CLORURO DE CALCIO El cloruro de calcio es una sal inorgánica que tiene por fórmula CaCl 2, otros nombres del compuesto son: dicloruro de calcio, cloruro cálcico. El cloruro de cálcico es un compuesto de baja toxicidad toxicidad y no es corrosivo. Las soluciones s oluciones del cloruro de calcio cal cio tienen un bajo punto de congelación, pueden permanecer en estado líquido a muy bajas temperaturas. Este compuesto químico puede presentarse en estado sólido, el cloruro de calcio calci o anhidro, puede ser de color blanco o incoloro, se encuentra disponible granular o escamas. Una notable propiedad del cloruro de calcio es que es un compuesto químico muy higroscópico es decir, en un ambiente seco permanece sólido, pero al exponerse a la humedad del medio ambiente comienza a atraer moléculas moléculas de agua, conforme pasa pasa el tiempo expuesto a la humedad se disuelve formando una solución saturada, a esto se le conoce como delicuescencia.
APLICACIONES
Se usa para controlar el polvo en caminos no pavimentados con su capacidad de absorber el agua del ambiente impide el deterioro y estabiliza los caminos permitiendo que conserven cierta humedad, espaciando el mantenimiento En materiales de construcción permite mantener la humedad para obtener mejor estabilidad Se usa como anticongelante Ayuda a fraguar el concreto, se usa sobre todo en temperaturas bajas En lodos de perforación petrolera Como líquido de refrigeración En procesos de la industria del papel En extinguidores para proteger el equipo de las bajas temperaturas Secante de ambiente En albercas albercas para modificar el pH En la fabricación de quesos se usa para darle firmeza a la cuajada Se usa en conjunto con el alignato sódico para la esferificación de alimentos como el caviar Como fuente de calcio en suplementos alimenticios para seres humanos humanos y animales
OBTENCIÓN El cloruro de calcio se puede obtener de dos maneras:
1. Reacción del carbonato de calcio con ácido clorhídrico.
La neutralización del ácido clorhídrico con caliza (CaCO3) produce cloruro de calcio:
2. Proceso Solvay. El proceso Solvay es un proceso que se utiliza para generar carbonato de sodio pero que obtiene como subproducto el cloruro de calcio. Este Est e proceso se lleva l leva a cabo por disoluciones y ello hace que las condiciones de proceso se han más sencillas y el coste sea menor.
a) Reacciones Reacciones químicas Haciendo pasar amoníaco amoníaco y dióxido de carbono (en estado gaseoso los dos) por una solución una solución saturada de cloruro de sodio se forma hidrogenocarbonato forma hidrogenocarbonato de sodio y cloruro de amonio (ambos solubles en agua) en agua):: NaCl + NH3 + CO2 + H2O NaHCO3 + NH + NH4Cl El hidrogenocarbonato de sodio se separa de la solución por filtración y se transforma en carbonato de sodio por calcinación: calcinación: 2 NaHCO3 Na2CO3 + H2O + CO2 El cloruro de amonio obtenido se hace reaccionar con hidróxido de calcio y se recupera amoníaco: 2 NH4Cl + Ca (OH) 2 2 NH3 + 2 H2O + CaCl2 El óxido de calcio se produce en la misma fábrica por calcinación de carbonato de calcio (piedra caliza) y así se produce el dióxido de carbono necesario en la primera reacción: CaCO3 CaO + CO2 Al hidratarse la cal viva con agua obtenemos hidróxido de calcio, el cual es utilizado para la recuperación de amoniaco y la obtención del cloruro de calcio: CaO + H2O Ca (OH)2
b) Descripción del proceso La instalación Solvay se forma por cuatro pilares:
Columna de saturación Columna de carbonatación Columna recuperadora de amoniaco Hornos de calcinación
El proceso se realiza atendiendo el esquema 1 donde se pueden visualizar los cuatro puntos anteriormente mencionados.
i.
Columna de saturacion En esta (1) columna el amoniaco se adsorbe en la disolución saturada de NaCl, para ello utilizando una columna de adsorción de platos. El NaCl entra por la parte de arriba y el amoniaco por la parte inferior. Esta columna está diseñada para obtener una composición de salmuera amoniacal a medida, es decir, está diseñada para adsorber 1.1 moles de amoniaco por cada mol de NaCl. A la salmuera amoniacal se le une el amoniaco diluido en agua obtenido en la (4) columna de recuperación. Al ocurrir esto la disolución de NaCl se diluye por lo que la disolución pasa por un (2) lecho de NaCl con el objetivo de saturarse.
ii.
Columna de carbonatacion La (3) columna de carbonatación es una columna de adsorción con platos agujereados donde se da esta primera reacción: NH4+ + CO2 + H2O → NH4HCO3 El bicarbonato de amonio reacciona a continuación con el cloruro sódico para dar lugar el bicarbonato sódico: NH4HCO3 + NaCl → NaHCO3 + NH4Cl En este momento la disolución se sobre satura y el bicarbonato de sodio empieza a precipitar, obteniéndolo por la parte de debajo de la columna. En la disolución aparece NH 4Cl en una misma proporción al NaHCO3 precipitado, el NaCl que no ha reaccionado (dado que el rendimiento de la reacción es del 75%) y también aparecen pequeñas cantidades de NH 4HCO3.
