ES2227653T3 - Uso de sales hidratadas para mejorar el rendimiento en la produccion de dioxido de cloro. - Google Patents
Uso de sales hidratadas para mejorar el rendimiento en la produccion de dioxido de cloro.Info
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Abstract
SE PRESENTA UN METODO Y UNA COMPOSICION PARA PRODUCIR DIOXIDO DE CLORO GASEOSO, QUE CONSISTE EN PONER EN CONTACTO UNA CORRIENTE DE ALIMENTACION DE CLORO GASEOSO, CON CLORITO DE SODIO Y MENOS DEL 30 % EN PESO DE UNA SAL INORGANICA HIDRATADA, P.EJ. UNA QUE CONTENGA AGUA DE CRISTALIZACION. DICHO METODO INCREMENTA LA CANTIDAD DE DIOXIDO DE CLORO PRODUCIDO MEDIANTE UNA COLUMNA DE PORDUCCION DE CLORITO SODICO E INCREMENTA ASIMISMO EL TIEMPO DE VIDA DE PRODUCCION DE LA COLUMNA. EL CLORITO SODICO Y LA SAL INORGANICA HIDRATADA SE PUEDEN MEZCLAR EN UNA UNICA COLUMNA, DISPONIENDOSE COMO CAPAS SEPARADAS DENTRO DE UNA SOLA COLUMNA, O DISPONIENDOSE EN COLUMNAS SEPARADAS.
Description
Uso de sales hidratadas para mejorar el
rendimiento en la producción de dióxido de cloro.
La presente invención se refiere generalmente a
la preparación de dióxido de cloro. Más específicamente, una
corriente de gas cloro reacciona en una columna compactada con una
mezcla de clorito de sodio sólido y una sal inorgánica que contiene
agua de cristalización. Alternativamente, la sal inorgánica que
contiene agua de cristalización se puede mezclar con perlas de
cristal o un diluyente adecuado y compactarse separadamente del
clorito de sodio sólido. La sal inorgánica libera su agua de
hidratación, proporcionando humedad para mejorar la producción de
dióxido de cloro y aumentando por lo tanto el tiempo de vida
efectivo de la columna.
El dióxido de cloro (ClO_{2}) es un gas de
utilidad conocida. El uso de gas dióxido de cloro para esterilizar
químicamente superficies, especialmente superficies impermeables a
gas de instrumentos comúnmente usados en las ciencias médicas,
incluyendo superficies formadas por porcelana, cerámica, metales,
plásticos y cristal, se han descrito, por ejemplo, en las Patentes
de Estados Unidos Nº 4.504.442 y 4.681.739 (Rosenblatt y col.).
Se conocen varios procedimientos para producir
gas dióxido de cloro. En uno de estos procedimientos, reacciona
clorito de sodio (NaClO_{2}) con gas cloro (Cl_{2}) en un
aparato que genera dióxido de cloro. Cuando el clorito está en forma
sólida, el aparato que genera dióxido de cloro puede ser, por
ejemplo, una columna convencional, o un lecho rellenado con el
clorito.
Se ha descubierto que la adición de humedad a la
corriente de gas cloro seca aumenta el rendimiento del dióxido de
cloro generado y aumenta sustancialmente la vida de la columna sin
provocar ninguna reacción secundaria indeseada. Las Patentes de
Estados Unidos Nº 5.110.580, 5.234.678, 5.290.524 y 5.326.546
(Rosenblatt y col.), describen un procedimiento y un aparato para
generar dióxido de cloro, que implica la adición de gas cloro
humidificado. La humedad se añade a la corriente de alimentación de
gas cloro al pasar al menos una parte de la corriente a través de
un borboteador de agua. Se descubrió que las columnas alimentadas
con Cl_{2} humidificado producen gas dióxido de cloro en unos
niveles de estado estacionario de al menos dos veces más que las
columnas alimentadas con Cl_{2} seco.
