UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA

UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
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REHABILITACIÓN DE LA UNIDAD DESTRUCTORA DE CLORATO DE
LA PLANTA CLORO SODA DEL COMPLEJO PETROQUIMICO “EL
TABLAZO” ZULIA
Trabajo Especial de Grado Presentado para Optar al
Título de Ingeniero Químico
PRESENTADO POR:
Br. Carlos E. Tello V
C.I: V.-17.096.083
TUTOR ACADEMICO:
Ing. Herinarco S. Luzardo M
TUTOR INDUSTRIAL:
ING. Roselyn Balzan
MARACAIBO, ENERO DE 2007
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REHABILITACIÓN DE LA UNIDAD DESTRUCTORA DE CLORATO DE
LA PLANTA CLORO SODA DEL COMPLEJO PETROQUIMICO “EL
TABLAZO” ZULIA
Trabajo Especial de Grado Presentado para Optar al
Título de Ingeniero Químico
Br. Carlos Ernesto Tello Villalobos
C.I: V.- 17.096.083
MARACAIBO, ENERO DE 2007
II
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REHABILITACIÓN DE LA UNIDAD DESTRUCTORA DE CLORATO DE
LA PLANTA CLORO SODA DEL COMPLEJO PETROQUIMICO “EL
TABLAZO” ZULIA
III
Este jurado aprueba el trabajo especial de grado titulado:
“REHABILITACIÓN DE LA UNIDAD DESTRUCTORA DE CLORATO
DE LA PLANTA CLORO SODA DEL COMPLEJO PETROQUIMICO “EL
TABLAZO” ZULIA, presentado por el bachiller Carlos Ernesto Tello
Villalobos C.I.17.096.083, en cumplimiento con los requisitos señalados
para optar al título de INGENIERO QUÍMICO.
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MARACAIBO, ENERO DE 2007
JURADO EXAMINADOR
Ing. Herinarco Luzardo
C.I. 10.448127
TUTOR ACADÉMICO
ING. OSCAR URDANETA
C.I. 4.520.200
JURADO
Ing. Humberto Martínez
C.I. 3.112.555
JURADO
ING. OSCAR URDANETA
C.I. 4.520.200
DIRECTOR DE LA ESCUELA DE
INGENIERÍA QUÍMICA
ING. JOSE BOHÓRQUEZ
C.I. 3.379.454
DECANO DE LA FACULTAD DE
INGENIERÍA
IV
DEDICATORIA
Dedico ante todo este trabajo especial a mi preciosa hija Valeria
por haber llenado de alegría mi vida y darme el espíritu, la fuerza y la
motivación necesaria para cumplir con mi meta de ser profesional para
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brindarle el el mejor futuro posible que se merece.
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A mis padres Ernesto y Nelly, por regalarme la gran oportunidad
de completar un sueño hecho realidad, tanto para mi como para ellos,
brindarme su apoyo incondicional en todo momento y demostrarme que
uno si puede si se lo propone con empeño, disciplina y dedicación.
A mi esposa Laura por haber entrado en mi vida y en mi corazón y
regalarme su amor y apoyo infinito y la motivación de siempre llegar lejos.
A
mis
hermanos
Ernesto
y
Laura
quienes
siempre
me
acompañaron en esta carrera tan llena de obstáculos.
A mi abuelo fallecido Papá Enrique (El Perico), por ser parte de mi
inspiración en la culminación de mi trabajo especial.
A toda mi familia que siempre creyó en mí en todo momento.
Dedico este producto de mi esfuerzo a todas esas personas que de
una u forma estuvieron apoyándome en el transcurso de toda mi carrera.
A mi gran amigo Dios y a la Virgen que me han llevado de su mano
en todo momento.
Carlos Tello
V
AGRADECIMIENTO
Le doy gracias a mi hija y a mi esposa por regalarme con su cariño,
sonrisas, amor y mucha comprensión, la iniciativa de seguir luchando y
superar cualquier obstáculo que se me presente en mi camino. Gracias
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mis reinas…
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A PEQUIVEN, y especialmente la Planta Cloro Soda por permitirme
abrir sus puertas para desarrollar mi trabajo de grado, y por confiar en mi
capacidad como ser humano y futuro profesional, y brindarme la
oportunidad de aprender tantas cosas importantes de la carrera.
A mis tutoras industriales Roselyn Balzan y Raquel Rodríguez,
quienes me dieron su ayuda incondicional y conocimiento para la
realización de mi trabajo especial de grado. Muchas Gracias…
A mi tutor académico Ing. Herinarco Luzardo por ser la persona
que con su gran experiencia y contribución de conocimiento me ayudó a
comprender mejor todo lo relacionado con este proyecto.
A todos los operadores, panelistas y supervisores de turno, de la
planta Cloro Soda por el apoyo prestado en todo momento y los
conocimientos adquiridos, los cuales fueron de gran ayuda en la
culminación de este proyecto.
A todos ellos mi eterno agradecimiento, así como a todos aquellos
que nos tendieron la mano y me ayudaron a culminar esta anhelada meta.
¡A todos muchas gracias!
Carlos Tello
VI
Tello V. Carlos E.: “REHABILITACIÓN DE LA UNIDAD DESTRUCTORA
DE CLORATO DE LA PLANTA CLORO SODA DEL COMPLEJO
PETROQUIMICO “EL TABLAZO” ZULIA”, Maracaibo, Venezuela.
Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de
Ingeniería Química. Diciembre 2006. Trabajo Especial de Grado.
S
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R
S
E
En el siguiente trabajo de investigación
seE
presenta la rehabilitación de la
R
S
O de la Planta Cloro Soda del Complejo
Hclorato
unidad destructora
de
C
E
R
E
D “El Tablazo” Zulia. Este trabajo de investigación tiene por
Petroquímico
RESUMEN
objetivo principal rehabilitar la unidad destructora de clorato que permitirá
formar parte del proceso de la planta, reducir la concentración de clorato
en la salmuera en el rango especificado por diseño (<20g/l), y eliminar la
purga de salmuera agotada disminuyendo la cantidad de efluente
inorgánico generado y su calidad. Para la rehabilitación se evaluaron las
condiciones actuales de la unidad a fin de verificar la existencia o no de
equipos que son de vital importancia para el monitoreo normal del
proceso; previo a ésto se elaboraron los planos isométricos de la unidad
para obtener los materiales a utilizar para la estimación de costos. Se
caracterizó químicamente la salmuera a fin de determinar la
concentración de clorato en la misma tanto a la entrada como a la salida
de los electrolizadores, obteniéndose valores por debajo a los del diseño.
Adicionalmente se estimó el costo del proyecto en general, para los
trabajos de la rehabilitación, dando como resultado un costo total de 347
millones de bolívares aproximadamente, recuperándose dicha inversión
en un lapso de siete (7) meses, luego que la unidad entre en servicio. El
ahorro en la cantidad de sal que se espera recuperar si se procede a
poner en marcha la unidad en conjunto con el sistema de desulfatación,
alcanza 697 millones de bolívares tomando como base las pérdidas que
se generan de 35 TM de sal diarias por la purga abierta, lo que dio validez
a la realización de dicha investigación. Se identificaron las variables
críticas a controlar que permiten operar en condiciones normales de
diseño. Se recomendó instalar la instrumentación faltante en la Unidad
Destructora de Cloratos, realizar pruebas y mantenimiento a los equipos
que aun se encuentran operativos, a fin de conocer la confiabilidad
operacional de los mismos y colocar en servicio la unidad de forma
segura y evitar mayores perdidas económicas.
Palabras Claves: Destructor de clorato, Clorato de sodio, Ahorros,
Perdidas, Recuperación.
VII
INDICE GENERAL
PÁG.
APROBACION
IV
DEDICATORIA
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S RESE
AGRADECIMIENTO
HO
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R
INDICE
GENERAL
E
D
RESUMEN
VI
VII
VIII
LISTA DE FIGURAS
XI
LISTA DE TABLAS
XII
LISTA DE ANEXO
XIII
INTRODUCCION
1
CAPITULO I. El Problema
3
1.1. Planteamiento del problema
4
1.2. Formulación del problema
8
1.3. Objetivos de la Investigación
8
1.3.1. Objetivo general
8
1.3.2. Objetivos específicos
8
1.4. Justificación e importancia de la investigación
9
1.5. Delimitacion de la investigación
10
1.5.1. Delimitacion espacial
10
1.5.2. Delimitacion temporal
11
CAPITULO II. Marco Teórico
12
2.1. Antecedentes de la Investigación
13
2.2. Bases Teóricas
15
2.2.1. Definición y Aplicaciones del Cloro (Cl2).
15
2.2.2. Definición y Aplicaciones de la Soda Cáustica (NaOH)
17
2.3. Descripción General del Proceso
19
2.4.Descripción del Área de Salmuera Detalladamente
23
2.4.1. Saturación y Tratamiento Primario de la Salmuera
23
2.4.2 Sección de Clarificación de la Salmuera
27
VIII
2.4.3 Sección de Filtrado Primario y Secundario de la Salmuera
29
2.4.4. Sección de Intercambio Iónico
31
2.4.5. Salmuera Agotada, Declorinacion y Desulfatacion de la
34
Salmuera Agotada
2.4.5.1. Salmuera Agotada
2.4.5.2. Declorinación
S
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D
A
V
R
S RESE
O Destructora de Cloratos
H
C
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R
2.5. Descripción
de
la
Unidad
E
D
2.4.5.3. Desulfatación
34
34
36
38
2.5.1. Proceso de formación del Clorato de Sodio
41
2.6. Descripción de Equipos
43
2.6.1. Precalentador del Destructor de Cloratos (E-102)
43
2.6.2. Mezclador Estático del Destructor de Cloratos (MX-105)
43
2.6.3 Reactor del Destructor de Cloratos (R-101)
44
2.6.4. Bombas del Destructor de Clorato (P-118 A/B)
47
2.7 Manejo de Efluentes de la Planta Cloro Soda
47
2.8. Definición del Ion Clorato (ClO3)
50
2.9. Definición del Clorato de Sodio, Clorato Sodico, Sal Sodico
51
del Acido Clórico (NaClO3)
2.9.1. Estabilidad y Reactividad
52
2.10. Definición de Términos Básicos
54
2.11. Sistema de Variables e Indicadores
65
CAPITULO III. MARCO METODOLÓGICO
66
3.1. Tipo de Investigación
67
3.2. Diseño de la Investigación
68
3.3. Población y Muestra
69
3.4. Técnicas de Recopilación de la Información
69
3.5. Metodología a Utilizar
70
3.5.1. Fase I: Evaluar las condiciones actuales de la Unidad
70
Destructora de Clorato.
3.5.2. Fase II: Caracterizar las diferentes corrientes de salmuera
para obtener el análisis y contenido de clorato de sodio
IX
71
3.5.3. Fase III: Estimar el costo de la rehabilitación y el proyecto
72
en general.
3.5.4. Fase IV: Identificar variables críticas a controlar para la
74
operación normal de la unidad destructora de clorato.
3.6. Procedimiento Utilizado en la Medición de la variable
75
3.6.1. Determinación de Clorato en Salmuera
75
S
O
D
A
V
ER
S
E
3.6.2. Materiales y Reactivos
utilizar
R
S
HdeOIngeniería para preparar Diagramas de
C
E
R
3.6.3.
Procedimiento
E
D
77
78
Procesos.
CAPITULO IV. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
79
4.1. Evaluación de las condiciones actuales de la Unidad
81
Destructora de Clorato
4.2. Caracterización de las diferentes corrientes de salmuera para
84
obtener el análisis y contenido de clorato de sodio que presentan.
4.3. Estimación de Costos y Beneficio de la rehabilitación
87
4.4. Identificación de las variables criticas a controlar
94
4.4.1. Bases de diseño
94
4.4.2. Requerimientos de Servicios Industriales
98
CONCLUSIONES
100
RECOMENDACIONES
102
BIBLIOGRAFIA
105
X
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Diagrama de Proceso de la Planta Cloro soda
S
O
D
A
V
Figura 3. Sección de Clarificación de laS
Salmuera
ER
E
R
S
O Primario y Secundario de la salmuera
Figura 4. Sección
de H
Filtrado
C
E
R
E
D
Figura 2. Saturación y tratamiento Primario de la salmuera
23
26
28
30
Figura 5. Sección de Intercambio Iónico
33
Figura 6. Esquemático de la Unidad Destructora de Clorato
40
Figura 7. Vista general del Reactor Destructor de clorato (R101)
46
Figura 8. Sistema de Tratamiento de Efluente
48
Figura 9. Situación actual de la Unidad Destructora de Clorato
80
XI
INDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla Nº 1. Principales propiedades físicas del Cloro
16
Tabla Nº 2. Principales propiedades físicas del Soda Cáustica
18
Tabla Nº 3 Especificaciones de los Tiempos de Elevación y % de
45
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S RESE
HO
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D
Llenado del R101
Tabla Nº 4. Rangos y límites máximos de calidad de los efluentes 49
líquidos descargados a cuerpos directamente a ríos, lagos y
embalses
Tabla Nº 5. Propiedades Físico-Químicas del clorato de Sodio
52
Tabla Nº 6 Corrientes de los toma muestras seleccionados para la
71
Caracterización química
Tabla Nº7. Especificación de
Equipos inexistentes, código y
81
ubicación en la Unidad Destructora de Clorato
Tabla Nº 8. Concentración de Clorato en la salmuera en los
85
diferentes Puntos de muestreo
Tabla Nº 9. Estimación de Costos de Materiales y Mano de Obra
88
Tabla Nº 10. Ahorros con la rehabilitación de la unidad al proceso
92
Tabla Nº 11. Tiempo de Recuperación de la inversión realizada
93
para la rehabilitación
Tabla Nº 12. Balance de Masa y Energía (PFD), de la Unidad
95
Destructora de Clorato.
Tabla Nº 13. Variables del Destructor de Cloratos y rangos de
97
operación
Tabla Nº 14. Servicios industriales requeridos para garantizar la
98
operación efectiva y segura de la Unidad.
Tabla Nº 15. Servicios requeridos por cada equipo de proceso
dentro del Sistema de Destrucción de Cloratos.
XII
98
INDICE DE ANEXO
Anexo I. Diagrama de Bloque de la Planta Cloro Soda
Anexo II. Identificación Fotográfica de los Equipos Inexistentes en la
S
O
D
A
V
RDestructor de Clorato
Edel
S
E
Anexo III. Procedimiento Operación
Normal
R
S
RECHO
AnexoD
IV.E
Procedimiento
Parada Normal y de Emergencia
unidad destructora de Clorato.
Anexo V. Concentración de Clorato por cargas en los puntos de
muestreo
Anexo VI. Concentración de Clorato por mes
Anexo VII. Isométricos de la Unidad Destructora de Clorato
XIII
Introducción
INRODUCCIÓN
En la Planta Cloro Soda la salmuera constituye la materia prima
fundamental en el proceso de electrolisis (Descomposición electrolítica),
de la planta. Esta Salmuera es una solución compuesta por sal común,
S
O
D
A
V
R
E
S
E
En los electrolizadores de tecnología
de
celdas de membrana, que es la
R
S
CHlaOproducción de cloro, tanto gas como líquido, y
ultima D
tecnología
EREpara
agua desmineralizada y salmuera agotada, que se recupera del proceso.
soda cáustica al 32% p/p, necesitan de una corriente de salmuera de alta
calidad con mínima concentración de sólidos suspendidos y dureza
(Calcio y Magnesio). Dentro de los equipos que forman parte de la Planta
y que contribuyen a la eliminación de esos compuestos indeseados, se
encuentra la unidad destructora de clorato que fue instalada según diseño
original de la Planta en el año 92, con el fin de regular el contenido de
clorato de sodio en la salmuera agotada, manteniendo el contenido de
clorato en la salmuera que se alimenta a las celdas (20g/l máximo
permisible), garantizando la integridad física de las membranas en los
electrolizadores
Desde el momento en que la Planta de Cloro Soda entró en
servicio, se presentaron una serie de problemas operacionales en la
Unidad que conllevaron a que la misma no mantuviera su continuidad
operativa. Durante el año 2002, en dos oportunidades se colocó en
servicio la Unidad Destructora de Cloratos por intervalos de tiempo muy
cortos, manteniéndose hasta la fecha fuera de servicio.
Esta investigación presenta la rehabilitación de la unidad
destructora de clorato, evaluando las condiciones actuales de la misma y
proponiendo mejoras para el mantenimiento preventivo y correctivo de los
equipos e instrumentos asociados a la unidad, que según diseño original
de la planta tiene que estar en funcionamiento. Permitirá mantener la
1
Introducción
concentración de clorato de sodio (NaClO3), en la salmuera, dentro del
rango especificado por diseño (<20 g/l), sin la necesidad de mantener una
purga de salmuera de 7m3/hr, a nivel del intercambiador de calor de
placas cruzado de salmuera saturada-salmuera agotada (E1-E105), esto
se traduciría en un ahorro en la cantidad de sal que se espera recuperar,
S
O
D
A
V
R a que lo especificado por
Edado
S
E
actualmente sin el arranque S
de la
unidad,
R
O cloro lo que contribuiría en una rebaja de
ECTMHsal/TM
diseñoD
esE
deR
1.78
la disminución de la alícuota de sal que es de 1.83 TM sal/TM cloro,
dicha alícuota y generaría un beneficio a la planta que es de vital
importancia hacia la disminución de costos de materia prima, lo cual es
uno de los puntos mas importantes.
En función de lo señalado, el presente estudio está formado por
cuatro capítulos, a saber: el Capítulo I abarca el planteamiento y
formulación del problema, justificación, delimitación del estudio y la
formulación del objetivo general y de los específicos. El Capítulo II enfoca
los estudios previos relevantes relacionados con el trabajo y las bases
teóricas en lo que respecta a la Unidad Destructora de Clorato. El
Capítulo III expone los lineamientos metodológicos del trabajo, los
materiales, métodos y el procedimiento general del proyecto, el Capítulo
IV por su parte plantea los resultados obtenidos en función del diseño.
Para finalizar se incluyen, las conclusiones derivadas del estudio,
las recomendaciones planteadas en el proceso de realización del trabajo
especial de grado, así como las referencias bibliográficas que sirvieron de
base para el desarrollo de la investigación y los apéndices pertinentes.
2
Capitulo I El problema
S
O
D
A
V
R
S RESE
HO
C
E
R
E
D
3
Capitulo I El problema
CAPITULO I
El PROBLEMA
S
O
D
A
V
R
S RESE
1.1. Planteamiento del Problema:
HO
C
E
R
E
En la actualidad debido
D
al incremento masivo de la población
mundial, los países se ven en la necesidad de buscar nuevas formas de
avances y desarrollo, lo cual involucra nuevas tecnologías para el
crecimiento de las industrias, tanto básicas como productos de consumo,
que satisfagan las demandas y requerimientos de la población, brindando
bienestar y facilidades que mejoran la calidad de vida del ser humano. No
obstante producto de este desarrollo industrial se originan efluentes que
pueden ser contaminantes y que provocan el deterioro del medio
ambiente. Por otra parte, se están tomando medidas para que exista un
buen tratamiento de efluentes debido a que hoy en día se han
presentado
más leyes ambientales que se cercioran de que cada
industria que trabaje con productos químicos que contaminan al ambiente
o produzcan desechos perjudiciales, tengan un tratamiento de efluentes
completo y que cumpla con las especificaciones debidas para su
disposición final.
