Introducción
El siguiente trabajo pretende mostrar el proceso de producción del carbonato de sodio basándose en el proceso Solvay ya que este es el que se utiliza en la mayoría de industrias de producción de este producto actualmente, así como un análisis de el proceso desde sus materias primas e insumos hasta el daño ambiental que causa. También se presentara un balance de masa y energía que se presentan a lo largo del proceso nombrando los equipos necesarios y el orden de estos, para así llegar a conocer completamente este proceso y la eficiencia de esta producción.
Marco Conceptual
El carbonato de sodio es conocido comúnmente como barrilla, natrón, soda y sosa fue empleado por los antiguos egipcios en el proceso de momificación. También se utilizaba en la fabricación de cerámica vítrea; además, esta sal fue destinada para usos relacionados con la limpieza, tales como el aseo de las viviendas y la higiene del cuerpo. Ya que Hay importantes yacimientos en Egipto y Rusia de carbonato de sodio. Este un polvo blanco, cristalino, inodoro y soluble en agua. Forma soluciones alcalinas al disolverse en agua, con un pH alrededor de 11. Este Puede hallarse en la naturaleza u obtenerse artificialmente; Hasta la mitad del siglo XIX era extraído de las cenizas de algunas plantas. Pero también se producía gracias a un proceso ideado y patentado en 1791 por el médico y químico francés Nicolás Leblanc. El proceso Leblanc implicaba las siguientes reacciones químicas:
Reacción de sal común con ácido sulfúrico:
2 NaCl + H2SO4 Na2SO4 + 2 HCl
Reacción de calcinación de Na2SO4 con caliza y carbón:
Na2SO4 + CaCO3 + 2 C Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Más adelante este método fue sustituido por el ideado por el químico belga Ernest Solvay. Solvay fundó en 1863 la compañía Solvay donde utilizó profusamente su método que conseguía abaratar aún más el proceso y eliminar algunos de los problemas que presentaba el método Leblanc. Este método utiliza como materias primas el cloruro de sodio (sal común), el amoníaco y el carbonato de calcio (piedra caliza).
Alrededor de 11 millones de toneladas de Na2CO3 se producen industrialmente al año. Ya que este tiene muchos usos entre ellos, el carbonato de sodio es usado para tostar (calentar bajo una ráfaga de aire) el cromo y otros extractos y disminuye el contenido de azufre y fósforo de la fundición y del acero. En la fabricación de detergentes, el carbonato de sodio es indispensable en las formulaciones al objeto de asegurar el correcto funcionamiento del resto de sustancias que lo componen, enzimas, tenso activos, etc. durante las diferentes fases del lavado. No es de menos importancia el empleo del carbonato de sodio en aquellos procesos en los que hay que regular el pH de diferentes soluciones, nos referimos al tratamiento de aguas de la industria, así como en los procesos de flotación. Cerámica, jabones, limpiadores, ablandador de aguas duras, refinación de petróleos, producción de aluminio, textiles, pulpa y papel. Procesamiento metalúrgico, preparación de productos farmacéuticos, soda cáustica, bicarbonato de sodio, nitrato de sodio y varios otros usos. El carbonato de sodio y sus derivados se usan para bajar el punto de fusión del silicio y poder trabajarlo mejor, también aporta el sólido necesario para formar la red. Es comúnmente usado en las palmas de las manos para evitar la sudoración.
Parte ambiental:
La cantidad total de carbonato de sodio producido en el país es el acumulado del proceso denominado natural, a partir del mineral trona y del proceso sintético. Sin embargo, la emisión de dióxido de carbono se contabiliza tanto en la producción por proceso natural como en la utilización del carbonato de sodio total producido.
En la producción de carbonato de sodio por el proceso natural, se emiten a la atmosfera 0.136 toneladas de CO2 por tonelada de carbonato de sodio. Y en la utilización de carbonato de sodio se estima que el CO2 generado es de 415kg por cada tonelada de carbonato de sodio utilizado.
Materias Primas
La Caliza o Carbonato cálcico
El carbonato cálcico o caliza, que solvay precisa como materia prima para el proceso de producción del carbonato sódico, se extrae de la cantera de San Felipe De Buelna (España). La piedra caliza se extrae por medio de voladuras controladas. Posteriormente, se tritura, se lava, se clasifica según su tamaño y se traslada a la fábrica.