Aunque este procedimiento para añadir humedad a
la columna de clorito de sodio aumentó la producción de ClO_{2} (y
por lo tanto, aumentó la vida de la columna), hay varias
desventajas asociadas con el procedimiento. El procedimiento es
difícil, ya que requiere que el nivel de agua en el borboteador se
monitorice y se rellene cuando sea necesario. Adicionalmente, poner
en contacto gas Cl_{2} con agua da como resultado una mezcla muy
corrosiva, que a su vez conlleva problemas de mantenimiento con las
válvulas y otros artículos metálicos que entran en contacto con la
mezcla. El procedimiento también requiere que la cantidad de
humedad suministrada a la corriente de alimentación de gas cloro sea
controlada. Para lograr los resultados deseados, la humedad
relativa (HR) necesaria fue entre 30% y 60%. Una humidificación
demasiado escasa (menos de 30% de HR) o una humidificación excesiva
(mayor de 60% de HR) dio como resultado una vida de columna más
corta (y por lo tanto una producción de ClO_{2} reducida) que la
de las columnas correctamente humidificadas. Por lo tanto, existe
una necesidad de un medio alternativo para proporcionar humedad a la
columna de clorito de sodio para mejorar la reacción de gas cloro
con clorito de sodio en la producción de ClO_{2}.
El sulfato de sodio decahidratado, o la Sal de
Glauber (Na_{2}SO_{4}\cdot10H_{2}O), se ha usado
previamente como un adyuvante en la prevención de explosiones en
torres generadoras de clorito de sodio. La Patente alemana Nº
841.754 (Schubert) describe un procedimiento para la preparación de
dióxido de cloro gaseoso, usando la reacción conocida de clorito de
sodio seco con cloro gaseoso. El dióxido de cloro es un gas
explosivo que puede reaccionar violentamente en ciertas situaciones,
en condiciones particulares. El objeto de esta patente fue
proporcionar un procedimiento para la preparación a prueba de
explosiones de ClO_{2}. Esto se logró al mezclar una gran
cantidad (33%) de Na_{2}SO_{4}\cdot10H_{2}O con el clorito
de sodio seco. La patente describe que el agua de cristalización en
la sal hidratada se libera cuando el calor se genera demasiado
rápido por la reacción entre el NaClO_{2} y el gas Cl_{2} en la
torre, que "inactiva" cualesquier "chispas" que generan
explosión. Se describe además que para evitar la licuación de los
contenidos de la torre y la posterior formación de una sustancia
tipo apelmazada o pastosa, que bloquearía la columna e impediría el
flujo del gas ClO_{2}, es aconsejable añadir diluyentes que
absorben agua a la mezcla de la columna. No hay ninguna sugerencia
de la disponibilidad o uso del agua de la sal hidratada para mejorar
la reacción que produce ClO_{2} o para prolongar la vida de la
columna de generación.
Los objetos y ventajas de la invención se
explicarán más completamente a partir de la descripción y
reivindicaciones que siguen o pueden aprenderse mediante la
práctica de la invención.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para generar gas dióxido de cloro como se define en
las reivindicaciones adjuntas. En una realización preferida, la sal
inorgánica es sulfato de sodio tetrahidratado, o Sal de Glauber. El
procedimiento de la presente invención no sólo aumenta la cantidad
total de dióxido de cloro producida sobre la producida en
condiciones secas, sino que también aumenta el tiempo de vida de la
columna de clorito de sodio que genera dióxido de cloro.
La presente invención utiliza la humedad de la
sal hidratada para mejorar la producción de dióxido de cloro.
El clorito de sodio se puede mezclar directamente
con la sal hidratada en el generador. Alternativamente, la sal
hidratada se puede mezclar con un diluyente adecuado, como pequeñas
perlas de cristal, y compactarse encima del clorito o compactarse en
una columna aparte. Si se usa una columna aparte, la corriente de
alimentación de gas cloro se pasa primero a través de la columna que
contiene la sal hidratada y luego a través de la columna que
contiene el clorito de sodio.
Los siguientes dibujos son ilustrativos de
realizaciones de la invención y no pretenden limitar el alcance de
la invención según comprenden las reivindicaciones.
