Proiect licenta

CUPRINS

Capitolul 1. Importanţa şi aplicaţiile hipocloritului de sodiu..................3

1.1.Scurt istoric................................................................................................................3

1.2.Soluţii de hipoclorit de sodiu. Utilizări.....................................................................3

1.2.1. Spălarea materialelor textile..............................................................................6

1.2.2. Utilizarea hipocloritului de sodiu in medicină...................................................8

1.2.3. Tratarea apelor cu hipoclorit de sodiu...............................................................8

Capitolul 2. Date fizico-chimice ale materiilor prime şi ale produsului

finit................................................................................................................10

2.1. Proprietăţi tipice ale materiilor prime....................................................................10

2.2. Proprietăţi ale produsului finit................................................................................11

2.3. Degradarea hipocloritului de sodiu.........................................................................13

Capitolul 3. Obţinerea hipocloritului de sodiu.........................................17

3.1. Metode de obţinere.................................................................................................18

3.1.1.Fabricarea pe cale chimică a hipocloritului de sodiu........................................18

3.1.2. Fabricarea pe cale electrochimică a hipocloritului de sodiu............................20

3.2. Procedee tehnologice de obţinere...........................................................................30

3.2.1. Procedee tehnologice chimice.........................................................................30

3.2.2. Procedeu tehnologic electrochimic..................................................................35

3.2.3. Generarea in-situ a hipocloritului de sodiu......................................................36

Capitolul 4. Calculul de dimensionare a instalaţiei tehnologice.............38

4.1. Producţia de hipoclorit de sodiu pe şarjă................................................................38

4.2. Durata şarjei............................................................................................................41

4.3. Modelul matematic pentru faza de preparare.........................................................42

4.3.1. Modelul matematic pentru schimbătorul de căldură (SC1).............................42

4.3.2. Modelul matematic pentru vasul de preparare (VA1).....................................45

4.4. Calculul coeficienţilor parţiali de transfer termic...................................................46

4.4.1. Coeficientul parţial de transfer termic al soluţiei de hidroxid de sodiu...........47

4.4.2. Coeficientul parţial de transfer termic al apei..................................................48

4.5. Coeficientul total de transfer termic.......................................................................50

4.6. Rezultatele modelului matematic...........................................................................51

4.7. Calculul de dimensionare al sistemului de absorbție a clorului............................54

Capitolul 5. Considerații economice..........................................................59

5.1. Calculul valorii utilajelor din instalație..................................................................59

5.2. Calculul costurilor de investiție si de operare şi al costului de producție..............61

CONCLUZII................................................................................................63

ANEXE.........................................................................................................65

BIBLIOGRAFIE...........................................................................................87

2

Capitolul 1. Importanţa şi aplicaţiile hipocloritului de sodiu

1.1.Scurt istoric

Hipocloritul de sodiu, ingredientul activ în înălbitorii casnici, a fost descoperit de

chimistul francez Berthollet, în Javel la marginea Parisului, în 1787. Abilitatea sa de a

înălbi eficient textile a fost descoperită rapid si comercializată cu succes. Până la sfârșitul

secolului al XIX-lea, după ce Louis Pasteur i-a descoperit capacitatea de a distruge

bacteriile cauzatoare de boli, principala lui utilizare a fost cea de dezinfectant. Mai multe

studii independente au demonstrat că hipocloritul de sodiu are un spectru de dezinfectare

neegalat.

1.2.Soluţii de hipoclorit de sodiu. Utilizări

Se cunosc următoarele soluţii de hipoclorit de sodiu[1] :

Apa de Javel care conţine 12 - 35 clorometrice. Prin grad clorometric se

înţelege numărul de litri de clor gazos măsurat la 0 C şi 760 mmHg care poate fi degajată

de 1L soluţie când se descompune.

Extract de Javel care este o soluţie de hipoclorit de sodiu de 40 clorometrice.

Apa de Labarraque care conţine circa 2 clorometrice şi care se prepară prin

introducerea clorului într-o soluţie de carbonat de sodiu.

Soluţia lui Dakin, întrebuinţată pentru dezinfectarea rănilor; se prepară din

carbonatul de sodiu şi clorură de var solubilizate în apă, la care se adaugă puţin acid

boric.

Esenţa de Boulogne sau clorozon este o soluţie de acid hipocloros într-o soluţie

de clorură de sodiu. Pentru necesităţile industriale se întrebuinţează de obicei soluţii

având 12 - 15 % clor disponibil, iar soluţiile pentru uz casnic au un conţinut de clor activ

care variază între 3 - 5 %.

Aceste soluţii de hipoclorit de sodiu sunt utilizate pentru decolorare, dezinfecţie

precum şi pentru prepararea unor combinaţii chimice cum sunt clorhidrinele. Decolorarea

este un proces de oxidare. Substanţa oxidantă nu este hipocloritul de sodiu sau ionul ClO-

3

ci acidul hipocloros separat prin hidroliză sau acidulare. Pentru formarea acidului

hipocloros este suficient bioxidul de carbon absorbit din aer. Hipocloriţii nu înălbesc

numai prin oxidare; clorul participă de asemenea la înălbire prin formarea de produşi de

substituţie cu fibra. Efectul decolorant depinde de valoarea pH-ului. La pH 9 - 12

hipocloritul de sodiu se utilizează pentru albirea fibrelor de celuloză, iar la pH 4 - 2

pentru clorinarea celulozei cu conţinut de lignină şi a fibrelor animale.

În fiecare zi milioane de oameni folosesc înălbitori pe baza de hipoclorit pentru a

îndeplini nevoile de dezinfectare, dezodorizare şi curăţare. Piața globala de hipoclorit de

sodiu este în exces de 4 milioane de tone[2]. Aceasta nu include cantităţile uriașe folosite

în special în America de Nord pentru întrebuinţări industriale cum ar fi tratarea apelor

reziduale şi dezinfectarea apelor potabile.

Printre numeroasele utilizări şi beneficii ale hipocloritului de sodiu, eficienţa

distrugerii bacteriilor patogene, ciupercilor şi virusurilor a fost demonstrată de Institutul

Pasteur din Paris[2].

Folosit ca un regim de igienă zilnică, hipocloritul de sodiu poate fi eficient în

prevenirea infecțiilor prin eliminarea germenilor de pe suprafețe, a bacteriilor şi

virusurilor ce le cauzează. Este folosit la scară largă în case, şcoli, spitale, şi pentru

dezinfectarea suprafețelor şi instrumentelor chirurgicale. Costul său redus şi

disponibilitatea îl fac o armă valoroasă pentru menținerea sănătăţii omului şi păstrarea

igienei corespunzătoare în toată lumea. Este de asemenea eficient în îndepărtarea

mucegaiului şi a ruginii.

Este folosit în spitale pentru prevenirea transmisiei de HIV si Hepatita B. A fost de

asemenea folosit de NASA în timpul programului Apollo pentru a asigură distrugerea

potențialelor organisme patogene din capsulele astronauţilor[2].

4

Pentru aplicații industriale şi instituționale versatilitatea hipocloritului de sodiu

include:

- este folosit în mod extensiv pentru tratarea apelor reziduale şi pentru

dezinfectarea apelor destinate consumului casnic

- controlează dezvoltarea algelor în rezervoare deschise

- este folosit în dezinfectarea apelor din piscine

- este folosit pentru a trata apele de canal, a reduce mirosurile neplăcute şi a creşte

eficienţa digestiei

- tratarea apelor reziduale din minele de aur

- în industria procesării alimentelor

Fig.1.1. Consumul global de hipoclorit de sodiu[3]

Producători de hipoclorit de sodiu pe plan mondial :

- Aditya Birla Chemicals (India)

- Clorox (SUA)

- Skyhawk Chemicals(SUA)

- Tianjin Ruifuxin Chemical Co., Ltd.(China)

- Aeq-Alianz Eletrochemical Ltd. (Brazilia)

5

1.2.1. Spălarea materialelor textile[2]

În principiu, metodele existente pentru determinarea puterii de spălare a

materialelor textile se bazează pe măsurarea prin reflectanţă a gradului de alb al unui

material murdărit în condiţii standard şi spălat cu ajutorul unei maşini de laborator.

Puterea de spalare se poate exprima cu următoarea relaţie:

(1.6)

unde: A este gradul de alb al pânzei murdărite după spălare;

B – gradul de alb al pânzei murdărite înainte de spălare;

C – gradul de alb al pânzei albe folosite pentru murdărire;

Factorii foarte importanţi, legaţi direct de metoda de evaluare, care pot influenţa

puternic rezultatul spălării în funcţie de metoda folosită sunt:

- natura materialului textil;

- compoziţia murdăriei artificiale şi modul de spălare al ei pe material textil;

- dispozitivul folosit pentru spălare;

Spălarea mai este influenţată de o serie de factori foarte importanţi (pH,

temperatura, duritatea apei) care însă sunt independenţi de metoda de evaluare folosită.

obţinerea pânzei murdărite standard şi spălarea în condiţii standard a pânzelor murdărite.

Pentru definitivarea metodei de spălare s-a stabilit influenţa următorilor factori:

- volumul de flotă;

- viteza de agitare;

- durata spălării;

Efectul de înălbire optică. Eficacitatea agenţilor de înălbire optică folosiţi ca

atare sau înglobaţi în compoziţia produselor de spălare, se apreciază determinându-se

comparativ pe un material textil alb tratat şi netratat cu agenţi de înălbire optică, a

următoarelor caracteristici :intensitatea fluorescenţei, nuanţa, adsorbţia pe fibră.

Majoritatea acestor determinări se efectuează prin observarea mostrelor respective de

material textil în lumina ultravioletă.

Efectul de înălbire chimică. Efectul de înălbire chimică se determină pentru

produsele care conţin săruri; în modul cel mai simplu acest efect se determină prin

6

compararea gradului de alb a unui material textil alb înainte şi după tratarea cu produsul

de înălbire.

Alte metode recomandă urmărirea unor ţesături vopsite cu coloranţi sensibili la

agenţii de oxidare.

Legate direct de efectul de înălbire este stabilitatea produselor de înălbire care se

determină prin diferenţa de conţinutul de oxigen a soluţiei produsului înainte şi după

încălzirea ei în condiţii determinate de temperatură şi pH; de obicei aceste condiţii se

fixează în funcţie de cele practice de utilizare.

Puterea de dizolvare. Puterea de dispersie este o proprietate importantă a

agenţilor de suprafaţă. Prin adăugarea agenţilor de dispersie se împiedică precipitările la

spălare, în ape dure.

Stabilitatea fată de apa dură. Stabilitatea agenţilor de suprafaţă faţă de apa dură

respectiv proprietatea lor de a-şi păstra proprietăţile lor de suprafaţă este una dintre

proprietăţile prin care agenţii moderni de suprafaţă îşi afirmă superioritatea.

Stabilitatea fată de ionii metalici. Determinarea acestei proprietăţi este

importantă pentru procesele în care poate interveni dizolvarea materialului din care este

confecţionată aparatura, ca în cazul vopsirii materialelor textile în mediu acid.

Rezistenţele chimice. Determinările de rezistenţe chimice ale agenţilor de

suprafaţă se referă, în special, la rezistenţele faţă de acizi şi alcalii precum şi faţă de

agenţii de oxidare şi de reducere.

a) Rezistenţa la acizi se determină prin fierberea în trepte a unei soluţii apoase de

1% agent de suprafaţă cu acid sulfuric cu concentraţii cuprinse între 0.1 - 10%

observându-se modificarea aspectului soluţiei.

b) Rezistenţa la alcalii se determină prin fierberea soluţiei apoase de 1% agent de

suprafaţă şi soluţie 25% de NaOH, notându-se dacă produsul este scos din

soluţie.

c) Rezistenţa la agenţii de oxidare şi reducere se determină în soluţie apoasă de

0.1% agent de suprafaţă, conţinând un agent de oxidare (perhidrol, perborat,

hipoclorit) sau agent de reducere (sulfură, sulfit, bisulfit) măsurându-se după

anumite intervale de timp, puterea de udare a soluţiilor, eventual după

fierbere.

7

Agenţi de curăţare alcalini cu spumă cu conţinut de clor. Datorită conţinutului

de surfactanţi în combinaţie cu hipocloritul de sodiu şi soda caustică, acest tip de agent de

curăţare este capabil să dizolve impurităţile rezistente, să înlăture microorganismele.

1.2.2. Utilizarea hipocloritului de sodiu in medicină[3]

Hipocloritul de sodiu este utilizat in prezent in endodonţie în

timpul tratamentelor de canal. Este ales datorită eficacităţii sale împotriva organismelor

patogene si a capacitații de dizolvare a țesuturilor necrotice.

Istoric vorbind, soluţia lui Henry Drysdale Dakin (0,5%) a fost utilizată.

Concentraţia acesteia pentru utilizarea în endodonţie astăzi variază de la 0,5% la 5,25%.

La concentraţii scăzute se va dizolva în principal, ţesutul necrotic; întrucât,

la concentraţii mai mari dizolvarea ţesutului este mai bună, se dizolvă, de

asemenea, țesutul vital, un efect nedorit. S-a demonstrat că eficacitatea clinică nu

creşte în mod concludent pentru concentraţii mai mari de 1%.

