Atividade - Obtenção Hipoclorito de Sódio

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1. Processos de obtenção de cloro-soda, via eletrólise:
	Após o tratamento da salmoura, a obtenção de cloro e soda cáustica pode ocorrer com o uso de células de diafragma, célula de mercúrio e célula de membrana de troca iônica. 
	Na célula de diafragma, ocorre o processo de oxidação no compartimento anódico e redução no compartimento catódico. Nesse processo, não ocorre o controle completo sobre o fluxo de eletrólito entre esses compartimentos, ocasionando a baixa concentração de produção de soda cáustica. É um processo que apresenta baixo consumo de energia elétrica. Mais da metade da produção de cloro-soda (e hidrogênio) no Brasil é obtido por esse processo (Alquimia, 2017; BNDES, 2009).
	A célula de mercúrio é composta por um cátodo de mercúrio depositado no fundo da célula, e um anodo de titânio recoberto de platina. O processamento da eletrólise ocorre por uma diferença de potencial adequada, produzindo um hidróxido de sódio mais puro. No entanto, nesse processo há perda de mercúrio, o qual provoca sérios danos ambientais como a contaminação de peixes. Além do alto consumo energético requerido nesse processo, o fator ambiental tem motivado a sua substituição pelo uso da tecnologia de eletrólise por membrana (BNDES, 2009).
	O processo de eletrólise por membrana acontece pela separação entre o ânodo e o catodo por uma membrana seletiva a cátions, ou seja, permite a passagem de íons Na+ do anodo para o catodo, evitando a passagem de OH-. Esse processo requer um tratamento mais rigoroso para obtenção de salmoura pura e o custo para reposição das membranas semipermeáveis é alto. No entanto, é a tecnologia mais moderna de produção de cloro-soda, exigindo um baixo fornecimento de energia, além de não ser poluente ao meio ambiente (Alquimia, 2017; BNDES, 2009).
O processo produtivo por meio de eletrólise por membrana é o mais utilizado, já que segundo BRAGA, 2009, as tecnologias de mercúrio e diafragma são processos mais complexos.
O grande interesse nas plantas de cloro-soda, para recuperação de hidrogênio produzido no processo, é que o melhor hidrogênio disponível é produzido pelas células eletrolíticas do tipo membrana , devido a que: este é suficientemente puro, devido ao estágio de separação, eliminando vestígios corrosivos alojados, para atingir temperatura e umidade corretas; este está, com frequência, sob um nível de pressão suficiente (1,25 bar absoluto) para alimentar diretamente a célula a combustível, dispensando estágio de compressão. (BRAGA, 2009)
BRAGA, 2009, explica que há um crescente aumento no consumo de energia elétrica, e para suprir essas necessidades, os países tendem a utilizar combustíveis fósseis, o que contribui para o aquecimento global e coloca em risco os ecossistemas. O aproveitamento da energia do hidrogênio é uma alternativa melhor para obtenção de energia elétrica.
[...] muitos especialistas em energia acreditam que nas próximas décadas as células de combustível de hidrogênio se tornarão nossa melhor fonte de energia. O surgimento dessa inovação tecnológica abrirá caminho para mudanças fundamentais em nossos mercados e em nossas instituições políticas e sociais, exatamente como aconteceu com a energia do carvão e do vapor no início da Era Industrial, e deste modo a economia do hidrogênio possibilitaria uma vasta redistribuição de energia. (BRAGA, 2009)
	
As células de membrana possuem a pureza da célula de mercúrio e a eficiência energética das células de diafragma. A célula de mercúrio é a que possui maior consumo de energia, e a de membrana e diafragma possuem um consumo relativamente parecidos.
Uma alternativa para melhorar o rendimento do processo, tornando-o mais eficiente, é utilizar um eletrodo de vapor cerâmico, já que este possui uma porosidade alta, o que possibilita uma transferência de carga massiva e requer uma menor quantidade de energia necessária para a produção de hidrogênio (Reis, 2018)
Outro ponto, seria utilizar polímeros baseados em hidrocarbonos, já que apresentam características operacionais superiores aos polímeros perfluorados e custam menos, o que tornaria mais viável a utilização das membranas nos processos de obtenção de hidrogênio (Inovação tecnológica, 2004).
1.1 	Processamento do gás cloro:
 	O Cl2 produzido no compartimento do ânodo das células eletrolíticas é purificado. A purificação ocorre com a separação entre gás cloro e uma névoa composta por vapor de água e soda cáustica. Essa névoa é eliminada por um processo de precipitação eletrostática e secagem com ácido sulfúrico (Alquimia, 2017).
2 	Produção e utilização do Hipoclorito de Sódio
O processo produtivo do Hipoclorito de Sódio inicia-se pela obtenção do cloro e da soda cáustica através da eletrólise, que pode ser efetuada em três diferentes tipos de células: células de mercúrio, células de diafragma e células de membrana, sendo que as duas primeiras estão praticamente em desuso. Atualmente uma ampla gama de processos eletroquímicos são utilizados na indústria. Eles englobam tanto processos inorgânicos quanto orgânicos. A produção de cloro e soda caustica é de longe o processo eletroquímico de maior escala (PAIDAR; FATEEV; BOUZEK, 2016). Segundo Michelly Batista (2017), há vantagens em utilizar a tecnologia de membrana, que podem ser resumidas como: menor consumo energético, baixo impacto ambiental e alta qualidade dos produtos, quando comparada as tecnologias concorrentes, por esse motivo esse trabalho deu enfoque nesse método. As aplicações do Hipoclorito podem ser vistas na imagem abaixo.