La Figura 1 es un diagrama esquemático que
muestra la estructura del aparato experimental para determinar la
cantidad de humedad liberada al mezclar una sal inorgánica que
contiene agua de hidratación con clorito de sodio en una columna
que genera dióxido de cloro;
La Figura 2 es una presentación gráfica de la
humedad relativa de los efluentes de la columna de los Ejemplos 1,
2, y 3 frente al tiempo;
La Figura 3 es una presentación gráfica de la
humedad relativa de los efluentes de la columna de los Ejemplos 3 y
4, que se almacenaron a diferentes temperaturas;
La Figura 4 es una presentación gráfica de la
humedad relativa de los efluentes de la columna de los Ejemplos 2 y
5, comparando dos marcas distintas de sulfato de disodio
decahidratado; y
La Figura 5 es una vista transversal parcial, en
alzado, de una realización de la columna que genera dióxido de cloro
de la presente invención, que muestra la sal inorgánica que
contiene agua de cristalización en una capa separada por encima de
la capa de clorito de sodio.
En la realización preferida, se añade una sal
inorgánica que contiene agua de cristalización a la columna que
genera dióxido de cloro (ClO_{2}), para proporcionar una fuente
de humedad para mejorar la reacción que produce ClO_{2}. Esta
humedad da como resultado una mayor producción de dióxido de cloro
frente al tiempo, y de este modo, aumenta la vida efectiva de la
columna de generación.
La producción de dióxido de cloro a partir de
clorito de sodio (NaClO_{2}) se comienza de preferencia al
introducir una corriente gaseosa que comprende gas cloro (Cl_{2})
en un generador de dióxido de cloro, es decir, una columna, lecho o
similar de clorito de sodio, a presión y temperatura ambientales (o
ligeramente negativas o elevadas). El gas cloro se diluye de
preferencia con un gas portador inerte como nitrógeno.
Una descripción simplificada de la reacción del
gas cloro con el clorito de sodio es la siguiente:
2NaClO_{2} +
Cl_{2} = 2NaCl +
2ClO_{2}
Ya que el gas dióxido de cloro es relativamente
inestable, la concentración de gas cloro en el gas de alimentación
está limitada de preferencia a menos de aproximadamente 7,5 por
ciento. Dado que se producen teóricamente dos moles de dióxido de
cloro por cada mol de gas cloro, se produce una corriente de gas que
comprende aproximadamente 15 por ciento de dióxido de cloro. Más de
preferencia, el gas cloro se incluye en el gas de alimentación a una
concentración de entre aproximadamente 2 y aproximadamente 4 por
ciento. La reacción se lleva a cabo de preferencia a temperaturas
suaves, es decir, no superiores a aproximadamente 45ºC.
La composición de clorito de sodio usada en la
preparación del dióxido de cloro es de preferencia clorito de sodio
de tipo alimenticio o técnico, que comprende entre aproximadamente
70 y 90 por ciento de clorito de sodio y entre aproximadamente 10 y
30 por ciento de impurezas, como por ejemplo hidróxido de sodio. El
clorito de sodio de calidad técnica está disponible de varios
fabricantes, incluyendo Vulcan Corporation. El clorito de sodio está
de preferencia en forma de copos, en contraposición a la forma
finamente pulverizada. La forma finamente pulverizada tiende a
compactarse demasiado en la columna, impidiendo el flujo del gas
dióxido de cloro producido. Por esta razón, se prefiere el clorito
de sodio de calidad técnica en copos antes que los otros, que están
finamente pulverizados. Si se usa clorito de sodio pulverizado, se
deben añadir agentes de anti-apelmazamiento como
perlas de cristal o arena para evitar el apelmazamiento de la
columna.
En la realización preferida, se ha descubierto
que la adición de sales inorgánicas que contienen algo de agua de
cristalización, de preferencia grandes cantidades de agua de
cristalización, al clorito de sodio en la columna de generación,
proporciona una fuente de humedad a la reacción, que da como
resultado la producción sostenida de dióxido de cloro durante un
periodo de tiempo mayor y por lo tanto, aumenta la vida de la
columna.
