Processo de Produção Cloro-Soda - Apostilas - Engenharia de Produção, Notas de estudo de Engenharia de Produção

Baixe Processo de Produção Cloro-Soda - Apostilas - Engenharia de Produção e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia de Produção, somente na Docsity! PROCESSO DE PRODUÇÃO CLORO-SODA Importância da Indústria de cloro soda • É uma das mais importantes atividades econômicas do mundo. • Têm como principais consumidores os seguintes setores da economia: Papel e Celulose, Química e Petroquímica, Alumínio, Construção Civil, Sabões e Detergentes, Têxtil, Metalúrgica, Tratamento de Água, etc. • As aplicações do cloro são muito variadas, o que lhe dá o titulo de reagente mais empregado na indústria química, participando direta ou indiretamente em mais de 50% da produção química mundial. • O sal pode ser obtido de três maneiras diferentes: 1. Pela evaporação solar da água do mar na costa do pacífico, ou nas salmouras dos lagos ocidentais, tendo uma pureza entre 98 e 99% 2. Pela mineração do sal gema, que tem composição amplamente variável dependendo assim do seu local de origem, certos tipos podem chegar a uma pureza de 99,5%. Essa mineração utiliza métodos análogos à mineração do carvão. 3. A partir das salmouras dos poços, se obtém essa salmoura com a injeção de água em depósitos de sal, possui cerca de 98% de pureza. Essa pureza vai depender em grande parte da pureza da água utilizada para dissolver o leito do sal gema. O método mais utilizado para a extração do sal dessa salmoura é a evaporação a vácuo de múltiplo efeito. • Os processos de evaporação solar e das minas muitas vezes fornecem um sal com pureza suficiente para o emprego direto, entretanto uma grande parte deve ser purificada para remover matérias como cloreto de cálcio e magnésio. • No Brasil apenas as plantas da TRIKEM em Maceió(AL) e da Dow em Aratu(BA) são abastecidas por minas de sal gema. • A tabela abaixo apresenta faixas de valores para os custos de sal obtidos em cada uma destas origens. • Consideram-se como referência os seguintes valores de consumo energético associado à produção de cloro gás e soda cáustica a 50%: a) Inferior a 3000 KWh (CA) / Ton de Cloro produzido se a liquefação for excluída. b) Inferior a 3200 KWh (CA) / Ton de Cloro produzido se for incluído a liquefação e vaporização. • Custos de capital – as plantas de cloro soda são também capital-intensivas; a economia de escala é significativa até uma determinada capacidade, conforme mostra tabela abaixo: • Sal – é o terceiro item de custo em importância. • Para produção de cloro soda existem três tipos de tecnologia: diafragma, mercúrio e membrana. O processo de diafragma, é o mais utilizado no mundo 46%, seguido pelo processo de membrana 32% e de mercúrio 22%.No Brasil a tecnologia mais utilizada é o diafragma 71%, mercúrio com 25% e membrana com apenas 4%. • Distribuição das indústrias de cloro-soda no Brasil, segundo localização e tecnologia de produção. • Maior consumo de energia elétrica. • A soda cáustica não precisa de operação de concentração suplementar. • Produtos de excelente qualidade. • As matérias-primas não precisam ser de alta pureza. • O mercúrio é poluente, mas pode ser eficientemente controlado. • A contaminação por mercúrio no Brasil, primeiramente era originada na indústria de cloro – soda, responsável pela principal importação de mercúrio para o país e pelas principais emissões para o meio ambiente até a década de 80. Essas emissões se localizavam particularmente na região sul-sudeste. • A tabela 1 mostra o consumo de mercúrio no Brasil em três períodos distintos. Inicialmente até 1980 praticamente, a principal fonte de mercúrio para o país, era a produção de cloro soda. • A partir de 1980 o consumo industrial de mercúrio caiu substancialmente. • Até os anos 80 os resíduos da área de tratamento da salmoura e das células d mercúrio eram despejadas diretamente no meio ambiente, não se sabe a quantidade exata de mercúrio metálico emitido e/ou despejada no solo, no rio ou no ar. • Tecnologia de diafragma – ocupa a segunda posição em antiguidade, eficiência energética e restrição ambiental. • Emprega diafragma poroso à base de amianto. • As matérias-primas precisam ser de alta pureza. • Os produtos da célula são impuros. • O amianto é um material agressivo a saúde e deve ser corretamente manipulado. • No sistema de eletrólise de uma solução de cloreto de sódio por células de diafragma, há formação de cloro no ânodo, soda cáustica(12%) e hidrogênio no cátodo. • A tecnologia de diafragma foi se desenvolvendo ao longo do tempo, principalmente quanto ao material de construção, que inicialmente era feito de madeira, depois passou para concreto, aço, polímeros e finalmente titânio. Os ânodos passaram de carbono para grafite, e mais tarde para titânio revestido. Os cátodos tiveram poucas modificações em termos de material, mantendo- se em aço, mas evoluíram no aspecto energético. Os diafragmas podem ser feitos a partir de fibras de amianto e de fibras sintéticas com nomes comerciais tais como Poliramix e Tephram(Lopes,2003) Contaminação histórica • Solo e água – potencialmente contaminados com mercúrio e/ou PCDD/PCDF(tecnologias de células de mercúrio e/ou diafragma com utilização de ânodos de grafite). Esta contaminação é proveniente de: - Deposição de emissões difusas de mercúrio. - Deposição de resíduos contaminados com mercúrio. - Deposição