Proceso de Fabricacion de La Lejia

Proceso de

Fabricacion de la Lejia

Breve Historia El hipoclorito de sodio se produjo por primera vez en

1789 por Claude Louis Berthollet en su laboratorio en el muelle Javel en París, Francia, haciendo pasar cloro gaseoso a través de una solución de carbonato de sodio.

El líquido resultante, conocido como "Eau de Javel", era una solución diluida de hipoclorito de sodio. Sin embargo, este proceso no era muy eficiente, y se buscaron métodos de producción alternativos.

Breve Historia Uno de tales métodos implicó la extracción de cal

clorada con carbonato sódico para producir bajos niveles de cloro disponible.

Este método se utiliza habitualmente para producir soluciones de hipoclorito para su uso como un antiséptico hospital que fue vendido después de la Primera Guerra Mundial, bajo los nombres comerciales "Eusol" y "solución de Dakin".

Breve Historia Cerca del final del siglo XIX, ES Smith patentó el

proceso de cloro-álcali: un método de producción de hipoclorito de sodio que implica la electrólisis de salmuera para producir hidróxido de sodio y cloro gaseoso, que luego se mezcla para formar hipoclorito de sodio.

Tanto la energía eléctrica y la solución de salmuera estaban baratas en el momento, y varios vendedores emprendedores aprovecharon la situación para satisfacer la demanda del mercado para el hipoclorito de sodio. Soluciones embotellada de hipoclorito de sodio se venden bajo varios nombres comerciales.

Breve Historia

Hoy en día, una versión mejorada de este método, conocido como el proceso de Hooker, es el único método industrial a gran escala de la producción de hipoclorito de sodio. En el proceso, se forman hipoclorito de sodio y cloruro de sodio cuando el cloro se pasa a una solución de hidróxido de sodio diluido y frío.

Se prepara industrialmente por electrólisis con la separación mínima entre el ánodo y el cátodo. La solución debe mantenerse por debajo de 40 º C para evitar la formación no deseada de clorato de sodio.

Hipoclorito de Sodio

Lejía es la denominación comercial genérica del Hipoclorito de Sodio (NaClO) disuelto en agua. En su forma más habitual se comercializa en una solución al 5,25% o 55 gramos / litro de Cloro Activo.

La lejía es un oxidante: reacciona rompiendo los enlaces químicos de las moléculas. Así es como según su aplicación, potencia la remoción de manchas, suciedades, microorganismos y olores desagradables.

Hipoclorito de Sodio

A) El ciclo de producción de la lejía comienza con una solución de sal y agua que por medio de un proceso eléctrico se descompone en Hidróxido de Sodio, Hidrógeno y Cloro.

B) El Hidróxido de Sodio es mezclado con agua. Luego se añade el Cloro para formar el Hipoclorito de Sodio, el principio activo de la lejía.

Forma de Obtención El hipoclorito de sodio (NaOCl) se forma por la

reacción siguiente:

Diluir cáustica (NaOH) es preparado continuamente,

a una concentración establecida (15% de solución), por dilución en agua de una solución cáustica al 50% y se almacena en un depósito intermedio. Desde este depósito, la solución se bombea al reactor de hipoclorito. El cloro gaseoso se introduce en el reactor para la reacción.

2NaOH + Cl2 - NaOCl + H2O + NaCl

Forma de Obtención

Por lo tanto, el cloro se reduce simultáneamente y se oxida; este proceso se conoce como desproporción.

Una solución de 12% es ampliamente utilizado en obras hidráulicas para la cloración de agua, y una solución al 15% es más comúnmente utilizado para la desinfección de las aguas residuales en las plantas de tratamiento.

