Au cœur de l'industrie chimique moderne se trouve l'électrolyse chlore-alcali, un procédé indispensable permettant d'obtenir des substances de base essentielles pour divers domaines d'application. Cette technique de procédé revêt une grande importance notamment grâce à la production efficace d'ions sodium (Na+), d'ions chlorure (Cl−) et d'ions hydroxyde (OH−), qui sont des matières premières critiques et indispensables à la fabrication de plastiques, de produits pharmaceutiques et dans l'industrie textile.
Par l'application d'une tension continue électrique, l'électrolyse chlore-alcali permet la conversion séparative d'une solution de chlorure de sodium en chlore élémentaire et en hydroxyde de sodium ; de l'hydrogène est également produit simultanément. Une attention particulière est accordée, dans les milieux spécialisés, au fonctionnement de ces cellules d'électrolyse techniquement exigeantes — spécialement conçues pour permettre le transport des ions tout en empêchant les réactions indésirables entre les produits — car l'efficacité et la sécurité de l'ensemble du procédé dépendent largement de mécanismes de commande précis et de la stabilité des technologies membranaires utilisées.
LiquiSonic® Systèmes de mesure dans l'électrolyse chlore-alcali
Le LiquiSonic® technologie de mesure peut être utilisée avantageusement dans les différentes étapes du procédé de l'électrolyse chlore-alcali. L'avantage principal pour le client réside dans la réduction de la consommation de matières premières et d'énergie ainsi que dans l' augmentation du rendement.
LiquiSonic® Le système
LiquiSonic® est disponible en trois variantes :
LiquiSonic® 20, LiquiSonic® 30 et LiquiSonic® 40.
LiquiSonic® 30 est un système haute performance composé d'un contrôleur permettant le raccordement de jusqu'à quatre capteurs. Les capteurs peuvent être utilisés à différents points de mesure.
LiquiSonic® 20 est une variante avec des fonctionnalités réduites et le raccordement d'un seul capteur.
LiquiSonic® 40 permet la détermination simultanée de deux concentrations dans un mélange. Pour cela, une deuxième grandeur physique est combinée à la vitesse du son. Dans les procédés d'électrolyse chlore-alcali, le système LiquiSonic® 40 comprend généralement un capteur de conductivité comme deuxième grandeur physique.
Principe de mesure
Le LiquiSonic® technologie de mesure analyse des paramètres de liquide tels que la concentration ou la densité, détecte les transitions de phase et sert au suivi des réactions.
Le principe de mesure repose sur la détermination de la vitesse du son dans les liquides. La distance (d) entre l'émetteur et le récepteur ultrasonores est constante par construction, de sorte que la vitesse du son (v) peut être calculée en mesurant le temps de transit (t) (v = d / t). Comme la vitesse du son dépend de la concentration de la substance, il existe une relation fonctionnelle permettant de calculer la concentration.
La mesure de la vitesse du son est indépendante de la transparence du liquide et séduit par sa grande précision, sa reproductibilité et sa stabilité. En plus de la mesure de la vitesse du son, le LiquiSonic® capteur intègre une mesure de température très précise et rapide pour la compensation de température. Pour de nombreuses applications, cela offre de grands avantages par rapport aux méthodes de mesure conventionnelles.
capteur
Le LiquiSonic® capteur mesure en continu à la fois la concentration et la température dans la plage prédéfinie. Les données du procédé sont actualisées toutes les secondes.
Le composant du capteur en contact avec le liquide est fabriqué en acier inoxydable ou en matériau résistant à la corrosion tel que l'Hastelloy C-2000, ou revêtu de Halar ou de PFA.
Diverses fonctions supplémentaires intégrées au capteur, telles que le contrôleur de débit (Flow / Stop) ou la surveillance humide/sec (conduite pleine / vide), complètent le contrôle du procédé.
La LiquiSonic® technologie haute performance garantit des résultats de mesure stables même en présence de bulles de gaz ou d'un fort amortissement du signal par le liquide de procédé.
Électrolyse chlore-alcali
Comment fonctionne une électrolyse chlore-alcali ?
L'électrolyse chlore-alcali est un procédé technique important utilisé pour produire des produits chimiques de base tels que le chlore, l'hydrogène et la soude caustique (hydroxyde de sodium). Une solution aqueuse de chlorure de sodium (sel) est utilisée comme électrolyte. Une tension électrique est appliquée aux électrodes, qui sont constituées de matériaux spéciaux. Au cours de ce processus, les ions chlorure sont oxydés en chlore à l'anode, tandis qu'à la cathode, l'eau est réduite en hydrogène et en ions hydroxyde. Ces ions hydroxyde réagissent avec les ions sodium dans la solution pour former de la soude caustique. L'électrolyse chlore-alcali est un procédé très efficace, utilisé dans de nombreux secteurs, car il est rapide, fiable et rentable, et fournit des produits chimiques essentiels pour diverses applications industrielles.
