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Prof° FábioProcessos Industriais Inorgânicos

Curso Tecnólogo em Processos Químicos

Aula 17/03

Processos Industriais Inorgânicos

Prof. Fábio C. Caires

Contato: [email protected]

5º semestre



CLORO E ÁLCALISSetor Aplicações do cloro Setor Aplicações do cloroAutomotivo Assentos

PinturasTapetesCintos de segurança.

Recreação Filme fotográficoRoupas à prova d´água Pranchas de Surf Sacos de dormirCasacos

Construção civil

Tubulação de PVCPisosPintura

Clínicas e laboratórios

Instrumentos eletrônicosEquipamentos cirúrgicosLentes para óculosReagentes para laboratório

Produção de metais

MagnésioNíquelTitânioZinco

Medicamentos AntibióticosTratamento de câncerAnestesia local Descongestionantes

Eletrônicos SemicondutoresDisquetesInsulação de cabos

Tratamento de Água

Água PotávelEsgotos

Indústria de defesa

Artefatos de titânioMotores para jatosVidros de alta resistência.

Produção de alimentos

HerbicidasVitaminas B1 e B6DesinfetantesEmbalagens esterilizadas

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CLORO E ÁLCALIS

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CLORO E ÁLCALIS

•A produção do cloro é estudada em conjunto com a dos álcalis uma vez que a produção de soda cáustica é uma etapa da sua produção.

•Álcalis:•Barrilha (Na2CO3);•Bicarbonato de Sódio (NaHCO2);•Soda Cáustica (NaOH).



BARRILHA (CARBONATO DE SÓDIO)

�Características: �Sólido branco, inodoro e higroscópico.�Fórmula Química: Na2CO3

�Ponto de Fusão: 851 ºC�Peso Específico: 2.5 g/cm³�Solubilidade: muito solúvel em água

�Aplicações:�Indústria de Sabão e Detergente;�Indústria de Vidro;�Indústria de Papel e Celulose;�Indústria Têxtil;�Tratamento de Água;�Indústria Química;�Indústria Metalúrgica;�Indústria Siderúrgica.

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BARRILHA (CARBONATO DE SÓDIO)�Obtenção:

�A obtenção da soda natural (barrilha obtida a partir de trona) se igualou à produção a partir do Processo Solvay em 1973 e vem crescendo desde então. Nos países onde não existem grandes reservas da trona a única forma de produção é o Processo Solvay.

Na3(CO3)(HCO3)·2(H2O)

http://webmineral.com/data/Trona.shtml




�Processo Solvay

CaCO3(s) + 2NaCl(s) → Na2CO3(s) + CaCl2(s) (reação global)

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�Processo Solvay

�Inicialmente, o calcário é calcinado:

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

�Então, é preparada a salmoura:

2NaCl → 2Na(aq) + 2Cl(aq)�É adicionado o CO2 produzido antes e amônia, na torre de absorção:

2NH3 + 2CO2(g) + 2H2O(l) → 2NH4 + 2HCO3(s)�Esta concentração de íons bicarbonato precipita o produto de interesse, que é filtrado:

2HCO3(aq) + 2Na+(aq) → 2NaHCO3(s)




�Processo Solvay�Como a amônia gasta na precipitação é cara, esta deve ser recuperada, o que se faz pela adição da cal produzida antes:

CaO + H2O → Ca2(aq) + 2OH(aq)2NH4 + 2OH(aq) → 2NH3(g) + 2H2O

�A reciclagem da amônia continua o processo, sendo eventuais perdas repostas com amônia comercial. O bicarbonato de sódio deve ser aquecido para retirar o resíduo de amônia e para produzir a barrilha, sendo o CO2(g)

reaproveitado na precipitação. Se o bicarbonato é o produto desejado, é adicionado CO2(g) sem amônia, invertendo a reação.

2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(vap)

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BICARBONATO DE SÓDIOCaracterísticas:

�Composto branco cristalino.�Fórmula Química: NaHCO2�Ponto de Fusão: 270 ºc�Peso Específico: 2.2 g/cm³�Solubilidade: muito solúvel em água (10,3 g em 100g de água).

Aplicações:�Antiácido;�Fermento químico;�Absorção de umidade e odores

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BICARBONATO DE SÓDIO�Obtenção:

�Processo Solvayhttp://www.solvaybicar.com/experience_innovation/0,0,2469-_PT,00.html



BICARBONATO DE SÓDIO

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BICARBONATO DE SÓDIO

O bicarbonato é obtido através de uma solução concentrada de barrilha.

