Aula industrias de cloro e alcalis

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INDÚSTRIAS DO CLORO E ÁLCALISINDÚSTRIAS DO CLORO E ÁLCALIS
Unidade 3 Indústrias do cloro e álcalis - cloro, soda cáustica, 
hidrogênio, ácido clorídrico
- Fundamentos
- Matérias-primas
- Etapas do processo de produção
- Reações químicas envolvidas
Álcalis
● Barrilha: 
● Na
2
CO
3
.
● Consumo próximo ao ácido sulfúrico e a amônia.
Processo Leblanc
● NaCl + H
2
SO
4
 
● Thenardita 
● Calcinação em C e calcário – lixiviação da cinza negra = Na
2
CO
3
.
● Reação:
Na
2
SO
4
 + CaCO
3
 + C Na
2
CO
3
 + CaS + CO
2
● O principal problema do processo Leblanc eram os danos ao meio 
ambiente, para cada 8 toneladas de carbonato de sódio produzido, 
eram produzidos 7 toneladas de sulfeto de cálcio e liberados 5,5 
toneladas de ácido clorídrico. O sulfeto de cálcio vinha na forma de 
um sólido preto, insolúvel e de forte odor, que era depositado em 
aterros, onde ia gradualmente liberando gás sulfídrico.
Inconvenientes do Processo Leblanc
Processo Solvay
● Matérias primas:
- cloreto de sódio (usado na forma de salmora 
natural ou artificial, saturada).
- amônia (reagente cíclico no processo);
- carbonato de cálcio (granulometria correta entre 
10 e 20 cm).
- coque (calcinar o calcário e fornecer CO
2
).
Processo Solvay
Processo Solvay
Processo Solvay
Preparação e purificação 
da salmoura: mineração e 
solubilização (op) / 
purificação da salmora.
Amoniação da salmoura: solubilização do NH
3
 
na salmoura purificada (op e cq) / solubilização 
do CO
2 
 na salmoura purificada (op e cq)
Carbonatação da salmoura 
amoniada: formação do 
bicarbonato de amônio/ 
bicarbonato de sódio.
Calcinação do calcário com 
coque para produzir CO
2
 e CaO 
 (cq).
Calcinação do bicarbonato de sódio (cq) .
Armazenamento e empacotamento do 
carbonato de sódio.
● Reações envolvidas:
CaCO
3
 → CaO + CO
2
C + O
2
 → CO
2
CaO + H
2
O → Ca(OH)
2
NH
3
 + H
2
O → NH
4
OH
NH
4
OH + CO
2
 → (NH
4
)
2
CO
3 
+ H
2
O
(NH
4
)
2
CO
3
 + CO
2
 + H
2
O → 2NH
4
HCO
3
NH
4
HCO
3
 + NaCl → NH
4
Cl + NaHCO
3
2NaHCO
3
 → Na
2
CO
3
 + CO
2
 + H
2
O
NH
4
Cl + Ca(OH)
2
 → 2NH
3
 + CaCl
2
CaCO
3
 + 2NaCl → Na
2
CO
3 
+ CaCl
2
FABRICAÇÃO DO CLORO E DA SODA 
CÁUSTICA
Em função da forma de obtenção da soda cáustica ser 
diretamente ligada à produção de Cloro, temos que os 
produtores de ambos tendem a ser os mesmos:
· Carbocloro – São Paulo
· Brasken - Alagoas
· Bayer– Rio de Janeiro
· DuPont – Barueri – SP
· De Nora - Sorocaba - São Paulo
· SASIL–Distrib. de Produtos Químicos – Salvador - BA
· Solvay - São Paulo
· Eltech – São Paulo
· Dow - São Paulo e Compl. Indl de Aratú –BA
FABRICAÇÃO DO CLORO E DA SODA 
CÁUSTICA
FABRICAÇÃO DO CLORO E DA SODA 
CÁUSTICA
ELETRÓLISE DA SALMORA
ÂNODO CÁTODO
Cl
2(g)
H
2(g)
 + NaOH
SEPARAÇÃO
Modelos Engenhosos 
para separação dos 
produtos
TIPOS DE CUBAS 
CUBAS A DIAFRAGMA: as cubas contêm um diafragma que 
separa o anodo do cátodo. Tais cubas podem ser compactas 
pois permitem que os eletrodos possam ser colocados bem 
juntos. O diafragma possibilita o escoamento da salmoura do 
anodo para o catodo.