Utilizarea de hipoclorit de sodiu ca irigant în endodonţie este larg răspândită şi de

obicei este utilizat ca referinţă de baza faţă de care sunt evaluaţi alţi iriganţi folosiţi in

endodonţie. Acceptarea largă de hipoclorit de sodiu ca irigant in endodonţie se datorează

în principal capacitaţii sale anti-microbiene şi de dizolvare a ţesuturilor, deşi costul scăzut

al acestuia poate juca un rol important în popularitatea acestuia. Cu toate acestea,

soluţiile de hipoclorit de sodiu sunt instabile. Expunerea la lumină,

căldură, aer, metale şi substanţe organice poate scădea concentraţia de

clor disponibil cu pierderea concomitentă de proprietăţi anti-microbiene şi proprietatea de

a dizolva ţesuturi. Soluţia de hipoclorit de sodiu este diluată înainte de utilizare.

1.2.3. Tratarea apelor cu hipoclorit de sodiu

Pentru clorurarea apelor din fântâni sau a sistemelor de distribuire a apei, se

folosește o soluție de 3% de înălbitor de uz casnic. Pentru sistemele mai mari, folosirea

hipocloritului de sodiu este mai practică deoarece poate fi utilizat în cantităţi mai mici.

Alcalinitatea soluțiilor de hipoclorit de sodiu cauzează de asemenea precipitarea

mineralelor precum carbonatul de calciu, astfel încât clorurare este adesea însoţită de un

8

efect de înfundare. Precipitatul facilitează supraviețuirea bacteriilor, făcând această

practică de dezinfecție oarecum ineficientă.

Hipocloritul de sodiu a fost folosit pentru dezinfectarea apei potabile. Se

utilizează o concentrație echivalentă cu aproximativ 1 litru de înălbitor de uz casnic la

4000 de litri de apă. Cantitatea necesara exactă depinde de componenta apei, temperatura,

timpul de contact şi prezenţa sau absenţa sedimentelor. În aplicaţii pe scară largă se

măsoară clorul rezidual prin titrare pentru a determina rata potrivita de dozare. Pentru

dezinfectarea de urgenta Agenția Naționala de Protecție a Mediului din Statele Unite

recomandă utilizarea a doua picături de înălbitor de uz casnic 4% la 6% la un litru de apă.

Dacă apele tratate nu miros a clor, mai pot fi adăugate doua picături. [4]

Mulţi dintre cei care ar prefera să stocheze apa potabila pe termen lung pentru

utilizare de urgenţă ar trebui să ia în considerare sa aplice același tratament în timpul

procesului de stocare (şi nu când vine momentul pentru a accesa apa).

Utilizarea dezinfectanților pe bază de clor în apă menajeră, chiar si pe scară largă,

a condus la unele controverse datorită formarii unor cantităţi mici de subproduse

dăunătoare cum ar fi cloroformul. O soluție alcalină (pH 11. 0) de hipoclorit de sodiu este

folosita pentru tratarea apelor reziduale cu un conținut mic de cianura (< 1 g / L). În

operații de tratare in șarje, hipocloritul de sodiu a fost folosit pentru a trata deșeuri mai

concentrate in cianura. O soluţie amestecat bine este tratată pe deplin atunci când este

detectat un exces de clor.

9

Capitolul 2. Date fizico-chimice ale materiilor prime şi ale produsului finit

2.1. Proprietăţi tipice ale materiilor prime

Soda caustică soluție (hidroxid de sodiu soluție) este obținută prin procedeul electrolizei cu catod de mercur. Este un lichid limpede, clar, incolor, inodor.

Hidroxidul de sodiu este un electrolit puternic, fiind complet ionizat in stare lichida. Este un produs stabil când este depozitat in condiții normale de presiune şi temperatura în cisterne/containere închise etanș.

Domenii principale de utilizare:- industria petrolieră- industria petrochimică- industria celulozei şi a hârtiei- industria săpunului şi detergenților industria chimică la fabricarea coloranților,

fenolului, fosfaților,hipocloritului de sodiu, etc.Depozitare:

Soda caustică soluție trebuie depozitată la temperaturi cuprinse intre 85° si 100°F (29° si 38°C). La temperaturi sub 120°F (49°C), produsul trebuie depozitat în cisterne din oţel moale, cu sudură cap la cap. Se recomandă instalarea unor sisteme de alarmă pentru temperaturi ridicate.

Este necesară izolarea cisternelor şi a țevilor pentru a evita înghețarea soluției de soda caustică.

Tabel 2.1. Proprietăţi tipice NaOH[5]pH puternic alcalinPunct de fierbere 145ºCTemperatura de aprindere nu se aprindeDensitate la 25ºC, g/cm3 1,53

Clorul este obținut prin electroliza saramurii, folosind tehnologia cu catod de mercur sau cu membrana.

Clorul este un gaz verde-gălbui, cu miros specific, iritant şi sufocant. Produsul se lichefiază ușor sub presiune chiar şi la temperaturi normale. Clorul este mai greu decât aerul şi se acumulează în părţile mai joase. Produsul se dizolvă cu ușurință în apă, formând o soluție galben-verzuie (apa de clor), instabilă la lumină. Clorul se dizolvă ușor în solvenți organici clorurați: cloroform, tetraclorura de carbon, dicloroetan, etc.

Domenii principale de utilizare:- acid clorhidric;- cauciuc;- fibre sintetice;

10

- mase plastice;- epurarea apei;- ca agent de oxidare la sinteza compușilor clorurați organici si anorganici ;- înălbirea hârtiei si celulozei;- ca dezinfectant si agent de curăţare in industria alimentara;- la decositorirea tablei cositorite.

Depozitare:Clorul lichid se depozitează în rezervoare special amenajate. Buteliile şi containerele de clor vor fi depozitate în spaţii uscate, bine ventilate, departe de căldura excesivă şi acțiunea directă a razelor soarelui, la temperaturi sub 520C. Este de preferat ca spațiul de depozitare sa fie rezistent la foc. A se evita depozitarea clorului în spatii înguste sau subterane. Containerele sau buteliile trebuie umplute doar la 85% din capacitatea acestora. Persoanele angajate să manipuleze produsul vor trebui să fie instruite cu privire la riscuri şi așezare. Este necesară purtarea unui echipament de protecție individual.

Tabel 2.2. Proprietăţi tipice Cl2[5]Masa moleculara 70,914Punct de fierbere -33,6ºCPresiunea de vapori la 20ºC 6860 mmHgDensitatea în stare gazoasă la 0ºC si 760 mmHg 3,214 g/cm3Densitatea în stare lichidă la 0ºC si 3,65 atm. 1,47 g/cm3

2.2. Proprietăţi ale produsului finit

Soluţiile de hipoclorit de sodiu, obţinute prin introducerea clorului în hidroxidul

de sodiu, au culoare galbenă curată cu miros caracteristic de acid hipocloros. Culoarea

roşie, arătată câteodată din soluţiile de hipoclorit de sodiu păstrate în sticlă, se datorează

formării permanganatului de sodiu din silicatul de mangan, conţinut de sticlă [2].

Tabel 2.3. Proprietăţi tipice hipoclorit de sodiu[5]Masa moleculara relativa 74,44Punct de fierbere(interval) 48 - 760C, cu descompunere in

clorat si clorura de sodiuDensitate , g/cm3 1,09 pt. soluția 5,25%

1,15 pt. soluția 8,0%1,21 pt. soluția 12,0%

Soluţiile de hipoclorit de sodiu sunt nestabile, descompunându-se uşor.

Descompunerea hipocloritului depinde de alcalinitatea soluţiilor, temperatură, acţiunea

luminii şi a catalizatorilor.

11

Intervalul temperaturii de fierbere a hipocloritului de sodiu se află cuprins între

46-76○C, cu descompunere în clorură sau clorat de sodiu.

Influenţa alcalinităţii. Soluţiile de hipoclorit de sodiu fără exces de hidroxid de

sodiu se descompun foarte uşor, pierzând clorul activ. Pentru o soluţie uzuală care

conţine 150 g/l NaClO s-a constatat că concentraţia optimă de hidroxid de sodiu la litru,

care menţine stabilitatea chimică a soluţiei, este de 4 - 6 g NaOH. Un exces mai mare de

hidroxid de sodiu nu măreşte stabilitatea soluţiei.

Dacă pH-ul soluţiei este scăzut, are loc formarea cloratului conform reacţiei [6]:

(2.1)

Influenţa temperaturii. Soluţiile de hipoclorit sunt descompuse la fierbere cu

degajare de oxigen. Prin încălzire lentă hipocloritul de sodiu trece în clorat de sodiu şi

clorură de sodiu. Influenţa temperaturii asupra descompunerii în timp a hipocloritului de

sodiu este arătată în diagrama din figura 2.1.

Fig. 2.1. Descompunerea hipocloritului de sodiu

in funcţie de temperatura si timp

Influenţa luminii. Descompunerea hipocloritului este puternic influenţată de

lumină. Descompunerea soluţiilor de hipoclorit de sodiu este accelerată mai mult de

12

lumina galbenă decât de cea roşie. De aceea, apa de Javel depozitată în sticle galbene se

descompune mai încet decât în cele incolore.

Descompunerea unei soluţii de hipoclorit de sodiu în sticle galbene are loc după

ecuaţia :

( 2.2)

şi este mai înceată decât în sticlele albe, unde descompunerea urmează reacţia :

( 2.3)

Influenţa catalizatorului. O serie de oxizi de metale ca oxidul de cobalt, de

nichel, de plumb, descompun soluţiile de hipoclorit de sodiu. Se mai observă că mici

cantităţi de corpuri organice ( bucăţi mici de dopuri de cauciuc, glucoză, formol etc.)

accelerează descompunerea hipocloritului de sodiu [1]. Ionii de cobalt, nichel, cupru,

mangan şi fier accelerează la rândul rol descompunerea chiar dacă se găsesc în

concentraţii de ordinul 0.0001 % [1].

Tot în prezenţa catalizatorilor, dar la temperatură ridicată, eliberarea oxigenului

are loc conform reacţiei [6]:

(2.4)

2.3. Degradarea hipocloritului de sodiu

Hipoclorit de sodiu este disponibil în comerţ în concentraţii diferite şi

este cunoscut sub numele de înălbitor.

Stabilitatea este o preocupare majoră în utilizarea hipocloritului de

sodiu ca dezinfectant. Atât acidul hipocloros cât şi ionii hipocloritului în soluţie de apă au

fost supuşi unui proces de descompunere, a cărei rată a depinde de expunerea

la lumină (UV), temperatura, pH-ul, concentraţia iniţială de clor disponibil,

prezenţa materiei organice şi prezenţa ionilor de metale. Tabelul 2.4. prezintă datele

disponibile din studiile de dezintegrare ale hipocloritului de sodiu. Cercetările s-au axat,

în general, pe soluţii industriale, cu concentraţii de clor disponibil în jurul valorii

de 15%, în timp ce datele pentru soluţiile diluate (0,5%), sunt mai puţin disponibile,

13

probabil pentru că astfel de soluţii de hipoclorit de sodiu sunt destinate utilizării imediate

şi, prin urmare, rata de dezintegrare a soluţiei nu este o problema.

Tabel 2.4. Descompunerea hipocloritului de sodiu[4]

Concentraţia

iniţială de clor

disponibilă,%

Condiţiile de

păstrare a soluţiilor

de hipoclorit

Timpul de degradare Referinţe

[4]

18,0 Temperatura

camerei

Timp de înjumătăţire: 60

zile (2 luni)

AWWA

(1999)

16,7 26.7 °C 15.0 după 10 zile (-10%)

13.4 după 25 zile (-20%)

11.7 după 43 zile (-30%)

Metcalf &

Eddy

(1991)

16,0 25 °C Timp de înjumătăţire:

61,7 zile

Gordon (1997)

5,0 4 °C Stabil după 200 zile Piskin (1995)

5,0 24 °C 4.95 după 22 zile (-1%)

4.50 după 43 zile (-10%)

4.00 după 85 zile (-25%)

3.35 după 200 zile (-32%)

Piskin (1995)

3,0 Temperatura

camerei

Timp de înjumătăţire: 1700

zile (4,6 ani)

AWWA

(1999)

0,5 4 şi 24 °C Stabil după 200 zile Piskin (1995)

14

Deşi există unele variabilităţi, în general, datele indică faptul că ratele de dezintegrare

sunt mai mari la o concentraţie mai mare şi temperaturi mai ridicate. Mai multe detalii cu

privire la efectul de concentrare şi de temperatură este prezentată în tabelul 2.5.

Tabel 2.5. Viteza de dezintegrare a hipocloritului de sodiu la diferite temperaturi[4]

Timp de înjumătăţire constant

(zile)

Temperatura

% clor disponibil iniţial 100 °C 60 °C 25 °C 15 °C

10,0 0.079 3.5 220 800

5,0 0.25 13.0 790 5000

2,5 0.63 28.0 1800 N/A

0,5 2.5 100 6000 N/A

Există trei căi principale de descompunere a hipocloritului de sodiu [4]:

a) Descompunerea spontană din cauza interacţiunii dintre acidul hipocloros şi ioni

de hipoclorit este arătată in reacţia (2.4), reacţie de oxidare unde acidul hipocloros poate

transfera atomi de oxigen pentru a forma ioni de hipoclorit, fiind redus la acid

clorhidric, cu formarea concomitentă de clorat (ClO 3-).