En la rama de Industrias que constantemente están creando
productos que permiten el desarrollo de los países, generando fuentes de
producción de materia prima para otras industrias intermedias y de
consumo, se encuentra PEQUIVEN,
Corporación Petroquímica de
Venezuela, la cual es una empresa del Estado que se encarga de
producir y comercializar productos químicos y petroquímicos para los
mercados nacionales e internacionales y propicia a su vez la creación de
4
Capitulo I El problema
empresas mixtas para el desarrollo de las cadenas de productos
petroquímicos aguas abajo.
PEQUIVEN esta conformada por diversas plantas industriales que
S
O
D
A
V
EesRla única planta que existe en
S
E
se encuentra la Planta CloroS
Soda,
la
cual
R
HO
C
E
R
el país.
La
misma
utiliza
como materia prima la sal común (NaCl) la cual
E
D
intervienen en el proceso de creación de valor de la empresa, entre ellas
mezclada con agua de alta pureza (Agua Desmineralizada con
Condensado Primario), y mediante un proceso de descomposición
electrolítica, se obtienen como productos principales Cloro, Soda Cáustica
e Hidrógeno, y como subproductos Ácido Clorhídrico, Hipoclorito de Sodio
y soda cáustica al 50% p/p, los cuales tienen una amplia gama de
aplicaciones en la industria nacional.
La mezcla de agua y sal común, la cual llamaremos salmuera, pasa
a través de diversos procesos físicos y químicos (Saturación, Tratamiento
Químico, Filtración, Intercambio Iónico, declorinacion, desulfatacion y
destrucción de clorato), necesarios para eliminar todas las impurezas y
obtener de esta manera salmuera ultra pura, para poder así ser enviada a
la sala de celdas electrolíticas. Así mismo, dentro de estos procesos de
eliminación o disminución de compuestos secundarios se encuentra la
unidad destructora de clorato que fue instalado, según diseño original de
la planta, con el fin de regular el contenido de clorato de sodio producto
indeseado en la salmuera agotada, manteniendo en control el nivel de
clorato en la salmuera que alimenta a las celdas; garantizando la
integridad física de las membranas y la eficiencia de corriente en los
electrolizadores. Esta unidad fue puesta en servicio en el mes de abril de
1992, conjuntamente con el arranque de la planta de tecnología de celdas
de membranas y operó por un corto lapso de tiempo; se presentaron una
5
Capitulo I El problema
serie de problemas operacionales como aumento en el pH de la salmuera
agotada, generando detonaciones por la formación de dióxido de cloro
(Compuesto Indeseado), que conllevaron a que la misma no mantuviera
su continuidad operativa. Durante el año 2002, en dos oportunidades se
colocó en servicio la Unidad Destructora de Clorato por intervalos de
S
O
D
A
V
R
S
E
de prearranque (Comisionamiento),
en E
conjunto con el personal de
R
S
HOa problemas en las estrategias de control de la
C
E
R
operaciones,
pero
debido
E
D
tiempo muy cortos (2,5hrs), aproximadamente, sólo se realizaron pruebas
unidad, por no tener el flujo requerido de acido clorhídrico necesario para
bajar el pH en el rango requerido se deja fuera de servicio. La Unidad
Destructora de Clorato actualmente no se encuentra en condiciones para
entrar en servicio debido a la inexistencia de una serie de instrumentos, y
equipos, así como también el alto grado de corrosión que presentan
algunas, tuberías, válvulas y accesorios que son de vital importancia para
la operación normal del proceso. Lo que respecta al sistema de tuberías
asociadas a la unidad en cuestión, el grado de deterioro
amerita un
reemplazo total. Se infiere que la falta de reserva de instrumentos en
almacén ha conllevado al desmantelamiento de la unidad, razón por la
cual se encuentra en las condiciones actuales.
En planta, específicamente en el área de salmuera se hace
necesaria la pérdida continua (purga), de salmuera agotada (Baja
concentración de NaCl), de 7m3/hrs aproximadamente. (Esta medición del
caudal drenado se realizó anteriormente), a la salida del intercambiador
de calor de placas cruzado de salmuera saturada-salmuera agotada (E1E105), para mantener la concentración de sulfatos (menor a 8 g/l) y la
concentración de de cloratos (menor a 20 g/l) en la salmuera que se
alimenta a celdas
Hoy en día se encuentra en servicio la Unidad
Desulfatadora (elimina los sulfatos de la salmuera) mas no la Unidad
Destructora de Clorato. Al no estar operando la destructora de clorato se
6
Capitulo I El problema
hace obligatorio abrir la purga alrededor de 7 días al mes, generando una
corriente de salmuera agotada que va dirigida hacia el canal de drenaje
de los efluentes para evitar en lo posible, daños en las celdas de los
electrolizadores específicamente en las membranas, que necesitan de
una corriente de salmuera de alta calidad con mínima concentración de
S
O
D
A
V
EaRlos efluentes de la planta,
S
E
Esta purga, que es enviadaSdirectamente
R
HelOproblema del aumento de, sulfatos y cloruros,
C
E
R
contribuye
en
parte
en
E
D
sólidos suspendidos e iones disueltos de Calcio y Magnesio (<25ppb).
que a su vez, producen un degradamiento al ambiente específicamente a
los cuerpos de agua (Lago de Maracaibo), ya que el decreto Nº883 del
Ministerio de los Recursos Naturales Renovables, establece una ley de
rangos y limites máximos de calidad de los efluentes inorgánicos líquidos
descargados directamente a ríos, lagos y embalses. Además de generar
una perdida económica de materia prima (Sal), debido a la purga
existente de salmuera agotada, trayendo como consecuencia el aumento
de la alícuota de sal a 1.83 TM Sal/TM Cl2; además de lo antes dicho se
hace existente un efecto corrosivo en los equipos asociados a la unidad
destructora de clorato debido al tiempo que no ha estado operando, y a la
falta de mantenimiento preventivo de los equipos; el deterioro del
alcantarillado del drenaje de la purga de salmuera, así como pérdida de
salmuera agotada que puede ser utilizada nuevamente en el proceso.
Por lo antes expuesto, es necesario contar con la rehabilitación de
la Unidad destructora de clorato que ayudará a proponer mejoras en su
estructura, ya que se evaluará la manera de buscar los materiales
necesarios para su reposición, pre-arranque y posterior arranque.
Permitirá reducir el contenido de Clorato de Sodio (NaClO3), en la
corriente de salmuera que va hacia las celdas y así, de esta manera,
eliminar completamente la purga de salmuera agotada que va dirigida
hacia el efluente inorgánico, que son enviados a Planta Central de
7
Capitulo I El problema
Efluentes, la cual no cuentan con un tratamiento para eliminar sulfatos,
cloruros etc, si no control de pH básicamente (6-9). Mejorará la calidad y
cantidad
de
efluentes
generados
y
tratar
de
cumplir
con
las
especificaciones exigidas por el Ministerio del Ambiente y los Recursos
Naturales Renovables (MARNR).
S
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A
V
ER
S
E
1.2. Formulación del Problema:
R
S
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C
E
R
E
D
En vista del problema planteado en la planta cloro soda se propone
lo siguiente:
Rehabilitar la Unidad Destructora de Clorato que permitirá formar
parte del proceso de la planta, reducir la concentración de clorato en la
salmuera en el rango especificado por diseño (<20g/l), y eliminar la purga
de salmuera agotada para mejorar la cantidad de efluente inorgánico
generado y su calidad
1.3. Objetivos de la Investigación:
1.3.1. Objetivo General:
™ Rehabilitar la Unidad Destructora de Clorato en la Planta Cloro
Soda del Complejo Petroquímico “El Tablazo”, para disminuir la
concentración de clorato en la salmuera, eliminar la purga de
salmuera y mejorar la cantidad de efluente inorgánico generado y
su calidad.
1.3.2. Objetivos Específicos:
™ Evaluar las condiciones actuales de la Unidad Destructora
de Clorato.
™ Caracterizar las diferentes corrientes de salmuera para
obtener el análisis y contenido de clorato de sodio que
presentan.
8
Capitulo I El problema
™ Estimar el costo de la rehabilitación y el proyecto en
general.
™ Identificar variables críticas a controlar para la operación
normal de la unidad destructora de clorato.
S
O
D
A
V
ER
1.4. Justificación e Importancia
deE
laS
Investigación:
R
S
HO
C
E
R
E
D
La incorporación del paquete de desulfatacion (NDS), de salmuera
agotada al circuito de salmuera, requiere de la disponibilidad de la unidad
Destructora a fin de garantizar las especificaciones de la salmuera de
alimentación de las torres de desulfatacion (<20gr/l de NaClO3)
Esta investigación pretende la rehabilitación de la unidad
destructora de clorato, evaluando las condiciones actuales de las mismas
y proponiendo mejoras para el mantenimiento preventivo y correctivo de
los equipos e instrumentos asociados a la unidad, que según diseño
original de la planta tiene que estar en funcionamiento. Permitirá
mantener la concentración de clorato de sodio (NaClO3), en la salmuera,
dentro del rango especificado por diseño (<20 g/l), sin la necesidad de
mantener una purga de salmuera de 7m3/hr, a nivel del intercambiador de
calor de placas cruzado de salmuera saturada-salmuera agotada (E1E105), esto se traduciría en un ahorro en la cantidad de sal que se espera
recuperar, la disminución de la alícuota de sal que es de 1.83 TM sal/TM
cloro, actualmente sin el arranque de la unidad, dado a que lo
especificado por diseño es de 1.78 TM sal/TM cloro lo que contribuiría en
una rebaja de dicha alícuota y generaría un beneficio a la planta que es
de vital importancia hacia la disminución de costos de materia prima, lo
cual es uno de los puntos mas importantes.
9
Capitulo I El problema
Así mismo, se aumenta la capacidad y vida útil de los equipos dado
que rehabilitando dicha unidad se le dará un mayor mantenimiento y
cuidado a los equipos e instrumentos principales evitando su degradación;
permitiendo aumentar la seguridad operacional, la confiabilidad y
rentabilidad industrial, e igualmente se logra optimizar el proceso en
S
O
D
A
V
R
S RESE
general
HO
C
E
R
E
D
A nivel teórico, la investigación favorecería a llenar un vacío de
conocimientos sobre este sistema de destrucción de cloratos ya que
otorga beneficios al investigador desde el plano de conocimiento personal
y profesional, puesto que ampliará su discernimiento en torno a lo que se
ha indagado sobre la rehabilitación de la unidad destructora de clorato, ya
que es una investigación de poco conocimiento.
Así mismo para los trabajadores de la planta cloro soda
específicamente en el área de salmuera le dará la oportunidad de obtener
más información en la parte operativa y de procedimientos o operación,
arranque y parada de la unidad, para los panelistas de control se le
suministraría lo referente a las variables criticas a controlar para las
futuras pruebas de prearranque y arranque de la unidad.
1.5. Delimitación de la Investigación:
1.5.1. Delimitación Espacial:
La presente investigación se realizó en la Planta Cloro Soda
del Complejo Petroquímico “El Tablazo” Ubicado en el Municipio
Miranda del Estado Zulia.
10
Capitulo I El problema
1.5.2. Delimitación Temporal:
Para el estudio, desarrollo y ejecución de la investigación se
seleccionó el período comprendido entre Junio-Diciembre de 2006
S
O
D
A
V
R
S RESE
HO
C
E
R
E
D
11
Capitulo II Marco Teórico
OS
H
C
E
R
DE
DO
A
V
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E
RES
S
12
Capitulo II Marco Teórico
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
OS
H
C
E
R
DE
DO
A
V
R
E
RES
S
2.1. Antecedentes de la Investigación:
En la revisión de antecedentes, relacionadas con la Rehabilitación de
la Unidad Destructora de Clorato de la planta cloro soda del Complejo
Petroquímico el Tablazo, se constató que no existen estudios previos
relacionados con la investigación, en tal sentido, se buscó información
detallada de algunos informes técnicos relacionados con la Unidad
Destructora de Clorato.
Acosta, Atilio y Chacon, Mary E. (1999). Relizaron un informe técnico
que consistió en la “Simulación del Proceso de Descomposición del
Clorato de Sodio en la salmuera agotada”. El estudio se realizo con la
finalidad de definir la posibilidad de formación de dióxido de cloro (ClO2),
mezcla con propiedades explosivas, durante la operación del reactor de
destrucción de cloratos. Adjuntamente pasó a formar parte de los estudios
que conforman la plataforma de simulación de la planta cloro-soda. Se
presentó la simulación de Descomposición del Clorato de Sodio contenido en
la salmuera agotada que sale de los electrolizadores. El proceso comprendió
la acidificación de la salmuera con ácido clorhídrico y la operación de
descomposición del clorato de sodio. Se evaluó la formación de dióxido de
cloro como posible productor de la descomposición de clorato a fin de operar
siempre bajo condiciones seguras. Para la evaluación se empleó el paquete
de simulación ASPEN PLUS, modelo de procesos con electrolitos. Dentro de
13
Capitulo II Marco Teórico
los principales resultados se tienen que a las condiciones operacionales para
el reactor de destrucción de cloratos no se observa formación de dióxido de
cloro, por lo que representa una operación segura. También se determinó
que el flujo mínimo de acido clorhídrico para que el reactor opere en rango
DO
A
V
R
E
RES
S
seguro de pH (menor de 3), corresponde a 55-100lts/min. Se recomendó
OS
H
C
E
R
DEla formación de dióxido de cloro (ClO ); anexamente debido a la
para evitar
mantener la relación molar HCl: NaClO3 igual a 6:1 y temperaturas de 100°C,
2
diferencia de valores entre el diseño y los datos operacionales reales, se
sugirió realizar el método de análisis del clorato de sodio (NaClO3), en
salmuera y el método de determinación del dioxido de cloro (ClO2), en cloro
gas.
Altamiranda, Edmary; Galíndez Susana y Gudiño Sara. (1999).
Relizaron
un
informe
técnico
que
consistió
en
“Propuestas
de
Modificaciones en Estrategias de Control del sistema de Destrucción de
Cloratos”. El cual tuvo como objetivo presentar los resultados del estudio y
evaluación de las estrategias de control existentes, según diseño, para el
sistema Destructor de Cloratos. Adicionalmente se expuso la propuesta
inicial para mejoras en los esquemas de control configurado en el SCD, se
obtuvo como resultado propuestas de mejoras que redundarán en mayor
seguridad para la elaboración del área, ya que el esquema se planteó con
la finalidad de garantizar el pH a la entrada del Reactor, se encuentre en
una banda de control para evitar la generación de mezclas explosivas (ClO2).
Adicionalmente se propuso una modificación en la estrategia de alimentación
de flujo de salmuera al reactor desde el tanque de salmuera agotada (TK115), para evitar problemas de estabilidad en el área.
14
Capitulo II Marco Teórico
2.2. Bases Teóricas:
Se presenta a continuación la información básica y necesaria de la
investigación para facilitar la comprensión, esperando que la descripción de
DO
A
V
R
E
RES
las variables estudiadas sea de útil entendimiento.
OS
H
C
E
R
DE
S
2.2.1. Definición y Aplicación del Cloro (Cl2):
El cloro (Ver tabla 1) a presión y temperatura ambiente es un gas
más pesado que el aire, de color amarillo verdoso y olor irritante. Se licua a
presión atmosférica y a la temperatura de - 34,6°C, adquiriendo un color
verde oscuro.
En ambiente húmedo el cloro reacciona rápidamente con casi todos
los metales. Esta actividad química no se manifiesta cuando está
completamente seco, aunque si la temperatura es elevada reacciona
rápidamente con ciertos metales como es el caso del hierro, para formar
cloruro férrico.
El cloro en estado gaseoso se disuelve en agua formando
soluciones de alto poder oxidante. Estas soluciones se descomponen
lentamente bajo la acción de la luz, formando ácido clorhídrico y oxigeno.
15
Capitulo II Marco Teórico
Tabla Nº 1. Principales propiedades físicas
Peso Molecular
35.46
Punto de Ebullición a 1atm abs
-34.60 ºC
OS
D
A
V
R
E
S
E
2.5
Densidad relativa a 1atm, OºC, y aire=1
R
S
O
H
C
ERE Critica
DTemperatura
144 ºC
Punto de Fusión a 1atm abs
-102 ºC
Presión Critica
76.1 atm
Fuente: Inducción a la Planta CloroSoda 2002
Cloro, se simboliza Cl, es un elemento gaseoso amarillo verdoso.
Pertenece al grupo 17 (o VIIA) del sistema periódico, y es uno de los
halógenos. Su número atómico es 17. A temperatura ordinaria, es un gas
amarillo verdoso que puede licuarse fácilmente bajo una presión de 6,8
atmósferas a 20 °C. El gas tiene olor irritante y muy concentrado es
peligroso; fue la primera sustancia utilizada como gas venenoso en la
primera guerra mundial La mayor parte del cloro es producida por electrólisis
de una disolución ordinaria de sal, obteniéndose hidróxido de sodio como
subproducto”. Encarta (2004).
Debido a su insolubilidad parcial en el agua y a su acción
esterilizadora, se emplea principalmente en:
™ Esterilización de aguas;
™ Piscinas de Natación;
™ Purificación de Aguas en Embalses;
™ Protección de Ríos;
16
Capitulo II Marco Teórico
™ Planta de Tratamiento de Agua para la Industria.
Como Agente Blanqueador:
DO
A
V
R
E
RES
™ Algodoneras en General;
™ Eliminación de Colores;
OS
H
C
E
R
DE
™ Tintorerías;
S
™ Fabricas del Papel.
Constituye la Materia Prima más Importante o material de operación en las
siguientes industrias:
™ Cloruro de Monovinilos (MVC);
™ Cloracion de Ceras;
™ Blanqueador y purificación de Celulosas;
™ Tratamiento de Aguas Negras;
™ Solventes para remover grasas;
™ Germicidas;
™ Solventes para Lavado en Seco;
™ Explosivos;
™ Fungicidas e Insecticidas;
™ Industria del Rayón.
2.2.2. Definición y Aplicaciones de la Soda Cáustica o Hidróxido de
Sodio (NaOH):
El Hidróxido de sodio está catalogado como uno de los compuestos
químicos con más alta demanda en el ámbito mundial, su utilidad es muy
diversa, sirve como materia prima de desinfectantes, para el tratamiento de
17
Capitulo II Marco Teórico
aguas servidas, productos para limpieza personal, etc. No es inflamable y no
tiene poder explosivo. www.msnencarta.com.
No corroe ni ataca las gomas, ni las resinas sintéticas a temperatura
DO
A
V
R
E
RES
S
ambiente. Ataca fuertemente el aluminio, estaño, plomo y sus compuestos.
OS
H
C
E
R
E tal es peligrosa cuando se manipula sin las atenciones y
fuerte, yDcomo
Destruye tejidos vegetales, animales y orgánicos en general. Es un álcali
debidas precauciones. En la tabla 2 se indica las principales propiedades.
Tabla Nº 2. Principales propiedades físicas
Peso Molecular
40.01
Punto de Ebullición
1.390 ºC
Punto de Fusión
318.4 ºC
Densidad Relativa a 20ºC
2.13
Calor de Fusión
40 cal/gr
Fuente: Inducción a la Planta Cloro soda 2002
Usos
™ Celulosas;
™
Cerámicas;
™ Detergentes y Jabonerías;
™ Solventes para Limpieza y Tuberías;
™ Explosivos y Productos Farmacéuticos;
™
Alimentos;
™ Reactivos de Laboratorios;
™ Compuestos para limpiar metales;
™ Insecticidas;
18
Capitulo II Marco Teórico
™
Refinación de Metales;
™
Lejías;
™
Removedores de Pinturas;
™ Refinación de Petróleos y Perforación;
™ Pulpa y Papel.
