNaHCO3NH4Cl-H2O

La figura IV.9 representa el diagrama de equilibrio de fases del sistema NH4HCO3 NaCl NaHCO3 - NH4Cl - H2O, a la temperatura de 30oC.

3.-PROCEDIMIENTO

Se trabaja a una temperatura de 30oC. Se parte con 1 mol de NaCl en solucin saturada, se absorben 0,5; 0,7; y 1 mol de NH3 y de CO2. El NH3 reacciona con el CO2 para formar NH4HCO3. El NH4HCO3 reacciona con el NaCl precipitando NaHCO3. Las moles totales del sistema pasan de 1 a 2. Se determina la cantidad de NaHCO3 precipitado y la composicin de la solucin residual para distintas cantidades de CO2 absorbidas.

En la figura IV.10.a; cuando se absorben 0,5 moles de CO2, la composicin global del sistema est representada por el punto Qo1; cuando se absorben 0,7 moles de CO2, la composicin global del sistema est representada por el punto Qo2; cuando se absorbe 1 moles de CO2, la composicin global del sistema est representada por el punto Qo3.

Sobre el diagrama de Jeanecke no se puede calcular el NaHCO3 precipitado, ni la composicin de la solucin residual; se recurre a representar cortes de la pirmide espacial por los planos NaHCO3 - Qo1 - H2O, NaHCO3 - Qo2 - H2O, NaHCO3 - Qo3 - H2O. En las representaciones de los cortes se lleva la fraccin catinica en abscisas y la cantidad de agua por mol de sal en ordenadas. En la figura IV.10.b, se trazan las curvas de doble saturacin en NaHCO3 NH4Cl, puntos Q, y de composicin de las soluciones saturadas residuales, puntos Q. Los puntos Q se determinan trazando las curvas de solubilidad del NaHCO3 a diferentes relaciones NaCl-NH4HCO3, fijadas por el CO2 absorbido; para ello, se unen los puntos representativos de la composicin global, Qo, con el vrtice Na+, correspondiente a NaHCO3, y se prolongan las rectas hasta cortar las curvas de saturacin en NaHCO3.

El NaHCO3 precipitado se calcula a partir de la composicin de las soluciones residuales

4.-CALCULO

Figuras 10.a y b; Figura 11

A la entrada de la planta se alimenta 1 mol de NaCl disuelto en 162 gr de agua, solucin saturada en NaCl : Na+= 1; Cl-=1; vrtice NaCl, punto P.

Ion Fraccin inicaequivalentes

Punto

PNa+1,001,00

NH4+0,000,00

Cl-1,001,00

HCO3-0,000,00

Nmero de moles 1,00

Gr agua/mol de sal 162

Gr agua totales 162

Se absorben 0,5 moles de NH4+ y 0,5 moles de CO2, se forman 0,5 moles de NH4HCO3. Composicin global representada por punto Qo1.


Punto

Qo1Na+0,671,00

NH4+0,330,50

Cl-0,671,00

HCO3-0,330,50

Nmero de moles 1,50


Gr agua totales = 1,50 (102= 153(*)

(*) el NH3 reacciona con el agua NH3+H2O ( NH4OH, por cada mol de NH3 se

consume 1 mol de H2O, por 0,5 moles de NH3 se consumen 9 gr de agua.

La composicin de la solucin residual se ubica en Q1.


Punto

Q1Na+0,540,59

NH4+0,460,50

Cl-0,0831,00

HCO3-0,9170,09

Nmero de moles 1,09

Gr agua/mol de sal 140,4

Gr agua totales = 1,09 (140,4= 153

NaHCO3 precipitado 1,00- 0,59 = 0,41 moles

Se absorben 0,7 moles de NH4+ y 0,7 moles de CO2, se forman 0,7 moles de NH4HCO3. Composicin global representada por punto Qo2.


Punto

Qo2Na+0,591,00

NH4+0,410,70

Cl-0,591,00

HCO3-0,410,70

Nmero de moles 1,70


Gr agua totales = 1,70 (102= 149,4(*)


consume 1 mol de H2O, por 0,7 moles de NH3 se consumen 12,6 gr de agua.



Punto

Q2Na+0,380,43

NH4+0,620,70

Cl-0,8851,00

HCO3-0,1150,13

Nmero de moles 1,13


Gr agua totales = 1,13 (102= 149,4


Se absorben 1,0 mol de NH4+ y 1,0 mol de CO2, se forman 1,0 mol de NH4HCO3. Composicin global representada por punto Qo3.


Punto

Qo3Na+0,501,00

NH4+0,501,00

Cl-0,501,00

HCO3-0,501,00

Nmero de moles 2,00


Gr agua totales = 2,00 (72= 144(*)


consume 1 mol de H2O, 18,0 gr de agua.


IonFraccin inicaequivalentes

Punto

Q3Na+0,210,266

NH4+0,791,00

Cl-0,791,00

HCO3-0,210,266

Nmero de moles 1,266


Gr agua totales = 1,26 (113,7= 144


La mxima cantidad deNaHCO3 puro precipitada se alcanza al tocar la curva de doble saturacin en NaHCO3 y NH4Cl, puntos Q. La cantidad de agua para formar la solucin saturada en NaCl inicial, fija la cantidad de agua en las soluciones residuales, puntos Q. El agua en las soluciones residuales es superior a la requerida sobre la curva de doble saturacin, puntos Q.

Al partir con 1 mol de NaCl y absorber 0,5; 0,7 y 1,00 moles de NH3 y CO3; el rendimiento en base al CO2 o NH3 pasa de 82,0 a 81,4 y a 73,4. El mayor rendimiento inicial se debe a que: partiendo de 1 mol de NaCl y 162 gr de H2O, en la solucin residual hay mas moles de sal a menor cantidad de NaHCO3 precipitado, el agua/mol de sal es menor. Los puntos representativos de la composicin residual se acercan a la curva de doble saturacin.

