ES2215751T3 - Soluciones acuosas concentradas de bromo y su preparacion. - Google Patents

Soluciones acuosas concentradas de bromo y su preparacion.

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ES2215751T3 ES00977011T ES00977011T ES2215751T3 ES 2215751 T3 ES2215751 T3 ES 2215751T3 ES 00977011 T ES00977011 T ES 00977011T ES 00977011 T ES00977011 T ES 00977011T ES 2215751 T3 ES2215751 T3 ES 2215751T3
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Robert M. Moore, Jr.
R. Woodrow Wilson, Jr.
James E. Torres
Gary D. Focht
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    • A01N59/00Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing elements or inorganic compounds

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Abstract

Un procedimiento para producir una composición biocida líquida concentrada, procedimiento que comprende: A) alimentar continuamente a un aparato de mezcladura (i) cloruro de bromo y (ii) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico, proporcionada para producir un producto acuoso que tiene un contenido de bromo activo de al menos 100.000 ppm (peso/peso) y una relación atómica de nitrógeno a bromo activo de (i) y (ii) mayor que 0, 93:1; y B) retirar dicho producto de dicho aparato de mezcladura a una velocidad suficiente para permitir que se mantenga la alimentación continua en A).

Description

Soluciones acuosas concentradas de bromo y su preparación.
Antecedentes
Los biocidas basados en bromo han probado ventajas biocidas sobre la cloración-descloración para el control microbiológico de aguas de enfriamiento y la desinfección de sistemas de tratamiento de residuos. La industria del tratamiento del agua reconoce que estas ventajas son el control eficaz de los costes a valores de pH superiores, casi ausencia de pérdida en la actividad biocida en presencia de amoníaco y control eficaz de bacterias, algas y moluscos.
Un modo común de introducir biocidas basados en bromo en un sistema acuoso es a través del uso de NaBr acuoso junto con lejía de NaOCl. El usuario alimenta ambos materiales a un punto común en el que el NaOCl oxida el ion bromo hasta HOBr/OBr^{\ominus}. Esta solución activada se introduce a continuación directamente en el sistema acuoso que ha de tratarse. La alimentación de los líquidos de este modo es necesaria debido a que la mezcla HOBr/OBr^{\ominus} es inestable y ha de generarse in situ justo antes de su introducción en el agua. Por otra parte, la alimentación y la dosificación de dos líquidos es engorrosa, especialmente debido a que el sistema tiene que diseñarse para dejar tiempo para que se produzca la activación del ion bromuro. Por consiguiente, muchos usuarios de biocidas han expresado la necesidad de un biocida basado en bromo de una sola alimentación. Se considera que el cloruro de bromo molecular cumple estas demandas. Es un líquido a temperatura ambiente y puede alimentarse directamente al sistema acuoso, donde se produce la hidrólisis inmediata para dar HOBr.
BrCl + H_{2}O \rightarrow HOBr + HCl
El cloruro de bromo es un líquido o un gas rojo fumante, con un punto de ebullición de 5ºC, y una presión de vapor de 1800 mm a 25ºC. Corroe la mayoría de los metales en presencia de agua. Puede observarse que ciertas características del cloruro de bromo - especialmente su corrosividad, alta presión de vapor y tendencias fumantes - necesitan cuidado y experiencia en su manejo y uso.
Un modo económicamente aceptable de estabilizar altas concentraciones de soluciones acuosas de cloruro de bromo se describe en la Patente de EE.UU. Nº 5.141.652 de Moore y otros. La solución se prepara a partir de cloruro de bromo, agua y una sal de haluro o ácido halohídrico. Se encontró que estas soluciones se descomponían a una velocidad de menos de 30% al año y, en casos de alta concentración de haluro, menos de 5% al año. Por otra parte, podían prepararse soluciones que contenían el equivalente de 15% de bromo elemental. Desgraciadamente, la actividad relativamente alta de estas soluciones y su tendencia a ser corrosivas y fumantes imponen limitaciones sobre su aceptación comercial.
WO 99/62339 describe un procedimiento no continuo para producir una formulación biocida líquida concentrada, que comprende mezclar entre sí (a) cloruro de bromo o bromo y (b) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico que tiene un pH de al menos 7, por ejemplo de 7 a 14, en cantidades tales que (i) el contenido de bromo activo de la solución es al menos 100.000 ppm (peso/peso) y (ii) la relación atómica de nitrógeno a bromo activo de a y b es mayor que 1 cuando se usa bromo, y es mayor que 0,93 cuando se usa cloruro de bromo.
Sumario de la invención
Un objetivo de esta invención es permitir que el procedimiento de WO 99/62339 de propietario común se lleve a cabo no sólo de una manera comercialmente factible, sino, además, de una manera excepcionalmente eficaz sobre una base continua. Otro objetivo es permitir que un procedimiento de WO 99/62339 en el que al menos una porción del cloruro de bromo se está produciendo y usando continuamente como una de las alimentaciones continuas se lleve a cabo no sólo de una manera comercialmente factible y altamente eficaz sobre una base continua, sino además incluir un control del procedimiento eficaz, automático y continuo en tal procedimiento. Otros objetivos pueden aparecer más adelante aquí.
En una de sus modalidades, esta invención proporciona un procedimiento para producir una composición biocida líquida concentrada, procedimiento que comprende:
A)
alimentar continuamente a un aparato de mezcladura (i) cloruro de bromo y (ii) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico (preferiblemente una sal sódica de ácido sulfámico), proporcionada para producir un producto acuoso que tiene un contenido de bromo activo de al menos 100.000 ppm (peso/peso) y una relación atómica de nitrógeno a bromo activo de (i) y (ii) mayor que 0,93 (preferiblemente mayor que 1); y
B)
retirar dicho producto de dicho aparato de mezcladura a una velocidad suficiente para permitir que se mantenga la alimentación continua en A).
En una modalidad preferida, la solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico está presente en dicho aparato de mezcladura al que se está alimentando el cloruro de bromo. En otra modalidad preferida, el cloruro de bromo y la solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico se están alimentando continuamente a dicho aparato de mezcladura y el producto se extrae de dicho aparato de mezcladura a una velocidad suficiente para permitir que se mantenga la alimentación continua.
En otras modalidades, el cloruro de bromo se forma continuamente a partir de bromo y cloro, y al menos una porción del cloruro de bromo que se produce continuamente se usa como la alimentación continua de cloruro de bromo en la etapa A) previa. El cloruro de bromo se forma mediante la reacción de cantidades equimolares de bromo y cloro. Así, al formar el cloruro de bromo, pueden usarse cantidades equimolares de bromo y cloro. Sin embargo, esto no es necesario ya que puede usarse, y típicamente se usa, un exceso de bromo sobre la cantidad estequiométrica. Aunque puede usarse un exceso de cloro sobre la cantidad estequiométrica, esto es menos preferible ya que el producto biocida contendrá especies de cloro que son menos biocidamente activas que las especies de bromo activas. Así, en instalaciones de planta donde se requiere o se desea cloruro de bromo para uso o usos además del requerido para mantener la alimentación continua de (i) en la etapa A) previa, la producción continua del cloruro de bromo puede aumentarse a escala para servir a todos esos usos. El uso de un exceso estequiométrico de bromo con relación al cloro en la producción continua de cloruro de bromo produce una mezcla de cloruro de bromo y bromo. Tales mezclas son muy adecuadas para usar para producir composiciones biocidas líquidas concentradas de acuerdo con esta invención.
Una modalidad preferida incluye, además de las etapas A) y B) que se describen previamente, la siguiente operación simultánea, a saber, retirar continuamente, pero alternativamente, de al menos uno y a continuación de al menos otro de al menos dos recipientes de reacción una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico a una velocidad que mantenga dicha corriente de (ii) en A), y, durante el tiempo en el que la solución se está retirando de dicho al menos uno de al menos dos recipientes de reacción, formar una solución acuosa adicional de sal de metal alcalino de ácido sulfámico en dicho al menos otro de al menos dos recipientes de reacción de los que entonces no se está retirando la solución. De este modo, la solución acuosa de sulfamato de metal alcalino puede retirarse continuamente de uno o más depósitos ("Depósito o Depósitos I") para servir como la alimentación continua de (ii) en A), mientras se forma más de tal solución en uno o más depósitos diferentes ("Depósito o Depósitos II"), de modo que cuando el Depósito o los Depósitos I se agota o se agotan, el sistema se cambia hasta el Depósito o los Depósitos II que a continuación sirve o sirven como el suministro para la alimentación continua de (ii) en A) hasta que se agota o se agotan, y en ese momento se ha formado más de tal solución en el Depósito o los Depósitos I. Así, alternando el suministro y la producción de un depósito (o grupo de depósitos) a otro depósito (o grupo de depósitos) y cambiando una y otra vez entre los depósitos llenos como el suministro, la alimentación continua de la solución acuosa de sulfamato de metal alcalino puede mantenerse sin interrupción material.