OS
H
C
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RES
S
2.3. Descripción General del Proceso:
La Planta Cloro Soda (Ver figura 1) utiliza como materia prima la sal
común,
la
cual
mezclada
con
agua
y
mediante
un
proceso
de
descomposición electrolítica, se obtiene cloro (Cl2), soda cáustica (NaOH) e
hidrógeno. El proceso se inicia con la preparación de una salmuera, a una
concentración aproximada de 300 gramos por litro, para lo cual se combina
salmuera diluida que retorna desde la sala de electrolizadores, con la
cantidad necesaria de agua desmineralizada para disolver la sal y mantener
los volúmenes requeridos en el sistema.
Del área de saturación la salmuera se transfiere a un tratamiento
químico primario donde se trata con carbonato de sodio (Na2co3) y soda
cáustica (NaOH) para disminuir los niveles de calcio y magnesio
respectivamente. En caso de ser necesario, se añade cloruro de calcio
(Cacl2) para mantener la relación en la salmuera tratada entre el calcio y el
magnesio mayor de 2 a 1 respectivamente.
La salmuera se transfiere a un clarificador para precipitar los sólidos
de las impurezas de la sal y los que se originan de la reacción, luego se
circula por un sistema de filtración el cual comprende un filtrado primario con
19
Capitulo II Marco Teórico
carbón de antracita y otro secundario o de pulido a partir de celulosa vegetal;
a objeto de eliminar todos los sólidos en suspensión. Culminado el filtrado la
salmuera pulida o de alta pureza pasa a través de un sistema de intercambio
iónico, en el cual se remueve dureza (iones de calcio y magnesio) a niveles
DO
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R
E
RES
S
extremadamente bajos (<25 ppb), obteniéndose una salmuera ultra-pura lista
OS
H
C
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R
E
seis (36)D
electrolizadores
cada uno.
para ser enviada a la sala de celdas, la cual tiene dos trenes con treinta y
La planta recibe energía eléctrica trifásica de 34,5 kv en corriente
alterna, la cual se transforma en 110 voltios y se rectifica para entregar
180.000 amperios de corriente continua a cada electrolizador. Los
electrolizadores son estructuras compuestas por treinta celdas, estas a su
vez contienen un lado anódico y un lado catódico, separados por una
membrana especial para separar la molécula de cloruro de sodio (Na:Cl).
Estos electrolizadores se alimentan por el fondo, con salmuera por el
lado anódico y con soda cáustica al 31% en el lado catódico y por el efecto
de la intensidad de corriente de aproximadamente 180 K.A por cada
electrolizador, ocurren principalmente las siguientes reacciones electrolíticas:
En el Ánodo:
NaCl → Na + + Cl − (1)
2Cl − → Cl 2 + 2e − (2)
En el Cátodo:
2 H 2 O + 2e − → H 2 + 2OH − (3)
Na + + OH − → NaOH (4)
20
Capitulo II Marco Teórico
Por el lado del ánodo se genera cloro gas mezclado con salmuera
agotada y en el lado del cátodo se produce soda cáustica al 32% unida al
hidrógeno. La salmuera agotada y el cloro fluyen dentro de una TEE de
DO
A
V
R
E
RES
separación que está fuere de cada electrolizador.
OS
H
C
E
R
DE
S
El cloro es succionado por compresores hacia el área de
procesamiento, pasando por un sistema donde se somete a enfriamiento,
filtrado y secado a objeto de eliminar la niebla salina y reducir al máximo el
contenido de agua (<10 ppm). Cada tren posee
su propio sistema de
enfriamiento, filtración, secado y compresión independientes. Luego ambos
flujos de cloro se unen en las descargas pasando a los sistemas de licuación
y almacenaje de cloro líquido, desde donde se distribuye a los diferentes
sitios de consumo.
Ya separado parte del cloro, la salmuera diluida fluye por gravedad a
un tanque receptor, donde se le agrega ácido clorhídrico con el objeto de
seguir separando el cloro que circula con la salmuera diluida. Luego, se
envía a una torre de declorinación en donde el despojamiento al vacío
remueve aún mas cloro. Por último, se le añade sulfito de sodio (Na2SO3)
para no permitir ninguna traza de cloro libre en la salmuera hacia saturación.
La salmuera ya declorinada es nuevamente enviada a saturación para
reiniciar su proceso de concentración y tratamiento de calidad.
Producto de la descomposición electrolítica y la atracción del cátodo,
el sodio (Na+) migra a través de la membrana hacia el lado del catolito, por
donde circula el flujo de soda a una concentración de 31% de soda y 69% de
21
Capitulo II Marco Teórico
agua, el sodio (Na+) reacciona con el agua produciéndose la soda cáustica
(NaOH) e hidrógeno (H2)g. que se desprende, en esta reacción la soda
cáustica aumenta su concentración de 31 a 32% y conjuntamente con el
hidrógeno fluyen por otra TE de separación igualmente fuera del
electrolizador.
OS
H
C
E
R
DE
DO
A
V
R
E
RES
S
El hidrógeno separado de la soda cáustica, pasa por un sistema de
enfriamiento lavado y compresión, en donde se distribuye una parte hacia la
unidad de producción de cha, y el resto es venteado a la atmósfera.
La soda fluye por gravedad desde los electrolizadores al tanque de
circulación, una parte se diluye y recircula nuevamente a los electrolizadores
para servir de vehículo de la nueva reacción, otra parte es enviada hacia la
unidad de reconcentración de soda para llevarla de 32% a 50% y luego a los
tanques de almacenamiento de soda para su despacho en cisternas y/o
buques, el resto es enviada a los tanques de almacenamiento de soda al
32% para otros usos.
La planta posee varios procesos asociados a la línea principal de
producción, entre ellos los servicios auxiliares de electricidad, vapor, agua
contra incendio, nitrógeno y demás sistemas
propios de las plantas
petroquímicas.
Los efluentes generados en la planta cloro soda, principalmente
inorgánicos, están constituidos por corrientes ácidas y corrientes alcalinas;
los cuales son enviados a la fosa de homogeneización, luego una vez
22
Capitulo II Marco Teórico
ajustado el PH. Son enviados a la planta central de efluentes del complejo
para su disposición final”.
Figura 1. Diagrama de Proceso de la Planta Cloro soda
OS
H
C
E
R
DE
DO
A
V
R
E
RES
S
Fuente. Manzanero G. 2006
2.4. Descripción del Área de Salmuera Detalladamente:
2.4.1. Saturación y tratamiento primario de la salmuera:
En el muelle de manejo de sal se transfiere la sal desde el puerto de
recepción hasta el patio de almacenamiento mediante una correa
transportadora. Este patio de almacenamiento está diseñado para contener
17.000 m3 de sal, lo cual equivale a un inventario para treinta (30) días de
23
Capitulo II Marco Teórico
operación de la planta a máxima capacidad. Luego, se carga la sal a una
tolva provista de un alimentador vibratorio y mediante una correa
transportadora la transfieren a un elevador de canjilones, el cual descarga a
un silo de sal que suple a cuatro saturadores verticales. Aquí se disuelve la
DO
A
V
R
E
RES
S
sal con una corriente de salmuera agotada recirculada desde la sala de
OS
H
C
E
R
disolverD
la E
sal. Los lodos, formados por partículas insolubles, se acumulan
electrolizadores, con la cantidad necesaria de agua desmineralizada para
en el fondo de los saturadores y se remueven hacia una fosa. Esta salmuera
así producida con una concentración de aproximadamente 300 g/lt. Se envía
a un tanque de almacenamiento, de donde se bombea a la zona de adición
de químicos, en donde se trata en dos tanques de mezcla completa a fin de
eliminar impurezas que provienen de la sal, tales como sulfatos de sodio,
cloruro de calcio y cloruro de magnesio.
Posteriormente la solución es enviada a un segundo tanque agitador
de mezcla donde se adicionan cantidades reguladas de Na2CO3 (el cual
viene de otro tanque de mezcla donde se disolvió en agua desionizada,
creando una solución al 30%) y soda cáustica al 12 %, con la finalidad de
precipitar los iones Calcio y Magnesio presentes. Las reacciones son las
siguientes:
CaCl 2 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 ( s ) + 2 NaCl ( 5 )
MgCl 2 + 2 NaOH → Mg ( OH ) 2 ( s ) + 2 NaCl ( 6 )
A la salmuera también se le puede añadir una solución de cloruro de
Calcio, antes de que entre a los saturadores, con la finalidad de incrementar
el contenido de Calcio, ya que la experiencia muestra que se logra una
24
Capitulo II Marco Teórico
adecuada precipitación del hidróxido de magnesio en el clarificador. (Ver
figura 2).
OS
H
C
E
R
DE
DO
A
V
R
E
RES
S
25
Capitulo II Marco Teórico
OS
D
A
V
R
Figura 2. Saturación y tratamiento
SE primario de la salmuera
E
R
S
O
H
DEREC
CARBONATO DE SODIO
(Na2CO3 15% p/p)
SODA CAUSTICA
(NaOH 12 % p/p)
E1-TK-101 A/B/C/D
SATURADORES
PATIO
DE SAL
Capacidad del patio de
almacenamiento de sal
3
17.000 M sal
19.500 TM sal aprox.
Inventario de sal
30 días de operación a
máx. capacidad
Salmuera cruda
290-305 g/l NaCl
pH: 8,5-9,5
Temp.: 60 °C
Na2SO4 < 8 g/l
AGUA
ULTRA
Salmuera
cruda
290-305 g/l NaCl
pH: 8,5-9,5
Temp.: 60 °C
E1-TK103/104
TRATAMIENTO QUIMICO
Agua alta pureza
Salmuera agotada
190-230 g/l NaCl
pH: 8-9
Temp.: 60 °C
26
Capitulo II Marco Teórico
2.4.2. Sección de clarificación de la salmuera:
La salmuera fluye desde el segundo tanque de tratamiento al
clarificador, en donde por sedimentación se remueve gran parte de los
DO
A
V
R
E
RES
S
precipitados y otros insolubles que se depositan como lodos en el fondo.
Adicionalmente se añade un gente flocúlate para promover el crecimiento de
OS
H
C
E
R
DE
cristales. La salmuera clarificada se envía a una zona de filtración. (Ver figura
3)
27
Capitulo II Marco Teórico
OS
D
A
V
R
SE
E
R
Figura 3.O
Sección
de
clarificación de la salmuera
S
H
DEREC
Agente
floculante
Salmuera cruda
290-305 g/l NaCl
pH: 8,5-9,5
Temp.: 60 °C
Na2CO3: 0,5-0,7 g/l
NaOH: 0,2-0,3 g/l
E1-TH101 SEDIMENTADOR
Salmuera
clarificada
290-305 g/l NaCl
pH: 10-11
Temp.: 48 °C
Na2CO3: 0,5-0,7 g/l
NaOH: 0,2-0,3 g/l
SST: < 30 ppm
28
Capitulo II Marco Teórico
2.4.3. Sección de filtrado primario y secundario de la Salmuera:
La salmuera clarificada es enviada al "tanque de salmuera de filtrado
OS
D
A
V
R
E un relleno de carbón de
S
de tres filtros verticales en paralelo
que
emplean
E
R
S
HO
C
E
antracita como
medio
filtrante, a fin de asegurar la remoción de la mayoría de
R
E
D
primario", donde se bombea a una zona de filtración primaria, la cual consta
los sólidos suspendidos. La salmuera filtrada fluye al tanque de alimentación
de los filtros de pulido. En estos filtros de pulido se eliminan principalmente
compuestos insolubles de calcio, magnesio, hierro y níquel, ya que poseen
en su interior una serie de platos que utilizan elementos filtrantes de hojas
verticales recubiertos por una capa de celulosa vegetal. Posteriormente, la
salmuera se envía al "tanque de filtrado secundario" para ser bombeada al
intercambiador de calor donde se calienta a partir de la salmuera
declorinada. (Ver figura 4)
29
Capitulo II Marco Teórico
OS
D
A
V
R
Figura 4. Sección de Filtrado Primario
y Secundario de la Salmuera
SE
E
R
S
O
H
DEREC
Salmuera clarificada
290-305 g/l NaCl
pH: 10-11
Temp.: 48 °C
Na2CO3: 0,5-0,7 g/l
NaOH: 0,2-0,3 g/l
SST: < 30 ppm
FILTROS PRIMARIOS
E1-F-151 A//B/C
E1-F-161 A/B
FILTROS
PULIDORES
Salmuera filtrada
290-305 g/l NaCl
pH: 10-11
Temp.: 48 °C
SST: < 1 ppm
30
Capitulo II Marco Teórico
2.4.4. Sección de Intercambio Iónico:
Posteriormente, la salmuera se envía al "tanque de filtrado secundario"
OS
D
A
V
R
E al sistema de intercambio
S
salmuera declorinada. Posteriormente
pasan
E
R
S
HO
C
E
iónico, conformado
por tres columnas conectadas en serie, en donde se
R
E
D
para ser bombeada al intercambiador de calor donde se calienta a partir de la
remueven los iones calcio, magnesio, estroncio, bario y otros cationes
presentes en la salmuera, mediante un proceso de intercambio de los
mismos por iones sodio localizados en la resina.
Obteniéndose de esta
forma la salmuera ultra pura, para finalmente ser almacenada.
La salmuera se acidifica para remover la soda cáustica y los
carbonatos provenientes de las etapas de tratamientos anteriores.
Este
proceso se lleva a cabo en dos etapas: la primera, antes de que la salmuera
ultra pura entre al tanque de almacenamiento, en donde se añade ácido
clorhídrico al 32%, ajustando el pH entre 5 y 6 para producir las siguientes
reacciones:
NaOH + HCl → NaCl + H 2 O(7)
Na 2 CO3 + HCl → NaHCO3 (8)
Estas reacciones de neutralización al terminarse se encuentra que el
pH es de 6,8. Al añadir más ácido se produce una conversión parcial del
bicarbonato de sodio a dióxido de carbono, cloruro de sodio y agua, llegando
el pH hasta 5 – 6; este valor de pH también permite que parte del
bicarbonato de sodio remanente reaccione en el tanque.
La reacción
involucrada es la siguiente:
31
Capitulo II Marco Teórico
NaHCO3 + HCl → CO2 + NaCl + H 2 0(9)
Posteriormente, la salmuera ultra pura es llevada a 80ºC a través de
OS
D
A
V
R
E
S
E
con la finalidad de completar la
reacción
del bicarbonato de sodio y entrar al
R
S
O
CHFigura
ERE(Ver
área de D
electrólisis.
5)
un intercambiador de calor, para pasar a la segunda etapa de acidificación
32
Capitulo II Marco Teórico
S
O
H
C
E
DER
Salmuera filtrada
290-305 g/l NaCl
pH: 10-11
Temp.: 60-65 °C
SST: < 1 ppm
S
O
D
A
V
R
RESE
Figura 5. Sección de Intercambio Iónico
HCl 32% p/p
Retirar el contenido de cáustica y
carbonato, de esta manera se
aumenta la pureza del gas cloro
producido.
E1-TK114
Salmuera ultra pura
290-305 g/l NaCl
pH: 10
Temp.: 60-65 °C
Ca + Mg < 25 ppb
Ba < 400 ppb
Sr < 500 ppb
NaOH + HCl →NaCl + H2O
Na2CO3 + HCl →NaHCO3 + NaCl
NaHCO3 + HCl → CO2+ H2O+NaCl
33
Capitulo II Marco Teórico
2.4.5. Salmuera Agotada, Declorinación y Desulfatacion de la
Salmuera:
La salmuera agotada es aquella que retorna de la sala de electrólisis
DO
A
V
R
E
RES
S
la cual es almacenada en un tanque receptor, para pasar por el proceso de
OS
H
C
E
R
E como producto indeseado, en la sala de celdas.
cloratosD
formados
declorinación con la finalidad eliminar el cloro contenido, y destrucción de
2.4.5.1. Salmuera Agotada:
La salmuera proveniente del área de electrólisis se almacena en el
tanque receptor de salmuera agotada, en cual se añade ácido clorhídrico al
32% con el fin de desplazar el cloro gas disuelto, produciéndose la siguiente
reacción de equilibrio hacia la derecha:
HCl + HOCl
Cl2 (aq) + H2O (10)
El ácido clorhídrico añadido también reacciona con el sulfato de sodio
presente, de acuerdo a las siguientes reacciones:
Na2SO4 + HCl Æ NaHSO4 + NaCl (11)
NaHSO4 + HCl Æ H2SO4 + NaCl (12)
2.4.5.2. Declorinación de la salmuera agotada:
En esta sección de la planta se elimina el cloro disuelto en la salmuera
proveniente del área de electrólisis, a fin de recircularla a la sección de
saturación. A la salmuera proveniente del área de electrólisis se le añade
34
Capitulo II Marco Teórico
ácido clorhídrico al 32% con el fin de desplazar la siguiente reacción de
equilibrio hacia la derecha:
HCl + HOCl ↔ Cl
+ H O(13)
2
DO
A
V
R
E
RES
2( g )
S
OS
H
C
E
R
E
ElD
ácido clorhídrico añadido también reacciona con el sulfato de sodio
presente, de acuerdo a las siguientes reacciones:
Na 2 SO4 + HCl → NaHSO4 + NaCl (14)
NaHSO4 + HCl → H 2 SO4 + NaCl (15)
La corriente de salmuera agotada se envía a un tanque receptor, y
desde allí salen dos corrientes, una corriente está compuesta por cloro
(acuoso) y cloro (gas) que va directamente a la torre de declorinación y otra
corriente de salmuera agotada con cloro que es enviada hacia el reactor de
destrucción de cloratos, en donde se le añade ácido clorhídrico para destruir
el clorato de sodio generado en la celda, la reacción de destrucción es la
siguiente:
6 HCl + NaClO3 → 3Cl 2 + NaCl + H 2 O(16)
El declorinador es una torre empacada que opera a presiones de
vacío (430 mmHg manométrica), lo cual permite disminuir fácilmente la
concentración del cloro disuelto en la salmuera (a niveles de 10- 30 mg/l).
Obteniéndose dos corrientes de salida: una gaseosa, formada por cloro y
vapor de agua, y una líquida, formada por salmuera.
La corriente gaseosa
35
Capitulo II Marco Teórico
se enfría para condensar el agua, la cual se recircula al declorinador,
mientras que el cloro gaseoso se comprime y se envía hacia el área de
procesamiento de cloro.
DO
A
V
R
E
RES
S
OS
H
C
E
R
E
Dmezclador
hacia un
en donde se le añadirá hidróxido de sodio al 12 % y
La salmuera declorinada es bombeada desde el fondo de la torre,
sulfito de sodio al 10% p/p, con la finalidad de completar la declorinación de
la salmuera, descomponiendo algunos cloratos y ajustando el pH.
La
reacción es la siguiente:
3 Na 2 SO3 + NaClO3 + NaOH + 1 / 2Cl 2 → 2 NaSO4 + 2 NaCl + H 2 O(17)
2.4.5.3. Desulfatación de Salmuera:
La unidad NDS se ha diseñado para procesar salmuera declorinada
en tres columnas de intercambio iónico que usan un tipo especial de resina
para remover 72Kg/h del sulfato que está disuelto en la salmuera. La
salmuera, luego de esta etapa, está en condiciones de retornar al proceso de
saturación con la concentración especificada de 5 g/l de sulfato de sodio.
