Abrir menu principal

Alterações

5 459 bytes adicionados ,  22h33min de 7 de outubro de 2009
Reestruturação geral do artigo.
O '''Processo Solvay''' é um processo industrial criado por [[Ernest Solvay]] no século XIX para a obtenção de [[carbonato de sódio]]. Reponsável por três quartos da produção mundial de carbonato de sódio, o processo Solvay se baseia na insolubilidade do [[bicarbonato de sódio]] em meios alcalinos a baixas temperaturas, utilizando para isso grandes colunas de saturação gasosa.
{{Reciclagem|data=Fevereiro de 2008}}
 
== Panorama Histórico ==
[[Processo industrial]] desenvolvido por [[Ernest Solvay]] para obtenção da [[Carbonato de sódio|barrilha]] (Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>), no final do século dezenove. Baseia-se na pequena solubilidade do [[Bicarbonato de sódio]] a baixas temperaturas, e usa uma grande coluna absorvedora de gás.
 
O carbonato de sódio é um produto químico largamente utilizado na confecção de vidros, sabões, papel e outros. Historicamente sua obtenção se dava extraindo-o das cinzas de plantas carbonizadas. Porém, com a crescente demanda e a inviabilidade de se manter este fluxo de desflorestamento na europa, surgiram fortes pressões para o desenvolvimento de um método sintético, ao fim do século XVIII.
:''' CaCO<sub>3(s)</sub> + 2NaCl<sub>(s)</sub> → Na<sub>2</sub>CO<sub>3(s)</sub> + CaCl<sub>2(s)</sub> ([[reação global]]) '''
 
A solução foi dada em 1791 por [[Nicolas Leblanc]], que desenvolveu um método, chamado [[Processo Leblanc]], que o produzia através de [[cloreto de sódio|sal marinho]], [[carbonato de cálcio]] e [[h2so4|ácido sulfúrico]]. Este método predominou a produção mundial de carbonato de sódio por algumas décadas, porém, devido ao preço dos insumos e a alta poluição gerada, era evidente a necessidade de um novo método.
Inicialmente, o [[calcário]] é [[calcinação|calcinado]] (usa-se 'as vezes [[conchas]]):
 
Existem evidências de que o princípio de funcionamento do processo Solvay já havia sido estudado sem ser publicado pelo físico francês [[Augustin-Jean Fresnel]], que descobriu que ocorre precipitação de [[bicarbonato de sódio]] quando [[dióxido de carbono]] é borbulhado em salmoura (solução concentrada de cloreto de sódio) contendo amônia.
:CaCO<sub>3(s)</sub> → CaO<sub>(s)</sub> + CO<sub>2(g)</sub>
 
Foi então em 1864 que o químico belga Ernest Solvay, aparentemente sem conhecimento dos estudos anteriores, conseguiu capital e abriu em [[Charleroi]], junto a seu irmão, a primeira planta industrial a utilizar o seu processo, baseado numa imensa torre de saturação de [[dióxido de carbono]].
Então, é preparada a salmoura doce:
 
== O Processo ==
:2NaCl → 2Na<sup>+</sup><sub>(aq)</sub> + 2Cl<sup>-</sup><sub>(aq)</sub>
 
=== Quimicamente ===
É adicionado o [[dióxido de carbono|CO<sub>2</sub>]] produzido antes e [[amônia]], na torre de absorção.:
 
O Process Solvay utiliza como insumos salmoura e carbonato de cálcio, também há a utilização de amônia, mas esta é reciclada durante o processo.<br>
:2NH<sub>3</sub> + 2CO<sub>2(g)</sub> + 2H<sub>2</sub>O<sub>(l)</sub> → 2NH<sub>4</sub><sup>+</sup> + 2HCO<sup>-</sup><sub>3(s)</sub>
Na primeira etapa a salmoura é saturada de [[amônia|NH<sub>3</sub>]], de forma a, além dos íons sódio e cloreto, gerar em solução [[amônio]] e [[hidroxila]], segundo a reação:
:<math> NH_3 + H_2O \rightarrow NH_4OH</math>
 
