Dioxido de cloro (2) - Nota: 21 PDF

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Universidad Mayor, Real y Pontificia de San Francisco Xavier de Chuquisaca Facultad de tecnología

Trabajo de investigación LAB QMC-206

Obtención del Dióxido de cloro Ingeniero de la materia: ING. Carlos Loza U. Grupo N°2 Estudiantes: Chumacero Bernal Luis Fernando (QMC) Cruz Huanca Ana Rosa (QMC) Mamani Gonzales Mayra Dayana (QMC) Martínez Rodríguez Roxana (QMC) Rivera Quiroga Nelzon Armando (QMC) Torrejón Coral Williams (QMC) Villena Alejandro Deybid (QMC)

Sucre-Bolivia 2020

CITACIONES INICIALES En este documento se describen las propiedades y características del dióxido de cloro con respecto a su eficacia, pH, subproductos y técnicas analíticas. Se describen los métodos y parámetros para la generación del dióxido de cloro y se analiza su utilidad en las industrias, en la salud y otros. También veremos información de seguridad y los peligros toxicológicos. Este Resumen de Salud Pública es el capítulo sumario de la Reseña Toxicológica para el dióxido de cloro y el clorito. El mismo forma parte de una serie de Resúmenes de Reseñas Toxicológicas relacionados a sustancias peligrosas y sus efectos sobre la salud. Una versión más breve, ToxFAQs™, también está disponible. Esta información es importante para usted debido a que esta sustancia podría causar efectos nocivos a su salud. Los efectos a la salud de la exposición a cualquier sustancia peligrosa van a depender de la dosis, la duración, la manera de exposición, las características y los hábitos personales, y si están presentes otras sustancias químicas. Si desea información adicional, puede comunicarse con el Centro de Información de la ATSDR al 1-800-232-4636 . En esta investigación se pudo apreciar la elaboración del dióxido de cloro en el laboratorio de la Universidad Tomas Frias en el ciudad de Potosí

INDICE

1. ¿QUE ES EL DIOXIDO DE CLORO? 2. PROPIEDADES DEL DIOXIDO DE CLORO. 3. METODOS DE OBTENCION 3.1.

Preparación en laboratorio.

3.2.

Producción industrial a pequeña y mediana escala.

3.3.

Producción industrial a gran escala.

3.4.

Reductor de cloruro.

3.5.

Reductor de dióxido de azufre.

3.6.

Procesos reductores orgánicos.

3.7. Reducción electroquímica y procesos catalíticos 3.8.

Otros métodos de producción

4. USOS Y BENEFICIOS.

5. DIOXIDO DE CLORO FRENTE AL COVID -19 6. CONCLUSIONES 7. REFERENCIAS 8. ANEXOS

1. ¿QUE ES EL DIOXIDO DE CLORO? El dióxido de cloro es una solución al 28% de clorito de sodio en agua destilada. Se usa como blanqueador y para descontaminar superficies industriales, ya que se asemeja a la lejía o el cloro. El dióxido de cloro es un gas amarillo a amarillo rojizo que puede descomponerse rápidamente en el aire. Debido a que es un gas peligroso, el dióxido de cloro siempre se produce en el lugar donde se usa. El dióxido de cloro se usa como blanqueador en fábricas de pulpa, que fabrican papel y productos de papel, y en instalaciones públicas de tratamiento de agua, para que el agua sea segura para beber. El dióxido de cloro es soluble en agua y reaccionará rápidamente con otros compuestos. Cuando reacciona en el agua, el dióxido de cloro formará iones de clorito, que también es un compuesto muy reactivo. Debido a que el dióxido de cloro es un químico muy reactivo, es capaz de matar bacterias y microorganismos en el agua. Alrededor del 5% de las grandes instalaciones de tratamiento de agua (que atienden a más de 100,000 personas). En todos los procesos, el dióxido de cloro se produce en soluciones ácidas fuertes a partir de clorito de sodio o clorato de sodio. La producción industrial de dióxido de cloro a pequeña y mediana escala utiliza clorito de sodio como materia prima.