CUBAS A MERCÚRIO: produzem um NaOH mais puro, mas a 
pequena perda de mercúrio para o ambiente provoca graves 
problemas (doença de minamata).
CUBAS A DIAFRAGMA
CUBAS A DIAFRAGMA
CUBAS A DIAFRAGMA
CUBAS A DIAFRAGMA
Purificação da salmoura
A salmoura após um aquecimento prévio, é adicionada a ela, íons OH- e CO
3
2- 
a quente, ocorrendo as seguintes reações de precipitação:
Ca2+ + CO
3
2- → CaCO
3(s)
Mg2+ + CO
3
2- → MgCO
3(s)
Fe3+ + CO
3
2- → Fe
2
(CO
3
)
2(s)
Fe3+ + OH- → Fe(OH)
3(s)
Mg2+ + OH- → Mg(OH)
2(s)
Eliminando assim o cálcio, o ferro e o magnésio. Em alguns casos, 
removem-se os sulfatos por meio do BaCl
2
.
Neutralização da salmoura
Após ser realizada a etapa anterior, a solução de salmoura apresenta-se 
muito básica, então se torna necessário neutralizá-la para realizarmos a 
eletrólise.
NaOH + HCl → NaCl + H
2
O
Aquecimento da salmoura a 65ºC para iniciar a eletrólise
CUBAS A DIAFRAGMA
Eletrólise do NaCl em cubas a diafragma
Para o anodo dirigem-se os anions 2Cl- e OH-. Como a facilidade de perder 
elétrons do Cl- é maior do que do OH-, ocorre a descarga dos íons Cl-, 
conforme a reação abaixo:
Cl
2
 + 2e- → 2Cl- Eº = 1,36 V
Para o catodo dirigem-se o 2Na+ e 2H+ . Como a facilidade do H+ em 
ganhar elétrons é maior do que do Na +, ocorre à descarga dos íons H+
da água. Como a ionização da água é muito baixa, ocorre à descarga da 
própria água, conforme a reação abaixo:
2H
2
O + 2e- → H
2
 + 2OH- Eº = -0.83 V
Esta eletrólise obtém H
2
 e Cl
2
, e como subproduto o NaOH
Evaporação e filtração do sal
Em virtude de a eficiência de decomposição das células eletrolíticas estar na 
faixa de 50%, metade do NaCl inicial está na solução diluída de soda 
cáustica, portando, necessita-se:
- Concentrar a solução de NaOH que está a 10-12% a 50%, para diminuir a 
solubilidade de NaCl na solução e assim retornar este ao sistema.
- A soda diluída proveniente da cuba eletrolítica passa por uma bomba que 
irá unir esta corrente com uma parte da corrente de soda concentrada 
proveniente do evaporador de múltiplos efeitos (soda concentrada a 50%), 
para assim, facilitar o abaixamento da solubilidade do sal na solução de 
soda.
- Esta nova corrente formada dirige-se ao separador de sal. O sal precipitado 
no fundo do separador é levado a um filtro lavador. Do filtro sai o sal que irá 
retornar ao sistema e a solução de NaOH que é levada a corrente de 
alimentação do evaporador, sendo esta formada pela solução que ficou em 
suspensão no separador de sal.
- A outra parte da corrente que sai do evaporador, contendo a solução 
concentrada de NaOH 50%, vai para um tanque de depósito de soda 
concentrada a 50%.
CUBAS A MERCÚRIO
CUBAS A MERCÚRIO
Na cuba de mercúrio, a salmoura é parcialmente decomposta 
num compartimento entre um anodo de grafita e um catodo 
móvel de mercúrio.
Dessa reação, são formados cloro gasoso no anodo e amálgama 
de mercúrio no catodo.