OCl- + 2 HOCl ClO3- + 2 HCl (2.5)

Formarea de acid clorhidric reduce pH-ul soluţiei, favorizând formarea de acid

hipocloros. Procesul de descompunere este apoi accelerat din cauza prezenţei acidului

hipocloros format. Pentru a inhiba acest mecanism, în multe soluţii de

hipoclorit comercial, pH-ul este păstrat peste 12, cu exces de hidroxid de

sodiu (NaOH), astfel încât clorul este, în principal sub formă de ioni, astfel hipocloritul

este mai stabil şi degradarea este minimizată.

15

b) Fotoliza. Lumina, în special UV, poate deteriora ionul de hipoclorit aşa cum

este arat în reacţia (1.5) cu formarea ionilor de clor:

2 OCl- + UV ClO2- + Cl- (2.6)

Soluţii industriale comerciale sunt de obicei ambalate în sticle de plastic opace, cu perete

gros şi / sau culori întunecate, care minimizează penetrarea luminii.

c) Descompunerea catalitică. Metalele tranziţionale, cum ar fi fierul, magneziul,

nichelul, cuprul şi cobaltul, pot cataliza descompunerea hipocloritului in oxigen si clor.

Fierul este considerat cel mai puternic destabilizator al hipocloritului de sodiu, cauzând o

deteriorare rapidă a unei soluţii de 15% clor în câteva zile, la concentraţii scăzute de fier

de 0,5 mg per litru . Cuprul produce efecte similare la concentraţii în jurul valorii de 1,0

mg / L .

16

Capitolul 3. Obţinerea hipocloritului de sodiu

Hipocloritul a fost prima dată produs în 1789 de Claude Louis Berthollet în

laboratorul său pe cheile Javel în Paris, Franţa, trecând un gaz de clor printr-o soluţie de

carbonat de sodiu. Lichidul rezultat, cunoscut sub numele de "Eau de Javel" ("Apă de

Javel"), a fost o soluție slaba de hipoclorit de sodiu. Cu toate acestea, acest proces nu a

fost foarte eficient şi au fost solicitate metode alternative de producţie. Una dintre aceste

metode implica extragerea de cloruraţi de calcar (cunoscut sub numele de praf de

albire) cu carbonat de sodiu pentru a produce niveluri scăzute de clor disponibile.

Această metodă a fost frecvent utilizată pentru a produce soluţii de hipoclorit pentru

utilizare ca un antiseptic in spitale, care a fost vândut sub denumirile

comerciale "Eusol" şi "Soluţie de Dakin".

Aproape de sfârşitul secolului al XlX-lea, E.S. Smith a brevetat o metodă de

producţie care implică hidroliza unei saramuri pentru a produce sodă caustică şi gaz de

clor, care apoi au fost amestecate pentru a forma hipoclorit de sodiu. Astăzi, o versiune

îmbunătăţită a acestei metode, cunoscută sub numele de procesul Hooker, este

singura mare metodă de producţie la scară industrială a hipocloritului de

sodiu. În acest proces hipocloritul de sodiu (NaClO) şi clorura de sodiu (NaCl) se

formează atunci când clorul este trecut peste o soluţie rece şi diluată de hidroxid de

sodiu. Este preparat industrial prin electroliză cu separare minimă între anod şi

catod. Soluţia trebuie să fie păstrată sub 40°C (cu ajutorul bobinelor de răcire) pentru a

preveni formarea nedorită de clorat de sodiu.

17

3.1. Metode de obţinere

Soluţiile de hipoclorit de sodiu se pot prepara atât prin procedee chimice cât şi

prin procedee electrochimice.

3.1.1.Fabricarea pe cale chimică a hipocloritului de sodiu

Soluţiile de hipoclorit de sodiu se obţin pe cale chimică printr-unul din

următoarele procedee :

- prin acţiunea clorului asupra carbonaţilor alcalini;

- prin acţiunea clorului asupra hidroxizilor alcalini;

- prin reacţia dintre clorura de var şi carbonatul sau sulfura de sodiu;

a) Obţinerea hipocloritului de sodiu prin acţiunea clorului asupra

carbonatului de sodiu

Prin barbotarea unei soluţii slabe de carbonat de sodiu cu clor gazos se obţine

hipoclorit de sodiu, clorură de sodiu, şi carbonat de sodiu, conform reacţiei [1]:

(3.1)

Clorurarea trebuie bine condusă deoarece un exces de clor descompune

bicarbonatul de sodiu cu degajare de bioxid de carbon, care la rândul său descompune

hipocloritul de sodiu format.

b) Obţinerea hipocloritului de sodiu prin reacţia dintre clorura de var şi

carbonat sau sulfat de sodiu

Prin dizolvarea clorurii de var într-un exces de apă, complexul se descompune,

sărurile solubile Ca(ClO)2 şi CaCl2 trec în soluţie, iar varul rămâne în precipitat. Tratând

această soluţie cu carbonat sau sulfat de sodiu, au loc următoarele reacţii [1]:

(3.2.)

(3.3)

După decantarea carbonatului sau sulfatului de calciu care sunt solubile , soluţia

clară conţine hipoclorit şi clorură de sodiu.

18

c) Obţinerea hipocloritului de sodiu prin acţiunea clorului asupra

hidroxidului de sodiu

Este procedeul cel mai răspândit. Are la bază reacţia de clorurare a soluţiilor de

hidroxid de sodiu. La saturarea cu clor a soluţiei se formează clorură de sodiu şi

hipocloritul de sodiu [1,2], conform reacţiei:

(3.4)

Pentru ca reacţia de clorurare să se desfăşoare în direcţia formării hipocloritului

de sodiu cu randamente mari şi pentru a obţine produs care să nu se descompună în

timpul fabricării sau depozitării, trebuie să respecte următoarele condiţii:

- concentraţia soluţiei de hidroxid de sodiu trebuie să fie de 215 – 220 gNaOH /L;

- temperatura în timpul procesului de clorurare, nu trebuie să depăşească

valoarea de 35C;

- absorbţia clorului în timpul procesului de clorurare să se efectueze sub un

debit constant pentru a evita suprasaturările locale cu clor, care duc la

descompunerea hipocloritului, datorită creşterii temperaturii;

- impurităţile din soluţia de hidroxid de sodiu şi materialele utilizate în

construcţia utilajelor şi a traseelor tehnologice nu trebuie să favorizeze

reacţiile de descompunere catalitica a produsului;

- soluţia de hipoclorit să conţină cel mult 160 – 180 g clor activ la litru şi un

exces de hidroxid sub 4 – 6 g/L (valoarea pH-ului, minim 10);

- reacţia fiind exotermă (cca. 345 kcal/kg clor), soluţia trebuie răcită în timpul

clorurării.

19

3.1.2. Fabricarea pe cale electrochimică a hipocloritului de sodiu

Metoda tehnologică de fabricare a substanţelor decolorante (hipoclorit de sodiu)

cu ajutorul electrolizei, a fost elaborată în Rusia în anul 1882, de A. P. Lidov şi V.

Tihomirov şi în anul 1890 de S. N. Stepanov [6], care au realizat şi construcţiile originale

ale electrozilor.

Bazele teoretice ale procesului. La electroliza clorurii de sodiu se formează

hipoclorit de sodiu ca rezultat al reacţiei clorului degajat la anod cu hidroxidul alcalin de

la catod. De aceea, pentru obţinerea hipocloritului de sodiu, nu trebuie să se separe leşia

de clor, ci dimpotrivă, trebuie înlesnită reacţia lor care se desfăşoară în două stadii:

(3.5)

(3.6)

Prima etapă constă în dizolvarea clorului şi formarea acidului hipocloros liber

lângă anod. A doua etapă constă în deplasarea acidului hipocloros în sens opus faţă de

hidroxidul de sodiu, formându-se astfel hipoclorit de sodiu.

Procesul de electroliză poate fi redat prin următoarele reacţii catodice şi anodice:

La catod:

(3.7)

La anod:

(3.8)

(3.9)

(3.10)

(3.11)

(3.12)

iar procesul global poate fi scris sub forma:

(3.13)

20

Ionii ClO- se descarcă pe anod mai uşor decât ionii de clor şi formează totodată

cloraţi, iar ca urmare, hipocloritul de sodiu se acumulează în soluţie numai până la o

anumită limită care depinde de condiţiile electrolizei.

După acumularea hipocloritului de sodiu până la concentraţia de echilibru, întreg

procesul de electroliză se dirijează numai spre formarea cloraţilor. De aceea, obţinerea

electrolitică de soluţiei decolorante constă în realizarea procesului în condiţii la care

descărcarea ionilor ClO- şi concentraţia de echilibru a hipocloritului de sodiu să se

efectueze cât mai târziu. Cu cât starea de echilibru va fi mai întârziată, cu atât

randamentul va fi mai mare, în funcţie de curent şi de concentraţia de hipoclorit de sodiu.

Este evident că aceste condiţii vor fi favorizate de toţi factorii care uşurează descărcarea

ionilor Cl- şi care împiedică descărcarea ionilor de ClO- şi OH- deoarece descărcarea

ionilor OH- este de asemenea posibila şi este legată de pierderile de curent.

Din acest punct de vedere este necesar să se efectueze electroliza unei soluţii

concentrate neutre de clorura de sodiu la o temperatură joasă, cu anozi de platină

platinată la o densitate mare de curent pe anod şi să se evite amestecarea mecanică a

soluţiei în jurul anodului.

Din soluţiile concentrate de clorură de sodiu, descărcarea ionilor de Cl - se produce

la un potenţial mai redus, din care cauză, pentru începutul descărcării, este necesară o

concentraţie mai mare a ionilor de ClO-. Totuşi, cu cât este mai mare concentraţia

soluţiei, cu atât este mai mare consumul de clorură de sodiu la 1 kg de hipoclorit de

sodiu. De aceea, în condiţii practice, concentraţia soluţiei se alege în funcţie de

concentraţia dorită a hipocloritului de sodiu. Cu cât soluţia conţine mai puţin hipoclorit

de sodiu, cu atât va fi mai mică concentraţia soluţiei de clorură de sodiu.

Prezenţa în soluţie a alcaliilor libere se resimte nefavorabil asupra randamentelor

în funcţie de curent şi asupra concentraţiei de echilibru, deoarece formarea hipocloritului

de sodiu se produce în apropierea directă a anodului, si nu la o îndepărtare anumită de el.

Ca urmare, concentraţia ionilor ClO- în jurul anodului se măreşte şi descărcarea lor se

uşurează. Prezenţa hidroxidului liber măreşte descărcarea ionilor OH-.

În figura 3.2. este prezentată influenţa hidroxidului liber asupra concentraţiei de

echilibru a hipocloritului de sodiu la diferite temperaturi.

21

Fig. 3.2. Influenţa alcalinităţii electrolitului asupra randamentului în hipoclorit de sodiu

Legendă:________ conţinutul în oxigen din hipoclorit corespunzător stării stabile, exprimat în g/L;

-------- degajarea oxigenului corespunzător stării stabile, exprimat în % din cantitatea

teoretică;

Soluţia cu un conţinut de 4,3 moli clorură de sodiu la 1 L a fost supusă electrolizei

la o densitate de curent de 570 A/m2, pe anod de platină netedă. Se observă din figură că

dacă electroliza se efectuează la 75 0C, atunci chiar la un conţinut de 0,125 moli de sodă

caustică la 1 L, concentraţia hipocloritului de sodiu în stare stabilă este infimă, iar

consumul de curent pentru degajarea oxigenului este circa 37 % în loc de 33,3 % în

soluţie neutră; prin mărirea alcalinităţii consumul de curent necesar degajării oxigenului

se măreşte şi mai mult, şi la 0,75 moli sodă caustică la un litru ajunge la 61 %. Deci se

produce descărcarea exclusivă a ionilor de OH- şi ClO-.

La temperatură mai joasă, supratensiunea oxigenului este mai mare. De aceea

cantitatea de oxigen care se degajă este ceva mai mică, însă caracterul influenţei

hidroxidului este acelaşi.

În soluţie acidă, randamentul de hipoclorit de sodiu se reduce din alte motive. În

soluţia neutră a clorurii de sodiu, acidul hipocloros liber există numai în jurul anodului.

Iar în soluţie acidă, acidul hipocloros se găseşte în tot volumul de electrolit, deoarece

acidul clorhidric scoate acidul hipocloros din sărurile sale:

22

(3.14)

Ca rezultat, acidul hipocloros liber oxidează hipocloritul de sodiu în clorat de

sodiu după reacţia:

(3.15)

În soluţie neutră acest proces este posibil numai în apropierea anodului şi se

desfăşoară foarte lent din cauza concentraţiei mici a acidului liber.

Oxidarea hipocloritului de sodiu este posibilă şi în absenţa acidului hipocloros

liber în modul următor:

(3.16)

(3.17)

Adică hipocloritul de sodiu trece spontan în clorit apoi în clorat. Acest proces se

desfăşoară foarte lent şi nu are importanţă practică.

Oxidarea hipocloritului de sodiu se micşorează prin reducerea temperaturii.

