Carbonato de Sodio

 

 

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO  FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA 

QUÍMICA INDUSTRIAL

MUÑOZ SEGURA CYNTHIA 

CARBONATO DE SODIO 

 

SO EX

Carbonato de sodio

2

 

Índice  Introducción………………………………………….…………….4 Hoja de seguridad………………………………….……………..5  Análisis de mercado……………………………..………………..8 Procesos para la obtención de carbonato de sodio………...….9 Patentes………………………………………………………..…12 Diagrama de bloques……………………………………………13 Diagrama de flujo…………………………………………..……14 Descripción del proceso………………………………………...15 Localización de la planta…………………………………..……19 PDG………………………………………………….……………20 Organigrama……………………………………………..………24 Bibliografía…………………………………………………….…25

3

 

Introducción  El carbonato de sodio se extraía mediante la quema de plantas que normalmente crecían en suelos ricos en sodio, en diferentes lugares del planeta. Así se obtenía de manera impura el carbonato de sodio, sod io, y no fue sino hasta principios del siglo XIX, que se comenzó a popularizar un proceso es para su obtención d manera industrial conocido como el proceso Leblanc. En el proceso LeBlanc por medio del uso de sal, ácido sulfúrico, caliza y carbón se podía producir este compuesto. Aunque también producía ácido hidroclórico y sulfuro de calcio como producto de desecho muy contaminante para el aire y los suelos respectivamente. Esto puede llegar a incluir la hipercapnia arterial. En el año 1915 se cerró la última fábrica de sosa Leblanc, dándole paso a lo que hoy se conoce como el método Solvay o proceso Solvay. Dicho proceso fue patentado por un químico belga llamado Ernest Solvay en 1863, el cual fundó esta compañía a la que nombro con su apellido, en la cual lograba abaratar aún más el proceso y eliminar algunos de los problemas que presentaba el método anterior. Este nuevo proceso represento una alternativa más ecológica, ya que produce cloruro de calcio únicamente como desecho el cual también tiene diversas aplicaciones en la industria. Además, recicla el amoniaco y solamente consume caliza y salmuera. Y así termino siendo reemplazado totalmente el método Leblanc catapultando al proceso Solvay como el más utilizado para producir prod ucir carbonato de sodio en grandes cantidades, aunque hay una variante desarrollada en la década de 1930 por un químico chino llamado Debang Hou que produce Cloruro de amonio de desecho, el cual puede ser reutilizado con un buen fertilizante en la industria agropecuaria. 4

 

Estados unidos hoy en día es el mayor productor pr oductor de este compuesto, donde se usa prácticamente para medir la fortaleza de dicho país ya que la ceniza de sosa o carbonato de sodio tiene múltiples aplicaciones tanto en la industria automotriz como en la de la construcción, prácticamente colocándola como materia prima más importante en la producción de los productos con más demanda a nivel mundial.

HOJA DE SEGURIDAD  Nombre de la sustancia: carbonato de sodio. Número CAS: 497-19-8 Fórmula química: Na2CO3. Estructura química:

Masa molar : 105.9784 g / mol Sinónimos: carbonato de cristal, carbonato disódico, soda de lavado. Usos recomendados: Fabricación de vidrio, fabricación de detergentes, fabricación de pasta y papel, tratamiento de salmuera, eliminación de dureza del agua, ajuste de pH en agua o aguas residuales, desulfuración de gas, la regeneración de resina de intercambio iónico.  

Descripción de peligros:

Misceláneo 

Información pertinente a los peligros para el hombre y el ambiente:   El principal peligro de esta sustancia es el pH alto que genera en disolución o en contacto con los órganos 5

 

del cuerpo.

Sistemas de clasificación: -NFPA (escala 0-4): 

-HMIS (escala 0-4): 

Numero CAS: 447-19-8 Primeros auxilios Información general: en caso de pérdida del conocimiento, nunca dar a beber ni provocar el vómito.

Contacto ocular : Limpiar los ojos abiertos durante varios minutos con agua corriente. En caso de trastornos persistentes consultar un médico.