1.A solução de barrilha é aduzida ao topo de uma coluna;2.Na base da coluna é injetado CO2 comprimido, e a temperatura é mantida em 40°C;3.A suspensão de bicarbonato que se forma é retirada pela base da torre e em seguida é filtrada e lavada;4.O material é seco a 70°C;

O bicarbonato de sódio obtido por este processo apresenta pureza de 99,9%. Se fosse obtida através da refinação do bicarbonato bruto retido nos filtros do processo Solvay apresentaria, entre outras contaminações, a presença de amônia o que inviabilizaria algumas de suas aplicações.



SODA CÁUSTICA- Características•Solução aquosa, límpida, contendo cerca de 50% de Hidróxido de Sódio (NaOH) em peso ou sólido branco e quebradiço, com concentração média de 96 a 98 % de Hidróxido de Sódio em peso.•Líquida/ Sólida.•Fórmula Química: NaOH•Ponto de Fusão: 12-15 ºC/ 318°C•Peso Específico: 1,52 g/cm³ / 2,13 g/cm³•Solubilidade: totalmente solúvel em água/ 109 g para 100g de água

Aplicações:•Papel,•Tecidos,•Detergentes, •Alimentos e •Biodiesel

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SODA CÁUSTICA- Obtenção

É obtida por meio de eletrólise da salmoura tratada (solução de Cloreto de Sódio e Água) através do processo por células de diafragma ou através do processo por células de mercúrio. É um subproduto deste processo que é utilizado para a obtenção do cloro.



SODA CÁUSTICA- Obtenção

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SODA CÁUSTICA- Produtores

· 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

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:



CLORO

Características:Fórmula Química: Cl2Ponto de Fusão: -100,98 ºCPeso Específico: g/cm³Solubilidade: 0,7% de peso em água

Aplicações:- fabricação de PVC;- solventes clorados;- agroquímicos;- branqueamento da celulose;- tratamento de água potável e de piscinas.

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CLORO-PRODUTORES



CLORO-MERCADO BRASIL

Braskem-A principal unidade está em Maceió, Alagoas, tendo umacapacidade de produção de 450 mil t/ano de soda e 400 mil t/ano de cloro.A segunda unidade na Bahia com capacidade instalada de produção de soda cáustica de 72 mil t/ano.

Dow Química-A unidade está em Aratu, Bahia, é o segundo produtor no Brasil, com capacidade instalada de 415 mil t/ano de soda e 400 mil t/ano de cloro.

Carbocloro- Está em terceiro lugar, situada em Cubatão, São Paulo,com capacidade de 285 mil t/ano de soda e 253 mil t/ano de cloro. Avalia a possibilidade de instalar uma nova unidade em Cubatão, com capacidade para 110 mil t/ano de soda e 100 mil t/ano de cloro.

Solvay Indupa-Situada no município de Santo André, São Paulo, produz em torno de 100 mil t/ano de soda cáustica.

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CLORO

•É obtido por meio da eletrólise de solução de Cloreto de Sódio (NaCl) e água. Nos processos de obtenção o cloro é produzido no anodo e o hidrogênio juntamente com o hidróxido de sódio no catodo de uma célula eletrolítica.

•Existem dois processos principais de obtenção do cloro e da soda, em função da cuba eletrolítica. São eles to tipo a diafragma (cuba a diafragma) ou do tipo eletrodo intermediário de mercúrio (células de mercúrio).

REAÇÃO:

NaCl + H2O → NaOH + ½H2 + ½Cl2

REAÇÃO:

NaCl + H2O → NaOH + ½H2 + ½Cl2



CLORO

Cubas de Diafragma�Um diafragma separa o anodo e o catodo. O diafragma permite a passagem de íons por migração elétrica, mas reduz a passagem de produto. A salmoura escoa do anodo para o catodo, reduzindo a possibilidade de reações paralelas, no entanto o diafragma entope com facilidade e por isso deve ser substituído regularmente.

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CLORO

Cubas de Diafragma



Cubas de Diafragma

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Cubas de Diafragma



CLORO-ETAPAS do processo em cubas de diafragmaPurificação da salmouraA salmoura após um aquecimento prévio, é adicionada a ela, íons OH- e CO3

2-, a quente, ocorrendo as seguintes reações de precipitação:Ca2+ + CO3

2- � CaCO3(s)

Mg2+ + CO32- � MgCO3(s)

Fe3+ + CO32- � Fe2(CO3)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 BaCl2.

