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Proceso cloralcalino

1890
Configuración de electrólisis para el proceso cloro-álcali en un laboratorio antiguo, ingeniería química.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

The chloralkali process is an industrial method for the electrólisis of sodium chloride (NaCl) solution, known as brine. It is the primary source for producing chlorine (Cl₂), sodium hydroxide (NaOH), and hydrogen (H₂), which are essential commodity chemicals. Modern methods use a membrane cell to separate the anode and cathode products, ensuring high purity and efficiency.

The chloralkali process is one of the largest-scale applications of electrólisis, fundamental to the modern chemical industry. The overall reaction is [latex]2NaCl + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + Cl_2 + H_2[/latex]. The process takes place in an electrolytic cell with a brine solution as the electrolyte. At the anode, chloride ions are oxidized to form chlorine gas: [latex]2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^-[/latex]. At the cathode, water is reduced to form hydrogen gas and hydroxide ions: [latex]2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-[/latex].

Un aspecto crítico del proceso es mantener separados los productos, cloro e hidróxido de sodio, ya que de lo contrario reaccionarían para formar hipoclorito de sodio y clorato. Históricamente, esto se lograba utilizando celdas de mercurio o celdas de diafragma, pero estas se han eliminado en gran medida debido a preocupaciones ambientales (contaminación por mercurio) y menor eficiencia. El estándar moderno es la celda de membrana. Esta celda utiliza una membrana de intercambio catiónico (típicamente hecha de un polímero perfluorado como Nafion) que separa los compartimentos del ánodo y del cátodo. La membrana es permeable a iones positivos como Na⁺ pero impermeable a iones negativos como Cl⁻ y OH⁻. Los iones de sodio migran a través de la membrana desde el compartimento del ánodo al compartimento del cátodo, donde se combinan con los iones de hidróxido producidos en el cátodo para formar hidróxido de sodio de alta pureza.

Esta tecnología mejoró significativamente la eficiencia energética y la pureza del producto del proceso cloro-álcali, a la vez que eliminó los riesgos ambientales asociados al mercurio. La coproducción de tres sustancias químicas principales complica la economía del proceso, ya que debe equilibrarse la demanda del mercado de cloro y sosa cáustica (NaOH).

UNESCO Nomenclature: 3305
- Ingeniería química

Tipo

Procesos industriales

Ruptura

Revolucionario

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • electrólisis inicial de salmuera de humphry davy
  • invención del dinamo para la generación de electricidad a gran escala
  • Desarrollo de las primeras tecnologías de diafragma y celdas de mercurio
  • leyes de faraday sobre la electrólisis

Aplicaciones

  • Producción de plástico PVC (a partir de cloro)
  • Purificación de agua y desinfectantes (cloro e hipoclorito de sodio)
  • fabricación de pulpa y papel (blanqueo)
  • producción de jabones, detergentes y textiles (hidróxido de sodio)
  • Síntesis química para una amplia gama de productos

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Configuraciones de celdas de espacio cero para minimizar la resistencia óhmica y el uso de energía
  • Cátodos despolarizados de oxígeno que consumen oxígeno en lugar de producir hidrógeno, lo que reduce el voltaje de la celda.
  • Conversión directa de CO2 utilizando hidrógeno del proceso para producir metanol.
  • Membranas de intercambio iónico avanzadas con mayor selectividad y durabilidad
  • electrólisis del agua de mar para producir cloro para la prevención de la bioincrustación in situ en centrales eléctricas
  • Plantas de cloro-álcali modulares a pequeña escala para el tratamiento descentralizado del agua
  • using renewable energy to power the process, creating ‘green’ chlorine and naoh
  • catalytic electrodes that reduce the sobrepotencial for chlorine evolution
Relacionado con: proceso cloroalcalino, electrólisis, cloro, hidróxido de sodio, sosa cáustica, salmuera, célula de membrana, química industrial.

Contexto histórico

Proceso cloralcalino

1875-01-01
1881
1884
1890
1890
1899-01-01
1900
1870
1876
1882-01-01
1886-04-23
1890
1897
1900
1900

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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