Platina platinată este materialul cel mai bun pentru anod, deoarece clorul se degajă pe

acesta aproape fără supratensiune , iar potenţialul anodului este mai mic cu aproximativ

0,6 V decât cel de pe platina netedă. De aceea pentru descărcarea ionilor de ClO - este

necesară o concentraţie mai mare a lor. Potenţialul anodic mic îngreunează şi descărcarea

ionilor OH-. Totuşi, folosirea anozilor confecţionaţi din platină platinată, în condiţii

practice, este imposibilă din cauză că platinarea nu este rezistentă. Se foloseşte platină

netedă sau grafit. Deşi pe grafit supratensiunea oxigenului este mai mică decât pe platină,

grafitul distrugându-se, folosirea lui este justificată printr-un preţ de cost mult mai redus,

în comparaţie cu platina. La anozii de grafit se pot obţine cu randament satisfăcător

numai soluţii cu o concentraţie mică de hipoclorit de sodiu. Densitatea mare de curent la

anod măreşte randamentul deoarece în aceste condiţii se îngreunează accesul ionilor ClO -

la anod şi, în afară de aceasta, prin mărirea densităţii de curent, supratensiunea oxigenului

creşte mai repede decât cea a clorului.

O importanţă foarte mare o are de asemenea modul de aşezare a electrozilor şi

mişcarea electrolitului. Deoarece ionii ClO- se descarcă mult mai uşor decât ionii Cl- prin

electroliză se pot obţine numai soluţii foarte diluate. Trebuie să se ţină seama că dacă

23

stratul de electrolit din jurul anodului nu se distruge, înseamnă că el conţine mai mult

acid hipocloros slab disociat, iar formarea hipocloritului de sodiu se produce la o distantă

oarecare de anod.

Când stratul de lângă anod este liniştit, ionii de ClO - pot trece spre anod din

adâncul soluţiei, numai datorită difuziunii şi transportului electric; de aceea în absenţa

amestecării stratului din jurul anodului, în soluţie se poate acumula hipoclorit de sodiu de

o concentraţie mai mare decât corespunde începutului descărcării ionilor de ClO-.

În afară de pierderile de hipoclorit de sodiu datorate descărcării ionilor, pe anod

sunt posibile pierderi mari din cauza reducerii pe catod după ecuaţia:

(3.18)

Pentru a evita aceste pierderi trebuie să se înlăture accesul hipocloritului de sodiu

la catod. Aceasta se poate realiza adăugându-se în soluţie un cromat (ioni CrO42-) sau

clorură de calciu împreună cu ulei de alizarină. Adaosurile micşorează pierderile de

hipoclorit de sodiu la 0,5 – 1,5 % datorită reducerii. Acţiunea adaosurilor se explică prin

formarea pe catod a unei pelicule subţiri de oxid de crom sau de hidroxid de calciu, care

joacă rolul unei diafragme şi care nu permite contactul direct al hipocloritului de sodiu cu

catodul.

În figura 3.3. este reprezentată influenţa adaosului de cromaţi asupra potenţialului

catodului:

Fig. 3.3. Acţiunea adaosurilor de cromaţi asupra potenţialului catodului

Legendă:* sursa bibliografică consultată nu prezintă unitatea de măsură în care este

exprimată intensitatea curentului electric; 1 reprezintă curba potenţialului catodului în

24

soluţie fără adaos; 2 – curba potenţialului catodului în soluţie cu adaos de cromaţi; 3 –

curba potenţialului catodului la o intensitate mai mică de curent.

Curba 1 reprezintă potenţialul catodului în soluţie fără adaos de cromaţi, iar curba

2, cu adaos de cromaţi. În absenţa cromatului, ionii de ClO - ajung direct la catod şi se

reduc depolarizând descărcarea hidrogenului. De aceea potenţialul catodului rămâne mult

mai mic decât se cere pentru degajarea hidrogenului în mediul dat (perpendicular, indicat

prin liniile punctate). Prin adăugarea cromatului în soluţie, în momentul A depolarizarea

încetează, intensitatea curentului scade brusc şi se măreşte din nou numai la un potenţial

mai mare. Dacă acum se reduce densitatea curentului, traseul nu se reia de la curba 1, ci

se desfăşoară pe curba 3. Acţiunea favorabilă a adaosurilor de cromat este posibilă numai

într-o soluţie neutră sau slab alcalină, deoarece în soluţie acidă şi puternic alcalină nu se

formează peliculă de protecţie, din cauza solubilităţii oxidului de crom.

Analog cu cromatul acţionează uleiul de alizarină şi sărurile de calciu.

Construcţia electrolizorilor. Pentru fabricarea hipocloritului de sodiu, se folosesc

electrozi care funcţionează periodic sau continuu, cu electrozi de grafit, platină şi micşti.

a) Electrizorul cu acţiune periodică, cu electrozi bipolari din grafit

Acest electrizor, prezentat în figura 3.4., este compus dintr-un vas de ceramică 1,

electrolizorul propriu-zis, în care sunt aşezaţi electrozii din grafit 2 în formă de plăci,

aşezaţi în canalele verticale ale pereţilor laterali. Sub electrozi şi deasupra lor sunt aşezate

nişte plăci de sticlă 3. La partea superioară a vasului şi pe fund, între fiecare pereche de

electrozi, există găurile 4 şi locurile de scurgere 5. Curentul este condus numai la

electrozii de la margine. Electrozii intermediari funcţionează bipolar. Electrolizorul este

aşezat pe izolatori înăuntrul celui de-al doilea vas de ceramică 6, prevăzut cu răcitoare de

plumb 7. Vasul interior şi cel exterior se umplu cu soluţie de sare. La stabilirea

curentului, bulele de hidrogen care se degajă pe partea catodică a electrozilor, reduc

densitatea saramurii din electrolizor şi ca rezultat se creează mişcarea electrolitului.

Acesta se scurge prin dispozitivele de scurgere 5, din vasul 1 în vasul exterior şi trece din

nou în electrolizor prin găurile de jos 4. Serpentinele de răcire 7, prin care circulă apă,

răcesc electrolitul care circulă şi menţin în electrolizor o temperatură de 22 – 25 0C.

25

Pentru îmbunătăţirea circulaţiei, se lucrează cu o densitate de curent de circa 1000 – 1400

A/m2. Electroliza se efectuează până când se realizează concentraţia necesară a

hipocloritului de sodiu (clor activ) apoi curentul se întrerupe şi soluţia se elimină din

electrolizor.

Fig. 2.4. Electrizorul cu electrozi bipolari din grafit

Legendă:

1 – vas de ceramică; 2 – electrozi din grafit; 3 – plăci de sticlă; 4 – găuri; 5 – locuri de

scurgere; 6 – vas de ceramică exterior; 7 – serpentine de răcire, de plumb.

Electrolizorii sunt compuşi din 28 – 30 de celule şi cuprind 750 L de saramură,

care conţine 15 – 17 % clorură de sodiu; sarcina pentru un electrolizor este de circa 60 –

80 A, la o tensiune pe fiecare celulă de circa 3,7 – 4,2 V sau în întregul electrolizor 104 –

125 V.

Indicii de exploatare ai electrizorului sunt indicaţi în tabelul 3.1.

Tab. 3.1. Indicii de exploatare ai electrizorului cu electrozi bipolari din grafit

Conţinutul în clor

activ,g/L soluţie

Randamentul în

funcţie de curent,%

Consumul de

energie la 1 kg de

clor activ,kWh

Consumul de NaCl

la 1kg de clor

activ,kg

2,55 95,0 3,31 66,6

1,59 82,4 3,82 37,0

5,90 72,1 4,36 28,8

7,41 68,2 4,61 22,9

26

8,82 64,8 4,85 19,3

10,50 61,9 5,08 16,2

După alte date, la 1 kg de clor activ cu o concentraţie de 10 – 12 g/L, consumul de

energie este de 6,42 kWh şi consumul de sare de 14 kg. Una din cauzele pierderilor de

electricitate sunt pierderile prin locurile de scurgere. De aceea canalele de scurgere se fac

lungi.

b) Electrolizorii cu electrozi bipolari, de grafit şi de platină

Electrolizorul este reprezentat în plan în figura 3.5. Corpul îngust, alungit al

electrizorului este separat prin plăcile de sticlă 1, în celule separate. Acestea ating

alternativ fundul sau partea superioară a electrizorului. În interiorul fiecărei celule sunt

aşezaţi doi catozi de grafit 2, şi anodul 3, construit din foi subţiri din platină – iridiu.

Anozii şi catozii sunt fixaţi cu ciment în cupele de ceramică 4. Electrozii funcţionează

bipolar şi curentul este condus numai la electrozii de la margine. Electrizorul

funcţionează continuu, saramura se scurge succesiv în toate celulele, trecând pe sub

despărţiturile de sticlă şi apoi deversând peste acestea.

Fig. 3.5. Electrizorul cu electrozi bipolari din grafit şi platină

Legendă:

1 – plăci de sticlă; 2 – catozi din grafit; 3 – anozi; 4 – cupe de ceramică.

Pentru răcirea electrolitului, înăuntrul electrizorului se aşează serpentine prin care

circulă apă, sau se confecţionează răcitoare demontabile. Temperatura electrolitului care

iese din electrolizor este de 30 – 40 0C. Tensiunea într-o celulă este de circa 6 V.

27

Randamentul în funcţie de curent pentru o soluţie de NaCl 10 % reprezintă 60 – 65 %.

Indicii de exploatare ai electrizorului sunt prezentaţi în tabelul 3.2.

Tab. 3.2. Indicii de exploatare ai electrizorului cu electrozi bipolari de platină şi grafit

Conţinutul de clor

activ,g/L soluţie

Consumul de

energie la 1 kg de

clor activ,kWh

Concentraţia iniţială

a saramurii,%

Consumul de NaCl la

1kg de clor activ,kg

10 – 12 5 10 10 – 10,5

20 7 10 5 – 5,3

10 – 12 4,5 15 15 – 16

20 6 15 7,5 – 8

De obicei se prepară soluţii cu conţinut de 20 g/L clor negativ. Pentru micşorarea

reducerii catodice se adaogă la saramură clorură de calciu (0,1 %) şi puţin colofoniu,

terebentină sau rezinat de sodiu. Soluţiile care se folosesc pentru albirea ţesăturilor nu se

adaogă cromat, deoarece colorează ţesătura, care apoi se spală greu.

c) Electrizorul cu electrozi bipolari din platină

Electrizorul prezentat în figura 3.6. este confecţionat dintr-un bloc de gresie sau

de beton. Partea inferioară a electrizorului este în formă de trepte. Este împărţit prin plăci

de sticlă 1, în celule separate, care comunică între ele prin canalele laterale 2. Ca electrozi

se folosesc reţele de platină – iridiu, aşezate pe fundul electrizorului. În partea de jos se

aşează anodul iar deasupra catodul. Între anod şi catod, pentru a preveni scurt-circuitarea,

sunt aşezate bastonaşe din sticlă. Saramura cu conţinut de 15 % NaCl trece prin canalul 3

în electrizor şi prin canalele laterale, succesiv, prin toate celulele. Saramura care se

scurge, se răceşte şi se introduce din nou în electrolizor. Circulaţia durează până când se

realizează conţinutul necesar de clor activ. Electrolizorul pentru 36 de celule se

alimentează cu un curent de 60 A şi 220 V.

Greutatea electrozilor din celulă este de 21 g. Temperatura saramurii este de 21 0C. Tensiunea din celulă 6 – 7 V. Pentru micşorarea reducerii catodice se adaogă clorură

de calciu sau ulei de alizarină.

28

Fig. 3.6. Electrizorul cu electrozi bipolari din platină

Legendă: 1 – plăci de sticlă; 2 – canale laterale; 3 – canalul prin care trece

saramura;.

Raţionamentele modului de construcţie al acestui electrolizor sunt:

curgerea orizontală a electrolitului în lungul electrozilor păstrează stratul de

difuziune pe lângă anod;

aşezarea catozilor deasupra anozilor împiedică amestecarea electrolitului cu

hidrogen, iar aşezarea anozilor asigură o absorbţie completă a clorului de către

hidroxidul alcalin

densitatea mare de curent, deşi creează tensiune mărită în celulă, dă un

consum mai mic de energie la 1 kg de clor activ, datorită randamentului mare

în funcţie de curent

3.2. Procedee tehnologice de obţinere

Obţinerea hipocloritului de sodiu la scară industrială se poate realiza atât pe cale

chimică cât şi pe cale electrochimică. În această lucrare vor fi prezentate cele mai des

29

întâlnite procedee tehnologice. Se va insista asupra unui procedeu chimic discontinuu de

clorurare a soluţiei de hidroxid de sodiu şi se va încerca dimensionarea utilajelor

procedeului, atât din punct de vedere tehnologic, cât şi din punct de vedere mecanic.

3.2.1. Procedee tehnologice chimice

a) Primul procedeu discontinuu, prezentat în figura 3.7. [8], realizează

clorurarea într-un recipient cu manta dublă.

Fig. 3.7. Instalaţie de fabricare a hipocloritului de sodiu în regim discontinuu

În vasul interior se găseşte soluţia de hidroxid de sodiu, iar în spaţiul dintre cele

două învelişuri se găseşte un lichid indiferent care acţionează ca mediu de transmitere a

căldurii, şi o serpentină de evaporare. Clorul lichefiat, care circulă prin această

serpentină, se evaporă datorită căldurii de reacţie puse în libertate la formarea

hipocloritului de sodiu şi pătrunde în formă gazoasă în soluţia alcalină.