Por la parte superior de la columna se retira el CO2 que no ha sido adsorbido además de los gases de combustión. Teniendo en cuenta que el balance global de las reacciones es exotérmico, la columna esta refrigerada a 20-30ºC para así favorecer la precipitación. Esta columna tiene dos entradas de CO 2: una concentrada que proviene de la descomposición del NaHCO3 (que entra por la parte inferior) y otra diluida que proviene de los gases de combustión (que entra por la mitad de la columna). La suspensión obtenida por el fondo pasa por un (8) filtro donde se separa el sólido de la disolución. El sólido pasa a un horno mientras la disolución entra a la columna de recuperación de amoniaco.
iii.
Columna recuperadora de amoniaco Esta columna es una (5) columna de desorción para la recuperación del amoniaco. Con el objetivo de liberar el amoniaco del bicarbonato la columna se calienta dando lugar a la siguiente reacción: NH4HCO3 ↔ NH3 + CO2 + H2O Para desorber el amoniaco que está en forma de cloruro se utiliza una base que en este caso es el Ca (OH)2. Por la parte de debajo de la columna se introduce vapor para de este modo arrastrar el amoniaco liberado. La corriente que sale por la parte superior (agua + amoniaco) se introduce a la columna de saturación. En un principio no hace falta introducir amoniaco dado que este no se consume pero siempre hay pérdidas, por lo que en ese caso se debe introducir amoniaco fres co. Por la parte inferior se obtiene NaCl (que no ha precipitado) y CaCl2 como subproductos.
iv.
Hornos de calcinacion
Horno para la descomposición de NaHCO 3 (6): El NaHCO3 se descompone térmicamente (a 150ºC) para dar carbonato sódico siguiendo la siguiente reacción: 2NaHCO3 ↔ Na2CO3+ CO2 + H2O El CO2 obtenido se introduce a la columna de carbonatación y el carbonato sódico se obtiene como producto.
Horno de descomposición de CaCO 3 (7): El carbonato cálcico se descompone a temperaturas de más de 1000ºC, es por eso que se utilizan los gases de combustión obtenidos a partir de la quema de coque (o gas natural en su defecto) para obtener esta temperatura. Una vez alcanzada esa temperatura en el horno se da la siguiente reacción: CaCO3 → CaO + CO2 + gases de combustión La cantidad de CO2 obtenida (mucho mayor a la obtenida en el proceso anterior) se introduce a la columna de carbonatación.
La cal viva se “apaga” con agua obteniendo Ca (OH)2, el cual se utiliza para la recuperación del amoniaco. Al final las materias primas del proceso Solvay son el NaCl y CaCO 3 y los productos obtenidos Na 2CO3 y CaCl2. Por lo tanto, este proceso se puede definir de forma global de la siguiente manera: NaCl + CaCO3 ↔ Na2CO3+ CaCl2 Se puede decir a modo de estimación que 1.5 tn de NaCl, 1 tn de CaCO3 y 1 kg de NH 3 dan lugar a 1 tn de Na 2CO3.
ESQUEMA 1
FENOL Fenol es el nombre específico del monohidroxibenceno, C 6H5OH, y el nombre genérico de cualquier compuesto que contiene uno o varios hidroxilos (OH) unidos a un anillo aromático. El fenol es un compuesto cristalino blanco, que se funde a 41ºC en un líquido incoloro, que hierve a 182ºC. Tiene un olor característico, ataca la piel humana y es un veneno muy potente. Encuentra su uso principal en la fabricación de resinas fenólicas por combinación con formaldehído. Es importante su uso como intermedio en la fabricación de medicamentos, colorantes, hormonas vegetales, etc.
OBTENCIÓN El fenol se forma en la descomposición de muchos compuestos oxigenados. Se encuentra entre los productos de la descomposición natural de las proteínas y entre los productos de la descomposición térmica de la hulla, la madera y los esquistos bituminosos. Muchos aceites del cracking del petróleo contienen fenol, y en la producción de aceites por hidrogenación del la hulla se forma fenol en cantidad considerable. La descomposición de las cadenas laterales de un fenol sustituido (por ejemplo Cresol, CH3C6H4OH) bajo la influencia del hidrógeno da fenol. La acción de la mayoría de las sustancias oxidantes sobre el benceno puede dirigirse para formar fenol. Algunos hidroperóxidos se descomponen casi cuantitativamente con formación del fenol y un compuesto de carbonilo. La hidrólisis de bencenos sustituidos negativamente, como bencenos halogenados, ácido bencenosulfónicos, etc., forma fenol. La descomposición de compuestos diazoicos es un método muy empleado en los laboratorios para preparar fenoles sustituidos. Se han descrito otras muchas reacciones para la preparación del fenol. La mayoría de las fuentes de fenol anteriormente enumeradas han sido sugeridas como métodos para la producción industrial de fenol, pero hoy casi todo el fenol producido se obtiene por descomposición térmica de sustancias orgánicas más complejas o por hidroxilación del benceno.