À l'aide du courant électrique, le sel (NaCl) est décomposé en chlore (Cl2), soude caustique (NaOH) et hydrogène (H2) .
Quels procédés existent dans l'électrolyse chlore-alcali ?
Deux procédés sont principalement utilisés à cette fin : le procédé à diaphragme et le procédé à membrane.
Dans les deux procédés, la même réaction électrochimique a lieu : le NaCl s'écoule dans le compartiment anodique de la cellule, où le Cl2 se dégage sous forme de chlore gazeux. Ensuite, la solution passe dans le compartiment cathodique, où se H2 et NaOH forme.
Explication du procédé à diaphragme :
Dans le procédé à diaphragme, un diaphragme poreux (cloison de séparation) est utilisé entre l'anode et la cathode. Il permet l'échange d'ions, mais empêche le mélange du chlore et de la solution d'hydroxyde de sodium. Une solution saline est utilisée comme électrolyte, et du chlore est libéré à l'anode, tandis qu'à la cathode se forment de l'hydrogène et de l'hydroxyde de sodium. La qualité de l'hydroxyde de sodium est toutefois inférieure avec ce procédé par rapport à d'autres méthodes.
Explication du procédé à membrane :
Ce procédé utilise une membrane spéciale perméable aux ions, qui bloque les ions chlorure mais laisse passer les ions sodium. Cela conduit à la formation de chlore à l'anode et d'hydroxyde de sodium et d'hydrogène à la cathode.
La membrane et le diaphragme représentent un facteur de coût élevé dans les deux procédés. La LiquiSonic® technologie de mesure est utilisé pour déterminer avec précision la concentration du catholyte afin d’identifier et de contrecarrer toute inefficacité de l’électrolyseur. Cela garantit une durée de vie optimale de la membrane.
Selon le procédé utilisé, le catholyte est une solution de NaOH (procédé membranaire) ou une solution NaOH-NaCl (procédé diaphragme). La mesure de la concentration du mélange à 3 composants est effectuée à l'aide d'un LiquiSonic® 40 systèmes de mesure réalisé dans lequel le capteur à ultrasons est combiné avec un capteur de conductivité.
Vos avantages :
- Maximiser l'efficacité de l'électrolyseur en enregistrant en continu les concentrations dans le processus
- Economies d'énergie et optimisation des consommations
- Réduction des analyses de comparaison complexes
- Augmenter la durée de vie de la membrane
Préparation des produits finis
Concentration de soude caustique
L'électrolyse chlore-alcali est un processus dans lequel le chlorure de sodium (sel de table) est converti en chlore, hydrogène et soude caustique (hydroxyde de sodium) sous l'influence de l'énergie électrique. Randonnée pendant ce processus Ions sodium (Na+) à la cathode, qui est chargée négativement, et Ions chlorure (Cl-) à l'anode, qui est chargée positivement. L'oxydation des ions chlorure a lieu au niveau de l'anode, libérant du chlore. À la cathode, l’eau est réduite en ions hydrogène et hydroxyde. Ces ions hydroxyde réagissent avec les ions sodium pour former de la soude caustique. Il existe différentes variantes de ce procédé, comme le procédé à l'amalgame, dans lequel un amalgame de sodium est créé à la cathode, qui est ensuite traité dans une étape distincte pour produire de la soude caustique, de l'hydrogène et du mercure. Quel que soit le procédé utilisé, la soude caustique obtenue est souvent concentrée par évaporation pour atteindre une concentration plus élevée.
Vendable soude caustique (NaOH) a généralement une concentration comprise entre 45 % en poids et 50 % en poids. Étant donné que le NaOH extrait des cellules d'électrolyse n'a qu'une plage de concentrations comprise entre 12 % en poids et 33 % en poids, il est concentré dans des évaporateurs multi-corps.
Est à côté NaOH également NaCl contenu dans la solution (procédé au diaphragme), l’excès de sel dans la lessive précipite sous forme cristalline dans l’évaporateur lors de l’évaporation. On atteint ainsi une concentration de NaOH comprise entre 45 % en poids et 50 % en poids.