Al calcular el rendimiento sobre la base del NaCl inicial, se tiene:

CO2 absorbido, molesRendimiento %

0,541,0

0,757,0

1,0073,4

IV.3.8.- PROBLEMAS SOBRE EL PROCESO SOLVAY

PROBLEMA 1En una planta Solvay la salmuera purificada alimentada a la torre de absorcin de amoniaco contiene 23,1% de NaCl, densidad 1,25. La parte lquida de la suspensin que abandona las torres de carbonatacin contiene: 40 gr/lt de CO2; 78,1 gr/lt de NH3 total; 57,8 gr/lt de NH3 fijo y 87,9 gr/lt de NaCl. El agua de lavado que deja el filtro contiene el 0,5 % del NaHCO3 que sale de la torre de carbonatacin. El gas que viene del horno de cal contiene 44,1 % de CO2 y 55,9 % de N2+O2. El gas descartado en la parte superior de la torres de carbonatacin contiene 2% de CO2 y 98 % de N2+O2. Las prdidas de NH3 son despreciables.

Se pide determinar:

a) La razn molar CO2/NH3 en los gases del recuperador de NH3.

b) Las moles de gas seco descartadas por 100 Kg de salmuera alimentada.

Fig.IV.12.- PROBLEMA SOLVAY 1

a) La razn molar CO2/NH3 en los gases del recuperador de NH3.

Como la recuperacin del NH3 es total, la razn entre el NH3 y el CO2 en la corriente que sale del recuperador es la misma que hay en la solucin que sale del filtro. Se desprecia el CO2 proveniente de la disolucin de NaHCO3 durante el lavado.

Razn molar CO2/NH3 en los gases del recuperador de NH3=(40/44)/(78,1/17) = 0,198

b ) Las moles de gas seco descartadas por 100 Kg de salmuera alimentada

Base 1 lt de solucin

Equiv. NaHCO3 precipitados = equiv. NH3 fijo

Equiv.CO2Equin. Na

Solucin

NaHCO3 precipitado40/44 = 0,91

57,8/17 = 3,4087,5/58,5 = 1,50

3,40

Total 4,31 4,90

Base 100 moles gas entrada

Moles entradaMoles salidaMoles obsorbidas

%moles

CO2N2 + O244,1

55,92,8

97,21,61

55,9042,49

0,00

Total 100,0100,057,5542,44

Base 100 Kg Solucin NaCl entrada

Moles NaCl = 231 x 100/58,5 = 394,9

Litros solucin salida = 394,9/4,90 = 80,3

Moles CO2 absorbidas = 4,41 x 80,3 = 346,1

Moles gas purgado = 57,55 ( 346,1/42,44) = 469,3

PROBLEMA 2En una planta Solvay cuyo diagrama de flujo se muestra en la figura problema 2adjunta:

a) La salmuera alimentada por la parte superior de las torres de carbonatacin contiene: 66 gr/lt de CO2; 74 gr/lt de NH3 total; 4 gr/lt de NH3 fijo; 250 gr/lt de NaCl.

b) La solucin que deja la parte inferior de las torres de carbonatacin contiene: 39 gr/lt de CO2; 77 gr/lt de NH3 total; 57 gr/lt de NH3 fijo; 85 gr/lt de NaCl.

c) Los gases provenientes del horno de cal contienen: 52% de CO2 y 48% de N2+O2.

d) Los gases descartados, libres de NH3, contienen 6% de CO2.

e) En el horno de cal se opera con un 5 % de exceso de aire y el coque alimentado est libre de hidrgeno.

f) Durante el lavado se disuelve el 1% del NaHCO3 precipitado.

g) El Na2CO3 producido contiene 1% de NaCl.

Se pide determinar:

a) Porcentaje de CO2 en el gas que sale del horno de cal.

b) Coque alimentado al horno de cal por 100 Kg de CaCO3.

c) CaO producido en horno de cal por mol de NaCl alimentada.

d) NH3 empleado por Kg de Na2CO3 producido.

e) Conversin de NaCl a Na2CO3

Las composiciones suministradas se expresan tomando como base 1 equivalente de cloruro, 1 de Cl -, No se considera el Cl que impregna al precipitado. El amoniaco que deja las columnas por el fondo es menor que el que entra a ellas, por diferencia se determina que 0,0230 moles pasan a la fase gaseosa y se absorben en el sistema de recuperacin.

El NaHCO3 que precipita en las columnas corresponde a las moles de amoniaco fijo, 0,378 moles; el 99% del NaHCO3 va al horno de descomposicin; 0,6908 moles. Del horno de descomposicin de NaHCO3 se desprenden 0,3454 moles de CO2 que se mezclan con el CO2 que viene del horno de cal. Se producen 0,3454 moles de Na2CO3.

Soluciones que entran y que salen de la torre de carbonatacin

entradasalida

Cl- total

NH3 total

NH3 fijo

CO2NaCl1,0000

0,9655

0,0521

0,3325

0,94791,0000

0,9425

0,6978

0,1844

0,3022

a) Porcentaje de CO2 en el gas que sale del horno de cal.

El CO2 alimentado a las torres de carbonatacin proviene del horno de cal y de la descomposicin del NaHCO3.

x = moles de CO2 que vienen del horno de cal

y = moles de N2 + O2 que vienen del horno de cal

Se considera que todo el N2 + O2 que entra a las torres de carbonatacin proviene del horno de cal.

Balance de CO2 en las torres de absorcin:

CO2 que entra = CO2 que sale

0,3454 + x = 0,7341 + 6 y/ 94

Balance de CO2 en el punto de mezcla de corrientes del horno de cal y de descomposicin del NaHCO3

(x + 0,3454)/ y = 52/48

De donde:

Gas que sale del horno de cal

moles%

x = CO2 y= N2 + O20,3887

0,678036,5

63,5

b) Coque alimentado al horno de cal por 100 Kg de CaCO3.

