ES2311291T3 - Procedimiento de determinacion de las concentraciones de componentes en una mezcla de tres componentes y proceso de produccion continua de fluoruro de hidrogeno utilizando el procedimiento. - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un procedimiento para determinar la concentración de cada componente de una mezcla ternaria que consiste esencialmente en ácido sulfúrico, fluoruro de hidrógeno, y agua, que consiste en medir al menos un juego de tres cantidades físicas,(1) temperatura, (2) velocidad de propagación de ultrasonidos, y (3) conductividad eléctrica o viscosidad de dicha mezcla ternaria y convertir los valores medido en la concentración del componente particular con referencia a las curvas de calibración preconstruido por separado que representan la relación de las concentraciones de los componentes respectivos de una mezcla ternaria de ácido sulfúrico, fluoruro de hidrógeno y agua, en dichas tres cantidades físicas. La invención se refiere al proceso para la producción continua de fluoruro de hidrógeno que utiliza el procedimiento de la invención para determinar la concentración de componentes, particularmente también la concentración de agua, de una mezcla ternaria,
Description
Procedimiento de determinación de las
concentraciones de componentes en una mezcla de tres componentes y
proceso de producción continua de fluoruro de hidrógeno utilizando
el procedimiento.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de determinación de las concentraciones de componentes
de una mezcla ternaria constituida esencialmente por ácido
sulfúrico, fluoruro de hidrógeno y agua, y a un proceso para la
producción continua de fluoruro de hidrógeno que comprende la
utilización de dicho procedimiento.
De cualquier procedimiento para determinar la
concentración de un determinado componente de una mezcla que
comprende una serie de sustancias químicas de tipo conocido,
indirecta y convenientemente mediante un procedimiento distinto de
la determinación directa, se espera que encuentre aplicación en
muchos campos. Para las mezclas binarias son conocidos diversos
procedimientos prácticos, pero tratándose de una mezcla ternaria no
existe disponibilidad de ningún procedimiento eficaz.
En consecuencia, en la determinación de la
concentración de agua en una mezcla ternaria que contiene agua, por
ejemplo, la práctica habitual consiste en tomar una muestra de la
mezcla ternaria y cuantificar el agua contenida en la misma con un
método directo, tal como el método de
Karl-Fischer.
Sin embargo, el método directo para la
cuantificación de un componente en una mezcla ternaria no sólo
consume habitualmente mucho tiempo y resulta inadecuado para
aplicaciones que requieren determinaciones rápidas, sino que a
menudo implica errores de magnitud considerable.
Además, cuando una mezcla ternaria de este tipo
contiene una sustancia perjudicial para los seres humanos, la
determinación directa y el muestreo necesario presentan la
desventaja de comportar riesgos para la salud.
Por otro lado, el fluoruro de hidrógeno es un
material de partida de gran importancia para la producción de
diversas fluororesinas y compuestos que contienen fluoruro.
Comercialmente, el fluoruro de hidrógeno se puede obtener haciendo
reaccionar espato flúor con ácido sulfúrico. En la producción
comercial de fluoruro de hidrógeno mediante esta reacción, una
mezcla de punto de ebullición elevado que contiene ácido sulfúrico
no reaccionado no se trata fuera de línea, sino que se recicla para
su reutilización.
El proceso de uso habitual actualmente comprende
las etapas siguientes.
De este modo, el proceso es un proceso de
producción continua que comprende (1) una etapa de reacción del
material espato flúor con ácido sulfúrico de partida, (2) una etapa
de separación del producto crudo de reacción obtenido en la etapa
(1) en (a) una mezcla de punto de ebullición bajo compuesta
principalmente de fluoruro de hidrógeno y (b) una mezcla de punto
de ebullición elevado compuesta principalmente de ácido sulfúrico no
reaccionado y que contiene pequeñas proporciones de fluoruro de
hidrógeno y agua, (3) una etapa de purificación y aislamiento de
fluoruro de hidrógeno a partir de dicha mezcla de punto de
ebullición bajo (a), (4) una etapa de adición de una cantidad
sustancialmente equivalente de anhídrido sulfúrico a dicha mezcla de
punto de ebullición elevado (b) a efectos de formar ácido sulfúrico
a través de la reacción con agua, convirtiendo de este modo
sustancialmente toda el agua en ácido sulfúrico y retornándolo junto
con el ácido sulfúrico no reaccionado como carga de ácido sulfúrico
a dicha etapa (1), y una etapa (5) de adición de ácido sulfúrico en
una cantidad adicional con el fin de hacer que sustancialmente la
cantidad necesaria de ácido sulfúrico esté disponible para la
reacción con el espato flúor.
A continuación se describen las etapas
anteriores con mayor detalle.
En la etapa (1) anterior, que incluye una etapa
de amasado y calentamiento, el espato flúor y el ácido sulfúrico de
partida se introducen en un sistema de reacción que comprende un
amasador y un horno a través de los respectivos conductos y se
amasan mecánicamente y se hacen reaccionar en dicho horno calentando
de 400 a 500ºC. Esta reacción entre el espato flúor (CaF_{2}) y
el ácido sulfúrico (H_{2}SO_{4}) tiene lugar tal como se indica
continuación, obteniéndose fluoruro de hidrógeno:
CaF_{2} +
H_{2}SO_{4} \hskip0,2cm \rightarrow \hskip0,2cm CaSO_{4} +
2HF
Simultáneamente, las trazas de impurezas
presentes en el material espato de flúor, es decir óxido de silicio
y carbonato de calcio, dan lugar a agua y otros subproductos según
las siguientes reacciones:
SiO_{2} + 4HF
\hskip0,2cm \rightarrow \hskip0,2cm SiF_{4} +
2H_{2}O
CaCO_{3} +
H_{2}SO_{4} \hskip0,2cm \rightarrow \hskip0,2cm CaSO_{4} + H_{2}O +
CO_{2}
Con el fin de obtener fluoruro de hidrógeno de
pureza elevada, resulta necesaria una etapa de eliminación de la
carga no reaccionada y de dichos subproductos.
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En consecuencia, en la anterior etapa (2), el
producto crudo gaseoso de reacción procedente de dicha etapa de
mezclado y calentamiento se suministra a una columna de lavado de
gases crudos para su lavado y su purificación primaria. Esta
columna de lavado de gases crudos presenta funciones ligeramente
diferentes entre su zona superior y su zona inferior. De este modo,
el gas crudo a alta temperatura generado en el reactor se introduce
inicialmente en la parte inferior de la columna de lavado de gases
crudos y una mezcla de punto de ebullición elevado (b) compuesta
predominantemente de ácido sulfúrico y acumulada en un depósito de
almacenamiento dispuesto por debajo de dicha columna de lavado de
gases crudos se bombea hacia la zona inferior de la columna, en un
nivel ligeramente inferior a su porción media con el fin de
provocar su contacto con el gas crudo a alta temperatura
ascendente, eliminándose de este modo el polvo procedente de la
etapa de reacción. Simultáneamente, en la zona superior de la
columna, el fluoruro de hidrógeno líquido disponible por
condensación en una etapa posterior e introducido por el extremo
superior de la columna se hace contactar con el gas crudo ascendente
libre de polvo con el fin de eliminar una fracción de punto de
ebullición elevado (ácido sulfúrico y agua) a través de un efecto
de condensación, mientras que la mezcla de punto de ebullición bajo
(a) compuesta principalmente por fluoruro de hidrógeno se extrae
por el extremo superior de dicha columna de lavado de gases
crudos.