Una modalidad particularmente preferida de esta invención es un procedimiento que comprende:
A)
alimentar continuamente a un aparato de mezcladura (i) una corriente de cloruro de bromo identificada más adelante en C) y (ii) una corriente de alimentación separada de una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico identificada más adelante en D), en proporciones que produzcan un producto acuoso que tiene un contenido de bromo activo de al menos 100.000 ppm (peso/peso) y una relación atómica de nitrógeno a bromo activo de (i) y (ii) mayor que 0,93;
B)
retirar el producto acuoso del aparato de mezcladura a una velocidad suficiente para permitir que se mantenga la alimentación continua en A);
C)
poner en contacto continuamente bromo y cloro en un recipiente en cantidades equimolares, o cantidades casi equimolares, y típicamente con un exceso estequiométrico de bromo, de modo que se produzca cloruro de bromo, y retirar continuamente de este recipiente una corriente de producto de cloruro de bromo que contiene típicamente bromo en exceso, a una velocidad que mantenga la alimentación de (i) en A), constituyendo al menos una porción de esta corriente de producto de cloruro de bromo la corriente de cloruro de bromo (i) de A); y
D)
retirar continuamente, pero alternativamente, de al menos uno y a continuación de al menos otro de al menos dos recipientes de reacción una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico a una velocidad que mantenga la corriente de (ii) en A), y, durante el tiempo en el que la solución se está retirando de al menos uno de los recipientes de reacción, formar solución acuosa adicional de sal de metal alcalino de ácido sulfámico en al menos otro de los recipientes de reacción del que no está siendo retirada solución.
En una de sus modalidades esta invención proporciona un procedimiento para producir una composición biocida líquida concentrada, procedimiento que comprende:
a)
formar continuamente cloruro de bromo a partir de corrientes de alimentación separadas de bromo y cloro manteniendo dichas corrientes bajo un control automático de la velocidad de alimentación por lo que las corrientes se proporcionan continuamente para entrar en contacto en cantidades equimolares, o cantidades casi equimolares, y típicamente con un exceso estequiométrico de bromo, para formar cloruro de bromo, que contiene típicamente bromo en exceso.
b)
formar continuamente un producto acuoso que tiene un contenido de bromo activo de al menos 100.000 ppm (peso/peso), un pH de al menos 7 y una relación atómica de nitrógeno a bromo activo mayor que 0,93:1, alimentando a un aparato de mezcladura corrientes de alimentación separadas de (i) cloruro de bromo formado en a) y (ii) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico, bajo un control automático de la velocidad de alimentación por el que las corrientes de alimentación se proporcionan continuamente para entrar en contacto en cantidades que producen un producto acuoso que tiene un contenido de bromo activo de al menos 100.000 ppm (peso/peso), un pH de al menos 7 y una relación de atómica de nitrógeno a bromo activo de (i) y (ii) mayor que 0,93:1; y
c)
retirar dicho producto acuoso de dicho aparato de mezcladura a una velocidad suficiente para permitir que se mantenga la alimentación continua en a) y b).
Preferiblemente, los controles automáticos de la velocidad de alimentación en a) y b) están bajo un control de flujo relativo en cascada jerarquizada.
Puesto que la reacción entre el cloruro de bromo y la solución de sulfamato de metal alcalino es exotérmica, es deseable controlar la temperatura de esta reacción de modo que la temperatura del producto acuoso que se forma no supere aproximadamente 50ºC, y preferiblemente esté en el intervalo de 25 a 40ºC, y lo más preferiblemente se mantenga a aproximadamente 30ºC. Tal control puede efectuarse, por ejemplo, haciendo pasar inmediatamente el efluente del aparato de mezcladura a través de un intercambiador de calor dispuesto próximamente para retirar el exceso de calor del efluente. Otro modo de efectuar tal control de la temperatura es preenfriar adecuadamente la solución acuosa de sulfamato de metal alcalino antes de que alcance el dispositivo de mezcladura de modo que la temperatura del efluente permanezca dentro de las condiciones de temperatura precedentes. Pueden utilizarse ambos de tales métodos de control de la temperatura, si se desea.
Otra modalidad del procedimiento previo incluye, además de las etapas a), b) y c) que se describen previamente, formar, periódicamente o continuamente, la solución de sulfamato de metal alcalino mediante la reacción entre ácido sulfámico y base de metal alcalino, tal como hidróxido de metal alcalino, en agua.
Una modalidad preferida de los procedimientos previos incluye la siguiente operación simultánea, a saber, retirar continuamente, pero alternativamente, de al menos uno y a continuación de al menos otro de los al menos dos recipientes de reacción una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico a una velocidad que mantenga la corriente de (ii) en b), y, durante el tiempo en el que la solución se está retirando de al menos uno de los al menos dos de tales recipientes de reacción, formar solución acuosa adicional de sal de metal alcalino de ácido sulfámico en al menos otro de tales recipientes de reacción del que no se está retirando entonces la solución. De este modo, puede retirarse continuamente solución acuosa de sulfamato de metal alcalino de uno o más depósitos ("Depósito o Depósitos I") para servir como la alimentación continua de (ii) en b), mientras se forma más de tal solución en uno o más depósitos distintos ("Depósito o Depósitos II"), de modo que cuando el Depósito o los Depósitos I se agotan, el sistema se cambia al Depósito o los Depósitos II que a continuación sirve o sirven como el suministro para la alimentación continua (ii) en A) hasta que se agota o agotan, y en ese momento se ha formado más de tal solución en el Depósito o los Depósitos I. Así, alternando el suministro y la producción de un depósito (o grupo de depósitos) a otro depósito (o grupo de depósitos) y cambiando una y otra vez entre los depósitos llenos como suministro, la alimentación continua de la solución acuosa de sulfamato de metal alcalino puede mantenerse sin interrupción material.
Otra modalidad preferida de los procedimientos previos incluye la siguiente operación simultánea, a saber, retirar continuamente una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico de existencias en circulación de sal de metal alcalino de ácido sulfámico, siendo la retirada a una velocidad que mantiene la corriente de (ii) en b), y reponer continuamente las existencias en circulación a partir del suministro de tal solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico desde un recipiente de reacción en el que se produce solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico al menos periódicamente en una cantidad suficiente para mantener al menos tales existencias en circulación. Manteniendo existencias en circulación de la solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico en una bomba alrededor de un circuito de circulación, sólo se requiere un recipiente de reacción para formar tal solución a partir de ácido sulfámico, una base de metal alcalino, tal como hidróxido de metal alcalino, y agua.
Las modalidades y características previas y otras de esta invención serán aún más evidentes a partir de la descripción resultante, los dibujos adjuntos y/o las reivindicaciones añadidas.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de flujo esquemático de un croquis de una planta adecuado para la práctica de los procedimientos continuos de esta invención.
La figura 2 es un diagrama de flujo esquemático de un croquis de una planta de esta invención en el que se incluye un sistema de control automático del flujo.
La figura 3 es un diagrama de flujo esquemático de otro croquis de una planta de esta invención en el que se incluye un sistema de control automático del flujo.
Descripción detallada adicional de la invención
Pueden usarse diversos tipos de aparatos de mezcladura en la práctica de esta invención. En una modalidad preferida el aparato de mezcladura comprende un mezclador estático. El mezclador estático puede ser de cualquier diseño y configuración adecuados con tal de que sea capaz de recibir continuamente las corrientes de alimentación continuas de cloruro de bromo y solución acuosa de sulfamato de metal alcalino, y descargar continuamente una mezcla formada a partir de estas corrientes de alimentación que es substancialmente uniforme en composición y así satisface las especificaciones del producto.
