En el centro de la industria química moderna se encuentra la electrólisis cloroalcalina, un proceso indispensable a través del cual se obtienen materias primas esenciales para diversas aplicaciones. La importancia de esta tecnología radica en la producción eficaz de iones de sodio (Na+), iones de cloruro (Cl-) e iones de hidróxido (OH-), que son indispensables como materias primas críticas para la producción de plásticos, productos farmacéuticos y la industria textil.
En la electrólisis cloroalcalina, se utiliza una tensión eléctrica continua para separar la solución de cloruro de sodio en cloro elemental e hidróxido de sodio; al mismo tiempo se produce hidrógeno. Los círculos especializados conceden especial importancia al funcionamiento de estas células de electrólisis técnicamente sofisticadas -diseñadas especialmente para permitir el transporte de iones y evitar al mismo tiempo reacciones indeseables entre los productos- porque la eficacia y la seguridad de todo el proceso dependen en gran medida de mecanismos de control precisos y de la estabilidad de las tecnologías de membrana utilizadas.
Sistemas de medición LiquiSonic® en la electrólisis cloroalcalina
La tecnología de medición LiquiSonic® puede aprovecharse en las distintas fases del proceso de electrólisis de cloro-álcali. El principal beneficio para el cliente es la reducción del consumo de materias primas y energía y el aumento del rendimiento.
Sistema LiquiSonic®
LiquiSonic® está disponible en tres variantes de sistema:
LiquiSonic® 20, LiquiSonic® 30 y LiquiSonic® 40.
LiquiSonic® 30 es un sistema de alto rendimiento compuesto por un controlador con conexión para hasta cuatro sensores. Los sensores pueden utilizarse en diferentes puntos de medición.
LiquiSonic® 20 es una variante con una gama reducida de funciones y conexión de un sensor.
LiquiSonic® 40 permite la determinación simultánea de dos concentraciones en una mezcla. Para ello se combina un segundo mensurando físico 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 variable física.
Principio de medición
La tecnología de medición LiquiSonic® 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 los líquidos. La distancia (d) entre el emisor y el receptor ultrasónico es constante por diseño, de modo que la velocidad del sonido (v) puede calcularse midiendo el tiempo de tránsito (t) (v = d / t). Como la velocidad del sonido depende de la concentración de la sustancia, existe una relación funcional que puede utilizarse para calcular la concentración.
La medición de la velocidad del sonido es independiente de la transparencia del líquido y se caracteriza por una gran precisión de medición, reproducibilidad y estabilidad. Además de la medición de la velocidad sónica, el sensor LiquiSonic® tiene integrada una medición de temperatura rápida y de alta precisión para la compensación de la temperatura. Para muchas aplicaciones, esto ofrece grandes ventajas sobre los métodos de medición convencionales.
Sensor
El sensor LiquiSonic® 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 es de acero inoxidable o de material resistente a la corrosión, como Hastelloy C-2000, o está recubierto de Halar o PFA.
Diversas funciones adicionales integradas en el sensor, como el control de caudal (caudal/parada) o el control de líquido/seco (tubo lleno/vacío), completan el control del proceso.
La tecnología especial de alto rendimiento LiquiSonic® garantiza resultados de medición estables incluso con burbujas de gas o una fuerte atenuación de la señal por el líquido de proceso.
¿Cómo funciona la electrólisis cloroalcalina?
La electrólisis cloroalcalina es un importante proceso técnico que se utiliza para producir productos químicos básicos como cloro, hidrógeno y sosa cáustica (hidróxido de sodio). Como electrolito se utiliza una solución acuosa de cloruro sódico (sal). Se aplica una tensión eléctrica a los electrodos, fabricados con materiales especiales. Este proceso oxida los iones de cloruro en el ánodo a cloro, mientras que el agua se reduce a hidrógeno e iones de hidróxido en el cátodo. Estos iones de hidróxido reaccionan con los iones de sodio de la solución para formar sosa cáustica. La electrólisis cloroalcalina es un proceso muy eficaz utilizado en muchas industrias, ya que es rápido, fiable y rentable, y proporciona productos químicos esenciales para diversas aplicaciones industriales.