1. Obtención de fenol a partir de la hidroxilación del benceno. a) Oxidación directa La oxidación directa del benceno sería el método más sencillo para introducir un grupo hidroxilo en el benceno y formar el fenol. Sin embargo, aunque el benceno puede oxidarse fácilmente, incluso por el aire, el fenol formado se oxida aún más fácilmente que el benceno, y a medida que aumenta la conversión disminuye el rendimiento del fenol.
Por consiguiente, este método no se ha utilizado para la producción industrial. Aquí encontramos dos procedimientos:
Procedimientos en fase líquida: Simons describe la oxidación del benceno líquido por medio de oxígeno a presiones de varios cientos de libras por pulgada cuadrada y temperatura de 230ºC., usando ácido fluorhídrico anhidro y como catalizadores óxido de plata, óxido arsenioso y óxido de hierro.
Procedimientos en fase de vapor: Los procedimientos que utilizan la catálisis heterogénea no parecen prometer mucho. Como catalizadores homogéneos se han sugerido óxidos de nitrógeno, y más recientemente promotores orgánicos, como éteres dialquílicos que contienen por lo menos 6 átomos de carbono. La designación "catalizador" no es apropiada en este caso, ya que la primera reacción del oxígeno parece ser la combinación con los promotores orgánicos para formar sustancias intermedias, que después transmiten el oxígeno al benceno sin ser regeneradas, como debe serlo un verdadero catalizador. El mecanismo podría describirse tal vez mejor como una reacción de copulación.
b) Sulfonación. El clásico proceso de Sulfonación tiene la ventaja sobre los otros métodos de obtención de fenol de que pueden funcionar económicamente en pequeñas instalaciones con capacidades inferiores a las 400 toneladas al año cuando haya mercado para los subproductos, especialmente para el Na2SO3. Los aparatos no son complicados y en su mayoría son adecuados también para realizar otros procesos químicos. El proceso transcurre en 4 etapas:
Sulfonación del benceno a 110-150°C con un exceso de H 2SO4 o sulfúrico fumante. Neutralización del ácido bencenosulfónico y del ácido sulfúrico sobrante con Na2SO3. Reacción de la sal sódica con NaOH fundida a 320-340 °C con formación de fenolato sódico y sulfito sódico. Liberación del fenol por acidulación con el SO 2 resultante del segundo paso, así como SO 2 adicional. El fenol se purifica final mente mediante destilación en tres pasos.
En total, para cada tonelada de fenol, se necesitan los siguientes materiales:
1 tonelada de benceno. 1.75 toneladas de H 2SO4. 1.7 toneladas de NaOH.
Los coproductos obtenidos de estas reacciones son:
1.35 toneladas de Na 2SO3. 2.1 toneladas de Na2SO4 (del H2SO4 en exceso en el paso 1°).
Como podemos observar una desventaja de este proceso es que se producen forzosamente grandes cantidades de sales como coproductos.
La Monsanto Chemical Company usa este procedimiento y consiste en:
Reacción del benceno con ácido sulfúrico Neutralización de la masa de sulfonación para transformarla en bencenosulfonato de sodio y sulfato de sodio Separación de estas dos sustancias Fusión del bencenosulfonato de sodio con sosa cáustica para obtener fenolato de sodio y sulfito de sodio Acidificación del fenolato de sodio para obtener fenol Purificación subsiguiente del fenol por destilación. Se forman como subproductos o-fenilfenol los cuales pueden recuperarse.