La planta NDS consta de tres sistemas, para el cumplimiento de su objetivo:
•
Sistema de Salmuera Desulfatada:
En este sistema se manejan aproximadamente 75 m3/h de salmuera
agotada provenientes de sala de celdas y 80 m3/h de salmuera desulfatada
que se unen con la corriente principal para ir al área de saturación.
La reacción que se lleva a cabo en dicho sistema es la siguiente:
36
Capitulo II Marco Teórico
[ZrCl2]2+ + [SO4]2- = [ZrSO4]2+ + 2Cl- (18)
•
Sistema de agua para lavado:
DO
A
V
R
E
RES
S
En este sistema se manejan 21 m3/h de agua con un pH controlado en
OS
H
C
E
R
DE
desorción.
2. Con esta condición se prepara al lecho de resina para el paso de
La reacción que toma lugar es la siguiente:
[Zr(OH)2]2+ + 2HCl = [ZrCl2]2+ + 2H2O (19)
•
Sistema de agua para la Deserción:
En este sistema se manejan aproximadamente 105 m3/hr de agua con
pH de 9. Adicionalmente, se controla la temperatura del proceso de
desorción en 70 ºC para hacer el proceso más eficiente.
La reacción que se lleva a cabo es la siguiente:
[ZrSO4]2+ + 2NaOH = [Zr(OH)2]2+ + Na2SO4 (20)
La salmuera que contiene sulfatos, es controlada en una condición
ácida al agregarle ácido clorhídrico y paralelamente se elimina la cantidad de
Cl2 libre que contiene a través de la adición de sulfito de sodio Na2SO3. Una
vez logradas las condiciones de entrada, la salmuera llega a las torres de
resinas E1-T181A/B/C por la parte inferior, donde comienza a llevarse a cabo
el proceso de adsorción, a medida que avanza en el lecho fluidizado.
37
Capitulo II Marco Teórico
La salmuera así desulfatada, cae por rebose al tanque de
almacenamiento temporal E1-TK190, de donde es recuperada a la línea
principal.
OS
H
C
E
R
DE
DO
A
V
R
E
RES
S
Este proceso se lleva a cabo en forma secuencial, es decir, cuando la
adsorción de la resina alcanza la capacidad total, la adsorción es cambiada a
la siguiente torre. Después del cumplimiento de la adsorción, la salmuera en
la torre es recuperada al drenar y luego enjuagar la superficie con el agua
para lavado. Al finalizar el paso de lavado, la resina está lista para la
desorción, donde se eliminaran los sulfatos de la salmuera según la ecuación
(3).Una vez finalizada la desorción, el agua que contiene sulfatos es
recuperada al drenar y luego enjuagar la torre con agua desmineralizada,
hacia el tanque E1-TK191. Cada uno de estos pasos se repite bajo el control
de un panel de control local (PLC). El PLC se encarga de dirigir el
movimiento de las válvulas de acuerdo a una secuencia lógica establecida.
2.5. Descripción de la Unidad Destructora de Clorato:
Entre el tanque receptor de Salmuera agotada (E1-TK115) y la torre
declorinadora al vacío (E1-TK102), (Ver Figura 6), se desvía una parte de la
corriente de salmuera agotada hacia el Reactor de Descomposición de
Clorato (E1-R101). Esta corriente es calentada desde unos 88°C hasta
100°C; luego se añade acido clorhídrico al 32 % p/p para bajar el pH a 1, el
cual facilita la destrucción de cloratos de sodio generados en el
electrolizador, así como mantener la concentración de clorato de sodio por
38
Capitulo II Marco Teórico
debajo de 20 g/l en el flujo recombinado de salmuera agotada de regreso
hacia los saturadores de salmuera. La adición de acido clorhídrico se lleva a
cabo corriente abajo del calentador (E1-E102), basándose en el control de la
relación de flujo de salmuera en el FT-1650.
OS
H
C
E
R
estáticoD
deEdescomposición de
DO
A
V
R
E
RES
S
La salmuera altamente acidificada pasa a través del mezclador
cloratos (E1-MX105), y del reactor de
Descomposición de Clorato (E1-R101). La reacción de destrucción es la
siguiente:
6 HCl + NaClO3 → 3Cl 2 + NaCl + 3H 2 O(21)
El cloro gas que se genera de la reacción, se separa del Reactor de
Descomposición de Cloratos y es venteado desde la parte superior, de
regreso al cabezal principal de cloro para entrar al sistema de procesamiento
del mismo. La salmuera contenida en el fondo del reactor se envía de
regreso hacia la corriente de salmuera agotada que va a la torre
declorinadora, con un caudal regulado automáticamente basado en el nivel
del reactor de descomposición de clorato.
El flujo a través de la Unidad Destructora de Clorato depende de la
eficiencia de las membranas (Por ejemplo: cuantos cloratos están siendo
producidos como subproducto), y de si uno o ambos circuitos se encuentra
en operación.
Es importante mencionar una posible reacción entre el clorato de de
sodio y el acido clorhídrico, la cual tiene aplicaciones serias para la seguridad
39
Capitulo II Marco Teórico
del proceso, la formación de dióxido de cloro (ClO2). La reacción para su
formación es la siguiente:
NaClO3 + 2 HCl ↔ ClO2 + 1 / 2Cl 2 + NaCl + H 2 O(22)
DO
A
V
R
E
RES
S
OS
H
C
E
R
DE explosiva del dióxido de cloro en presencia de cloro. Los
a la naturaleza
La siguiente reacción ocurre alrededor de pH= 3, y es peligrosa debido
Análisis de gas cloro deben ser realizados periódicamente, a fin de asegurar
que no se este generando dióxido de cloro por esta reacción. Una conexión
para el muestreo del gas esta provista en la línea de venteo del Reactor de
Destrucción de Cloratos. Si embargo, esta reacción no debe ocurrir a las
condiciones especificadas de pH< 1 y temperatura>100°C.
Figura 6. Esquemático de la Unidad Destructora de Cloratos
Salmuera
Agotada
TK-115
E-102
T-102
Vapor
Hcl 32%
H1-TK102
R-101
Cloro
Gas
MX105
E-301A/B
P-118A/B
OT104
Fuente: Tello C, 2006
40
Capitulo II Marco Teórico
2.5.1. Proceso de Formación del Clorato de Sodio (NaClO3).
Las reacciones electroquímica que ocurren por la electrolisis del
cloruro de sodio y el agua, produciendo cloro, hidrógeno e hidróxido de sodio
DO
A
V
R
E
RES
ocurren de acuerdo a la siguiente estequiometría:
OS
H
C
E
R
DE2NaCl + 2H O → 2NaOH + Cl
2
2 (g)
+ H2 (g)
S
(23)
La reacción completa se da por parte, en reacciones que ocurren en el
cátodo (Ec. 24 y 25), y en el ánodo (Ec. 26):
2H2O + 2e- → H2 (g) + 2OH2Na+ + 2OH- → 2NaOH
(24)
(25)
2Cl- → Cl2 (g) + 2e- (26)
La separación de los productos (electrolitos), ocurre dentro de las
celdas: los electrolizadores usan unas membranas de intercambio iónico
para efectuar esta separación. La membrana de intercambio iónico previene
esencialmente el paso de iones cloruros (Cl-) a la cámara del cátodo, y
previene el paso de la mayoría de los iones hidróxidos (OH-) a la cámara del
ánodo. La membrana permite solo el paso de iones sodio (Na+) a través de
esta, y conduce la corriente iónica desde el ánodo hacia el cátodo. Hay
también cierta cantidad de agua que es transportada a través de la
membrana desde el anolito y catolito con iones sodio, lo cual es conocido
como transporte de agua .
El ión hidróxido producido en el cátodo se asocia con un ión sodio
para formar una solución de hidróxido de sodio que sale de cada celda
41
Capitulo II Marco Teórico
electrolítica como producto. Sin embargo, todos los iones hidróxidos
generados por la reacción en el cátodo no salen de la cámara del cátodo a
través de las boquillas de descarga como cáustica. El campo eléctrico entre
el ánodo y el cátodo provee la fuerza motriz para mover el ión hidróxido
DO
A
V
R
E
RES
S
cargado negativamente hacia el ánodo. La mayoría de las veces, la
OS
H
C
E
R
DEde los iones hidróxidos que penetran la membrana hacia la
La fracción
membrana de intercambio iónico resiste la retro-migración del ión hidróxido.
cámara del ánodo, es consumido por las reacciones secundarias en el
anolito. La habilidad de la membrana a resistir la retro-migración se deteriora
con el tiempo en servicio, pero también depende del flujo de agua de
transporte. La velocidad del transporte de agua varía con las condiciones
operacionales, tales como temperatura, presión diferencial, concentraciones
del anolito, catolito y amperaje.
Los iones cloruro producidos en el ánodo se combinan para formar
cloro molecular, el cual es gas a la presión y temperatura interior del
electrolizador. El cloro gas se separa de la salmuera agotada en la tubería de
descarga de los electrolizadores. Sin embargo, no todo el cloro molecular
generado en el ánodo deja los electrolizadores como producto gaseoso, ya
que una parte se encuentra soluble en la salmuera agotada y el resto está
envuelto en las reacciones secundarias con el ión hidróxido que retro-migra a
través de la membrana.
El ión hidróxido que retro-migra a través de la membrana reacciona
con el cloro disuelto para formar una serie de sub-productos, ocurriendo las
siguientes reacciones:
Cl2 (ac) + NaOH ↔ NaCl + HOCl (27)
2Cl2 (ac) + 4NaOH ↔ O2 (g) + 4NaCl + 2H2O
(28)
3Cl2 (ac) + 6NaOH ↔ NaClO3 + 3H2O + 5NaCl (29)
42
Capitulo II Marco Teórico
Se observa, que el incremento de los cloratos en el anolito
corresponde a la ocurrencia de reacciones secundarias en el lado del ánodo,
lo cual a su vez demuestra el grado de deterioro de las membranas.
OS
H
C
E
R
DE
2.6. Descripción de equipos:
DO
A
V
R
E
RES
S
2.6.1 Precalentador del destructor de clorato, (E1-E102):
La corriente lateral de salmuera pasa a través del precalentador del
reactor de cloratos E1-E102, en donde la temperatura asciende hasta justo
por debajo del punto de ebullición, es decir, 100-104ºC. Se estima una
temperatura normal de 88ºC en la salmuera agotada que entra al calentador.
Se utilizan tubos de titanio con canales de acero al carbono con
revestimiento de titanio, para resistir la salmuera clorinada caliente. La
carcaza está construida en acero al carbono. La salmuera agotada pasa por
los tubos, con dos pasos a través de estos. El vapor de baja presión circula
por la carcaza en un solo paso.
2.7.2. Mezclador Estático del Destructor De Clorato, (E1-MX105):
Después del intercambiador de calor, la salmuera agotada pasa por un
mezclador estatico donde se le agrega suficiente acido clorhídrico (HCl), al
32 % p/p para bajar el pH a 1, el cual facilita la destrucción de cloratos de
sodio generados en el electrolizador, así como mantener la concentración de
clorato de sodio por debajo de 20 g/l en el flujo recombinado de salmuera
agotada de regreso hacia los saturadores de salmuera. La adición de acido
43
Capitulo II Marco Teórico
clorhídrico esta basada mediante un control de flujo. La acidificación de la
salmuera con la combinación del (HCl) esta en una proporción de 3-4 de
molar de concentración. de clorato. Es necesario que la adición de acido
clorhídrico no se disminuya mas de 25% con respecto al diseño.
DO
A
V
R
E
RES
OS
H
C
E
R
Ees necesario para soportar
diseño, D
esto
S
El mezclador estático (E1-E105), esta construido de titanio según
la alta temperatura de la salmuera
agotada combinado con la acidificación de la misma. actualmente esta hecho
de C-PVC. Según diseño la caída de presión es de 0.35 Kg/cm2.
2.7.3. Reactor del Destructor de Clorato, (E1-R101):
Provee (Ver Figura 7) entre 2 a 2,5 hr de tiempo de retención basado
sobre una producción de 100%, de rendimiento a 28,8 m3/h; sin embargo, el
diseño especial de este recipiente, tiene las siguientes características: el
recipiente esta divido en cuatro compartimientos en su interior (Cuadrantes),
de tal forma que, al entrar la salmuera agotada al recipiente y fluya de
cuadrante en cuadrante en serie, lo cual mejora (estrecha), la distribución del
tiempo de permanencia. Específicamente la salmuera entra en el tanque por
la parte superior del primer cuadrante, fluye hacia abajo y fluye por debajo de
un vertedero divisor, hacia el interior del tercer cuadrante, finalmente, fluye
por debajo del vertedero hacia el cuarto cuadrante. Resulta critico de
entender que el primero y segundo cuadrante siempre tiene el mismo nivel
de liquido, el cual del 100%, puesto que la salmuera se rebosa dentro del
segundo cuadrante; por lo tanto, el tiempo total de permanencia en estas dos
ares es siempre, de una 1 hora y 20 minutos a la rata de flujo de diseño (30.4
m3/h: 22.8 m3/h), El tercer y cuarto cuadrante tienen siempre el mismo nivel
44
Capitulo II Marco Teórico
de líquido ya que estos están unidos por un vertedero. (Manual de
Operaciones (Oxytech), de la Planta Cloro-Soda sección B.5 pag 63 ).
Las bombas del reactor (E1-P118 A/B) usan los siguientes tiempos de
DO
A
V
R
E
RES
retención:
S
OS
H
C
E
R
E
DEspecificaciones
Tabla 3.
de los Tiempos de Elevación y % de Llenado
del R-101
Succión de la bomba
Alarma de bajo nivel de
succión de la bomba
Min. @
Elevación (mm
28m3/h
desde el fondo)
% full(*)
-
2600
42.6
12
3660
60.0
7
4270
70.0
8 @ 23m3/h
4880
80.0
17 @ 23m3/h
6100
100.0
Alarma de bajo nivel de
liquido para el nivel normal
de liquido
Alarma de alto nivel de
liquido
Alarma de alto nivel de
rebose.
Fuente: Manual de Operaciones (Oxytech), de la Planta Cloro-Soda sección
B.5
(*) Esta basado en el volumen de llenado del tercer y cuarto cuadrantes
solamente (i.e), % de llenado % llenado de 5850mm de elevación, no incluye
el volumen total del recipiente.
45
Capitulo II Marco Teórico
Nota: El tiempo en minutos para la disminución del nivel del líquido desde
NLL esta basado en la capacidad de aumento de la bomba. El tiempo en
minutos para el incremento del nivel del líquido, esta basado en el diseño
máximo de flujo.
DO
A
V
R
E
RES
S
OS
H
C
E
R
E de cloratos y, se ventea por el tope, de regreso al cabezal
Dosición
descomp
El cloro gas generado en el reactor se separa en el reactor de
principal de cloro y dentro del procesamiento de cloro. Se bombea la
salmuera de regreso hacia la corriente de salmuera agotada que va al
declorinador, con la rata de flujo regulada automáticamente, basándose en el
nivel de líquido del reactor de descomposición de cloratos; se incluye una
línea de reciclado para evitar que la bomba se despresurice. El material de
construcción es de titanio.
Figura N°7. Vista general del Reactor (R-101)
Fuente: Inspección de Equipos Estáticos
46
Capitulo II Marco Teórico
2.7.4. Bombas del destructor de clorato (E1-P118 A/B):
Están diseñadas con un 20% por encima del diseño de flujo de
salmuera través del sistema con un proporcionado flujo de reciclo. El flujo de
DO
A
V
R
E
RES
S
reciclo, es un reciclo mínimo para evitar daño a los cabezales de las bombas,
OS
H
C
E
R
DE
desde la descarga, esta regulada `por un control de nivel.
La presión de descarga es manipulada principalmente a través de una
válvula
de control de video de caída de presión y la línea de presión de la
salmuera agotada recombinada.
2.8. Manejo de Efluentes de la Planta Cloro Soda:
El objetivo del sistema de neutralización es obtener efluentes con
un”pH” en el rango de 6-9 para cumplir con los requerimientos de la planta de
tratamiento central de efluentes del complejo Zulia.
El sistema (Ver figura 8), estará constituido por las siguientes
unidades fosa de bombeos de efluentes químicos, fosa de homogeneización,
fosa de neutralización y fosa de recuperación de salmuera (Barro, 1993).
™ La fosa de bombeo de efluentes químicos: Tiene como finalidad
colectar por gravedad todos aquellos efluentes de la planta que se
recogen en tanquilla, para posteriormente ser bombeado a la fosa de
homogeneización.
47
Capitulo II Marco Teórico
™ Fosa de homogeneización: Esta se encarga de homogeneizar los
efluentes que son transferidos desde la fosa de bombeo y los que son
enviados desde la fosa de recolección, una vez homogeneizados los
efluentes son transferidos a la fosa de neutralización.
OS
H
C
E
R
DE
DO
A
V
R
E
RES
S
™ Fosa de neutralización: En esta se inicia la neutralización de los
efluentes.
Para efectuar el neutralizado de los efluentes existe una
unidad de dosificación compuesta por una línea de alimentación de
soda cáustica y una línea de ácido sulfúrico.
Figura Nº 8. Sistema de Tratamiento de Efluentes
Planta Central
NaOH
H2SO4
Efluentes
Recircular
1
1
Fosa de
Homogeneización
1
1
Fosa de
Neutralización
1
1
Fosa de Bombeo
Fuente: (Barro José, 1993).
48
Capitulo II Marco Teórico
El efluente final de la Planta Cloro Soda, luego de estar en las
especificaciones de pH requeridas, es enviado a la Planta Central de
Efluentes del Complejo Petroquímico “El Tablazo”, donde su objetivo es
garantizar la obtención de los parámetros de calidad indicados en la
DO
A
V
R
E
RES
S
Normativa Ambiental Venezolana, emanada por el Ministerio de Ambiente y
OS
H
C
E
R
DenEla tabla Nº 4, antes de su descarga al Lago de Maracaibo.
indicados
de los Recursos Naturales, según la sección III, artículo 18 del decreto 883
Tabla Nº 4. Rangos y límites máximos de calidad de los efluentes
líquidos descargados a cuerpos directamente a ríos, lagos y embalses.
Parámetro
Límite o Rango de Cumplimiento
Cloruros (ríos, lagos y embalses)
500 mg/l
Demanda Química de Oxígeno (DQO)
350 mg/l
pH
6-9
Sólidos suspendidos
80 mg/l
Sulfatos (en ríos, lagos y embalses)
500 mg/l
Fuente: Decreto 883.Normas para el Control de Calidad de Cuerpos de
Agua. Ministerio del Ambiente y Recursos Naturales
Sin embargo, la Planta Central de Efluentes al igual que Cloro Soda,
no cuenta con un sistema de tratamiento para los cloruros y sulfatos
contenidos en el efluente, por ello se implementó en la Planta Central, un
sistema de reserva para aquellos efluentes que exceden los rangos
permisibles, denominados “efluentes fuera de especificación”. Este sistema
consiste en el almacenamiento temporal de estos efluentes en unas lagunas
denominadas lagunas de retención, para luego ser tratadas en el sistema
49
Capitulo II Marco Teórico
biológico de forma controlada. El almacenamiento de los efluentes es
utilizado frecuentemente como herramienta de operación que permite reducir
alteraciones en el sistema de tratamiento secundario, sin embargo, esto no
representa la solución definitiva y adecuada, para el problema de los
DO
A
V
R
E
RES
S
efluentes y del tratamiento a realizarse antes de su descarga a los cuerpos
OS
H
C
E
R
y comoD
tal,Efuncionará siempre y cuando exista una comunicación abierta
de agua. Este tipo de almacenamiento es una medida preventiva de control,
entre el personal de producción y el personal de la planta de tratamiento de
aguas residuales.
