CLORO SODA

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Curso: Química
	Valor do Relatório: 
	Disciplina: Processos industriais
	Data do Experimento: 
	Professor(a): Marcia Silva
	Recebido em: 15/04/2020
	Alunos: 
	PRISCILA ELIAS LIVRAMENTO
	VALÉRIA MUNIZ DO NASCIMENTO
	JULIE PINHO DE OLIVEIRA 
	Matricula: 
	5106845
	5106523
	510775
	
	
CLORO E SODA
Cadeia Produtiva Cloro Soda
O cloro e a soda cáustica são produzidos pro processos eletrolíticos a partir de solução de NaCl ou KCl, segundo a seguinte reação química:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2
2KCl + 2H2O → 2KOH + Cl2 + H2
Este processo pode ocorrer com o uso de três tecnologias: célula de diafragma, célula de mercúrio e célula de membrana de troca iônica.
Antes de prosseguir com a eletrólise, é necessário fazer um tratamento da salmoura (solução de cloreto de sódio), independentemente do processo a ser utilizado.
Dessa maneira, o processo de produção Soda-Cloro pode ser divido em três etapas:
· Tratamento da salmoura
· Processo eletrolítico
· Tratamento dos produtos da eletrólise.
Tratamento da salmoura
A duas fontes de cloreto de sódio (NaCl) utilizados no processo de eletrólise da indústria cloro-soda são: sal gema (reserva de sal no subsolo, mais pura) e sal marinho. Ambas contém impurezas que podem ocasionar danos ao processo eletrolítico, como por exemplo entupimento e diminuição da vida útil do anodo, por isso é necessário realizar o tratamento para retirar, sobretudo cálcio, magnésio e sulfato de sódio.
Para as células de mercúrio e diafragma, a purificação da salmoura pode ser mais branda, enquanto que para células de membrana, é comum haver uma segunda etapa de tratamento, devido a este processo último ser mais sensível a impurezas.
1.1) Tratamento primário
A salmoura é tratada com carbonato de sódio (Barrilha), soda caústica e cloreto de cálcio para precipitar cálcio, magnésio e sulfato de sódio.
CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaCl2
MgCl2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + 2NaCl
Na2SO4 + CaCl2 → CaSO4↓ + 2NaCl
Após a adição de soda e barrilha, é natural que o pH da solução fique alcalino, dessa maneira é necessário acidificar o meio (geralmente com HCl) para um pH até aproximadamente 4,0.  O pH alcalino favorece a formação de íons clorato e O2. Íons hidroxila vão competir na reação de oxi-redução da célula eletrolítica e oxidar preferencialmente ao Cl, havendo formação de O2, ao invés de Cl2.
2OH- → H2O + 1/2 O2 + 2e-
1.2) Tratamento secundário
O tratamento secundário da salmoura se faz necessário apenas quando se utiliza a tecnologia de membrana. Este tratamento consiste em passar a solução da salmoura (já pré tratada) por leitos de resina de troca iônica, que podem reduzir a concentração de cálcio e magnésio para ordem de 20ppb (partes por bilhão).
 
2) Processo eletrolítico
2.1) A célula de mercúrio
Nesse processo, a produção ocorre em duas células em série distintas: a célula eletrolítica e o decompositor.
Na célula eletrolítica, o mercúrio líquido flui no fundo da célula, onde atua como catodo. Nessa mesma célula é bombeado a sal moura, que em contato com o mercúrio forma uma amálgama com sódio, que posteriormente é “arrastada” pelo fundo célula em direção a célula de decomposição.  O anodo, que é onde o gás cloro é gerado, da célula eletrolítica fica submerso na salmoura e costuma ser de titânio recoberto com platina. Dessa maneira, as reação de oxi-redução desta célula são:
· Reação anódica
2Cl- → Cl2 + 2e-
· Reação catódica
2Na+  + 2Hg + 2e- → 2Na(Hg)
· Reação global
2NaCl + 2Hg → Cl2 + 2Na(Hg)
 
