ACTIVIDAD 1

Para las actividades que serán asignadas por el facilitador, vamos a retomar el tema de balances de materia, debido a que las actividades que se asignaron en la plataforma se refieren a balances de energía.

Por tal motivo tendrán que revisar el PDF que nos dan en la Unidad 1 que se llama:

6_FELDER_Ejercicios_resueltos_de_balances_de_materiacap_4_pdf

En el cual revisarán los Fundamentos de los Balances de Materia (página 83 hasta la página 95), posteriormente entregarán la siguiente actividad.

Saludos

EJERCICIOS

3. En esta actividad tendrás que leer la siguiente información, en donde te explican cómo obtener Na2CO3 anhidro, posteriormente resolverás el problema de aplicación

que se encuentra al final.

Introducción El cloruro de sodio es la materia prima básica empleada por la llamada “industria cloro-álcali”. A partir del NaCl se genera todo el cloro (y sus derivados) y el sodio (y sus derivados) utilizados actualmente a nivel industrial. La industria cloro-álcali produce primariamente y a gran escala tres sustancias: cloro, hidróxido de sodio y carbonato de sodio. Las tres integran el conjunto de los diez productos de la industria química de mayor producción y consumo a nivel mundial. Su importancia radica en que a su vez estas sustancias se utilizan como materias primas para fabricar productos derivados.

La obtención de Na2CO3 anhidro, cuyo nombre comercial es sosa, se realiza

en la industria por el proceso Solvay. Esencialmente implica una primera etapa en la que se obtiene NaHCO3 y luego por descomposición térmica de éste se produce el

Na2CO3. Una parte del NaHCO3 generado por el proceso Solvay se utiliza como tal

para abastecer la demanda industrial de este producto. Parte del consumo mundial de carbonato de sodio es atendido por extracción

de fuentes naturales. Por ejemplo por descomposición térmica el mineral “trona”, de composición 2Na2CO3· NaHCO3· 2H2O, se produce carbonato de sodio:

2Na2CO3· NaHCO3· 2H2O → 3Na2CO3 + CO2 + 3H2O

Propiedades y usos de Na2CO3 y Na2CO3· . 10H 2O El Na2CO3 puede presentarse según las condiciones de obtención en forma anhidra

(sin agua) o como hidratos, conteniendo proporciones definidas de agua. Forma 5 hidratos diferentes Na2CO3·H2O, Na2CO3·2H2O, Na2CO3·3H2O, Na2CO3·7H2O y

Na2CO3·10H2O.

El Na2CO3 anhidro es un sólido blanco que funde a 850°C con ligera

descomposición. Cuando cristaliza de agua a temperaturas menores que 32°C precipita la forma decahidratada, en forma de cristales grandes y transparentes. Estos cristales cuando

son expuestos al aire eflorescen (Se llaman eflorescentes a aquellas sustancias hidratadas

que expuestas a la atmósfera pierden agua espontáneamente) y se disgregan gradualmente

para dar un sólido blanco, probablemente el monohidrato. Si el Na2CO3 cristaliza entre 32 y 35°C lo hace bajo la forma de heptahidrato. A partir

de 35°C la forma más estable es el monohidrato (ver figura 1).

Las soluciones acuosas de esta sal dan pH alcalino por hidrólisis según:

CO32-

+ H2O HCO3-

+ OH-

HCO3-

+ H2O H2CO3 + OH-

El Na2CO3 tiene aplicaciones industriales que derivan de su carácter básico y su

capacidad de proporcionar Na+

: • Manufactura de vidrio, en donde se utiliza alrededor del 50% del total producido. Al

calentarlo a muy altas temperaturas se descompone dando lugar a Na2O que da

mayor fluidez al vidrio y disminuye su temperatura de fusión

Na2CO3 Na2O + CO2 • Producción de fosfato de sodio, tripolifosfatos y fertilizantes.

• Tratamiento de aguas. Los carbonatos son insolubles en agua excepto los carbonatos alcalinos y el de talio, por lo tanto el agregado de Na2CO3, soluble,

permite precipitar los restantes iones presentes en el agua, eliminando así

aquellos iones (Ca2+

y Mg2+

) que contribuyen a la dureza del agua. • Jabones y detergentes.

Obtención de carbonato de sodio anhidro

Método industrial El proceso de fabricación de carbonato de sodio por el método industrial incluye 6 procesos unitarios diferentes que se muestran en el esquema 1. Las reacciones centrales del proceso Solvay son la III y la IV, las mismas que utilizamos en el laboratorio. Las reacciones I y II tienen por objeto la preparación de la solución de NH4HCO3, los procesos V y VI generan el amoníaco necesario para la reacción II:

I- Obtención de CO2:

CaCO3∆→

CaO + CO2

II- Obtención de NH4HCO3:

2NH3 + 2H2O + 2CO2 2NH4HCO3

III- Obtención de NaHCO3:

2NaCl + 2NH4HCO3 2NaHCO3 + 2NH4Cl

IV- Obtención de Na2CO3:

2NaHCO3 ∆→ Na2CO3 + CO2 + H2O

V- Obtención de Ca(OH)2:

CaO + H2O Ca(OH)2

VI-Recuperación de NH3:

2NH4Cl + Ca(OH)2 2NH3 + 2H2O + CaCl2

VII-Ecuación global CaCO3 + 2NaClNa2CO3 + CaCl2

Tal como lo muestra la ecuación global, el proceso industrial utiliza como materias primas piedra caliza (compuesta mayoritariamente por carbonato de calcio) y cloruro de sodio. Los productos son el carbonato de sodio y el cloruro de calcio.

PROBLEMA DE APLICACIÓN:Para obtener cristales de Na2CO3∙10 H2O por hora, se lleva a cabo un proceso de cristalización donde se generan 750 kg de por hora; dichos cristales se pasarán a un secador para obtener un producto que consiste en cristales de Na2CO3 anhidro. ¿Qué cantidad de agua se quitó en el secador? Si los cristales se secan en corriente paralela con aire que tiene inicialmente 0.8% de agua en peso, ¿Qué cantidad de aire se necesitará para secar los cristales si el aire sale con un 7% de agua en peso?