Figura I – Segmentação do consumo da produção nacional
Fonte: ABICLOR (2015)
3 	Diagrama de blocos da produção de Hipoclorito de Sódio (com reações químicas e transformações físicas)
Figura II - Diagrama de blocos da produção de Hipoclorito de Sódio
Fonte: Autores (2020)
	A obtenção do Hipoclorito pela hidrólise do cloro em uma solução de soda caustica pode ser representada pela equação global:
Cl2 + 2NaOH -> NaClO + NaCl + H2O		Eq. I
4 	Características do processo e variáveis importantes
O processo de diluição de soda cáustica a 50% também é exotérmico e libera 290 kJ/kg (THE CHLORINE INSTITUTE, 2008). E a utilização do cloro na fase líquida apresenta a vantagem de absorver cerca de 16% do calor de reação, reduzindo, deste modo, os custos operacionais relacionados a resfriamento (O'BRIEN; BOMMARAJU; HINE, 2005). O controle da temperatura é muito importante devido a instabilidade térmica do hipoclorito que pode levar a formação de subprodutos indesejados, além disso ter um fluxo turbulento dos reagentes melhora a eficiência no reator. No processo em questão pode haver alto teor de sólidos devido a presença de metais ou outros contaminantes nas matérias primas, esses sólidos por sua vez podem precipitar e alterar o aspecto e coloração do produto, por esse motivo a etapa de filtração do hipoclorito após sua fabricação é fundamental (POWELL FABRICATION & MANUFACTURING INCORPORATION, 2015).
A segurança e a prevenção contra riscos de danos ao meio ambiente também são fatores importantes no processo, no caso de vazamento, as soluções devem ser mantidas fora dos esgotos e mananciais de água. Caso seja possível absorver o produto, esta absorção deve ser feita com substâncias inertes como areia e talco. Caso não seja possível, se devem realizar frequentes aspersões de água. Os produtos de degradação são os cloretos, clorato de sódio e oxigênio. O NaClO é um sal fortemente oxidante, instável quando em pH ácido e por isso provoca fortes reações na presença ácidos, pode ser reduzido com agentes redutores fracos como tiossulfato de sódio ou peróxido de hidrogênio e depois encaminhado para aterros de resíduos sanitários ou esgotos sanitários com grande diluição em água, seguindo regulamentos federais, estaduais e locais (Lucca, 2006).
Ainda mais, o emprego do ferro metálico no tratamento de efluentes tem se mostrado uma alternativa eficiente e de baixo custo por utilizar geralmente resíduos industriais como principal fonte do tratamento. Ele se baseia na utilização dos elétronsfornecidos pela oxidação do ferro metálico para degradação de contaminantes, podendo remover mais de 90% de clorados presentes em solução (Brandão et al., 2016).
5	Referências Bibliográficas
ALQUIMIA. Cadeia Produtiva de Cloro Soda. Alquimia Produtos Químicos para Indústria. 2017. São Luiz, MA. Disponível em: <http://www.alquimiaprodutosquimicos.com.br/wp/2017/09/19/cadeia-produtiva-cloro-e-soda/>. Acesso em: 14/06/2020 às 17h54min.
Braga, José. Análise da viabilidade econômica da integração de sistemas de célula a combustível, nas plantas de cloro-soda, para utilização do hidrogênio gerado no processo, 2009. Disponível em:<http://tpqb.eq.ufrj.br/download/integracao-de-sistemas-de-celula-a-combustivel.pdf>. Acesso em: 15/06/2020 às 19h15min. 
Brandão, I.S.L.; Silva, T.V.A. L.; Silva, A.J.A; Bezerra, E.T.M.M. Tratamento de efluente rico em hipoclorito de sódio pelo uso de ferro metálico. 2016. Recife, PE. Disponível em: <http://www.abq.org.br/cbq/2017/trabalhos/5/12583-25323.html> Acesso em: 17/06/2020 às 19h12min. 
Fernandes, Eduardo. Glória, Ana Maria da Silva. Guimarães, Bruna de Almeida. O Setor de Soda-Cloro no Brasil e no Mundo. Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social. Biblioteca digital. 2009. Rio de Janeiro, RJ. Disponível em: < https://web.bndes.gov.br/bib/jspui/bitstream/1408/2682/1/BS%2029_O%20setor%20de%20soda-cloro%20no%20Brasil_P.pdf>. Acesso em: 14/06/2020 às 18h47min.
Inovação tecnológica. Nova membrana de hidrocarbonos barateia células a combustível a hidrogênio, 2004. Disponível em:<https://www.inovacaotecnologica. com.br/noticias/noticia.php?artigo=010115041018&id=010115041018#.Xuf72UVKjIU>. Acesso em: 15/06/2020 às 20h01min.
Lucca, Lourenço. Controle de qualidade do Hipoclorito de Sódio no Processo de Produção. 2006. Florianópolis. RJ. Disponível em:<https://repositorio.ufsc.br/ bitstream/handle/123456789/105062/Lourenco_de_Lucca.pdf?sequence=1> Acesso em: 17/06/2020 às 15h20min.
Moretty, Michelly Batista. Efeito da alcalinidade residual na taxa de decomposição de soluções industriais de hipoclorito de sódio. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo. São Paulo, 2017. Disponível em: <https://www.ipt.br/dissertacoes_interna_click_pdf.php?id=995&link=cassiopea.ipt.br/teses/2017_PI_Michelly_Moretti%20(Final).pdf>. Acesso em: 11/06/2020 às 20h32min. 
Reis, Pedro. Novo eletrodo permite reduzir custos de produção de hidrogênio, 2018. Disponível em:<https://www.portal-energia.com/eletrodo-reduzir-custos-producao-hidrogenio/>. Acesso em: 15/06/2020 às 19h42min.
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