Contacto dérmico: Lavar la piel inmediatamente con abundante agua durante al menos 15 minutos. Quítese la ropa y el calzado contaminados.

Inhalación: Suministrar aire fresco. En caso de trastornos, consultar al médico. Ingestión: Consultar un médico si los trastornos persisten. Efectos por exposición. Contacto ocular : Irritaciones. Contacto dérmico: Irritaciones. Inhalación: Irritaciones en vías respiratorias. Ingestión: Irritaciones en mucosas de la boca, garganta, esófago y tracto intestinal. Medidas que deben tomarse en caso de vertido accidental   Precauciones personales, equipo protector y procedimiento de emergencia : Evacuar o aislar el área de peligro.

Precauciones relativas al medio ambiente:  No permitir que caiga en fuentes de agua y alcantarillas. 6

 

Métodos y materiales para la contención y limpieza de vertidos : Absorber con material inerte como arena o tierra. Recoger y depositar en contenedores con cierre hermético, cerrados, limpios, secos y marcados. Lavar con abundante agua el piso.

Manipulación y almacenamiento  Manipulación de recipientes: Si se manipulan correctamente, no se requieren medidas especiales. Mantener estrictas normas de higiene, no fumar, beber, ni comer en el sitio de trabajo. Lavarse las manos después de usar el producto.

Condiciones de almacenamiento: Exigencias con respecto al almacén y los recipientes: No se requieren medidas especiales. Normas en caso de un almacenamiento conjunto: No es necesario. Mantener el recipiente cerrado herméticamente.

Propiedades físicas y químicas  Estado físico Color Olor Umbral olfativo Punto de fusión pH Punto de ebullición Densidad relativa (agua=1) Solubilidad en agua

Polvo cristalino Blanco Inodoro No disponible 854°C 11,5 en solución acuosa al 1% Indeterminado 2,533 212 g/L

Solubilidad en otros disolventes

Soluble en glicerol, insoluble en acetona

N° ONU: 2789. Designación oficial de transporte de las Naciones Unidas Etiqueta blanco y negro con el número 9 y la leyenda "misceláneo”.

Riesgos ambientales: Puede generar irritaciones leves en grandes cantidades a los organismos con los que entre en contacto.

Precauciones especiales: No requiere manipulación especial. 7

 

Análisis de mercado  El carbonato de sodio es conocido comúnmente como barrilla, natrón, soda. Se cuenta con dos grados: 

  Ligero muy adecuado para aplicaciones de detergente y químicas.   Denso para la fabricación de vidrio debido a sus propiedades granulares que



sea ampliamente libre de polvo y reducir los riesgos de segregación durante el transporte y la manipulación.

Presentaciones Bicarbonato de sodio USP: Este producto está disponible en la siguiente presentación:  Saco 50 kg



Carbonato de sodio denso: Este producto está disponible en las siguientes presentaciones:  Saco 50 kg



 Saco 900 kg



CARBONATO DE SODIO LIGERO: Este producto está disponible en las siguientes presentaciones:  Saco 25 kg



 Súper Saco 500 kg



PERCARBONATO DE SODIO: Este producto está disponible en la siguiente presentación:  Saco 25 kg



El costo aproximado de una tonelada de carbonato de sodio en México es de 4274.6 pesos (230 dólares), este costo no incluye el IVA, ni el transporte.

8

 

El mercado mexicano consume aproximadamente 1.2 millones de toneladas anualmente, sin embargo en México sólo se produce una cuarta parte de ese consumo, por lo que la industria mexicana tiene que importar tres cuartas partes de sus necesidades, siendo  siendo  Koprimo S.A. de C.V., uno de los distribuidores más importantes de este producto en nuestro país. Seguido de otros distribuidores como Química Barmont, Alquimia Mexicana,  Alcotrade SA de CV, Grupo Disosa químicas, Raw Material Corporation SA de CV, D´Grosa Industrial, Alsak, Lagson Química SA de SV, Química Treza SA de SV. El precio en el que se vende en una empresa como lo es Lagson Química SA de SV, es de 0.68 dólares el e l kilogramo, a esta cantidad se le añade un 16% de IVA. El bulto de 50 kilogramos tiene un costo de 748 pesos, con IVA incluido.