Răcirea se realizează deci prin evaporarea de clor lichid. Deoarece căldura de

reacţie raportată la 1 kg clor este de circa 345 kcal, pe când căldura de evaporare a 1 kg

de clor nu este decât 60 kcal, este evident că acest procedeu poate fi aplicat numai dacă

există un alt consumator de clor gazos.

In industrie se realizează un sistem de răcire prin evaporare sub vid a soluţiei

decolorante. Vidul corespunde presiunii de vapori a soluţiei la 30 – 35 0C. Cantitatea de

apă pentru răcire este echivalentă din punct de vedere caloric cu căldura de reacţie. În

acest procedeu nu mai sunt necesari pereţi buni conducători de căldură.

Pe lângă răcire, o importanţă deosebită prezintă dozarea corectă a clorului. În

scopul acesta au fost puse la punct numeroase dispozitive, printre care şi unele servind la

evitarea sigură a exceselor locale de clor.

30

b) Al doilea procedeu discontinuu, prezentat în figura 3.8. [2], hidroxidul de

sodiu solid este dizolvat în prealabil în rezervorul 1 prevăzut cu un grătar, pe care se

aşează bucăţile de hidroxid de sodiu şi se acoperă cu apă. Pentru a grăbi operaţia de

dizolvare, soluţia este recirculată cu ajutorul pompei 2, care aspiră soluţia de la fundul

rezervorului şi o refulează la partea superioară a acestuia.

De obicei, se întrebuinţează soluţia de hidroxid de sodiu provenită direct de la

electroliză şi care se diluează până la concentraţia de 200 – 220 g/L NaOH.

Atât în cazul dizolvării bucăţilor de hidroxid de sodiu, cât şi în cazul diluării

soluţiei de hidroxid de sodiu, se degajă o cantitate mare de căldură. Pentru acest motiv,

soluţia este lăsată să se răcească. În acelaşi timp se face şi decantarea diverselor

impurităţi, dintre care cea mai importantă este fierul care colorează şi degradează

produsul.

Soluţia decantată şi răcită în rezervorul 1 este trecută cu ajutorul pompei 2 în

aparatul de clorurare 3. Se pune în funcţiune agitatorul 7, se lasă să circule în serpentina 8

agentul frigorific şi apoi se introduce clorul. Deoarece reacţia clorului cu hidroxidul de

sodiu este instantanee, agitarea leşiei este necesară numai pentru omogenizarea soluţiei.

Introducerea clorului se reglează în aşa fel încât temperatura reacţiei să nu depăşească 35 0C, temperatură la care începe descompunerea hipocloritului de sodiu.

Clorurarea se continuă până ce în soluţie mai rămâne un exces de 2 – 4 g/L

NaOH, în timp ce conţinutul de clor activ al hipocloritului de sodiu atinge 160 – 180 g/L.

Cu toate că produsul finit trebuie să aibă minimum 150 g/L clor activ, în

fabricaţie se produce un produs mai concentrat, pentru a preîntâmpina degradările

inerente, datorită depozitării. Excesul de hidroxid de sodiu este absolut necesar pentru a

da stabilitate produsului.

Hipocloritul astfel fabricat se filtrează prin filtrul 9, umplut cu cuarţ fărâmat, vată

de sticlă, ţesătură de azbest sau masă plastică. După filtrare, hipocloritul de sodiu se

depozitează corespunzător.

31


Legendă:

1 – rezervor pentru dizolvarea NaOH; 2 – pompă; 3 – aparat de clorurare; 4 –

manometru; 5 – ventil pentru clor; 6 – coloană barometrică; 7 – agitator; 8 – serpentină

de răcire; 9 – filtru.

c) Ultimul procedeu discontinuu, discutat în această lucrare, este prezentat în

figura 3.9. [1].

Hidroxidul de sodiu, cu concentraţia de 50 % NaOH, se diluează cu apă

demineralizată prin recirculare în rezervorul 1 pentru preluarea efectului termic de

diluare, soluţia se răceşte în schimbătorul de căldură 2. După ce s-a ajuns la concentraţia

de 220 g/L soluţia se trimite în rezervorul de preparare a hipocloritului (rezervorul de

şarjă 4).

Procesul de clorurare, are loc în turnul 6 umplut cu inele ceramice. Pe la partea

inferioară se introduce clorul, iar pe la partea superioară se stropeşte soluţia. Circulaţia

fluidelor se realizează în contracurent. Gazele nereacţioanate se evacuează direct în

atmosferă, sau sunt aspirate şi evacuate cu un ventilator. Soluţia se scurge în rezervorul

de sarjă (4), de unde, cu pompa centrifugă 5, se recirculă la partea superioară a turnului,

după ce în prealabil se răceşte la 30 0C în răcitorul 7. Ca agent de răcire se utilizează apa.

32

Începutul reacţiei, când soluţia de hidroxid de sodiu este mai concentrată, clorul se poate

introduce cu debit mai mare, fără însă a depăşi temperatura de 35 0C în coloana de

clorurare. Pe masură ce clorurarea avansează se reduce debitul de clor sau se măreşte

densitatea de stropire cu soluţie. Terminarea reacţiei se constată prin control analitic de

laborator. La terminarea reacţiei, se opreşte admisia clorului în turn, se opreşte pompa de

recirculare şi soluţia de hipoclorit se trimite în rezervoarele de depozitare.

Acestea sunt construite de obicei sub formă cilindrică şi sunt prevăzute la partea

superioară cu un sistem de stropire a mantalei cu apă de răcire, pentru a menţine

temperatura soluţiei în timpul depozitării la valori de 30 0C. Instalaţia funcţionează în

şarje. În timpul operării, trebuie respectate condiţiile impuse pentru evitarea reacţiilor de

descompunere a hipocloritului. În caz contrar, se obţin soluţii de culoare roşcată cu

conţinut redus de clor activ, care dacă nu sunt utilizate imediat se descompun în timp

foarte scurt.


Legendă:

1 – vas pentru prepararea soluţiei de hidroxid de sodiu; 2 – răcitor; 3 – pompă

centrifugă; 4 – rezervor pentru hipoclorit de sodiu; 5 – pompă centrifugă; 6 –

coloană de absorbţie; 7 – răcitor pentru soluţie de hipoclorit; 8 – ventilator

33

d) S-a încercat să se pună la punct şi procedeele continue de preparare a

hipocloritului de sodiu, construindu-se în acest scop turnuri de reacţie sau instalaţii cu

circuit închis. Figura 3.10. [6] reproduce schematic o instalaţie industrială cu funcţionare

continuă.

Fig. 3.10. Instalaţie de fabricare a hipocloritului de sodiu în regim continuu

Legendă:

1 – de la pompa pentru soluţie de hidroxid de sodiu; 2 – preaplin; 3 – recipient de

compensare soluţie de hidroxid de sodiu; 4 – răcitor pentru soluţie de hidroxid de sodiu;

5 – scurgere; 6 – rotametru; 7 – clor; 8 – aer; 9 – apă; 10 – pompă de mână; 11 –

manometru; 12 – soluţie de hidroxid de sodiu; 13 – clor; 14 – reactor; 15 – răcitor de

gresie; 16 – apă de răcire; 17 – la rezervorul de soluţie hipoclorit.

Dintr-un rezervor aşezat la înălţime, soluţia de hidroxid de sodiu cu circa 215

gNaOH/L este introdusă în curent continuu, prin cădere liberă, printr-un răcitor în aparatul

de clorurare, din care se evacuează în mod continuu soluţia decolorantă. Aparatul de

clorurare este un recipient căptuşit cu cauciuc în care sunt montate serpentine de răcire

din gresie. Clorul diluat cu aer este introdus pe la partea inferioară a aparatului, printr-un

34

dispozitiv de distribuire, confecţionat fie din oţel cauciucat, fie din vinidur. Turnuri de

reacţie mai simple se utilizează atunci când este vorba despre înlăturarea clorului

rezidual, deci când fabricarea soluţiei decolorante nu reprezintă un scop în sine.

3.2.2. Procedeu tehnologic electrochimic

Singurul procedeu electrochimic discutat în această lucrare este prezentat în figura

3.11. [8].


Legendă:

1 –rezervor, vas de purificare; 2 – decantor; 3 – răcitor; 4 – serpentină; 5 – pompă de

saramură; 6 – alimentator; 7 – celulă de electroliză.

Saramura trece în rezervorul 1 unde se purifică de sărurile de calciu şi de

magneziu, deoarece prezenţa acestora în cantitate mare formează o crustă groasă pe

catod. Apoi, din rezervorul 1 saramura trece în decantorul 2 şi mai departe în răcitorul 3,

la baza căruia sunt aşezate serpentinele 4. Din răcitor saramura este pompată cu ajutorul

pompei 5 în alimentatorul 6, de unde trece în electrizorul 8 şi se scurge din nou în răcitor.

Când concentraţia clorului activ din soluţie ajunge la valoarea necesară, pompa 5 o

trimite în rezervorul de consum 7, iar în răcitor se adaogă o nouă cantitate de saramură

proaspătă.

35

3.2.3. Generarea in-situ a hipocloritului de sodiu

Generarea in-situ a hipocloritului de sodium (in-situ la uzina de tratare a apei)

este folosită de peste 30 de ani. Staţii de alimentare sunt utilizatori semnificativi ai

generării in-situ, cu toate acestea, tehnologia nu a fost atât de larg utilizată în uzinele de

tratare a apei din cauza costurilor de operare, comparativ cu cele ale majorităţii

produselor de clor.

Cu toate acestea, recentele progrese în tehnologia celulei electrolitice (şi anume,

managementul termodinamic aplicat al celulei), au redus din costul de operare şi costurile

de întreţinere şi a făcut această tehnologie mult mai viabilă.

În prezent există un număr mare de uzine pentru tratarea apei şi bazine de înot

comerciale în toată lumea care utilizează generarea in-situ a hipocloritului de sodiu.

Teoria de baza a operării

Generarea de hipoclorit de sodiu in-situ este un proces simplu şi direct care

utilizează trei consumabile comune: sare, apă şi energie electrică. Generaţia de sisteme

in-situ funcţionează cu alimentare de apă dedurizată într-un dizolvant de saramură.

Sare se dizolvă pentru forma o soluţie de saramură, care este diluat în continuare până se

ajunge la soluţia de sare dorită. Soluţia de sare este apoi trecută prin celulele

electrolitice, care aplică o tensiune mică de curent direct saramurii pentru a

produce hipocloritul de sodiu. Hipocloritul de sodiu este apoi stocat în siguranţă într-

un rezervor pentru o zi şi atunci când ajunge la punctul setat la cel mai jos

nivel, sistemul reporneşte automat pentru a reumple rezervorul. În proces este folosită

sarea Morton. Sistemul este complet automatizat şi are o caracteristică de funcţionare

manuală la nevoie.

36

Fig. 3.12. Instalaţia de generare in-situ a hipocloritului de sodiu[9]

37

Capitolul 4. Calculul de dimensionare a instalaţiei tehnologice

Calculul de dimensionare a instalaţiei tehnologice de obţinere a hipocloritului de

sodiu, presupune de fapt, calculul duratei de timp pe parcursul căreia se obţine cantitatea

necesară de hipoclorit de sodiu, care să îndeplinească producţia anuală. Calculul detaliat

este prezentat pe larg în anexa II.

4.1. Producţia de hipoclorit de sodiu pe şarjă

Înainte de a începe calculul propriu-zis al duratei unei şarje, este necesar să

cunoaştem care este cantitatea de hipoclorit de sodiu (producţia) ce trebuie obţinută pe

durata unei şarje. Cunoscând producţia anuală de hipoclorit de sodiu, fondul de timp

anual şi faptul că se lucrează în 3 schimburi, realizându-se câte 2 şarje pe schimb,

cantitatea de hipoclorit de sodiu se obţine cu relaţia 3.1.

(4.1)

unde: este cantitatea de soluţie de hipoclorit de sodiu obţinută pe şarjă, (tone);

- cantitatea de soluţie de hipoclorit de sodiu produsă anual, (tone/an);

- numărul de şarje, (şarje/schimb);

- numărul de schimburi, (schimburi/zi);

- timpul efectiv de lucru, (zile/an);

Înlocuindu-se numeric se obţine pentru producţia de hipoclorit de sodiu, pe șarjă:

Deci, cantitatea de 12,626 tone de hipoclorit de sodiu trebuie obţinută în 4 ore.

Aceste 4 ore se vor împărţi între perioada de diluare a soluţiei de hidroxid de sodiu şi

perioada de reacţie cu clorul pentru formarea hipocloritului.

În baza stoechiometriei reacţiei de obţinere a soluţiei de hipoclorit de sodiu se

calculează necesarul pe şarjă de hidroxid de sodiu şi de clor ca substanţe pure. Reacţia

care stă la baza formării hipocloritului este:

38

Deoarece se cunoaşte producţia pe şarjă de soluţie de hipoclorit de sodiu, precum

si concentraţia finală a acesteia, dată ca dată de proiectare, se poate calcula cantitatea de

hipoclorit de sodiu (substanţă pură), cu relaţia 3.2.