2NaOH + Cl2 => NaOCl + H2O + NaCl

Análisis Estequiometrico

El hipoclorito de sodio se forma de la siguiente reaccion:

2 NaOH (l) + Cl2(g) NaOCl(l) + NaCl + H2O

Entonces balanceamos estequiometricamente la reacción:

2 NaOH + Cl2 NaOCl + NaCl + H2O

2(40) + 71=74.5 % (porcentaje de producción)

80 + 71 =74.5 % (porcentaje de producción)

Peso del NaOH= 40 g Peso del Cl2= 71g

Peso del NaOCl= 74.5g

Análisis Estequiometrico Ahora hallamos el reactivo limitante:

Primero se desarrollara la soda caustica

Entonces con 0.93g de sosa caustica obtenemos una parte de hipoclorito de sodio

2 NaOH NaClO

80 74.5 1 X X =

0.93125 gr

Análisis Estequiometrico

Segundo desarrollamos el cloro:

En la fabricación de hipoclorito de sodio, los procedimientos conocidos implican condiciones de operación que pueda dar lugar a incidentes adversos, el objetivo de esta presentación es proporcionar un método mejorado de fabricación de hipoclorito de sodio que implica la operación bajo presiones atmosféricas.

Cl2 NaClO 71 74.5

1 X X= 1.05gr

Diagrama de Flujo del Proceso

El hipoclorito de sodio ( NaOCl ) es producido por la absorción de cloro (gas = Cl 2 ) en una solución acuosa de hidróxido de sodio (soda cáustica = NaOH ).

La producción de hipoclorito de sodio ( NaOCl solución) está inevitablemente ligada a la producción de una cantidad equimolar de cloruro de sodio ( NaCl = sal).


El proceso industrial se pone en circulación de sosa cáustica en una columna alimentada por el cloro contra la corriente. En esta columna, soda cáustica se transforma poco a poco en el hipoclorito de sodio.

Con el fin de evitar la descomposición del hipoclorito de sodio, el calor generado por la reacción se elimina a través de un intercambiador de calor.

Este proceso produce una solución de hipoclorito de sodio al 14-15% de cloro.


Fase 1: Se mezcla agua desmineralizada con sal bruta que llega directamente de los yacimientos el resultado de eso es la formación de la solución de salmuera

Fase 2: En esta fase se extraen las impurezas que contenga la sal, en este proceso se ha previsto un sistema único de triple filtrado que asegura la calidad del mismo

Fase 3: En esta fase la salmuera filtrada pasa a los electrolizadores donde con electricidad se descompone en hidróxido de sodio, hidrogeno y lejía

El Proceso de la electrolisis El proceso de electrólisis consiste en aplicar una corriente

eléctrica a una determinada sustancia iónica, lo que permite separar sus iones.

La electrólisis se produce en una celda donde se distinguen dos compartimentos o electrodos: el polo positivo (o ánodo) y el polo negativo (o cátodo), de forma que al aplicar la corriente, los iones positivos se sienten atraídos hacia el polo de signo contrario (es decir, hacia el cátodo) y los iones negativos se sienten atraídos hacia el ánodo.

¿Cómo se aplica la electrólisisen la fabricación del cloro?

Actualmente se aplican tres tipos diferentes de tecnologías de electrólisis en la fabricación de la lejía:

Electrolisis con Celda de Mercurio

Electrolisis con Celda de Diafragma

Electrolisis con Celda de Membrana

Electrolisis con Celda de Mercurio

Fue la primera técnica de producción de lejía y sosa cáustica utilizada a escala industrial. Se trata, además, de un procedimiento desarrollado principalmente en Europa, ya que se utiliza en un 64% de las empresas europeas.

El mercurio actúa como cátodo, "amalgamando" el sodio elemental (lo atrapa en su seno). Esta amalgama, cuando se pone en contacto con agua libera el sodio, desprendiendo hidrógeno y formando hidróxido de sodio en solución. El mercurio "desamalgamado" se recircula para ser reutilizado nuevamente.

Electrolisis con Celda de Mercurio Con este proceso se

consiguen unos productos muy puros, pero por el hecho de utilizar mercurio requiere de unos controles y unas medidas de seguridad específicas para la protección de los trabajadores y del medio ambiente.

En todas las empresas que utilizan esta tecnología las emisiones de mercurio son controladas rigurosamente, en cumplimiento de la normativa ambiental más exigente.


Fue la primera técnica que se desarrolló en laboratorio. Este procedimiento se implantó principalmente en los Estados Unidos. Necesita menos energía que el proceso con celda de mercurio. Sin embargo, para obtener una sosa cáustica comercial es preciso otro procedimiento adicional.


