Universidad de Concepción Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Química
Trabajo de Investigación Investigac ión
Industria de Procesos Químicos Clorato de Sodio Nombr es
: Car Carolin olina a Soto Soto Huer Huerta ta Daniela Stück Valenuela Valenuela Cristó!al Valdovinos "elgare#o iguel $e $ereira Profeso : "igu r Fecha
: % de de &c &ctu!r tu!re e de de '() '()* *
Contenido )+ Introducción++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++, '+ "aterias $rimas++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ,+ .spectos de "ercado++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++,+)+
"aterias primas++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ -
,+'+
Her!icidas++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ -
,+,+
/eneración de &0igeno++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++*
-+
$roducción nacional e importaciones++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++*
*+ Descripción del $roceso++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1 *+)+Salmuera 23ínea Verde4++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1 *+'+5lectrólisis 23ínea 6aran#a4++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1 *+,+Cristaliación 23inea Verde4++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++7 8+ .spectos am!ientales 9 seguridad++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ++++++++++ 7 8+)+ Clasicación++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 7 8+'+ In;ormación
)'(( mg?kg++++++++++++++++++++++++++++)( 8+'+'+ 5;ectos locales++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ )( 8+,+ In;ormación ecoto0icológica+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++)( 8+,+)+ .cumulación en plantas++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ )( 8+,+'+ 5coto0icidad+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++)( 8+,+,+ @iodegrada!ilidad+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ )) 8+-+ Seguridad+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++)) 8+-+) "anipulación++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ )) 8+-+' .lmacenamiento++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ )) 8+*+ 6ormativa= clasicación 9 etiAuetado+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++)) 1+Be;erencias++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++)'
1 Introducción 5l clorato de sodio es producto de una reacción entre sal 9 agua con a9uda de energía elctrica= cataliadores 9 soluciones de electrolitos+ Su uso es ma9oritariamente en la industria de pulpa 9 papel= pero a la ve es utiliado como er!icidas= e0;oliante= desecante 9 generación de o0ígeno= Aue es utiliado en la ca!ina de vuelos comerciales+
5n este in;orme se muestra de una ;orma glo!al el proceso de producción de clorato de sodio a nivel industrial+ @asado en distintas plantas nacionales e internacionales se muestra un diagrama de Eu#o simplicado con las líneas de Eu#o principales del proceso: Salmuera= 5lectrólisis= 9 Cristaliación+ 3a principal industria productora de clorto de sodio en Cile es 5ka Cile S+.= la cual posee una capacidad nominal de %*+(((
! "aterias Primas 5l clorato de sodio es una sal industrial producida por la reacción de agua 9 sal de mesa comn con electricidad+ Su producción se realia a partir de dos materias primas= mu9 ;Gciles de encontrar en el día a día: sal 26aCl= cloruro de sodio4 9 agua 2H '&4= ademGs reAuiere la utiliación de energía elctrica en a!undancia+ . continuación se muestra la reacción Aue ocurre durante el proceso NaCl + 3 H 2 O + Electricidad → NaCl O3 + 3 H 2
Sal + Agua + Energia→ Clorato de Sodio + Gas hidrogeno
&tros productos utiliados en el proceso son: • • •