A continuación, en la etapa (3), la mezcla de
punto de ebullición bajo (a) extraída en la etapa de lavado
anterior se purifica con el fin de obtener el fluoruro de hidrógeno
objetivo de pureza elevada.
El ácido sulfúrico presente en la mezcla de
punto de ebullición elevado (b) separada en la etapa de lavado
anterior se puede reutilizar en la reacción de formación de fluoruro
de hidrógeno para una utilización eficaz de los recursos, y no se
debe desechar con el fin de evitar la polución medioambiental. En
consecuencia, se requiere una etapa para reciclarlo como ácido
sulfúrico de partida.
En consecuencia, en la anterior etapa (4) se
dispone una etapa en la que la mezcla de punto de ebullición
elevado (b) separada en la etapa de lavado mencionada anteriormente
se introduce en un depósito de mezclado a la vez que se añade
anhídrido sulfúrico (habitualmente en forma de ácido sulfúrico
fumante) al depósito con el fin de provocar su reacción con el
subproducto de agua con el fin de obtener ácido sulfúrico, y
añadiéndose adicionalmente ácido sulfúrico fresco en una cantidad
suficiente para hacer que sustancialmente una cantidad total
necesaria de ácido sulfúrico de partida esté disponible para la
reacción con el material espato flúor para su suministro a dicha
etapa de amasado y calentamiento.
En la etapa descrita anteriormente, cuando la
cantidad de agua es demasiado grande en comparación con el anhídrido
sulfúrico, el agua presente en la carga de ácido sulfúrico hace
retrasar la reacción y el producto de reacción tiende a formar
depósitos y galletas. Al mismo tiempo, la corrosión del equipo y de
las conducciones tiene lugar a lo largo de todo el proceso de
reciclaje. En consecuencia, para que la cantidad de agua no sea
excesiva, se debe determinar con precisión la cantidad de anhídrido
sulfúrico que se debe añadir al depósito de mezclado de acuerdo con
la cantidad de agua presente en la mezcla de punto de ebullición
elevado (b). Como factor importante, la concentración de agua en
dicha mezcla de punto de ebullición elevado (b) se debe determinar
con precisión en la etapa (4) anterior.
Para ello, dicha determinación del contenido en
agua se ha llevado a cabo directamente tomando una muestra de la
mezcla de punto de ebullición elevado en el conducto que constituye
el sistema de producción en determinados intervalos de tiempo y
determinando la concentración de agua mediante el método de
Karl-Fischer u otro método.
Sin embargo, dicho método presenta la desventaja
de que el propio procedimiento de muestreo implica la manipulación
de fluoruro de hidrógeno y ácido sulfúrico, siendo ambas sustancias
peligrosas. Además, se produce un lapso de tiempo considerable
antes de la adquisición de datos después de dicho muestreo,
provocando esta incapacidad para generar información en tiempo real
un retraso en el control preciso de la cantidad de suministro de
anhídrido sulfúrico.
La patente US nº 5.271.918 da a conocer un
proceso industrial común para la producción continua de fluoruro de
hidrógeno a partir de espato flúor. Un proceso de este tipo incluye
la manipulación de mezclas ternarias constituidas esencialmente por
ácido sulfúrico, fluoruro de hidrógeno y agua. Las concentraciones
de los componentes de dichas mezclas ternarias deben ser
controladas mediante métodos directos comúnmente conocidos durante
el proceso de producción.
La solicitud de patente JP 05 026853 da a
conocer la medición paralela de la temperatura, la velocidad de
propagación del ultrasonido y la conductividad eléctrica con el fin
de determinar las concentraciones de los componentes de una
solución ternaria específica constituida esencialmente por soda
sulfúrica, cromo hexavalente y agua.
Desarrollada en el estado de la técnica
anterior, el objetivo de la presente invención consiste en
proporcionar un procedimiento de determinación de la concentración
de cualquier componente determinado de una mezcla ternaria que sea
rápido, implique los mínimos errores y sea seguro, y dar a conocer
un proceso para la producción continua de fluoruro de hidrógeno que
comprenda la utilización de dicho procedimiento.
El procedimiento según la invención, concebido
para conseguir el objetivo anterior, es un procedimiento según la
reivindicación 1.
\global\parskip1.000000\baselineskip
La determinación de las concentraciones según la
invención se puede llevar a cabo típicamente del modo siguiente.
Por ejemplo, mientras que la mezcla ternaria en la que se debe
analizar la concentración de cualquier componente de la misma se
mantiene a una temperatura determinada, se miden su velocidad de
propagación del ultrasonido y su conductividad eléctrica o su
viscosidad, y los valores medidos se convierten en la concentración
del componente correspondiente en referencia a las curvas de
calibración mencionadas anteriormente.
El proceso según la invención para la producción
continua de fluoruro de hidrógeno según la reivindicación 4
comprende (1) una etapa de reacción de espato flúor de partida con
ácido sulfúrico de partida, (2) una etapa de separación del
producto crudo de reacción obtenido en la etapa (1) en (a) una
mezcla de punto de ebullición bajo compuesta principalmente de
fluoruro de hidrógeno y (b) una mezcla de punto de ebullición
elevado compuesta principalmente de ácido sulfúrico no reaccionado
y que contiene pequeñas proporciones de fluoruro de hidrógeno y
agua, (3) una etapa de purificación y aislamiento de fluoruro de
hidrógeno a partir de dicha mezcla de punto de ebullición bajo (a),
(4) una etapa de adición de una cantidad sustancialmente equivalente
de anhídrido sulfúrico a dicha mezcla de punto de ebullición
elevado (b) en una cantidad sustancialmente equivalente con
respecto al agua a efectos de convertir sustancialmente toda el agua
en ácido sulfúrico y de retornarlo junto con dicho ácido sulfúrico
no reaccionado en forma de carga de ácido sulfúrico a dicha etapa
(1), y (5) una etapa de adición de ácido sulfúrico en una cantidad
adicional con el fin de proporcionar la cantidad de ácido sulfúrico
necesaria para la reacción con el espato flúor de partida, en el
que, en dicha etapa (4), la cantidad de agua presente en dicha
mezcla de punto de ebullición elevado (b) se determina mediante el
método según la invención para determinar la concentración de los
componentes, particularmente la concentración de agua, en una mezcla
ternaria.
La figura 1 es un gráfico que representa las
curvas de calibración de la invención tal como se construyen en el
ejemplo de referencia 1-1, que representan las
relaciones de las concentraciones de los componentes de una mezcla
ternaria de ácido sulfúrico, fluoruro de hidrógeno y agua, dentro de
ciertos intervalos de concentración respectivos, con la velocidad
de propagación del ultrasonido (m/s) y la conductividad eléctrica
(mS/cm) a 20ºC y 40ºC. El conjunto superior de curvas de
calibración corresponde a 40ºC y el conjunto inferior de curvas de
calibración corresponde a 20ºC. Los valores dados a las respectivas
curvas de calibración son las concentraciones (% en peso) de agua y
las concentraciones (% en peso) de fluoruro de hidrógeno.
