Ei! Sou um fornecedor de plantas de clor alcalina e estou super feliz em quebrar como uma célula eletrolítica funciona nessas plantas. É um processo bem legal que é o coração e a alma do que se passa nessas instalações.
Então, primeiro, vamos falar sobre o que uma planta clor alcalina faz. Essas plantas são sobre produzir cloro, hidróxido de sódio (refrigerante cáustico) e hidrogênio através da eletrólise da solução de cloreto de sódio (sal de tabela), que também é conhecida como salmoura. E o principal player em toda essa operação é a célula eletrolítica.
Uma célula eletrolítica é basicamente um dispositivo que usa energia elétrica para acionar uma reação química não espontânea. Em uma planta clor alcalina, é onde a magia transforma a salmoura nos produtos químicos valiosos de que precisamos.
O básico de uma célula eletrolítica
Vamos começar com os principais componentes de uma célula eletrolítica em uma planta clor alcalina. Existem dois eletrodos - um ânodo e um cátodo - e um eletrólito, que neste caso é a solução salmoura.
O ânodo é o eletrodo positivo. Quando uma corrente elétrica é aplicada à célula, ocorre a oxidação no ânodo. No caso de uma planta clor alcalina, os íons cloreto (CL⁻) na salmoura são oxidados para formar gás de cloro (CL₂). A reação química no ânodo pode ser escrita como: 2cl⁻ → cl₂ + 2e⁻. Esta é uma reação muito importante, porque o cloro é um produto químico amplamente utilizado em várias indústrias, como tratamento de água, a produção de plásticos de PVC e emPlanta PAConde é usado na produção de cloreto de polyaluminium.
O cátodo é o eletrodo negativo. A redução ocorre no cátodo. Em uma célula clor alcalina, as moléculas de água são reduzidas para formar íons de gás hidrogênio (H₂) e hidróxido (OH⁻). A reação no cátodo é: 2H₂O + 2E⁻ → H₂ + 2OH⁻. Os íons hidróxido combinam -se com os íons de sódio (Na⁺) que já estavam presentes na salmoura para formar hidróxido de sódio (NaOH).
Diferentes tipos de células eletrolíticas em plantas clor alcalinas
Existem três tipos principais de células eletrolíticas usadas em plantas de clor alcalina: células de mercúrio, células do diafragma e células da membrana.
Células de mercúrio
As células de mercúrio foram um dos primeiros tipos de células usadas na produção de clor alcali. Em uma célula de mercúrio, o cátodo é feito de mercúrio. Os íons de sódio da salmoura são reduzidos no cátodo de mercúrio para formar um amálgama de sódio - mercúrio. O amálgama reage com a água em uma câmara separada para produzir hidróxido de sódio e gás hidrogênio, enquanto o mercúrio é reciclado de volta à célula.
A vantagem das células de mercúrio é que elas produzem cloro de alta pureza e refrigerante cáustico. No entanto, eles têm uma grande desvantagem. O mercúrio é uma substância altamente tóxica e houve preocupações ambientais associadas às células de mercúrio devido a possíveis emissões de mercúrio. Como resultado, muitos países eliminaram o uso de células de mercúrio nos últimos anos.
Células do diafragma
As células do diafragma usam um diafragma poroso para separar os compartimentos do ânodo e cátodo. O diafragma permite o fluxo de íons de sódio do compartimento do ânodo ao compartimento do cátodo, mas impede a mistura de íons de gás e hidróxido de cloro.
O diafragma é geralmente feito de amianto ou material sintético. A principal vantagem das células do diafragma é que elas são relativamente simples e baratas de operar. Mas o refrigerante cáustico produzido em células diafragma tem uma menor concentração e pureza em comparação com a produzida por outros tipos de células.
Células da membrana
As células da membrana são as células eletrolíticas mais modernas e amplamente usadas nas plantas clor alcali. Eles usam uma membrana de troca especial para separar os compartimentos de ânodo e cátodo. A membrana permite que apenas os íons de sódio passem do compartimento do ânodo para o compartimento do cátodo, enquanto bloqueia a passagem de íons cloreto e íons hidróxido.
Isso resulta na produção de gás cloro de alta pureza no ânodo e alta pureza, hidróxido de sódio de alta concentração no cátodo. As células da membrana são mais energia - eficientes que as células do diafragma e não têm os problemas ambientais associados às células de mercúrio.
O processo em uma célula de membrana
Vamos dar uma olhada em como uma célula de membrana funciona, pois é o tipo mais popular.
Primeiro, a solução salmoura é alimentada no compartimento do ânodo. Quando uma corrente elétrica é aplicada, os íons cloreto são oxidados no ânodo para formar gás de cloro, que é coletado e enviado para um processamento adicional.
Enquanto isso, a água é alimentada no compartimento do cátodo. No cátodo, as moléculas de água são reduzidas para formar íons gasosos de hidrogênio e hidróxido. Os íons de sódio do compartimento do ânodo passam através da membrana de troca de íons para o compartimento do cátodo, onde eles combinam com os íons hidróxido para formar hidróxido de sódio.
A membrana de íons - troca é crucial nesse processo. Ele garante que o gás cloro e a solução de hidróxido de sódio sejam mantidos separados, impedindo a reação indesejada entre eles. Isso é importante porque, se o cloro e o hidróxido de sódio reagiriam, eles formariam hipoclorito de sódio, que não é o produto desejado na maioria dos casos.
Aplicações dos produtos
Os produtos produzidos em uma planta clor alcalina têm uma ampla gama de aplicações. O cloro é usado na produção dePlanta de hipoclorito de cálcio, onde é usado como desinfetante e agente branqueador. Também é usado na produção de plásticos, solventes e pesticidas.
O hidróxido de sódio é usado em muitos setores, como a indústria de celulose e papel, a indústria têxtil e na produção de sabonetes e detergentes. O gás de hidrogênio pode ser usado como combustível ou na produção de amônia e outros produtos químicos.
Importância de células eletrolíticas em plantas cloradas alcalinas
A célula eletrolítica é o núcleo de uma planta clor alcalina. Sem ele, não poderíamos produzir grandes quantidades de cloro, hidróxido de sódio e hidrogênio necessário em várias indústrias.
A eficiência e o desempenho da célula eletrolítica têm um impacto direto na produtividade geral e na lucratividade da planta. Por exemplo, uma célula de membrana mais energética - pode reduzir os custos operacionais da planta, enquanto uma célula que produz produtos de alta pureza pode comandar um preço mais alto no mercado.
Conclusão
Então, aí está - um resumo de como uma célula eletrolítica funciona em uma planta clor alcalina. É um processo fascinante que envolve uma combinação de química e engenharia elétrica.
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Referências
- Kirk - Othmer Encyclopedia of Chemical Technology
- Artigos de revistas de engenharia química sobre produção de clor alcali
- Livros didáticos sobre eletroquímica e química industrial