La sulfonación del benceno se realiza por un procedimiento continuo con benceno líquido. El producto sulfonado se neutraliza agitando con sulfito de sodio en tanques de acero revestidos de plomo, con revestimiento interior de ladrillos resistentes a los ácidos. La lechada de sulfito de sodio se lleva al tanque de neutralización con una velocidad constante arbitraria, y el paso de la solución de ácido bencenosulfónico se regula para mantener la mezcla de reacción claramente ácida. El anhídrido sulfuroso producido por la reacción se saca por tubos de Haveg y se usa en parte después en la acidificación. El resto se purifica y se recupera en forma de anhídrido sulfuroso líquido. La lechada neutralizada se lleva a otro tanque revestido de plomo y con ladrillos resistentes a los ácidos, donde se insufla vapor para expulsar el anhídrido sulfuroso residual. La neutralización con sulfito de sodio no es completa, y es necesario añadir una pequeña cantidad de sosa cáustica para convertir el bisulfito de sodio en sulfato de sodio. La concentración de la solución de bencenosulfonato de sodio es tal que la mayor parte del sulfato de sodio (procedente del ácido sulfúrico que no ha reaccionado) está en forma de un sólido suspendido. El sulfato de sodio es separado de la solución de bencenosulfonato de sodio en centrífugas continuas. El sulfato de sodio se lava después y se seca en un horno. La solución de bencenosulfonato de sodio con sosa se concentra en evaporadores ordinarios de fondo cónico, usando calentadores externos. Se precipita algún sulfato de sodio y se separa en un separador cónico. La solución concentrada de bencensulfonato de sodio rebosa del separador cónico para ir al lugar de su almacenamiento. La fusión del bencenosulfonato de sodio con sosa cáustica se efectúa en calderas de hierro colado con agitadores que se mueven muy cerca del fondo y de los costados de la caldera. Cada calder a de fusión es calentada
directamente por medio de quemadores de gas natural o petróleo. La sosa cáustica en forma de solución al 70% penetra en la caldera de fusión por tubos de níquel. La solución se evapora sin agitarla hasta casi la sequedad. Entonces se empieza la agitación, y la solución de bencenosulfonato de sodio se introduce con velocidad apropiada para mantener la masa en estado fundido. La mayor parte de la reacción se produce a medida que entra la solución, pero es necesario un período de caldeo después que se ha añadido toda la solución para que se complete la reacción. Terminada la fusión, se saca el material por una boquilla lateral de la caldera y la masa fundida se enfría en un tanque de acero agitado que contiene una solución diluida de fenolato de sodio. Esta solución procede de los lavados de sulfito de sodio filtrados de la lechada de fusión anteriormente enfriada. No es necesario enfriar ni calentar, y el vapor producido sale por la chimenea, que está equipada con separadores para recoger el material arrastrado y devolverlo al enfriador. La lechada resultante de sulfito de sodio en una solución de fenolato de sodio es separada en centrífugas automáticas intermitentes. El sólido separado es esta centrifugación es sulfito de sodio y se usa en el paso anterior de neutralización. La solución de fenolato de sodio contieneºº una pequeña cantidad de hidróxido sódico libre y se hace pasar por torres de absorción rellenas con anillos de acero, en las cuales absorbe una pequeña cantidad de fenol. Este fenol es el separado de la lechada de sulfito, que es un subproducto de la acidificación final. Después de este paso de absorción, el fenolato de sodio se acidifica en tanques de acero con agitación; el agente acidificador es anhídrido sulfuroso procedente de la neutralización. Los tanques donde se realiza la acidificación se mantienen casi llenos de material acidificado. Una parte de la solución es bombeada a una torre vertical, en la cual se pone en contacto con anhídrido sulfuroso y lo absorbe. La solución procedente de la torre neutraliza la solución fresca de fenolato que entra en el tanque, haciéndola formar dos fases: fenol impuro y lechada de sulfito de sodio. Esta mezcla es bombeada a tanques verticales de fondo cónico, que actúan como separadores por gravedad. La lechada de sulfito de sodio que sale por el fondo del separador es privada de la pequeña cantidad de fenol que contiene y después se envía a evaporadores para su concetración, seguida de centrifugación. El sulfito sólido se seca y se empaca para su venta. El fenol crudo que sale por la parte superior del separador se lleva al sistema de refinación. El sistema para refinar el fenol consiste en una serie de columnas de destilación. En la primera columna, se separa la mayor parte del agua del fenol crudo. El condensado, que contiene 10-15% de fenol, es devuelto al tanque de acidificación. El resto del agua se elimina en la segunda
columna, desde la cual el condensado, que contiene 70-75% de fenol, es devuelto a la primera columna. El fenol completamente deshidratado para entonces a la tercera columna; el condensado de ésta es fenol U.S.P. Los productos que salen por la parte inferior de esta tercera columna van a un tanque de residuos, en el cual se recupera una pequeña cantidad de fenol, que se devuelve al tanque de alimentación. De los productos del fondo se recupera también o-fenilfenol. El residuo se convierte en una lechada con solución de sosa cáustica al 25% y se tira.
c) Cloración. La segunda vía para obtener fenol transcurre a través del monoclorobenceno como producto intermedio, que se puede obtener a partir del benceno de dos formas diferentes. En la cloración del benceno clásica, como hacen, por ejemplo, Down y Bayer, se trabaja en fase líquida a 25-50°C y con FeCl 3 como catalizador. Como subproducto se forma un 5% de benceno mas clorado. En el proceso Raschig-Hooker, más económico, se obtiene el clorobenceno por oxicloración de benceno con mezclas de HCl y aire a presión normal y a unos 240 °C. Como catalizador se emplea CuCl2FeCl3/Al2O3. La conversión de benceno se limita aproximadamente al 10-15%, con el fin de controlar el desprendimiento de calor sobre el catalizador en lecho estatico y contener a la vez la formación de diclorobencenos. El HCl se transforma lo más completamente posible. En la oxicloración la proporción de diclorobencenos es de 6-10%, algo mayor que en la cloración clásica.