La figura 2 es un gráfico disponible tras la
eliminación de las curvas de calibración para el fluoruro de
hidrógeno de la figura 1 para una mayor facilidad en la
determinación de la concentración de agua.
La figura 3 es un gráfico que representa las
curvas de calibración según la invención tal como se construyen en
el ejemplo de referencia 1-2, que representan las
relaciones entre las concentraciones de los componentes de una
mezcla ternaria de ácido sulfúrico, fluoruro de hidrógeno y agua,
dentro de ciertos intervalos de concentración respectivos, y la
velocidad de propagación del ultrasonido (m/s) y la viscosidad (cP)
a 20ºC y 40ºC. El conjunto superior de curvas de calibración
corresponde a 20ºC y el conjunto inferior de curvas de calibración
corresponde a 40ºC. Los valores dados a las respectivas curvas de
calibración son las concentraciones de agua (% en peso) y las
concentraciones de fluoruro de hidrógeno (% en peso).
La figura 4 es un gráfico disponible tras la
eliminación de las curvas de calibración para el fluoruro de
hidrógeno de la figura 3 para una mayor facilidad en la
determinación de la concentración de agua.
La figura 5 es un diagrama esquemático que
representa los equipos típicos utilizados para llevar a cabo el
proceso según la invención para la producción continua de fluoruro
de hidrógeno del ejemplo 2.
Las leyendas representan los ejemplos
siguientes:
- 1
- amasador
- 2
- horno
- 3
- columna de lavado de gases crudos
- 4
- depósito de almacenamiento
- 5
- depósito de mezclado
- 19
- elementos de medición de la velocidad de propagación del ultrasonido y la conductividad eléctrica
- 20
- elementos de medición de la velocidad de propagación del ultrasonido y la viscosidad
- 21
- elementos de suministro de anhídrido sulfúrico
- 23, 26
- válvulas de control de flujo
A continuación se describe en detalle la
presente invención.
En primer lugar se describe el procedimiento de
determinación de las concentraciones de los componentes de una
mezcla ternaria según la invención (procedimiento de determinación
de la concentración de componentes).
La mezcla a la que se puede aplicar
ventajosamente el procedimiento de determinación de la concentración
de componentes según la invención es una mezcla ternaria
constituida esencialmente por ácido sulfúrico, fluoruro de
hidrógeno y agua. El término "esencialmente" se utiliza en la
presente memoria para indicar el hecho de que, aunque pueden estar
presentes otros componentes de traza, los componentes que se
determinan son únicamente ácido sulfúrico, fluoruro de hidrógeno y
agua.
Las concentraciones de los tres componentes de
dicha mezcla ternaria no están particularmente limitadas, pero la
mezcla habitual que se debe analizar es una mezcla que comprende
entre 70 y 100% en peso de ácido sulfúrico, entre 0 y 30% en peso
de fluoruro de hidrógeno y entre 0 y 30% en peso de agua. En el
proceso según la invención para la producción continua de fluoruro
de hidrógeno, que se describe en detalle a continuación, las
concentraciones de los componentes de la mezcla ternaria implicada
están dentro de los intervalos mencionados anteriormente.
En el procedimiento de determinación de la
concentración de componentes según la invención, las tres cantidades
físicas de (1) temperatura, (2) velocidad de propagación del
ultrasonido y (3) conductividad eléctrica o viscosidad en cada
conjunto se miden en primer lugar para una mezcla ternaria con
concentraciones conocidas de los componentes. Estas mediciones se
llevan a cabo para construir las curvas de calibración según la
invención, que representan la correlación entre la concentración de
cada uno de dichos tres componentes y dichas tres cantidades
físicas.
El procedimiento de determinación de
concentraciones de componentes según la invención fue establecido
por los inventores de la presente invención como resultado de su
descubrimiento, por primera vez, de la existencia de una
correlación reproducible entre la concentración de cada componente
de una mezcla ternaria y dichas tres cantidades físicas.
La determinación ultrasónica de la concentración
de cada componente de una mezcla binaria es una tecnología
conocida. Generalmente, la velocidad de propagación del ultrasonido
en una solución varía con la concentración del componente y la
temperatura de la solución. En consecuencia, midiendo la velocidad
de propagación del ultrasonido de una solución a una temperatura
determinada se puede determinar la concentración del componente.
Por otro lado, un análisis realizado por los
inventores puso de manifiesto que en una mezcla ternaria, tal como
la mezcla de punto de ebullición elevado (b) disponible en el
proceso mencionado anteriormente para la producción continua de
fluoruro de hidrógeno, la simple determinación de la velocidad de
propagación del ultrasonido a una temperatura determinada daba
lugar a un error considerable en la concentración detectada, y que
la concentración de cada componente en una mezcla ternaria no puede
ser determinada con precisión mediante la técnica convencional de
la velocidad de propagación del ultrasonido.
De acuerdo con la presente invención, la
concentración de agua en un sistema ternario se puede determinar
con gran precisión tal como se describe en detalle a
continuación.
En primer lugar se describe la construcción de
las curvas de calibración mencionadas anteriormente.
Básicamente, en primer lugar se miden los
conjuntos de dos cantidades físicas distintas de la temperatura a
cada temperatura para mezclas ternarias líquidas de cada
concentración de componente a presión atmosférica (habitualmente,
las mezclas ternarias con concentraciones de componentes que varían
en intervalos de 1 a 2% en peso se analizan a temperaturas que
varían en intervalos de 5ºC y las cantidades físicas respectivas en
las concentraciones y temperaturas intermedias se determinan
respectivamente por aproximación proporcional a partir de los dos
valores medidos más cercanos en ambos lados), y los dos tipos de
cantidades físicas medidas se representan en los ejes vertical y
horizontal, respectivamente, a efectos de construir curvas de
calibración.
La siguiente explicación se lleva a cabo
haciendo referencia a la concentración, pero lo mismo se aplica a
la temperatura.
Para construir las curvas de calibración, en
primer lugar se preparan mezclas ternarias con concentraciones
conocidas de los componentes. Dichas mezclas ternarias se pueden
preparar, por ejemplo, mediante el siguiente procedimiento.
En primer lugar, se preparan mezclas de agua y
fluoruro de hidrógeno, entre los componentes de la mezcla ternaria
objetivo, con diversas relaciones de concentración. A continuación
se añaden cantidades predeterminadas de ácido sulfúrico a alícuotas
de las mezclas anteriores con el fin de obtener un número
predeterminado de mezclas ternarias con concentraciones variables
de componentes.
\newpage
De este modo se pueden obtener generalmente un
total de 961 mezclas ternarias diferentes de ácido sulfúrico,
fluoruro de hidrógeno y agua que varían en la concentración de
fluoruro de hidrógeno en intervalos de un 1% en peso entre 0 y 30%
en peso, y que varían en la concentración de agua en intervalos de
un 1% en peso entre 0 y 30% en peso. Para facilitar la explicación,
dichas mezclas se designan en adelante Lote 1, Lote 2, ... ... ...,
Lote 961.