Le LiquiSonic® technologie de mesure détermine en continu à tout moment la concentration de la lessive après l’évaporateur. Une dilution ultérieure de la soude caustique à une concentration de produit spécifique au client peut également être surveillée.
Vos avantages :
- surveillance continue de la concentration de la soude caustique
- réduction des coûts énergétiques lors de l’évaporation
Séchage du chlore gazeux
Le séchage du chlore gazeux est une étape essentielle dans la production de chlore. Ce processus consiste à éliminer l’humidité du chlore gazeux afin de le rendre adapté aux applications industrielles. Le séchage s’effectue par des méthodes physiques telles que le refroidissement et la condensation du gaz ou par l’utilisation d’agents desséchants comme l’acide sulfurique concentré ou des tamis moléculaires. Ces techniques garantissent que le chlore se présente sous une forme pure et sèche. Bien que le séchage du chlore gazeux soit un procédé techniquement exigeant, il joue un rôle décisif dans de nombreux secteurs industriels, car le chlore gazeux séché est utilisé pour une multitude d’applications, du traitement de l’eau à la fabrication de plastiques et de produits pharmaceutiques.
Le chlore gazeux formé dans la zone anodique de l’électrolyseur doit être débarrassé de sa teneur en eau avant toute utilisation ultérieure, car sa corrosivité augmente lorsque la teneur en humidité dépasse 30 ppm. Pour le séchage, le chlore gazeux est dirigé vers des tours d’absorption dans lesquelles la teneur en eau du chlore gazeux est absorbée par de l’acide sulfurique hautement concentré (80–99 % en poids de H2SO4) est absorbée.
L’efficacité de ce processus de séchage influence de manière déterminante la productivité et la qualité du gaz. Par conséquent, la mesure fiable de la concentration de H2SO4 est importante. Le système de mesure LiquiSonic® permet, par rapport à la mesure de conductivité et de densité, une surveillance continue et sûre de la concentration de H2SO4 -Concentration.
Vos avantages :
- suppression des prélèvements complexes
- surveillance continue de la concentration de H2SO4 -Concentration
- signal clair pour la détermination de la concentration de H2SO4 entre 80 % en poids et 100 % en poids
- prévention de la corrosion grâce à un séchage efficace
Production d’acide chlorhydrique
Le chlore gazeux formé à l’anode de l’électrolyseur et l’hydrogène alimenté constituent les matières premières pour la synthèse de l’acide chlorhydrique. À cette fin, les deux gaz sont dirigés vers un brûleur où ils réagissent pour former du chlorure d’hydrogène. Ensuite, le gaz HCl formé s’écoule de la chambre de combustion vers l’absorbeur à film tombant isotherme intégré. Là, le gaz est absorbé à l’aide d’eau ou d’acide faible, formant de l’acide chlorhydrique concentré (37 % en poids HCl) .
À l’aide de la LiquiSonic® la technologie de mesure permet un contrôle continu de la concentration en acide chlorhydrique. Cela permet de détecter les écarts par rapport à la concentration cible et de réagir en conséquence.
Vos avantages :
- surveillance continue de la concentration de l’acide chlorhydrique (20–40 % en poids HCl)
- garantie d’une concentration cible de haute précision
Station de dissolution et purification de la saumure
Le produit de départ chlorure de sodium (NaCl) est obtenu soit par évaporation de l’eau de mer, par extraction minière ou par dissolution de gisements de sel (cavernes). La saumure brute contient des impuretés ainsi que des sels de calcium ou de magnésium qui, pendant l’électrolyse, peuvent obstruer les pores fins du diaphragme ou de la membrane et ainsi réduire considérablement leur durée de vie. Pour cette raison, ces impuretés sont précipitées dans des cuves agitées (cuves de dissolution) par ajout de soude caustique (NaOH) Après la précipitation, les impuretés sont séparées à l’aide d’un filtre sous pression.
La pureté de la concentration de la saumure est d’une importance particulière pour l’électrolyse ultérieure. Le LiquiSonic® système de mesure garantit à tout moment une détermination hautement précise de la concentration de la saumure. L’installation a lieu dans la station de dissolution lors de l’utilisation de sels extraits par exploitation minière ou au point de transfert du fournisseur de saumure dans le cas d’une extraction en cavernes.
Vos avantages :
- éviter les baisses de qualité dans la purification de la saumure
- augmentation de la durée de vie de la membrane
- contrôle à la réception des marchandises (en cas d’extraction en cavernes)
- réduction de la consommation d’eau ou de vapeur (lors de la dissolution du sel)
- réduction de l’énergie électrique