(4.2.)

unde: este cantitatea de hipoclorit de sodiu, substanţă pură, (tone);

- concentraţia finală a soluţiei de hipoclorit de sodiu, (gr/L);

- densitatea soluţiei de hipoclorit de sodiu, (kg/m3).

Înlocuind numeric vom obţine:

Cunoscând masa molară a hidroxidului de sodiu şi cea a clorului, se obţin

stoechiometric:

În acelaşi mod se poate calcula şi cantitatea de apă şi cea de clorură de sodiu

rezultate în reacţie:

Cunoscând acum cantitatea pură de hidroxid de sodiu necesară obţinerii soluţiei

de hipoclorit, se poate calcula cantitatea de soluţie de hidroxid de sodiu, de concentraţie

50 % (masice), precum şi cantitatea de apă necesară diluării acesteia, pentru a ajunge la

concentraţia impusă de 220 gr/L (18.4 % (masice)) de hidroxid de sodiu.

(4.3)

unde: este masa soluţiei concentrate de hidroxid de sodiu, (tone);

- concentraţia masică iniţială a soluţiei de hidroxid de sodiu, (% masice);

Se obţine după înlocuire:

39

Cantitatea de apă pe care o conţine soluţia concentrată este:

Masa soluţiei diluate de hidroxid de sodiu este:

(4.4)

unde: este masa soluţiei diluate de hidroxid de sodiu, (tone);

- concentraţia masică a soluţiei diluate de hidroxid de sodiu, (% masice);

Se obţine după înlocuire:

cu volumul corespunzător:

(4.5)

unde: este volumul soluţiei diluate de hidroxid de sodiu, (m3);

- densitatea soluţiei diluate de hidroxid de sodiu, (kg/m3);

Cantitatea de apă pentru diluarea soluţiei concentrate este:

unde: este cantitatea de apă necesară diluării soluţiei concentrate de hidroxid

de sodiu, (tone);

Volumul corespunzător este:

(4.6)

unde: este densitatea apei, (kg/m3);

40

4.2. Durata şarjei

Durata de timp a unei şarje este calculată ca fiind suma dintre timpul necesar

preparării soluţiei diluate de hidroxid de sodiu (faza de diluare) şi timpul necesar reacţiei

soluţiei diluate de hidroxid de sodiu (faza de reacţie) cu formare de hipoclorit de sodiu cu

concentraţia dorită. Însă, această durată trebuie să fie cel mult egală cu 4 ore pentru a se

putea îndeplini producţia impusă.

(4.7)

unde: reprezintă timpul total al unei şarje;

- timpul necesar diluării soluţiei de hidroxid de sodiu, (s);

- timpul necesar reacţiei (s);

Deci, pentru aflarea duratei de timp totale necesară unei şarje, este necesar să

construim câte un model matematic pentru fiecare fază în parte:

- model matematic pentru faza de preparare soluţie diluată de hidroxid de sodiu

(18.4 % (masice));

- model matematic pentru faza de reacţie a soluţiei diluate de hidroxid de sodiu,

cu formare de soluţie de hipoclorit de sodiu (12 % (masice)).

Soluţiile modelelor matematice reprezintă duratele de timp necesare fiecărei faze.

4.3. Modelul matematic pentru faza de preparare

Din descrierea procesului tehnologic în cadrul subcapitolului 3.2.1.c, se deduce că

atât faza de preparare a soluţiei diluate de hidroxid de sodiu necesară lucrului, cât şi faza

de reacţie, se realizează prin operare în regim nestaţionar.

Modelul matematic este format în principal din ecuaţiile de bilanţ total şi parţial

de materiale şi de bilanţ de energie.

41

Fig. 3.1. Schema de preparare a soluţiei diluate de NaOH

Conform figurii 3.1. modelul matematic pentru faza de preparare conţine la rândul

său alte doua modele matematice:

- modelul matematic pentru schimbătorul de căldură (răcitor), SC1;

- modelul matematic pentru vasul de preparare (amestecare), VA1.

4.3.1. Modelul matematic pentru schimbătorul de căldură (SC1)

Modelul matematic ataşat schimbătorului de căldură este format, în principal, din

ecuaţia de bilanţ termic (4.8) şi din ecuaţia de transfer de căldură (4.9).

O atenţie deosebită este acordată calculului coeficientului total de transfer termic,

care conţine toate cele 5 variabile ale acestui sistem. Metoda de determinare folosită este

cea a intersecţiei fluxurilor.

(4.8)

(4.9)

unde: este debitul de apă de răcire, (m3/s);

- temperatura soluţiei (la intrare în schimbător), (0C);

- concentraţia soluţiei de hidroxid de sodiu, (% masice);

- temperatura apei de răcire, la ieşire din schimbător, (0C);

42

- temperatura soluţiei (la ieşire din schimbător), (0C);

- densitatea apei de răcire la ieşire din schimbător, (kg/m3);

- căldura specifică a apei de răcire la ieşire din schimbător, (J/(kg*K));

- densitatea apei de răcire la intrare în schimbător, (kg/m3);

- căldura specifică a apei de răcire la intrare în schimbător, (J/(kg*K));

- temperatura apei de răcire, la intrare în schimbător, (0C);

- debitul volumetric de soluţie recirculată, (m3/s);

- densitatea soluţiei (la intrare în schimbător), (kg/m3);

- căldura specifică a soluţiei (la intrare în schimbător), (J/(kg*K));

- densitatea soluţiei (la intrare în schimbător), (kg/m3);

- căldura specifică a soluţiei (la intrare în schimbător), (J/(kg*K));

- densitatea soluţiei (la ieşire din schimbător), (kg/m3);

- căldura specifică a soluţiei (la ieşire din schimbător), (J/(kg*K));

- coeficientul total de transfer termic, (W/(m2*K));

- aria de transfer termic, (m2);

- diferenţa de temperatură medie aritmetică, (0C);

Avem un sistem de ecuaţii algebrice neliniare, format din 2 ecuaţii cu 5

necunoscute: t, te, ta, tpe şi c. Datorită faptului că acest sistem este parte componentă a

modelului matematic al întregii bucle de preparare, este necesar să se evidenţieze te, ta şi

tpe, în funcţie de t şi c şi să se aducă ecuaţiile sub forma (4.10), (4.11), (4.12).

(4.10)

(4.11)

(4.12)

În acest fel modelul matematic pentru SC1 devine complet determinat.

O altă discuţie se poartă asupra formei funcţiilor f3, f4 şi f5. Acestea nu au o

formă care să poată fi pusă în evidenţă datorită neliniarităţii sistemului. Rezolvarea

acestuia se va realiza numeric.

Cu ajutorul programului Mathcad, această evidenţiere este posibilă, dar nu ca

funcţii explicite, ci ca soluţie scrisă sub forma de mai sus, în cadrul unei bucle de calcul

numeric. În această buclă, ecuaţiile sunt obţinute fixându-se (ca iniţializări) variabilele te,

43

ta şi tpe, pentru determinarea reală a acestora, la fiecare pereche de valori (t, c). În anexa

I este prezentată, pe larg, procedura de soluţionare a acestui model matematic.

Modelul matematic presupune cunoscută aria de transfer termic, din relaţia

(4.9). Se dispune de un schimbător de căldură cu următoarele caracteristici principale:

aria de transfer termic

lungimea țevii

numărul de ţevi

diametrul exterior al țevii

diametrul interior al ţevii

grosimea ţevii

diametrul nominal al mantalei

4.3.2. Modelul matematic pentru vasul de preparare (VA1)

Modelul matematic ataşat vasului de amestecare este format, în principal, din

ecuaţia de bilanţ masic total (variaţia cantităţii de soluţie în timp) (4.13), ecuaţia de bilanţ

parţial pentru hidroxidul de sodiu (variaţia cantităţii hidroxid de sodiu în timp) (4.14) şi

din ecuaţia de bilanţ termic (variaţia cantităţii de energie în timp) (4.15).

Modelul mai conţine şi ecuaţii de calcul a proprietăţilor fizice, pentru hidroxidul

de sodiu si pentru apă. Aceste ecuaţii sunt de tip polinomial în funcţie de temperatură şi

concentraţie, obţinute pe baza datelor experimentale [8].

(4.13)

(4.14)

(4.15)

unde: este debitul de soluţie concentrată de hidroxid de sodiu, (m3/s);

- volumul soluţiei diluate de hidroxid de sodiu, (m3);

- timpul, (s);

- densitatea soluţiei concentrate de hidroxid de sodiu, la intrare în vas, (kg/m3);

44

- căldura specifică a soluţiei concentrate de hidroxid de sodiu, la intrare în

vas, (J/(kg*K));

- temperatura soluţiei concentrate de hidroxid de sodiu, la intrare în vas, (0C);

- căldura diferenţială de dizolvare a hidroxidului de sodiu, (J/kg).

După cum se observă, acest model înglobează modelul matematic al

schimbătorului de căldură, SC1, prin introducerea celor 3 funcţii f3, f4 şi f5.

Pentru a putea fi integrat numeric, modelul se aduce la o formă în care se

evidenţiază derivatele de ordinul I: variaţia volumului de soluţie în timp (4.16), variaţia

concentraţiei hidroxidului de sodiu în timp (4.17) şi variaţia temperaturii în timp (4.18),

în vasul de amestecare:

(4.16)

(4.17)

(4.18)

Condiţiile la limită ale sistemului sunt date de relaţiile:

Pentru ecuaţia (4.16): (4.19)



unde: este volumul de apă din vas necesar diluării soluţiei concentrate de hidroxid

de sodiu, existent la momentul iniţial in vasul de preparare, (m3);

- temperatura apei de diluare din vas, (0C);

4.4. Calculul coeficienţilor parţiali de transfer termic

Cu excepţia câtorva formule empirice şi a evaluărilor aproximative, valorile

coeficienţilor α se determină cu ajutorul relaţiilor criteriale rezultate din aplicarea teoriei

similitudinii sau din consideraţii de analiză dimensională. Ecuaţiile criteriale generale [6]

nu pot fi folosite pentru determinarea coeficienţilor α. Ele pot fi aplicate în forma unor

produse de criterii fiecare ridicate la o putere:

45

(4.22)

unde: este coeficientul parţial de transfer termic;

- numărul lui Nusselt;

- constantă; , , - exponenţi;

, - numărul lui Reynolds, respectiv, numărul lui Prandtl;

- lungimea ţevii;

- lungimea caracteristică, transversală pe direcţia de cugere a fluidului;

Prin această precizare, domeniul de valabilitate al ecuaţiei se restrânge.

Valoarea lui α se deduce din valoarea numărului Nusselt:

(4.23)

unde: este conductivitatea termică;

4.4.1. Coeficientul parţial de transfer termic al soluţiei de hidroxid de sodiu

Pentru lichide, curgând în domeniul , cu condiţia , ce

ţine seama şi de efectele de capăt a ţevii, se foloseşte relaţia [7]:

(4.24)

Criteriile şi se calculează cu relaţiile (3.25), respectiv, (4.26):

(4.25)

(4.26)

unde: este viteza fluidului, (m/s);

- diametrul interior al ţevii, (m);

- densitatea fluidului, (kg/m3);

- viscozitatea fluidului, (kg/(m*s));

- viscozitatea fluidului la temperatura peretelui, (kg/(m*s));

- căldura specifică a fluidului, (J/(kg*K));

- conductivitatea termică a fluidului, (W/(m*K)).

46

Constantele fizice se calculează la temperatura medie aritmetică (4.27).

Particularizând, vom obţine expresia numărului lui Nusselt în funcţie de t, te, ta,

şi c, folosind următoarea succesiune de relaţii:

Temperatura medie aritmetică a soluţiei, în 0C:

(4.27)

Viteza soluţiei în ţevi, în m/s:

(4.28)

Numărul Reynolds:

(4.29)

Numărul Prandtl:

(4.30)

Numărul Nusselt, ecuatia (4.31):

în care, şi sunt lungimea, respectiv, numărul ţevilor schimbătorului de căldură.

Coeficientul parţial de transfer termic rezultă din relaţia (3.23), în (W/(m2*K)):

(4.31)

4.4.2. Coeficientul parţial de transfer termic al apei

Pentru fluide care curg în spaţiul extratubular al schimbătoarelor de căldură se

recomandă, cu bune rezultate, formula lui Donohue pentru Re > 200 [7]:

(4.32)

În care constanta c, depinde de diametrul echivalent şi de construcţia geometrică.

47

Particularizând, vom obţine expresia numărului lui Nusselt în funcţie de ta şi tpe,

folosind următoarea succesiune de relaţii:

Temperatura medie aritmetică a apei, în 0C:

(4.33)

Secţiunea minimă de curgere, în m2:

(4.34)

în care Dn este diametrul interior al mantalei, (m).