2.9. Definición del Ion Clorato (ClO3):
Un anión inorgánico muy reactivo. El término clorato también se usa
para hacer referencia a cualquier compuesto que contenga el ion clorato, en
general sales de clorato (como por ejemplo el clorato de potasio, KClO3). El
ion clorato es un subproducto natural del dióxido de cloro (por acción de la
luz solar o en el agua, por ejemplo). El ion clorato es un subproducto de la
desinfección del agua que se encuentra en el agua potable cuando se
emplean como desinfectantes el dióxido de cloro o el hipoclorito (un tipo de
desinfectante con cloro).
Los cloratos son sales del ácido clórico HClO3. Contienen el cloro en
estado de oxidación +V. Se trata de oxidantes fuertes aunque a su vez
pueden ser oxidados a percloratos ClO4-. Debido a su elevado carácter
oxidante y su alta inestabilidad asociada no se encuentran en la naturaleza.
50
Capitulo II Marco Teórico
2.9.1. Aplicaciones:
Los cloratos se encuentran constituidos en algunas formulaciones
pirotécnicas pero, debido a su inestabilidad, se han ido sustituyendo por
OS
D
A
V
R
S
conE material inflamable resultan
algunos explosivos. Sus mezclas
E
R
S
HOya que pueden detonar sin razón aparente.La
C
E
extremadamente
peligrosas
R
E
D
percloratos más seguros. También son empleados en la elaboración de
reacción violenta con el fósforo se utiliza en las cerillas. La cabeza de la
cerilla contiene pequeñas cantidades de clorato de potasio además de
sustancias oxidables y almidón o parecido como pegamento. El área contra
qué se mueve la cerilla contiene fósforo rojo que con el calor de la fricción se
transforma parcialmente en fósforo blanco. Este finalmente reacciona con el
clorato y la energía liberada enciende la cerilla. Otra aplicación de los
cloratos
es
su
uso
como
herbicida.
Obtenido
de
"http://es.wikipedia.org/wiki/Clorato"
2.10. Definición del Clorato de Sodio, Clorato sódico/ sal sódica del
ácido clórico (NaClO3):
El clorato de sodio, la cual se genera dentro de los electrolizadores en
la salmuera agotada clorada, como un derivado indeseado. A menos que
este clorato de sodio sea destruido continuamente, a una rata generada, las
concentraciones de clorato de sodio en el anolito/salmuera se incrementaran
continuamente, puesto que el sistema de la planta es un “circuito cerrado”.
Manual del área de salmuera Modulo B-5. En la tabla N°5 se observan las
propiedades físico-Químicas del clorato de sodio:
51
Capitulo II Marco Teórico
Tabla Nº 5. Propiedades Físico-Químicas
Aspecto y color: Cristales incoloros o gránulos blancos;
Olor: Inodoro;
DO
A
V
R
E
Densidad relativa (agua =1):S
2.5;RES
O
H
Densidad
EREdeCvapor (aire=1): 3.7;
Drelativa
Presión de vapor: Escasa;
S
Solubilidad en agua: 100 g/ 100 ml a 20ºC;
Punto de ebullición: Se descompone por debajo del punto de ebullición a
300ºC;
Punto de fusión: 248ºC;
Peso molecular: 106.5.
Fuente: Encarta 2006
2.10.1. Estabilidad y Reactividad:
La sustancia se descompone al calentarla intensamente por encima
de 300ºC o al arder, produciendo oxígeno, el cual incrementa el riesgo de
incendio y humos tóxicos de cloro. La sustancia es un oxidante fuerte y
reacciona violentamente con materiales combustibles y reductores, causando
riesgo de incendio y explosión. Reacciona con ácidos fuertes formando
dioxido de carbono. Reacciona con contaminantes orgánico para formar
mezclas sensitivas al choque. Ataca al cinc y al acero.
™ Condiciones que deben evitarse: Fuentes de calor y de ignición.
Evitar la dispersión del polvo.
52
Capitulo II Marco Teórico
™ Materiales a evitar: Materiales combustibles, reductores, ácidos
fuertes, contaminantes orgánicos, cinc y acero.
™ Productos
de
descomposición:
Al
arder
produce
DO
A
V
R
E
RES
incrementando la formación de humos tóxicos de cloro.
OS
H
C
E
R
DE
S
oxígeno
™ Polimerización: No aplicable.
53
Capitulo II Marco Teórico
2.10. Definición de Términos Básicos:
Alcalinidad: La alcalinidad del agua es una medida de su capacidad de
DO
A
V
R
E
RES
S
neutralizar ácidos. Esta se genera por hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos
de elementos como el calcio, magnesio, sodio, potasio de amoniaco.
OS
H
C
E
R
DE
(www.ingenieriaambiental.com).
Acidez: La acidez de un agua es su capacidad cuantitativa de neutralizar
una base fuerte a un pH de 8,2, la acidez se origina en la disolución de
dióxido de carbono (CO2)
atmosférico; en la oxidación biológica de la
materia orgánica, o en la descarga de aguas residuales industriales con
contenido en ácido mineral. (www.ingenieriaambiental.com).
Ácido clorhídrico (HCl): El ácido clorhídrico, es una solución de cloruro de
hidrógeno de agua. Cuando esta puro presenta un aspecto cristalino, aunque
en ocasiones muestra un color amarillo debido a la presencia de hierro, cloro
o sustancias orgánicas. (www.ingenieriaambiental.com).
ADMIX: Material de celulosa vegetal que se adiciona a la salmuera de
alimentación del filtro pulidor durante la operación para formar una capa mas
porosa y extender el tiempo de operación. (Manejo de Sal Modulo, 2006).
Agua desmineralizada: Es aquella que contiene bajo contenido de iones
como oxigeno disuelto, magnesio, calcio, sodio, sulfatos cloruros, sílices, etc.
(Manejo de Sal Modulo, 2006).
54
Capitulo II Marco Teórico
Agua de alta pureza: Mezcla de agua desmineralizada y condensado
secundario. (Manejo de Sal Modulo, 2006).
OS
D
A
V
R
E Los aniones se describen con
negativa, esto es, con exceso de electrones.
S
E
R
S
O
H
C
un estado de
oxidación
negativo. (Manejo de Sal Modulo, 2006).
E
R
E
D
Anion: Un anión es un ión (sea átomo o molécula) con carga eléctrica
Ánodo: Es una estructura metálica de polo positivo que conforma una celda
electrolítica, está construido de titanio y una de sus caras esta recubierta
con una capa catalítica de óxido de titanio, rupténio y circonio, siendo de esta
manera altamente resistente a la corrosión y un excelente catalizador para el
desprendimiento del cloro, como así también disminuye el sobre potencial de
la reacción. (Manejo de Sal Modulo, 2006).
Calcio: El calcio es un elemento químico, de símbolo Ca y de número
atómico 20. Es un elemento químico esencial, una persona tiene entre 1,5 y
2% de calcio en peso, del cual el 99% se encuentra en los huesos y el resto
en tejidos y fluidos corporales interviniendo en el metabolismo celular.
http://es.wikipedia.org
Cation: Un catión es un ión (sea átomo o molécula) con carga eléctrica
positiva, esto es, con defecto de electrones. Los cationes se describen con
un estado de oxidación positivo. http://es.wikipedia.org
55
Capitulo II Marco Teórico
Cátodo: Es una estructura metálica de polo negativo que conforma una
celda electrolítica, el cual esta construido de níquel siendo ligeramente
magnético, disminuye el sobre potencial
y es altamente resistente al
producto cáustico. (Manejo de Sal Modulo, 2006).
DO
A
V
R
E
RES
S
OS
H
C
E
R
DE
ser sales de aluminio y hierro o polielectrolitos, entre otros productos, los
Coagulación: Proceso mediante el cual se añade un coagulante que puede
cuales desestabilizan los coloides mediante neutralización de las fuerzas
(cargas) que separan las partículas. Se usa para separar los sólidos en
suspensión del agua siempre que la velocidad natural de sedimentación no
sea suficiente para proporcionar una buena clarificación. Fuente: (NALCO).
Clarificación: Consiste en eliminar los sólidos en suspensión y la turbiedad
del agua, como preparación para otros tratamientos. Fuente: Nalco.
Celda: Es un compartimiento formada por un anodo, un cátodo y una
membrana. (Manejo de Sal Modulo, 2006).
Carbonato de calcio (CaCO3): Una sal de calcio insoluble, a veces usada
como material densificante (caliza, concha de ostra y otros) en fluidos de
perforación especializados. También se usa como unidad y/o norma para
reportar la dureza. (NALCO)
Circuitos: Conjunto de 36 electrolizadores. (Manejo de Sal Modulo, 2006).
Cloro (Cl2): El cloro a presión y temperatura ambiente es un gas más pesado
que el aire, de color amarillo verdoso y olor irritante. Se licua a presión
56
Capitulo II Marco Teórico
atmosférica y a la temperatura de –34°C, adquiriendo un color amarillo
oscuro (www.ingenieriaambiental.com).
OS
D
A
V
R
E o condensador
reduciendo su volumen mediante un enfriador
S
E
R
S
HO
C
E
R
E
D
Condensado: Según: Espasa, “Resultado de convertir vapor en líquido
Controlador: El controlador compara la señal de referencia o punto de ajuste
y a la señal de retroalimentación mediante una diferencia generando una
señal de error, luego efectúa una acción sobre el error a fin de modificar la
posición del elemento final de control. La acción de control depende del
proceso a controlar.
Cloruros: Son bastante comunes en las aguas residuales: Las altas
concentraciones pueden causar problemas de calidad de aguas para riesgo y
de sabor en aguas para rehúso. (www.ingenieriaambiental.com).
Declorinación: Según: Cardozo, Nava, Quintero. Acción de quitar o eliminar
el cloro a un producto y/o sustancia.
Dióxido de Cloro (ClO2): El dióxido de cloro es un potente agente oxidante
que se añade al agua para desinfectarla y para mejorar su sabor y olor. El
dióxido de cloro se descompone rápidamente en clorito, cloruro y clorato.
www.greenfacts.org/es/glosario/def/dioxido-de-cloro.htm
57
Capitulo II Marco Teórico
Efluentes industriales: Desechos líquidos que se producen como resultado
de operaciones industriales, para distinguirlo de los residuos sólidos de una
industria, sus gases, humo o vapores. (Metcalf & Eddy 1991).
DO
A
V
R
E
RES
S
Efluentes inorgánicos: Son altamente nocivos para la salud y al estar ,y
OS
H
C
E
R
DEson cancerígenos, de manera comercial son las sales y minerales
su mayoría
disueltos en el líquido, son invisibles al ojo humano, estos contaminantes en
disueltos en el agua y que ocasionan diversas enfermedades como cáncer,
endurecimiento de las arterias, enfisemas, cataratas, cálculos biliares, entre
otros (www.ingenieriaambiental.com).
Electrolisis: Es la reacción en donde se produce la separación de iones
positivos y negativos de una solución de cloruro de sodio al ser sometido a
una fuente de voltaje e intensidad de corriente.
Electrolizador
MGC-30:
electrolizador se refiere
Según:
Oxitech
(licenciante),
El
término
a un conjunto de celdas individuales en una
unidad de producción simple. Las siglas MGC equivale a “ Membrane Gap
Cell”, que significa celdas separadas por membranas. El número 30 se
refiere a la cantidad de membranas o celdas por electrolizador.
Electrones: Tienen una masa pequeña respecto al protón, y su movimiento
genera corriente eléctrica en la mayoría de los metales. Dado que los
electrones de las capas más externas de un átomo definen las atracciones
con otros átomos, estas partículas desempeñan un papel primordial en la
química. http://es.wikipedia.org
58
Capitulo II Marco Teórico
Hidrógeno: Es un gas incoloro, se encuentra situado en el grupo a de tabla
periódica. El hidrógeno posee la estructura más simple de todos los átomos.
Se halla en el gas natural, en los gases orgánicos y en la atmósfera (al
0.01%), constituye el 11.2% de la masa total del agua y el 10 % del cuerpo
DO
A
V
R
E
RES
humano. (Manejo de Sal Modulo, 2006).
OS
H
C
E
R
DE
S
Impacto: Según Glosario de términos ambientales de EcoPortal.netLetra I” Efecto que una determinada actuación produce en los elementos
del medio o en las unidades ambientales y que puede ser beneficioso,
es decir positivo, o perjudicial, negativo”.
Impacto ambiental: Según glosario de
términos
ambientales de
EcoPortal.net-Letra I.” Se dice que hay impacto ambiental cuando una
acción o actividad produce una alteración, favorable o desfavorable, en
el medio o en alguno de los componentes del medio. Ésta acción puede
ser un
proyecto
de
ingeniería, un programa, un plan, una
ley o una
disposición administrativa con implicaciones ambientales. Hay que hacer
constar que el término “IMPACTO” no implica negatividad, ya que estos
pueden ser tanto positivos como negativos. Es la diferencia entre la
situación
del medio
manifestaría como
situación
ambiente
futuro
modificado,
consecuencia de la realización
del medio
ambiente
futuro
tal
como
del
tal y como se
proyecto,
y
la
habría evolucionado
normalmente sin tal actuación; es decir, lo que se registra es la alteración
neta positiva o negativa tanto en la calidad del medio ambiente como en la
calidad de
vida
del
ser
humano. Inmediato
o de momento
temporal o permanente; irrecuperable, irreversible, reversible,
crítico;
mitigable,
recuperable o fugaz; directo o indirecto; simple, acumulativo o sinérgico”.
59
Capitulo II Marco Teórico
Ion: Se define al Ion como un átomo o una molécula cargados
eléctricamente, debido a que ha ganado o perdido electrones de su dotación
normal, lo que se conoce como ionización. También suele llamársele
molécula libre. http://es.wikipedia.org.
OS
H
C
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R
DE
DO
A
V
R
E
RES
S
Magnesio: El magnesio es el elemento químico de símbolo Mg y número
atómico 12. Es el séptimo elemento en abundancia constituyendo del orden
del 2% de la corteza terrestre y el tercero más abundante disuelto en el agua
de mar. Se
emplea
primordialmente
como
elemento
de
aleación.
http://es.wikipedia.org
Membrana: Es un separador polimérico perfluorinado y esta estructurada por
dos capas, una con radical sulfónico que es la capa del lado anódico y la otra
con el radical carboxílico que corresponde al lado catódico, también esta
provista de una maya interna de material teflón con el fin de darle mayor
resistencia mecánica. Su función es permitir el pase de los iones de sodio
por medio del intercambio iónico a través de la membrana desde la cámara
anódica hacia la catódica, evita el paso de Ion cloro a la cámara catódica por
ser selectiva, de igual forma no permite el paso del Ion OH (hidróxidos) de la
cámara catódica hacia la cámara anódica. Manual de Operaciones
(Oxytech), de la Planta Cloro-Soda sección B.5
Prearranque (precommissioning): Son los trabajos realizados por el
contratista para acondicionar la planta para el arranque, chequeos, ajustes,
limpiezas, calibraciones y alineamientos de equipos. (Moran S; Plant
Commissioning, Euro Matech, 2002)
60
Capitulo II Marco Teórico
Puesta en marcha (commissioning): Son las actividades normalmente
realizadas por el Dpto. de Operaciones de la organización solicitante para
preparar y operar la planta o parte de ella, antes del Arranque Inicial. (Moran
S; Plant Commissioning, Euro Matech, 2002).
OS
D
A
V
R
E de área. En el sistema
S
Presión: Relación entre fuerzaRpor
unidad
E
S
OPascal (N/m ) y en el Sistema Inglés en lppc
Hen
C
Internacional
se E
expresa
R
E
D
2
(lbs/pulg2). En un fluido es la relación entre la fuerza ejercida de un fluido,
sobre
la
superficie
de
un
conducto
o
recipiente.
(www.ingenieriaambiental.com).
pH: Es la medida de la concentración de ion hidrogeno en el agua,
expresada como el logaritmo negativo de la concentración molar del mismo,
medido en una escala convencional para soluciones muy diluidas, del 0 al
14 (www.ingenieriaambiental.com).
Salmuera: La salmuera son soluciones absoluta ósea que solo contiene
agua y sales disueltos (iones), sin sólidos no disuelto. Las soluciones
absolutas pueden ser filtradas sin eliminar las sales disueltas o los sólidos
disueltos (www.ingenieriaambiental.com).
Salmuera agotada: Salmuera con bajo concentración de sal (NaCl). (Manejo
de Sal Modulo, 2006).
Salmuera ultra pura: Salmuera que contiene menos de 25ppb de dureza
(Calcio y Magnesio). (Manejo de Sal Modulo, 2006).
61
Capitulo II Marco Teórico
Soda cáustica (NAOH, hidróxido de sodio): La soda cáustica o hidróxido
de sodio es de color blanco cristalino en estado sólido y ligeramente turbio en
soluciones,
no
es
inflamable
y
no
tiene
poder
explosivo
(www.ingenieriaambiental.com).
OS
D
A
V
R
S
Sulfatos: Los sulfatos son las R
sales
oE
los ésteres del ácido sulfúrico.
E
S
O
H
C común un átomo de azufre en el centro de un
Contienen E
REunidad
D como
tetraedro formado por cuatro átomos de oxígeno. http://es.wikipedia.org
Sistema Bliss: Es un programa que permite tener acceso a los análisis que
realiza laboratorio central para llevar un control sobre los productos que
genera cada planta. (Bliss, 1994)
Transmisor: Los transmisores son instrumentos que sensa la variable de
proceso (VP) y la transmiten en forma de señal a un instrumento receptor
ubicado a cierta distancia. El receptor puede ser un indicador, un contralor o
cualquier otro instrumento capaz de manejar señales. (Dorf, 1993).
Variable controlada: La variable controlada es una variable de proceso que
se mantiene en una condición específica deseada. Por ejemplo, en un valor
constante o que varíe de determinada forma. (Dorf, 1993).
Variable manipulada: La variable manipulada es una variable del proceso
cuyo valor se cambia continuamente para hacer que la variable controlada
vuelva al valor deseado de control al sufrir una desviación del valor deseado.
Controla el valor que se desea que tenga la variable controlada. (Dorf, 1993).
62
Capitulo II Marco Teórico
2.12. Sistema de Variables e Indicadores:
Objetivo General:
“Rehabilitar la Unidad Destructora de Clorato en la Planta Cloro Soda del
DO
A
V
R
E
RES
S
Complejo Petroquímico “El Tablazo”, para disminuir la concentración de
OS
H
C
E
R
DEinorgánico generado y su calidad”
de efluente
clorato en la salmuera, eliminar la purga de salmuera y mejorar la cantidad
Variable. Destructora de Clorato.
Indicadores:
•
Flujo de HCl
•
pH
•
Temperatura
2.22.1. Definición Conceptual de la Variable:
Destrucción: En química se define como la división de un compuesto
en sus componentes más simples por medio de una reacción química.