En una realización, la sal inorgánica que
contiene agua de cristalización se puede mezclar directamente con el
clorito de sodio y ponerse en el generador de dióxido de cloro. En
una segunda realización, la sal inorgánica se puede mezclar con un
diluyente adecuado, como pequeñas perlas de cristal, y compactarse
como una capa aparte encima de la capa de clorito de sodio en el
generador, como se muestra en la Figura 5. En una tercera
realización, la sal hidratada se mezcla con un diluyente adecuado y
se compacta en una columna, y el clorito de sodio se compacta en una
segunda columna. En esta tercera realización, el gas de alimentación
de cloro se pasa primero a través de la columna de sal hidratada
para proporcionar humedad a la corriente de alimentación y luego a
través de la columna de clorito de sodio para producir dióxido de
cloro.
La sal preferida es sulfato de sodio
decahidratado, o Sal de Glauber (Na_{2}SO_{4}\cdot10H_{2}O),
que está comercialmente disponible de varios fabricantes,
incluyendo Aldrich Chemical y Sigma Chemical. Se pueden usar otras
sales con agua de hidratación. Sin embargo, para ser adecuados para
uso como agente de humidificación, el compuesto debe no sólo no ser
reactivo cuando está en contacto con clorito de sodio o cloro, sino
que además debe ser capaz de una liberación sostenida de la humedad
cuando está en contacto con una corriente de gas seco.
La adición de incluso una ligera cantidad de sal
hidratada mejorará la reacción de producción de ClO_{2}. Se ha
determinado, sin embargo, que si la sal hidratada se mezcla con el
clorito de sodio en la columna en una cantidad mayor de 30% en peso
del clorito de sodio, la composición de la columna cambia, dando
como resultado una disminución en la producción de dióxido de cloro
y una correspondiente disminución en la eficacia de la columna. Por
lo tanto, la cantidad de sal hidratada presente está de preferencia
entre aproximadamente 1,0 y 20% en peso de clorito de sodio, más de
preferencia entre aproximadamente 5 y aproximadamente 15%, y lo más
de preferencia aproximadamente 10%. Por supuesto, debe comprenderse
que incluso cantidades mayores de sal, como por ejemplo 70% o más,
seguirán dando como resultado la producción de algo de dióxido de
cloro, pero sólo durante un corto periodo de tiempo. A mayores
porcentajes en peso, se libera una cantidad en exceso de agua de
cristalización de la sal, que fluye en el clorito de sodio y hace
que se vuelva húmedo y apelmazado, evitando el libre flujo de gas
dióxido de cloro. También debe comprenderse que si se usan sales
distintas de la Sal de Glauber, la cantidad necesaria para producir
resultados satisfactorios variará dependiendo de la sal
elegida.
A diferencia del procedimiento del borboteador,
como se describe en las Patentes de Estados Unidos Nº 5.110.580,
5.234.678, 5.290.524 y 5.326.546, la presente invención zanja la
necesidad de pasar el gas de alimentación a través de un
borboteador de agua para proporcionar una fuente de humedad, y evita
por lo tanto los problemas anteriormente mencionados asociados con
ese procedimiento. La humedad se proporciona por el contrario al
mezclar una sal que contiene agua de cristalización, como la Sal de
Glauber, con el clorito de sodio en la columna, o al poner en
contacto la corriente de alimentación de cloro con la sal hidratada
antes de introducirla en la columna de clorito de sodio. De
preferencia, el gas de alimentación de cloro se suministra como una
mezcla de gas cloro en gas nitrógeno. Alternativamente, el gas cloro
se puede suministrar al liberarlo desde un recipiente de
almacenamiento en una línea de gas, donde se combina con un gas
portador inerte (como nitrógeno). El gas de alimentación se inyecta
entonces en la columna del generador que contiene la mezcla de
clorito de sodio y sal hidratada (o en la columna que contiene la
sal hidratada, si se usa una columna aparte para el clorito de
sodio). El gas cloro reacciona con el clorito de sodio para producir
dióxido de cloro. La corriente de gas dióxido de cloro efluente se
puede someter entonces a varios procedimientos de tratamiento, y
finalmente, darle el uso final deseado. Si se desea gas ClO_{2}
seco, se pueden usar cal sodada, CaCl, u otros agentes desecantes.
Se de desea más humedad en el gas ClO_{2}, se puede añadir humedad
adicional más adelante tras la generación.
