En el centro de la industria química moderna se encuentra la electrólisis cloro-álcali, un proceso indispensable a través del cual se obtienen materias primas esenciales para diversas aplicaciones. Este método adquiere importancia, no solo por la eficiente producción de iones de sodio (Na+), iones de cloruro (Cl−) y iones de hidróxido (OH−), que son materiales críticos para la fabricación de plásticos, productos farmacéuticos e indispensables en la industria textil.
Mediante la aplicación de una corriente continua eléctrica, en la electrólisis cloro-álcali se lleva a cabo una conversión separadora de una solución de cloruro de sodio en cloro elemental e hidróxido de sodio; al mismo tiempo se genera hidrógeno. Se presta especial atención en los círculos especializados al funcionamiento de estas celdas de electrólisis técnicamente exigentes, diseñadas específicamente para permitir el transporte de iones y al mismo tiempo evitar reacciones no deseadas entre los productos, ya que la eficiencia y seguridad de todo el procesodependen en gran medida de mecanismos de control precisos y de la estabilidad de las tecnologías de membrana empleadas.
LiquiSonic® Sistemas de medición en la electrólisis de cloro-álcali
La LiquiSonic® tecnología de medición se puede utilizar ventajosamente en las diferentes etapas del proceso de electrólisis de cloro-álcali. El beneficio para el cliente consiste principalmente en la reducción del consumo de materias primas y energía así como en la aumento del rendimiento.
LiquiSonic® Sistema
LiquiSonic® está disponible en tres variantes de sistema:
LiquiSonic® 20, LiquiSonic® 30 y LiquiSonic® 40.
LiquiSonic® 30 es un sistema de alto rendimiento que consta de un controlador con conexión de hasta cuatro sensores. Los sensores se pueden utilizar en diferentes puntos de medición.
LiquiSonic® 20 es una variante con funcionalidad reducida y conexión de un sensor.
LiquiSonic® 40 permite la determinación simultánea de dos concentraciones en una mezcla. Para ello, se combina una segunda magnitud física con la velocidad del sonido. En los procesos de electrólisis de cloro-álcali, el sistema LiquiSonic® 40 suele contener un sensor de conductividad como segunda magnitud física.
Principio de medición
La LiquiSonic® tecnología de medición analiza parámetros de líquidos como la concentración o la densidad, detecta transiciones de fase y sirve para el seguimiento de reacciones.
El principio de medición se basa en la determinación de la velocidad del sonido en líquidos. La distancia (d) entre el emisor y el receptor de ultrasonidos es constantemente determinada por diseño, de modo que la velocidad del sonido (v) se puede calcular midiendo el tiempo de tránsito (t) (v = d / t). Dado que la velocidad del sonido depende de la concentración de la sustancia, existe una relación funcional a través de la cual se puede calcular la concentración.
La medición de la velocidad del sonido es independiente de la transparencia del líquido y se caracteriza por su alta precisión, reproducibilidad y estabilidad. Además de la medición de la velocidad del sonido, en el LiquiSonic® sensor se integra una medición de temperatura altamente precisa y rápida para la compensación de temperatura. Para muchas aplicaciones, esto ofrece grandes ventajas sobre los métodos de medición convencionales.
sensor
El LiquiSonic® sensor mide continuamente tanto la concentración como la temperatura en el rango predefinido. Los datos del proceso se actualizan cada segundo.
El componente del sensor en contacto con el líquido está hecho de acero inoxidable o material resistente a la corrosión como Hastelloy C-2000 o está recubierto con Halar o PFA.
Diversas funciones adicionales integradas en el sensor, como el monitor de flujo (Flujo / Parada) o la supervisión húmedo-seco (tubería llena / vacía), complementan el control del proceso.
La especial LiquiSonic® tecnología de alto rendimiento garantiza resultados de medición estables incluso en presencia de burbujas de gas o fuerte atenuación de la señal por el líquido del proceso.
Electrólisis cloroalcalina
¿Cómo funciona una electrólisis cloroalcalina?
La electrólisis cloroalcalina es un importante proceso técnico utilizado para la producción de productos químicos básicos como cloro, hidrógeno e hidróxido de sodio (sosa cáustica). Se utiliza una solución acuosa de cloruro de sodio (sal) como electrolito. A los electrodos, que están hechos de materiales especiales, se les aplica un voltaje eléctrico. En este proceso, los iones cloruro se oxidan a cloro en el ánodo, mientras que en el cátodo el agua se reduce a hidrógeno e iones hidróxido.Los iones hidróxido reaccionan con los iones de sodio en la solución para formar sosa cáustica. La electrólisis cloroalcalina es un proceso muy eficiente que se utiliza en muchas industrias porque es rápido, confiable y rentable, y proporciona productos químicos esenciales para diversas aplicaciones industriales.