Encarta 2006
Ion Clorato: Un anión inorgánico muy reactivo. El término clorato también se
usa para hacer referencia a cualquier compuesto que contenga el ion clorato,
en general sales de clorato (como por ejemplo el clorato de potasio, KClO3)
63
Capitulo II Marco Teórico
2.22.2. Definición Operacional de la Variable:
Variable. La Destructora de Clorato es un proceso el cual facilita o
contribuye la destrucción del clorato de sodio, así como, mantener la
DO
A
V
R
E
RES
S
concentración de clorato de sodio por debajo de 20 g/l, y luego formar parte
OS
H
C
E
R
DE
torre declorinadora,
finalizando en el área de saturación de la salmuera. El
de la salmuera agotada (Baja concentración de NaCl) que va dirigida al la
Clorato de Sodio es producido mediante una reacción secundaria en los
electrolizadores específicamente en el lado anolito/salmuera. A menos que
este clorato de sodio no sea destruido continuamente, a una rata generada,
las concentraciones de clorato de sodio en el anolito se incrementaran
continuamente, puesto que el sistema de la planta es un “circuito cerrado”.
64
Capitulo II Marco Teórico
S
O
H
C
E
DER
S
O
D
A
V
R
RESE
12
Capitulo III. Marco Metodológico
S
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A
V
R
S RESE
HO
C
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E
D
66
Capitulo III. Marco Metodológico
Capitulo III
MARCO METODOLÓGICO
S
O
D
A
V
R
S RESE
CONSIDERACIONES GENERALES:
HO
C
E
R
E
D
En función de los objetivos específicos planteados al inicio de la
investigación, este capitulo tiene como propósito fundamental, presentar
el tipo de investigación, la población en estudio y la metodología utilizada
para lograr el cumplimiento del objetivo general de la investigación como
es la rehabilitación de la unidad destructora de clorato de la planta cloro
soda para disminuir la concentración de clorato en la salmuera, eliminar la
purga de salmuera y mejorar la cantidad de efluente inorgánico generado
y su calidad.
3.1. Tipo de Investigación: Descriptiva
Para clasificar la presente investigación se efectuó una revisión de
los objetivos propuestos, una vez hecho esto puede decirse que la misma
se realizó dentro de los esquemas de una investigación descriptiva.
Los estudios descriptivos buscan especificar las propiedades
importantes de personas, grupos, comunidades o cualquier otro fenómeno
que sea sometido a análisis. Los estudios descriptivos miden de manera
más bien independiente los conceptos o variables a los que se refieren.
(Dankhe, Pag. 60, 1986).
Esta investigación es de tipo descriptiva, por que se busca
identificar y evaluar las condiciones actuales de la unidad destructora de
67
Capitulo III. Marco Metodológico
cloratos, especificar variables del proceso a controlar, la concentración de
clorato aguas arriba (antes de la unidad), el problema que genera la falta
de operación de la unidad destructora de clorato, como lo es la perdida
continua (purga), de salmuera agotada (Baja concentración de NaCl),
como también, el alto grado de corrosión que presentan los equipos, y
S
O
D
A
V
ER
S
E
que se alimenta a los electrolizadores.
R
S
HO
C
E
R
E
D
mantener la concentración de cloratos (menor a 20 g/l) en la salmuera
3.2. Diseño de la Investigación: De Campo
Según la orientación de la investigación, es de campo, porque las
pruebas y estudios se realizarán en el mismo sitio donde ocurre el
problema. La investigación en campo se realiza en el propio sitio donde
se encuentra el objeto de estudio. Esto permite el conocimiento más a
fondo del problema por parte del investigador y puede manejar los datos
con más seguridad.
Así podrá soportarse en diseños exploratorios,
descriptivos, experimentales y predictivos (Bavaneco, Pág. 26, 1994).
De
acuerdo a la procedencia
investigación
es de campo, ya que
de los datos
la presente
la información fue obtenida
directamente de la realidad, en su ambiente natural
a través de la
identificación de las condiciones actuales de la unidad destructora de
clorato,
y la recopilación de todos los datos requeridos para la
rehabilitación de la unidad, tabulacion de datos entre otras pruebas.
68
Capitulo III. Marco Metodológico
3.3. Población y Muestra de la Investigación:
Una población esta determinada por sus características definitorias,
por tanto, el conjunto de elementos que posea esta característica se
S
O
D
A
V
ER de población poseen una
S
E
del fenómeno a estudiar en S
donde
las
unidades
R
Hla O
C
E
R
característica
común,
cual se estudia y da origen a los datos de la
E
D
denomina población o universo .La población se define como la totalidad
investigación. (Tamayo y Tamayo, Pág. 114, 1.994) .La unidad de análisis
de esta investigación estuvo conformada por el área de salmuera agotada
y los toma muestras donde se determine la concentración de clorato en
salmuera.
La muestra es el conjunto de operaciones que se realizan para
estudiar la distribución de determinados caracteres en la totalidad de una
población, universo o colectivo, partiendo de la observación de una
fracción de la población considerada. (Egg, Ander, Pág. 81, 1.994)
La muestra estuvo conformada por:
La unidad destructora de clorato el cual es la base de estudio para la
rehabilitación, y los toma muestras que en total son 4 (Cuatro), ubicados
en diferentes áreas y es donde se determina concentración de clorato.
3.4. Técnicas de Recopilación de la Información:
Las técnicas e instrumentos son los recursos utilizados para
facilitar la recolección y el análisis de los hechos observados. Debido a la
naturaleza del presente trabajo, se utilizaron técnicas sencillas y
prácticas, la cuales permitieron alcanzar de una manera efectiva los
objetivos trazados.
69
Capitulo III. Marco Metodológico
De acuerdo con lo anteriormente descrito, se utilizó como técnica la
observación directa, que según “Galtung Pág. 23” es aquella en el que el
investigador puede observar y recoger datos mediante su propia
observación. A estos elementos se incluyen la Técnica de Análisis
Documental que según “consiste en describir de forma exhaustiva los
S
O
D
A
V
R
S RESE
elementos de un documento
HO
C
E
R
E
D
Revisión de los manuales de operación de la planta cloro soda,
área de salmuera modulo B-5, informes técnicos realizados anteriormente
en los trabajos relacionados con el destructor de clorato y propuestas de
mejoras y estrategias para el control de la unidad.
3.5. Metodología a Utilizar:
3.5.1. Fase I: Evaluar las condiciones actuales de la Unidad
Destructora de Clorato.
Mediante la observación directa se realizo un recorrido por la
unidad destructora de clorato para la evaluación de las condiciones
actuales de la unidad, primeramente se revisaron los P&ID (Diagrama de
tubería e instrumentación), de la planta cloro soda correspondiente al
sistema destructor de clorato, luego, se realizo un recorrido por el área de
estudio en conjunto con personal de operaciones del área de salmuera se
identifico lo actualmente instalado en campo con lo especificado por
diseño, correspondiente al plano del reactor de descomposición de clorato
(ERE-101-018), para comprobar la inexistencia o existencia de equipos,
instrumentos que son de vital importancia para el monitoreo del proceso
(analizadores
de
pH,
transmisores
de
temperatura,
etc.).
Se
recomendaron propuestas para la actualización de los P&ID (Planos de
Diagrama e Instrumentación), apoyándose en los procedimientos de
70
Capitulo III. Marco Metodológico
ingeniería de diagramas de procesos de PDVSA. Todo esto debido a que
se presentan algunos cambios en campo que no se han corregido en
dicho plano.
3.5.2. Fase II: Caracterizar Químicamente las diferentes corrientes de
S
O
D
A
V
R
S RESE
salmuera para obtener el análisis y contenido de clorato de sodio
HO
C
E
R
E
D
que presentan.
Utilizando la técnica de observación directa para la caracterización
química de las corrientes, se siguió una serie de pasos y procedimientos
para lograr determinar la concentración de clorato en la salmuera tanto a
la entrada y salida de los electrolizadores de la planta. Los toma de
muestra están representados en la tabla Nº 6. Estas fueron identificadas
con letras para facilitar el entendimiento y compresión en la redacción.
Tabla Nº 6. Toma muestras seleccionados para la
Caracterización química de las corrientes
1
Corriente
Característica
A
Toma muestra de salmuera de la descarga de la bomba
salmuera ultra pura antes del acondicionamiento de
temperatura a los electrolizadores
2
B
Toma muestra de anolito (salmuera agotada). a la salida
del circuito 1 de electrolizadores
3
C
Toma muestra de anolito (salmuera agotada). a la salida
del circuito 2 de electrolizadores
4
D
Toma muestra de salmuera a la salida del tanque de
almacenamiento de salmuera agotada
Fuente: Tello C; 2006
71
Capitulo III. Marco Metodológico
Se realizó el muestreo de las corrientes por triplicado (durante 3
días), de tal manera de conocer las variaciones de la concentración de
clorato que puedan darse en el proceso normal de la planta, en cada uno
de los puntos muestreados. Para la toma de muestra de la salmuera de
cada corriente, se utilizaron envases plásticos previamente rotulados e
S
O
D
A
V
ER de los recipientes con
S
E
como tal, se hizo la cura de S
los envases
(enjuague
R
HO
C
E
R
el mismo
flujo
que
deben
almacenar), con el fin de evitar la contaminación
E
D
identificados según la corriente. Antes de realizar la toma de muestra
de la salmuera a analizar. En aquellos puntos donde el caudal de
salmuera no es constante, se procedió abriendo las válvulas de bloqueo
que tiene cada corriente (Procedimiento que realiza el operador al
momento de efectuar la toma muestra).
3.5.3. Fase III: Estimar el costo de la rehabilitación y el proyecto en
general.
La estimación de costos para la rehabilitación de la unidad
destructora de clorato, consistió en investigar
con el personal de
planificación de la Planta Cloro Soda los precios unitarios de los
materiales, las cantidades requeridas para la instalación y mano de obra,
de acuerdo
con la lista de materiales y medidas reportadas en los
isométricos de la unidad, esta estimación estuvo basada en contratos
realizados anteriormente en planta, el valor de la mano de obra según el
personal requerido y los precios que están estipulados en el sistema de
aplicaciones y proyectos utilizados en el complejo, el cual brinda todo tipo
de información referente a los precios de compra de los materiales
requeridos y a la cantidad en caso de existir en el almacén del Complejo
Petroquímico “El Tablazo” .
La estimación de este proyecto de rehabilitación se ha estimado
para un periodo de 3 semanas, sin incluir trabajos durante sábados y
domingos, siendo el trabajo de ocho (8) horas diarias de lunes a viernes.
72
Capitulo III. Marco Metodológico
Luego de tener esta información se procedió a calcular el costo de
todos los materiales y de la rehabilitación en general, de tal modo, que al
sumar ambos resultados se obtuvo el costo final para la rehabilitación de
la unidad.
S
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D
A
V
R
S
E
Se calculó el ahorro S
en cuanto
alE
consumo diario de sal, que se
R
O
CH
esperaD
recuperar
la rehabilitación de la unidad, esto debido a la purga
EREcon
de salmuera que existe, que según estudios realizados anteriormente por
el personal de ingeniería de procesos se calculó que la pérdida de
salmuera agotada es de 7m3/h (168m3/día).
La estimación del costo se realizó de la siguiente forma:
™
Con el precio unitario de sal en tonelada, la concentración
promedio de la salmuera agotada y el caudal total de salmuera que
se pierde a través de la purga de salmuera existente, se calculó el
ahorro en bolívares de sal por día, de llegarse a rehabilitar y poner
en marcha la unidad destructora de clorato.
™
El precio de la sal es de veinticinco con dieciséis dólares por
toneladas americanas (25,16 $/TON US), y la concentración de
sal en la salmuera es de 210g/l.
Adicionalmente luego de obtener la estimación de costos para la
rehabilitación y los beneficios en cuanto al consumo de sal diarios, se
presentó de manera de tabla, el tiempo en el cual se espera
recuperar
la inversión realizada para dicha rehabilitación, tomando en cuenta lo
siguiente:
73
Capitulo III. Marco Metodológico
™ Con el costo del proyecto, el ahorro en la cantidad de sal que
se espera recuperar por mes (30dias), por métodos sencillos
matemáticos de diferencia de estos valores se fue calculando
en que tiempo el valor del costo de proyecto se hace mas
pequeño por cada mes hasta obtener un valor mínimo.
S
O
D
A
V
R
E
S
E
3.5.4. Fase IV: IdentificarSvariables
críticas a controlar
R
Hla O
C
E
R
operación
normal
de
unidad destructora de clorato
E
D
para la
Para la identificación de las condiciones que permiten reconocer la
operación normal del proceso se hizo un análisis documental de
información técnica, simulación de la unidad destructora de clorato,
revisión del los diagramas de flujos de procesos (PFD), diagramas de
tuberías e instrumentación (DTI), Bases de diseño, preguntas a personal
de Ingeniería de procesos.
Luego de recolectar toda la información necesaria de las variables
a controlar para la operación normal y la destrucción de clorato, y evitar la
formación del dióxido de cloro (ClO2), y la ebullición de la salmuera se
procedió a colocar todo en forma de tabla de manera de tener una visión
general de todas las especificaciones para el control del proceso. Se
tomaron en consideración las siguientes variables:
™ Flujo de salmuera al destructor de cloratos (FC1650)
™ Flujo de HCl al destructor de cloratos (FFC-1645)
™ Relación de flujo Salmuera/ HCl
™ Temperatura entrada al precalentador del reactor de cloratos (TG1647)
™ Temperatura salida precalentador del reactor de cloratos (TG1651)
74
Capitulo III. Marco Metodológico
™ Temperatura después de la adición de HCl (TG1655)
™ Nivel del reactor de descomposición de cloratos (LC1659)
S
O
D
A
V
R
S RESE
3.6. Procedimiento Utilizado en la Medición de la variable
HO
C
E
R
E
D
3.6.1. Determinación de Clorato en Salmuera:
La determinación de clorato en la salmuera se realizó a través de
métodos sencillos de titulacion. Este método describe la determinación de
clorato en salmuera con bajo contenido de cloro. Puede ser aplicado a
muestras con otros oxidantes, si éstos son corregidos por otra titulación.
El límite de detección mínimo es de 0.04 g/L, asumido con un consumo
mínimo de 0.1 ml de tiosulfato de sodio 0,1 N y 5 ml de muestra. El clorato
de sodio en ácido clorhídrico 8 +/- 0,5 N reacciona con el bromuro de
potasio, para formar bromo elemental y iones cloruro. El bromo hace
reacción con yoduro de potasio para liberar yodo, el cual es titulado con
una solución estándar de tiosulfato de sodio. La cantidad liberada es
equivalente al clorato presente.
El cloro, ión hipoclorito y cualquier otro oxidante interfieren en una
solución ácida.
La magnitud de estas interferencias puede ser
determinada haciendo una segunda titulación en un ácido oxidante débil
(H2SO4).
Los pasos para esta determinación fueron los siguientes:
™ En una fiola de 500 ml, adicionar 5,0 ml de muestra y 5 gotas
de fenolftaleína, si la solución se torna rosada, neutralizar con
HCl 1 N y diluir a 15 ml con agua destilada, luego añadir 5 ml de
bromuro de potasio al 10 %, tapar y mezclar.
75
Capitulo III. Marco Metodológico
Nota: El volumen final de la solución debe ser aproximadamente 20 ml,
esto con el propósito de mantener la acidez de la solución en 8 N, cuando
se adicione el HCl concentrado. En el paso siguiente, se toma una
alícuota diferente de muestra, hacer los ajustes necesarios para mantener
el volumen o incrementar adecuadamente la adición de HCl concentrado.
S
O
D
A
V
ER ó 80 ml de 10 N, tapar
S
E
™ Añadir 40 ml de HClR
concentrado.
S
HOy dejar reposar en un lugar oscuro por 5
C
E
R
inmediatamente
E
D
minutos.
™ Añadir 10 ml de yoduro de potasio al 10 % y lleve a 300 ml con
agua destilada, tapar y mezclar.
™ Titular inmediatamente el yodo liberado con solución estándar
de tiosulfato de sodio 0.1 N hasta ligero color amarillo, adicionar
1 ml de la solución de almidón y continuar titulando hasta el
punto de equivalencia (desaparición del color azul), anotar el
volumen consumido.
V x N x 17.74
__________________
(30)
g/L NaClO3 =
Vol. de muestra
Obs. Salmuera proveniente de los anolitos: Restar de " V " el volumen
consumido en la determinación de cloro.
Donde:
V
N
= volumen consumido de Na2S2O3, (ml).
= normalidad del Na2S2O3
76
Capitulo III. Marco Metodológico
3.6.2. MATERIALES Y REACTIVOS:
Los reactivos utilizados para la realización de este proyecto están
conformados por aquellos utilizados para la caracterización química
(Análisis de laboratorio), de cada una de las corrientes de salmuera
S
O
D
A
V
ER
S
E
Material de vidrio de laboratorio;
R
S
HO
C
E
R
E
D
identificadas y seleccionadas para indicar su concentración.
™
™
Ácido clorhídrico concentrado (12 ó 10 N) y 1 N (no estándar);
™
Yoduro de potasio al 10%: Pesar 100 g de yoduro de potasio
cristal libre de yodato y diluir a 1 L con agua destilada;
™
Indicador almidón en solución: Pesar 3.0 g de almidón soluble
en
agua
dentro
de
una
probeta
de
150
ml
y,
añadir
aproximadamente 100 ml de agua destilada agitando suavemente;
Añadir a ésta solución 1000 ml de agua destilada hirviendo y
enjuagar la probeta. Añadir 0.1 gr de yoduro de mercurio, como un
estabilizador
y
continuar
en
ebullición
por
3
minutos
aproximadamente. Enfriar y filtrar, si fuere necesario. Almacene
en recipiente de vidrio.
™
Tiosulfato de Sodio 0.1 N : Disolver 25 g de Na2S203.5H20 en 500
ml de agua recién hervida y enfriada, y adicione 0,11 g de
carbonato de sodio, diluya a 1 L con el mismo tipo de agua, deje
reposar por 24 horas y guarde la solución en botella de vidrio bien
cerrada. Estandarizar como se indica: Pipetear 50 ml de sol.
Estándar de Yodato de Potasio (KIO3) 0,100 N en una fiola de 500
ml (hacer por triplicado) y diluir a 100 ml con agua destilada,
adicionar 1 g de KI en cristales, disolver completamente, añadir 15
ml de HCl 1 N y titular inmediatamente hasta ligera coloración
77
Capitulo III. Marco Metodológico
amarilla, adicionar 1 ml de solución indicadora de almidón y
completar la titulación hasta desaparición del color azul, anotar el
volumen consumido.
Nota: Estandarizar semanalmente
Cálculo de la Normalidad = 50 x 0,1 / Vol. consumido
S
O
D
A
V
R
S RESE
HO
C
E
R
E
Balanza analítica y granataria
D
EQUIPOS:
™
3.6.3. Procedimiento de Ingeniería para preparar Diagramas de
Procesos.
Los Cambios en el DTI deben realizarse utilizando el código de colores
para correcciones de las normas de PDVSA S.A.