Como demostrarán en más detalle los siguientes
ejemplos, las columnas que generan dióxido de cloro que contienen
una sal hidratada son capaces de mantener un nivel razonablemente
constante de humedad (aproximadamente 40% de HR) en el efluente de
dióxido de cloro durante un tiempo suficiente para la completa
utilización del clorito en la columna. Las columnas que contienen
sólo clorito de sodio, sin ninguna sal hidratada, liberaron algo de
humedad, pero la liberación fue de una duración y magnitud bastante
más cortas que las que se observaron para las columnas que
contienen clorito mezclado con una sal hidratada. Se encontró que
una columna que contiene 20% en peso de una sal hidratada
proporcionó aproximadamente la misma HR del efluente, pero
manteniéndola durante un periodo de tiempo más largo, que una
columna que contiene 10% en peso de la sal. Esto indica que las
sales hidratadas son capaces de una liberación razonablemente
controlada y sostenida de agua de hidratación, y las sales
proporcionan humedad a un nivel suficiente para una generación
óptima de dióxido de clo-
ro.
ro.
Las columnas compactadas con clorito de sodio
mezclado con 10% de su peso de una sal hidratada proporcionaron un
nivel equivalente de humedad a las columnas, produjeron el mismo
nivel de dióxido de cloro, y mostraron un tiempo de vida de la
columna en el estado estacionario equivalente, que las columnas que
se compactaron sólo con clorito de sodio y se sometieron al
procedimiento del borboteador de agua. Los análisis químicos de las
muestras de compactación de columna consumida confirmaron que hubo
una utilización sustancialmente completa de clorito en esas columnas
que contienen la sal hidratada, mientras que hubo una utilización
incompleta en las columnas compactadas sin sal hidratada. La
cantidad de sal hidratada requerida para el rendimiento opcional de
la columna (aproximadamente 10% en peso) es bastante menos de lo
sugerido en la patente alemana Nº 841.745 (33%). Además, la presente
invención proporciona una mezcla que fluye libremente que se puede
compactar fácilmente en las columnas del generador sin
apelmazamiento y dando como resultado que no hay bloqueo durante la
generación del dióxido de cloro.
Ejemplos
1-5
Las columnas del generador se fabricaron a partir
de 6 tubos de secado de 152 mm (127/203 mm de DI). Se usaron
tapones de lana de vidrio para retener el material de compactación
de la columna. Las columnas se compactaron con clorito de sodio de
calidad técnica (Vulcan Corporation, 79% NaClO_{2}) y sulfato de
sodio decahidratado (Na_{2}SO_{4}\cdot10H_{2}O certificado
de Fisher o Aldrich). Dado que esta sal tiende a formar una masa de
agregado, se transfirió una pequeña cantidad a una bolsa y todos
los conglomerados se aplastaron antes de usar. Se transfirió una
cantidad de veinte gramos de clorito de sodio a un vaso de
precipitados y se mezclaron con 0, 2 ó 4 gramos de sulfato de sodio
decahidratado. La mezcla se compactó entonces en la columna usando
un embudo para polvo con una abertura de 25,4/101,6 mm de diámetro.
Las columnas se almacenaron a 25 ó 37ºC.
El aparato experimental se montó como se muestra
en la Figura 1. Se sustituyó una corriente de alimentación de
nitrógeno por la corriente de alimentación de Cl_{2} para evitar
la corrosión del sensor de humedad (humedad relativa) empleado. El
flujo de nitrógeno se controló mediante un regulador y una válvula
de aguja. La humedad relativa se monitorizó en una sonda sensor de
HR/temperatura (Fisher Scientific Fast Response Digital
Hygrometer/Thermometer), que se insertó a través de un tubo en T en
la línea de efluente. El caudal del efluente de la columna se
monitorizó con un rotámetro modelo Omega 603. Todos los estudios se
llevaron a cabo a temperatura ambiente.
Se compactaron un total de cinco columnas y se
almacenaron según las siguientes especificaciones.