Otras aplicaciones que no

requieren aguas de alta pureza utilizan clorato de sodio. Esto es típico del blanqueo de pulpa donde se necesitan grandes cantidades de dióxido de cloro. Hay varios procesos utilizados para generar dióxido de cloro a partir de clorato de sodio. En el proceso R2, el dióxido de cloro se produce a partir de clorato de sodio y ácido sulfúrico, con cloruro de sodio como agente reductor. El dióxido de cloro se absorbe de la fase gaseosa en torres empacadas en agua fría, y el cloro sale del sistema como un subproducto. En el proceso de Mathieson, una mezcla de dióxido de azufre y aire se difunde en una solución de clorato de sodio y ácido sulfúrico. El dióxido de azufre se usa como reductor para producir dióxido de cloro con un contenido de cloro mucho más bajo. El proceso también produce ácido sulfúrico, lo que reduce el requerimiento general de ácido. Los gases de salida del proceso de Mathieson se pasan a través de un depurador para eliminar el dióxido de azufre sin reaccionar. El proceso Solvay utiliza clorato de sodio y ácido sulfúrico, con metanol como agente reductor. Los productos de este proceso son dióxido de

cloro, ácido fórmico y dióxido de carbono. En los procesos mejorados de Solvay, la demanda de ácido sulfúrico se reduce cristalizando los subproductos sulfato de sodio, sesquisulfato de sodio o bisulfato de sodio (Kaczur y Cawlfield 1993; Vogt et al. 1986). 2. PROPIEDADES DEL DIOXIDO DE CLORO. El ClO2 presenta las siguientes propiedades: Su potencial bactericida es relativamente independiente del pH entre 4 y 10. Es mejor que el cloro para el tratamiento de esporas. Requiere poco tiempo de contacto. Tiene buena solubilidad. No hay corrosión en altas concentraciones, lo que reduce los costos de mantenimiento. No reacciona con amoníaco o sales de amonio. Mejora la coagulación. Remueve hierro y manganeso mejor que el cloro. Las propiedades residuales del dióxido de cloro son limitadas, por tal motivo, suele emplearse el cloro como desinfectante secundario para asegurar protección adicional en el sistema de distribución.

3. METODOS DE OBTENCION. 3.1.

Preparación de laboratorio.

El dióxido de cloro puro se prepara fácilmente en pequeñas cantidades mediante la adición de ácido sulfúrico diluido en una solución de clorito de sodio. una corriente purificada de aire o nitrógeno que pasa a través de una solución de yoduro de potasio o una solución de cromo (II) se usa para rociar el gas ClO 2 generado a través de un depurador que contiene una solución de clorito de sodio para la eliminación de cualquier contaminante de cloro. El gas se puede usar directamente o absorber en agua desionizada de alta pureza. Un método de generación alternativo implica pasar una mezcla de 4-6% en volumen de gas de cloro diluido en nitrógeno a través de una columna seca y ácida de clorito de sodio 43.44. La preparación y solución de dióxido de cloro debe hacerse en ausencia de luz ultravioleta o fuerte visible. Las soluciones deben mantenerse frías para minimizar las pérdidas de vapor de la solución. El dióxido de cloro impregna fácilmente muchos polímeros, incluidos los fluoro polímeros.

8NaClO2 + 4H2SO4 → 4ClO2 + 2HClO3 + 4NaSO42 + 2H2O + 2HCl

3.2.

Producción industrial a pequeña y mediana escala.

El clorito de sodio es la materia prima preferida para la producción de dióxido de cloro en cantidades inferiores a aproximadamente 2000 kg / día. Esto es típico para aplicaciones de tratamiento de agua y desinfección. Otras aplicaciones que no requieren alta pureza, es decir, sin cloro, el dióxido de cloro puede usar métodos de generación química que reaccionan con clorato de sodio y ácido clorhídrico, ácido sulfúrico y mezclas que contienen cloruro de sodio. Se pueden lograr altas conversiones de clorato mediante la adición de grandes excesos de ácido y un agente reductor (45). Algunos de estos procesos evitan la separación del dióxido de cloro de la solución generadora altamente ácida al mantener una presión suficiente. 3.3.