Color
Significado
Amarillo Revisado y esta correcto
Rojo
Añadir
Verde
Eliminar
Azul
Comentarios
78
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
S
O
D
A
V
R
S RESE
HO
C
E
R
E
D
79
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
CAPITULO IV
ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS
El objetivo principal de esta investigación consistió en la
rehabilitación de la Unidad Destructora de Clorato de la Planta Cloro
S
O
D
A
V
ER de efluente inorgánico
la purga de salmuera y mejorar E
laS
cantidad
R
S
HOEn la figura Nº9, se observa un diagrama
C
generadoE
yR
suEcalidad.
D
Soda para disminuir la concentración de clorato en la salmuera, eliminar
esquemático de la situación actual de la unidad de donde se recibe
salmuera agotada para luego, mediante un proceso de destrucción de
clorato con acido clorhídrico y altas temperaturas, se obtiene la salmuera
con un contenido de clorato de 10.28 g/l.
Figura 9. Situación actual de la unidad Destructora de Clorato
FV1645
H1-TK103
P103A/B
E301A/B
TV1654
MX-105
Vapor
T102
R101
E-102
P118A/B
OT-104
FV1650
CONDENSADO
TK-115
Fuente: Tello C, 2006
80
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
4.1.
Evaluación
de
las
condiciones
actuales
de
la
Unidad
Destructora de Clorato:
En un recorrido efectuado por el área, correspondiente a la Unidad
Destructora de Clorato, se comparó lo actualmente instalado en campo
S
O
D
A
V
R
instrumentación. En la tabla
NºE7SE
se especifican los siguientes
R
S
O
H
C
E
R
instrumentos
faltantes
en
el área:
E
D
con lo especificado por diseño en el diagrama de tuberías e
Tabla Nº 7. Especificación de Equipos inexistentes, código y
ubicación en la Unidad Destructora de Clorato
EQUIPO
Disco de
ruptura
Medidor de
temperatura
CODIGO
o TAG
UBICACION
STATUS
Línea de salmuera agotada de
SD1649
entrada al precalentador del
Inexistente
reactor de cloratos (E1-E102).
Salida de salmuera agotada del
TG1651
precalentador del reactor de
Inexistente
cloratos (E1-E102).
Línea de entrada de salmuera
Medidor de
temperatura
TG1655
agotada al reactor de
descomposición de cloratos
Inexistente
(E1-R101)
Línea de entrada de
Analizador de
pH
AE1646
salmuera agotada al reactor
de descomposición de
Inexistente
cloratos (E1-R101).
81
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
Tabla Nº 7. Especificación de Equipos inexistentes, código y
ubicación en la Unidad Destructora de Clorato (Continuación)
CODIGO
STATUS
S
O
D
A
RV
E
S
E
R
S
EQUIPO
o TAG
HO
C
E
R
E
D de
E1-P118
reactor
Bombas del
descomposición
A/B
de cloratos
UBICACION
Bases de las bombas del
destructor de clorato
Inexistente
Reactor de
Transmisor/
LT/LI1659
Indicador de nivel
descomposición de
Inexistente
cloratos (E1-R101).
Línea de inyección de
agua de proceso al pote
Rotámetro
FI1660
de sello del reactor de
descomposición de
Inexistente
cloratos (E1-OT104), y
soportes de la línea
Medidor de
presión
En la línea de
PG1646
alimentación de vapor de
Inexistente
baja presión, 3”
Fuente: Tello, C 2006
Adicionalmente, se pudo observar que el aislamiento de las
tuberías a nivel de las bombas del reactor de descomposición de clorato
(E1-P118 A/B), se encuentra dañado y algunas conexiones eléctricas
sueltas y expuestas a la intemperie. El reactor destructor de clorato
presentó daños en el aislamiento.
82
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
En la tabla Nº 7, mostrada anteriormente, se puede observar que la
cantidad de equipos e instrumentos faltantes en la Unidad Destructora de
Clorato es alta, esto se puede justificar debido al tiempo sin uso de la
unidad y al tiempo sin realizar un mantenimiento preventivo o correctivo
S
O
D
A
V
R la Unidad, se requiere
equipos. Debido al grado de corrosión que
Epresenta
S
E
R
S
HO
una inspección
completa
de las tuberías, bridas y válvulas asociadas a la
C
E
R
E
D
misma. Para tener una visión general de los instrumentos y de los equipos
de los mismos lo que ha conllevado al deterioro por corrosión de los
faltantes en el anexo II, se especifica fotográficamente la ubicación de los
mismos.
Adicionalmente a este objetivo luego de realizar el recorrido por la
Unidad y realizados los isométricos se recomendaron las siguientes
propuestas para la actualización de los P&ID (Planos de Diagrama e
Instrumentación), debido a que se presentan algunos cambios en campo
que no se han corregido en dicho plano. Entre los cambios realizados en
campo se pueden citar y recomendar lo siguiente:
I. El mezclador (E1-MX105) está hecho de C-PVC. Se recomienda
añadir en el PID ya que se encuentra especificado como material de
Titanio Garde 7.
II. La línea de reciclo a la descarga de la bomba (P118B), hacia el
reactor de descomposición de clorato es de 2” y en el plano se
encuentra especificado de 1”. Se recomienda añadir en el P&ID
dicha línea de 2” en conjunto con una reducción de 3” a 2” a la
descarga de la bomba P118B Y de 4” a 2” antes de la entrada al
R101.
83
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
III. En la línea de ácido clorhídrico en campo se observó la presencia de
una reducción que comienza en 1” a 1/2” y luego pasa ½” a 3”/8”
para terminar con otra reducción de 3/8” a 1” y sigue de esa forma
hasta la entrada de acido ala junta de expansión. Se recomienda
añadir en el PID.
IV.
S
O
D
A
V
R va dirigida hacia el E102
Eque
S
E
La línea de 3” de salmuera
agotada
R
S
HO
C
E
R
presenta
en
campo
una reducción de 3” a 2” y luego presenta otra
E
D
de 3” a 2” para seguidamente entrar al intercambiador de calor. Se
recomienda añadir al P&ID
V. La línea de descarga de la bomba (P118A/B), presenta en campo
reducciones de 3” a 2” Se recomienda añadir en el P&ID.
VI. La línea de succión de las bombas (P118A/B), muestra en campo
reducciones de 4” a 2”. Se recomienda añadir en el PID.
VII. Se puede observar en campo que la válvula a la salida del
intercambiador de calor (E-102), correspondiente a la línea de
salmuera agotada es del tipo tapón (VP30), y en el plano es del tipo
mariposa (VF1), se recomienda añadir en el plano dicha figura.
4.2. Caracterización de las diferentes corrientes de salmuera
En la tabla Nº8 y en el grafico Nº1, se pueden observar los
resultados obtenidos de los análisis químicos de la determinación de
Clorato en la salmuera proveniente de cada una de
las corrientes
seleccionadas a la entrada y salida de los electrolizadores.
84
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
Tabla Nº 8. Concentración de Clorato en la salmuera en los diferentes
Puntos de muestreos
DIA
3
g/l
PROMEDIO
g/l
DIA
2
g/l
10,06 10,02
10,1
10,06
D
9,38 9,67
Fuente: Tello C, 2006
9,59
9,55
S
O
D
A
V
R
E
S
E
7,37 7,63 S7,92
7,64
R
O
17.35
ECH10,08
ER10,16
10,23
10,16
CORRIENTE
A
DIA
1
g/l
D
B
Concentración de
clorato de sodio
según diseño
g/l
13.04
C
17.35
17.76
Grafico Nº1. Concentración de Clorato de Sodio (NaClO3) en las
diferentes corrientes a estudiar
12
10
10,16
10,06
8
Concentracion
(g/l)
6
9,55
7,64
4
2
0
A
B
A
C
B MuestrasC
Toma
D
D
Fuente: Tello C, 2006
De los valores obtenidos en las diferentes corrientes se presenta
una concentración de 7.37-10.23 g/l, como rango menor y mayor
respectivamente, y se encuentran por debajo de los valores que están
por diseño de la planta. Para el caso de la corriente A (Descarga de las
85
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
bombas de salmuera ultra pura), se obtiene un valor de 7.64 g/l y según
diseño presenta 13.04 g/l, en la corriente B (Toma muestra de anolito);
salmuera agotada salida del circuito 1 de electrolizadores, se obtiene un
valor de 10.16 g/l y el diseño presenta 17.35 g/l, en el caso de la corriente
C (Toma muestra de anolito) salmuera agotada salida del circuito 2 de
S
O
D
A
V
ER muestra de salmuera a la
S
E
g/l, y el resultado de la tomaS
muestra
D
(Toma
R
O
CH
REde
salida D
delE
tanque
almacenamiento de salmuera agotada) , se obtiene
electrolizadores, se obtiene un valor de 10.06 y el diseño presenta 17.35
un valor de 10.06 g/l y diseño presenta 17.07 g/l. Para el caso de la
corriente B y C, en donde se obtienen los valores mas altos en las
concentraciones de clorato determinadas en campo, esta tendencia indica
que
es en el proceso de electrólisis (Descomposición electrolítica del
cloruro de sodio), donde se forma el Clorato por efecto de la retromigración del ión hidróxido a través de la membrana ocurrida en el lado
ánodo (Ver capitulo II. Proceso de formación del clorato de sodio). Con
respecto a la corriente D donde se obtiene un valor de 9.55g/l de los datos
obtenidos en campo se analiza que en este punto hay una inyección de
ácido clorhídrico (HCl), y el toma muestra está ubicado después del punto
de inyección; el ácido contribuye a disminuir en parte la concentración de
clorato (Ver capitulo II. Descripción de la Unidad Destructora de Clorato).
Según se observa, los valores obtenidos en campo son mucho
menores a los de diseño, esto es debido a no trabajar a máxima
capacidad en Planta (180KA), la purga de salmuera permanece abierta y
otra causa posible es que las fosas de salmuera no se estén recuperando,
debido a
fallas operacionales en las bombas de recuperación lo cual
produce rebose que va dirigida al canal de drenaje. Cabe destacar que
los rangos máximos permitidos por planta indican que las concentraciones
se encuentran altas y provocarían paradas de planta en tiempos no
programados, ya que el rango máximo de clorato en la salmuera es
(<20g/l), según diseño. El personal de proceso de la planta según
86
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
estudios realizados anteriormente indican que para concentraciones de
clorato de 3.5 g/l es necesario arrancar la Unidad Destructora de Clorato y
con rangos mayores a 10 g/l seria estrictamente necesario abrir la purga
da salmuera agotada (Ver anexo III). En este caso es necesario destacar
que la purga que se mantiene abierta como consecuencia de la falta de
S
O
D
A
V
ER por debajo del diseño
las concentraciones de Clorato
enElaSsalmuera
R
S
ECHO
originalD
deE
laR
planta.
uso de la Unidad Destructora de Clorato contribuye en parte a mantener
4.3.
Estimación
de
costo
del
proyecto
y
Beneficio
de
la
rehabilitación.
En
la
tabla
Nº9,
se
muestra
la
estimación
de
costos,
correspondientes a los materiales necesarios para la rehabilitación de la
unidad destructora de clorato. Adicionalmente se expresa la estimación en
cuanto a mano de obra y otros recursos indispensables para la instalación
correcta de la unidad.
87
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
Tabla Nº 9. Estimación de Costos de Materiales y Mano de Obra
Cantidad
Descripción
Requerida
ESPARRGO AA ½" UNC CLASE 2A
300
VÁLVULA DE GLOBO AC BRID 300 Φ 3/4
11
“
VALVULA CSL HD Φ 4 “ 150
6
VÁLVULA TAPON AC DÚCTIL RF 150 Φ
2
2”
VÁLVULA TAPON HD A395M-88 150LBS
4
RF Φ 1-1/2“
VALVULA TAPON CSL HD Φ 1” 150
8
UM
PZA
Precio
Bs(c/u)
879,75
Total
263925
PZA
PZA
149.922
2.121.542,50
1649142
12729255
S
O
D
1.197.444,25
A
V
R
S RESE
HO
C
E
R
E
D
VALVULA TAPON AC ROS A216WCB
300 Φ ½”
TRANSMISOR ROSEMOUNT
1151GP4E1281M1B3
MASONL ELECTRONEUMATIC
TRANSDUC STD613H
TRANSMISOR NIVEL DE LIQUIDO 4 A 20
MA 24 VDC
ANALIZADOR PH ROSEMOUNT P/N
1054BPH-01
SENSOR ROSEMOUNT 381 PH
E031221314054
CAJA TERMICA FIBRA DE VIDRIO TIPO
A18149JFGQ
MOTOR PARA LAS BONBAS P-118A/B
BOMBAS P-118A/B
VALVULA DE RETENCION Φ 3” TIPO
CHECK
VALVULA DE RETENCION Φ 1” TIPO
CHECK
TUBERIA SML CS A53 B4 SCH40
TUBERIA SML CS A53 B4 SCH40
TUBERIA SML CS A53 B3 SCH40
TUBERIA SML CS A53 B2 SCH 40
TUBERIA SML CS A53 B4 SCH 40
ESTOPERA STF 25X35X7MM
OXIGENO 99,95% CIL 6KG
ACETILENO 99,0% CIL 6KG
ARGON 99,8% CIL 6 M3
VALVULA CONTROL XOMOX
VALVULA TAPON CSL HD Φ1” 150
EMP NO M/BR TF Φ 1” 150
EMPAQ PTFE ANILLO 150 LB Φ3”
EMPACADURA TEFLON CAR/SAL 150LB
2X1/8”
PZA
2394888,5
PZA
PZA
717.248,91
503.661
2868995,64
4029288
2
PZA
53.526
107052
2
PZA
4.684.065
9368130
4
PZA
2.191.250
8765000
2
PZA
4.900.689
9801378
1
PZA
2.118.161
2118161
1
PZA
2.027.068
2027068
1
2
2
PZA
PZA
PZA
498.253
2.339.000
24.000.000
498253
4678000
48000000
3
PZA
1.200.000
3600000
1
18
3
2
2
2
2
5
3
3
16
14
30
50
PZA
PZA
PZA
PZA
PZA
PZA
PZA
CIL
CIL
PZA
PZA
PZA
PZA
PZA
1.200.000
1.028.915,56
315.791,13
1.286.343,70
358.970,51
481.581,46
1.994,55
34.675
90.000
56743,2
SI
503.661
3.155
14.733
1200000
18520480,08
947373,39
2572687,4
717941,02
963162,92
3989,1
173375
270000
170229,6
3
PZA
14.500
43500
7051254
94650
736650
88
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
Tabla Nº 9. Estimación de Costos de Materiales y Mano de Obra
(Continuación).
Descripción
PINTURA IND LAT 1 GA
POLIURETANO ACABADO
EMP NO M/BR ASB COMP 2”
150
ESPARRAGO AA Φ ¾” 8”
UNC
AIRE 99,9% CIL 6M3
OUTLET RIG A105/PTFE LIN
CL150 4X1-1/2”
OUTLET RING A105/PTFE
LIN CL150 3”X1”
CODO 90 RL BRID AC A234
WPA CL150 4”
ELBOW 90 SR FLGED CS
A234 WPA CL 150 3”
EMPAQ PTFE ANILLO 150LB
Φ 6”
EMPAQ PTFE ANILLO 150LB
Φ3”
EMP NO M/BR TFΦ 2” 150
EMPAQ PTFE ANILLO 150LB
Φ1-1/2”
REDUCCION PTFE Φ 4” A 3”
150LBS
REDUCCCION PTFE Φ 4 A
2” 150LBS
TEE PTFE Φ3”X3”X2”
150LBS FLANGE
JUNTA EXPANSION
TEFLON 1-1/2” EM1500017
ESPARRGO AA Φ¾” 4” UNC
CLASE 2B
ESPARRGO AA Φ¾” 4-1/2”
UNC CLASE 2A
ESPARRGO AA Φ1/2” 3”
UNC CLASE 2A
ESPARRGO AA Φ1/2” 3-1/2”
UNC CLASE 2A
FERULA DELANTERA Φ ¼”
AI316
DIAPHRAGM SEAL ITT
D3TP 6X2TT
POSITIONER FISHER
FS3558213
CONECTOR ODXMNPT
3/8X1/4” AISI316
MANG AIRE PLTL 120 PSI
ESPESOR 0.0401
Cantidad
Requerida
12
UM
GA
Precio
Bs(c/u)
51.215
Total
614580
10
PZA
325,3
3253
100
PZA
2
5
BOM
PZA
35.454,67
943.157,80
70909,34
4715789
8
PZA
709.571
5676568
5
PZA
391.447
1957235
10
PZA
602.476,50
6024765
50
PZA
49.500
2475000
100
PZA
14.733
1473300
100
100
PZA
PZA
22.000
13.291,93
2200000
1329193
5
PZA
1.000.000
5000000
5
PZA
1.000.000
5000000
5
PZA
500.000
2500000
4
PZA
780.888
3123552
200
PZA
2.346,37
469274
200
PZA
3.062
612400
200
PZA
971,85
194370
200
PZA
1.051
210200
100
PZA
1.810
181000
4
PZA
1.536.558
6146232
2
PZA
3.365.946
6731892
20
PZA
11.762
235240
30.000
M
590
17700000
HO
C
E
R
E
D
S 366951
O
D
3.669,51
A
V
R
S RESE
89
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
ESPARRGO AA Φ5/8” 3-1/2”
UNC CLASE 2A
ESPARRGO AA Φ5/8” 6”
UNC CLASE 2A
EMPAQ PTFE ANILLO 150LB
Φ4”
VAL TAPON AC ROS A216
WCB 300 Φ ½”
ACEITE PENETRANTE
SPRAY
TORN STD AC Φ 3/8” 2”
TORN STD AI Φ 3/8” 2”
ESPARRGO AA Φ5/8” 4”
UNC CALASE 2B
ESPARRGO AA Φ 5/8” 6-1/2”
UNC CLASE 2A
ESPARRGO AA 5/8” 8” UNC
CLASE 2A
FERULA DELANTERA Φ3/8”
AI316
MANG AIRE PLTL 125 PSI
ESPESOR 1/16”
TERMINAL BOARD
MASONEILAN
063238001999
SOLVENTE UNIVERSAL
PINTURA ESMALTE 1
GALON LAT MORADO
PINTURA IND LAT 1 GA
POLIURETANO ACABADO
PINTURA IND LAT 1 GA
POLIURETANO
PINTURA IND LAT 1 GA
POLIURETANO ACABADO
PINTURA IND LAT 1 GA
POLIURETANO ACABADO
1000
PZA
1.556
1556000
430
PZA
2.411
1036730
27
PZA
17.667
477009
2
PZA
53.526
107052
12
30
36
LTA
PZA
PZA
5.425
73608
7950
195300
HO
C
E
R
E
D
200
PZA
1.684
336800
100
PZA
1.684,54
168454
100
PZA
1.684,54
168454
100
30.000
PZA
M
1.486
1.665
148600
49950000
4
PZA
214.200
856800
10
GA
14.339
143390
8
GA
30.393
243144
16
GA
72.649,43
1162390,88
12
GA
66.758,90
801106,8
8
GA
88.539,64
708317,12
4
GA
55.708
222832
S
6.134
O
D
A
V
R 265
S RESE
Sub-Total 329.182.469,79
Costos Administrativos, Mano de obra e Instalación
Precio
Horas
por
Hombres
Hora
Cantidad
H/H
(Bs.)