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
\begin{minipage}[t]{145mm} \text{*} Se usó sulfato de sodio
decahidratado de marca Fisher. Se usó la marca Aldrich en todas las
otras
columnas\end{minipage} \cr}
El análisis se llevó a cabo al introducir
nitrógeno en la columna hasta que el caudal de los efluentes de la
columna fue 1,97 l/min. El flujo se mantuvo mientras la humedad
relativa del gas efluente de columna se monitorizó mediante una
sonda sensor de HR/temperatura con compensación de temperatura
automática. El porcentaje de humedad relativa del gas efluente de la
columna se registró frente al tiempo para cada columna estudiada.
Estos resultados se presentan en la Tabla 1.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Se observó que el Ejemplo 1, que contenía sólo
clorito de sodio, mantuvo una humedad relativa del efluente mayor
del 30% durante sólo 15 minutos mientras que la columna que contiene
20% en peso de sulfato de sodio decahidratado (Ejemplo 3) mantuvo
esta humedad relativa durante 135 minutos. El Ejemplo 2, que
contenía 10% de sulfato de sodio decahidratado, produjo un gas
efluente con una humedad relativa en exceso del 30% durante 75
minutos. El perfil de humedad relativa de estas tres columnas
frente al tiempo se proporciona en la Figura 2.
Todas las columnas mostraron una rápida
disminución en humedad relativa del gas efluente durante los 2 a 10
minutos iniciales. La columna que contiene sólo clorito mostró una
disminución casi lineal en la humedad del efluente tras un periodo
inicial de 10 minutos. Las columnas que contienen sal, sin embargo,
mantuvieron unas humedades relativas en exceso del 30% durante más
de 1 hora.
Dado que las columnas del generador de dióxido de
cloro pueden estar expuestas a condiciones de calentamiento extremo
durante el transporte, y que se sabe que el sulfato de sodio
decahidratado funde a 32,4ºC (90,4ºF), se hizo hipótesis de que
puede que dichas sales no sean ideales en esta solicitud. Aunque se
ha sugerido que el agua de cristalización liberada de la Sal de
Glauber como resultado del calentamiento se regenerará tras el
enfriamiento, se cree que esto es poco probable.
En un intento para tratar estos asuntos, el
Ejemplo 4 que contiene 20% de sulfato de sodio decahidratado se
mantuvo a 37ºC durante un periodo corto (20 horas). Cuando se puso
en funcionamiento, produjo un gas efluente con una humedad relativa
inicial del 74%. Esto fue 20% más que la de la columna almacenada a
temperatura ambiente. A los 20 minutos la humedad relativa del
efluente había caído hasta el 52%. A los 50 minutos la humedad
relativa del efluente fue sólo de 39%, ligeramente inferior a la
observada para la columna a 27ºC (41%) a los 50 minutos.
Interesantemente, sin embargo, tras 50 minutos el perfil de humedad
de la columna a 37ºC permaneció paralelo con, aunque ligeramente
inferior a, el de la columna a 27ºC durante la duración de la
monitorización. Ambas columnas continuaron produciendo el gas
efluente con humedad relativa en exceso de 30% durante 135 minutos.
Los perfiles de humedad relativa de estas columnas se comparan en la
Figura 3.
Se obtuvo un nuevo lote de sulfato de sodio de un
fabricante diferente (Fisher). Para consolidar la equivalencia de
estos dos productos se hizo una prueba de comparación. Los Ejemplos
2 y 5, que contenían iguales cantidades de sulfato de sodio
decahidratado (Aldrich o Fisher respectivamente), no mostraron
diferencias significativas en los perfiles de liberación de humedad
(Figura 4).
Los resultados de humedad relativa obtenidos de
los ejemplos 1-5 demuestran que el sulfato de sodio
decahidratado, cuando se pone en contacto con un gas seco en
presencia de clorito de sodio, liberará humedad más lentamente
durante un periodo de tiempo continuo, obviando por lo tanto los
requisitos para la humidificación del gas de alimentación para
maximizar la producción del dióxido de cloro y aumentar por lo tanto
el tiempo de vida de la columna del generador.