Para construir curvas de calibración exactas,
las 961 mezclas ternarias diferentes se preparan por triplicado,
las tres cantidades físicas se miden para cada lote y se calculan
los valores promedio.
Las mezclas ternarias preparadas del modo
descrito anteriormente se mantienen a una temperatura
predeterminada. Dicho ajuste de la temperatura se puede llevar a
cabo mediante los métodos habituales. Por ejemplo, se puede
mencionar la inmersión de un recipiente o celda que contiene la
mezcla en un termostato. Como la temperatura mencionada
anteriormente, resulta preferido utilizar una temperatura que no
afecte a las concentraciones de dichos tres componentes a presión
atmosférica, concretamente dentro del intervalo en el que los mismos
permanecen en estado líquido, por ejemplo entre 15ºC y 45ºC.
El material del recipiente o celda debe ser
resistente a la mezcla ternaria.
Después del ajuste de la temperatura mencionada
anteriormente, se mide la velocidad de propagación del ultrasonido
para dichas mezclas ternarias a la vez que las mismas se mantienen a
una temperatura constante. El instrumento para medir la velocidad
de propagación del ultrasonido no está particularmente limitado con
tal de que sea capaz de medir la velocidad de propagación del
ultrasonido. Por ejemplo, resulta preferido un instrumento basado
en el método "sing-around".
Los valores de velocidad de propagación del
ultrasonido medidos se registran respectivamente para el Lote 1,
Lote 2, ... ... ..., Lote 961.
A continuación, manteniendo la temperatura
constante tal como anteriormente, se mide la conductividad eléctrica
para las mezclas ternarias. El instrumento para medir la
conductividad eléctrica puede presentar, por ejemplo, una
construcción tal que se aplica un campo magnético en una dirección
perpendicular a un recipiente que contiene un líquido conductor
eléctrico, están dispuestos un par de electrodos opuestos entre sí
en una dirección perpendicular a la dirección del campo magnético y
se mide el voltaje generado por inducción electromagnética entre los
electrodos con el fin de determinar la conductividad eléctrica.
Los valores de conductividad eléctrica medidos
se registran respectivamente para el Lote 1, Lote 2, ... ... ..., y
Lote 961.
Sobre la base de las dos cantidades físicas
determinadas de este modo representando, por ejemplo, los valores
de velocidad de propagación del ultrasonido en el eje horizontal y
los valores de conductividad eléctrica en el eje vertical,
respectivamente, se obtiene un conjunto de 961 diagramas,
concretamente el Lote 1, Lote 2, ... ... ..., y Lote 961, en un
gráfico.
La determinación de la viscosidad se lleva a
cabo utilizando un viscosímetro manteniendo la temperatura
constante, tal como se ha indicado anteriormente. Los valores de
viscosidad medidos se registran para los lotes respectivos, tal
como anteriormente. El viscosímetro puede ser prácticamente
cualquier tipo de viscosímetro capaz de medir la viscosidad de un
líquido.
Las dos cantidades físicas, a saber, la
velocidad de propagación del ultrasonido y la viscosidad, se
representan del mismo modo que las cantidades físicas mencionadas
anteriormente, a saber, la velocidad de propagación del ultrasonido
y la conductividad eléctrica, con el fin de construir un conjunto de
puntos.
Dichas mediciones se llevan a cabo por
triplicado para cada lote y los valores promedio se utilizan para
obtener datos precisos.
Los inventores de la presente invención
descubrieron que interconectando los puntos de los lotes en los que
la cantidad de agua y la cantidad de fluoruro de hidrógeno es
constante se obtiene una correlación entre las dos cantidades
físicas para una temperatura determinada. Las curvas obtenidas de
este modo forman un patrón de líneas tipo patrón paralelo.
Cuando en dicha mezcla ternaria la concentración
de agua está comprendida entre 4,0 y 24% en peso, y la de fluoruro
de hidrógeno entre 2,0 y 10% en peso, representando el ácido
sulfúrico el resto, las cantidades físicas que se deben medir según
la invención son la temperatura, la velocidad de propagación del
ultrasonido y la conductividad eléctrica. Por otro lado, cuando en
dicha mezcla ternaria la concentración de agua está comprendida
entre 0 y 7,0% en peso y la de fluoruro de hidrógeno entre 0 y 9,0%
en peso, representando el ácido sulfúrico el resto, la cantidad
física que se debe medir según la invención es la viscosidad en
lugar de la conductividad eléctrica. En consecuencia, las
cantidades físicas a medir pueden ser seleccionadas juiciosamente de
acuerdo con los intervalos de concentraciones predichos de los
respectivos componentes en la mezcla ternaria que se debe analizar,
y se puede tomar una decisión con respecto a si se deben escoger la
temperatura, la velocidad de propagación del ultrasonido y la
conductividad eléctrica como las can-
tidades a medir, o bien si se deben escoger la temperatura, la velocidad de propagación del ultrasonido y la viscosidad.
tidades a medir, o bien si se deben escoger la temperatura, la velocidad de propagación del ultrasonido y la viscosidad.
A continuación se describe el procedimiento de
determinación de la concentración de cada componente en una mezcla
ternaria con concentraciones desconocidas de los componentes
utilizando las curvas de calibración construidas anteriormente.
La muestra que se debe medir es una mezcla
ternaria cuya concentración es desconocida para cualquiera de sus
tres componentes. Utilizando esta muestra se mide la velocidad de
propagación del ultrasonido para una temperatura constante
determinada. A continuación se mide la conductividad eléctrica para
esta misma muestra a la misma temperatura. Los valores medidos de
velocidad de propagación del ultrasonido y de conductividad
eléctrica se identifican topológicamente como el punto de
intersección de los ejes horizontal y vertical en el gráfico de
curvas de calibración construido tal como se ha mencionado
anteriormente.
Cuando la posición identificada de este modo se
encuentra en alguna de las curvas de calibración construidas tal
como se ha mencionado anteriormente o coincide con algún punto de
intersección de las curvas, la concentración particular de agua y/o
fluoruro de hidrógeno representa la concentración de agua y/o
fluoruro de hidrógeno de la muestra. Cuando la posición del punto
encontrado no se encuentra en ninguna de dichas curvas de
calibración ni coincide con ningún punto de intersección de las
mismas, la concentración de agua y/o fluoruro de hidrógeno de la
muestra se puede estimar por aproximación proporcional a partir de
la relación de distancias de dicho punto con respecto a las dos
curvas de calibración generalmente paralelas. Por ejemplo, cuando el
punto particular está situado entre la curva de calibración para
una concentración de agua = 10% en peso y la curva de calibración
para una concentración de agua = 11% en peso y [distancia entre las
dos curvas de calibración] : [distancia entre el punto y la curva
de calibración para 10% en peso de agua] = 10:4, la concentración de
agua de la muestra resulta ser del 10,4% en peso. La concentración
de fluoruro de hidrógeno también se puede determinar del mismo modo
que la concentración de agua. La concentración de ácido sulfúrico se
puede encontrar como el resto, tras restar las concentraciones
combinadas de agua y fluoruro de hidrógeno al 100% en peso.