Em seguida, injeta-se [[dióxido de carbono|CO<sub>2</sub>]] na solução, de forma que ocorram as seguintes reações, resultando em [[bicarbonato de sódio|NaHCO<sub>3</sub>]], que, nas condições do processo, precipita.
Esta concentração de íons [[bicarbonato]] precipita o produto de interesse, que é filtrado:
*:<math> CO_2 + H_2O \rightarrow H_2CO_3</math>
 
*:<math> NH_4OH + H_2CO_3 \rightarrow (NH_4)_2CO_3 + 2H_2O</math>
:2HCO<sub>3</sub><sup>-</sup><sub>(aq)</sub> + 2Na<sup>+</sup><sub>(aq)</sub> → 2NaHCO<sub>3(s)</sub>
 
*:<math> (NH_4)_2CO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow 2NH_4HCO_3</math>
Como a amônia gasta na precipitação é cara, esta deve ser recuperada, o que se faz pela adição da cal produzida antes:
 
*:<math> NH_4HCO_3 + NaCl \rightarrow NaHCO_3\downarrow + NH_4Cl</math>
:CaO + H<sub>2</sub>O → Ca<sup>2+</sup><sub>(aq)</sub> + 2OH<sup>-</sup><sub>(aq)</sub>
 
:2NHO NaHCO<sub>43</sub><sup>+</sup> +é 2OH<sup>-</sup><sub>(aq)</sub>então filtrado da solução 2NHe aquecido até a calcinação, de forma a produzir o Na<sub>3(g)2</sub> + 2HCO<sub>23</sub>O.
:<math>2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O</math>
 
=== Industrialmente ===
A reciclagem da [[Amônia]] continua o processo, sendo eventuais perdas repostas com amônia comercial.
 
De início é necessário purificar a salmoura, afim de retirar os contaminantes que acompanham o NaCl, como MgCl<sub>2</sub>, CaCl<sub>2</sub>, CaSO<sub>4</sub> e outros, isso se dá por precipitação e subsequente filtragem.
O [[Bicarbonato de sódio]] deve ser aquecido para retirar o resíduo de [[Amônia]] e para produzir a [[Carbonato de sódio|barrilha]], sendo o CO<sub>2(g)</sub> reaproveitado na precipitação. Se o bicarbonato é o produto desejado, é adicionado CO<sub>2(g)</sub> sem [[Amônia]], invertendo a reação.
 
Uma vez purificada, a solução é conduzida então a uma torre de saturação de amônia, onde a solução entra pelo topo e recebe a amônia em baixas temperaturas por contra-corrente, sendo esta injetada na base da coluna de forma que suba, borbulhando através da solução de NaCl, podendo então ser absorvida.
2NaHCO<sub>3(s)</sub> → Na<sub>2</sub>CO<sub>3(s)</sub> + CO<sub>2(g)</sub> + H<sub>2</sub>O(vap)
 
Em seguida, a solução, ainda resfriada pela ação da amônia, é conduzida a uma torre semelhante, onde ao invés de amônia é injetado CO<sub>2</sub>, produzindo uma solução com um precipitado suspenso de NaHCO<sub>3</sub>. Essa solução é levada então a um filtro tambor, onde os cristais de NaHCO<sub>3</sub> são filtrados e lavados, afim de livrá-los completamente do cloreto de amônio, que comprometeria a continuidade do processo.
No mundo anfíbio, o Processo Solvay está caindo em desuso. Atualmente obtêm-se a barrilha a partir de minério de [[trona]]. No Brasil, o Processo Solvay ainda é utilizado porque o país não possui minas de [[trona]].
 
