En el centro de la industria química moderna se encuentra la electrólisis de cloro-álcali, un proceso indispensable mediante el cual se obtienen materias primas esenciales para diversas aplicaciones. Esta técnica de proceso adquiere importancia no solo por la eficiente producción de iones de sodio (Na+), iones de cloruro (Cl−) e iones de hidróxido (OH−), que son materiales de partida críticos para la producción de plásticos, productos farmacéuticos e indispensables en la industria textil.
Mediante la aplicación de una corriente continua eléctrica, en la electrólisis cloro-álcali se realiza una conversión separativa de la solución de cloruro de sodio en cloro elemental e hidróxido de sodio; al mismo tiempo se genera hidrógeno. Se da especial importancia en círculos especializados al funcionamiento de estas celdas de electrólisis técnicamente exigentes, especialmente diseñadas para permitir el transporte de iones y al mismo tiempo prevenir 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 utilizadas.
LiquiSonic® Sistemas de medición en la electrólisis cloroalcalina
La LiquiSonic® tecnología de medición se puede utilizar ventajosamente en las diferentes etapas del proceso de la electrólisis cloroalcalina. El beneficio para el cliente consiste principalmente en la reducción del consumo de materias primas y energía así como en el 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 cloroalcalina, el sistema LiquiSonic® 40 generalmente contiene 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 se utiliza 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 constante 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 de medición, reproducibilidad y estabilidad. Además de la medición de la velocidad del sonido, en el LiquiSonic® sensor se integra una medición de temperatura de alta precisión 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.
Varias 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 con 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 proceso técnico importante utilizado para la producción de productos químicos básicos como cloro, hidrógeno e hidróxido de sodio. Se utiliza una solución acuosa de cloruro de sodio (sal) como electrolito. Se aplica un voltaje eléctrico a los electrodos, que están hechos de materiales especiales. 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 hidróxido de sodio. 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 electricidad, esto 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 tiene lugar la misma reacción electroquímica: el NaCl fluye al compartimiento del ánodo de la celda, donde Cl2 se deposita como gas de cloro. Luego, la solución pasa al compartimiento del cátodo, donde H2 y NaOH se forma.
Explicación del proceso de diafragma:
En el proceso de diafragma, se utiliza un diafragma poroso (pared divisoria) 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 producen 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 los iones de sodio. Esto lleva 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 factor de costo en ambos procesos. La LiquiSonic® tecnología de medición se utiliza para la determinación precisa de la concentración del catolito, para identificar posibles ineficiencias del electrolizador y contrarrestarlas. Así 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, donde se combina el 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 soda cáustica
La electrólisis cloro-álcali es un proceso en el cual el cloruro de sodio (sal de mesa) se convierte en cloro, hidrógeno y soda cáustica (hidróxido de sodio) bajo la influencia de energía eléctrica. Durante este proceso, migran iones de sodio (Na+) hacia el cátodo, que está cargado negativamente, y iones de cloruro (Cl-) al ánodo, que está cargado positivamente. En el ánodo ocurre la oxidación de los iones cloruro, 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. Existen varias variantes de este proceso, como el proceso de amalgama, en el que en el cátodo se forma una amalgama de sodio que luego se procesa en una etapa separada para obtener hidróxido de sodio, hidrógeno y mercurio. Independientemente del proceso utilizado, lasosa cáustica obtenida 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 la NaOH retirada de las celdas de electrólisis solo tiene un rango de concentración entre 12% en peso y 33% en peso, se concentra en evaporadores de múltiple efecto.
Además de NaOH también NaCl en la solución (proceso de diafragma), la sal excedente en la sosa cáustica se precipita de forma cristalina 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 sosa cáustica después del evaporador. También se puede monitorear una dilución posterior de la sosa cáustica a una concentración de producto específica para el cliente.
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 de gas cloro es técnicamenteun proceso exigente, juega un papel crucial en muchas industrias, ya que el gas cloro seco se utiliza para una variedad de aplicaciones, desde el tratamiento de agua hasta la producción de plásticos y productos farmacéuticos.
El cloro gaseoso producido en la zona del ánodo del electrolizador debe liberarse de su contenido de agua antes de su uso posterior, ya que su corrosividad aumenta cuando el contenido de humedad supera las 30 ppm. Para el secado, el cloro gaseoso se pasa a torres de absorción, en las que el contenido de agua en el cloro gaseoso se reemplaza por ácido sulfúrico altamente concentrado (80-99% en peso H2ENTONCES4) se absorbe.
La eficacia de este proceso de secado influye significativamente en la productividad y calidad del gas. Por lo tanto, la medición confiable de H2ENTONCES4 -Concentración importante. El Sistema de medición LiquiSonic® En comparación con la medición de conductividad y densidad, permite un monitoreo continuo y confiable de H2ENTONCES4 -Concentración.
Su ventaja:
- Eliminación de muestreos complejos
- monitoreo continuo de H2ENTONCES4 -Concentración
- señal clara para determinar la concentración de H2ENTONCES4 entre 80% en peso y 100% en peso
- Prevención de la corrosión mediante un secado eficaz
Producción de ácido clorhídrico.
El cloro gaseoso producido en el ánodo del electrolizador y el hidrógeno suministrado forman los materiales de partida para la síntesis de ácido clorhídrico. Para ello, ambos gases se introducen en un quemador y allí reaccionan para formar cloruro de hidrógeno. El gas HCl formado fluye desde la cámara de combustión al absorbente isotérmico de película descendente integrado. Aquí el gas se absorbe con ayuda de agua o ácido débil, mientras que el ácido clorhídrico concentrado (37% en peso HCl) formas.
Con la ayuda del LiquiSonic® La concentración de ácido clorhídrico se controla continuamente mediante tecnología de medición. Esto permite detectar desviaciones de la concentración objetivo y reaccionar en consecuencia.
Su ventaja:
- Monitoreo continuo de la concentración de ácido clorhídrico (20-40% en peso). HCl)
- Garantizar una concentración objetivo de alta precisión
Estación de disolución y limpieza de salmuera.
El producto de partida es cloruro de sodio. (NaCl) Se obtiene evaporando el agua de mar, minando o excavando depósitos de sal (cavernas). La salmuera bruta contiene impurezas y sales de calcio o magnesio, que durante la electrólisis pueden obstruir los finos poros de la membrana o de la membrana y, por tanto, reducir considerablemente su vida útil. Por este motivo, estas impurezas se precipitan en recipientes agitadores (recipientes de disolución) añadiendo sosa cáustica. (NaOH) Después de la precipitación, las impurezas se separan con la ayuda de un filtro de presión.
La pureza de la concentración de salmuera es de especial importancia para la posterior electrólisis. Eso LiquiSonic® Sistema de medición garantiza en todo momento una determinación altamente precisa de la concentración de salmuera. La instalación se realiza en la estación de disolución cuando se utilizan sales extraídas por minería o en el punto de entrega del proveedor de salmuera en la explotación de cavernas.
Su ventaja:
- Evitar caídas de calidad en la limpieza de salmuera
- Aumento de la vida útil de la membrana
- Control de recepción de mercancías (en la explotación 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 altamente precisa de la velocidad absoluta del sonido y la temperatura del proceso, lo que permite la detección de diferencias de fase.