Na célula de composição, que é um grande vaso hermético, a amálgama flui continuamente onde se torna o anodo de uma nova oxi-redução, dessa vez  com um catodo inerte de grafite. As reações de oxi-redução são:
· Reação anódica
2NaHg → 2Na+ + 2Hg + 2e-
· Reação catódica
2H2O + 2e- → 2OH- + H2
· Reação global
2NaHg + 2H2O →2NaOH- + 2Hg + H2
O mercúrio gerado é recirculado para o início da célula eletrolítica. O hidrogênio gasoso é retirado pelo topo do vaso, onde passa por um tratamento para retirada de íons Hg+2, geralmente esse tratamento é feito com peróxido de hidrogênio.  A soda caústica líquida 50% é retirada diretamente da célula de decomposição já em concentração de 50%, pronta para ser comercializada.
                                             fonte:http://www.abiclor.com.br/mercurio/
 
2.2) Célula de diafragma
Neste processo, a célula é dividida em dois compartimentos: o anódico e o catódico. Eles são separados por uma tela metálica perfurada, impregnada a vácuo, com amianto crisotila.  A salmoura entra no compartimento do anodo e percola através do diafragma em direção ao compartimento do catodo.  Devido ao fluxo de eletrólitos entre as compartimentos não ser completamente controlado, a soda caústica desse processo costuma ter concentrações baixas (cerca de 10%).
As reações de oxi-redução são:
· Reação Anódica
2Cl- → Cl2 + 2e-
· Reação catódica
2H2O + 2e- →  2OH- + H2
· Reação global
2Cl- + 2H2O →  2OH- + 2H2
 
                                                                  fonte: http://www.abiclor.com.br/diafragma/
A passagem de íons OH- do catodo para o anodo ocasiona alguns problemas, como a formação de O2, que pode reagir com o anodo de grafite gerando entupimento na membrana. Além disso, o O2 pode se oxidar preferencialmente ao Cl2, diminuindo a eficiência do processo. Para minimizar esses efeitos, adiciona-se HCl junto a salmoura alimentada para reagir com os íons hidroxila.
 
2.3) Célula a membrana
O processo por membrana é bastante semelhante ao por diafragma, todavia neste processo a membrana que separa o anodo do catodo permite apenas a passagem de ións Na+ do anodo para o catodo, evitando a passagem de OH-, por exemplo. Dá-se o nome a esse membrana de seletiva a cátions.
O produto obtido é de alta pureza, porém os custos são bem mais elevados que se comparado ao processo com célula de diafragma.
                                                                             fonte:http://www.abiclor.com.br/membrana
3) Tratamento dos produtos da eletrólise
3.1) Processamento do licor caústico
Nas células de mercúrio apenas uma filtração para retirada de material particulado se faz necessário, já que a soda é retirada diretamente do decompositor com concentração de 50%, que é a concentração máxima da soda líquida.
Na célula de diafragma, o licor caústico contém somente 15% de concentração de NaOH, sendo necessária uma etapa de concentração através de evaporadores e separadores de sal.
Na célula de membrana,  a soda é retirada a concentrações próximas a 35%, sendo também necessária uma etapa de concentração pro evaporadores.
Ver: soda caústica
3.2) Processamento do gás Cloro
O gás cloro produzido no anodo das células eletrolíticas sai aquecido junto de uma névoa composta por soda, vapor d’água e salmoura.  O processo para eliminação dessa névoa é a utilização de precipitadores eletrostáticos e então secagem com ácido sulfúrico.
O gás cloro puro pode então ser comercializado diretamente ou então é borbulhado em uma solução de hidróxido de sódio mantido resfriada para produzir hipoclorito de sódio.
O hipoclorito de sódio é produto versátil que tem como principais finalidades o
 tratamento de água e efluentes, fabricação de água sanitária e outros domissanitários e alvejamento de tecidos.
3.3) Processamento do Hidrogênio
Nas células de membrana e diafragma, o gás hidrogênio diretamente retirado das células é altamente puro, não sendo necessário realizar nenhum processo adicional de tratamento, fora uma simples secagem.
Para a célula de mercúrio, o gás hidrogênio pode carrear parte do mercúrio na etapa do decompositor. Assim, é necessária uma lavagem com solventes específicos (como o hipoclorito de sódio) para recuperar o mercúrio.
2
NaCarbonato Na2CO3 –
 