Mediante una corriente eléctrica, la sal (NaCl) se descompone en cloro (Cl2), sosa cáustica (NaOH) e hidrógeno (H2).
¿Qué procesos se utilizan en la electrólisis cloroalcalina?
Se utilizan dos procesos principales: el proceso de membrana y el proceso de membrana.
En ambos procesos tiene lugar la misma reacción electroquímica: El NaCl fluye hacia el compartimento anódico de la célula, donde el Cl2 se deposita en forma de cloro gaseoso. A continuación, la solución continúa hacia la cámara catódica, donde se forman H2 y NaOH.
Explicación del proceso de diafragma:
En el proceso de diafragma, se utiliza un diafragma poroso (pared separadora) entre el ánodo y el cátodo. Permite el intercambio de iones, pero impide que se mezclen el cloro y la solución de hidróxido de sodio. Se utiliza una solución salina como electrolito y el cloro se libera en el ánodo, mientras que el hidrógeno y el hidróxido de sodio se producen en el cátodo. Sin embargo, la calidad del hidróxido de sodio es menor con este proceso que con otros métodos.
Explicación del proceso de membrana:
Este proceso utiliza una membrana especial permeable a los iones que bloquea los iones de cloro pero permite el paso de los iones de sodio. Esto da lugar 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 factor de coste elevado en ambos procesos. La tecnología de medición LiquiSonic® se utiliza para determinar con precisión la concentración del catolito con el fin de identificar y contrarrestar cualquier ineficiencia en el electrolizador. Esto garantiza una vida útil óptima de la membrana.
Dependiendo del método utilizado, el catolito es una solución de NaOH (método de membrana) o una solución de NaOH-NaCl (método de membrana). La medición de la concentración de la mezcla de 3 componentes se realiza utilizando un sistema de medición LiquiSonic® 40 en el que el sensor ultrasónico se combina con un sensor de conductividad.
Su ventaja:
Maximización de la eficiencia del electrolizador mediante el registro continuo de las concentraciones en el proceso.
Ahorro de energía y optimización del consumo
Reducción de los laboriosos análisis comparativos
Aumento de la vida útil de la membrana
Concentración de sosa cáustica
La electrólisis cloroalcalina es un proceso en el que el cloruro sódico (sal común) se convierte en cloro, hidrógeno y sosa cáustica (hidróxido sódico) bajo la influencia de la energía eléctrica. Durante este proceso, los iones de sodio (Na+ ) se mueven hacia el cátodo, que está cargado negativamente, y los iones de cloruro (Cl-) se mueven hacia el ánodo, que está cargado positivamente. La oxidación de los iones de cloruro tiene lugar en el ánodo, liberando cloro. En el cátodo, el agua se reduce a hidrógeno e iones de hidróxido. Estos iones de hidróxido reaccionan con los iones de sodio para formar sosa cáustica. Existen diferentes variantes de este proceso, como el proceso de amalgama, en el que se forma una amalgama de sodio en el cátodo, que se procesa posteriormente en una etapa separada para formar sosa cáustica, hidrógeno y mercurio. Independientemente del proceso utilizado, la sosa cáustica obtenida suele concentrarse por evaporación para lograr una mayor concentración.
La sosa cáustica (NaOH) comercializable suele tener una concentración de entre 45 m% y 50 m%. Como el NaOH extraído de las celdas de electrólisis sólo tiene una concentración comprendida entre el 12 m% y el 33 m%, se concentra en evaporadores multicuerpo.
Si la solución contiene NaCl además de NaOH (proceso de diafragma), el exceso de sal en la solución cáustica precipita en forma de cristales en el evaporador durante la evaporación. Así se consigue una concentración de NaOH de entre 45 m% y 50 m%.
La tecnología de medición LiquiSonic® determina continuamente y en todo momento la concentración de la solución cáustica después del evaporador. También se puede controlar la dilución posterior de la solución de sosa cáustica hasta alcanzar una concentración de producto personalizada.