Diametrul echivalent al secţiunii extratubulare, în m:

(4.35)

Constanta c (pentru un fascicul de ţevi fără şicane):

(4.36)

Viteza apei, în m/s:

(4.37)

Numărul Reynolds:

(4.38)

Numărul Prandtl:

(4.39)

Numărul Nusselt:

(4.40)

Coeficientul parţial de transfer termic rezultă din relaţia (4.23), în (W/(m2*K)):

48

(4.41)

4.5. Coeficientul total de transfer termic

Datorită faptului că temperaturile pereţilor ţevilor care apar în calculul

temperaturilor medii implicit în calculul proprietăţilor fizice ale celor două fluide, tpi şi

tpe, nu sunt cunoscute, coeficientul total de transfer termic este calculat prin metoda

intersecţiei de fluxuri [15].

Fig. 4.2. Variaţia temperaturii după rază în peretele ţevii

În conformitate cu figura 4.2, se poate scrie egalitatea fluxurilor din aproape în

aproape.

(4.42)

Din egalitatea termenilor trei şi patru din (3.35), se obţine dependenţa

temperaturii peretelui interior al ţevii, în funcţie de cel exterior:

(4.43)

Din egalitatea termenilor patru şi cinci, rezultă:

49

(4.44)

Din egalitatea termenilor doi şi cinci, rezultă:

(4.45)

La o anumită valoare a temperaturii peretelui exterior, tpe, a fiecărei iteraţii (pas

de integrare), funcţiile f1 şi f2 au aceeaşi valoare. Aşadar, intersecţia de fluxuri se va

realiza, şi vom avea atâtea valori ale coeficientului total de transfer termic câţi paşi de

calcul vor fi efectuaţi.

4.6. Rezultatele modelului matematic

În Anexa II este prezentată pe larg rezolvarea modelului matematic. În urma

calculelor se obţine o durată pentru faza de diluare a soluţiei de hidroxid de sodiu de:

Asta înseamnă că perioada de reacţie trebuie să fie cel mult egală cu

. Verificarea se face în urma calculului duratei de reacţie.

Încă un amănunt important este acela că relaţiile criteriale au fost alese

presupunând că acestea se încadrează în limitele regimului de curgere. Presupunerea s-a

făcut deoarece nu se cunoşteau valorile variabilelor numerelor Reynolds atât pentru

stabilirea regimului în interiorul cât şi în exteriorul ţevilor.

Sunt prezentate în continuare două tabele cu cele mai importante mărimi rezultate

în urma rezolvării modelului matematic.

Tab.4.1 Soluțiile modelului matematic ale fazei de preparare

timp,s temperatura,ᵒC concentrație,% volum,m3

0,00 25,00 0,000 5,611400,00 39,26 0,035 6,032800,00 48,73 0,064 6,4571200,00 55,19 0,089 6,8851600,00 59,68 0,111 7,3132000,00 62,87 0,131 7,7382400,00 65,17 0,148 8,1612800,00 66,83 0,163 8,5803200,00 68,04 0,177 8,9963600,00 67,16 0,184 9,348

50

4000,00 58,75 0,184 9,3894400,00 52,05 0,184 9,4204800,00 46,63 0,184 9,4455200,00 42,22 0,184 9,4645600,00 38,60 0,184 9,4806000,00 35,61 0,184 9,493

Din datele pezentate se observă că în aproximativ 3600 de secunde concentraţia

dorită a hidroxidului de sodiu este atinsă, dar se continuă recircularea soluţiei pentru a fi

adusă la o temperatură la care poate fi trimisă la faza de reacţie (aproximativ 30 0C).

Însă importanţă deosebită prezintă variaţia temperaturilor în schimbătorul de

căldură, în timp. Rezultatele obţinute permit construcţia următorului grafic:

0 600 1.2 103 1.8 10

3 2.4 103 3 10

3 3.6 103 4.2 10

3 4.8 103 5.4 10

3 6 103

20

26

32

38

44

50

56

62

68

74

80

solutie intrare in schimbatorsolutie iesire din schimbatoragent termic iesire din schimbator

timp, tau, s

tem

pera

tura

, t, 0

C

Fig. 4.3. Variaţia temperaturii fluidelor în schimbătorul de căldură SC1

Se observă că temperatura soluţiei la intrare în schimbător nu depăşeşte 70 0C.

Putem spune că debitul de apă de răcire este destul de mare pentru ca soluţia să nu ajungă

la fierbere.

51

În tabelul 4.2 sunt prezentate toate valorile temperaturilor care intervin în

soluţionarea modelului matematic al schimbătorului de căldură.

Tab.4.2 Variaţia temperaturilor în schimbătorul de căldură

tem,ᵒC Te,ᵒC Tpi,ᵒC Tpe,ᵒC Ta,ᵒC Δtm,ᵒC25 24,65 23,36 23,23 21,21 4,22

39,26 37,72 34,35 33,79 25,36 15,8148,73 46,2 42,61 41,7 28,64 23,1555,19 51,91 48,33 47,18 30,99 28,0659,68 55,92 52,16 50,84 32,59 31,5062,87 58,79 54,75 53,31 33,7 33,9865,16 60,89 56,54 55,02 34,46 35,8066,83 62,44 57,79 56,21 35,01 37,1368,04 63,57 58,67 57,05 35,39 38,1167,15 62,82 57,84 56,27 35,03 37,4758,75 55,31 50,9 49,63 32,06 31,0052,05 49,27 45,38 44,35 29,77 25,7846,63 44,38 40,96 40,12 27,97 21,5242,22 40,37 37,4 36,71 26,55 18,0238,6 37,07 34,5 33,92 25,42 15,1335,61 34,34 32,12 31,64 24,5 12,73

Se face verificarea regimului de curgere şi a relaţiilor folosite. Pentru coeficientul

de transfer termic al apei în spaţiul intertubular relaţia de calcul a numărului Reynolds,

(3.25), este valabilă pentru Re > 200. Pentru interiorul ţevilor, relaţia este valabilă pentru

Re > 7000.

Tab.4.3 Date privind dinamica schimbătorului de căldură

Qtr,W KT, W/m2grd αsol, W/m2grd αapa, W/m2grd Resol Reapa

75253 217 702 349 2163 4002332020 256 1098 364 5606 4200534454 281 1506 375 10917 4358679378 295 1782 382 15331 4471778411 301 1891 386 17125 4549846269 303 1906 390 17253 4602

52

893602 304 1884 392 16804 4640926985 304 1854 393 16250 4666950472 304 1824 394 15732 4685928472 302 1779 393 15013 4667745519 293 1664 385 13144 4523604156 285 1567 378 11627 4412

Temperatura soluţiei care se trimite în reactorul gaz - lichid pentru reacţia

hidroxidului de sodiu cu clorul nu trebuie sa depășească 40 ºC.

Pentru timpul de diluare, , parametrii soluţiei din vasul de amestecare

sunt:

, 0C - temperatura soluţiei la sfârşitul fazei de preparare a soluţiei diluate;

- volumul soluţiei la sfârşitul fazei de preparare a soluţiei diluate;

- concentraţia soluţiei la sfârşitul fazei de preparare a soluţiei diluate.

Acestea reprezintă condiţiile iniţiale ale modelului matematic pentru faza de reacţie.

4.7. Calculul de dimensionare al sistemului de absorbție a clorului

În acord cu cele prezentate în figura 3.9 sistemul de absorbție a clorului are drept

schemă de lucru secvența din figura 4.4 unde sunt notate şi debitele şi concentrațiile în

hipoclorit respectiv clor ale fazelor contactante.

53

Figura 4.4. Schema si notații pentru funcționarea sistemului de absorbție a clorului

Se constată astfel că soluția conținând hidroxid de sodiu este luată de pompa 5 cu

debitul Gvl fiind trecută prin schimbătorul 7 ,unde este răcita , şi apoi trecută prin colana 6

unde are loc reacția de chemosorbție a clorului astfel că valoarea concentrației de

hidroxid de sodiu scade de la c1 la c2 în timp ce soluția se încălzeşte de la temperatura t2

la t3. În vasul de recirculare are loc amestecarea soluției cu cea existentă aici astfel că

temperatura acesteia scade de la t3 la t1. Prin calculul de dimensionare dat mai jos se

urmărește în principal stabilirea duratei de lucru care determină şi alte mărimi

necunoscute în sistemul de chemosorbție atunci când sunt impuse următoarele:

- presiunea de lucru în colana de absorbție este cea atmosferica adică p= 105

N/m2;

- Gazele preiau în coloana de lucru prea puțin din căldura de chemosorbție

astfel că temperatura lor poate fi considerată constantă la tg =300C;

- concentrația clorului în gazul rezidual ce vine de la linia de lichefiere clor are

fracția molară de 0.65 kmoli Cl2/kmoli gaze adică cgN+1= (p*yN+1)/RTg = 0.65

105/(8310 303) = 0.0258 kmoli Cl2/m3 gaze = 1.83 kg Cl2/m3 gaze

- randamentul de absorbție al Cl2 în coloana este η = 0.95 astfel ca valoarea

concentrației clorului în gazele ce ies din coloana este cg1 =(1-η)cgN+1=

0.05*1.83 = 0.091 kg Cl2/m3 gaze = 0.00128 kmoli Cl2/m3;

- coloana de chemosorbție are volumul Vu = 10 m3 şi asigura σu = 100 m2/m3;

54

- coeficienții parțiali de transfer de masa realizați în stratul de umplutura au

valorile kp = 2.42 10-3 kmoli Cl2/(m2 s atmCl2) respectiv kl = 0.8 m/h (Bozga şi

Muntean 1999, vol 2, pag 354)

- concentrația de hidroxid de sodiu în soluția finală de hipoclorit trebuie sa fie

0.01 kg NaOH/kg sol = 10.6 kg/m3 = 0.265 kmoli NaOH/m3 (cerință

determinată de faptul că soluția de hipoclorit trebuie să aibă un pH de 14);

- concentrația de hidroxid de sodiu în soluția care trece la chemosorbție este

c0 = 0.184 NaOH/kg sol = 197 kg/m3 = 2.45 kmoli NaOH/m3.

În aceste condiții se poate proba dacă în coloană frontul de reacție se află

întotdeauna la interfață, adică rezistenţa la transferul de masă este localizată în filmul de

gaz. Pentru aceasta se calculează concentrația critică a NaOH la capetele coloanei şi se

compară această valoare cu cele reale, specificate mai sus. Ținând cont că valoarea

coeficientului stoechiometric din faţa NaOH din reacția de chemosorbție 2 NaOH + Cl2 =

NaCl +NaClO +H2O este 2 rezultă astfel:

= Kmoli NaOH/m3<2.45

= Kmoli NaOH/m3<0.265

Pentru fluxul de clor chemosorbit respectiv pentru debitul de clor chemosrobit se obțin

valorile:

kmoli Cl2/(m2s)

kmoli Cl2/s

Pentru debitul de căldura generat de chemosorbție în absorber se obține valoarea:

MJ/s=4.5375 106 W

Debitul de gaze cu clor ce se aduce în chemosorber rezultă din cunoașterea debitului de

clor absorbit:

m3/s

În baza considerațiilor de mai sus modelul matematic pentru simularea funcționarii

sistemului de chemosorbție a clorului conține relațiile date mai jos:

55

- bilanțul hidroxidului de sodiu pentru coloana de chemosorbție:

(4.46)

- bilanțul hidroxidului de sodiu pentru rezervorul de soluție recirculată:

(4.47)

- condiția inițiala atașată ecuației de bilanț nestaționar a hidroxidului din vasul

de recirculare:

(4.48)

- bilanțul termic pentru colana de chemosorbție:

(4.49)

- bilanțul termic pentru vasul de recirculare a soluției de hidroxid:

(4.50)

- condiția inițială atașată ecuației de bilanț termic nestaționar pentru vasul de

recirculare:

(4.51)

- ansamblul de relații ce descrie funcționarea schimbătorului de căldura 7 în

care are loc răcirea soluției recirculate:

(4.52)

(4.53)

În legătură cu soluționarea modelului trebuie precizat că interesul este de a vedea

cum evoluează în timp: i) concentrația în hidroxid de sodiu a soluției recirculate (c1)

astfel ca să se decidă când se face oprirea alimentării cu clor a coloanei de chemosorbție;

ii) temperatura soluției recirculate la ieșirea din vasul de recirculare (t1) , din schimbătorul

de căldură (t2) respectiv din colană (t3) astfel încât să se poată decide când încetează

recircularea şi răcirea acesteia. În sprijinul celor menționate se arată că prin cuplarea

56

relației (4.46) cu (4.47) şi integrarea acesteia cu condiția (4.48) se obține, așa cum arata

relația (4.54), dinamica concentrației c1 .

(4.54)

Combinând ecuațiile (4.49)-(4.51) se obține pentru temperatura t1 ecuația

diferențială (4.55) ce nu poate fi integrată direct deoarece t2 este dependentă de timp. În

cazul excepțional că această temperatură evoluează lent în timp sau într-o plaja restrânsă

de valori o soluție analitică a ecuației (4.55) este dată de relația (4.56)

(4.55)

(4.56)

Considerând că debitul de soluție recirculată şi debitul de apă de răcire sunt egale

cu cele ce alimentează schimbătorul de căldura din faza de răcire a soluției de NaOH

precum şi faptul că schimbătorul de căldură este identic constructiv cu cel dimensionat

pentru faza de răcire se obține pentru durata de absorbție a clorului valoarea = 4200 s

respectiv pentru perioada de răcire, până la temperatura de 30 grade Celsius valoarea

=4600 s.