Base: 1 mol C quemado

moles

O2 requerido

Aire requerido

Aire con 5% exceso

CO2 generado

N2 + O21,00

4,76

5,00

1,00

4,00

Fig.IV.13.- PROBLEMA SOLVAY 2

Base: 100 moles de gas producidasBase: 1 equivalente de Cl-

moles

N2 + O2 CO2 total

CO2 del coque =63,5/4

CO2 del CaCO3=36,5 - 15,963,5

36,5

15,9

20,60,6780

0,3887

0,1687

0,2200

P.M. del CaCO3 = 100

P.M. del C = 12

Por 1 mol de CaCO3 descompuesto = por 100 Kg de CaCO3= se produce 1 mol de CO2 tomos coque quemado/ moles CaCO3 descompuestos = 15,9/20,6

Kg coque quemado/ Kg CaCO3 descompuestos = 15,9 x 12/20,6 x 100 = 0,0927

c) CaO producido en horno de cal por mol de NaCl alimentada

De las 0,3887 moles de CO2 que produce el horno de cal por cada equivalente de Cl- alimentado a la planta; 20,6 de cada 36,5 provienen de la descomposicin del CaCO3, lo que es igual a 0,220 moles.

En el recuperador de amoniaco:

2NH4Cl + CaO ( 2NH3 + CaCl2 + H2O

Por cada mol de amoniaco fijo se requiere 0,5 mol de CaO

Moles de CaO requeridas para descomponer el amoniaco fijo= 0,5x 0,6978 = 0,3489

Por descomposicin del CaCO3, se requieren 0,3489 moles de CaO y solo 0,220 de CO2. La cantidad de CaCO3 a descomponer queda fijada por el requerimiento de CaO para descomponer el amoniaco fijo.

d) NH3 empleado por Kg de Na2CO3 producido.

P.M. NH3 = 17

P.M. Na2CO3 = 106

Base: 1 equivalente de Cl-

NH3 total entrada carbonatacin

Na2CO3 producido

Kg NH3/Kg Na2CO30,9655 moles

0,3454 moles 17x0,9655 Kg

120x0,3454 Kg

0,448

e) Conversin de NaCl a Na2CO3 Se pide determinar:

Produccin de Na2CO3 = 0,3454 moles

NaCl alimentado = 1,0000 moles

% conversin = {(2x 0,3454)/1000} 100 = 69,0

IV.4.-HIDROXIDO DE SODIO

IV.4.1- INFORMACIN GENERAL

El hidrxido de sodio y el cloro se obtienen como productos de la electrlisis del cloruro de sodio en plantas industriales conocidas como de cloro-soda:

Na+ + Cl- + H2O ( NaOH + H2 + Cl2

Tambin se le puede obtener hidrxido de sodio caustificando el carbonato de sodio, reaccin de hidrxido de calcio con carbonato de sodio:

Na2CO3 + Ca(OH)2 ( 2NaOH + CaCO3Hidrxido de sodio propiedades-

Para obtenerlo al estado slido hay eliminar el agua de las soluciones que se producen en las celdas electrolticas y fundirlo. Temperatura de fusin del NaOH 318,4oC. Temperatura de ebullicin del NaOH 1290oC.

La eliminacin del agua consume mucha energa, que encarece el producto. Se emplea hidrxido slido nicamente cuando el agua de la solucin interfiere en la aplicacin.

Comercialmente se vende en solucin de una concentracin de 45 a 50% y al estado slido con una pureza del 97 al 98 %.

Se emplea en las industrias de: vidrios, cermicos, jabones, alimentos, en general en las etapas de proceso qumico que requiera de medios fuertemente alcalinos.

Su empleo en el procesamiento de alimentos le exige estar libre de toda traza de mercurio.

Al estado slido es fuertemente higroscpico, absorbe humedad formando una serie de hidratos, de composicin que vara de 1 a 7 molculas de agua por mol de NaOH, diagrama de equilibrio de fases NaOH - H2O adjunto, figura IV.14

Cloro. Propiedades.-

A temperatura ordinaria, es un gas amarillo verdoso que puede licuarse fcilmente bajo una presin de 6,8 atmsferas a 20 C. El gas tiene un olor irritante, y muy concentrado es peligroso.

El cloro libre no existe en la naturaleza, pero sus compuestos son minerales comunes, y ocupa el lugar 20 en abundancia en la corteza terrestre. El cloro tiene un punto de fusin de -101 C, un punto de ebullicin de -34,05 C a una atmsfera de presin. El cloro gaseoso se licua a 34oC a 1 atmsfera de presin. Es un producto extremadamente corrosivo y txico cuando se respira.

Debido a poder oxidante se le emplea en el tratamiento de agua potable. En la industria petroqumica se le emplea en la sntesis de polmeros, como el cloruro de vinilo.

IV.4.2.-ELECTROLISIS DEL NaCl

Una celda electroltica esta formada de un recipiente que contiene dos electrodos sumergidos en una solucin de cloruro de sodio, NaCl, figura IV.15. Al circular una corriente elctrica continua a travs de una solucin acuosa de cloruro de sodio, los iones sodio (Na+) se desplazan hacia el ctodo o electrodo que recibe la corriente de electrones que proviene de la fuente generadora, los iones cloruros (Cl-) se desplazan hacia el nodo o electrodo que recibe los electrones transportados por los iones negativos.

Figura IV-15.-Celda electroltica

En la superficie del ctodo los iones sodio captan un electrn y pasan a sodio metlico:

Na+ + 1e- ( Na

En la superficie del nodo los iones cloruro entregan un electrn y pasan a cloro, gas:

Cl- ( Cl2 + 1e-

La diferencia de potencial elctrico terico que se debe aplicar debe ser igual a la diferencia entre los potenciales electroqumicos de equilibrio de las semi ecuaciones:

Semi reaccinPotencial estndar

Eo voltios

Na+ + 1e- ( Na

Cl- ( Cl2 + 1e--2,7109

+1,3583

NaCl ( Na + 4,0692

Para determinar el potencial verdadero habra que hacer las correcciones de acuerdo a las concentraciones y/o presiones mediante la ecuacin de Nerst.

Este potencial cercano a los 4 voltios corresponde a la electrlisis de NaCl fundido, que sera el caso de la produccin de sodio metlico y de cloro.

En presencia de agua el sodio metlico reacciona con el agua de acuerdo a la reaccin:

Na + H2O ( NaOH + H2

La reaccin global es:

Na+ + Cl- + H2O ( NaOH + H2 + Cl2El cloruro es el reductor, se oxida a cloro elemental El hidrgeno del agua es el oxidante, se reduce a hidrgeno elemental.