Métodos de obtención Método industrial El proceso de fabricación de carbonato de sodio por el método industrial incluye 6 procesos unitarios diferentes. Las reacciones centrales del proceso Solvay son la obtención de NaHCO3 y la obtención de Na2CO3. Las reacciones de obtención del CO2 y NH4HCO3 tienen por objeto la preparación de la solución de NH4HCO3, los procesos para la obtención de Ca (OH)2 y con la recuperación del NH3 generan el amoníaco necesario para la reacción de obtención de NH4HCO3. 1.

Obtención de CO2: CaCO3 → CaO + CO2 

2.

Obtención de NH4HCO3: 2NH3 + 2H2O + 2CO2 → 2NH4HCO3 

3.

Obtención de NaHCO3: 2NaCl + 2NH4HCO3 → 2NaHCO3 + 2NH4Cl

4.

Obtención de Na2CO3: 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O 9

 

5.

Obtención de Ca (OH)2: CaO + H2O → Ca (OH)2 

6.

Recuperación de NH3: 2NH4Cl + Ca (OH)2 → 2NH3 + 2H2O + CaCl2 

7.

Ecuación global:

CaCO3 + 2NaCl → Na2CO3 + CaCl2 

El proceso industrial utiliza como materias primas piedra caliza y cloruro de sodio. Los productos son el carbonato de sodio y el cloruro de calcio. El proceso se realiza en forma continua y necesita una cantidad fija de gas amoníaco, que se genera y utiliza en circuito cerrado, como parte del proceso, pero que no se consume en el mismo. Por ello no aparece en la ecuación 7 y por lo tanto el amoníaco no se considera una materia prima. La ecuación global, que representa la reacción directa entre las materias primas, no es termodinámicamente favorable. El proceso Solvay requiere entonces un aporte de energía para llevarse a cabo. El proceso comienza con la producción de CO2 que se efectúa calentando piedra caliza en un horno a 1000-1100°C. 1000 -1100°C. El dióxido de carbono producido se introduce en la “torre de Solvay”, donde se verifica la precipitación del NaHCO3. El bicarbonato

precipitado es escurrido, secado y calcinado a 200°C, donde se transforma en carbonato de sodio. El CaO producido en la descomposición de la caliza se transforma en hidróxido de calcio, por reacción con agua. Este hidróxido de calcio se hace reaccionar con la solución de cloruro de amonio emergente de la torre de Solvay para así recuperar el amoníaco que se utilizó en la reacción representada por la ecuación 2.  Aparece un subproducto en el proceso, el cloruro de calcio. Tiene algunos usos industriales, pero su consumo no es suficiente como para utilizar todo lo que generan las plantas productoras de carbonato de sodio por este proceso.

10

 

Utilizando los valores moleculares de las fórmulas, tomando como base las cantidades para producir teóricamente 1,000 kilos de carbonato de sodio Na2C03, se necesitan: Cloruro de Sodio (NaCl)………1104 kilos   Amoníaco (NH3) ………………321 kilos Dióxido de Carbono (CO2) ……830 kilos   Agua (H2O) ……………………340 kilos Y se producen: Bicarbonato de Sodio (NaHCO 2) …1585 kilos Cloruro de Amonio (NHCl)…………1010 kilos

Produciendo el bicarbonato de sodio a su vez: Carbonato de Sodio (Na2CO3) …………1000 kilos  Dióxido de Carbono (CO2) ……………...415 kilos   Agua (H2O) ………………………………170 kilos El costo de una tonelada de carbonato de sodio es de 2524.13 pesos, se espera una producción de 10 toneladas diarias, lo cual tendría un valor de 25,241.3 pesos.