El procedimiento de determinación de las
concentraciones en las curvas de calibración por aproximación
proporcional se acaba de describir con respecto a la concentración,
pero el mismo principio se aplica también a la determinación de las
temperaturas.
Identificando un punto de intersección en un
gráfico de curvas de calibración construido a partir de valores
medidos de dos cantidades físicas a una temperatura determinada del
modo descrito anteriormente y determinando la relación topológica
entre dicho punto y las curvas de calibración, se pueden determinar
las concentraciones de agua, fluoruro de hidrógeno y ácido
sulfúrico en la muestra.
De acuerdo con el procedimiento de determinación
de concentraciones de componentes según la invención, una vez que
se han construido las curvas de calibración mencionadas
anteriormente las concentraciones de agua, fluoruro de hidrógeno y
ácido sulfúrico en una muestra pueden ser fácilmente determinadas
midiendo la velocidad de propagación del ultrasonido y la
conductividad eléctrica o la viscosidad de la muestra a una
temperatura determinada.
En consecuencia, una forma de realización típica
de los equipos utilizados en el procedimiento de determinación de
concentraciones de componentes según la invención comprende (1) un
elemento para mantener la muestra a una temperatura constante
determinada, (2) un elemento para medir la velocidad de propagación
del ultrasonido, (3) un elemento para medir la conductividad
eléctrica o la viscosidad, y (4) un elemento (en adelante designado
elemento (M1)) para determinar las concentraciones de agua, fluoruro
de hidrógeno y ácido sulfúrico en la muestra a partir de los
valores medidos generados por dichos elementos (2) y (3) utilizando
las curvas de calibración tal como se ha descrito anteriormente.
Aunque el elemento (4) puede ser un elemento manual que utiliza
dicho gráfico de curvas de calibración, resulta preferido un modo
automático de procesamiento de datos con un computador que se
describirá a continuación en los ejemplos, debido a su procesamiento
rápido y preciso. Además, controlando una válvula automática
convencional de control de flujo en función de la salida de
información del computador se puede controlar automáticamente el
suministro de anhídrido sulfúrico.
A continuación se describe en detalle el proceso
según la invención para la producción continua de fluoruro de
hidrógeno que comprende la utilización del procedimiento de
determinación de concentraciones de componentes descrito
anteriormente para una mezcla ternaria.
El proceso según la invención para la producción
continua de fluoruro de hidrógeno aplica el procedimiento de
determinación de concentraciones de componentes según la invención
descrito anteriormente a la determinación de la concentración de
agua en la mezcla de punto de ebullición elevado (b) disponible en
el proceso convencional de producción continua de fluoruro de
hidrógeno, tal como se ha descrito en el apartado "Técnica
anterior".
En el proceso según la invención para la
producción continua de fluoruro de hidrógeno, dicho fluoruro de
hidrógeno se produce mediante las siguientes etapas, a saber,
suministrar el gas crudo disponible a partir de la etapa de amasado
y calentamiento de espato flúor-ácido sulfúrico de partida a una
columna de lavado de gases crudos en la que el gas crudo se lava
por contacto en serie con la mezcla de punto de ebullición elevado
compuesta predominantemente por ácido sulfúrico y fluoruro de
hidrógeno, extraer una mezcla de punto de ebullición bajo compuesta
predominantemente por fluoruro de hidrógeno procedente de la parte
superior de dicha columna de lavado de gases crudos para dicho
lavado, extraer la mezcla de punto de ebullición elevado compuesta
predominantemente por ácido sulfúrico y que contiene proporciones
menores de agua y fluoruro de hidrógeno acumuladas en la parte
inferior de dicha columna de lavado de gases crudos, y suministrar a
la misma una cantidad aproximadamente equivalente de anhídrido
sulfúrico, sobre la base de la cantidad de agua presente en dicha
mezcla de punto de ebullición elevado, a efectos de formar ácido
sulfúrico. El anhídrido sulfúrico mencionado anteriormente se puede
suministrar habitualmente en forma de ácido sulfúrico fumante con el
fin de obtener una mezcla de anhídrido sulfúrico y ácido
sulfúrico.
De acuerdo con la presente invención, la
cantidad de agua presente en dicha mezcla de punto de ebullición
elevado se determina aplicando el procedimiento o elementos de
determinación de concentraciones de componentes descritos
anteriormente según la invención. Además, el anhídrido sulfúrico se
añade de acuerdo con el resultado de la determinación. De este
modo, la invención permite una determinación en tiempo real de la
cantidad de agua en serie a intervalos de tiempo deseados, o
continuamente, sin recurrir a ninguna operación manual, y asegura
un suministro y un mezclado rápidos y seguros de la cantidad óptima
de anhídrido sulfúrico en todo momento.
En el proceso según la invención, el anhídrido
sulfúrico se suministra en una cantidad estequiométricamente
suficiente para formar ácido sulfúrico por reacción con agua de
acuerdo con la cantidad de agua presente en dicha mezcla de punto
de ebullición elevado (b) determinada mediante el procedimiento
anterior. El elemento para dicho suministro de anhídrido sulfúrico
[en adelante designado elemento (M2)] no está particularmente
limitado siempre y cuando el mismo pueda suministrar anhídrido
sulfúrico en dicha cantidad estequiométricamente equivalente sobre
la base de la cantidad de agua presente en la mezcla de punto de
ebullición elevado (b) medida por dicho elemento (M1). De este
modo, el elemento puede ser un elemento manual o un elemento
automático. El elemento (M2) preferido es tal que la cantidad de
anhídrido sulfúrico se ajusta automáticamente como respuesta a la
cantidad de agua presente en la mezcla de punto de ebullición
elevado (b) detectada por dicho elemento (M1).
Además, en la presente invención dicho elemento
(M2) está preferentemente controlado por un elemento que puede
determinar la cantidad necesaria de alimentación de anhídrido
sulfúrico de acuerdo con el resultado de la medición realizada por
dicho elemento (M1) y el procesamiento de datos. Dicho elemento de
control puede ser, por ejemplo, un computador que calcula dicha
cantidad estequiométricamente equivalente de anhídrido sulfúrico a
partir de los datos de concentración de agua generados por dicho
elemento (M1).
Las mediciones anteriores mediante el elemento
(M1) y la conversión se pueden llevar a cabo antes de la mezcla de
anhídrido sulfúrico con dicha mezcla de punto de ebullición elevado
(b) o después de dicha mezcla, o incluso antes y después de la
mezcla de anhídrido sulfúrico con la mezcla de punto de ebullición
elevado, aunque desde el punto de vista de asegurar un control
óptimo de la concentración de ácido sulfúrico durante el proceso de
producción, resulta preferido llevarlas a cabo antes y después de la
mezcla de anhídrido sulfúrico con dicha mezcla de punto de
ebullición elevado.