Esto supone un encarecimiento del proceso. Una membrana especial actúa como medio de separación entre las dos soluciones presentes (la salmuera de NaCl en contacto con el ánodo y la solución de hidróxido de sodio en contacto con el cátodo).

Electrolisis con Celda de Membrana

Este proceso se empezó a desarrollar en los años 70. La celda está dividida en dos compartimentos por medio de una membrana que permite el paso de iones a través de ella.

El consumo de energía es parecido al de las celdas con diafragma y la sosa cáustica que se produce es de gran pureza. Sin embargo, los costes de fabricación son muy elevados.

Fase 4: En esta fase , el hidrogeno es separado, filtrado y envasado para su uso

¿Para qué sirven los productossecundarios de la electrólisis? Del proceso de electrólisis, como ya se sabe, aparte de

la lejía, se obtienen la sosa cáustica en solución e hidrógeno.

La sosa cáustica tiene, al igual que la lejía, un campo de aplicación muy amplio. Contribuye en numerosos procesos como la elaboración de pasta de papel o en la confección de fibras textiles.

¿Para qué sirven los productossecundarios de la electrólisis? Se utiliza en la fabricación de jabones, para neutralizar

las aguas ácidas de las estaciones depuradoras, en la limpieza de las botellas de bebidas, en la eliminación de colorantes, en el reciclado de papel y también en la fabricación de aluminio.

¿Para qué sirven los productossecundarios de la electrólisis?

El hidrógeno se utiliza como materia prima en la industria química y farmacéutica para la hidrogenación de derivados del petróleo y aceites. Igualmente, puede utilizarse como combustible en la propia fábrica.

La lejía (hipoclorito de sodio), mediante reacción del cloro con el hidróxido sódico (el proceso se estudia en la práctica complementaria de esta ficha).

Fase 5: En esta fase se da la fabricación del hipoclorito de sodio combinando el hidróxido de sodio con agua desmineralizada y la lejía se produce por reacción química del hipoclorito de sodio

Fase 6: En esta fase se da la fabricación de los envases, para esto se usa polietileno de alta densidad en una mezcla de producto reciclado y virgen, esta mezcla luego será calentada hasta ablandarla, para luego colocarla en moldes donde se inyectara aire de tal forma que el envase se expande

Fase 7 & 8: Llenado y

Tapado

Etiquetado

Diagrama P&ID y

descripción del Proceso

Simbología de la Planta de Lejía

P&ID de la planta de Cloro

Descripción del Proceso La sal bruta se deposita en el tanque saturador

SS-2001, en donde se mezcla con agua municipal hasta alcanzar una concentración de 290 – 300 gr/lt. A este tanque atmosférico también llega la salmuera agotada (anolito), proveniente de los electrolizadores.

En este punto se agrega el agua para que el inventario de salmuera saturada se mantenga en el nivel adecuado, de esta forma todo el sistema estará estable, el pH aproximado de la salmuera en este punto es de 5.5, su dureza total expresada en ppm de CaCO3 es de 564,6 y su temperatura es de 70 °C.

Descripción del Proceso

La salmuera saturada es impulsada por la bomba PP-2001 a dos tanques en serie agitados, en el primero PR-3001 se añade carbonato de sodio (Na2CO3) y en el segundo, el PR-3002, se inyecta hidróxido de sodio (NaOH).

Estos compuestos actúan como floculantes y atrapan los sólidos suspendidos, tales como: arena, piedras e impurezas. El fluido sale por rebose del primer tanque Precipitador al segundo y de igual manera llega al clarificador. La salmuera sale de estos tanques con pH aproximado de 8 y su dureza es de 250 ppm de CaCO3.

Descripción del Proceso El carbonato de sodio (Na2CO3) se encuentra

almacenado en el área de servicios, en el tanque TQ-7001, el cual suministra este compuesto a la bomba PP-7001 para llevar el fluido hasta el primer precipitador. De igual forma, el hidróxido de sodio (NaOH) se encuentra almacenado en el TQ-7002 para ser bombeado por la PP-7002 hasta el PR-3002.