11

 

Patente Una patente es un documento legal por el cual el titular pretende obtener un derecho de monopolio sobre una invención durante un periodo de tiempo determinado. Como documento legal debe ajustarse a unas ciertas normas tanto de estructura como de contenido. El carbonato de sodio fue patentado por primera vez por Ernest Solvay en 1863. Posteriormente se fundó Solvay Chemicals en 1978. 1978 . El Grupo Solvay desarrolla su actividad en el sector químico.  Actualmente, Solvay tiene su sede principal en en Bruselas  Bruselas (Bélgica) (Bélgica),, y cuenta con más de 400 centros de trabajo en 50 países 50 países y emplea a cerca de 17.000 personas. Los diagramas de flujo de proceso y de bloques fueron obtenidos a partir de “Manual de procesos químicos en la industria” de  de   George T. Austin, editorial Austin, editorial McGraw Hill,

1997.

12

 

Diagrama de bloques

13

 

Diagrama de flujo de proceso

14

 

Descripción del proceso El proceso Solvay se lleva a cabo por disoluciones, esto hace que el proceso sea mas sencillo y sea menos costoso. La instalación Solvay se forma por cuatro componentes:   Columna de saturación 

  Columna de carbonatación



  Columna recuperadora de amoniaco



  Hornos de calcinación



15

 

1. COLUMNA DE SATURACION  En la columna 1 el amoniaco se adsorbe en la disolución saturada de NaCl, para ello utilizando una columna de adsorción de platos. El NaCl entra por la parte de arriba y el amoniaco por la parte inferior. Esta columna está diseñada para obtener una composición de salmuera amoniacal a medida, está diseñada para adsorber 1.1 moles de amoniaco por cada mol de NaCl.  A la salmuera amoniacal se le une el amoniaco diluido en agua obtenido en la columna 4 de recuperación. Al ocurrir esto la disolución de NaCl se diluye por lo que la disolución pasa por el lecho 2 de NaCl con el objetivo de saturarse. 2. COLUMNA DE CARBONATACION  La columna 3 de carbonatación es una columna de adsorción con platos agujereados donde se da esta primera reacción: NH4+ + CO2 + H2O → NH4HCO3 

16

 

El bicarbonato de amonio reacciona después con c on el cloruro sódico para dar lugar el bicarbonato sódico: NH4HCO3 + NaCl → NaHCO3 + NH4Cl La disolución se sobre satura y el bicarbonato de sodio empieza a precipitar, obteniéndolo por la parte de debajo de la columna. En la disolución aparece NH 4Cl en una misma proporción al NaHCO 3 precipitado, el NaCl que no ha reaccionado y también aparecen pequeñas cantidades de NH4HCO3. Por la parte superior de la columna se retira el CO 2  que no ha sido adsorbido además de los gases de combustión. Teniendo en cuenta que el balance global de las reacciones es exotérmico, la columna se refrigera a 20-30ºC para así favorecer la precipitación. Esta columna tiene dos entradas de CO 2, una concentrada que proviene de la descomposición del NaHCO3  y otra diluida que proviene de los gases de combustión. La suspensión obtenida por el fondo pasa por el filtro (8) donde se separa el sólido de la disolución. El sólido pasa a un horno mientras la disolución entra en tra a la columna de recuperación de amoniaco. 3. COLUMNA RECUPERADORA DE AMONIACO  La columna 5 es una columna de desorción para la recuperación recupe ración del amoniaco. Con el objetivo de liberar el amoniaco del bicarbonato la columna se calienta dando lugar a la siguiente reacción: NH4HCO3 ↔ NH3 + CO2 + H2O Para desorber el amoniaco que está en forma de cloruro se utiliza una base, el Ca (OH)2. Por la parte de debajo de la columna co lumna se introduce vapor para de este modo arrastrar ar rastrar el amoniaco liberado. La corriente que sale por la parte superior de d e agua y amoniaco se introduce a la columna de saturación. En un principio no hace falta introducir 17

 

amoniaco dado que este no se consume, pero siempre hay perdidas, por lo que en ese caso se debe introducir amoniaco fresco. Por la parte inferior se obtiene NaCl y CaCl 2 como subproductos. 4. HORNOS DE CALCINACION    Horno 6 para la descomposición de NaHCO3 



El NaHCO3 se descompone a 150ºC para dar carbonato sódico siguiendo la siguiente reacción: 2NaHCO3 ↔ Na2CO3 + CO2 + H2O El CO2 obtenido se introduce a la columna de carbonatación y el carbonato sódico se obtiene como producto. 