Producción industrial a gran escala.

Se usan grandes cantidades de dióxido de cloro en el blanqueo de la pulpa y se usan cantidades más pequeñas para la fabricación de clorito de sodio. En estas aplicaciones, el clorato de sodio es la única materia prima disponible comercialmente. La producción de dióxido de cloro a partir de clorato de sodio se logra mediante la reducción del ion clorato y la presencia de ácido fuerte. La reacción consume ácido, por lo que se deben agregar constantemente ácido y agentes reductores para mantener la reacción.

Clorato + ácido + agente reductor → dióxido de cloro + subproductos

Generación de ClO2 vía cloro La generación de las disoluciones acuosas de C1O2, vía cloro, tienen lugar mezclando en una columna de reacción agua clorada, con una concentración en cloro entre 1 y 3 gr/l. y una disolución de clorito sódico al 25 %, bastando un tiempo de contacto de dos minutos. En la figura siguiente se muestran dos esquemas de generación de dióxido de cloro «vía agua clo rada

Las reacciones de formación de dióxido de cloro, se pueden resumir en: 2ClO2Na + Cl2

= 2ClO2 +2ClNa (I)

O bien teniendo en cuenta la hidrolización del cloro: 2 ClO2Na +ClOH + ClH

= 2ClO2 + 2ClNa + H2O

Con concentraciones muy bajas de cloro, no llega a alcanzarse la reacción estequiometria, quedando clorito libre sin reaccionar, el cual , aunque presenta una débil acción bactericida, previene el desarrollo de microorganismos en los sistemas y redes de distribución: Algunos autores le atribuyen algunas propiedades tóxicas . Para obtener un rendimiento, en la transformación de clorito a dióxido de cloro, superior al 95 %, es necesario un exceso de cloro 3.4.

Reductor de cloruro.

Los procesos anteriores a 1945 usaban ácido clorhídrico como ácido y como agente reductor. El ácido clorhídrico se oxida a cloro gaseoso y el clorato se reduce a dióxido de cloro. La estequiometría general produce una relación molar 2:1 de dióxido de cloro a cloro. El cloruro de sodio es un subproducto. 2 NaCl O3 +4 HCl→ 2Cl O2+C l2 +2 NaCl +2 H 2 O Esta reacción no se lleva a cabo a menos que haya un gran exceso de HCl; así, el consumo de HCl es sustancialmente mayor de lo que implicaría la estequiometría. El ácido sulfúrico es una fuente alternativa económica de ácido y muchos generadores comerciales sustituyen el ácido sulfúrico concentrado por HCl. Además, el ion cloruro requerido como el reductor ya está presente o agregado como NaCl en la solución de clorato o cristal obtenido del fabricante del clorato. Este proceso, popular en las décadas de 1960 y 1970, produce cantidades sustanciales de efluente líquido que contienen 20-35% de ácido sulfúrico, 20-25% de sulfato de sodio y pequeñas cantidades de cloruro de sodio y clorato sin reaccionar que deben neutralizarse con álcali.

Un proceso integrado para producir dióxido de cloro que puede consumir cloro (46) implica el uso de ácido clorhídrico como reductor. El licor gastado del generador de dióxido de cloro se usa como alimento para la producción de clorato, y el gas de hidrógeno de la producción de clorato se quema con cloro para producir ácido clorhídrico. La principal desventaja en los procesos integrados basados en ácido clorhídrico es que el gas de dióxido de cloro contiene 1/2 moles de cloro por cada mol de dióxido de cloro producido. Se logra una purificación parcial por absorción en agua fría en la que la solubilidad del cloro es menor que el dióxido de cloro; sin embargo, este producto todavía contiene 10-15% de cloro sobre la base de cloro total y dióxido de cloro. 3.5.

Reductor de dióxido de azufre.