El tanque clarificador CL-3001, es donde se separan completamente los líquidos de los sólidos por precipitación de estos últimos. El lodo que sale por el fondo del clarificador es enviado al área de efluentes, mientras que la salmuera saturada, visiblemente pura, sigue su camino por el tope del recipiente hacia el tanque de almacenamiento TQ-3001, en este punto la dureza total de la salmuera debe ser de 50 ppm.

Descripción del Proceso Posteriormente, la salmuera es transportada por la

bomba PP-3001 al filtro FA-3001, en donde se hace pasar la salmuera por tres medios filtrantes: carbón antracita, arena y grava para eliminar los insolubles en la salmuera., la cual debe salir con aproximadamente 4 ppm de dureza total, la salmuera sale con pH 9.

Una vez filtrada, la salmuera pasa a la columna de intercambio iónico CI-4001, para eliminar la dureza iónica (calcio, magnesio y trazas de hierro) a la salmuera, hasta llevarla aproximadamente a 0.02 ppm, también se realiza la remoción de otros cationes presentes en la salmuera de alimentación, tales como: Cadmio y Níquel.

Descripción del Proceso Se agrega ácido clorhídrico (HCl) proveniente

del área de servicio del tanque TQ-7003 y tomado por la bomba PP-7003 para acidificación de a la salmuera ultrapura proveniente del intercambio iónico para que esta tenga un pH aproximado entre 3.5 y 4.5.

La salmuera ya ultra purificada y acidificada se almacena en el tanque TQ-4001, de donde se bombea por PP-4001 y se pasa por un intercambiador de calor HE- 4001 para eleva su temperatura hasta 72 ° C.

Este intercambio se hace con la salmuera agotada proveniente de la electrólisis, en este punto la salmuera está lista para entrar a los electrolizadores.

Descripción del Proceso Los electrolizadores convierten la sal (NaCl) y el agua,

en Cloro gas (Cl2), Hidrógeno (H2) e Hidróxido de Sodio (NaOH). El Cloro gas y el anolito salen juntos por un lado del electrolizador hacia una Te, la salmuera agotada fluye por gravedad hacia abajo hasta al tanque TQ-6002.

Donde el Cloro gas remanente en la salmuera es enviado a la línea de proceso del Cloro saliente de los 9 electrolizadores, mientras que el gas fluye hacia arriba por la línea principal de cloro gas producido listo para entrar al proceso de hipoclorito de sodio. Todos los fluidos salientes del electrolizador salen a una temperatura de 85 °C.

Descripción del Proceso Del otro lado de la celda electrolítica, el Hidrógeno y

el Hidróxido de Sodio salen juntos hasta llegar a una Te, en donde el Hidrógeno fluye hacia arriba y es llevado a una tubería para ser venteado a la atmósfera. El Hidróxido de Sodio, es llevado al tanque TQ- 6001.

Desde el tanque TQ-6001, el Hidróxido de Sodio es impulsado por la bomba P-6001 hacia una Te que divide en flujo, aproximadamente el 15 % de NaOH es llevado hacia la unidad de almacenamiento de Soda y el restante 85 % es recirculado al electrolizador.

Descripción del Proceso La salmuera agotada se bombea por la bomba

PP-6002 hacia el intercambiador de calor HE-4001 de donde sale a 60 °C. Sulfato de Sodio (Na2SO3) e Hidróxido de Sodio (NaOH) son añadidos en una cantidad doble del radio estequiometrico y 1% peso a la salmuera para destruir el cloro remanente y completar la declorinación química.

Desde aquí, la salmuera declorinada y agotada es regresada al saturador de salmuera donde comienza el ciclo nuevamente.

Instrumentación del proceso

ORP (Potencial Oxido Reducción)

ORP significa "potencial de oxidación-reducción." Potencial de oxidación reducción es la medida en mili voltios de la tendencia de una sustancia química para oxidar o reducir de otra sustancia química.

En el proceso de fabricación de hipoclorito de sodio mientras mas positivo es el potencial, mayor será el poder oxidante

Reacción de cloro y sosa caustica usando electrodos ORP

Electrodos de ORP Potencial de Oxidación-Reducción El electrodo Powell

para potencial de óxido-reducción utiliza platino para el electrodo medidor y plata para el electrodo de referencia.