Con la ayuda de la corriente eléctrica se descompone Sal (NaCl) en Cloro (Cl2), Sosa cáustica (NaOH) y Hidrógeno (H2) descompone.
¿Qué procesos existen en la electrólisis cloroalcalina?
Principalmente se utilizan dos procesos: el proceso de diafragma y el proceso de membrana.
En ambos procesos ocurre la misma reacción electroquímica: NaCl fluye hacia la cámara del ánodo de la celda, donde Cl2 se libera como gas de cloro. Luego, la solución pasa a la cámara del cátodo, donde H2 y NaOH se forma.
Explicación del proceso de diafragma:
En el proceso de diafragma se utiliza un diafragma poroso (tabique) entre el ánodo y el cátodo. Permite el intercambio de iones, pero evita la mezcla de cloro y la solución de hidróxido de sodio. Se utiliza una solución salina como electrolito, y en el ánodo se libera cloro, mientras que en el cátodo se forman hidrógeno e hidróxido de sodio. Sin embargo, la calidad del hidróxido de sodio es menor en este proceso que en otros métodos.
Explicación del proceso de membrana:
Este proceso utiliza una membrana especial permeable a iones que bloquea los iones de cloro, pero permite el paso de iones de sodio. Esto conduce a la formación de cloro en el ánodo y de hidróxido de sodio e hidrógeno en el cátodo.
La membrana y el diafragma representan un alto costo en ambos procesos. La LiquiSonic® tecnología de medición se utiliza para la determinación precisa de la concentración del catolito, para identificar y contrarrestar posibles ineficiencias del electrolizador. De este modo, se puede garantizar una vida útil óptima de la membrana.
Dependiendo del proceso utilizado, el catolito es una solución de NaOH (proceso de membrana) o una solución de NaOH-NaCl (proceso de diafragma). La medición de la concentración de la mezcla de 3 componentes se realiza mediante el uso de un LiquiSonic® sistema de medición 40 realizado, en el que se combina un sensor de ultrasonido con un sensor de conductividad.
Su ventaja:
- Maximización de la eficiencia del electrolizador mediante el monitoreo continuo de las concentraciones en el proceso
- Ahorro de energía y optimización del consumo
- Reducción de análisis comparativos complejos
- Aumento de la vida útil de la membrana
Tratamiento de los productos finales
Concentración de sosa cáustica
La electrólisis cloroalcalina es un proceso en el que el cloruro de sodio (sal de mesa) se convierte en cloro, hidrógeno y sosa cáustica (hidróxido de sodio) mediante la acción de la energía eléctrica. Durante este proceso, migran iones de sodio (Na+) hacia el cátodo, que está cargado negativamente, y iones cloruro (Cl-) al ánodo, que está cargado positivamente. En el ánodo, los iones de cloruro se oxidan, liberando cloro. En el cátodo, el agua se reduce a hidrógeno e iones hidróxido. Estos iones hidróxido reaccionan con los iones de sodio para formar hidróxido de sodio. Hay varias variantes de este proceso, como el proceso de amalgama, donde se forma una amalgama de sodio en el cátodo, que luego se procesa en una etapa separada para formar hidróxido de sodio, hidrógeno y mercurio. Independientemente del proceso utilizado, elhidróxido de sodio obtenido a menudo se concentra por evaporación para alcanzar una mayor concentración.
Vendible Sosa cáustica (NaOH) generalmente tiene una concentración entre 45% en peso y 50% en peso. Dado que el NaOH extraído de las celdas de electrólisis solo tiene un rango de concentración entre 12% en peso y 33% en peso, se concentra en evaporadores de múltiples efectos.
Además de NaOH también NaCl presente en la solución (proceso de diafragma), el exceso de sal en la lejía se cristaliza en el evaporador durante la evaporación. Así se alcanza una concentración de NaOH entre 45% en peso y 50% en peso.
La LiquiSonic® tecnología de medición determina continuamente en todo momento la concentración de la lejía después del evaporador. Una posterior dilución de la sosa cáustica a una concentración de producto específica del cliente también puede ser monitoreada.
