UNIJUI – Universidade Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul DCEEng – Departamento Departamento de Ciências Exatas e Engenharias
A FABRICAÇÃO DA SODA CÁUSTICA
Rafaela Letícia Fernandes – RG RG 108330 Sandi Rieger – RG RG 106707 IJUÍ 1º semestre/2014
Rafaela Letícia Fernandes Sandi Rieger
A FABRICAÇÃO DA SODA CÁUSTICA
Trabalho apresentado à Professora Fernanda da Cunha Pereira da disciplina Introdução à Engenharia Química do curso de Engenharia Química da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUI, como quesito parcial de avaliação.
IJUÍ 1º semestre/2014
INTRODUÇÃO O trabalho de pesquisa elaborado objetiva apresentar melhor conhecimento concernentes à indústria de processos químicos, onde será estudado o processo químico desde a matéria prima até o produto final. O tema aqui escolhido foi a fabricação da soda cáustica. A soda cáustica ou hidróxido de sódio sendo uma das mais importantes atividades econômicas do mundo é consumida nos seguintes setores da economia: Papel e Celulose (digestão da madeira), Química e Petroquímica (reagente de neutralização), Alumínio (produção de alumina), Construção Civil, Sabões e Detergentes, Têxtil, Metalúrgica, Tratamento de Água, Alimentos, Bebidas e Embalagem. O uso doméstico é mais limitado porque é altamente corrosivo, sendo usada para desobstruir encanamentos e sumidouros (fossas sépticas), dissolvendo gorduras e sebos. Assim sendo, investigaremos a sua matéria-prima, os recursos, o processo químico utilizado e os resíduos. r esíduos.
1 MATÉRIA-PRIMA A matéria-prima da soda cáustica ou hidróxido de sódio é o sal, proveniente da evaporação solar da água do mar ou das salmouras dos lagos ocidentais, das minas de sal gema e a partir das salmouras dos poços (injeção de água em depósitos de sal). A eletrólise do sal produz simultaneamente o cloro e a soda numa proporção de 1 t de cloro para 1,12 t de soda.
2 RECURSOS Para a fabricação da soda cáustica os recursos de produção mais relevantes são: a energia elétrica e o sal. O sal pode ser de origem marinha ou extraído das minas de sal-gema. O sal extraído das minas pode ser utilizado diretamente. Por outro lado, o de origem marinha, só pode ser produzido em poucas regiões do mundo e o custo de transporte encarece muito o preço final. Para gerar corrente contínua são utilizados os dínamos. As cubas eletrolíticas são produzidas pela Diamond-Shamrock, Diamond-Shamrock, PPG-De Nora, Hooker, Dow, Olin, Solvay, HoechtsUhde, Kureha e Toyo-Soda.
Figura 1 – Instalação Instalação típica das células Diamond Shamrock. Fonte: BRINK JR, Joseph A.; SHREVE, R. Norris. Indústria de Processos Químicos. 4ª edição.
Além disso, outros equipamentos e materiais são usados, como: as células usadas no processo de eletrólise (mercúrio, diafragma ou membrana), tanques, reatores, filtros, evaporadores, lavadores de gás, torres de secagem, eliminadores de névoas, tubulações e válvulas.
3 PROCESSO QUÍMICO O processo químico compreende várias etapas como a preparação das matérias primas, reações químicas, purificação do produto, embalagem e processo químico. Neste caso, abordaremos a eletrólise de sal para a produção da soda. Existem três processos de eletrólise sendo usados atualmente: o processo de membrana, de diafragma e de mercúrio. No Brasil, o mais usado é o diafragma.
3.1 Processo de membrana Para produzir a soda são isoladas as substâncias da salmoura super-depurada saturada em moléculas de íons
e
, através da eletrólise. Em uma câmara, separada por uma
membrana, temos uma câmara anódica e outra catódica. Na anódica, introduz-se a salmoura super-depurada super-depurada saturada (NaCl) e na catódica, água. Quando uma corrente elétrica é aplicada, as moléculas de íons
e
se separam. Os íons
gás clorídrico e, por sua vez, os íons
são atraídos pelo ânodo formando
atravessam a membrana, atraídos pelo cátodo.
Na câmara catódica, a água sofre ionização, formando íons atraído pelo cátodo formando o gás hidrogênio. Portanto, os íons bloqueados pela pela membrana irão se juntar ao sódio sódio
e
. O íon
é
atraídos pelo ânodo e
, produzindo a soda cáustica.
Figura 2 – Esquema Esquema da eletrólise em processo de membrana. Fonte: MARIANO, Renato. Indústria de cloro e Álcalis.
3.2 Processo Processo de diafragma O sal recebido é armazenado em pátios e dissolvido em equipamentos chamados de saturadores para a formação da salmoura que irá para a unidade de tratamento. O objetivo aqui é remover o cálcio e o magnésio (que podem comprometer o desempenho das células) através da adição de hidróxido de sódio e carbonato de cálcio, resultando na precipitação do cálcio na forma de carbonato e do magnésio como hidróxido. A seguir separamos a fase
sólida da líquida por meio de equipamentos como: clarificadores, filtros de areia e filtros de polimento. Então, a salmoura tratada segue para as células de diafragma diferindo do processo de eletrólise por membrana. Usa-se um diafragma poroso de amianto que mantém separados os gases e , isolando os compartimentos: anódico (ânodo de titânio recoberto de platina ou óxido de platina) e catódico (catodo perfurado de aço ou ferro). Esse processo produz uma solução alcalina denominada de “licor de células”.