En la transformación del clorobenceno a fenol se diferencian también los procesos clásicos del proceso Raschig-Hooker. En los primeros, la hidrólisis del clorobenceno se realiza con lejía caústica (NaOH) al 1015% o sobre disolución de carbonato sódico a 360-390 °C y a una presión de 280-300 bar. Como subproductos resultan difenileter y orto y para hidroxibifenilo. Para la liberación del fenol de su sal sódica se utiliza el HCl de la cloración de benceno. En el proceso de Raschig-Hooker la hidrólisis tiene lugar catalíticamente sobre Ca3(PO4)2/SiO2 con agua a 400-450°C. El catalizador, a causa de la
deposición de carbón, se tiene que regenerar con frecuencia. La conversión es del 10 al 15%. La selectividad total en los dos pasos alcanza del 70 al 85%. Considerando la ecuación neta del proceso Dow y Bayer:
Así como la del proceso Rashig-Hooker, en el cual el HCl que resulta de la hidrólisis del clorobenceno puede utilizarse de nuevo en la oxicloración del benceno, cabe esperar una mayor ventaja económica de este último:
Por cada tonelada de fenol se consumen solamente unas 0.02 toneladas de HCl. Sin embargo, por las condiciones en las que se verifica la hidrólisis y la oxicloracion, el poder corrosivo del HCl exige instalaciones resistentes a tal reactivo, lo que hace necesario altos cosos de inversión. Además, a causa de la vaporización del HCl diluido, el proceso Raschig-Hooker consume grandes cantidades de energía.
La casa Dow no ha descrito el proceso; pero, basándose en las patentes y en otra información, se cree que el proceso puede dividirse en: En la electrólisis, se prepara una salmuera, se purifica y se convierte en solución de hidróxido sódico y cloro. La solución de hidróxido de sodio se priva de sal en el mayor grado posible y después se ajusta hasta una concentración aproximada de 10%. El cloro se seca y se utiliza en la cloración.
La cloración del benceno se efectúa en fase líquida en condiciones casi anhidras. La mezcla de reacción se priva del ácido clorhídrico y se separa por destilación fraccionada en benceno que no ha reaccionado, monoclorobenceno y diclorobenceno.
En la hidrólisis, se mezcla 1 mol de monoclorobenceno con 2-2.5 moles de una solución de hidróxido de sodio al 10-15%, aproximadamente 0.1 moles de éter difenílico y pequeñas cantidades de agentes protectores (por lo general aminas), emulsificadores como hidroxidifenilo (fenilfenol) y catalizadores como sales de cobre. La mezcla forma dos fases líquidas, y se obtiene el contacto íntimo heterogéneo haciendo pasar la mezcla por las bombas o por turbulencia en el sistema de reactores, o en un tanque mezclador especial. La mezcla
se comprime a unos 280 Kg/cm2 , se calienta a 260ºC. por cambio de calor con la mezcla que ha reaccionado y se introduce forzada en el reactor. El reactor es una autoclave tubular de acero especial. Está construida para satisfacer los requisitos siguientes: la mezcla que pasa por ella tiene que resistir la presión interna, y su longitud tiene que ser suficiente para que la reacción se haya completado en el tiempo necesario para que la mezcla pase por la autoclave. Podría usarse un tubo de 25 mm de diámetro interior, 13 mm de espesor y una longitud aproximada de 1 500 m, enrollado en forma de serpentín de 60 cm de diámetro. Este reactor se mantiene a unos 370ºC. por medio de gases de combustión o de líquidos para la transmisión del calor, como el Dowtherm A. Después de pasar por el reactor tubular y el cambiador de calor, la mezcla de productos que consiste en éter difenílico y una solución acuosa de fenolato de sodio, cloruro de sodio y algún exceso de hidróxido de sodio, se enfría y se quita la presión. La capa orgánica es separada y se devuelve al ciclo. La capa acuosa es acidificada con ácido clorhídrico (formado en la cloración del benceno), y la capa de fenol se decanta, se seca y se purifica por destilación. La capa acuosa, solución de cloruro de sodio en agua, se priva de fenol por destilación azeotrópica, se purifica y se devuelve a las células electrolíticas.