En la presente invención, la cantidad de
anhídrido sulfúrico que se debe añadir a dicha mezcla de punto de
ebullición elevado es preferentemente más o menos equivalente a la
cantidad requerida para formar ácido sulfúrico por reacción con el
agua presente en dicha mezcla de punto de ebullición elevado. Si la
cantidad de anhídrido sulfúrico es menor que dicha cantidad
equivalente necesaria para la formación de ácido sulfúrico por
reacción con el agua contenida en dicha mezcla de punto de
ebullición elevado, parte del agua permanecerá sin reaccionar
provocando la reducción de la velocidad de reacción, lo que conlleva
que la mezcla de reacción tenderá a formar galletas o depósitos en
las paredes internas del equipo, interfiriendo de este modo en el
progreso sin problemas de la reacción entre la carga de ácido
sulfúrico y de espato flúor y acelerando la corrosión del equipo y
las conducciones asociados al proceso de reciclaje, incluidos el
horno y la columna de lavado de gases crudos.
En consecuencia, los inventores de la presente
invención confirmaron empíricamente que, con el fin de mantener a
un nivel elevado la velocidad de reacción de espato flúor con ácido
sulfúrico y de prevenir la formación de galletas en la mezcla de
reacción, la cantidad de agua presente en la carga de ácido
sulfúrico se debe controlar a una concentración no mayor de
aproximadamente el 5% en peso, preferentemente de aproximadamente
el 3% en peso o menor. De acuerdo con la invención, la cantidad de
agua presente en la carga de ácido sulfúrico se puede mantener al
3% en peso o menor en todo momento añadiendo anhídrido sulfúrico a
la mezcla de punto de ebullición elevado disponible a partir de la
columna de lavado de gases crudos en una cantidad sustancialmente
estequiométrica, es decir la cantidad necesaria para formar ácido
sulfúrico por reacción con el agua contenida en dicha mezcla.
En la presente invención, midiendo la cantidad
de agua contenida en dicha mezcla de punto de ebullición elevado
(b) y suministrando la cantidad necesaria de anhídrido sulfúrico tal
como se ha descrito anteriormente, es posible evitar el riesgo de
que un exceso de agua con respecto a dicho anhídrido sulfúrico
permanezca sin reaccionar en la carga de ácido sulfúrico e
interfiera con el progreso sin problemas de la reacción de ácido
sulfúrico con espato flúor, y el riesgo de acelerar la corrosión del
equipo y las conducciones asociados con el proceso de reciclaje.
Además, también es posible evitar el riesgo de suministrar un exceso
de anhídrido sulfúrico con respecto a dicha agua, lo que haría
aumentar el contenido en ácido sulfúrico contaminante en el
producto fluoruro de hidrógeno.
La presente invención incluye una etapa de
suministro de una cantidad adicional de ácido sulfúrico para
suministrar la cantidad necesaria de ácido sulfúrico para la
reacción con la carga de espato flúor. En esta etapa la
concentración de agua también puede ser determinada mediante el
procedimiento descrito anteriormente con el propósito de confirmar
o ajustar la concentración de dicha agua.
Los siguientes ejemplos ilustran la presente
invención con mayor detalle, pero no son en ningún caso limitativos
del alcance de la invención.
Ejemplo de referencia
1
Construcción de las curvas de calibración que
representan la correlación entre la concentración de cada componente
de una mezcla ternaria que comprende ácido sulfúrico, fluoruro de
hidrógeno y agua, y las tres cantidades físicas siguientes.
Ejemplo de referencia
1-1
Cuando las tres cantidades físicas son la
temperatura, la velocidad de propagación del ultrasonido y la
conductividad eléctrica:
Utilizando el procedimiento descrito
anteriormente, se prepararon muestras de mezclas ternarias de agua,
fluoruro de hidrógeno y ácido sulfúrico con concentraciones
variables de los respectivos componentes del modo siguiente.
Variando la concentración de agua en intervalos
del 2,0% en peso a lo largo del intervalo entre 4,0 y 24,0% en
peso, y la concentración de fluoruro de hidrógeno en intervalos del
1,0% en peso a lo largo del intervalo entre 2,0 y 10,0% en peso,
representando el ácido sulfúrico invariablemente el resto, se
prepararon 90 muestras diferentes, cada una por triplicado (en
total, 270 muestras).
Cada una de las muestras anteriores se introdujo
en un recipiente o celda resistente a ácidos mantenido a 40ºC y se
llevó a cabo la determinación de la velocidad de propagación del
ultrasonido (Ultrasonic Industrial Co., modelo
UVM-2, 2 MHz) y de la conductividad eléctrica
(medidor de conductividad), y se calculó el valor promedio de los
triplicados. Los resultados se muestran en la tabla 1. En dicha
tabla 1, los valores indicados en la fila superior representan la
velocidad de propagación del ultrasonido (m/s) y los valores
indicados en la fila inferior representan la conductividad
eléctrica (mS/cm).
Los valores medidos a cada temperatura se
representaron en un gráfico con la velocidad de propagación del
ultrasonido en el eje horizontal y la conductividad eléctrica en el
eje vertical, tal como se muestra en la figura 1. Los valores para
los que no se pudo obtener ninguna correlación no se representaron
(tampoco se presentan en la tabla 1).
Se repitió el procedimiento anterior, excepto
utilizando una temperatura de medición de 20ºC. Los resultados se
presentan en la tabla 2 y en la figura 1.
La figura 2 se obtuvo mediante la eliminación
parcial de la imagen de la figura 1, dejando únicamente las curvas
de calibración que representan la concentración de agua en vistas a
una mayor conveniencia.
Ejemplo de referencia
1-2
Cuando las tres cantidades físicas son la
temperatura, la velocidad de propagación del ultrasonido y la
viscosidad:
Las muestras siguientes se prepararon mediante
el mismo procedimiento utilizado en el ejemplo de referencia
1-1.
Variando la concentración de agua en intervalos
del 1,0% en peso a lo largo del intervalo entre 0,0 y 7,0% en peso,
y la concentración de fluoruro de hidrógeno en intervalos del 1,0%
en peso a lo largo del intervalo entre 0,0 y 9,0% en peso,
representando el ácido sulfúrico invariablemente el resto, se
prepararon 80 tipos de muestras por triplicado (en total, 240
muestras).
Cada una de las muestras anteriores se introdujo
en un recipiente o celda resistente a ácidos mantenido a 40ºC y se
llevó a cabo la determinación de la velocidad de propagación del
ultrasonido (Ultrasonic Industrial Co., modelo
UVM-2, 2 MHz) y de la viscosidad (viscosímetro). Se
calculó el valor promedio de los triplicados para su utilización
como valor medido para cada tipo de muestra. Los resultados se
muestran en la tabla 3. En dicha tabla, los valores indicados en la
fila superior representan la velocidad de propagación del
ultrasonido (m/s) y los valores indicados en la fila inferior
representan la viscosidad (cP).
Los valores medidos a cada temperatura se
representaron en un gráfico con la velocidad de propagación del
ultrasonido en el eje horizontal y la viscosidad en el eje vertical,
tal como se muestra en la figura 3.
Se repitió el procedimiento anterior, excepto
utilizando una temperatura de medición de 20ºC. Los resultados se
indican en la tabla 4 y en la figura 3.
La figura 4 se obtuvo mediante la eliminación
parcial de la imagen de la figura 3, dejando únicamente las curvas
de calibración que representan la concentración de agua.
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Determinación de la concentración de agua en una
mezcla ternaria que comprende ácido sulfúrico, fluoruro de
hidrógeno y agua utilizando las curvas de calibración elaboradas en
el ejemplo de referencia 1.