de resíduos contaminados com PCDD ou PCDF. • No sistema de eletrólise com células de membrana, ocorre produção de: cloro no ânodo, soda cáustica(32-35%) e hidrogênio no cátodo. • É a tecnologia que deve prevalecer no futuro e já vem sendo a preferida para uso em plantas novas; é a única empregada no Japão. • Necessidade de remover o hidrogênio e dióxido de carbono do cloro produzido, em algumas situações. • Necessidade de concentrar a solução de soda cáustica até 50%. • Emissões para atmosfera: - Cl2 - CO2 - CCl4 • Emissões para água: - Sulfatos - Oxidantes livres - Cloretos - Cloratos - Bromatos - Metais e CCl4 • Estas emissões são geradas nos seguintes processos: - Evaporação da solução de soda cáustica (concentração final). - Secagem do cloro. - Purificação da salmoura (lavagem das resinas de permutação iônica). - Purgas do circuito da salmoura (evitar acumulação de contaminantes). Saídas do processo: • De acordo com o tipo de sal utilizado e independente da tecnologia utilizada, a quantidade do produto final produzido, por cada 1000 kg de cloro produzidos é: - 1128 kg de NaOH (100%), se for utilizado NaCl como matéria prima. - 1577 kg de KOH (100%), de for utilizado KCl como matéria prima. - 28 kg de Hidrogênio. Processos comuns a todas tecnologias: • Descarga e armazenamento do sal ( em local fechado, evitando emissões de suas partículas e contaminação). • Purificação e saturação da salmoura (circuito da salmoura). • Processamento de cloro (produção, arrefecimento, secagem, compressão, liquefação e armazenamento). • Processamento de NaOH. • Processamento de hidrogênio. Processo pela célula a diafragma • Operações Unitárias – Op • Conversões Químicas - Cq Eletrólise da Salmoura CLORO - HIDROGÊNIO HIDROGÊNIO“ SALMOURA”. foro RT PI RS ET] CATÓDICO! ds ANODO DIET ND o ELVIS * GRADE SLI OT CÉLULA A DIAFRAGIMIA DIAMOND SHAMROC CÉLULAS DA SEE o Eletrólise da Salmoura “eletrolitica fe Aquecedor [ +. da salmoura ç "Vapor aC Resfriador C— GO CIO Depósito da soda diluída Eletrólise da Salmoura • Colocadas em série para aumentar a voltagem Evaporação e Separação do sal • A solução diluída passa por um sedimentador e um filtro lavador (Op). Evaporação Final • Soda a 50% é concentrada a 70-75% num evaporador final de 1 estágio usando vapor a 75 a 100 psig. (Op). • A solução deve ser em tubos em camisas de vapor para impedir sua solidificação Evaporação Final rvaporaa muúltipto nani Caldéirão de tacabamento PS | YZ Escamadeira | O Er 1 e Ly ' Y 7 — Tambores Escamas alí” PRE para venda Evaporador final de um efeito Depósito de soda + Tanque de sedimentação = Venda de e so caustica liquida Purificação Especial da Soda • Tratamento na soda 50%. • Para a venda de soda de alta qualidade (com menos de 1% de impurezas em base anidra). • Impurezas – Ferro Coloidal, o NaCl, NaClO3. • Tratamento com Carbonato de Cálcio para remover o Ferro (Cq). Purificação Especial da Soda • Os sais são precipitados em um cristalizador. (Op). • A solução resultante é colocada em uma centrífuga, de onde são retirados os sais. (Op). • Depois a soda vai para o evaporador de um estágio (Op) sofrendo o processo simples de fabricação. Processo — 1, Depósito de soda 2 entrada 3 “ E to Soda sem purificação especial 5 | Soda para purificação sa e especial Centrituga acabamento Tanque de sedimentação Venda de soda Tambores Escamas Câustica liquida para venda . É Cristalizador Água de refrigeração ; Sal efluente Evaporação final! Compressão e Liquefação do Cloro • O cloro seco é comprimido a 35 psi e as vezes até 80 psi (Op). • O calor de compressão é removido e o gás é condensado. • O gás residual (ar e cloro) é usado na fabricação de derivados de cloro, orgânicos e inorgânicos, como pos alvejantes. Colocação do Hidrogênio • O hidrogênio é transformado em outros compostos, como HCl ou amônia, ou entra em reações de hidrogenação de orgânicos. (Cq.) Processo pela célula de mercúrio • A salmoura afluente é parcialmente decomposta num eletrolisador formando cloro gasoso e o amálgama de sódio. • O amálgama flui para uma célula secundária (decomponedor) onde é convertido em soda cáustica e hidrogênio Utilidades do Processo * Eletricidade — Na célula eletrolítica h Er dl 3.300KWh Utilidades do Processo • Refrigeração – Em condensadores, em cristalizadores, resfriadores. Água de refrigeração Variáveis do Processo • Temperatura - Determina a pureza da soda, além da viscosidade adequada. • Corrente elétrica – Determina a eficiência da cuba eletrolítica • Pressão - Importante para a segurança do processo • Nível – Importante para a segurança do processo Sistema de gestão • É considerado como referência a existência de sistemas de gestão que assegurem a segurança do processo produtivo de modo a garantir a prevenção e controle de acidentes técnicos, pessoais e ambientais. • Com a aplicação das Normas ISO 14001, OHSAS 18001 ou outros equivalentes, bem como sistemas desenvolvidos tendo como base o Compromisso da Atuação Responsável da Indústria Química. Efluentes e Emissões gasosas • Ca, Mg,Fe provenientes da purificação da salmora e da soda. • Sal efluente da centrífuga. • CO2 das caldeiras Classificação das linhas de processo - ABNT- NBR 6493/1994 • Vapor – Branco 0095. • Água – Verde XXXX • Soda – Púrpura. • Cloro resfriado, hidrogênio, gás residual – amarelo-segurança 2586. • Cloro liquefeito – alumínio 0170. • Ácido sulfúrico – alaranjado-segurança 1867