El proceso Mathieson utiliza dióxido de azufre, clorato de sodio y ácido sulfúrico para producir dióxido de cloro gaseoso con un contenido de cloro mucho más bajo. El reductor de gas de dióxido de azufre se oxida para producir ácido sulfúrico, lo que reduce el requerimiento de ácido total del proceso. El aire se usa para diluir el dióxido de cloro producido por este proceso. Los gases de salida fluyen a través de un depurador al que se agrega clorato para eliminar el dióxido de azufre sin reaccionar. El licor gastado, que contiene algo de clorato sin reaccionar, ácido sulfúrico y sulfato de sodio, se desborda continuamente de este proceso. Pequeñas cantidades de cloro, que representan del 1 al 5% del dióxido de cloro, están presentes en el producto de gas de dióxido de cloro del proceso de Mathieson. La pureza del gas de dióxido de cloro se puede aumentar a expensas de un mayor contenido de clorato en el licor gastado si no se usa NaCl en el reactor y hay una pequeña cantidad de gas de dióxido de azufre en la corriente de gas del producto de dióxido de cloro del generador. Se han comercializado varias mejoras en los procesos de reducción de dióxido de azufre, incluidos el Proceso Internacional del Papel Canadiense (1946) y los procesos Kesting, Persson y Holst. KemaNord AB (47) desarrolló y patentó una variación que combina los procesos reductores de dióxido de azufre y cloruro.

2 NaClO3 + SO2 + H2SO4 → 2 ClO2 + 2 NaHSO4

3.6.

Procesos reductores orgánicos.

Se puede usar una amplia gama de compuestos orgánicos como agentes reductores en la producción de dióxido de cloro a partir de clorato de sodio. Se ha informado que los ácidos carboxílicos, los alcoholes y los carbohidratos son agentes reductores, pero el metanol es el único reductor orgánico utilizado en generadores comerciales. El metanol, utilizado por primera vez en el proceso Solvay, se emplea en procesos autorizados por Albright y Wilson Americas y Eka Nobel. Estos procesos usan ácido sulfúrico como fuente de ácido y producen dióxido de cloro que contiene bajos niveles de cloro. + ¿ → HCOOH +4 Cl O 2 + 3 H 2 O −¿+4 H ¿ CH 3 OH +4 ClO¿3 En los procesos reductores de metanol mejorados, la demanda de ácido sulfúrico cristaliza el subproducto sulfato de sodio, sesquisulfato de sodio o bisulfato de sodio. La sal de sulfato de sodio particular que se forma depende de la temperatura de funcionamiento y la acidez del generador. Los generadores más populares utilizan un único recipiente que funciona como generador y cristalizador que funciona bajo vacío. La operación de vacío permite que el agua se evapore de la solución del generador para mantener las concentraciones en estado estable en el licor del generador y diluir el gas de dióxido de cloro. La descomposición del dióxido de cloro en el sistema generador es menos explosiva cuando se opera a presión reducida con vapor de agua. En ocasiones, pueden ocurrir eventos de operación del generador, denominados apagones, durante los cuales la producción del generador se detiene repentinamente y el gas producido contiene cantidades significativas de cloro. El dióxido de cloro producido a partir de los procesos reductores de metanol contiene dióxido de carbono y pequeñas cantidades de ácido fórmico. Por esta razón, los procesos de dióxido de azufre y de dióxido de cloro a base de cloruro todavía se utilizan para la producción de clorito de sodio. Este problema se ha

abordado reciclando parte del vapor de los generadores a base de metanol para que el ácido fórmico reaccione aún más al dióxido de carbono: + ¿ →CO 2 +2Cl O2+ 2 H 2 O −¿+2 H ¿ HCOOH +2 Cl O¿3 Se pueden encontrar mejoras en los procesos reductores de metanol en la literatura de patentes. Estos incluyen métodos de operación para reducir la acidez en la zona de cristalización del generador para promover la cristalización del sulfato de sodio y reducir el consumo de ácido sulfúrico (48). Otras mejoras son la eliminación del ácido fórmico y las impurezas de cloro del dióxido de cloro, así como los métodos de recuperación de hidróxido de sodio y ácido, o sulfato de sodio ácido y neutro de la corriente de desechos sólidos de sales de sesquisulfato de sodio (48-52). 3.7.

Reducción electroquímica y procesos catalíticos.