Esta unidad ha sido probada en múltiples aplicaciones como en la de-cloración de salmuera y en las industrias de hipoclorito de sodio y cloruro férrico.

Electrodos de ORP Potencial de Oxidación-Reducción

Está recomendado para ser usado con cualquier producto químico halógeno y en absorbedores, tanques de neutralización, tuberías de escapes verticales y tanques de almacenamiento de hipoclorito.

Nivel de señal de las Sondas ORP Powell sondas ORP

produce una señal de voltaje (lectura en mili voltios) que es inversamente proporcional a la cantidad de exceso de sosa cáustica en una solución de hipoclorito.

Esta curva mili voltios tiene una inflexión agudo cerca del punto final de la reacción (cuando todos los de la sosa cáustica se hace reaccionar).

Instalación de los ORP En primer lugar se debe permitir el contacto de las

sondas con el liquido.

La siguiente figura muestra los electrodos montados en los adaptadores que están roscados en un sistema de tuberías de plástico.

Estos electrodos se muestran con los tapones y los cables de señal conectados.

Sistema de Detección de Gases

Estos Transmisores tóxicos se integran con los sistemas Powell de cierre de válvulas mediante la medición del nivel de gas invisible.

Una señal es enviada al receptor. El receptor envía a la entrada del panel de la válvula de control del Sistema Powell una señal de cierre, que activa el actuador para cerrar la válvula del contenedor.

Reactor de Placas Deflectoras

En el reactor los deflectores son necesarios para detener el remolino en un tanque de mezcla.

Casi todos los impulsores giran hacia la derecha o hacia la izquierda.

Sin deflectores, las velocidades tangenciales procedentes de cualquier impulsor hacen que la masa de fluido entero gire.

Conductancia de Productos Químicos de uso común

Válvulas Manómetr

os & Tanques

Válvula Neumática de Cierre Unipro La única válvula de cierre

de emergencia de tecnología diseñado para tanques de 20 toneladas y de 90 toneladas automotores.

Responde automáticamente a cualquier señal de alarma, cerrando las válvulas con 120 lb-ft de par motor en menos de 10 segundos.

Válvula Neumática

Sistema de Válvulas

Manómetros para Cloro Estas unidades consisten de un manómetro de

carátula de 4½" – para los rangos de 30/0/300 de presión montado sobre un sello de diafragma soldado.

La carcaza superior es de ½ " NPT acero carbón con diafragma de conexión en Tantalio y la cubierta inferior en níquel / cromo chapado en acero carbón sobre el sello roscado, soldada sobre la brida.

Tanques de Expansión Estas unidades de diversos

tamaños, son dimensionadas dependiendo de cada aplicación en particular.

Cada sistema de expansión esté construido usando cilindros de 138 bar-g, DOT calibre 80, tubería en acero carbón, sin costura y acoples de 207 bar.

Cada tanque de expansión incluye un sistema medidor de presión de cloro 30/0/300 con sello roscado, disco de ruptura de tantalio para 20.7 bar, cuerpo receptor del disco de ruptura en acero carbón montado en una brida y todo el sistema ensamblado para instalación inmediata.

Válvula de Conexión Automática para Plataforma de Cloro De 1" 300 PSI, bridada,

cuerpo en acero al carbón, impulsor en Hastelloy® C, tapón con orificio de venteo, sello de baja emisión, actuador de aire para abrir, resorte para cerrar, actuador de cierre por falla.

Incluye el interruptor de límite y un indicador de posición visual. Se requiere una presión de aire de 5.5 bar. Usado en aplicaciones de cloro líquido.

Sistemas Powell de Cerrado de Válvulas

Powell es el único productor que ofrece sistemas de actuadores eléctricos y neumáticos para un tamaño de contenedores en un rango de cilindros de 68 kg hasta carro tanques de 90 ton.

El sistema puede ser configurado para cerrar las válvulas en 10 segundos o menos en el evento de una fuga de gas, movimiento de carro o contenedor, aperturas por seguridad, alarma por incendio, eventos sísmicos u otras.