Ejemplos
6-13
Se compactaron siete columnas cada una con 3000
gramos de clorito de sodio Olin (79% de NaClO_{2}) mezclados con
300 gramos de Na_{2}SO_{4}\cdot10H_{2}O para proporcionar
una altura de lecho/compactada de aproximadamente 838 mm. Tras
sellar las conexiones de los extremos, tres de las columnas se
almacenaron a temperatura ambiente (Ejemplos 7-9),
dos a 37ºC (Ejemplos 10 y 11) y dos se mantuvieron en una sala fría
a 6ºC (Ejemplos 12 y 13). Otra columna se compactó del mismo modo
con 3000 gramos de clorito de sodio solo (Ejemplo 6).
Después de un periodo de almacenamiento y antes
de la evaluación, cada una de las columnas se acondicionó con 11
litros de CO_{2} (caudal aproximadamente 176 ml/minuto). Se
volvieron a almacenar entonces (en las mismas condiciones que antes
durante un periodo de tiempo de al menos siete meses) antes de
empezar a funcionar.
Para un funcionamiento dado, se inició un flujo
de gas de alimentación de 2% de cloro de 26 l/min y la salida de
ClO_{2} de la columna se monitorizó mediante detección UV a 360
nm. El caudal del gas de alimentación se mantuvo a 26 l/min hasta
que disminuyó la producción de ClO_{2}. Una disminución de 2% T de
la concentración del estado estacionario (normalmente
aproximadamente 10% T) se definió como el tiempo de agotamiento de
la columna. Los resultados de las evaluaciones del tiempo de vida de
la columna se dan en la Tabla 2.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
Tiempos de vida de la
columna
Caudal de ClO_{2} 25,9 l/min (Aprox. 80
mg/l)
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
\begin{minipage}[t]{145mm} ^{1} La columna ha funcionado
durante 15 minutos con 2% de Cl _{2} como parte de otra prueba
antes del comienzo de esta prueba. El tiempo de vida dado incluye
estos 15 minutos.\end{minipage} \cr
\begin{minipage}[t]{145mm} ^{2} La columna mostró un retraso
en el tiempo de
igualación.\end{minipage} \cr}
Los tiempos de vida de las columnas almacenadas
durante periodos prolongados a una temperatura elevada son
aproximadamente un 40% menos que los controles almacenados a
temperatura ambiente. Dado que las conexiones de entrada y salida
de las columnas se taparon firmemente durante el almacenamiento no
parece probable que la evaporación del agua de la sal higroscópica
mezclada con el clorito de sodio pueda ser la responsable de esta
diferencia. Una posible explicación podría ser que dado que el
punto de fusión del sulfato de sodio decahidratado (32ºC) está por
debajo de la temperatura de almacenamiento, el agua de
cristalización se liberó y con el tiempo migró al clorito de sodio
circundante. Esta humedad libre podría extenderse rápidamente a
partir de la columna en lugar de liberarse lentamente como tal a
partir de la sal higroscópica intacta. La composición química de la
compactación de la columna agotada también difirió de la de los
controles.
Las columnas almacenadas en la sala fría tuvieron
tiempos de vida un 10% más cortos de media que las columnas
almacenadas a temperatura ambiente. Además, la columna tampoco
produce inmediatamente concentraciones de estado estacionario de
ClO_{2}.
El almacenamiento a temperatura ambiente permitió
columnas con los tiempos de vida más largos. Además, los residuos de
estas columnas contenían menos clorato que los residuos de las
columnas almacenadas a temperatura elevada.
En función del caudal conocido y la concentración
de ClO_{2}, se puede calcular la cantidad de ClO_{2} producida.
De este modo, si se asume un caudal constante de 25,9 l/min a entre
80 y 85 mg/l de ClO_{2} para el tiempo medio de 726,7 minutos,
una columna almacenada a temperatura ambiente normal que contiene
3000 gramos de 79 % de NaClO_{2} debe producir entre 1506 y 1600
gramos de ClO_{2}. Si se asume un 100% de conversión de los 2370
gramos de NaClO_{2} disponibles en dicha columna, el ClO_{2}
producido sería de 1715 gramos. De este modo, el rendimiento
aparente de la columna está entre 88 y 93%. También debe recordarse
que estas columnas no funcionaron hasta el punto en que cesó la
producción de ClO_{2}, sino hasta que la concentración había
comenzado a bajar.