Su ventaja:
Control continuo de la concentración de sosa cáustica
Reducción de los costes energéticos durante la evaporación
Secado del cloro gaseoso
El secado del cloro gaseoso es un paso esencial en la producción de cloro. Este proceso implica la eliminación de la humedad del cloro gaseoso para hacerlo apto para aplicaciones industriales. El secado se lleva a cabo mediante métodos físicos como el enfriamiento y la condensación del gas o mediante el uso de agentes secantes como el ácido sulfúrico concentrado o los tamices moleculares. Estas técnicas garantizan que el cloro se encuentre en una forma pura y seca. Aunque el secado del cloro gaseoso es un proceso técnicamente exigente, desempeña un papel crucial en muchas industrias, ya que el cloro gaseoso secado se utiliza para diversas aplicaciones, desde el tratamiento del agua hasta la fabricación de plásticos y productos farmacéuticos.
El cloro gaseoso producido en la zona anódica del electrolizador debe liberarse 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 su secado, el cloro gaseoso se canaliza hacia torres de absorción en las que el contenido de agua del cloro gaseoso es absorbido por ácido sulfúrico altamente concentrado (80-99 m% H2SO4).
La eficacia de este proceso de secado influye significativamente en la productividad y la calidad del gas. Por lo tanto, es importante medir de forma fiable la concentración de H2SO4. En comparación con la medición de la conductividad y la densidad, el sistema de medición LiquiSonic® permite una supervisión continua y fiable de la concentración de H2SO4.
Su ventaja:
Eliminación del laborioso muestreo
Control continuo de la concentración de H2SO4
Señal clara para determinar la concentración de H2SO4 entre 80 m% y 100 m
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 constituyen los materiales de partida para la síntesis del ácido clorhídrico. Ambos gases se introducen en un quemador donde reaccionan para formar cloruro de hidrógeno. A continuación, el gas HCl formado fluye desde la cámara de combustión al absorbedor isotérmico integrado de película descendente. Aquí el gas se absorbe con ayuda de agua o ácido débil, formando ácido clorhídrico concentrado (37 m% HCl).
La concentración de ácido clorhídrico se controla continuamente mediante la tecnología de medición LiquiSonic®. Esto permite reconocer las desviaciones de la concentración objetivo y reaccionar en consecuencia.
Su ventaja:
Control continuo de la concentración de ácido clorhídrico (20-40 m% HCl)
Garantía de una concentración objetivo altamente precisa
Estación de disolución y purificación de salmuera
El producto de partida, el cloruro sódico (NaCl), se obtiene por evaporación del agua de mar, minería o extracción de salmuera de depósitos de sal (cavernas). La salmuera bruta contiene impurezas y sales de calcio o magnesio, que pueden obstruir los finos poros de la membrana durante la electrólisis y reducir así considerablemente su vida útil. Por este motivo, estas impurezas se precipitan en tanques agitadores (recipientes de disolución) añadiendo sosa cáustica (NaOH). Tras la precipitación, las impurezas se separan mediante un filtro a presión.
La pureza de la concentración de salmuera es de especial importancia para la posterior electrólisis. El sistema de medición LiquiSonic® garantiza una determinación muy precisa de la concentración de salmuera en todo momento. Se instala en la estación de disolución cuando se utilizan sales extraídas o en el punto de transferencia desde el proveedor de salmuera en el caso de la extracción en cavernas.
Su ventaja:
Evitación de pérdidas de calidad en la purificación de la salmuera
Aumento de la vida útil de la membrana
Inspección de las mercancías entrantes (para la extracción en cavernas)
Reducción del consumo de agua y vapor (al disolver la sal)
Reducción de la energía eléctrica
LiquiSonic® es un sistema de análisis en línea que determina la concentración o densidad de líquidos o medios directamente en el proceso y sin retardo. El dispositivo se basa en la medición de alta precisión de la velocidad sónica absoluta y la temperatura del proceso, por lo que permite reconocer las diferencias de fase.