Se han desarrollado métodos de reducción electroquímica para producir dióxido de cloro puro a partir de soluciones ácidas que contienen clorato de sodio (55-60). A baja acidez, el ión cloruro debe estar presente para promover la reducción del clorato. La necesidad de agregar iones de cloruro indica que el dióxido de cloro se está formando realmente por la reducción de cloruro seguida por la reducción electrolítica de iones de cloro a cloruro (55). El proceso de reducción electrolítica puede catalizarse usando cátodos recubiertos con óxido de metal del grupo del platino en una solución ácida que contiene clorato de sodio (56). Se han propuesto procesos electroquímicos más complejos utilizando múltiples compartimentos celulares separados por membrana para reducir el clorato de sodio acidificado electroquímicamente a dióxido de cloro con la coproducción de hidróxido de sodio (57,58). También se han desarrollado procesos de reducción electroquímica que producen dióxido de cloro a partir de ácido clorhídrico (7790-91-4), HClO3. Un proceso utiliza ácido clorhídrico del clorato de sodio (59). Otro proceso de reducción emplea el ácido de cloro producido a partir de la oxidación térmica o electroquímica del ácido hipocloroso HOCl (60). También se han descrito métodos catalíticos para producir dióxido de cloro en una mezcla de solución de clorato de sodio y ácido usando catalizadores de óxido de metal del grupo del platino (61-63). 3.8.

Otros métodos de producción

En un desarrollo alternativo, se ha desarrollado un proceso electroquímico que produce mezclas de composición variable de ácido clorhídrico / clorato de sodio a partir de clorato de sodio con la coproducción de hidróxido de sodio (71). Las mezclas se pueden alimentar directamente a un generador para equilibrar los requerimientos diarios de azufre de las plantas de celulosa individuales, según sea necesario. Olin Corp anunció un proceso para producir dióxido de cloro libre de cloro, llamado tecnología O1 PROCESS, a principios de 1992 (72). El proceso utiliza una materia prima de ácido clorhídrico puro y catalizadores patentados que utilizan agua como agente reductor. La reacción química general del proceso es 1 2 HCl O3 → 2 Cl O2+ O 2 + H 2 O 2 El proceso requiere que la eliminación del vapor de agua del generador se equilibre con el agua introducida con la alimentación de ácido clorhídrico. Se puede lograr una capacidad de generación de dióxido de cloro significativamente mayor que el uso de los generadores de diseño más antiguos. 4. USOS Y BENEFICIOS. Una desinfección avanzada en el tratamiento del agua. El dióxido de cloro es un desinfectante. Cuando se agrega al agua potable permite destruir las bacterias, los virus y algunos tipos de parásitos que pueden causar enfermedades, como el Cryptosporidium parvum y la Giardia lamblia. La Agencia de Protección Ambiental (EPA) regula que la concentración máxima de dióxido de cloro en el agua potable no sea mayor de 0.8 partes por millón (ppm). Usos industriales y de fabricación. La química del dióxido de cloro se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones industriales, petróleo y gas, alimentos y municipales: Producción de alimentos y bebidas. El dióxido de cloro se puede utilizar en el agua como un agente antimicrobiano para el procesamiento de aves de corral y para lavar frutas y verduras.

Aplicaciones médicas. En los hospitales y otros entornos sanitarios, el gas de dióxido de cloro se usa para esterilizar los equipos médicos y de laboratorio, las superficies, habitaciones y herramientas. Los investigadores descubrieron que en las concentraciones apropiadas, el dióxido de cloro es “seguro y eficaz” para eliminar las bacterias de Legionella en entornos hospitalarios, así como la enfermedad del legionario, un tipo de neumonía potencialmente mortal causada por la bacteria Legionella pneumophila. El dióxido de cloro no es una cura o tratamiento para dolencias médicas, incluidos, entre otros, autismo, VIH, malaria, virus de la hepatitis, gripe, resfriados comunes y cáncer. Las afirmaciones de que la ingestión de dióxido de cloro, a menudo anunciado como “Solución Mineral Milagrosa” o MMS, curará estas u otras dolencias son falsas. La Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) informa que no s...