Asumiendo el mismo caudal y un 2% en volumen de
concentración de Cl_{2}, se calculó el tiempo de vida teórico de
la columna y se descubrió que era de 616,5 minutos. El tiempo de
vida medio de las columnas mantenidas a temperatura ambiente fue de
726,7 minutos, una diferencia de aproximadamente el 18%. Esta
discrepancia puede ser el resultado de varios factores. Se puede
explicar parcialmente mediante imprecisiones en la medida de las
velocidades de flujo. Además, la reacción de Cl_{2} en la
corriente de alimentación con álcali no neutralizado por el
procedimiento de acondicionamiento reduciría la cantidad disponible
para la reacción con NaClO_{2} y aumentaría de este modo el
tiempo de vida de la columna. Esta explicación parece plausible en
vista de los valores de pH observados para las distintas muestras de
columna. Los valores de pH para las muestras obtenidas de la parte
inferior de las columnas indican claramente que hay una cantidad
significativa de álcali fuerte que queda en las columnas
agota-
das.
das.
Ejemplos
14-19
La siguiente tabla resume los experimentos
adicionales que se llevaron a cabo. Todas las columnas se
construyeron a partir de cloruro de polivinilo (PVC) de 50 mm de
diámetro y contenían 500 gramos de clorito de sodio de calidad
técnica. Cada columna contenía agentes adicionales, como se detalla
a continuación. Con fines comparativos, una columna funcionó usando
el procedimiento del borboteador de agua para proporcionar humedad
al procedimiento, y una columna funcionó sin que estuvieran
presentes agentes adicionales. Cada columna reaccionó con 2% de
cloro en nitrógeno a una velocidad de 11 litros por minuto. Los
Ejemplos 15 y 16 se llevaron a cabo usando el aparato experimental
mostrado en la Fig. 5. Estas columnas contenían una capa de sulfato
de sodio decahidratado con perlas de cristal, en la parte superior
de una capa distinta de clorito de sodio sólido. En los Ejemplos 17
y 18, el sulfato de sodio decahidratado se mezcló con el clorito de
sodio.
Tal como demuestran estos datos, las columnas
compactadas con clorito de sodio y una sal inorgánica que contiene
agua de cristalización funcionaron claramente mejor que aquellas
columnas que no contienen aditivos, e igual o mejor que aquellas
sometidas al procedimiento del borboteador de agua, en términos de
tiempo de vida de la columna y cantidad de dióxido de cloro
producido.
Debe comprenderse que, aunque la presente
invención se ha descrito en referencia a una realización preferida,
se pueden hacer varias modificaciones, conocidas por los expertos en
la materia, en las estructuras y etapas del procedimiento
presentadas en la presente memoria descriptiva sin alejarse de la
invención como se enumera en las varias reivindicaciones adjuntas a
la presente descripción.
Claims (6)
1. Un procedimiento para producir gas dióxido de
cloro, que comprende poner en contacto una corriente de alimentación
seca de gas cloro con una composición que comprende (a) clorito de
sodio sólido, y (b) una sal inorgánica que tiene agua de
cristalización, estando presente dicha sal inorgánica en una
cantidad entre 1,0 y 20 por ciento en peso de dicho clorito de
sodio, en el que dicha composición está en una columna o columnas
consecutivas que contienen dicha sal inorgánica y dicho clorito de
sodio.
2. El procedimiento de la reivindicación 1 en el
que dicha sal inorgánica está presente en una cantidad entre 5 y 15
por ciento, de preferencia aproximadamente 10 por ciento, en peso
de dicho clorito de sodio.
3. El procedimiento de la reivindicación 1 o
reivindicación 2, en el que dicha sal inorgánica es sulfato de
sodio decahidratado.
4. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho clorito de sodio es de
calidad técnica.
5. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que se mezclan dicho clorito de sodio
y dicha sal inorgánica.
6. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho clorito de sodio se separa
de dicha sal inorgánica, dicha corriente de alimentación seca de gas
cloro se pone en contacto primero con dicha sal inorgánica y a
continuación se pone en contacto con dicho clorito de sodio.
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