Otro aparato de mezcladura preferido comprende un recipiente equipado con un agitador mecánico. En este caso, el recipiente recibe continuamente las corrientes de alimentación continuas de cloruro de bromo y solución acuosa de sulfamato de metal alcalino, y descarga continuamente o intermitentemente una mezcla substancialmente uniforme formada a partir de estas corrientes de alimentación. El agitador mecánico puede programarse para funcionar continuamente o intermitentemente con tal de que la descarga del recipiente sea constantemente substancialmente uniforme en composición. Así, si la descarga del recipiente es intermitente, las alimentaciones continuas entrantes se agitan preferiblemente durante al menos la mayoría del tiempo en el que el recipiente está rellenándose hasta un volumen predeterminado, punto en el cual el contenido del recipiente se descarga más rápidamente que las alimentaciones entrantes totales hasta que el recipiente alcanza un volumen bajo predeterminado, punto en el cual la descarga se interrumpe de modo que el recipiente empieza a llenarse de nuevo. Por otra parte, si la descarga es continua, el sistema se diseña y se construye de modo que el volumen entrante total al recipiente y el volumen saliente simultáneo del recipiente permanezcan iguales y de modo que el recipiente contenga continuamente un volumen predeterminado de contenido que está siendo mezclado por el agitador mecánico. En tal caso, el agitador preferiblemente se hace funcionar continuamente.
El cloruro de bromo puede ser cloruro de bromo preformado mantenido y producido a partir de depósitos de almacenamiento. Preferiblemente, sin embargo, el cloruro de bromo está preparándose simultáneamente en un recipiente de reacción resistente a la corrosión adecuado sobre una base continua a partir de cantidades equimolares o cantidades casi equimolares, de bromo y cloro, y típicamente con un exceso de bromo. Según se indica previamente, la cantidad de cloruro de bromo que se produce continuamente puede ser igual que la cantidad de cloruro de bromo que se alimenta continuamente al aparato de mezcladura, y no existe otra necesidad o deseo de cantidades adicionales de cloruro de bromo. Pero si tales necesidades o deseos son otros, la cantidad de producción de cloruro de bromo puede aumentarse a escala para cumplir tales necesidades o deseos. El cloruro de bromo se forma típicamente poniendo en contacto los reaccionantes en cantidades equimolares, o cantidades casi equimolares, y típicamente estando el bromo en exceso, y manteniendo la temperatura de la mezcla en el intervalo de 10 a 50ºC.
El uso de cloruro de bromo como la fuente del bromo activo y las formulaciones biocidas líquidas estabilizadas concentradas producidas de acuerdo con la invención es altamente ventajoso. Cuando tales formulaciones biocidas se usan para tratar agua, la totalidad del bromo del cloruro de bromo se hace disponible como bromo activo en la solución altamente diluida resultante. En otras palabras, el cloro del cloruro de bromo se convierte en el procedimiento en sal de cloruro de metal alcalino disuelta, liberando de ese modo el bromo como el contenido de bromo activo de la composición biocida. Así, el componente más costoso del cloruro de bromo - a saber, el bromo - se utiliza completamente al formar bromo activo en la composición biocida acuosa, y simultáneamente el componente menos costoso - el cloruro aniónico en el cloruro de bromo - hace posible este resultado beneficioso.
El término "bromo activo" se refiere por supuesto a todas las especies que contienen bromo que son capaces de actividad biocida. Se acepta generalmente en la técnica que todo el bromo en el estado de oxidación +1 es biocidamente activo y se incluye así en el término "bromo activo". Como se sabe bien en la técnica, el bromo, el cloruro de bromo, el ácido hipobromoso, el ion hipobromito, el tribromuro de hidrógeno, el ion tribromuro y los compuestos organobromados en N tienen bromo en estado de oxidación +1. Así, estos, así como otras de tales especies hasta la extensión en la que se presentan, constituyen el contenido de bromo activo de las composiciones de esta invención. Véanse, por ejemplo, U.S. 4.382.799 y U.S. 5.679.239. Un método bien establecido en la técnica para determinar la cantidad de bromo activo en una solución es la valoración con almidón-yodo, que determina la totalidad del bromo activo en una muestra, independientemente de qué especie pueda constituir el bromo activo. La utilidad y la exactitud del método de almidón-yodo clásico para la determinación cuantitativa de bromo y muchos otros agentes oxidantes se ha usado desde hace mucho tiempo, como testimonio el Capítulo XIV de Willard-Furman, Elementary Quantitative Analysis, Tercera Edición, D. Van Nostrand Company, Inc., Nueva York, Copyright 1933, 1935, 1940.
Una valoración de almidón-yodo típica para determinar el bromo activo se lleva a cabo como sigue: un agitador magnético y 50 mililitros de ácido acético glacial se ponen en un matraz para yodo. La muestra (habitualmente aproximadamente 0,2-0,5 g) para la que ha de determinarse el bromo activo se pesa y se añade al matraz que contiene el ácido acético. Se añaden a continuación al matraz agua (50 mililitros) y yoduro potásico acuoso (15% (peso/peso); 25 mililitros). El matraz se tapa usando una junta hidráulica. La solución se agita a continuación durante quince minutos. Después de lo cual el matraz se destapa y el tapón y el área de la junta se enjuagan dentro del matraz con agua. Una bureta automática (Metrohm Limited) se rellena con tiosulfato sódico 0,1 normal. La solución en el matraz para yodo se valora con el tiosulfato sódico 0,1 normal; cuando se observa un color amarillo pálido, se añade 1 mililitro de una solución de almidón al 1% en peso en agua, cambiando el color de la solución en el matraz desde amarillo pálido hasta azul. La valoración con tiosulfato sódico continúa hasta que el color azul desaparece. La cantidad de bromo activo se calcula usando el peso de la muestra y el volumen de solución de tiosulfato sódico valorada. Así, la cantidad de bromo activo en una composición de esta invención, independientemente de la forma química real, puede determinarse cuantitativamente.
La solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico (sulfamato de metal alcalino) puede preformarse y originarse a partir de recipientes de almacenamiento al suministrar la otra alimentación continua al aparato de mezcladura. Sin embargo, se prefiere producir simultáneamente tal solución acuosa a una velocidad suficiente para al menos suministrar continuamente la cantidad requerida para mantener tal alimentación continua al aparato de mezcladura. Si existen otras necesidades o deseos para tal solución acuosa, la cantidad de solución producida puede aumentarse a escala para satisfacer tales necesidades o deseos.
Es posible formar la solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico mezclando ácido sulfámico seco con una base de metal alcalino soluble en agua también en estado seco y a continuación mezclar la mezcla de sólidos seca resultante con agua. También es posible formar la solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico mezclando ácido sulfámico seco con una solución acuosa de base de metal alcalino. Sin embargo, la solución acuosa de sulfamato de metal alcalino se forma preferiblemente mezclando entre sí una suspensión de ácido sulfámico en agua y una solución de la base de metal alcalino soluble en agua.
Cualquier base de metal alcalino inorgánica soluble en agua puede usarse al formar la solución acuosa de sulfamato de metal alcalino. Ejemplos de tales bases incluyen los óxidos, hidróxidos, carbonatos, bicarbonatos, acetatos, sulfatos y similares. Aunque puede usarse una sal o un óxido básico soluble en agua de cualquier metal alcalino, se prefieren las sales o los óxidos sódicos. Sin embargo, también son muy útiles las sales o los óxidos potásicos. Pueden usarse mezclas de dos o más bases sódicas solubles en agua, mezclas de dos o más bases potásicas solubles en agua o mezclas de una o más bases sólidas solubles en agua y una o más bases potásicas solubles en agua. Se prefieren altamente las soluciones acuosas de hidróxido sódico que pueden formarse a partir de óxido sódico o hidróxido sódico. Típicamente, la solución acuosa contendrá en el intervalo de 10 a 55% en peso de la base de metal alcalino, pero puede emplearse cualquier concentración de tal base que permita la formación de una solución acuosa de cloruro de bromo que cumpla los requisitos de pH de esta invención.
Además de tener un contenido de bromo activo de al menos 100.000 ppm (peso/peso), la solución acuosa concentrada de sulfamato de metal alcalino que emana del aparato de mezcladura tiene preferiblemente un pH de al menos 7, por ejemplo un pH en el intervalo de 7 a 14, y preferiblemente de más de 7 a aproximadamente 14. Lo más preferiblemente, esta solución es una solución de sulfamato de metal alcalino sobrebasificada con un pH en el intervalo de 13,0 a 13,7. El pH de la solución biocida concentrada está típicamente gobernado por el pH de la solución acuosa de sulfamato de metal alcalino usada como la alimentación al aparato de mezcladura.
Es posible que la solución que emana del aparato de mezcladura tenga un pH con un valor numérico inferior al deseado, y alimentar base adicional a la solución después de que se haya dejado que el aparato de mezcladura eleve el pH hasta el valor numérico deseado. Alternativamente, una solución acuosa separada de base de metal alcalino puede alimentarse simultáneamente y continuamente al aparato de mezcladura para alcanzar una solución de producto concentrado más alcalina (básica) que abandona el aparato de mezcladura. Sin embargo, ninguno de estos dos últimos procedimientos es un modo preferido de trabajar.