NaBicarbonato NaHCO3
PROCESSOS:
1 - PROCESSO LEBLANC:
O químico Nicolas Leblanc, em 1792, desenvolveu o primeiro processo sintético para a produção de refrigerante, de acordo com as duas reações:
2NaCl + H2SO4 → 2HCl + Na2SO4 
Na2SO4 + CaCO3 + 4C → Na2CO3 + CaS+ 4CO
esse processo durou pouco tempo, até o final do século XIX, substituído desde 1861 pelo processo SOLVAY.
2 - PROCESSO DE SOLVAY: produção de NaCl CaCarbonate e NH3; série de reações integradas; veja abaixo.
3 - Processo de minério TRONA: é um processo que está substituindo os anteriores; começa a partir do mineral de bicarbonato de sódio
di-hidratado [Na2CO3 • NaHCO3 • H2O], difundido no mundo e cujos principais depósitos estão hoje nos EUA [Wyoming], em
Turquia, em lagos de sal em todo o mundo, do Tibete, Irã, Sudão, Mongólia.
O trono é extraído mecanicamente, mesmo que durante o século XX eles tenham sido patenteados (sem sucesso prático)
várias técnicas chamadas solventes, que usariam água para a dissolução do mineral e a subsequente extração. depois
extração, o mineral é calcinado, triturado para obter o refrigerante bruto (rico em impurezas do mineral original).
Em seguida, passamos à purificação que consiste na dissolução, filtração e recristalização do carbonato de sódio
PROCESSO DE SOLVAY -O processo Solvay é um processo de síntese industrial de Na2CO3 e NaHCO3 [Subproduto CaCl2] que pode ser ilustrado por um
em água carbonatada
cálcio comparado ao carbonato de sódio. Através do processo Solvay, ele pode ocorrer [sin → des] ed
é o resultado da soma de todas as reações do processo. A amônia é usada e reciclada
ter essa série de reações que levam à produção de Na2CO3.
DESCRIÇÃO DO PROCESSO:
a) MATÉRIAS-PRIMAS: 
● NaCl [sal grosso] + H2O = salmoura 
● CaCO3 [mina de calcário] 
● coque 
● [NH3];
b) Purificação da salmoura: você pega uma solução quase saturada, contendo cerca de 300 g por litro de NaCl (salmoura), purificada a partir dos sais de Ca, Mg, Fe, o que daria precipitados indesejados; é purificado com os gases de amônia que saem da planta, precipitando separando-os;
c) SATURAÇÃO DA SALGADA COM AMÔNIA: No reator de saturação, a solução concentrada de cloreto de sódio é colocada em contato com o gás amônia, na ausência de NH3, resfriando até T <60 ° C e separando as impurezas precipitadas; a salmoura de saída tem a seguinte composição: 270 g de NaCl, 50 g de CO2, 80 g de NH3 por dm3.
d) CARBONAÇÃO: O CO2, proveniente de fornos de cal e calcinação, é introduzido na salmoura de amôniaem duas etapas, causando a precipitação do bicarbonato de Na, com duas reações sucessivas:
NaCl + NH3 + CO2 + H2O → (NH4) HCO3 + NaCl + NaHCO3 + + NH4Cl;
A precipitação do bicarbonato de sódio é obtida quando o produto das concentrações dos íons Na + e HCO3- atinge o produto de solubilidade; isso ocorre quando o conteúdo de CO2 em salmoura excede 65g / l; além disso, para mudar o equilíbrio, a temperatura diminui ea concentração de CO2 nos gases é aumentada.
Torres de carbonatação planas: geralmente 4 ÷ 5 torres, das quais a primeira torre está na fase de limpeza, pordissolver as incrustações com a salmoura fresca à chegada, as outras torres em paralelo na fase de produção [ver fig.];
 área superior: salmoura de amônia + CO2 [40%] dos fornos de cal; em T> per proliferação dos germes que se formam; [formação de poucos germes cristalinos que ocorrem aumentar].
- área inferior: salmoura de amônia + CO2 [a 75 ÷ 90% ep = 3bar] dos fornos de calcinação de refrigerante; Área refrigerada a T <60 ° C, para crescimento de germes e aumento de conversão;para ter cristais de bom tamanho e filtrabilidade [grão grosseiro] é necessário operar no zona de cristalização a T = 35 ° - 40 ° C.
