DESCRIÇÃO DE UM PROCESSO QUÍMICO-INDUSTRIAL
Como exemplo significativo de um processo químico-industrial típico, tem-se escolhido a decomposição do NaCl com NH 4HCO3 (Método SOLVAY) para produzir Na2CO3. 1. REAÇÕES
A reação global do processo é: 2 NaCl + CaCO 3 Na2CO3 + CaCl 2 Para esta reação, que não pode ser realizada de forma direta, os irmãos Solvay em 1861 propuseram os seguinte ciclos: a) Uma solução de cloreto de sódio se faz reagir com outra de bicarbonato amônico, produzindo-se uma solução de cloreto de amônio em cujo seio precipita bicarbonato sódico. NaCl + NH4HCO3 NaHCO3 + NH4Cl b) O bicarbonato de sódio, por aquecimento, decompõe-se a carbonato de sódio, produzindo-se uma uma corrente de CO2 puro e úmido que será utilizado no processo. 2 NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O c) A solução de cloreto de amônio se decompõe por meio da ação de uma solução de hidróxido de cálcio para gerar amônia, água e cloreto de cálcio (resíduo). 2 NH4Cl + Ca(OH)2 2 NH3 + H2O + CaCl2 d) O hidróxido cálcico necessário necessário no ciclo c se obtém por calcinação de pedra calcária. CaCO3 CaO + CO 2 e) O CO2 dos ciclos b e d se fazem reagir com a amônia do ciclo c para gerar a solução de bicarbonato de amônio do ciclo a. CO2 + NH3 + H2O NH4HCO3 A otimização da reação a requer que: 1. Trabalhar com excesso de reativos, NaCl ou NH 4HCO3 para favorecer a reação à direita e que, portanto, aumento o rendimento. Para isto, usam-se soluções concentradas de NaCl por ser mais econômico. 2. Controlar a temperatura para obter um tamanho de cristal de precipitado de bicarbonato de de sódio adequado adequado para favorecer favorecer sua posterior filtração.
2. DESCRIÇÃO DO PROCESSO
Para a descrição do processo se utilizará o diagrama de fluxo do procedimento SOLVAY utilizado no complexo industrial de Torrelavega (Santander, Espanha). Estas instalações produzem a maior parte dos produtos cloro-álcali que são usados no mercado espanhol. A vantagem da situação do complexo (tanto salmoura quanto calcários) com relação à disposição das matérias primas torna ao processo economicamente viável, pois os gastos de transporte são minimizados. A matéria prima para este processo é o cloreto de sódio que se obtém através de sondagens realizadas na mar. Para realizar isto, nas sondagens se introduzem duas tubulações concêntricas: pelo tubo exterior se introduz uma corrente de água doce a pressão, o que provoca a dissolução do sal e sua saída pelo tubo interior na forma de salmoura saturada. Esta salmoura há de ser purificada para remover o Ca 2+ e Mg2+ que poderiam reagir com o CO2, precipitando como impurezas de carbonatos. Uma vez purificada a salmoura, alimenta-se à coluna 1 onde entra em contato com a NH3 produzida na coluna 5 (reação c). Nesta coluna ou absorvedor tem lugar um processo de absorção que produz uma corrente de saída de salmoura amoniacal (NaCl.NH3). Às vezes é necessário introduzir amônia extra para compensar as perdas que ocorrem no processo. A salmoura amoniacal é alimentada à coluna 2 (coluna Solvay) onde entram em contato em contracorrente gases ricos em CO 2, procedentes do processo, de forma que se produz a precipitação de NaHCO 3 (reações a e “e”). Para favorecer a precipitação do bicarbonato de sódio, a coluna deve ser arrefecida na parte inferior. A corrente de saída da coluna Solvay estará constituída por uma solução de NH4Cl com NaHCO3 em suspensão. O NaHCO 3 se separa da solução de NH 4Cl mediante o filtro 3, lava-se e se conduz ao forno 4 (secador) onde ocorre a reação de decomposição 2, sendo obtido o produto final Na 2CO3 que se envia a embalagem, e uma corrente com CO 2 puro e H2O que mediante um compressor se dirige à coluna Solvay. A solução de NH 4Cl e as águas de lavagens vão à coluna 5, onde entram em contato com uma leitada de cal, Ca(OH) 2 (reação c), produzindo-se amônia que se alimenta à coluna a e uma solução de CaCl 2 residual. O calor necessário para a reação acontecer é fornecido por vapor a baixa pressão. A leitada de cal (hidróxido de cálcio) se obtém a partir da decomposição de pedra calcária (CaCO3) no forno de cal (forno 6) onde se misturam nas proporções adequadas (dosificação) com carvão e gás natural como combustíveis. Produzem-se as seguintes reações: CaCO3 CaO + CO2 C + O2 CO2
O CaO se hidrata em 7 para transformar-se em leitada de cal e o CO 2 se alimenta à coluna Solvay como suplementar.
3. APLICAÇÕES DO PROCESSO SOLVAY
O carbonato de sódio que se produz no processo Solvay tem as seguintes aplicações:
Fonte de Na + e CO32- para a síntese de outros compostos. Agente de neutralização devido à sua alcalinidade. Matéria prima para obter NaOH mediante caustificação: Na2CO3 + Ca(OH)2 2 NaOH + CaCO 3
O processo ocorre a 100ºC para favorecer a velocidade de transformação e a filtração do carbonato de cálcio. O precipitado de carbonato se separa por filtração da solução de soda (lixívia de soda caústica). A lixívia pode ser usada como tal, concentrada por evaporação ou até fundida para produzir NaOH sólido com pureza próxima ao 98%. A soda se usa na produção de vidro, indústria têxtil, detergentes e sabões, etc.. Também é usado para a fabricação de bórax, vidro solúvel, fosfatos, oxalatos, etc. 1
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