  Horno 7 de descomposición de CaCO3 El carbonato de calcio se descompone a temperaturas de más de 1000ºC, es por eso por lo que se utilizan los gases de combustión obtenidos a partir de la quema de coque para obtener esta temperatura. Cuando alcanza esa temperatura en el horno se da la siguiente reacción: CaCO3 → CaO + CO2 + gases de combustión La cantidad de CO2 obtenida se introduce a la columna de carbonatación. La cal viva se apaga con agua obteniendo Ca (OH) 2, el cual se utiliza para la recuperación del amoniaco.  Al final las materias primas del proceso Solvay son el NaCl y CaCO3 y los productos obtenidos Na2CO3 y CaCl2. Por lo tanto, el proceso se puede definir de forma global: NaCl + CaCO3 ↔ Na2CO3 + CaCl2  Como estimación 1.5 toneladas de NaCl, 1 tonelada de CaCO3 y 1 kg de NH 3 dan lugar a 1 tonelada de Na 2CO3.

18

 

Localización de la planta En la elaboración de carbonato de sodio se requiere amoniaco y piedra caliza como recurso principal para el proceso de fabricación de este. Es por eso por lo que se debe tomar en cuenta que los proveedores de estas materias primas seas cercanas a la planta de carbonato de sodio, con el fin de reducir los costos de trasportación. Materias Primas JK, JISA JK, JISA Materias Primas, Primas, COCISA  COCISA Corporación  Corporación Científica, Científica, Grupo  Grupo Químico Amillan,  Amillan,  Productos Químicos Monterrey, Monterrey,   son algunos de las empresas distribuidoras de amoniaco en México, con una ubicación al norte del país. Terrazo de México S.A. DE C.V., C.V., Grupo Químico Contreras, Contreras, son  son proveedores de piedra caliza, de igual manera, la primera empresa se encuentra en Torreón, Coahuila, y la segunda en Zapopan, Jalisco. Monterrey y su área metropolitana tienen algunas de las principales zonas industriales del país. Todas ellos ofrecen calidad en su infraestructura y un espacio específico para las necesidades de las diferentes empresas que se han localizado en ellos. Nuevo León es uno de los Estados en los que más desarrolladores inmobiliarios industriales compiten. Hay 27 organizaciones que se han enfocado en la creación de parques industriales. En Nuevo León se concentran alrededor de 93 parques, y Apodaca concentra el 40% de ellos, ya que 38 se localizan en dicho municipio, 13 en Santa Catarina, 12 en Escobedo, 11 en Ciénega de Flores y 10 en Guadalupe. Los demás se distribuyen en los municipios de San Nicolás, Salinas Victoria, García, Montemorelos, Monterrey y Pesquería. Todos los parques mencionados anteriormente concentran a más de 617 empresas. 304 de ellas se ubican en el municipio de Apodaca, la mayor parte de ellas localizadas en el Regio Parque Industrial, 114 en Escobedo y 66 más en el municipio de Ciénega de Flores. 19

 

El desarrollo de espacios industriales que atiendan las necesidades de grandes empresas extranjeras y mexicanas es una de las principales funciones de desarrolladores inmobiliarios industriales. Contar con parques con excelente infraestructura, que ofrezcan servicios de agua y drenaje, electricidad, transporte público, cercanía de mano de obra, son los principales factores que busca cualquier inversionista, tanto desarrolladores como clientes finales. Debido a que Nuevo León es una de las zonas de mayor competencia de desarrolladores, los valores agregados hacen a Nuevo León un buen lugar para invertir en la planta de carbonato de sodio. En Pesquería, Nuevo León, un terreno de d e 50,000 m2 tiene un costo de 525 000 UDS, este queda cerca de los servicios principales que podrían utilizar el personal de la planta.

PDG Una empresa necesita tener departamentos que se encarguen de las diferentes necesidades que tenga la planta, para que esta pueda operar con eficiencia, algunas de las áreas son: 1. Junta General de Accionista: compuesto por las personas que aportan el capital a dicha empresa. 2. Gerencia General: en este departamento se controlan los siguientes departamentos:  

Departamento de planeación:  

 

Departamento de proyectos e inversión:  

 

Departamento de planeación y estrategia. Evaluación del control operativo.