Ejemplo
1-1
Cuando se utilizaron las curvas de calibración
representadas en la figura 1:
Se midió la concentración de agua en un ácido
mixto que comprendía fluoruro de hidrógeno y ácido sulfúrico a
40ºC. Las muestras representadas en la tabla 1 se prepararon
variando la concentración de ácido sulfúrico en el ácido mixto a lo
largo del intervalo entre 73 y 86% en peso, y la concentración de
fluoruro de hidrógeno a lo largo del intervalo entre 2 y 10% en
peso, representando el agua invariablemente el resto. Se llevaron a
cabo respectivamente dos veces la determinación de la velocidad de
propagación del ultrasonido (m/s) y de la conductividad eléctrica
(mS/cm) para cada muestra y se calculó el valor promedio de dichas
determinaciones. Haciendo referencia a las curvas de calibración
representadas en la figura 1, los valores promedio se convirtieron
manualmente en la concentración de agua. Los resultados se presentan
en la tabla 5.
A partir de la figura 5, se puso de manifiesto
que la concentración de agua se podía determinar con una elevada
precisión mediante el método según la invención. Los valores entre
paréntesis indicados en la tabla 5 son los valores reales de % en
peso para el agua.
Ejemplo
1-2
Cuando se utilizaron las curvas de calibración
representadas en la figura 3:
Utilizando mezclas de muestra de ácido
sulfúrico, fluoruro de hidrógeno y agua (entre paréntesis) con
concentraciones que variaban tal como se indica en la tabla 6, se
llevó a cabo la determinación de la velocidad de propagación del
ultrasonido (m/s) y de la viscosidad (cP) a 20ºC mediante el mismo
procedimiento que en el ejemplo 1-1. Las
determinaciones se llevaron a cabo respectivamente dos veces para
cada muestra y se calculó el valor promedio de las mismas. Haciendo
referencia a las curvas de calibración representadas en la figura
3, los valores promedio se convirtieron manualmente en la
concentración de agua, tal como se ha descrito anteriormente. Los
resultados se indican en la tabla 6. A partir de la tabla 6, tal
como fue el caso con la tabla 5, se puso de manifiesto que la
concentración de agua se podía determinar con una elevada
precisión.
Se utilizó el equipo representado en la figura
5.
Se suministró espato flúor pulverizado a un
amasador 1 a través del conducto 11. El ácido sulfúrico de partida
se introdujo en dicho amasador 1 a través del conducto 12 y 13. En
el amasador 1, la carga de espato flúor y ácido sulfúrico se
mezclaron y la reacción se inició. Esta mezcla de reacción se
transfirió a un horno 2 dispuesto inmediatamente a continuación, en
el que la reacción se aceleró calentando a aproximadamente de 400 a
500ºC con el fin de producir un gas crudo que contenía los dos
componentes, a saber, la carga de ácido sulfúrico sin reaccionar
(A), el producto de reacción fluoruro de hidrógeno (B) y agua
producida por reacción de las trazas de impureza en la carga de
espato flúor (C). Este gas crudo arrastró las diversas partículas
sólidas (d) producidas por la reacción en forma de polvo.
El gas crudo anterior generado en el amasador 1
y el horno 2 se introdujo en la parte inferior de una columna de
lavado de gases crudos 3 a través del conducto 14 y se lavó
introduciendo fluoruro de hidrógeno en la parte superior de la
columna. Este lavado con el fluoruro de hidrógeno se llevó a cabo
extrayendo el producto de reacción, fluoruro de hidrógeno que se
obtiene a partir de la columna de lavado de gases crudos 3, de la
misma hacia un condensador a través del conducto 18, y condensando
una parte del mismo por refrigeración y haciendo retornar el
fluoruro de hidrógeno condensado a la columna de lavado de gases
crudos 3 a través del conducto 17.
Dado que el gas crudo anterior se refrigeró en
el transcurso del lavado en la columna de lavado de gases crudos 3,
una mezcla de punto de ebullición elevado (b) compuesta
predominantemente por ácido sulfúrico (A) y que contenía
proporciones menores de fluoruro de hidrógeno (B) y agua (C) se
licuó, descendió a la parte inferior de la columna de lavado de
gases crudos 3 y se guardó en un depósito de almacenamiento 4. Una
mezcla de punto de ebullición bajo (a) compuesta predominantemente
por el producto fluoruro de hidrógeno, que quedó tras la separación
de dicha mezcla de punto de ebullición elevado (b), se recuperó a
través del conducto 18. La mezcla de punto de ebullición bajo (a)
recuperada de este modo contenía, además de fluoruro de hidrógeno,
diversos componentes gaseosos de punto de ebullición bajo, tales
como SiF_{4}, SO_{2} y CO_{2}. En consecuencia, esta fracción
se purificó adicionalmente mediante procedimientos conocidos de
purificación con el fin de obtener fluoruro de hidrógeno de pureza
elevada.
La mezcla de punto de ebullición elevado (b)
reservada en el depósito de almacenamiento 4 se suministró al
proceso de reciclaje mediante una bomba 22 dispuesta en dicho
depósito de almacenamiento 4 a través del conducto 15. En esta
operación, una válvula de control de flujo 23 dispuesta en el
conducto 15 se controló de tal modo que una parte de (b) se
suministra a través del conducto 24 a la columna de lavado de gases
crudos 3 en un nivel inferior a su parte media, poniéndose en
contacto con el gas crudo ascendente a alta temperatura. Debido a
este contacto, el polvo (D) presente en una cantidad apreciable en
el gas crudo es atrapado y recuperado en el depósito de
almacenamiento 4. Al mismo tiempo, dicha mezcla de punto de
ebullición elevado (b) del depósito de almacenamiento 4 se
introdujo en un depósito de mezclado 5 a través de las conducciones
15 y 25. Por otro lado, la concentración de dicha agua (C)
contenida en dicha mezcla de punto de ebullición elevado (b) se
determinó mediante el elemento (M1) y la cantidad necesaria de
anhídrido sulfúrico (B) se suministró mediante el elemento (M2) al
depósito de mezclado 5 a través del conducto 16. Además, se
suministró ácido sulfúrico fresco por separado al depósito de
mezclado 5 a través del conducto 12, controlando su velocidad de
flujo mediante una válvula de control de flujo 26.
Como elemento M1 (19) se utilizó el Fuji
Industrial's Model-50, y como elemento M1 (20) el
Fuji Industrial's Model-70. Este último elemento se
utilizó principalmente para comprobar si la concentración de agua
era apropiada o no en el conducto 13 o para ayudar a la
determinación de la concentración de agua.
El elemento (M1) es un sistema integral especial
que comprende un sensor de temperatura, un medidor de velocidad de
propagación del ultrasonido y un medidor de conductividad eléctrica
o un viscosímetro, y está adaptado para ser controlado por
computadora. En dicho computador se ha cargado un programa mediante
el cual los tres datos de cantidades físicas procedentes de dichos
respectivos instrumentos se convierte en concentración de agua (o
de fluoruro de hidrógeno) de acuerdo con los datos de calibración
memorizados sobre la relación entre las concentraciones de los
componentes de una mezcla ternaria y dichas tres cantidades
físicas.