Semi reaccinPotencial estandar

Eo voltios

H2O + 1e- ( H2 + OH-Cl- ( Cl2 + 1e--0,8277

+1,3583

Na+ + Cl- + H2O ( NaOH + H2 + Cl22,2860

En la electrolisis en fase fundida y en las celdas de ctodo de mercurio, el potencial a aplicar es del orden de 4,07 voltios, en la electrlisis acuosa del orden de 2,30 voltios.

La energa consumida es el producto del potencial aplicado ((V) por la carga transportada (Q):

W = (V(volt) Q (culombios)

Q es igual a 96500 culombios por equivalente de materia transportada

A iguales cantidad de equivalentes de materia producida, la energa consumida es proporcional al potencial aplicado entre los electrodos. As, para producir 1 tomo de Na metlico por electrlisis en fase fundida se gasta del orden de 4,07/2,30 = 1,74 veces la energa necesaria para producir 1 mol de NaOH por electrlisis en una celda de diafragma o membrana.

Reacciones secundarias

Los productos de las reacciones producidas en la superficie de los electrodos y sus inmediaciones son NaOH y Cl2. Al ponerse en contacto el NaOH con el Cl2 reaccionan produciendo hipoclorito de sodio, NaClO, y/o clorato de sodio, NaClO3.

El NaClO se forma preferentemente a temperatura ambiente, su solucin se vende en el comercio como cloro, que es una solucin de NaClO con alto contenido de NaCl. Se obtiene efectuando la electrlisis de una solucin de NaCl en una celda electroltica que opera a temperatura ambiente, debido a que no existe separacin entre el compartimiento del nodo y el del ctodo, la solucin de NaOH absorbe el cloro que se desprende en el nodo:

2NaOH + Cl2 ( 2NaClO

El NaClO3 se obtiene efectuando la electrlisis de una solucin de NaCl a temperatura del orden de 70oC; debido a que no existe separacin entre el compartimiento del nodo y el del ctodo, la solucin de NaOH absorbe el cloro que se desprende en el nodo:

3Cl2 + 6NaOH ( NaClO3 + 5NaCl + 3H2O

IV.4.3.-PROCESOS DE ELECTROLISIS

Los diferentes procesos que operan en las plantas de cloro-soda se diferencian en la forma empleada para evitar que el hidrxido de sodio generado en las proximidades del ctodo se ponga en contacto con el cloro desprendido en las proximidades del nodo. Esto significa distintos diseos de celdas electrolticas.

Histricamente, en las primeras celdas la separacin de los compartimentos catdicos y andicos se efectuaba por medio de un diafragma de asbesto que dejaba pasar la solucin pero dificultando las mezcla de las soluciones de ambos compartimentos. Estas celdas son conocidas como celdas de diafragma, figura 3. El NaOH producido en estas celdas es de baja concentracin, del orden del 12%, y esta acompaado de importantes cantidades de NaCl, hay que concentrarlo por evaporacin, al evaporar se elimina por precipitacin la mayor parte del NaCl.

Las celdas de diafragma fueron reemplazadas por las celdas de ctodo de mercurio. En estas celdas el cloro se desprende de los nodos y el sodio abandona la celda formando una amalgama de Hg-Na, la amalgama se descompone en un recipiente exterior con una solucin acuosa de NaOH, figura 4. Estas celdas permiten producir NaOH de 50 a 60%, con escaso contenido de NaCl. Se evita de esta manera la etapa de concentracin por evaporacin. Estas celdas se han ido eliminando debido a la contaminacin de mercurio en los recintos de las plantas industriales y en las soluciones de NaOH que siempre contiene vestigios de mercurio.

Al cerrar las plantas que operaban con celdas de ctodo de mercurio se volvi a las celdas de diafragma.

Finalmente hacia 1970 se introducen las celdas de membrana intercambiadora de ionice. Los compartimentos catdicos y andicos se separan por una membrana intercambiadora de iones que deja pasar en forma selectiva los iones sodio del compartimiento andico que se alimenta con una solucin de NaCl, al compartimiento catdico que se alimenta con agua pura, figura 5. Se logra de esta manera producir soluciones de NaOH puro con una concentracin del orden de 35%.

IV.4.4.- ELECTROLISIS. SALMUERA DE ALIMENTACION

Las celdas electrolticas son alimentadas con solucin de NaCl de una concentracin cercana al 30%. El NaCl slido proviene de la evaporacin de agua de mar o de yacimientos de sal gema.

El NaCl proveniente de agua de mar presenta un contenido variables de: calcio, magnesio, sulfatos, bromuros, ioduros, vestigios de metales pesados y otros iones; la concentracin de estos depende del grado de concentracin de las salmueras de las cuales se precipit la sal.

El NaCl proveniente de yacimientos salinos contiene impurezas del mismo tipo de las encontradas en la sal cristalizada del agua de mar, pero las concentraciones de estas son siempre las mismas para un mismo yacimiento, se trata de una materia prima uniforme.

Como materia prima en las plantas petroqumicas se prefiera la sal gema o sal de minas por su composicin uniforme y por su seguridad de suministro.

Las impurezas presentes en la salmuera afectan el funcionamiento de las celdas electrolticas.

Los iones que contienen oxgeno, como el sulfato, emigran hacia los nodos de grafito, descargan sus electrones en su superficie y general oxgeno que reacciona con el carbn formando CO2, de esta manera se van destruyendo los nodos de grafito.

Iones como el calcio y el magnesio precipitan en medio alcalino como hidrxidos que colmatan los poros de los diafragmas y membranas, disminuyendo sus superficies tiles.

Iones de metales pesados, an en menos de 1 parte por milln, pueden catalizar la descomposicin de la amalgama en las celdas de ctodo de mercurio, disminuyendo su capacidad de operacin debido al aumento de la concentracin de hidrgeno en el cloro, mezclas de ambos gases pueden reaccionar en forma explosiva formando cido clorhdrico. Los iones pesados en baja concentracin no se pueden eliminar mediante procesos de purificacin econmicamente factibles; las plantas petroqumicas exigen un mnimo contenido de estos iones en la sal suministrada por los proveedores.

