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. Esta técnica de proceso adquiere importancia no solo por la producción eficiente de iones de sodio (Na+), iones de cloruro (Cl−) e iones de hidróxido (OH−), que son materiales críticos para la producción de plásticos, productos farmacéuticos e indispensables en la industria textil.
Al aplicar una tensión eléctrica continua, en la electrólisis cloro-álcali se realiza una conversión separadora de la solución de cloruro de sodio en cloro elemental e hidróxido de sodio; al mismo tiempo, se genera hidrógeno. Se presta especial atención al funcionamiento de estas celdas de electrólisis técnicamente exigentes, diseñadas específicamente 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 electrólisis cloroalcalina. 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 del 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 de medición física con la velocidad del sonido. En los procesos de electrólisis cloroalcalina, 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 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 ultrasónico es constante debido al diseño, por lo 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 mediante la cual se puede calcular la concentración.
La medición de la velocidad del sonido es independiente de la transparencia del líquido y destaca 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 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.
Varias funciones adicionales integradas en el sensor, como el monitor de flujo (Flujo / Parada) o la monitorización húmedo-seco (tubería llena / vacía), complementan el control del proceso.
El especial LiquiSonic® tecnología de alto rendimiento garantiza resultados de medición estables incluso en presencia de burbujas de gas o una fuerte atenuación de la señal por el líquido del proceso.
Electrólisis cloroalcalina
¿Cómo funciona una electrólisis cloroalcalina?
La electrólisis cloroalcalina es un procedimiento técnico importante que se utiliza para la producción de productos químicos básicos como el cloro, el hidrógeno y la sosa cáustica (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 de cloruro se oxidan a cloro en el ánodo, mientras que el agua se reduce a hidrógeno e iones de hidróxido en el cátodo.Los iones de 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) se descompone.
¿Qué procesos existen en la electrólisis cloroalcalina?
Principalmente se aplican dos métodos: el proceso de diafragma y el proceso de membrana.
En ambos procesos ocurre la misma reacción electroquímica: El NaCl fluye hacia el compartimento del ánodo de la celda, donde Cl2 se deposita como gas de cloro. Luego, la solución se traslada al compartimento 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 forman hidrógeno e hidróxido de sodio. Sin embargo, la calidad del hidróxido de sodio es menor en este método en comparación con otros.
Explicación del proceso de membrana:
Este método 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 determinar con precisión la concentración del catolito, identificar posibles ineficiencias del electrolizador y contrarrestarlas. De esta manera, se puede garantizar una vida útil óptima de la membrana.
Dependiendo del método 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 un sensor de ultrasonido con un sensor de conductividad.
Su ventaja:
- Maximización de la eficiencia del electrolizador mediante la monitorización continua 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
Procesamiento de productos finales
Concentración de hidróxido de sodio
La electrólisis cloroalcalina es un proceso en el que el cloruro de sodio (sal de mesa) se convierte en cloro, hidrógeno e hidróxido de sodio mediante energía eléctrica. Durante este proceso, migran Iones de sodio (Na+) hacia el cátodo, que está cargado negativamente, y Iones de cloruro (Cl-) en el ánodo, que está cargado positivamente. En el ánodo, se produce 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 sodio para formar hidróxido de sodio. Hay varias variantes de este proceso, como el proceso de amalgama, en el cual se forma una amalgama de sodio en el cátodo, que luego se procesa en una etapa separada para producir 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) tiene generalmente una concentración entre 45% y 50%. Dado que la NaOH tomada de las celdas de electrólisis solo tiene un rango de concentración entre 12% y 33%, se concentra en evaporadores de múltiples cuerpos.
Está junto a NaOH también NaCl en la solución (proceso de diafragma), el exceso de sal se precipita de forma cristalina en el evaporador durante la evaporación. Así se alcanza una concentración de NaOH entre 45% y 50%.
La LiquiSonic® tecnología de medición determina continuamente en todo momento la concentración de la lejía después del evaporador. Una dilución posterior 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 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, desempeña 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.
Das im Anodenbereich des Elektrolyseurs entstandene Chlorgas muss vor der Weiterverwendung von se en en Wasseranteilen befreit werden, da dessen Korrosivität bei e en em Feuchtegehalt über 30 ppm steigt. Für die Trocknung wird das Chlorgas en Absorptionstürme geleitet, en denen der Wasseranteil im Chlorgas durch hochkonzentrierte Schwefelsäure (80-99 m% H2SO4) absorbiert wird.
La Effektivität dieses Trocknungsprozesses beeinflusst maßgeblich die Produktivität und Qualität des Gases. Daher ist die zuverlässige Messung der H2SO4 -Konzentration wichtig. Das sistema de medición LiquiSonic® ermöglicht im Vergleich zur Leitfähigkeits- y Dichtemessung eine kontinuierliche y sichere Überwachung der H2SO4 -Konzentration.
Su ventaja:
- Wegfall aufwändiger Probenahmen
- kont en uierliche Überwachung der H2SO4 -Konzentration
- e en deutiges Signal zur Konzentrationsbestimmung von H2SO4 zwischen 80 m% y 100 m%
- Korrosionsvermeidung durch effektive Trocknung
Salzsäure-Produktion
Das an der Anode des Elektrolyseurs entstandene Chlorgas y der zugeführte Wasserstoff bilden die Ausgangstoffe für die Synthese der Salzsäure. Dazu werden beide Gase in einen Brenner geleitet y reagieren dort zu Chlorwasserstoff. Im Anschluss strömt das gebildete HCl-Gas von der Brennkammer in den integrierten isothermen Fallfilmabsorber. Hier wird das Gas mit Hilfe von Wasser oder Schwachsäure absorbiert, wobei sich konzentrierte Salzsäure (37 m% HCl) bildet.
Mit Hilfe der LiquiSonic® tecnología de medición erfolgt eine kontinuierliche Überprüfung der Salzsäurekonzentration. Dies ermöglicht, Abweichungen von der Zielkonzentration zu erkennen und entsprechend zu reagieren.
Su ventaja:
- kont en uierliche Konzentrationsüberwachung der Salzsäure (20-40 m% HCl)
- Gewährleistung e en er hochgenauen Zielkonzentration
Lösestation & Solere en igung
Das Ausgangsprodukt Natriumchlorid (NaCl) wird entweder durch Eindampfen von Meerwasser, bergmännischem Abbau oder Aussolen von Salzlagerstätten (Kavernen) gewonnen. La Roh-sole enthält Verunreinigungen und Kalzium- oder Magnesiumsalze, die während der Elektrolyse die feinen Poren des Diaphragmas bzw. der Membran verstopfen und somit deren Lebensdauer deutlich mindern können. Aus diesem Grund fällt man diese Verunreinigungen in Rührwerksbehältern (Lösegefäße) durch Zugabe von Natronlauge (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 posterior. Esto 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 cuando se utilizan sales extraídas por minería o en el punto de entrega del proveedor de salmuera en caso de extracción de cavernas.
Su ventaja:
- Evitar la caída de calidad en la limpieza de salmuera
- Aumento de la vida útil de la membrana
- Control de entrada de mercancías (en caso de 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.