HCl= Gcido clorídrico= para controlar el pH de la solución de electrolitos+ 6a&H= idró0ido de sodio= para alcaliar una parte de la solución+ 6a'Cr'&1= dicromato de sodio= como cataliador en el proceso de electrólisis+
# $s%ectos de "ercado #1 "aterias %rimas 5l clorato de sodio se utilia principalmente en la industria de pulpa 9 papel= para generar dió0ido de cloro Aue se usa para !lanAuear la pasta de madera= logrando un papel !lanco= ecológico 9 de me#or calidad+ 5ste proceso se conoce como 5CFJ e implica un !lanAueado sin cloro elemental+ $ara la o!tención de dió0ido de cloro= se utilia una solución reactiva ;ormada por clorato sódico= Gcido sul;rico 9 agentes reductores como el metanol= peró0ido de idrógeno= dió0ido de au;re o Gcido clorídrico+ #! &erbicidas 5l clorato de sodio tam!in se usa como er!icida no selectivo= es decir= acta eliminando una gran cantidad de plantas= siendo considerado totó0ico para todas las partes verdes de la planta+ 5s por esto Aue es posi!le utiliarlo tanto en campos como en onas industriales+ 5l clorato de sodio controla una gran variedad de plantas inclu9endo !am!= ier!a de San Kuan entre otras+
5l clorato de sodio tiene un e;ecto esteriliante del suelo+ 5s usado principalmente en tierras no cultivadas para el tratamiento 9 control total de la
vegetación en Greas Aue inclu9en carreteras= ;enceLa9s 9 an#as+
.lgodón "aí So#a
M M
.rro /irasoles entre otros+
Si el clorato de sodio se com!ina con atraina= aumenta la persistencia del e;ecto 9 si se com!ina con '=-ND= se me#ora el rendimiento+ 3a mecla con otros er!icidas en solución acuosa es posi!le= en cierta medida= con tal de Aue no sean suscepti!les a la o0idación+
## 'eneración de ()igeno 5l clorato de sodio puede ser utiliado para generar o0ígeno a partir de una reacción Auímica 9 se utilia en aviones como ;uente de o0ígeno suplemental+ Vuelos comerciales lo usan para generar o0ígeno en casos de emergencia para proteger a los pasa#eros de caídas de presión en la ca!ina mediante la descomposición catalítica del clorato de sodio+ $ara su generación se usa polvo de ierro Aue es meclado con clorato de sodio= esta mecla ace ignición mediante una carga Aue es activada al #alar la mGscara de emergencia+ 3a reacción produce mGs o0ígeno del Aue se reAuiere para la com!ustión+ De ;orma similar= el sistema de soldadura Solido0 utilia perdigones de clorato de sodio meclados con !ras de com!usti!le para generar o0ígeno+
* Producción nacional e im%ortaciones 50isten alrededor de *( ;a!ricantes de productos inorgGnicos en Cile= )% productores son los mGs importantes= 9a sea al incidir sus productos en ;orma signicativa en el valor de las e0portaciones del sector Auímico o= al ser usados como insumos imprescindi!les en el desarrollo de otras economías como la minería 9 la celulosa+ Ha!lamos de productos como el idró0ido de sodio= el Gcido sul;rico= cloro gaseoso= cal viva= clorato de sodio= entre otros+ 5ka Cile S+. es una de las dos empresas Aue ;a!rican insumos para la industria de celulosa+ 5sta empresa= u!icada en
$or ltimo= vale decir Aue el ltimo pro9ecto Aue avanó su etapa de estudio= ;ue la construcción 9 operación de una planta de clorato de sodio por la rma canadiense 5rcoJ en "ininco para C"$C+ Su capacidad es de 8(+((( toneladas por ao 9 se encuentra en marca desde el '((8+
Tabla 1 Ca%acidad nominal + %roducción %lanta ,-a Chile Capacidad nominal %*+(((
$roducción ao '((-
1-+(((
. /escri%ción del Proceso
01 .2
Figura 13 /iagrama de 4ujo sim%li5cado del %roceso de %roducción de clorato de sodio %lanta e-a
5l clorato de sodio se produce a partir de materias primas comunes: sal 26aCl4 9 agua 2H'&4= #unto con el uso de grandes cantidades de energía elctrica+ 5l proceso de ;a!ricación inclu9e la electrólisis de una solución acidicada de cloruro de sodio en una celda electroAuímica diseada especialmente+ 3as etapas Aue se pueden o!servar son:
.1 Salmuera 67ínea 8erde9 $rimero se disuelve sal en agua ;ormando salmuera= Aue luego es tratada 2en un puricador de salmuera4 para remover impureas= especialmente de calcio 9 magnesio+ 5stas impureas pueden daar el proceso electrolítico de!ido Aue precipitan en los electrodos= aumentando el potencial electrostGtico+ 3a salmuera puricada pasa por un evaporador Aue la recristalia removiendo iones de sul;atos+ 5stos iones tam!in daan el proceso electrolítico 2en el Gnodo4 de!ido a Aue aumentan los niveles de o0ígeno como su!producto+
.! ,lectrólisis 67ínea Naranja9 3a salmuera puricada es disuelta en electrolitos de clorato 9 para entrar al proceso de circulación de electrolitos: •
Inicialmente se realia un preen;riado de la salmuera+ 5sto de!ido a Aue a9 un e0ceso de calor generado en las celdas electromecGnicas por prdidas irreversi!les+ Un *(O de la energía elctrica aadida se convierte en calor Aue puede ser reutiliado en el proceso de evaporación 9 para procesos de cale;acción en Greas e0ternas a la planta+
•
•
3uego= se agrega Gcido clorídrico 2HCl4 para controlar el pH 9 me#orar la ecacia+ 5l Gcido clorídrico es aadido a la solución de electrolitos antes de la electrolisis= 9a Aue el escape de cloro activo en las celdas de gas puede disminuir el pH de los electrolitos+
5l electrolito entra a las celdas electrolíticas: los iones de cloro son o0idados en los Gnodos ;ormando gas cloro 2Cl '4 9 el agua es reducida en los cGtodos= produciendo gas idrógeno 2H'4+
5l proceso de reacciones Aue ocurre es el siguiente:
Beacción en celdas electrolíticas
5l cloro gaseoso producido se idrolia para producir iones ipoclorito
Se usa !icromato de sodio como cataliador para ini!ir las reacciones electroAuímicas secundarias 9 como tampón para el pH= ;avoreciendo la ;ormación de iones cloratos
•
3a solución Aue sale de la celda electroAuímica se conoce como licor celular+ 5sta solución contiene una alta concentración de iones de clorato 9 otros productos de reacción intermedios+ 3a solución se trata para eliminar los su!productos como el ipoclorito+ 3uego se eliminan los cristales de clorato de sodio 9 el licor restante Aue contiene sal= iones de cloruro 9 !icromato se vuelve a colocar en las celdas electroAuímicas+
•
•
5l gas de las celdas electrolíticas 9 del reactor es puricado por un scru!!er alcalino 26a&H4 para remover el cloro gas contaminante= li!erando idrógeno por el tope+ $ueden ser necesarios otros procesos de puricación= dependiendo de la necesidad de o0ígeno del producto+ Un lodo de cristales de clorato de sodio salen del cristaliador al vacío= #unto con un Eu#o de vapor de agua Aue es condensado por un condensador !aromtrico 9 una !om!a de vacío+
.# Cristali:ación 67ínea ;oja9 5l lodo 2slurry 4 ;ormado en los electroliadores es desidratado 2usando un torno espesador4 o!teniendo cristales= Aue luego son lavados= ltrados 9 secados para ;ormar el producto nal+ 5l producto nal de clorato de sodio es nalmente empacado para ser enviado a los clientes+ 5n algunos casos los cristales se disuelven en agua 9 se envían como solución líAuida+ Una parte de la línea de electrolitos del lao de circulación es alcaliada por adición de 6a&H= luego es ltrada para remover precipitaciones Aue resultan de la alcaliación 9 luego es alimentada al cristaliador+
< $s%ectos ambientales + de seguridad <1 Clasi5cación Tabla ! Clasi5cación de Clorato de Sodio
6orma internacional
U6R )-7* 6 de guía ,*
6orma cilena Clase *
6C ')'(?* Sustancias com!urentes= peró0idos orgGnicos Sustancias com!urentes
División *+) Clasicación 6F$.