Las salmueras son purificadas antes de alimentarlas a las celdas electrolticas. Durante la purificacin se eliminan los iones calcio, magnesio y sulfatos. Los iones calcio y sulfato se precipitan como hidrxidos agregando hidrxido de sodio a las salmueras. Los iones sulfato se precipitan como sulfato de bario agregando cloruro de bario a las salmueras. Despus de precipitar las impurezas hay que filtrar las salmueras, aqu se eliminan tambin cualquier partcula slida presente.

IV.4.5.-CELDAS DE DIAFRAGMA

Operacin

Existen diversos diseos de acuerdo a la forma en que va ubicado el diafragma. En la figura IV.16 se muestra el esquema de una celda de diafragma horizontal. Figura IV.16.- Celda de diafragma horizontal


Eo voltios

H2O + 1e- ( H2 + OH-Cl- ( Cl2 + 1e--0,8277

+1,3583

Na+ + Cl- + H2O ( NaOH + H2 + Cl22,2860

La carcasa de la celda es construida de hierro. Su interior esta dividido por una pared horizontal formada por una capa superior que es el diagrama de asbesto y una capa inferior de rejilla de hierro que acta como ctodo. Los nodos de grafito cuelgan de la parte superior. La solucin de NaCl se alimenta por la parte superior, pasa a travs del diafragma hacia el ctodo, y se descarga por la parte inferior, con un contenido aproximado de 110 gr/lt de NaOH y 170 gr/lt de NaCl. A nivel bajo el ctodo de hierro, sale en forma lateral el hidrgeno formado por reaccin del sodio con el agua. Los iones cloruro entregan su electrn sobre la superficie de los nodos y el cloro formado sale por la parte superior de la celda.

Factores que controlan la emigracin de iones a travs de la membrana

1.- Concentracin de hidrxido de sodio y de iones cloruros en el lado del ctodo.

2.- Velocidad de flujo de la salmuera a travs del diafragma

3.- Propiedades del diafragma.

1.-A mayor concentracin de ines OH- mayor gradiente de concentracin y ms posibilidades que los iones OH- pasen por el diafragma. Como consecuencia la eficiencia de la celda depende de la concentracin del NaOH en el licor. Lo mismo sucede con los iones Cl-, que al igual que los iones OH- pueden emigran a travs del diafragma.

2.-A mayor flujo de salmuera por el diafragma se incrementa la conversin de NaCl a NaOH y aumenta la concentracin de NaOH. Al disminuir el flujo se incrementa la migracin de iones OH-. Estos factores disminuyen la eficiencia.

3.- Condiciones fsicas no uniformes en el diafragma, por ejemplo: distintos espesores, distinta porosidad, superficies no uniformes, conducen a velocidades de flujo de soluciones distintas de acuerdo a la resistencia de la parte de la superficie considerada. En las partes de baja resistencia se incrementa la velocidad de migracin de los iones OH-.

Eficiencia de la celda

La eficiencia de la celda se puede evaluar determinando los subproductos que generan las reacciones secundarias. Especficamente determinando las concentraciones de oxgeno en el cloro y de clorato de sodio, NaClO3, en el NaOH.

El oxgeno en el ctodo se debe a la emigracin de los iones OH- a travs del diafragma y su posterior oxidacin, de acuerdo a: 2OH- ( O2 + H2O + 2e-

La produccin de clorato de sodio es el resultado de la emigracin del ion OH- a travs de diafragma y su posterior reaccin con el cloro, de acuerdo a la reaccin:

3Cl2 + 6NaOH ( NaClO3 + 5NaCl + 3H2O

Diferencia de potencial en la celda

La diferencia de potencial aplicada entre al nodo y el ctodo corresponde a la suma de 5 componentes: a) Potencial reaccin catdica; b) Potencial reaccin andica; c) Cada de voltaje en la estructura de la celda; d) Cada de voltaje en el diafragma; e) Cada de voltaje en soluciones catdicas y andicas.

Las cadas de voltaje en el ctodo y el nodo corresponden a los potenciales electroqumicos de las reacciones catdicas y andicas, correspondientes al mnimo trabajo termodinmico para que se produzcan las reacciones en condiciones reversibles; a estos potenciales hay que agregarle un sobrepotencial que corresponde al voltaje necesario para que se desarrollen las reacciones a una velocidad prctica.

Las cadas de potenciales en la celda son causadas por conexiones elctricas La cada de potencial en el diafragma depende del material y espesor del diafragma. Las cadas de voltaje en las soluciones dependen de la concentracin y de la naturaleza de los iones disueltos.

La densidad de corriente, temperatura y composicin de las soluciones afectan tambin la conductividad y por lo tanto el potencial aplicado en la celda.

Los siguientes valores ilustran la magnitud de las cadas de potenciales en una celda de produccin de cloro-soda:

Cadas de potencial en una celda cloro-soda, Voltios

Densidad de corriente

Componente del potencialbajaalta

Reaccin catdica

Reaccin andica

Estructura

Soluciones

Diafragma1,12

1,30

0,11

0,11

0241,17

1,31

0,22

0,27

0,47

Total2,883,44

Diafragmas

Generalmente son fabricados con laminas de papel asbesto mezcladas con polmeros del tipo fluorcarbonados en un porcentaje inferior al 25%. Deben poseer estabilidad qumica en presencia de las soluciones de hidrxido de sodio y de cloro disuelto.

Los diafragmas se deterioran por:

a) Ataque qumico.- Bsico en el lado catdico y cido en el andico.

b) Impurezas slidas o que puedan precipitar tapando los poros del asbesto y dificultando el flujo de la solucin. Calcio, magnesio, silicatos, hierro, nquel, precipitan en medio alcalino.

c) Condiciones de operacin inestables debido a variaciones en: la temperatura, velocidad de flujo de las soluciones, presiones gaseosas, la tensin elctrica; pueden afectar las propiedades fsicas del diafragma y finalmente destruirlo.