CUBAS A MERCÚRIO
A salmoura concentrada é levada a um tanque de distribuição, o 
qual a dirige para uma cuba a mercúrio.
Na cuba a mercúrio, a salmoura afluente é parcialmente 
decomposta num compartimento denominado de eletrolisador, 
entre um anodo de grafita e um catodo móvel de mercúrio.
A temperatura média da eletrólise é cerca de 65ºC. Forma-se cloro 
gasoso no anodo e o amálgama de sódio no catodo, conforme as 
reações abaixo:
Reação Anódica:
2Cl- 
(aq)
 → Cl
2 (aq)
 + 2e-
Cl
2 (aq)
 → Cl
2 (g)
CUBAS A MERCÚRIO
2 Na+ 
(aq)
 + Hg + 2 e- → 2 Na(Hg) (reação catódica)
2 NaCl 
(aq)
 + Hg → Cl
2 (g)
 + 2 Na(Hg) (reação global)
O amálgama de sódio flui para um segundo compartimento, 
onde se torna anodo de uma célula cujo catodo é de ferro ou 
de grafita e o eletrólito de solução de NaOH.
Nessa célula injeta-se água purificada em contracorrente com 
o amálgama de sódio, formando hidrogênio e aumentando a 
concentração de NaOH.
CUBAS A MERCÚRIO
2 Na(Hg) → 2 Na+ + Hg + 2 e- (reação anódica)
2 H
2
O + 2 e- → 2 OH- + H
2 (g)
 (reação catódica)
2 Na(Hg) + 2 H
2
O → 2 NaOH
(aq)
 + H
2 (g)
 + Hg (reação global)
CUBAS 
DERIVADOS DE CLORO
Cl
2
 + 2 NaOH → NaCl + H
2
O + NaOCl
Hipoclorito de Sódio
Aplicações:
- desinfetante e desengordurante;
- alvejante.
Obtenção:
Tratamento de solução de hidróxido de sódio com cloro 
gasoso.DERIVADOS DE CLORO
DERIVADOS DE CLORO
Dióxido de cloro
Aplicações:
- purificação de águas;
- controle de odores;
- branqueamento da polpa da madeira.
Obtenção:
È obtido através clorito de sódio.
NaClO
2
 + 1/2Cl
2
 → NaCl + ClO
2
DERIVADOS DE CLORO
•ÁCIDO CLORÍDRICO
1.Características:
Composto ácido e extremamente corrosivo.
O HCl, na forma gasosa, é chamado de cloreto de hidrogênio . 
Quando em contato com a umidade do ar forma o ácido 
clorídrico (30 – 38% de HCl) que em baixas concentrações (10-
12% de HCl) é conhecido como ácido muriático.
2.Aplicações:
- limpeza e tratamento de metais ferrosos;
- flotação e processamento de minérios;
- acidificação de poços de petróleo.
3.Obtenção:
Inicialmente foi descoberto misturando sal comum com ácido 
sulfúrico.
2NaCl + H
2
SO
4
 → Na
2
SO
4
 + 2HCl
DERIVADOS DE CLORO
Atualmente é produzido em conjunto como outras produções 
de escala industrial como a produção de cloro-álcalis e de 
polímeros, tais como teflon, PVC, freon, entre outros.
No primeiro caso (síntese direta), o gás hidrogênio formado no 
processo de obtenção de cloro e soda cáustica sofre 
combustão em ambiente clorado formando o cloreto de 
hidrogênio a partir de uma reação extremamente exotérmica
Cl
2
 + H
2
 → 2HCl
O cloreto de hidrogênio obtido é absorvido em água formando 
o ácido clorídrico puro concentrado (até 38% de HCl)
DERIVADOS DE CLORO
No segundo caso (subproduto de síntese orgânica), o ácido 
clorídrico se forma a partir da substituição de átomos de 
hidrogênio nos compostos orgânicos por átomos de cloro
R–H + Cl
2
 → R–Cl + HCl
Neste caso o cloreto de hidrogênio formado também é absorvido 
em água, mas o produto obtido é chamado de ácido clorídrico 
técnico (30-34% HCl).
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