El método de Rashig-Hooker que se describe para producir 18 000 Kg de fenol por día es: Cloración. Se introducen de modo continuo 3 600 Kg/hora de ácido clorhídrico al 15% recuperado y 180 Kg/hora de ácido nuevo de 33% en cuatro evaporadores para ácido de acero con revestimiento de ladrillos, equipado cada uno de ellos con ocho calentadores por vapor de agua, de tantalio, del tipo de bayoneta. Los vapores se mezclan con 18 900 Kg/hora de vapor de benceno, procedentes del destilador, donde se separan el benceno y el fenol, y se calientan por medio de gases de combustión de baja temperatura a 290ºC. , y con 84.3 m3 por minuto de aire calentado a 150ºC. La mezcla se lleva por tuberías de acero a cuatro convertidores, que contienen el catalizador. Al pasar por el catalizador, se utiliza 98%, aproximadamente, del ácido clorhídrico para la cloración del benceno; 10% del benceno clorado, formando monoclorobenceno con un rendimiento superior a 90% y el resto forma principalmente diclorobenceno y pequeñas cantidades de óxidos de carbono. La mezcla de la reacción pasa al condensador parcial, una columna revestida de ladrillos y rellena con anillos Rasching. La columna tiene aproximadamente 3 m de diámetro y 13.5 m de altura y se riega con agua y benceno desde la parte superior. Los productos de la reacción y la
pequeña cantidad de ácido que no ha reaccionado salen de la torre por el fondo, mientras que los gases y la mayor parte de los vapores de benceno, en mezcla azeotrópica con vapor de agua, salen de la torre por la parte superior. Pasan luego a seis condensadores de cobre, del tipo de casco y tubos, donde se condensa la mayor parte del benceno al tanque de almacenamiento. Los gases, después de pasar por un ventilador, que mantiene todo el equipo precedente a presión inferior a la atmosférica, pasan a una torre lavadora, donde es recuperado el benceno que queda en los gases después de enfriarlos por un lavado con aceite pajizo , que se envía después a una unidad de destilación. Los productos de la reacción que salen por el fondo del condensador parcial se separan en una capa acuosa débilmente ácida, que se usa después, y una capa de clorobenceno impuro. Este se lava con agua alcalina, para absorber los vestigios de ácido. Se separa por destilación fraccionada en dos columnas: en benceno puro, que vuelve al sistema; clorobenceno puro, que se envía al tanque de almacenamiento para usarlo en la hidrólisis y diclorobenceno impuro, que se guarda para venderlo.
Hidrólisis. En el paso de hidrólisis, se hace circular continuamente una mezcla de vapor de clorobenceno y vapor de agua por un ventilador , cambiadores de calor , precalentadores , cámaras con catalizadores , cambiadores de calor , una columna para recuperar ácido y un lavador de fenol , para volver al ventilador. El ventilador es una máquina centrífuga de un metro de diámetro movida a 3 800 r.p.m. por una turbina de contrapresión de 200 hp., que descarga a 1 055 g/cm2 el vapor que se ha de usar para evaporar el benceno. Después del ventilador, el sistema se divide en cuatro ramas, formada cada una por dos cambiadores de calor en serie, un precalentador de petróleo , y una cámara de reacción (convertidor). En cualquier momento dado, funcionan tres de dichas ramas, mientras que la cuarta está siendo regenerada. Los cambiadores de calor son del tipo de casco y tubos, que tienen tubos de 38 mm de diámetro por 6.60 m de largo. El precalentador consiste en grupos de tubos de una aleación de cromo, con los vapores del proceso circulando por dentro y gases de combustión de un quemador de petróleo por fuera. Las cámaras de reacción contienen capas de un catalizador granulado de una altura de 90 cm. Los vapores salen del ventilador a unos 100ºC. El paso por los intercambiadores de calor eleva la temperatura hasta unos 320ºC., y después de pasar por el precalentador se calientan hasta la temperatura de reacción, aproximadamente 420º C. El paso por la cámara de reacción da como resultado la hidrólisis aproximada de 10% del clorobenceno, convirtiéndose más de 90% de éste fenol, y el resto principalmente en benceno. La mezcla de la reacción pasa a los cambiadores de calor y entra en una columna de acero con revestimiento de ladrillos, de un diámetro aproximado de 3 m
y altura de 13.5 m, en la cual son extraídos el ácido y una parte del fenol con clorobenceno purificado y capa acuosa procedente de. El calor que contiene el vapor que entra en es suficiente para vaporizar más clorobenceno del que es necesario para reemplazar la parte hidrolizada. Los vapores que salen por la parte superior de esta columna pasan a una pequeña columna regada con sosa cáustica, en la cual son neutralizados los vestigios de ácido, y luego entran en una columna de acero de 3 m de diámetro y 13.5 m de altura, donde el fenol es lavado con agua. La cantidad en exceso de clorobenceno , evaporado en la columna del lavado con ácido, se saca, para condensarlo y volverlos al sistema, mientras que la mayor parte del vapor, que ahora se compone solamente de clorobenceno y agua, vuelve al ventilador para empezar a circular de nuevo. El producto que sale de la columna de recuperación de ácido, que consiste en ácido clorhídrico de 15% y fenol impuro, se lava en tres columnas con benceno, y después se devuelve a los vapores. El producto que sale de la torre del lavado del fenol, consiste en una solución débil de fenol en agua, y se lava también con benceno. El benceno con fenol extraído de y se introduce en una columna fraccionadora, que separa la mezcla en vapores de benceno, que se llevan a cloración, y fenol impuro que contiene aproximadamente 1% de alquitrán y algunas unidades por ciento de clorobenceno. El fenol impuro se purifica en dos destiladores continuos de vacío. El rendimiento total del procedimiento regenerativo es aproximadamente 1 Kg de fenol y 0.1 Kg de diclorobenceno por kilogramo de benceno. Por este procedimiento se obtienen 6 800 000 Kg de fenol por año.