Pentru buna funcţionare a instalaţiei se impune automatizarea acesteia. Deoarece

instalaţia de obţinere a hipocloritului de sodiu este destul de simplă, aceasta nu necesită

regulatoare foarte complexe cu blocuri de calcul. Este suficientă folosirea unor

regulatoare uzuale pentru reglarea debitului, temperaturii şi presiunii. Un model de

automatizare pentru partea de reacţie a instalaţiei este prezentată în anexa IV.

57

Capitolul 5. Considerații economice

Calculul economic are ca scop determinarea preţului pentru produsul finit. Pentru determinarea acestui preţ trebuie calculată suma dintre costurile de investiţie şi costurile de operare.

5.1. Calculul valorii utilajelor din instalație

Este necesar calculul puterii pompelor si ventilatoarelor.

Calculul puterii pompei de recirculare

Căderea de presiune în spațiul intratubular se calculează cu următoarea relație[12]:

(5.1)

Pentru determinarea coeficientului de frecare în interiorul țevilor şi în conducta de recirculare se utilizează formula Koo, valabilă pentru conducte cu asperităţi, din oţel şi fontă:

(5.2)

Proprietățile soluției au fost alese în așa fel încât valoarea numărului Reynolds sa fie cât mai mica, ceea ce duce la un coeficient de frecare cât mai mare pentru a avea siguranța funcționării instalației (pompa de recirculare trebuie să învingă maximul căderilor de presiune).

Rezistentele hidraulice locale sunt:

58

𝜉2=1.5 intrarea sau ieșirea din camera𝜉3=1 intrarea sau ieșirea din țevi 𝜉4=0.75 cot la 90ᵒ𝜉5=1 lărgire de secțiuneCăderea de presiune la intrarea şi ieșirea din camere se calculează cu viteza mai

mare - cea din racorduri; pentru căderea de presiune la intrarea si ieșirea din țevi se va utiliza viteza din țevi.

(5.3)

Conform calcului din anexa II se obține căderea totală de presiune pe întreg circuitul soluției de hidroxid de sodiu de 6225Pa.

Puterea pompei de recirculare pentru un randament de pompare este data de

relaţia (4.4).

(5.4)

Se adoptă Np = 500W

Puterea pompei de alimentare a coloanei de absorbţie

(5.5)

unde : GVe = debit de lichid pompat ;

Zm = înălțimea de pompare ;

l = densitatea lichidului ;

g = acceleraţia gravitaţională ;

Na=700W

Puterea ventilatorului

(5.6)

unde :

Gv,g = debit de gaz ce intră în ventilator ;

p = căderea de presiune ; se impune p = 6000 N/m2 ;

= randamentul de pompare , = 0.7 ;

Nv=500W

59

Calculul puterii de regim si de pornire a motorului de acționare al arborelui

amestecătorului

Puterea de regim se calculează cu următoarea formulă:

(5.7)

Se alege un agitator tip elice cu trei palete, cu următoarele caracteristici:

da=0.568m diametrul agitatorului

nrot=2s-1 numărul de rotații ale agitatorului

Rea=63314 numărul Reynolds

ca=1.19; ma=0.15; constante specifice ale agitatorului alese in funcție de

criteriul Reynolds

Din calculul din anexa III rezultă că puterea de regim a agitatorului este 142.98 W iar

puterea de pornire a agitatorului,fiind de patru ori mai mare ca cea de regim, are valoarea

571.93 W.

60

Tabel 5.1. Valoarea utilajelor din instalațieNr. crt. Denumirea utilajului Valoarea

utilajului,€

1 Rezervor de soluție NaOH 50% 200002 Rezervor apa demineralizata 200003 Rezervor preparare soluție diluata NaOH(1) 340004 Schimbător de căldura (răcitor)(2) 4105005 Rezervor soluție hipoclorit de sodiu(4) 340006 Coloana de absorbție(6) 5405007 Schimbător de căldura(răcitor) (7) 4105008 Pompa(3) 232769 Pompa(5) 3168210 Ventilator (8) 23276

Total 1547734

5.2. Calculul costurilor de investiție si de operare şi al costului de producție

Prețul investiției a fost calculat ca procent din valoarea utilajelor așa cum se poate vedea în tabelul 5.2.

Tabel 5.2. Preţul investiţieiInvestiție % cost utilaje Valoare, €

Utilaje și echipamente 100 1547734Construcție montaj 10 154773

Automatizare 10 154773Montaj AMC 5 77386

Amenajare teren, construcții 10 154773Dotări siguranță și protecție 5 77386

Instalații electrice 5 77386Încălzire, ventilații, canalizare 7 108341

2352555

În calcul a fost luat un timp de 8000 de ore de funcţionare a instalaţiei pe an.

Tabel 5.3. Cheltuieli cu materii prime si energie electricaNr. crt. Materie prima Debit, t/an Preț, €/t Cost, €/t/an

1 Soluție NaOH 50% 3174 4000 126984002 Clor 60% 648 5000 322443003 Apa demineralizata 11076 1000 11076120

MWh/an €/MWh4 Energie electrica 11260 35 394100

56412920

Cheltuieli orare cu manopera :

-operator chimist: 1 normă : 5€/h ;

-mecanic : 1 normă : 5€/h ;

- elctrician : 1 normă : 5€/h ;

- inginer tehnolog : 1 normă : 7€/h.

Cheltuieli manoperă CM = 22€/h .

Pentru a calcula costul forţei de muncă s-au considerat 3 schimburi. Fiecare schimb

constă din 1 operator chimist, 1 mecanic, 1 electrician si 1 inginer tehnolog. Costul forţei

de muncă în acest caz este de 176000 €/an. Acest cost face parte din costul de operare.

S-a considerat o rată de amortizare de 10 ani-1.

Tabel 5.4. Cost producție hipoclorit de sodiuPreț, €/an Producție NaClO, t/an Cost producție, €/t

Cost operare 5694092025000 2371Cost investiție 2352555,7

Total 59293475,7

62

CONCLUZII

1. A fost realizat un referat de documentare tehnică în care s-a prezentat un scurt

istoric al obținerii şi utilizării produsului finit. S-au amintit tipurile de soluții de hipoclorit

de sodiu şi importanţa şi aplicațiile principale ale acestora dintre care cele mai importate

sunt efectul de înălbire, endodonţia si tratarea apelor.

2. Se observă problema stabilității hipocloritului de sodiu şi se evidențiază

influenţele diverșilor factori asupra acestei stabilităţi. Există trei căi principale

de descompunere a hipocloritului de sodiu: descompunerea spontană din

cauza interacţiunii dintre acidul hipocloros şi ioni de hipoclorit, fotoliza şi

descompunerea catalitică.

3. Soluțiile de hipoclorit de sodiu se pot prepara atât prin procedee chimice cat şi prin

procedee electrochimice. Dintre procedeele tehnologice posibile s-a optat asupra

procedeului prin care hipocloritul de sodiu se obține prin reacția clorului cu soluții

diluate de hidroxid de sodiu. Procesul proiectat este unul discontinuu cu funcționare în

șarje

4. S-a calculat obținerea de hipoclorit de sodiu în şarje rezultând pentru o șarjă o

valoare de producţie de 12.626 t/șarjă; s-au determinat de asemenea şi cantităţile de

materii prime necesare pentru obținerea productivității dorite.

5. Instalația proiectată include o fază de diluare a unei soluţii concentrate de

NaOH şi o fază de absorbție a clorului în soluția diluată, ambele procese fiind exoterme;

fiecare din cele două faze trebuind să fie caracterizate prin modele matematice care sa

permită evaluarea duratei lor.

6. S-a dezvoltat modelul matematic al fazei de preparare a soluției diluate astfel

ca să se poată obține durata fazei dar şi dinamica concentraţiei şi temperaturii soluției în

preparare; în urma simulării modelului s-a obținut o durată de 5600 s pentru faza de

diluare ceea ce înseamnă că faza de reacție din coloana de absorbție trebuie să aibă o

durată mai mică sau egală cu 8800s.

5. Pentru faza de absorbție a clorului s-a constatat ca avem un proces de

chemosorbție în care frontul de reacție este pe interfața astfel că fluxul de clor absorbit

poate fi considerat constant corespunzand concentrației medii a clorului în coloană;

durata de absorbție a clorului a fost obținută a fi de 4200 s iar cea răcire a soluției de

4600s, în acord cu cele observate mai sus.

7. S-a efectuat calculul economic în urma căruia s-a obținut că valoarea costului

de producție al hipocloritului de sodiu este de 3 €/kg.

64

ANEXE

Anexa I. Determinarea mărimii unei șarje de hipoclorit de sodiu

Anexa II. Modelul matematic pentru faza de diluare a soluției de hidroxid de sodiu

Anexa III. Dimensionarea vasului de amestecare

Anexa IV. Automatizarea utilajelor instalaţiei de obţinere a hipocloritului de sodiu

de la faza de reacţie

Anexa V. Desen schimbător de căldură

65

BIBLIOGRAFIE

1. Filipescu, L., Filip, R. I., „Tehnologia produselor sodice şi clorosodice”, vol. II, Editura Tehnică, Bucureşti, 1986;

2. Manual, „Tehnologia clorului şi derivaţilor”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1959;

3. Clarkson, RM, Podlich, HM, Savage, NW, Moule, AJ, “A survey of sodium hypochlorite use by general dental practitioners and endodontists in Australia”, Australian Dental Journal 2003;

4. Morganti, Luca, „Sodium Hypochlorite Generation for Household Water Disinfection: a Case Study in Nepal”, Massachusetts Institute of Technology, 2002;

5. Geana D., Feroiu, V., „ Proprietăţi fizico-chimice ale fluidelor”, Exemple de calcul. Litografia. Univ. Politehnica, București, 2001

6. Winnaker, Karl, „Tehnologie chimică anorganică”, vol. I, Editura Tehnică, Bucureşti, 1962;

7. Ponzano, G.P., „Sodium Hypochlorite: History, Properties, Production”, Docente di ‘Processi Elettrochimici', DICHEP, Facoltà di Ingegneria, Università di Genova, Genova, Italy, 2007;

8. Homiacov, V.G., Maşcoveţ, V.P., Cuzmin, L.L., „Tehnologia industriilor electrochimice”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1953;

9. Hooper, J., „On-site generation of sodium hypochlorite basic operating principles and design considerations”, 68th Annual Water Industry Engineers and Operators’ Conference, Schweppes Centre – Bendigo, 7 and 8 September, 2005;

10. Bratu, E.A., „Operaţii unitare în ingineria chimică”, vol. I, Editura Tehnică, Bucureşti, 1984;

11. Bratu, E.A., „Operaţii unitare în ingineria chimică”, vol. II, Editura Tehnică, Bucureşti, 1984;

12. Floarea, O., Jinescu, Gheorghiţa, Balaban, C., Vasilescu, P., Dima, R., „Operaţii şi utilaje în industria chimică”, Probleme, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti,1980;

13. Jinescu, Gheorghiţa, „Procese hidrodinamice”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1986;14. Pavlov, K.F., Romankov, P.G., Noscov, A.A., „Procese şi aparate în ingineria

chimică”, Exerciţii şi probleme, Editura Tehnică, Bucureşti, 1981;15. Soare, Gh., „Fundamentele transferului termic”, Editura Politehnica Press,

Bucureşti, 2005;16. Soare, Gh., „Fundamentele transferului termic”, Culegere de probleme, Editura

Politehnica Press, Bucureşti, 2005;

17. Bozga, G., Muntean, O., „Reactoare chimice”, vol. II, Editura Tehnica, Bucuresti 2001;

18. Negoiu, D, “Tratat de chimie anorganica, volumul II, Editura tehnica, 1972;19. Daniele S., "Sodium hypochlorite dosage for household and emergency water

treatment", Lantagne (2008).,E-Journal AWWA 100;20. Radu, C., Stanciu, R., “Elemente de management industrial”, Editura Politehnica,

2007;21. Radu, C., Stanciu, R., “Aplicații de management industrial”, Editura Politehnica,

2007;22. Nenițescu, D., „Tratat de chimie generala”, Editura didactica si pedagogica,

București,1980;23. Ronco, C, Mishkin, G.J., „Disinfection by sodium hypochlorite:Dialysis

Applications”, Karger, 2007;24. Rachitsky, Gl., Chuev, VP., Kamalov, RH, Smetanyak SM, Kolchenko LA,

„Sodium hypochlorite: a wide potential in dentistry”, Dentistry 2001;625. Bakhir VM, „Water treatment disinfection: problems and solutions”, Drinking

Water, 2003; 26. Geo CW, „Handbook of Chlorination and Alternative Disinfectants”, ed 4. A

Wiley-Interscience Publication, 1999, p1569;27. http://www.powellfab.com/28. Metcalf & Eddy, Inc (1991). Wastewater Engineering: Treatment, Disposal, &

Reuse 3rd Edition; pag 497;29. www.oltchim.

88

http://www.powellfab.com/

http://www.awwa.org/publications/AWWAJournalArticle.cfm?itemnumber=40152&showLogin=N

http://www.awwa.org/publications/AWWAJournalArticle.cfm?itemnumber=40152&showLogin=N

Date post:	25-Jul-2015
Category:	Documents
Upload:	aura-penel
View:	769 times
Download:	5 times

Proiect licenta

Documents