Por lo tanto, en los modos de trabajo preferidos las proporciones de las corrientes de alimentación continuas de cloruro de bromo y solución acuosa de sulfamato de metal alcalino al aparato de mezcladura son tales que (i) el contenido de bromo activo en la solución de producto resultante es al menos 100.000 ppm (peso/peso) y (ii) la relación atómica de nitrógeno a bromo activo de estas corrientes de alimentación es mayor que 0,93 y más preferiblemente está en el intervalo de 1,0 a aproximadamente 1,4.
Utilizando cloruro de bromo con sosa cáustica en la composición de bromo estabilizada, pueden alcanzarse niveles superiores de halógeno activo, en comparación con los niveles obtenidos mediante la adición de hipoclorito sódico a bromuro sódico. El procedimiento y las composiciones formadas también tienen aproximadamente dos veces el contenido de bromo activo que las soluciones más concentradas producidas de acuerdo con Goodenough y otros, Patente de EE.UU. Nº 3.558.503. Por otra parte, incluso con los altos niveles de bromo activo que existen en las composiciones de la invención, se ha encontrado posible proporcionar composiciones biocidas que mantienen estos altos niveles de bromo activo durante al menos un período de dos meses, y que no exhiben un vapor u olor visible o molesto durante este período.
En cada una de las modalidades de esta invención, la operación se efectúa preferiblemente de modo que la solución de producto concentrada producida en el procedimiento tenga un contenido de bromo activo en el intervalo de 120.000 ppm peso/peso (12% en peso) a 180.000 peso/peso (18% en peso). Además, en cada una de las modalidades de esta invención, la relación atómica de nitrógeno a bromo activo en la solución de producto concentrada es preferiblemente al menos 1:1, por ejemplo en el intervalo de 1,1 a 1,5. Pueden emplearse relaciones aún superiores, si se desea. Una relación atómica particularmente preferida es de 1,0:1 a 1,4:1.
Una de las características de esta invención es que se proporcionan composiciones biocidas acuosas que, aunque estén impurificadas, carecen o carecen esencialmente de bromato. En otras palabras, si está presente algo de bromato, la cantidad del mismo, según se determina mediante el uso del procedimiento de prueba descrito más adelante aquí, es tal que las composiciones biocidas acuosas concentradas de esta invención contienen bromato en una cantidad de hasta e incluyendo (es decir, no mayor que) 50 ppm (peso/peso) basado en el peso total de la composición biocida acuosa concentrada. De hecho, en composiciones biocidas acuosas concentradas preferidas de esta invención, este contenido de bromato está en el intervalo de 0 a aproximadamente 40 ppm (peso/peso) según se determina usando tal procedimiento de prueba.
Como se sabe en la técnica, el bromato es un componente muy poco deseable de los sistemas acuosos. Por ejemplo, la Patente de EE.UU. Nº 5.922.745 apunta que en 1995 the United States Environmental Protection Agency publicó un documento que identificaba algunos problemas sanitarios relacionados con la formación de bromato (G. Amy y otros, Water Supply, 1995, 13(1), 157), y que en el mismo año la carcinogénesis en animales estaba relacionada con la presencia de bajos niveles de bromato en el agua de bebida (J.K. Falwell y G. O'Neill, Water Supply, 1995, 13(1), 29). Aunque algún procesamiento previo alcanzaba reducciones en la cantidad de bromato formado cuando se producían biocidas acuosos que contienen bromo estabilizados, sigue existiendo una necesidad de reducciones adicionales en la cantidad de bromato presente en tales biocidas. De acuerdo con esta invención, se han hecho posible tales reducciones adicionales. Por otra parte, debido a esta invención, ahora es posible formar una composición biocida acuosa concentrada que tiene un contenido de bromo activo de al menos 100.000 ppm (peso/peso) y preferiblemente en el intervalo de 120.000 a 180.000 ppm (peso/peso) que no sólo carece o carece esencialmente de bromato, sino que desde sus comienzos ha carecido o carecido esencialmente de bromato. Así, en todas las fases en la producción, el manejo, el almacenamiento, el transporte y el uso de tales composiciones existe una posibilidad reducida de exposición a bromato. En lo que se sabe, no ha sido posible alcanzar tales resultados antes de esta invención. Por otra parte, el agua tratada de acuerdo con esta invención mediante la adición a la misma de una cantidad biocida eficaz de bromo activo da como resultado una dilución substancial ya que, en general, sobre una base peso/peso, serán suficientes dosificaciones en el agua tratada en el intervalo de 0,5 a 20 partes por millón de bromo (expresado como Br_{2}) y preferiblemente en el intervalo de 4 a 10 partes por millón de bromo (expresado como Br_{2}) en el medio acuoso que se trata para el control biocida y/o de biopelículas. Esto a su vez significa que la cantidad muy pequeña de bromato, si existe, presente en la solución acuosa concentrada de esta invención se reduce drásticamente en órdenes de magnitud en el agua que se trata mientras se alcanza el control microbiológico para el que se está usando la composición.
El procedimiento de prueba analítico que ha de usarse para determinar la concentración, si la hay, de bromato en las composiciones de esta invención es un procedimiento de cromatografía iónica en el que se emplea detección UV. El equipo requerido para efectuar este procedimiento es como sigue:
a)
Cromatógrafo Iónico - Dionex DX-500 o equivalente, equipado con un detector UV y un automuestreador.
b)
Dispositivo de Adquisición y Análisis de Datos - sistema de recogida y procesamiento de datos cromatográficos VAX MULTICHROM o equivalente.
c)
Columna Cromatográfica Iónica - columna de seguridad Dionex IonPac AG9-HC (p/n 051791) en línea con una columna Dionex IonPac AS9-HC (p/n 051786).
d)
Pipetas Volumétricas - cualquier tipo estándar de volumen adecuado.
e)
Viales del Automuestreador - 1 ml con tapas.
f)
Matraces Volumétricos - 100 ml.
g)
Jeringa - jeringa de plástico de 5 cc.
h)
Cartucho de Pretratamiento - OnGuard-H de Dionex (p/n 039596).
Los productos químicos requeridos para usar en el procedimiento son como sigue:
a)
Agua - agua desionizada con una resistividad específica de 17,8 megaohmios-cm o más.
b)
Carbonato Sódico - "Baker Analyzed"® calidad para reactivos o equivalente.
c)
Bromato Sódico - "Baker Analyzed"® calidad para reactivos o equivalente.
Las condiciones usadas para la cromatografía iónica son como sigue:
Eluyente: 4,5 milimoles (mM) de carbonato sódico
Caudal: 1,0 ml/minuto
Volumen de Inyección: 50 microlitros (\mul)
Intervalo del Detector: UV a 210 nanómetros (nm)
El eluyente se prepara disolviendo 0,4770 gramos del carbonato sódico en 1 litro del agua desionizada. Estos se mezclan bien y la solución se filtra a través de un filtro compatible 0.2 IC para desgasificar la solución. La solución estándar de bromato concentrado se prepara pesando 0,1180 gramos \pm 0,001 gramos del bromato sódico en un matraz volumétrico de 100 ml y diluyendo hasta el volumen con agua desionizada. Esto produce una solución que contiene 1.000 microgramos por mililitro de bromato. Esta solución de bromato concentrada debe elaborarse recientemente al menos una vez por semana. La solución estándar de trabajo de bromato se prepara pipeteando 100 microlitros de la solución estándar de bromato concentrada en un matraz volumétrico de 100 ml y rellenando el matraz hasta el volumen con agua desionizada. La solución se mezcla bien y da una concentración estándar de 1,0 microgramos por mililitro de bromato.
El procedimiento detalladado usado para efectuar el análisis de una solución acuosa de esta invención implica las siguientes etapas:
a)
Pésense 0,25 gramos de la solución de muestra en un matraz volumétrico de 100 ml. Rellénese hasta el volumen con agua desionizada y mézclese bien.
b)
Bárrase el cartucho OnGuard con 2 ml de agua desionizada.
c)
Cárguense 5 ml de la muestra a la jeringa unida al cartucho OnGuard, háganse pasar a un caudal de 2 mililitros por minuto y descártense los 3 primeros mililitros. Recójanse en un vial automuestreador de 1 ml y tápese para el análisis.
d)
Analícense las muestras, haciendo inyecciones por duplicado, usando las condiciones del instrumento de Cromatografía Iónica dadas previamente.