2. Obtención del fenol a partir del tolueno El proceso Dow para fenol y el de California Research transcurren en dos paso. Primeramente, se oxida el tolueno a ácido benzoico, que luego se descarboxila por oxidación a fenol. El ácido benzoico se puede obtener de varias formas a partir del tolueno. As{i, por ejemplo, Dow oxida el tolueno en fase liquida con aire a 110-120 °C y 2-3 bar en presencia de sales de Co. La selectividad en ácido benzoico alcaza un 90%. Es el segundo paso de la obtención de fenol, el ácido benzoico purificado se descarboxila a fenol, fundido o en presencia de un disolvente de ebullición alta a 220-250 °C, haciendo pasar una corriente de vapor de agua mez clado con aire en presencia de sales de cobre y otros promotores. La selectividad total llega al 7080% (tolueno).
La forma de actuación catalítica de los iones Cu (II) consiste en la formación intermedia de benzoato cúprico, que por disociación térmica produce CO 2, cobre metálico y benzoato de fenilo. El ester se hidroliza a fenol y ácido benzoico y el cobre metálico se reoxida con el aire.
3. Obtención de fenol a partir de la dehidrogenación de una mezcla de ciclohexanona y ciclohexanol En el proceso se utiliza la mezcla resultante de la oxidación de ciclohexano, formada por ciclohexanona y ciclohexanol, para obtener fenol por dehidrogenacion a 400 °C. Como catalizadores de dehidrogenacion se emplean metales nobles, como, por ejemplo, Pt/ carbón o Ni-Co. Puesto que el fenol c on la ciclohexanona forma una mezcla azeotrópica, es necesaria una destilación extractiva para la elaboración del producto de reacción. Por eso hay que alcanzar una conversión del orden del 80%.
4. Obtención de fenol a partir de cumeno. El proceso de cumeno, es decir, la disociación catalizada por protones del hidroperóxido de cumilo en fenol y acetona. El fundamento de la producción conjunta de fenol y acetona, según el proceso Hock, es la oxidación de cumeno a hidroperóxido de cumilo y subsiguiente disociación en medio acido a fenol y acetona: En la explotación industrial, el cumeno obtenido por isopropilacion de benceno se oxida en emulsion acuosa, que contiene Na 2CO3 a pH 8,5 hasta 10,5 a 90-130 °C y 5-10 bar con aire, según el proceso BP y Hércules, o bien sin diluir, en fase homogénea, según un proceso modificado de Hercules, a 120 °C, a hidroxiperoxido de cumilo. Como catalizadores pueden emplearse sales de Cu, Mn o Co. Con ellos se puede superar, en efecto, el periodo de inducción para el desencadenamiento de la reacción, pero también pueden llevar a un menor contenido de hidroperóxido por provocar la reoxidación del mismo con desprendimiento de CO 2. La oxidación se interrumpe cuando se llega a un contenido de hidroperóxido del 35-40% para evitar la formación de subproductos, como dimetilfenilcarbinol y acetofenona en proporción notable. El producto de oxidación se concentra hasta un 65-90% en columnas de vacío para disociarlo en acetona y fenol.
La disocioación se puede realizar bien sea en disolución homogénea con 0,1-2% de ácido súlfurico a 60-65°C, según el método de BP y Hércules en acetona, o con fenol como disolvente, según Rhone-Poulenc. También se puede hacer en proceso heterogéneo, es decir, en dos fases de Phenolchemie con H2SO4 del 40% a unos 50°C. En la fuertemente reacción de disociación se forman numerosos subproductos, como, por ejemplo, alfa-metilestireno, óxido de mesitilo y componentes de ebullición alta, como alfa-cumilfenol. La selectividad con respecto a fenol y acetona es de un 91% (cumeno).
No se dispone de ninguna descripción completa de este procedimiento, pero se cree que funciona esencialmente como sigue: Se extrae propileno de gases de cracking, se purifica y se trata con benceno en fase líquida sobre ácido sulfúrico como catalizador. La mezcla de reacción es neutralizada y separada por destilación en benceno que no ha reaccionado, cumeno y un residuo que comprende principalmente benceno dipropilado y con más propilos. Este residuo es devuelto a la mezcla de reacción, donde los derivados reaccionan como agentes propilantes. Las fracción del cumeno, unida al cumeno procedente de pasos posteriores en el proceso, es puesta en contacto con aire a 60-80ºC., hasta que aproximadamente 0.33 a 0.50 de ella es convertida en hidroperóxido de cumeno. La mezcla de cumeno e hidroperóxido de cumeno se lleva a un baño de ácido sulfúrico o fosfórico. El baño se mantiene a temperatura suficiente para producir la descomposición. Del ácido se separan por destilación cumeno, fenol y acetona. El aislamiento y la purificación del fenol siguen el procedimiento normal. El cumeno tiene que someterse a un procedimiento algo complicado de purificación para privarle de los vestigios de fenol y de otros subproductos, como metilestireno y acetofenona, que estorban la hidroperóxidación del cumeno recuperado.