IV.4.6.-CELDAS DE CATODO DE MERCURIO

Figura IV.17.-Celda de ctodo de mercurio

Semi reaccinPotencial estandar

Eo voltios

Na+ + 1e- ( Na

Cl- ( Cl2 + 1e--2,7109

+1,3583

NaCl ( Na + Cl24,0692

Principio

El mercurio forma amalgamas lquidas con el sodio en concentraciones cercanas al 0,2% de Na.

El hidrgeno tiene una sobre tensin superior al sodio frente al mercurio. Durante la electrlisis deposita sodio que se disuelve en el mercurio formando una amalgama lquida. Al hacer desaparecer la tensin aplicada, el sodio disuelto en el mercurio reacciona con el agua produciendo NaOH y desprendiendo hidrgeno.

Operacin

La carcasa de la celda es construida de hierro. El ctodo es de mercurio y los nodos de grafito. El fondo de la celda que tiene una pendiente que permite escurrir al mercurio desde su entrada a su salida como amalgama Hg-Na. Los nodos de grafito cuelgan de la parte superior. Figura IV.17.

.La solucin de NaCl de 300 gr/lt que se alimenta por la parte lateral, pasa a travs de la celda, y se descarga lateralmente en el otro extremo, con una concentracin del orden de 270 gr/lt. La solucin de descarga se recircula hacindola pasar por una torre de saturacin donde se recupera su concentracin inicial en NaCl.

La amalgama de mercurio que sale de la celda, con un 0,2% de Na aproximadamente, se lleva a un recipiente exterior en el que se descompone en presencia de agua, produciendo solucin de NaOH de entre 45 y 50%. El mercurio se recircula a la entrada de la celda.

Ventajas y desventajas

Estas celdas producen un hidrxido de alta concentracin contaminado con trazas de mercurio. Las trazas de mercurio no pueden ser eliminadas por ningn proceso econmicamente factible.

Durante la operacin de las celdas se requiere una salmuera de alta pureza, sobre todo en lo referente a la presencia de metales pesados, Cr, V, Ti, an en concentraciones inferiores a 1 parte por milln. Los metales pesados catalizan la descomposicin de la amalgama Hg-Na, lo que produce algo de NaOH e H2 dentro de la celda. El H2 se mezcla con el cloro y forma mezclas explosivas. Un porcentaje de 4 o 5% en H2 el Cl2 dispara los dispositivos de seguridad de las celdas y paraliza las operaciones de estas. Para evitar estos inconvenientes, muchas veces, hay que operar las celdas muy por debajo de su capacidad nominal.

El calcio se forma amalgamas de mercurio slidas que recubren las amalgamas de sodio y cambian las condiciones del potencial sobre el mercurio.

El consumo energtico es alto debido a que la diferencia de potenciales de deposicin supera los 4 voltios:

IV.4.7.-CELDAS DE MEMBRANAS INTERCAMBIADORAS DE IONES

Operacin

Las secciones andica y catdica estn separadas por una membrana intercambiadora de iones que deja pasar en forma selectiva los iones sodio (Na+), pero suprime la migracin de iones hidroxilos(OH-) desde el catolito al anolito. Figura IV.18

Figura IV.18.-Celda de membrana intercambiadora


Eo voltios

H2O + 1e- ( H2 + OH-Cl- ( Cl2 + 1e--0,8277

+1,3583

Na+ + Cl- + H2O ( NaOH + H2 + Cl22,2860

Se alimenta solucin saturada en NaCl en la parte inferior del compartimiento del nodo, los iones sodio emigran hacia el ctodo de hierro a travs de la membrana. Los iones cloruros entregan su electrn sobre la superficie de los nodos de grafito y se desprenden como cloro gaseoso. La salmuera diluida se descarga en la parte superior lateral del compartimiento andico.

En el compartimiento catdico, entra agua pura por la parte inferior y sale solucin de NaOH en la parte superior lateral. Los iones hidrgeno captan electrones sobre la superficie del ctodo, se combinan y se desprende hidrgeno gaseoso. Los iones hidroxilos que quedan libres se compensan elctricamente con los iones sodio que pasan a travs de la membrana.

Las membranas son fabricadas con polmeros de perfluorsulfonatos o perfluorcarboxilatos. Las caractersticas de estas membranas son: durabilidad en las condiciones de operacin de la celda, alta selectividad frente al ion sodio, baja resistencia elctrica y, propiedades mecnicas de rigidez y resistencia adecuadas frente a los esfuerzos fsicos de operacin de la celda.

Se puede obtener una solucin concentrada de NaOH, del orden del 35%, sin contaminacin de NaCl.

IV.3.8.- PROBLEMAS SOBRE CELDAS ELECTROLITICAS

PROBLEMA 1

1.-CELDA DE DIAFRAGMA. Figura IV.9

En una prueba del funcionamiento de una celda electroltica Allen-Moore se analiza la composicin del licor efluente determinndose: 110 gr/lt de NaOH; 170 gr/lt de NaCl; 1,1 gr/lt de NaClO3 y NaClO en cantidades despreciables. El voltaje aplicado a la celda es de 3,8 volt y la carga elctrica transportada de 88.000 amp-hr por m3 de licor que sale de la celda. El gas que sale de la celda es absorbido en una solucin diluida de hidrxido de calcio para producir licor blanqueador. El licor blanqueador se produce a razn de 2,58 volmenes por volumen de efluente de la celda. El licor blanqueador es analizado para determinar el contenido de cloro til, para lo cual se agrega KI en presencia de CH3COOH; el Yodo liberado es titulado con solucin de Na2S2O3 N/10, gastndose 9,65 cm3 de tiosulfato por cada cm3 de licor blanqueador. El cloro total de licor blanqueador se analiza agregando HNO3, reduciendo con cido nitroso y titulando con AgNO3 N/10, por cada cm3 de licor blanqueador se consumen 10,85 cm3 de AgNO3 N/10. El anlisis de los gases que salen de la celda y van a la torre de produccin de licor blanqueador muestra un: 60% de Cl2; 0,5 % de CO2; 11,1 % de O2; 28,4% de N2. Los gases que dejan la torre de absorcin estn libres de Cl2.