Esta cantera ha sido construida produciendo el mínimo impacto posible y la máxima eficiencia energética. Se ha construido un túnel de 1620 m de longitud que transporta la piedra desde la zona de voladura hasta el lugar donde se cargan los camiones. Este túnel evita el paso continuo de camiones por la zona. Existe un plan de restauración paisajística que se va implementando en las zonas que han sido explotadas.
Cloruro Sódico (NaCl)
El cloruro sódico, también llamado sal común, se extrae en el término municipal de Polanco (España), a través de sondeos. La explotación se inicia con una perforación de las capas salinas del terreno, hasta alcanzar una profundidad máxima de 1500 metros. Una vez realizado el sondeo, se equipa con dos tuberías concéntricas. Por el tubo, situado en el exterior, se introduce una corriente de agua dulce a presión. El agua disuelve la sal en el yacimiento y la hace salir por el tubo interior en forma de salmuera saturada. Finalmente la salmuera se envía a través de una tubería de 2500 metros que llega hasta la entrada de la fábrica.
Descripción del proceso
El método en el que se basa la producción de carbonato de sodio es el proceso Solvey el cual fue desarrollado por primera vez por el químico industrial belga Ernest Solvay. El proceso se da de la siguiente manera: La piedra caliza se calcina en los hornos de cal donde se consigue, por un lado, óxido de calcio que va a un disolvedor en el que se hidrata y se convierte en hidróxido de calcio; y, por otro, dióxido de carbono (CO2), que a través de una estación de compresión se envía a las columnas de carbonatación. A través de éstas, llega también la salmuera (agua saturada con sal), enriquecida con amoniaco en otras etapas del proceso (absorción), para formar salmuera amoniacal. En la instalación de carbonatación, la salmuera amoniacal se pone en contacto con el dióxido de carbono, y así se produce la reacción química que dará lugar finalmente a una solución de bicarbonato sódico y cloruro de amonio.
NaCl + NH3 + H2O + CO2 NaHCO3 + NH4Cl
(Salmuera + Amoniaco + Agua + Dióxido de carbono = Bicarbonato sódico + Cloruro amónico)
El bicarbonato sódico se obtiene en estado sólido y se separa de las aguas de cloruro de amonio por medio de filtros. El cloruro de amonio se dirige al destilador, donde se hace reaccionar con el hidróxido de calcio, para liberar el amoniaco, que se incorporará al absorbedor para ser reutilizado.
2 NH4Cl2 + Ca(OH)2 2 NH3 + 2 H2O + CaCI2
(Cloruro amónico+ Hidróxido de calcio = Amoniaco + Cloruro cálcico)
Por su parte, el bicarbonato sódico NaHCO3 se calienta en un secador, se descompone y produce, además de agua y gas carbónico, el carbonato sódico.
2 NaHCO3 + CALOR Na2CO3 + H2O + CO2
(Bicarbonato sódico + Calor = Carbonato sódico + Dióxido de carbono)
El carbonato sódico, fabricado por el proceso Solvay, es de una pureza particularmente elevada, para ser un producto industrial de gran consumo.
Para todo este proceso los principales equipos utilizados son:
Absorbedor
Carbonatador Destilador
Conclusiones
La producción de carbonato de sodio por el proceso de Solvay es muy eficiente y asi mismo es el proceso en el cual este mismo compuesto sale con mas pureza comparado con los demás procesos de obtención del mismo.
Asi como es producto final en este proceso, es materia prima importante para la producción de muchos compuestos como lo es el vidrio, detergentes y jabones, textiles y para el tratamiento de aguas.
Bibliografia
Extraído PDF, productos y aplicación de fábrica torrelavega, España, carbonato sódico.
Water, Ultrapure : Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry : Wiley InterScience
http://es.wikipedia.org/wiki/Natr%C3%B3n
http://www.quiminet.com/articulos/el-carbonato-de-sodio-y-sus-aplicaciones-mas-importantes-21849.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Carbonato_de_sodio
http://paginas.tol.itesm.mx/Alumnos/A01184599/Produccion_de_Carbonato_de_Sodio.pdf
Inventario nacional de emisiones de gases efecto invernadero, secretaria de medio ambiente y recursos naturales, instituto nacional de ecología, pag. 94-95.