Los cálculos implicados en el procedimiento son como sigue:
a)
Patrón de Calibración: Para el bromato, calcúlese un factor de respuesta como sigue: R = A/C, donde R es el factor de respuesta, A son los conteos de área medios (2 inyecciones) y C es la concentración en microgramos por mililitro (\mug/ml).
b)
Muestras: ppm de bromato = A/(R x W), donde A es el área media de pico de muestra (2 inyecciones), R es el factor de respuesta y W es el peso de la muestra en gramos.
Los procedimientos de esta invención son procedimientos continuos e implican alimentaciones continuas al aparato de mezcladura. Además, algunas modalidades de la invención implican la formación continua de cloruro de bromo o la puesta en contacto continua de bromo y cloro para formar cloruro de bromo, o la retirada alternativa continua de una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico de al menos un recipiente de reacción mientras otra cantidad de tal solución se está formando en al menos otro de tales recipientes. En tales modalidades el término "continuo" o "continuamente" no significa excluir alimentaciones o retiradas interrumpidas. Generalmente, si se producen tales interrupciones, son de corta duración y son tales que no afectan materialmente a la operación en estado estacionario del procedimiento global, y también son tales que no provocan la producción de una cantidad significativa de solución de producto concentrada fuera de la especificación. Un ejemplo de tal interrupción no adversa ligera puede producirse cuando se cambia el flujo de la solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico desde al menos un recipiente de reacción hasta otro de tales recipientes, una operación a la que se hace referencia previamente como parte de una alimentación "continua". Con tal de que tal operación de cambio no interrumpa la operación o dé como resultado la formación de una cantidad significativa de solución de producto concentrada fuera de la especificación, tal interrupción es aceptable y está dentro de espíritu del término "continuo". Existe una excepción en la que el término "continuo" no permite la interrupción, a saber en cualquier caso en el que la operación tanto continua como no continua (por ejemplo, "intermitente") en una etapa u operación dada se mencionen ambas expresamente allí. Un ejemplo de esta excepción es la modalidad en la que el producto se retira continuamente del recipiente mencionado previamente que está equipado con un agitador mecánico. Tal retirada "continua" no se interrumpe debido a que en otra modalidad mencionada expresamente aquí, la retirada del mismo producto del mismo recipiente se describe específicamente como "intermitente". Así, ambas alternativas (continua y no continua) se mencionan expresamente en esta descripción.
Se hace referencia ahora a la figura 1 de los dibujos, que en gran parte se explican por sí mismos.
En el diagrama de flujo de planta representado esquemáticamente en la figura 1, corrientes equimolares, o corrientes casi equimolares, separadas de bromo y cloro se alimentan, preferiblemente de forma continua, a un reactor (10) con camisa agitado. El contenido del reactor (10) se mantiene típicamente a una temperatura en el intervalo de -30 a 30ºC a fin de que se produzca cloruro de bromo, preferiblemente continuamente. El cloruro de bromo se transmite continuamente al aparato (20) de mezcladura. Simultáneamente, ácido sulfámico, una solución acuosa al 15-25% en peso de hidróxido sódico y agua se cargan a un reactor (30) con camisa o un reactor (40) con camisa, y la mezcla resultante del mismo se agita y se mantiene a de 10 a 50ºC. El ácido sulfámico y el hidróxido sódico se proporcionan para producir en el reactor una solución acuosa de sulfamato sódico que tiene un pH que está preferiblemente en el intervalo de 13,0 a 14,0. El reactor (30) o (40) que no se está usando entonces para preparar tal solución acuosa de sulfamato sódico, contiene una solución acuosa idéntica elaborada previamente en el mismo de la misma manera. Una corriente de tal solución acuosa de sulfamato sódico se retira continuamente del reactor (30) o (40) (según pueda ser el caso) que contiene la solución elaborada previamente, y esta corriente se alimenta continuamente al aparato (20) de mezcladura. La reacción entre el cloruro de bromo y la solución de sulfamato sódico tiende a ser exotérmica. Por lo tanto, es deseable, particularmente en instalaciones a gran escala, enfriar la mezcla a medida que se forma. El efluente del aparato (20) de mezcladura es la formulación biocida acuosa estabilizada concentrada. Esta solución se transfiere del aparato (20) de mezcladura a un depósito (50) de almacenamiento o un recipiente equivalente tal como un vagón o un camión cisterna. Si el aparato (20) de mezcladura es un mezclador estático, el efluente del mezclador estático se transfiere continuamente al depósito (50) de almacenamiento. Por otra parte, si el aparato (20) de mezcladura es, por ejemplo, un recipiente equipado con un agitador mecánico, y tal recipiente se drena intermitentemente de modo que su contenido oscile entre contenidos altos y bajos de solución de producto, la transmisión de la solución de producto desde tal aparato (20) de mezcladura hasta el depósito (50) de almacenamiento es intermitente. Se incluyen medios (no mostrados) tales como válvulas que funcionan eléctricamente y dispositivos electrónicos asociados para detectar o señalar cuándo cerrar una válvula mientras se abre la otra, de modo que el flujo alternativo continuo de solución acuosa de sulfamato sódico desde uno y a continuación el otro de los reactores (30) y (40) al aparato (20) de mezcladura puede mantenerse sobre una base continua.
En lugar de las alimentaciones separadas representadas en la figura 1 de (1) ácido sulfámico, (2) una solución acuosa al 15-25% en peso de hidróxido sódico y (3) agua, que se alternan una y otra vez entre uno de los reactores (30) y (40) mientras el otro reactor se está drenando, flujos separados de la solución acuosa de hidróxido sódico y una suspensión acuosa preformada de ácido sulfámico pueden alimentarse alternativamente a estos reactores. Puede esperarse que otras variaciones y detalles en el diagrama de flujo de la planta esquemático representado y/o en el modo de operación sean fácilmente evidentes para los expertos en la técnica.
Controles automáticos de los flujos del procedimiento
En la práctica de esta invención, las diversas modalidades del procedimiento se llevan a cabo con controles automáticos de los flujos del procedimiento que se describen ahora. Diagramas de flujo ejemplares que implican tales controles automáticos de los flujos del procedimiento son representados esquemáticamente en las figuras 2 y 3. Ambos de tales diagramas utilizan el mismo método para alimentar simultáneamente bromo, cloro y sulfamato sódico. La diferencia entre los dos es que la figura 2 requiere dos recipientes. El primer recipiente se usa para neutralizar ácido sulfámico hasta sulfamato sódico. El segundo recipiente se usa como un depósito de alimentación para alimentar continuamente sulfamato sódico al resto del procedimiento. El diagrama de flujo de la figura 3 es un procedimiento en "una marmita" que usa un recipiente de un solo reactor para neutralizar continuamente ácido sulfámico y alimentar sulfamato sódico al resto del procedimiento.
Las siguientes descripciones del procedimiento que se refieren a las figuras 2 y 3 utilizan una lógica de control del procedimiento de retroalimentación. Una descripción de los elementos de instrumentación típicos se proporciona aquí para ayudar a entender mejor cómo funciona este procedimiento lógico.
Un circuito de control de retroalimentación (para el control del flujo) consiste en tres elementos: (1) un dispositivo sensor para medir el flujo, (2) una válvula de control para variar el flujo y (3) un controlador del flujo para dirigir la válvula de control para abrirla o cerrarla según sea necesario para mantener el flujo deseado.
Se han utilizado medidores del flujo másico de Coriolis Micro Motion en procedimientos pasados con una exactitud de flujo demostrada y se representan en las siguientes descripciones del procedimiento. Estos instrumentos están disponibles de Micro Motion, Inc. USA, 7070 Winchester Circle, Boulder, CO 80301. Estos instrumentos particulares usan la tecnología de Coriolis para proporcionar una indicación del caudal másico directo (en oposición a una indicación del flujo volumétrico que debe convertirse en unidades másicas y corregirse para la variación de la temperatura) y también contienen un transmisor de señal del flujo usado para proporcionar una señal del flujo de retroalimentación a un ordenador del sistema de control. La especificación de tamaño del medidor másico depende de la magnitud del flujo deseado, las características de densidad/viscosidad del líquido que fluye y la caída de presión inherente al sistema de conductos asociado.