Determinar:

a) Eficiencia de corriente en la produccin de NaOH.

b) Eficiencia de corriente en la produccin de Cl2.

c) Eficiencia de corriente en la produccin de H2.

Figura IV.19

Base:1 lt solucin de salida de la celda

Equivalente NaOH (PM 40) : 110/40 = 2,75

Equivalente Cl2 = equivalentes NaOH 110/40 = 2,75

por cada Na que pasa a NaOH 1 Cl pasa a Cl2Equivalente Cl2: desde licor blanqueador = 2,58 x 10,85 x 0,1 = 2,80

Promedio equivalentes de Cl2 = 2,78

Gas celda: base 100 moles de gas

Equivalentes Cl2 = 2 x 60 = 120

Atomos oxgeno de descomposicin de agua = oxgeno total menos oxgeno del aire =

2 [ 0,5 +11,1 (21/79) 28,4] = 8,10

Gas celda: base:1 lt solucin de salida de la celda

Atomos oxgeno de descomposicin de agua = 8,10(2,58/120) = 0,19

Oxigeno total de descomposicin agua: 1 lt solucin de salida de la celda.

PM: NaOH 40 ; NaClO3 =106

tomos oxgeno de descomposicin de agua = 0,19 + 110/40 + 3(1,1/106) = 2,97

Hidrgeno producido: 1 lt solucin de salida de la celda.

Moles de H2 = 2,97 (110/40)/2 = 1,59

Equivalente de H2 = 1,59 x 2 = 3,18

Carga elctrica transportada por lt solucin

Coulomb = 88000 x 3600/ 1000 = 316.400

Equivalentes = 316.400 / 96500 = 3,28

a) y b) Eficiencia de corriente para NaOH y Cl2 = (2,78 / 3,28) 100 = 85%

c) Eficiencia de corriente para H2 = (3,18 / 3,28) 100 = 97%

PROBLEMA 2

2.-CELDA DE DIAFRAGMA. Figura IV.20

Una celda Vorce funciona con una diferencia de potencial de 4,34 volt y una intensidad de corriente de 1500 amperios.

La salmuera de entrada contiene 24% de NaCl y 0,1% de HCl, su densidad es de 1,181 Kg/lt; y se alimenta a un flujo de 28,4 lt/hr.

La solucin de salida contiene 16,32% de NaCl; 5,6% de NaOH; 0,06% de Na2CO3 ; 0,14% de NaClO3; su densidad es de 1,142 Kg/lt.

El gas producido en al nodo est compuesto de : 71,95% de Cl2; 5,25% de H2; 1,75% de CO2; 7,20% de O2; 13,85% de N2.

El gas producido en al ctodo est compuesto de: 80,35% de H2; 5,55% de O2; 14,10% de N2.

Determinar:

a) Produccin de Cl2.

b) Eficiencia de corriente en la produccin de Cl2.

c) Eficiencia de corriente en la produccin de NaOH

d) Eficiencia de corriente en la produccin de H2.

e) Rendimiento energtico.

Figura IV.20

El flujo masivo de salida se puede calcular considerando que los equivalentes de Na en la solucin de entrada son iguales a los equivalentes de Na en la solucin de salida.

P.M. HCl = 36,5; NaCl = 58,5; Cl = 35,5; NaOH = 40; Na2CO3 = 106 ;

Na y Cl en las soluciones de entrada y salida base 100 gr

EntradaEquiv.gr NaEquiv. gr ClSalidaEquiv.gr NaEquiv.gr Cl

NaCl

HCl0,410

0,0000,410

0,003NaCl

NaOH

Na2CO3NaClO30,279

0,140

0,001

0,0010,279

-

-

0,001

total0,4100,4130,4210,280

Equivalentes de Na de entrada = equivalentes de Na de salida

Por 100 gr solucin entrada: se tiene 100 (0,410/0,421) = 97,39 gr de salida

Por 24,8 x 1,181= 29,29 Kg entrada: se tiene 24,8 x 1,181 x 0,9739 = 28,52 Kg

a) Produccin de Cl2.

Cl2 producido = Cl solucin entrada Cl solucin salida

Cl2 producido = (0,413x 10 x 29,29 0,280 x 10 x 28,52) 35,5 = 1459,5 gr/hr =1,457 Kg/hr

b) Eficiencia de corriente en la produccin de Cl2c) Eficiencia de corriente en la produccin de NaOH

Equiv. NaOH producidos = 0,140 x 10 x 28,52 = 39,93


Por cada mol de NaCl descompuesto se genera 1 mol de NaOH y mol de H2 o 1 equivalente de H2:

NaCl + H2O ( NaOH + Cl2 + H2

Posteriormente se producen reacciones secundarias que consumen NaOH:

2NaOH + CO2 ( Na2CO3 + H2O

6NaOH + 3Cl2 ( NaClO3 + 5NaCl + 3H2O

Por cada mol de Na2CO3 formados se consumen 2 moles de NaOH

Por cada mol de NaClO3 formados se consumen 6 moles de NaOH

Moles de NaCl descompuestas en100 gr solucin salida = 0,140 +2 x 0,001 + 6 x 0,001= 0,148

= equivalentes de H2

e) Rendimiento energtico.