Total (Bs)
5
320
18.316
5.861.120
2
160
19.236
3.077.760
1
120
19.222
2.306.640
Descripción de
Mano de Obra
Mecánico de 1
ra
Normal
Soldador de 1
ra
Normal diurno
Fabricante de 1ra
Normal diurno
90
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
Instrumentista
Normal Diurno
2
160
19.199
3.071.840
2
160
21.035
3.365.600
Sub-Total
17.682.960
Ayudante Normal
Diurno
S
O
D
A
V
R
S RESE
Total Costo del proyecto
Fuente: Tello C, 2006
346.865.429.79
HO
C
E
R
E
D
En lo observado en la tabla Nº9, se puede apreciar los valores
obtenidos de la estimación de costos del proyecto en general, siendo el
costo total de aproximadamente 347 millones de bolívares a ejecutar para
la rehabilitación de la unidad destructora de clorato. Sin embargo, estos
costos no se comparan con los daños que produce el mantener la purga
abierta de salmuera agotada (Baja concentración de Cloruro de Sodio),
que no sólo genera el deterioro del canal de drenaje de dicha purga y
aumento de los cloruros en el efluente, sino un aumento en el consumo
de sal en planta, aparte de esto se cumple con el decreto 883 para el
control de calidad de los cuerpos de agua, dando aun mas validez a la
realización de dicho proyecto.
En la tabla Nº 10 se identifican los parámetros principales y que
identifican la importancia de este estudio, como lo es el caudal total
drenado debido a la purga de salmuera agotada, la cantidad de sal que
contiene, y el ahorro monetario que se obtendría con la rehabilitación de
la unidad destructora de clorato.
91
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
Tabla Nº 10. Ahorros con la rehabilitación de la unidad al proceso.
Concentración promedio de la salmuera agotada (g/l)
210
Caudal total drenado a través de la purga (m3/día)
168
Sal en el caudal drenado (TM/día de sal)
35.28
57.253.089.6
S
O
D
A
V
ER
Ahorro monetario en consumo
de
sal
(Bs/año)
696.579.256.8
S
E
R
S
O
CH
Fuente:
ERC,E2006
DTello
Ahorro monetario en consumo de sal (Bs/mes)
Con la recuperación del caudal drenado por la purga de salmuera
agotada se evita el arrojo de aproximadamente 35.3 toneladas de sal al
efluente final de la planta, el cual es enviado a planta central de efluente y
luego al cuerpo de agua
(Lago de Maracaibo). Este efluente no sólo
ocasiona daños graves al cuerpo de agua de ser arrojado, sino que
incrementa el consumo de sal en planta para la producción de cloro, soda
cáustica e hidrógeno, y ocasiona daños en las adyacencias donde está
localizada la purga por el efecto corrosivo que esta genera. Además el
ahorro monetario que se espera obtener con la rehabilitación de la unidad
destructora de clorato es de 697 millones de bolívares en contribución a la
planta cloro soda que es su principal objetivo, disminuir los costos.
La Unidad Destructora de Clorato genera costos para su
rehabilitación que no se comparan con el ahorro monetario que se espera
recuperar con la eliminación del caudal total drenado. Cabe destacar que
es importante mantener en funcionamiento la Unidad Desulfatadora
(NDS), en conjunto con la Unidad Destructora de Clorato para obtener
mejores resultados en cuanto al ahorro que se espera obtener, ya que la
los sulfatos y los cloratos generan problemas en el proceso de la Planta y
dado a esto se hace necesario mantener la purga de salmuera agotada.
La Unidad Desulfatadora contribuye a la disminución de los sulfatos en la
salmuera agotada, estos sulfatos se generan mayormente en el proceso
92
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
de Declorinación Química (Agregar Sulfito para eliminar Cloro gas) y
mientras que estas Unidades funcionen la purga de salmuera agotada
permanecerá completamente cerrada.
S
O
D
A
V
R
S RESE
En la tabla Nº11, se presenta el tiempo necesario para la
recuperación de la inversión en la rehabilitación de la Unidad Destructora
HO
C
E
R
E
D
de Clorato.
Tabla Nº11. Tiempo de Recuperación de la inversión realizada para
la rehabilitación.
Total Ahorro
Costo del
Ahorro de sal
Acumulado (MM de
Mes
Proyecto (Bs)
(Bs/mes)
Bolívares)
1
346.865.429,79
57.253.089,6
57.253.089,6
2
289.612.340,19
114.506.179,2
57.253.089,6
3
232.359.250,59
171.759.268,8
57.253.089,6
4
175.106.160,99
229.012.358,4
57.253.089,6
5
117.853.071,39
286.265.448
57.253.089,6
6
60.599.981,79
343518537,6
57.253.089,6
7
3.346.892,19
400.771.627,2
57.253.089,6
Fuente: Tello C, 2006
Según se observa en la tabla Nº11, el tiempo necesario para la
recuperación monetaria de la inversión realizada en la Planta Cloro Soda
93
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
para la rehabilitación es de siete (7), meses, es decir que se espera
recuperar la inversión en un lapso menor de un (1) año, tomando en
consideración
que
la
purga
de
salmuera
permanezca
cerrada
completamente.
S
O
D
A
V
ERpara la operación normal
S
4.4. Identificar variables críticas
aE
controlar
R
S
HO
C
E
R
E
D destructora de clorato.
de la unidad
Para la identificación de las variables críticas a controlar para el
proceso normal de la unidad destructora de clorato se señala lo siguiente:
4.4.1. Bases de diseño:
™ El flujo de alimentación por diseño es usualmente un 10 % del flujo
normal total de salmuera agotada clorinada. El flujo normal de
operación es 9,6 m3/h; el flujo de diseño es 22,8 m3/h. El mínimo
flujo a emplear corresponde a un 40 % del 10 % antes mencionado
(6 m3/h).
™ La temperatura mínima a la cual debe salir la salmuera agotada de
los circuitos de electrolizadores es 80 °C, y 2 °C se estima sea la
pérdida de calor en el tanque receptor de salmuera agotada
clorinada (E1-TK115).
3
™ El flujo normal de operación es 0,55 m /h de HCl al 32% p/p; el flujo
de diseño es 1,31 m3/h. El flujo de ácido no debe ser menos del 25
% de diseño (0,33 m3/h).
™ La concentración del HCl combinado con la salmuera altamente
acidificada, guarda una relación molar entre 3 y 4 con respecto a la
concentración de cloratos en el arranque.
94
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
A continuación en la Tabla 12, se muestra el balance de masa y
energía por diseño para la Unidad Destructora de Cloratos, según el
diagrama de flujo de proceso ERE-100-006.
Salmuera
Agotada desde
E1-TK115
S
O
D
A
V
R
S RESE
121
O
ERECH
D
Salmuera
Agotada hacia
E1-T102
Cloro gas hacia
E3-E301 A/B
E1-E102
Inyección HCl
al 32 % p/p
122
123
124
126
125
127
E1-MX105
E1
R101
Fuente: Rodríguez R, 2006
Tabla Nº12. Balance de Masa y Energía (PFD), de la Unidad Destructora
de Clorato.
Corriente No.
121
122
123
124
125
126
127
Fase
Liq.
Liq.
Liq.
Liq.
Liq.
Vapo
r
Liq.
118295,
109848,
3
1
8447,2
431,7
8878,8
136,4
8777,1
25539,2
23715,5
1823,7
1834,3
1870,8
Componen
Unida
te
d
H2O
Kg/h
NaCl
Kg/h
NaOH
Kg/h
NaHSO4
Kg/h
423,1
392,9
30,2
52
49,6
Na2SO4
Kg/h
379,7
352,6
27,1
1,4
4,2
Na2SO3
Kg/h
NaClO3
Kg/h
2399,5
2228,2
171,3
171,3
102,8
HOCl
Kg/h
0,2
0,2
HCl
Kg/h
77,8
72,2
5,6
202,1
62
Cl2
Kg/h
36,7
34,1
2,6
203,2
2,6
138,4
1,1
95
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
Total
147151,
136643,
10507,
Kg/h
5
8
6
m3/h
135,05
125,4
9,6
165545,
153724,
634,9
11142,
5
274,8
10867,
6
Flujo
Volumétric
0,55
10,3
1519,
26480,
352,8
10
o
Flujo de
Diseño
Kg/h
6
9 OS
D
A
V
ER1160 1078,3 0,779
1090
S1090RES
4
O
0,49
Viscosidad R
cPECH
E
D
Temperatu
Densidad
Kg/m3
°C
ra
Presión
NaCl
Kg/cm
2
A
g/l
(%p/p)
1090
3
24972
309,2
27712,
4
1084,2
0,49
0,49
1,48
0,43
0,02
0,43
87,9
87,9
87,9
34
100
100
100
3,8
2,27
3,8
7,01
2,95
1,042
3,91
(17,4)
(17,4)
(17,4)
(16,5)
(17,2)
Fuente: Diagrama de flujo de proceso (PFD) del área de salmuera de la
Planta Cloro Soda, Complejo Petroquímico, El Tablazo.
En base al balance por diseño, la concentración de clorato que
entra a la unidad destructora de cloratos es de 17,8 g/l, obteniendo a la
salida del reactor E1-R101 10,3 g/l de NaClO3, logrando una conversión
molar del 40 %.
La concentración del HCl combinado con la salmuera altamente
acidificada, guarda una relación molar de 3,5 con respecto a los moles de
clorato
presentes.
Luego
de
observar
las
bases
de
diseño
correspondiente a la unidad destructora de clorato es necesario que se
controlen como variables críticas las que se presentan en la tabla Nº13, a
las condiciones actuales de operación.
96
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
Tabla 13.- Variables del Destructor de Cloratos y rangos de operación.
Corriente
S
O
D
A
V
R
S RESE
Variable
Unidad Valor Óptimo Rango permitido
Flujo de salmuera al
0 -25
destructor de cloratos m3/h
9,6
5 - 23
(FC1650)
Flujo de HCl al destructor
0 - 1,8
m3/h
0,55
de cloratos (FFC-1645)
0,3 - 1,3
Relación
molar
HCl/
6:1
6:1
Salmuera
Temperatura entrada al
60 - 90
precalentador del reactor
°C
88
80 - 90
de cloratos (TG1647)
Destructor
Temperatura
salida
de Cloratos precalentador del reactor
°C
103,5
102 - 104
de cloratos (TG1651)
Temperatura después de
la
adición
de
HCl
°C
100
98 - 102
(TG1655)
Nivel del reactor de
%
70
60 - 80
descomposición
de
cloratos (LC1659)
Presión de descarga
Bombas E1-P118 A/B Kg/cm2
2,1
2 - 2,3
(PG1657 ó PG1661)
Fuente: Tello C, 2006
HO
C
E
R
E
D
Se puede apreciar en la tabla Nº 13, las especificaciones de todas
las condiciones que permiten reconocer la operación normal del proceso
de la unidad destructora de clorato a fin de llevar los parámetros de
operación al momento de la rehabilitación y futura puesta en servicio. Con
respecto al flujo de salmuera se establece como caudal a manejar 9.6
m3/h, que corresponde a un 10% del el flujo total de salmuera proveniente
del tanque de salmuera agotada (TK115). Hay que mantener una relación
97
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
molar de relación flujo de acido/clorato de 6:1 para la contribución de
destrucción de clorato. Con respecto a la temperatura de la salmuera
agotada a la salida del intercambiador se ha establecido un valor óptimo
de 103,5ºC para permitir el calentamiento suficiente para destruir clorato
combinado con el flujo óptimo de acido clorhídrico de 0.55m3/h, a 17g/l de
S
O
D
A
V
R
S RESE
clorato de alimentación.
HO
C
E
R
E
D
4.4.2. Requerimientos de Servicios Industriales
En la Tabla 14 se muestran los servicios industriales requeridos
para garantizar la operación efectiva y segura de la Unidad.
Tabla 14.- Consumos de Servicios Industriales.
Servicio
Consumo
Unidades
Requerido
Vapor de Baja Presión
Kg/h
628 máx.
Agua de Proceso
m3/h
0,1
Fuente: Tello C, 2006
A continuación en la Tabla 15, se detallan los servicios requeridos
por cada equipo de proceso dentro del Sistema de Destrucción de
Cloratos.
Tabla 15. Consumos de Servicios Industriales.
Requerimientos
Equipos
Descripción
E1-E102
Precalentador del Reactor de Cloratos
E1-OT104
E1-P118 A/B
de Servicios
Pote de sobreflujo de descomposición
de cloratos
Bombas
del
reactor
de
Vapor de Baja
Presión
Agua de Proceso
Electricidad
98
Capitulo IV. Análisis de los Resultados
descomposición de cloratos
Fuente: Tello C, 2006
Según lo observado en la tabla Nº15 el precalentador del destructor
de clorato debe mantener el vapor a baja presión debido a que si
S
O
D
A
V
R
E
S
E
103.5ºC, podría producir la ebullición
de
la salmuera dentro de los tubos
R
S
O
H
C
E
R
E
del intercambiador,
lo
que provocaría problemas operacionales de
D
aumentara gradualmente y alcanzara temperaturas superiores a los
ensuciamiento dentro de los tubos debido a que la sal es un compuesto
no volátil. Con respecto al pote de sello (OT104), se necesita suministrarle
agua de proceso a fin de neutralizar vapores de gas cloro al ambiente
debido a que dentro del reactor (R101), donde se produce la reacción de
descomposición, proporcionándole el tiempo de retención necesario para
producir la reacción, desprendiendo vapores de cloro gas que son
enviados una parte a los (E301A/B) y otra parte que no pudo ser
succionada por los compresores de cloro gas van directamente a este
receptor de gas.
99
CONCLUSIONES
Luego de haber cubiertos los objetivos planteados en este estudio
para la Rehabilitación de la Unidad Destructora de clorato, se llegan a las
siguientes conclusiones:
™
S
O
D
A
V
R
S RESE
La Unidad Destructora de Cloratos actualmente no se encuentra en
HO
C
E
R
E
D de instrumentos que son de vital importancia para el monitoreo
serie
condiciones para entrar en servicio debido a la inexistencia de una
del proceso.
™
Se
detectaron
cambios
significativos
en
el
sistema
actual
(mezclador, tuberías, válvulas, etc.), que deben ser revisados y
manejados bajos los procedimientos de seguridad (Manejo de
cambios).
™ Los valores obtenidos en las
diferentes corrientes presentan un
rango de 9.38-10.23 g/l, y se encuentran por debajo a los valores de
diseño
producto
de
baja
capacidad
de
planta,
la
purga
completamente abierta y poca recuperación de las fosas.
™ Para el caso de la corriente B y C, en donde se obtienen los valores
mas altos en las concentraciones de clorato determinadas en campo,
esta
tendencia
indica
que
en
el
proceso
de
electrólisis
(Descomposición electrolítica del cloruro de sodio), es donde se
forma el clorato por efecto de la retro-migración del ión hidróxido a
través de la membrana ocurrida en el lado ánodo.
™ La corriente D donde se obtiene un valor de 9.55g/l de los datos
obtenidos en campo se analiza que en este punto hay una inyección
de ácido clorhídrico (HCl), y el toma muestra está ubicado después
100
del punto de inyección, el ácido, contribuye a disminuir en parte la
concentración de clorato por la reacción de descomposición.
™ Con la puesta en servicio de la unidad en conjunto con la Unidad
Desulfatadora, se tendrá un ahorro monetario de consumo de sal de
S
O
D
A
V
ER final de la Planta, lo que
S
E
el arrojo de 35.3 toneladas
de
sal
al efluente
R
S
HOde efluente inorgánico generado y su calidad.
C
E
R
mejoraría
la
cantidad
E
D
697 millones de bolívares, y recuperando el caudal drenado se evita
™ El retorno del gasto de la inversión para la rehabilitación de la unidad
se obtiene a los siete (7), meses de arrancado el sistema,
recuperando así los gastos por consumo de sal.
™ La relación molar de flujo HCl/Salmuera agotada es de 6:1, para
permitir
la
destrucción
del
clorato
de
sodio,
tomando
en
consideración que la temperatura de la salmuera agotada a la salida
del intercambiador se ha establecido en un valor óptimo de 103,5ºC
para destruir clorato combinado con el flujo óptimo de acido
clorhídrico para mantener el pH en un valor menor a 2.5, a 17g/l de
clorato de alimentación
101
RECOMENDACIONES
Luego de haber realizado la presente investigación, se sugiere que
para futuras investigaciones en los trabajos de la Unidad Destructora de
S
O
D
A
V
R
S RESE
Clorato, su rehabilitación y posterior pre-arranque y arranque, tomar en
consideración las siguientes recomendaciones:
HO
C
E
R
E
D
™
Implementar la rehabilitación de la unidad destructora de clorato,
de tal manera de evitar los problemas antes planteados y reducir
los costos en la planta.
™
Instalar la instrumentación faltante en la Unidad Destructora de
Clorato, y verificar que todos los instrumentos se encuentren
catalogados.
™
Poner en marcha los trabajos de aislamiento al reactor destructor de
clorato (E1- R101), debido a que presenta alto deterioro por el
tiempo sin mantenimiento, dicho aislamiento es de silicato de calcio
con un revestimiento de aluminio para reforzarlo.
™
Realizar los trabajos de comisionamiento (Pruebas de pre-arranque),
de la unidad destructora de clorato con la finalidad preparar y operar
dicha unidad, antes del arranque Inicial, y corregir posibles fallas en
el sistema como: fugas, hermeticidad en las líneas, lazos de control y
de las distintas estrategias de control.
™
Realizar los cambios correspondientes en el sistema actual
(mezclador, tuberías, válvulas, etc.) de la unidad, revisarlos y
manejarlos bajo los procedimientos de seguridad (Manejo de
cambio).
102
™
Mantener la purga de salmuera agotada completamente cerrada
cuando arranque la unidad Destructora de Clorato en conjunto con el
funcionamiento de la Unidad Desulfatadora a menos de que se
realice análisis de cloro en salmuera, a fin de evitar la pérdida de
materia prima que puede ser utilizada de nuevo el proceso.
™
S
O
D
A
V
ER agotada de la purga de
S
E
Reparar el alcantarilladoS
que
recibe
salmuera
R
O presenta grave daño por corrosión.
H
C
E
R
salmuera
debido
a
que
E
D
™
Mantener los equipos (rotativos, estáticos) e instrumentos (válvulas,
analizadores de pH, etc) asociados a la unidad en buen estado para
evitar tener la unidad en las condiciones anteriormente encontradas.
™
Implementar
la simulación de la unidad cuando entre en
funcionamiento tomando como base, los datos de diseño y operación
para optimizar el proceso de destrucción de clorato.
™
Mantener el flujo de salmuera agotada proveniente de la descarga de
la bomba (P-117A/B), hacia la unidad destructora de clorato en
9,6m3/h como lo indica el diseño para entrar en servicio.
™
Debido a la diferencia de valores entre el diseño y los datos
operacionales reales de las concentraciones de clorato, se sugiere
revisar el método de análisis de NaClO3 en salmuera y el método de
determinación de ClO2 en cloro gas.
™
Mantener la relación molar de HCl:Salmuera agotada en 6:1,
temperaturas mayores de 100°C (cien grados centrigados), a fin de
destruir la mayor cantidad de clorato posible, y menores de 103.5ºC
para evitar la ebullición de la salmuera.
103
™
Conservar las concentraciones de clorato menores a 20g/l, para así
evitar paradas de planta debido a que estos (cloratos) son sales y
altas concentraciones de las mismas pueden causar daños a las
membranas lo que disminuye la eficiencia en el proceso de
electrolisis y contamina la soda producto.
S
O
D
A
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S RESE
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C
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