Neutralização da salmouraApós ser realizada a etapa anterior, a solução de salmoura apresenta-se muito básica, então se torna necessário neutraliza-la para realizarmos a eletrólise.NaOH + HCl� NaCl + H2O

Aquecimento da salmouraa 650C para iniciar a eletrólise.

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CLORO-ETAPAS do processo em cubas de diafragmaEletrólise do NaCl em cubas a diafragmaPara 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:Cl2o + 2é � 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:2H2O + 2é � H2

o + 2OH-

Eo = -0.83 VEsta eletrólise obtém H2 e Cl2, e como subproduto o NaOH.



CLORO-ETAPAS do processo em cubas de diafragmaEvaporação e filtração do salEm 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%.

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CLORO



CLORO

Células de Mercúrio:•Este processo gera NaOH mais puro, mas pequenas perdas de mercúrio para o ambiente provocam graves problemas. É possível que, com processos cuidadosos de controle, associados ao tratamento da água e do ar efluentes, as fábricas com as células de mercúrio satisfaçam às exigências de não poluição do ambiente e possam sobreviver.

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CLORO



CLORO - Células de 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)→ Cl2(aq)+ 2éCl2(aq)→ Cl2(g)

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CLORO - Células de 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.



CLORO - Células de Mercúrio2 Na+ (aq) + Hg + 2 e-� 2 Na(Hg) (reação catódica)

2 NaCl (aq) + Hg � Cl2 (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.

2 Na(Hg) � 2 Na+ + Hg + 2 e- (reação anódica)

2 H2O + 2 e-� 2 OH- + H2(g) (reação catódica)

2 Na(Hg) + 2 H2O � 2 NaOH(aq) + H2(g) + Hg (reação global)

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1.Hipoclorito de SódioAplicações:- desinfetante e desengordurante;- alvejante.Obtenção:Tratamento de solução de hidróxido de sódio com cloro gasoso.

Cl2 + 2 NaOH �� NaCl + H2O + NaOCl

DERIVADOS DE CLORO

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Clorito de Sódio

Aplicações:- alvejamento de tecidos e do papel kraft

Obtenção:É obtido através cloro, passando a clorato de cálcio e dióxido de cloro.

4 NaOH + Ca(OH)2 + C + 4ClO2 �� 4 NaClO2 + CaCO3 + H2O

Após filtração do carbonato de cálcio, a solução de clorito é evaporada e secada em tambor.

Dióxido de cloro

Aplicações:- purificação de águas;

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.NaClO2 + 1/2Cl2 �� NaCl + ClO2

DERIVADOS DE CLORO

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DERIVADOS DE CLORO

•ÁCIDO CLORÍDRICO1.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.

1.Aplicações:- limpeza e tratamento de metais ferrosos;- flotação e processamento de minérios;- acidificação de poços de petróleo.

1.Obtenção:Inicialmente foi descoberto misturando sal comum com ácido sulfúrico.

2NaCl + H2SO4 ��Na2SO4 + 2HCl



DERIVADOS DE CLORO

•ÁCIDO CLORÍDRICO

2NaCl + H2SO4 ��Na2SO4 + 2HCl

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.

Cl2 + H2 �� 2 HCl

O cloreto de hidrogênio obtido é absorvido em água formando o ácido clorídrico puro concentrado (até 38% de HCl).

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DERIVADOS DE CLORO

•ÁCIDO CLORÍDRICO



DERIVADOS DE CLORO

•ÁCIDO CLORÍDRICONo segundo caso (subproduto de síntese orgânica), o ácido clorídrico se forma a partirda substituição de átomos de hidrogênio nos compostos orgânicos por átomos de cloro.R –H + Cl2 �� R-Cl + HClNeste caso o cloreto de hidrogênio formado também é absorvido em água, mas oproduto obtido é chamado de ácido clorídrico técnico (30-34% HCl).

Produtores:Os maiores produtores mundiais são:- Dow Chemical;- FMC;- Georgia Gulf Corporation;- Tosoh Corporation;- Akzo Nobel;- Tessenderlo.A produção mundial total é estimada em 20 milhões de toneladas por ano, sendo 3 milhões referentes à síntese direta e 17 milhões como subproduto de síntese orgânica.

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