Respecto al NaCl electrolizado

Moles NaCl electrolizadas/hr = moles NaCl entrada moles NaCl salida =

0,410x 10 x 29,29 0,279 x 10 x 28,52= 40,51

Potencial terico:


Eo voltios

H2O + 1e- ( H2 + OH-Cl- ( Cl2 + 1e--0,8277

+1,3583

Na+ + Cl- + H2O ( NaOH + H2 + Cl22,2860

Energa terica = 40,51 equiv. 96500 coulomb 2,2860 volt = 89.336.465,5 watios

Energa consumida = 1500 x 3600 coulomb 4,34 volt = 223.436.000,0 watios

PROBLEMA 3

3.-CELDA DE CATODO DE MERCURIO. Figura IV.21

Una celda de ctodo de mercurio es alimentada con una salmuera que contiene 310 gr/lt de NaCl, a razn de 3 gal/min. L a salmuera agotada que sale de la celda contiene 270 gr/lt de NaCl. Entre los electrodos de la celda se aplica una diferencia de potencial de 4,10 a 4,15 volt, y a travs de la celda fluye una corriente de 15000 amperios. La potencia consumida en la celda es de 3000Kw-hr por tonelada corta de cloro producida. La temperatura en la celda es aproximadamente 70oC. La amalgama de mercurio que sale de la celda hacia el descomponedor contiene 0,1 % de Na; la amalgama agotada que se retorna a la celda contiene 0,001 % de Na. La soda que sale del descomponedor contiene 45% de NaOH y 0,95% de Na2CO3. Se consumen 3 Kg de grafito por tonelada mtrica de cloro producida. El cloro producido contiene 0,5 % de H2 y pequeas cantidades de CO2.

Se pide determinar:

a) Produccin diaria de cloro

b) Eficiencia de corriente en la produccin de cloro

c) Eficiencia de corriente en la produccin de NaOH


e) Velocidad de recirculacin del mercurio.

Figura IV.21

a) Produccin diaria de cloro

Todo el NaCl descompuesto produce cloro. El volumen de solucin es constante.

Produccin diaria de Cl2 = [(310 270) 35,5x 11,35 x 60 x 24]/58,5 = 394000gr

= 394 Kg

b) Eficiencia de corriente en la produccin de Cl2c) Eficiencia de corriente en la produccin de NaOH

Eficiencia = eficiencia Cl2 NaOH gastado en formacin Na2CO3

Base 100 gr solucin producto

%Equiv.

NaOH

Na2CO3 45,00

0,951,125

0,018

Total1,143


La eficiencia de corriente del H2, sumado H2 en gas de celda y gas que viene del descomponedor de amalgama, es igual a la del Cl2, es 82,64%.

Considerando nicamente el H2 del descomponedor de amalgama, que es el H2 producto:

Eficiencia de corriente en la produccin de H2= 82,64(99,5/100) = 82,23 %

e) Velocidad de recirculacin del mercurio

Na sacado de la celda por100 Kg de Hg = 0,1 0,001 = 0,099 Kg

Na sacado de la celda/ min = [(310 270) 11,35 x 23]/58,5 = 178 gr

Velocidad de recirculacin del mercurio = (100 x 0,178)/0,099 = 180 Kg/min.

PROBLEMA 4

4.-CELDA DE MEMBRANA INTERCAMBIADORA DE IONES. Figura IV.22

Una celda de membrana se alimenta con una salmuera de concentracin 305 gr de NaCl/lt, densidad 1,260. La salmuera pobre abandona la celda con una concentracin de 252 gr/lt de NaCl , densidad 1,215. La solucin producto tiene una concentracin de 36,5% de NaOH, densidad 1,368. La eficiencia de corriente en la produccin de NaOH es de 96%.. A la celda se le aplica un potencial elctrico de 3,27 volt y a travs de ella fluye una corriente de 41200 amperios. La eficiencia de corriente en la celda es de 96%.

Se pide determinar:

a) Flujo de entrada de la salmuera.

b) Flujo de salida de la solucin de NaOH.

c) Eficiencia energtica de la celda.

Figura IV.22Gramos NaCl electrolizados/hr = 1475,5 x 58,5 = 86317

Salmuera alimentada (d=1,260) y salmuera pobre (d=1,215)

Salmuera alimentada l ltSalmuera pobre 1 lt

NaCl gr

Agua gr305

955252

963

12601215

Durante la electrlisis, en la seccin andica, el agua no reacciona. Por cada litro de salmuera alimentada o 305 gr de NaCl alimentados, se electrolizan:

gr NaCl electrolizados/lt salmuera = 305 252(955/963) = 55,1

a) Flujo de entrada de la salmuera.= 86317/55,1 = 1566,5 lt/hr

Moles de NaOH/hr producidas = 1475,5

Gramos de NaOH/hr producidos = 1475,5X 40 = 59020,6

b) Flujo salida NaOH 36,3% = 59,0206/ 0,363/ 1,368 = 119,9 lt/hr

Potencial terico= 2,28 volt. Ver problema 2.

Eficiencia energtica = eficiencia corriente (potencial terico/ potencial aplicado)

b) Eficiencia energtica de la celda = 96 (2,28/3,27) = 66,94 %

EMBED WPDraw30.Drawing

3 27 x 100 %NaCl

P Q S NaCl


EMBED Equation.3

EMBED Equation.3




Fig.IV.5.- Representacin del par recproco de sales

Fig.IV.6.- Representacin del par recproco de sales

mas agua


Fig.IV.7.-Dominios de cristalizacin


NaCl

NH

4

HCO

3

Na

+

NH

4

+

NaHCO

3

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

0,9 1,0

0

0,1

0,2

0,5

0,3

0,4

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fig.IV.8.-Proyeccin de los dominios de cristalizacin sobre la base.

E

DA

E

CD

E

BCD

E

BC

E

ABC

NH

4

Cl


EMBED Word.Picture.8


EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3




EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush



EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3


EMBED Equation.3

EMBED Equation.3


EMBED Equation.3

Sergio Miranda C, Curso de Qumica Industrial II, Universidad de Los Andes, Facultad de Ingeniera,

Escuela de Ingeniera Qumica . Ao 2002

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0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

,0

1,0

0,8

0,5

0,6

0,7

0,1

0,4

0,2

0,0

0,3

0,9

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

,0

NH

4

Cl

NaCl

P

200

150

50

100

0

Q'

3

NH

4

HCO

3

f raccin inica

NaHCO

3

Na

+

NH

4

+

f raccin inica

30

o

C

Q'

3

P

NaCl

Q

1

Q

2

Q

3

Q'

1

Q'

2

Q

o

3

Q

o

1

Q

o

2

Q'

1

Q'

2

Q

3

Q

2

Q

1

Fig. IV.10.a y b- Proceso Solvay normal

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Documents

IV. Sales Alcalinas