Las válvulas de control automáticas típicas se accionan neumáticamente para elevar/disminuir un vástago en el cuerpo de la válvula. Una "aleta" trabajada a máquina precisamente y contorneada específicamente se une al vástago y reside internamente en el camino del flujo dentro del cuerpo de la válvula. La aleta sirve para variar el tamaño del orificio del flujo a medida que el vástago se mueve hacia arriba y hacia abajo. El tamaño de la aleta se especifica para proporcionar un intervalo de flujo particular para una caída de presión dada a través de la válvula. La señal de accionamiento neumático se proporciona típicamente a partir de un dispositivo I/P usado para convertir una señal electrónica de un controlador (medida habitualmente en miliamperios con un intervalo de 4-20 mA) hasta una señal neumática correspondiente (medida habitualmente en presión manométrica con un intervalo de 3-15 psig). Se suministra presión de aire al dispositivo I/P que a su vez suministra una presión precisa para accionar la válvula. El dispositivo I/P se calibra habitualmente en una escala de 0-100% de una señal electrónica de 4-20 mA para corresponder a una señal neumática de 3-15 psig en una escala de 0-100% del intervalo de flujo deseado (es decir, 4 mA = 3 psig = flujo 0, 20 mA = 15 psig = flujo 100%). La representación de los dispositivos I/P se ha omitido en los diagramas de flujo propuestos ya que se supone universalmente que se requiere. La especificación de tamaño de la válvula particular depende de la caída de presión deseada a través de la válvula, el tamaño del conducto y la selección de la aleta para proporcionar el intervalo de flujo deseado. Válvulas de control para tuberías de procesamiento de 1/2 pulgadas a 1 pulgada de diámetro están disponibles típicamente de Badger Meter, Inc. Industrial Division, 6116 East 15th St., Tulsa, OK 74158.
El controlador es el núcleo del circuito de control y es habitualmente una "caja negra" electrónica dentro del software de ordenador del sistema de control. La mayoría de los controladores son uno de tres tipos: Proporcional (P), Proporcional Integral (PI) o Proporcional Integral Derivado (PID). Los nombres reflejan qué tipo de acción de respuesta se adoptará para ajustar la señal de control. No se proporcionarán aquí descripciones en profundidad de cada tipo. La mayoría de los circuitos de control del flujo usan un controlador PI debido a la naturaleza de respuesta rápida de la válvula de medida y control del flujo.
El circuito de control de retroalimentación global funciona como sigue:
Un valor del flujo deseado (punto de referencia) se introduce en el controlador. Un dispositivo sensor mide el flujo de corriente (variable medida) y devuelve el valor del flujo de corriente al controlador. El controlador calcula el error entre la variable medida y el valor del punto de referencia deseado. El controlador suministra a continuación una señal al I/P y la válvula de control para variar la posición (variable manipulada) de la válvula de control para que el flujo incrementado o reducido minimice el error entre los valores del flujo real y deseado. La determinación de cuán rápidamente o cuánto varía la posición de la válvula de control depende de los parámetros de reglaje suministrados al controlador para la respuesta Proporcional Integral. El circuito de control se "afina" cambiando estos parámetros para alcanzar una respuesta óptima (minimización del error) para perturbaciones del procedimiento o cambios del punto de referencia.
Los procedimientos de las figuras 2 y 3 utilizan el control del flujo relativo en cascada jerarquizada para producir continuamente las composiciones biocidas líquidas concentradas. El control de relaciones en cascada se basa en circuitos de control de retroalimentación. Para este tipo de control, una corriente de materia primaria se controla en un punto de referencia de flujo deseado. El transmisor de flujo que proporciona respuesta de retroalimentación al controlador, habitualmente llamado el controlador maestro, también envía una señal de flujo a un controlador de relaciones. Esta señal se convierte en el punto de referencia para un segundo controlador del flujo de corriente de material y de ahí el término cascada. Este controlador, habitualmente denominado el controlador esclavo, proporciona una señal a una válvula de control que controla el flujo de una segunda corriente de material. Un elemento de flujo en la segunda corriente mide el flujo y devuelve una señal al controlador del flujo relativo. El controlador secundario calcula el error entre el valor del flujo medido y el punto de referencia suministrado remotamente. El controlador secundario proporciona a continuación una señal para variar la segunda válvula de control y de acuerdo con esto para mantener el flujo secundario como una relación del flujo primario.
Los controladores del flujo están contenidos habitualmente como elementos de bloques individuales dentro del software de operación de un sistema de ordenador para el control del procedimiento. Un sistema de control típico es un Sistema de Control Distribuido (DCS) Foxboro I/A.
Se hace ahora referencia específicamente a la figura 2. Esta figura describe un sistema de control del flujo en el que el sulfamato de metal alcalino formado es sulfamato sódico, que usa hidróxido sódico. Sin embargo, el sistema es aplicable al uso de otros sulfamatos de metal alcalino formados usando bases solubles en agua distintas al hidróxido sódico. La base de control para el procedimiento de la figura 2 es el sistema de control del flujo relativo en cascada jerarquizada empleado para controlar simultáneamente el caudal de cloro a una relación fijada de un caudal de bromo deseado. El caudal de bromo/cloro total combinado se usa a continuación para controlar simultáneamente el caudal de sulfamato sódico a una relación deseada del caudal de bromo/cloro.
Uno de los recipientes representados se usa para neutralizar ácido sulfámico para formar sulfamato sódico. La carga de agua deseada se añade a tal recipiente. El ácido sulfámico sólido se carga desde bolsas o sacos individuales al mismo recipiente con agitación para formar una solución acuosa de ácido sulfámico. Una solución acuosa de sosa cáustica (NaOH) al 25% se alimenta a la solución de ácido sulfámico para formar sulfamato sódico acuoso. La solución de sulfamato sódico se transfiere a continuación a través de la presión de una bomba al segundo recipiente representado que está equipado con un circuito de circulación alrededor de la bomba. Una corriente de alimentación procedente del circuito de circulación se usa para alimentar sulfamato sódico a la porción continua restante del procedimiento.
Se alimenta continuamente bromo líquido desde un recipiente de suministro de bromo presurizado. El bromo (corriente primaria) fluye a través de un medidor del flujo másico Micro Motion y a continuación a través de una válvula de control automática. El caudal de bromo deseado se introduce como un punto de referencia al controlador del flujo de bromo (controlador maestro). El controlador del flujo envía a continuación una señal a la válvula de control de bromo para variar el flujo para mantener el caudal deseado. Una válvula de comprobación de una vía se instala aguas abajo de la válvula de control de bromo para prevenir el reflujo a la línea de suministro de bromo.
Se suministra continuamente cloro líquido desde un recipiente de suministro a granel mediante presión de vapor del depósito o aumentado con presión de nitrógeno. El cloro (corriente secundaria) fluye a través de un medidor del flujo másico Micro Motion y a continuación a través de una válvula de control automática. La señal del caudal del medidor/transmisor primario del flujo másico de bromo se envía al controlador del caudal de cloro como un punto de referencia remoto. El controlador del flujo relativo de cloro envía a continuación una señal a la válvula de control de cloro para variar el flujo de cloro como una relación del caudal de bromo. Una válvula de comprobación de una vía se instala aguas abajo de la válvula de control de cloro para prevenir el reflujo al conducto de suministro de cloro.
Los conductos de bromo y cloro se ponen en contacto en un mezclador estático de varios elementos, disponible comúnmente de Koch Engineering Company, Inc., P.O. Box 8127, Wichita, KS 67208. El mezclador estático funciona para proporcionar mezcladura en línea dinámica con un espacio lineal mínimo y sin partes móviles.
Las señales del caudal de los medidores/transmisores de flujo másico tanto de bromo como de cloro se envían al sistema de control computarizado y se suman entre sí para obtener un caudal global de ambas corrientes. El valor del caudal global se envía a continuación a un segundo controlador del flujo relativo como un punto de referencia remoto para la corriente de sulfamato sódico. La corriente de sulfamato sódico se suministra a partir de la presión de la bomba del circuito de circulación accionado con bomba en el segundo recipiente representado. Esta corriente fluye a través de un medidor del flujo másico Micro Motion y a continuación a través de una válvula de control automática. La señal del caudal del medidor/transmisor del flujo másico de sulfamato sódico se envía al controlador de relaciones que envía una señal a la válvula de control para variar el caudal de sulfamato sódico como una relación del caudal de bromo/cloro combinado. Una válvula de comprobación de una vía se instala aguas abajo de la válvula de control de sulfamato sódico para prevenir el reflujo en el conducto de suministro de sulfamato sódico.
La corriente de sulfamato sódico y la corriente de bromo/cloro combinada que sale del primer mezclador estático se ponen en contacto en un segundo mezclador estático de varios elementos. La corriente saliente de este mezclador estático es la composición biocida líquida concentrada, que se envía a un depósito de almacenamiento de producto a granel.