Su ventaja:
- monitoreo continuo de la concentración de sosa cáustica
- reducción de los costos de energía durante la evaporación
secado de gas cloro
El secado del gas cloro es un paso esencial en la producción de cloro. Este proceso implica la eliminación de humedad del gas cloro para hacerlo adecuado para aplicaciones industriales. El secado se realiza mediante métodos físicos como el enfriamiento y la condensación del gas o mediante el uso de agentes desecantes como ácido sulfúrico concentrado o tamices moleculares. Estas técnicas aseguran que el cloro esté en una forma pura y seca. Aunque el secado del gas cloro es un proceso técnicamentecomplejo, juega un papel crucial en muchas industrias, ya que el gas cloro seco se utiliza para una variedad de aplicaciones, desde el tratamiento del agua hasta la producción de plásticos y productos farmacéuticos.
El gas de cloro generado en el área del ánodo del electrolizador debe ser liberado de su contenido de agua antes de su uso posterior, ya que su corrosividad aumenta con un contenido de humedad superior a 30 ppm. Para el secado, el gas de cloro se dirige a torres de absorción, donde el contenido de agua en el gas de cloro es absorbido por ácido sulfúrico altamente concentrado (80-99% en peso H2ENTONCES4) se absorbe.
La efectividad de este proceso de secado influye significativamente en la productividad y la calidad del gas. Por lo tanto, la medición confiable de la H2ENTONCES4 Concentración importante. El Sistema de medición de liquisonic® Permite el monitoreo continuo y seguro de la H en comparación con la conductividad y la medición de la densidad2ENTONCES4 -Concentración.
Su ventaja:
- Aspecto de marcos de muestra elaborados
- Monitoreo continuo de la H2ENTONCES4 -Concentración
- Señal clara para determinar la concentración de H2ENTONCES4 Entre 80% en peso y 100% en peso
- Evitación de corrosión a través de un secado efectivo
Producción de ácido clorhídrico
El gas de cloro generado en el ánodo del electrolizador y el hidrógeno suministrado forman las materias primas para la síntesis de ácido clorhídrico. Para ello, ambos gases se dirigen a un quemador y reaccionan allí para formar cloruro de hidrógeno. Luego, el gas HCl formado fluye desde la cámara de combustión hacia el absorbedor de película descendente isotérmico integrado. Aquí, el gas se absorbe con la ayuda de agua o ácido débil, formando ácido clorhídrico concentrado (37% en peso HCL) Formularios.
Con la ayuda del Liquisonic® Messtechnik se verifica continuamente por la concentración de ácido clorhídrico. Esto permite que las desviaciones de la concentración objetivo reconozcan y reaccionen en consecuencia.
Su ventaja:
- Monitoreo de concentración continua de ácido clorhídrico (20-40% en peso HCL)
- Garantizar una concentración objetivo altamente precisa
Solstación y limpieza de soldados
El producto inicial de cloruro de sodio (NaCl) se obtiene ya sea por evaporación de agua de mar, minería o lixiviación de depósitos de sal (cavernas). La salmuera cruda contiene impurezas y sales de calcio o magnesio que durante la electrólisis pueden obstruir los poros finos del diafragma o la membrana, reduciendo así significativamente su vida útil. Por esta razón, estas impurezas se precipitan en tanques agitadores (recipientes de disolución) mediante la adición de soda cáustica (NaOH) Después de la precipitación, las impurezas se separan mediante un filtro de presión.
La pureza de la concentración de salmuera es de especial importancia para la electrólisis subsiguiente. Eso LiquiSonic® Sistema de medición garantiza en todo momento una determinación de alta precisión de la concentración de salmuera. La instalación se realiza en la estación de disolución al utilizar sales extraídas por minería o en el punto de entrega del proveedor de salmuera en la extracción de cavernas.
Su ventaja:
- Evitar la disminución de la calidad en la limpieza de salmuera
- Aumento de la vida útil de la membrana
- Control de entrada de mercancías (en la extracción de cavernas)
- Reducción del consumo de agua o vapor (al disolver la sal)
- Reducción de la energía eléctrica
LiquiSonic® es un sistema de análisis en línea que determina directamente en el proceso sin demora la concentración o densidad de líquidos o medios. El dispositivo se basa en la medición de alta precisión de la velocidad del sonido absoluta y la temperatura del proceso, lo que permite la detección de diferencias de fase.