Por fim, os cristais de NaHCO<sub>3</sub> são levados a um forno rotativo onde ficam até a calcinação, que produz Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> com um bom grau de pureza. Observe que o CO<sub>2</sub> obtido nesta etapa é retornado ao processo.
{{esboço-química}}
 
=== Etapas Paralelas ===
 
Industrialmente, além do processo principal, que converte o NaCl da salmoura em Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>, são realizadas alguns outros procedimentos, afim de viabilizar o processo, são eles:
 
*Produção de CO<sub>2</sub>, que provém da queima do CaCO<sub>3</sub> em forno de grelha giratória, que funciona queimando coque, combustão essa que fornece o calor necessário a decomposição do CaCO<sub>3</sub>:
 
:<math>2C + O_2 \rightarrow 2CO_2 + 59,94Kcal</math>
:<math>CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2</math>
 
O CO<sub>2</sub> obtido no processo é então conduzido à torre de carbonatação.
 
*Regeneração do NH<sub>3</sub>, que se dá primeiro pela transformação do [[óxido de cálcio|CaO]] obtido no processo anterior em [[Hidróxido de Cálcio|Ca(OH)<sub>2</sub>]], através de tratamento com água:
:<math>Cao + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2</math>
Esta solução é entao combinada à solução de NH<sub>4</sub>Cl, de forma a regenerar o NH<sub>3</sub> segundo a reação:
:<math> 2NH_4Cl + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCl_2 + 2NH_3 + 2H_2O</math>
== História Industrial ==
 
A primeira planta industrial a utilizar o processo Solvay foi instalada pelo próprio Ernest Solvay com o auxílio de seu irmão em Charleroi em 1864, o que ocasionou a fundação da companhia [[Solvay]], existente até os dias atuais. Sendo mais barato e menos poluente, o método se popularizou e, em 1874 os irmãos Solvay já estavam se expandindo, instalando outra planta em [[Nancy]], [[França]].
 
No mesmo ano, os irmão Solvay venderam os direitos de uso a [[Ludwig Mond]], que construiu uma planta com [[John Brunner]] em [[Winnington]], [[Inglaterra]], fundando assim a companhia ''Brunner, Mond & Co.'', foram feitas ainda diversas melhorias e aperfeiçoamentos ao processo, por parte de Mond, o que levou a uma popularização ainda maior do processo.
 
Em 1884 os irmãos Solvay licenciaram ainda a construção de uma planta em [[Nova York]], nos [[Estados Unidos]]. Ao fim da década de 1880 o processo Solvay já era responsável pela maior parte da produção mundial de Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>. Porém, em 1938 foram descobertos em [[Wyoming]], Estados Unidos, grandes depósitos de [[Trona]], que permitiam a produção de Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> a um custo substancialmente menor, o que levou ao fechamento da planta de Nova York em 1986, não havendo desde então nenhuma instalação a utilizar o processo Solvay nos Estados Unidos desde então. Embora alguns outros lugares ainda possuam fontes naturais, como leitos de lagos já secos no [[Egito]] ou lagos fortemente alcalinos no [[Kenya]], no resto do mundo até hoje a maior parte da produção se dá pelo processo Solvay.
 
== Poluição ==
 
O principal resíduo do proceso é a solução de CaCL<sub>2</sub> que resta após o NH<sub>3</sub> ser regenerado. Além desta, são gerados ainda alguns resíduos da purificação da salmoura e de sobras de CaCO<sub>3</sub> que não sofreu queima perfeita no forno.
 
Quando estes resíduos são depositados em aterros, como foi o caso em Nova York, eles tendem a se infiltrar no solo e contaminar corpos d'água, o que aumenta substancialmente a sua salinidade e leva a sérios danos ao ecossistema aquático. Em contra-partida, não se conhece nenhum dano causado pelo descarte no oceano.
 
== Veja também ==
*Carbonato de sódio
*Processo Leblanc
*Ernest Solvay
 
[[Categoria:Reações químicas]]
[[Categoria:Processos químicos]]
 
 
[[cs:Solvayův proces]]
25

edições