La ventaja del sistema del flujo de procedimiento de la figura 2 es que la preparación de la solución de sulfamato sódico puede tener lugar fuera de la porción continua del procedimiento. El agua, la sosa cáustica y el ácido sulfámico pueden cargarse como operaciones discontinuas normales con una gran solución que se prepara por adelantado y se transfiere al recipiente de alimentación de sulfamato sódico según se requiera. Adicionalmente, todo el procedimiento puede controlarse introduciendo un solo punto de referencia para el caudal de bromo deseado. Todos los otros caudales de material se obtienen como puntos de referencia remotos internos. Debe apuntarse que la magnitud de las relaciones de flujo deseadas para los controladores de las relaciones se configuran típicamente dentro del controlador individual como parámetros de referencia en oposición a valores del punto de referencia introducidos por el usuario.
Se considerarán ahora los flujos del procedimiento y los sistemas de control de la figura 3. Como es el caso de la figura 2, la figura 3 se describe con referencia a un sistema de control del flujo en el que el sulfamato de metal alcalino es sulfamato sódico. Sin embargo, el sistema es aplicable al uso de cualquier sulfamato de metal alcalino soluble en agua formado usando otras bases de metales alcalinos solubles en agua.
El procedimiento de la figura 3 elimina el segundo recipiente representado en la figura 2, el recipiente que se usa en la figura 2 como un recipiente de suministro de sulfamato sódico. El sistema global de la figura 3 incluye elementos de control adicionales para el único recipiente de la figura 3 para neutralizar continuamente ácido sulfámico y para alimentar solución de sulfamato sódico al procedimiento. El procedimiento de mezcladura continua para alimentar bromo, cloro y sulfamato sódico continúa como en la figura 2.
En el procedimiento de la figura 3, una solución acuosa de sosa cáustica al 25% se alimenta al recipiente de reacción representado a través de un medidor del flujo másico Micro Motion y a continuación a través de una válvula de control automática. Un punto de referencia del caudal de sosa cáustica deseado se introduce en el controlador del caudal de sosa cáustica. El controlador del flujo de sosa cáustica envía a continuación una señal a la válvula de control para variar adecuadamente el flujo de sosa cáustica para mantener el caudal deseado. La señal del caudal procedente del medidor/transmisor del flujo másico de sosa cáustica también se envía como un punto de referencia remoto a un controlador del flujo relativo de agua.
Se alimenta agua al recipiente de reacción representado a través de un medidor del flujo másico Micro Motion y a continuación a través de una válvula de control automática. El controlador de la relación de agua envía a continuación una señal a la válvula de control para variar el flujo de agua como una relación del caudal de sosa cáustica.
Se carga ácido sulfámico sólido al recipiente representado a un caudal de acuerdo con el flujo de agua/sosa cáustica para proporcionar la concentración de ácido sulfámico/sulfamato sódico necesaria dentro del recipiente. Una válvula Rotolock se instala típicamente en el conducto de carga de sólidos para efectuar la alimentación de sólidos a un caudal fijado. Este tipo de válvula es una válvula giratoria de varias palas acoplada a un motor de corriente continua (DC) con un controlador de la velocidad. La velocidad del motor se ajusta para proporcionar la velocidad de alimentación de sólidos deseada (según se determina a partir de una calibración separada para velocidad frente a caudal). El sistema Rotolock puede mejorarse adicionalmente dotando de instrumentos para el control automático de la retroalimentación. Este se efectúa habitualmente montando la tolva para sólidos que alimenta la válvula Rotolock sobre cubas de pesada. Para esta disposición, una velocidad de alimentación de sólidos deseada se introduce en un controlador de la alimentación. El controlador envía una señal al motor para que acelere o frene para alcanzar el caudal deseado. El caudal de sólidos se obtiene mediante el cálculo interno de la pérdida de peso a lo largo del tiempo desde la tolva para sólidos. Si el sistema de carga de ácido sulfámico estaba dotado de instrumentos para el control automático, la extensión lógica sería enviar la señal del caudal de sólidos al controlador del flujo de sosa cáustica como un punto de referencia remoto para el flujo de sosa cáustica deseado. Puesto que esta etapa consiste en una reacción de neutralización, se requiere una cierta cantidad de tiempo de permanencia para la neutralización completa hasta sulfamato sódico. La información disponible indica que la neutralización está limitada en transferencia de masa por la velocidad de alimentación de sosa cáustica y también por la capacidad de enfriamiento del reactor. Esta neutralización es algo exotérmica y requiere el enfriamiento para eliminar el calor generado. Un circuito de circulación accionado por bomba es un modo de proporcionar un tiempo de permanencia suficiente si el caudal de sulfamato sódico requerido para el resto del procedimiento no es excesivamente grande.
El bromo, el cloro y el sulfamato sódico se alimentan a continuación idénticamente al procedimiento de la figura 2. El sulfamato sódico se alimenta continuamente tomando una corriente de alimentación del circuito de circulación accionado con bomba del recipiente de reacción representado y haciéndola fluir a través de un medidor del flujo másico y una válvula de control. El caudal deseado se obtiene como un punto de referencia remoto para un controlador del flujo relativo a partir de la suma de la velocidad de alimentación de bromo/cloro total.
La ventaja del procedimiento de la figura 3 es la eliminación de un recipiente del procedimiento. Esta eliminación está neutralizada, al menos en alguna extensión, por el coste de elementos de control adicionales requeridos para alimentar agua, sosa cáustica y ácido sulfámico.
Se entenderá y apreciará ahora que los sistemas de control automático del flujo descritos aquí pueden utilizarse eficazmente en diagramas de procedimiento distintos a los representados en las figuras 2 y 3. Un ejemplo de tales otros diagramas de procedimiento se describe con referencia a la figura 1.
Aunque las reivindicaciones más adelante aquí puedan referirse a substancias, componentes y/o ingredientes en sentido presente ("comprende" o "es"), la referencia es a la substancia, el componente o el ingrediente según existía en el momento justo antes de que se pusiera en contacto, se combinara o se mezclara con una o más de otras substancias, componentes y/o ingredientes, o si se formaba en solución, según existiría si no se formara en solución, todo de acuerdo con la presente descripción. No importa que una substancia, un componente o un ingrediente pueda haber perdido su identidad original a través de una reacción o transformación química durante el transcurso de tal contacto, combinación, mezcladura o formación in situ, si se efectúa de acuerdo con la descripción.
La invención es susceptible a una variación considerable en su práctica. Por lo tanto, la descripción precedente no pretende limitar, y no debe considerarse que limite, la invención a las ejemplificaciones particulares presentadas previamente aquí. En cambio, lo que se pretende cubrir es lo que se indica en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (39)

1. Un procedimiento para producir una composición biocida líquida concentrada, procedimiento que comprende:
A)
alimentar continuamente a un aparato de mezcladura (i) cloruro de bromo y (ii) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico, proporcionada para producir un producto acuoso que tiene un contenido de bromo activo de al menos 100.000 ppm (peso/peso) y una relación atómica de nitrógeno a bromo activo de (i) y (ii) mayor que 0,93:1; y
B)
retirar dicho producto de dicho aparato de mezcladura a una velocidad suficiente para permitir que se mantenga la alimentación continua en A).
2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además formar continuamente dicho cloruro de bromo a partir de bromo y cloro.
3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho cloruro de bromo se forma continuamente poniendo en contacto continuamente bromo y cloro en un recipiente tal que se produce cloruro de bromo, y retirando continuamente de dicho recipiente una corriente de producto de cloruro de bromo a una velocidad que mantenga la alimentación de (i) en A), constituyendo al menos una porción de dicha corriente de producto de cloruro de bromo la corriente de cloruro de bromo (i) de A).
4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho cloruro de bromo se forma continuamente retirando continuamente, pero alternativamente, de al menos uno y a continuación de al menos otro de al menos dos recipientes de reacción una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico a una velocidad que mantenga dicha corriente de (ii) en A), y, durante el tiempo en el que se está retirando la solución de dicho al menos uno de al menos dos recipientes de reacción, formar solución acuosa adicional de sal de metal alcalino de ácido sulfámico en dicho al menos otro de al menos dos recipientes de reacción del que no se está retirando entonces solución.
5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho cloruro de bromo se forma continuamente poniendo en contacto continuamente bromo y cloro en un recipiente tal que se produce cloruro de bromo, y retirando continuamente de dicho recipiente una corriente de producto de cloruro de bromo a una velocidad que mantenga la alimentación de (i) en A), constituyendo al menos una porción de dicha corriente de producto de cloruro de bromo la corriente de cloruro de bromo (i) de A); y retirando continuamente, pero alternativamente, de al menos uno y a continuación de al menos otro de al menos dos recipientes de reacción una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico a una velocidad que mantenga la corriente de (ii) en A), y, durante el tiempo en el que la solución se está retirando de al menos uno de los recipientes de reacción, formar solución acuosa adicional de sal de metal alcalino de ácido sulfámico en al menos otro de los recipientes de reacción del que no se está retirando entonces solución.
6. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que (ii) en A) es una solución acuosa de la sal sódica de ácido sulfámico, y en el que dicha relación atómica es al menos 1:1.
7. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que dicho contenido de bromo activo está en el intervalo de 120.000 ppm (peso/peso) a 180.000 ppm (peso/peso) y dicha relación atómica está en el intervalo de 1,0:1 a 1,4:1.
8. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que dicho aparato de mezcladura comprende un mezclador estático.
9. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que dicho aparato de mezcladura comprende un recipiente equipado con un agitador mecánico.
10. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que dicho producto se retira intermitentemente de dicho recipiente.
11. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que dicho producto se retira continuamente de dicho recipiente.
12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, en el que dicho aparato de mezcladura comprende un mezclador estático y en el que dicha solución acuosa adicional de sal de metal alcalino de ácido sulfámico se forma a partir de una base de metal alcalino, ácido sulfámico y agua.
13. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, en el que dicho aparato de mezcladura comprende un mezclador estático, en el que dicha solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico es una solución acuosa de sulfamato sódico y en el que dicha solución acuosa adicional de sal de metal alcalino de ácido sulfámico se forma a partir de una base sódica soluble en agua, ácido sulfámico y agua.
14. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, en el que dicha base sódica es una solución acuosa de hidróxido sódico y en el que el sulfamato sódico se forma como una solución acuosa cargando a un reactor (i) una solución acuosa de hidróxido sódico y (ii) una suspensión de ácido sulfámico en agua o (iii) cargas separadas de ácido sulfámico y agua o (iv) tanto (ii) como (iii).
15. Un procedimiento para producir una composición biocida líquida concentrada, procedimiento que comprende:
a)
formar continuamente cloruro de bromo a partir de corrientes de alimentación separadas de bromo y cloro manteniendo dichas corrientes bajo un control automático de la velocidad de alimentación por lo que las corrientes se proporcionan continuamente para entrar en contacto para formar cloruro de bromo;
b)
formar continuamente un producto acuoso que tiene un contenido de bromo activo de al menos 100.000 ppm (peso/peso), un pH de al menos 7 y una relación atómica de nitrógeno a bromo activo mayor que 0,93:1, alimentando continuamente a un aparato de mezcladura corrientes de alimentación separadas de (i) cloruro de bromo formado en a) y (ii) una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico, bajo un control automático de la velocidad de alimentación por el que las corrientes de alimentación se proporcionan continuamente para entrar en contacto en cantidades que producen un producto acuoso que tiene un contenido de bromo activo de al menos 100.000 ppm (peso/peso), un pH de al menos 7 y una relación de atómica de nitrógeno a bromo activo de (i) y (ii) mayor que 0,93:1; y
c)
retirar dicho producto acuoso de dicho aparato de mezcladura a una velocidad suficiente para permitir que se mantenga la alimentación continua en a) y b).
16. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en el que dichos controles automáticos de la velocidad de alimentación en a) y b) están bajo un control de flujo relativo en cascada jerarquizada.
17. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en el que la temperatura del producto acuoso que se forma en b) se controla de modo que tal temperatura no supere aproximadamente 50ºC.
18. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 17, en el que dicha temperatura se mantiene a aproximadamente 30ºC.
19. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 17 ó 18, en el que dicho control de la temperatura se efectúa haciendo pasar el efluente desde el aparato de mezcladura a través de un intercambiador de calor dispuesto próximamente para retirar el calor en exceso del efluente.
20. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 17 ó 18, en el que dicho control de la temperatura se efectúa preenfriando la solución acuosa de sulfamato de metal alcalino antes de que alcance dicho dispositivo de mezcladura.
21. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en el que (ii) en b) es una solución acuosa de la sal sódica de ácido sulfámico, y en el que dicha relación atómica es al menos 1:1.
22. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 21, en el que dicho contenido de bromo activo está en el intervalo de 120.000 ppm (peso/peso) a 180.000 ppm (peso/peso) y dicha relación atómica está en el intervalo de 1,0:1 a 1,4:1.
23. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 21 ó 22, en el que los controles automáticos de la velocidad de alimentación en a) y b) están bajo control del flujo relativo en cascada jerarquizada; en el que la temperatura del producto acuoso que se forma en b) se controla de modo que tal temperatura no supere aproximadamente 50ºC; y en el que dicho aparato de mezcladura comprende un mezclador estático.
24. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 21 ó 22, en el que dichos controles automáticos de la velocidad de alimentación en a) y b) están bajo control del flujo relativo en cascada jerarquizada; en el que la temperatura del producto acuoso que se forma en b) se controla de modo que tal temperatura no supere aproximadamente 50ºC; y en el que dicho aparato de mezcladura comprende un recipiente equipado con un agitador mecánico.
25. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, que comprende además producir la solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico en una cantidad suficiente para al menos mantener la alimentación continua de (ii) en b).
26. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, que comprende además retirar continuamente, pero alternativamente, de al menos uno y a continuación de al menos otro de los al menos dos recipientes de reacción una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico a una velocidad que mantenga la alimentación continua de (ii) en b), y, durante al menos parte del tiempo en el que la solución se está retirando de al menos uno de al menos dos de tales recipientes de reacción, formar solución acuosa adicional de sal de metal alcalino de ácido sulfámico en al menos otro de tales recipientes de reacción del que no se está entonces retirando la solución.
27. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 26, en el que (ii) en b) es una solución acuosa de la sal sódica de ácido sulfámico, y en el que dicha relación atómica es al menos 1:1.
28. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 27, en el que dicho contenido de bromo activo está en el intervalo de 120.000 ppm (peso/peso) a 180.000 ppm (peso/peso) y dicha relación atómica está en el intervalo de 1,0:1 a 1,4:1.
29. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 27 ó 28, en el que los controles automáticos de la velocidad de alimentación en a) y b) están bajo control del flujo relativo en cascada jerarquizada; en el que la temperatura del producto acuoso que se forma en b) se controla de modo que tal temperatura no supere aproximadamente 50ºC; y en el que dicho aparato de mezcladura comprende un mezclador estático.
30. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 27 ó 28, en el que dichos controles automáticos de la velocidad de alimentación en a) y b) están bajo control del flujo relativo en cascada jerarquizada; en el que la temperatura del producto acuoso que se forma en b) se controla de modo que tal temperatura no supere aproximadamente 50ºC; y en el que dicho aparato de mezcladura comprende un recipiente equipado con un agitador mecánico.
31. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, que comprende además retirar continuamente una solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico de existencias en circulación de sal de metal alcalino de ácido sulfámico, siendo la retirada a una velocidad que mantiene la corriente continua de (ii) en b), y reponer continuamente las existencias en circulación a partir de un suministro de tal solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico a partir de un recipiente de reacción en el que se produce solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico al menos periódicamente en cantidad suficiente para al menos mantener tales existencias en circulación.
32. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 31, en el que (ii) en b) es una solución acuosa de la sal sódica de ácido sulfámico y en el que dicha relación atómica es al menos 1:1.
33. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 32, en el que dicho contenido de bromo activo está en el intervalo de 120.000 ppm (peso/peso) a 180.000 ppm (peso/peso) y dicha relación atómica está en el intervalo de 1,0:1 a 1,4:1.
34. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 32 ó 33, en el que los controles automáticos de la velocidad de alimentación en a) y b) están bajo control del flujo relativo en cascada jerarquizada; en el que la temperatura del producto acuoso que se forma en b) se controla de modo que tal temperatura no supere aproximadamente 50ºC; y en el que dicho aparato de mezcladura comprende un mezclador estático.
35. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 32 ó 33, en el que dichos controles automáticos de la velocidad de alimentación en a) y b) están bajo control del flujo relativo en cascada jerarquizada; en el que la temperatura del producto acuoso que se forma en b) se controla de modo que tal temperatura no supere aproximadamente 50ºC; y en el que dicho aparato de mezcladura comprende un recipiente equipado con un agitador mecánico.
36. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 25, en el que dicha solución acuosa de sal de metal alcalino de ácido sulfámico se forma a partir de una base sódica soluble en agua, ácido sulfámico y agua.
37. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en el que dicho pH está en el intervalo de 13,0 a 13,7.
38. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, en el que dicho pH está en el intervalo de 13,0 a 13,7.
39. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 24, en el que dicho pH está en el intervalo de 13,0 a 13,7.
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