Obtém-se uma mistura de 12% de NaOH
(hidróxido de sódio) e 17% de NaCl (cloreto de sódio). A solução é concentrada num evaporador, cristalizando uma grande quantidade de NaCl em uma solução final de 50% de NaOH e 1% de NaCl. Assim, a soda cáustica é produzida e comercializada comercializada em vagões-tanque e carros-tanque.
Figura 3 – Esquema Esquema da eletrólise em processo de diafragma Fonte: FERNANDES, Eduardo; GLÓRIA, Ana M.da S.; GUIMARÃES, Bruna de A. O setor de soda-cloro no Brasil e no mundo.
3.3 Processo de mercúrio Basicamente, consiste de um eletrolisador, onde a salmoura afluente é parcialmente decomposta, e um decomponedor, onde o amálgama formado reage com água desmineralizada. É o processo mais antigo, com alto consumo de energia, apresentando grande risco ambiental. Porém, é a que produz soda com a maior pureza. No eletrolisador, o cátodo de mercúrio se localiza no fundo da célula e acima deste, o ânodo de titânio recoberto de platina ou óxido de platina. Nesta célula insere-se a salmoura que é decomposta em moléculas de íons
e . Os íons de sódio atraídos pelo cátodo de
mercúrio são descarregados formando o amálgama de sódio NaHg (liga de mercúrio com sódio metálico) que flui para o decomponedor. No decomponedor, decomponedor, injeta-se água desmineralizada que reage com o amálgama formando soda cáustica e hidrogênio, regenerando o mercúrio que retorna para a célula eletrolítica. O objetivo principal desse tratamento é remover o ferro proveniente da própria célula de mercúrio e de outros equipamentos envolvidos no processo.
Figura 4 – Esquema Esquema da eletrólise em processo de mercúrio Fonte: MARIANO, Renato. Indústria de cloro e Álcalis.
4 RESÍDUOS Nos processos de evaporação evaporação da solução de soda cáustica (concentração final), na secagem do cloro, na purificação da salmoura (lavagem das resinas de permutação iônica) e nas purgas do circuito da salmoura (para evitar acumulação de contaminantes), os seguintes gases são emitidos para a atmosfera:
(gás
cloro),
(dióxido
de carbono). Para a água
são emitidos os: sulfatos, oxidantes livres, cloretos, cloratos, bromatos, metais e
(tetracloreto de carbono). O hidrogênio gasoso é transformado em outros compostos, como a amônia, ou entra em reações de hidrogenação orgânicas. Ou ainda, é resfriado, filtrado e enviado ao tanque pulmão para venda venda ou utilização utilização interna como combustível. Importante salientar que no processo de mercúrio existe uma pequena perda deste metal para o ambiente (altamente prejudicial à saúde), sendo que este procedimento tornou-se ilegal no Japão e é substituído pelo de diafragma. No processo de membrana, as membranas utilizadas tem vida útil de 2 a 4 anos sendo necessária a sua substituição dentro deste período.
CONCLUSÃO Como vimos, o sal extraído da natureza se transforma em soda cáustica, sendo muito importante para as indústrias de sabões e detergentes, de fibras e de plásticos, de vidros, de substâncias petroquímicas, de polpa de madeira e de papel, de fertilizantes, explosivos e solventes, além de outras substâncias. substâncias. Assim sendo, concluímos que um processo químico exige muito conhecimento englobando várias etapas, desde a escolha da matéria-prima a ser utilizada até a sua produção final. Na indústria, a produção em larga escala e em operações contínuas necessita de um profissional que se atente a esses detalhes. Neste quesito, cabe ao engenheiro químico, trabalhar todas essas transformações. Transformações essas que vão desde projetar uma nova planta industrial, reestruturar uma fábrica existente e aperfeiçoar a produção visando melhoria da qualidade do produto, maximizar a produtividade, diminuir custos de produção até garantir o tratamento adequado dos efluentes industriais. Não tínhamos noção de toda essa informação antes de realizar essa pesquisa. Através dela, ampliamos a nossa perspectiva em relação ao que é um processo químico industrial, onde aspectos físicos, químicos, e físico-químicos são relevantes tanto em processo químico quanto de produto.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRINK JR, Joseph A.; SHREVE, R. Norris. Indústria de Processos Químicos. 4ª edição. FERNANDES, Eduardo; GLÓRIA, Ana M.da S.; GUIMARÃES, Bruna de A. O setor de soda-cloro no Brasil e no mundo. Disponível em: . L/BRA_144.pdf>. Acesso em 16 mar.2014. GRASSI, Eduardo Lourenço. Estudo da incrustação em saturador de cloreto de sódio em unidade de produção de cloro-soda. Disponível em: . 40358.pdf>. Acesso em 16 mar.2014.
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em: 08