"arca en etiAueta 6c')7(
<! Información To)icológica 5l clorato de sodio estG clasicado como producto nocivo para la salud
8+'+)+ )'(( mg?kg+ 5l clorato de sodio tiene e;ecto o0idante 9 o0ida la emoglo!ina de la sangre convirtindola en "etaemoglo!ina+ 5llo conduce a una escase de o0ígeno en los te#idos corporales 9a Aue la "etaemoglo!ina tiene peor capacidad para el transporte del o0ígeno+ Sus síntomas son: dolores a!dominales= nGuseas= vómitos= diarrea= disnea= cianosis= ne;ritis aguda= anuria= daos renales 9 epGticos= convulsiones= coma 9 muerte+ 3os primeros síntomas pueden aparecer despus de varias oras+
8+'+'+ 5;ectos locales Tabla # ;esumen de los efectos del clorato de sodio a corto %la:o ante contacto de distintos ti%os
Inalación Contacto con los &#os
Contacto con la piel
3a inalación del polvo causa irritación en las mucosas $olvo o vapores pueden causar irritación temporal del o#o 9 dolor leve asta Aue se en#uague el material en la supercie del o#o+ Contacto directo con polvo o soluciones concentradas puede causar una leve irritación+ Contacto
<# Información ecoto)icológica 5l clorato de sodio daa las plantas= pero es tó0ico para las algas pardas+ Son especialmente sensi!les al clorato las !acterias Aue participan en la nitricación= desnitricación 9 ;ormación de amoniaco+
8+,+)+ .cumulación en plantas 5n las plantas el clorato se convierte en cloruro+ 5ste se acumula en las clulas asta concentraciones tó0icas causando la muerte de la planta+ 6o a9 prue!as de Aue se acumule en la clula animal
8+,+'+ 5coto0icidad 3os cloratos son per#udiciales para los organismos acuGticos= pero tó0icos para las algas ;ocGceas 2Fucus vesiculosus4+ 3os cloratos producen alteraciones en los microorganismos Aue a9 en sedimentos= por e#emplo= los Aue intervienen en el ciclo del nitrógeno+ • •
•
$eces -% 3D*(+ Salmón arco iris 2&ncor9ncus m9kiss4 > '1*( mg?l CrustGceos '- 3C*( pulga de agua 2Dapnia magna4 > %%( mg?l 2clorato de potasio4 .lgas IC*( alga aul 2;ucus vesiculosus4 > (=(%( mg?l 2estudio de larga duración4+
8+,+,+ @iodegrada!ilidad 5l clorato de sodio se degrada lentamente en el suelo !a#o condiciones aeró!icas+ Se puede descomponer por degradación micro!iana con ma9or rapide !a#o condiciones anaeró!icas+
<* Seguridad 8+-+) "anipulación Utiliar nicamente lu!ricantes 9 #untas inertes 2sintticos4 para !om!as= vGlvulas 9 otros eAuipos donde 9 cuando se manipula el clorato seco o en solución+ Bellenar con lu!ricantes a intervalos regulares+ 6o mane#ar el clorato en las cercanías de productos com!usti!les 9 ;uentes de calor+ "ane#ar el clorato de sodio de manera Aue se evite la ;ormación de polvo= 9 en caso de ser inevita!le= disponer de un ventilador para e0tracción+
8+-+' .lmacenamiento •
• •
.lmacenar el producto en lugar ;resco= seco 9 a prue!a de ;uego= separado de productos inEama!les 9 ;uentes de calor+ .lmacenarlos so!re arena= evitar el as;alto 6o someter el material a ;ricción ni a golpes /uardar el producto apartado de productos comesti!les
<. Normativa clasi5cación + eti=uetado Segn la U5 por el Beglamento 2C54 nT )'1'?'((%= C3$= de clasicación envasado 9 etiAuetado+
Tabla * ,ti=uetado necesario %ara almacenamento de Clorato de Sodio
>;eferencias P) .ko 6o!el= Sodium clorate tecnolog9J ttps:??LLL+akono!el+com?eka?tecnolog9?sodiumclorate? Visitado: &ctu!re '()* P' Donoso H+ Bodrigo= 3a ingeniería Auímica 9 la industria de procesos en Cile )77(N'()(J= Conse#o de la especialidad de ingeniería Auímica= Colegio de ingenieros de Cile+ P, 5cuBed= Clorato ttp:??LLL+ecured+cu?inde0+pp?Cloratodesodio Visitado: &ctu!re '()*
de
SodioJ=
P- 5ka Cile= HDS= Ho#a de Seguridad Clorato de SodioJ= )' Kunio '((7= Bev+ ))+ Versión e!: ttp:??LLL+asiAuim+com?asiAuim'?documentos?HDSC3&B.<&Bev+))'((7Cl oratodeSodio)-7*+pd; Visitado: &ctu!re '()* P* 5rco orldLide= Clorato de SodioJ ttp:??LLL+ercoLorldLide+com?inde0+pp?products?sodiumNclorate?Wlang>es Visitado: &ctu!re '()* P8 Xengou $ol9mer Cemical Compan9 3imited= Clorato de SodioJ ttp:??es+madeNinNcina+com?copol9mercem?productSodiumN Clorateooug9s9+tml Visitado: &ctu!re '()*