Transmisores

Sensores Medidores

de Conductivi

dad & Nivel

Toroidal Conductivity Analyzer

Posee alta resolución de usuario y opciones de ayuda en gráficos de tendencias de datos.

Registrador de datos y registrador de eventos.

Descarga los datos del proceso y las condiciones de alarma a través del puerto de datos USB 2.0.

Comunicaciones Digitales HART y Comunicaciones Profibus DP con plenacaracterísticas y funcionalidad.

Medidas pH, ORP, Conductividad, Cloro Total, Cloro, el oxígeno, ozono, turbidez, Flujo pulso, la temperatura, y otros a través de 4-20 mA de entrada desde cualquier dispositivo.


Disponible con Tefzel químicamente resistente. Incluye compensador de temperatura integrado. Instalación conveniente para la limpieza y

mantenimiento preventivo.


Transmisores 1066T & 5081T de 4-20mA

Preprogramado para la curva de acido sulfúrico de 96% a 100%.

Compensación automática / manual de la temperatura garantiza un control preciso y controlar.

Control remoto por infrarrojos de mano (IRC) o del teclado local.

Compatible con bus de campo HART ® y FOUNDATION

Aprobado para áreas peligrosas

Sensor de flujo de conductividad toroidal

Diseño pequeño y compacto disponible en muchos materiales y tamaño para una máxima flexibilidad.

Integrado con PT100 para la compensación de temperatura exacta.

Diseño de flujo ideal para soluciones viscosas y abrasivas

Medidor de Nivel Rosemount 3300

El diseño de la serie Rosemount 3300 incluye una placa de PTFE o material exótico que protege la brida de los medios de proceso.

La tecnología de microonda guiada ofrece la mayor fiabilidad y precisión que garanticen que las mediciones casi no son afectadas por la temperatura, presión, mezclas de gas vapor, densidad, turbulencia, burbujas/ebullición, nivel bajo, fluidos de constante dieléctrica variante, pH y viscosidad.

La tecnología de radar de onda guiada, en combinación con el procesamiento avanzado de señales hace que los transmisores 3300 sean adecuados para una amplia gama de aplicaciones.

Medidor de Nivel Rosemount 3300

Principio de Medida La baja energía de los pulsos de microondas en

nanosegundos son guiados por una sonda sumergido en el fluido del proceso. Cuando un pulso de microondas alcanza un medio de comunicación con una constante dieléctrica diferente, parte de la energía se refleja de nuevo al transmisor.

El transmisor utiliza la onda reflejada de la primera reflexión para medir la nivel de interfaz. Parte de la ola, que no se refleja en la superficie del producto superior, continúa hasta que se refleja en la superficie del producto inferior. La velocidad de esta onda depende totalmente de la constante dieléctrica del producto superior.

Principio de Medida

Principio de Medida La diferencia de tiempo entre la transmisión y el

impulso reflejado es convierten en la distancia, y el nivel total o nivel de interfaz es entonces calculado. La intensidad de reflexión depende de la constante del dieléctrico producto. Cuanto mayor sea el valor de la constante dieléctrica, más fuerte será la reflexión.

Arquitectura del Sistema

Zonas & Rangos de Medición

Configuración Básica

Sistema Powell para la Producción Continua de Hipoclorito de Sodio

El proceso, el cual utiliza cloro líquido ó gas y soda cáustica, es muy versátil ya que tiene la capacidad de producir diversas calidades de hipoclorito, desde concentraciones del 2% hasta del 20%.

El sistema utiliza soda cáustica al 50% lo que lleva a una reducción del espacio necesario para la etapa de dilución.

Es un proceso sencillo que conduce a que los costos de operación por hora-hombre sean inferiores comparados con otros sistemas de producción de hipoclorito.

Una sola persona está en capacidad de producir 265 metros cúbicos de un hipo del 16.5% en peso en un turno de 8 horas, incluyendo el manejo de las materias primas, insumos de proceso, servicios y análisis químicos. Esto es igual que producir 795 metros cúbicos al día, que son equivalentes a 1000 toneladas métricas por día.

Sistema Powell para la Producción Continua de Hipoclorito de Sodio

Proceso de Fabricacion de La Lejia

Documents

Transcript of Proceso de Fabricacion de La Lejia