Departamento de Administración y Finanzas  

Departamento de Recursos Humanos.

 

Departamento de Costos. 20

 

 

Departamento de Presupuestos.

 

Departamento de Contabilidad.

 

Departamento de Tesorería.

 

Control inf informático ormático y de sistemas.

 

Departamento de producción

 

Control de materiales.

 

Departamento de investigación y desarrollo tecnológico.

 

Programación y control de producción.

 

Producción.

 

Departamento de Calidad.

 

Mantenimiento.

 

Departamento de seguridad industrial y protección ambiental.

 

Departamento de Comercialización.  

Ventas Nacionales   Ventas Internacionales (exportación)

Sin los datos de producción, no se pueden calcular los costes económicos que supone la fabricación de cualquier producto. En algunos departamentos no es necesario tener mucho personal, pues con una sola persona el departamento puede funcionar perfectamente. La distribución en planta es la ordenación de los equipos industriales y de espacios necesarios para que un sistema productivo alcance sus objetivos con la eficiencia adecuada. Los equipos industriales es cualquier elemento que necesite un espacio y que intervenga en el proceso productivo.   Máquinas



  Equipos de trasporte



  Elementos de tratamiento



  Instalaciones auxiliares



  Etc.



21

 

Los espacios necesarios están compuestos por:   Almacenes



  Pasillos



  Oficinas



  Áreas de acceso   Zonas de trabajo





  Áreas de descanso



Cada departamento requiere de un espacio suficiente para que las actividades que se desarrollen dentro de este se puedan realizar con eficiencia.

Departamento

Superficie estimada

Departamento

Superficie estimada

Recepción

100 m2 

 Almacén

100 m2 

expediciones

100 m2 

intermedio Montaje

600 m2 

 Almacén de materias primas  Almacén de productos terminados

800 m2 

Oficinas

800 m2 

1 000 m2 

Mantenimiento

200 m2 

1 500 m2 

Control de calidad

200 m2 

Fabricación

22

 

Mapa de planta

23

 

Organigrama

Direccion general

Produccion

Administracion

Finazas

Responsable economico

Administrativo

Recursos humanos

Responsable de recursos humanos

Planta de proceso

Laboratorio

Tecnico laboratorio

Jefe planta

Marketing

Mantenimiento

Elec Electr trom omec ecan anic ico o

Fo Font ntan aner ero o

Responsable marketing

Logistica

Responsable logistica

Publicidad

Tecnico proceso

Operarios

24

 

Bibliografía  

http://dec.fq.edu.uy/catedra_inorganica/inorganica/practica5.pdf

 

https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/91209/IB%C3%81%C3%91EZ%2 0%20Dise%C3%B1o%20de%20una%20planta%20de%20producci%C3%B3n% 20de%20fertilizantes%20NPK%20por%20v%C3%ADa%20de%20mezcla%20 %C3%A1cida%2C%20%20con%20%20u....pdf?sequence=1

 

George T. Austin, (1992). “Manual de procesos químicos en la industria”. McGraw Hill, México.

 

Erwin, Douglas L.,  (2014). “Industrial chemical process design”. McGraw -Hill Education, New York.

 

Warren L. McCabe, (2007). “Operaciones unitarias en ingeniería química”.

McGraw-Hill Interamericana, México, D.F.  

Monsalvo Vázquez, Raúl, (2010). “Balance de materia y energía: procesos industriales”. Grupo editorial Patria, México.

 

file:///C:/Users/medus/Downloads/Carbonato%20de%20sodio%20(2).pdf

 

https://www.quiminet.com/articulos/el-carbonato-de-sodio-y-sus-aplicacionesmas-importantes-21849.htm

 

http://www.ingenieriaquimica.net/articulos/294-produccion-de-carbonatosodico-proceso-solvay

 

https://spanish.alibaba.com/g/sodium-carbonate-price-per-ton.html

 

https://quimicoglobal.mx/carbonato-de-sodio-denso-y-carbonato-de-sodioligero/ 25