SULFATO DE ALUMINIO Es una sal sólida y de color blanco de fórmula Al2 (SO4) 3 que por sus propiedades físico-químicas es utilizada principalmente como agente coagulante y floculante primario en el tratamiento de aguas de consumo humano y aguas residuales. Se caracteriza por agrupar los sólidos suspendidos en el agua y acelerar la sedimentación, contribuyendo a la disminución de la carga bacteriana, así como la remoción del color y sabor.
APLICACIONES Principales aplicaciones
Sulfato de aluminio en la industria de la pulpa y Papel. Ajuste de pH, encolado (brea o cera) y ajuste de retención (fino, carga, pigmentos, etc.) además de servir en el tratamiento de sus efluentes. Sulfato de aluminio para el Tratamiento de aguas residuales. El sulfato de aluminio es un producto económico y efectivo en la eliminación del fósforo en las plantas de tratamiento de agua residual, tanto para el uso de humano e industrial y clarifica el agua al precipitar los sólidos suspendidos. Sulfato de aluminio para el Tratamiento de agua potable. El sulfato de aluminio permite clarificar el agua potable ya que es un coagulante y por ello sedimenta los sólidos en suspensión, los cuales por su tamaño requerirán un tiempo muy largo para sedimentar. Sulfato de aluminio en la Manufactura química. Se emplea en producción de otras sales de aluminio. Sulfato de aluminio en la industria de jabones y grasas. Se emplea en la producción de jabones de aluminio y grasas para usos industriales. Sulfato de aluminio en la industria del Petróleo.- Manufactura de catalizadores sintéticos. Sulfato de aluminio en la industria de Farmacéutica.- Como astringente en la preparación de drogas y cosméticos. Agente fijador de colorantes en textiles. Fabricación de colorantes como el carmín. Industria del azúcar: Como purificador de melaza de caña de azúcar. Otros usos: Como coagulante en la manufactura de caucho sintético de butadieno estireno. Para la fabricación de sales dobles, sulfatos de amonio y aluminio y potasio y aluminio, conocidos como alumbre. Para la purificación de la glicerina. Como retardante del fuego.
OBTENCIÓN Obtención de sulfato de aluminio liquido a partir de un mineral aluminico El sulfato de aluminio se obtiene al reaccionar un mineral alumínico (caolín, bauxita, hidrato de aluminio) con ácido sulfúrico a temperaturas elevadas; las
reacciones que se llevan a cabo en dependencia del mineral de aluminio utilizado son las siguientes:
Al2O3 + 3H2SO4
PROCESO
DE
Al2 (SO4) 3
ELABORACION
PASO
+
3H2O
A
PASO:
Molienda de bauxita. Es la primera etapa del proceso y se trata de moler la bauxita, por medio de un molino de bolas y así obtener lodos de bauxita aptos para la reacción. Reacción. Una vez se tenga listo el lodo de bauxita, este se mezcla con el ácido sulfúrico y agua para reaccionarlos y obtener después de 4 horas aproximadamente el batch de sulfato de aluminio. Molienda de pasta. Una vez se tenga la reacción finalizada, la pasta cristalizada se pasa por un molino de martillos, para reducir el tamaño de partícula y clasificarlo, para que finalmente se empaque y se almacene. Disolución. Para el caso del sulfato de aluminio líquido, una vez terminada la reacción, el batch se descarga a un decantador donde se diluye con agua hasta obtener un líquido a una densidad establecida. Filtración. Una vez se tiene dispuesto el decantador, se pasa a filtración para separar el material insoluble o impurezas.
Una vez que se obtiene el sulfato de aluminio, éste se tiene en dos presentaciones: sólido y líquido, con 2 especificaciones, estándar y libre de fierro. En la tabla A se presentan las especificaciones típicas de los productos.
TABLA A SULFATO DE ALUMINIO SÓLIDO
SULFATO DE ALUMINIO LÍQUIDO
Propiedades
Estándar Libre Fe
Propiedades Estándar
Al2O3 %
16.8 mínimo 16.8 mínimo
Al2O3 %
7.4 - 7.7
7.4 - 7.7
Apariencia
Polvo crema Polvo blanco
Apariencia
Liquido ambar
líquido blanco
Fe2O3 %
0.75 máximo
Basicidad % 0.34 Mín.
0.34 Mín.
Fe2O3 %
0.01 máximo
0.01 máximo
Insolubles % 1.0 máximo 1.0
1.0 máximo
Libre Fe
máximo
Malla Tyler
+
Malla Tyler
+
40 máximo 1010.0 máximo
0 máximo
Densidad °Be 33.0 - 34.0
33.0 - 34.0
10.0 máximo
Densidad g/ml
1.29 - 1.32
1.29 - 1.32