El elemento de (M2) y la válvula de control de
flujo 26 pueden ejercer un control automático, de tal modo que
están asociados entre sí de un modo conocido, y el sistema de
control se establece de acuerdo con un modo conocido de tal modo
que controla totalmente la cantidad necesaria de ácido sulfúrico
ajustando la cantidad de ácido sulfúrico que fluye a través del
conducto 12 y que corresponde a la cantidad de anhídrido sulfúrico
añadido por el elemento (M2).
En dicho elemento (M2), el transmisor
ultrasónico de dicho medidor de la velocidad de propagación del
ultrasonido, el transmisor de dicho medidor de la conductividad
eléctrica y el transmisor ultrasónico de dicho viscosímetro están
dispuestos en posiciones estratégicas de la planta de producción, y
los dispositivos para convertir las señales eléctricas de dichos
transmisores están dispuestos en una caja de instrumentos, estando
conectados los respectivos transmisores a los correspondientes
conversores mediante conductores.
Utilizando el aparato anterior se produjeron
continuamente 1.125 kg/hora de sulfuro de hidrógeno a partir de
2.250 kg/hora de carga de espato flúor y 3.022 kg/hora de carga de
ácido sulfúrico. La concentración de agua en la mezcla de punto de
ebullición elevado (b) disponible a partir del horno fue de
aproximadamente de 14,7% en peso. En consecuencia, se añadieron 252
kg/hora de anhídrido sulfúrico y 648 kg/hora de ácido sulfúrico en
forma de 900 kg/hora de ácido sulfúrico fumante al 28% en peso. Por
separado se añadieron adicionalmente 1.480 kg/hora de ácido
sulfúrico.
Aplicando el procedimiento de determinación de
concentración de agua anterior, la planta se hizo funcionar
sustancialmente bajo las mismas condiciones durante 30 días. Como
resultado, el contenido en agua de la carga de ácido sulfúrico al
horno se controló consistentemente dentro de un +2,5% en peso y no
se encontró problema alguno.
El procedimiento según la invención para
determinar las concentraciones de componentes de una mezcla ternaria
permite una medición rápida y de alta precisión de la concentración
de agua de la mezcla de 3 componentes. Además, el proceso según la
invención para la producción continua de fluoruro de hidrógeno que
comprende la utilización de dicho procedimiento permite la
producción de fluoruro de hidrógeno con la máxima seguridad y una
elevada eficacia.
Claims (6)
1. Procedimiento de determinación de la
concentración de cada componente de una mezcla ternaria constituida
esencialmente por ácido sulfúrico, fluoruro de hidrógeno y agua,
que comprende medir por lo menos un conjunto de tres cantidades
físicas, a saber (1) temperatura, (2) velocidad de propagación del
ultrasonido, y (3) conductividad eléctrica o viscosidad, de dicha
mezcla ternaria y convertir los valores medidos en la concentración
del componente particular haciendo referencia a las curvas de
calibración construidas previamente por separado que representan
las relaciones de las concentraciones de los componentes respectivos
de una mezcla ternaria de ácido sulfúrico, fluoruro de hidrógeno y
agua, y dichas tres cantidades físicas, a en el que las tres
cantidades físicas de (1) temperatura, (2) velocidad de propagación
del ultrasonido, y (3) conductividad eléctrica se miden cuando los
intervalos de las concentraciones de los componentes de la mezcla
ternaria son de 4,0 a 24% en peso para el agua y de 2,0 a 10,0% en
peso para el fluoruro de hidrógeno, representando el ácido sulfúrico
el resto de un total de 100% en peso; o las tres cantidades físicas
de (1) temperatura, (2) velocidad de propagación del ultrasonido, y
(3) viscosidad se miden cuando los intervalos de las concentraciones
de los componentes de la mezcla ternaria son de hasta 7,0% en peso
para el agua y de hasta 9,0% en peso para el fluoruro de hidrógeno,
representando el ácido sulfúrico el resto de un total de 100% en
peso.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que las curvas de calibración representan las relaciones de la
concentración de cada componente de la mezcla ternaria con la
velocidad de propagación del ultrasonido en el eje horizontal y la
conductividad eléctrica en el eje vertical a 20ºC y 40ºC para la
temperatura, entre dichas tres cantidades físicas, dentro de los
intervalos de concentración de 4,0 a 24% en peso para el agua y de
2,0 a 10,0% en peso para el fluoruro de hidrógeno, representando el
ácido sulfúrico el resto de un total de 100% en peso; o
representan lo mismo con la velocidad de
propagación del ultrasonido en el eje horizontal y la viscosidad en
el eje vertical a 20ºC y 40ºC para la temperatura, entre dichas tres
cantidades físicas, dentro de los intervalos de concentración de
hasta 7,0% en peso para el agua y de hasta 9,0% en peso para el
fluoruro de hidrógeno, representando el ácido sulfúrico el resto de
un total de 100% en peso.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en el que la temperatura (1) es de 15 a 45ºC.
4. Proceso para la producción continua de
fluoruro de hidrógeno, que comprende las etapas (1) a (5)
siguientes:
- (1)
- una etapa de reacción de espato flúor de carga con ácido sulfúrico de carga,
- (2)
- una etapa de separación de un producto crudo procedente de dicha etapa (1) en (a) una mezcla de punto de ebullición bajo compuesta principalmente por fluoruro de hidrógeno y (b) una mezcla de punto de ebullición elevado compuesta principalmente por ácido sulfúrico no reaccionado y que contiene proporciones pequeñas de fluoruro de hidrógeno y agua,
- (3)
- una etapa de purificación y aislamiento del fluoruro de hidrógeno a partir de dicha mezcla de punto de ebullición bajo (a),
- (4)
- una etapa de adición de anhídrido sulfúrico a dicha mezcla de punto de ebullición elevado (b) en una cantidad sustancialmente equivalente a la cantidad de agua contenida en la misma para la reacción con el fin de formar ácido sulfúrico, convirtiendo así sustancialmente la totalidad del ácido sulfúrico y retornarlo, junto con el ácido sulfúrico no reaccionado como carga de ácido sulfúrico a dicha etapa (1), y
- (5)
- una etapa de suministro de una cantidad adicional de ácido sulfúrico a efectos de hacer que sustancialmente la cantidad total necesaria de ácido sulfúrico esté disponible para la reacción con el espato flúor de carga;
en el que comprende determinar la cantidad de
agua que existe en la mezcla de punto de ebullición elevado (b) en
la etapa (4) mediante el procedimiento según la reivindicación
1.
5. Proceso según la reivindicación 4, en el que
se miden dos conjuntos de las tres cantidades físicas y se
convierten en la concentración de agua.
6. Proceso según la reivindicación 5, en el que
el procedimiento de medición de las tres cantidades físicas de
temperatura, velocidad de propagación del ultrasonido y
conductividad eléctrica, y de conversión de los valores medidos en
la concentración de agua se utiliza en dicha etapa (4) y el
procedimiento de medición de las tres cantidades físicas de
temperatura, velocidad de propagación del ultrasonido y viscosidad,
y de conversión de los valores medidos a la concentración de agua
se utiliza en dicha etapa (5).
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