e) FILTRAÇÃO
a solução cristalina saturada é enviada aos filtros de tambor / correia sob vácuo; o bicarbonato de sódio cristalino é separado; solução filtrada [(NH4) bicarbonato e cloreto + NaCl] é enviada à torre de caustificação para recuperar o NH3;
f) CALCINAÇÃO: filtrado cristalino de NaHCO3 é convertido em carbonato de sódio por aquecimento no forno de calcinação a
T = 180 ° ÷ 280 ° C, com circulação externa de vapores quentes, liberando água e dióxido de carbono que resfria são enviados para o
carbonatação [75 ÷ 90% CO2]:
2 NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2;
após purificação subsequente, são produzidos o bicarbonato de sódio e o carbonato de sódio [carbonato de sódio].
g) FORNOS DE LIMÃO: a decomposição, na presença de coque C como veículo de energia, de carbonato de cálcio:
CaCO3 → CaO + CO2; C + O2 → CO2;
no forno, são misturados calcário natural e coque metalúrgico com baixo teor de impurezas; soprando ar continuamente na parte inferior do forno, o coque é queimado a T = 900-1050 ° C. Do alto do forno vem um gás que contém 30 ÷ 40% de CO2, com poeira e partículas sólidas eliminadas, após resfriamento, lavagem com água e subsequente filtração; então os gases são enviados para a torre de carbonatação. O óxido de cálcio é descarregado e passado para o processo seguinte.
h) DESLOCAMENTO DO CAL: produção de hidróxido de cálcio [suspensão do leite de limão] em hidratantes rotativos de acordo com
a reação:
 CaO + H2O → Ca (OH) 2;
i) CAUSTIFICAÇÃO:
a solução filtrada, contendo vários sais dissolvidos, incluindo NH4Cl, NH4HCO3 e NH4OH, é enviada até a torre de caustificação, onde a reação entre o hidróxido de Ca e o cloreto de NH4 ocorre com a recuperação de NH3, em várias fases, com reação geral:
Ca (OH) 2 + 2 NH4Cl → CaCl2 + 2 NH3 + 2 H2O
- cabeçote da coluna: resfriamento [T = 55 ° C] dos gases emitidos, para evitar a recombinação do NH3 com CO2; os gases de saída são ricos em NH3 e são enviados para a torre de saturação de salmoura de entrada;
- zona alta: aquecimento para desenvolver parte do NH3; a solução filtrada dá origem à reação:
NH4HCO3 + NH4OH = 2NH3 + CO2 + 2H2O
zona baixa: a reação 2NH4Cl + Ca (OH) 2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O ocorre para facilitar a remoção do NH3, ele é injetado no fundo da torre do vapor;
- a amônia é completamente reciclada [→ PROCESSO ECONOMICAMENTE ACEITÁVEL],exceto reintegração; portanto, apenas calcário de salmoura (cloreto de sódio) (carbonato de cálcio), [ coque] e água são consumidas, e o único produto residual é cloreto de cálcio.
- com tratamentos subsequentes adequados, são obtidos os tipos de produtos comerciais necessários.
ESQUEMA GERAL
LEGENDA: 
· 
	· R1 SATURADOR
	· R2 CARBONAÇÃO 
	· R3 FORNO DE CALCARIO 
	· R4 CAUSTIFICAÇÃO 
	· D1 DESLIGANDO CAO
	· B1 CALCINAÇÃO 
	· F1 FILTRO DE POEIRA 
	· F2 FILTRO DE CRISTAL 
	· C1 ABSORÇÃO DE VAPOR AMONÔNICO 
	· C2 ABSORÇÃO VAP AMÔNICA 
EXPLICAÇÃO DO PROCESSO NA TORRE 
 C1: absorção de vapores de amônia com salmoura fresca e reciclagem em R1;  torre C2: absorção de vapores de amônia com ácido sulfúrico → (NH4) -sulfatos reciclados em R4;
TRATAMENTOS DE PURIFICAÇÃO DE PRODUTO:
(1) FILTRAÇÃO → NaHC03 (2) CALCINAÇÃO → Na2CO3 SODA CLARA (em pó)
(3) DENSIFICAÇÃO [Na2CO3 + H2O] + SECAGEM → Na2CO3 SODA DENSA (maior uso ind.)
(4) BICARBONAÇÃO: Na2CO3 + H2O + CO2 → NaHCO3 BICARBONATO REFINADO
RESULTADOS:
1,48 t NaCl + 1,2 t CaCO3 + 0,11 t coque + 1 kg de NH3 → 1 t Na2CO3; rendimento em NaCl ~ 75%.