Indústria do Ácido Clorídrico: História e Propriedades

Aula 7 Indústria do Ácido Clorídrico Ácido clorídrico HCl história No século XV o alquimista alemão Valentin aqueceu vitriol verde sulfato ferroso FeSO4H2O com sal comum e obteve o que foi chamado de espírito de sal No século XVII Glauber preparou ácido clorídrico a partir de sal comum e ácido sulfúrico Em 1790 Davy estabeleceu a composição do cloreto de hidrogênio a partir da reação entre cloro e hidrogênio Nesse mesmo ano Le Blanc desenvolveu o processo de produção de soda cáustica onde o primeiro estágio do processo era a reação do sal comum com ácido sulfúrico o que liberava cloreto de hidrogênio como subproduto Ácido clorídrico HCl história Até essa época o cloreto de hidrogênio era considerado um subproduto e simplesmente descartado na atmosfera Em 1863 os produtores ingleses de soda cáustica foram obrigados a absorver em água o cloreto de hidrogênio residual do processo formando uma solução de ácido clorídrico Essa ocasião levou a um rápido desenvolvimento do uso do ácido clorídrico em escala industrial O excedente de cloreto de hidrogênio que não era absorvido pelas aplicações para ácido clorídrico era oxidado para ser transformado em gás cloro Cloreto de hidrogênio HCl propriedades O cloreto de hidrogênio é um gás incolor de odor muito forte e de efeito mordente nas membranas mucosas do sistema respiratório Até cerca de 1500 C o cloreto de hidrogênio é um gás extremamente estável mas em temperaturas mais altas tem uma considerável dissociação Como gás anidro é pouco reativo não atacando consideravelmente os aços macios 015030 de C Porém a solução de cloreto de hidrogênio em um solvente polar resulta em um ácido forte e extremamente agressivo Ácido clorídrico HCl propriedades O ácido clorídrico ataca pelo menos em alguma extensão quase que todos os metais e ligas metálicas produzidos industrialmente Tântalo ou ligas de níquel altamente resistentes como Hastelloy B têm compatibilidade com o ácido clorídrico em condições bem controladas Metais menos nobres são atacados pelo ácido clorídrico em um processo que libera hidrogênio Ácido clorídrico HCl O cloreto de hidrogênio HCl é um gás a temperatura e pressão ordinárias Em solução aquosa é conhecido como ácido clorídrico ou ácido muriático Concentrações mais comuns HCl 279 ou 18 Bé ou 1142 kgL HCl 315 ou 20 Bé ou 1160 kgL HCl 352 ou 22 Bé ou 1179 kgL HCl anidro em botijões de aço Aplicações Metalurgia decapagem de aço substituindo o ácido sulfúrico pois Reage mais rápido com a crosta da chapa de aço Reage menos com o metal de base O resultado obtido é melhor para as operações posteriores de revestimento ou deposição Produz uma menor quantidade de solução de decapagem Química e farmacêutica Alimentos Acidificação de petróleo bruto Processos de fabricação São conhecidos quatro processos para fabricação do ácido clorídrico Subproduto da cloração de hidrocarbonetos aromáticos e alifáticos Reação de cloreto de sódio com ácido sulfúrico Combustão de hidrogênio com cloro Processo Hargreaves Processos de fabricação subproduto da cloração de hidrocarbonetos aromáticos e alifáticos Por exemplo 𝐶2𝐻4 𝐶𝑙2 𝐶2𝐻4𝐶𝑙2 𝐶2𝐻4𝐶𝑙2 𝐶2𝐻3𝐶𝑙 𝐻𝐶𝑙 Nessa rota existe a maior produção de ácido clorídrico O processo consiste basicamente em remover o hidrocarboneto não clorado e absorver o cloreto de hidrogênio produzido em água Como a cloração de HC alifáticos e aromáticos gera grandes quantidades de calor é necessário o controle rigoroso da temperatura da reação Processos de fabricação subproduto da cloração de hidrocarbonetos aromáticos e alifáticos Como subproduto de cloretos orgânicos o cloreto de hidrogênio pode ser obtido de três maneiras diferentes 1 Isolamento do gás através da condensação dos hidrocarbonetos clorados 2 Isolamento e purificação do cloreto de hidrogênio por destilação fracionada 3 Absorção do cloreto de hidrogênio em fase aquosa Processos de fabricação subproduto da cloração de hidrocarbonetos aromáticos e alifáticos Isolamento do gás através da condensação dos hidrocarbonetos clorados Utilizado apenas quando os resíduos do processo de cloração dos hidrocarbonetos não causam problemas para o cloreto de hidrogênio 𝐶𝐻3𝐶𝑙 𝐶𝑙2 𝐶𝐻2𝐶𝑙2 𝐻𝐶𝑙 𝐶𝐻3𝑂𝐻 𝐻𝐶𝑙 𝐶𝐻3𝐶𝑙 𝐻2𝑂 Processos de fabricação subproduto da cloração de hidrocarbonetos aromáticos e alifáticos Isolamento e purificação do cloreto de hidrogênio por destilação fracionada Processo indicado quando se é necessário obter gases com alto grau de pureza Etapas de condensação e destilação são conduzidas em alta pressão O cloreto de hidrogênio obtido a alta pressão 12 MPa já pode ser manipulado sem a necessidade de etapas de recompressão Processos de fabricação subproduto da cloração de hidrocarbonetos aromáticos e alifáticos Absorção do cloreto de hidrogênio em fase aquosa Processo que tem ácido clorídrico como produto intermediário e por esse motivo tem sérios problemas de compatibilidade com diversos tipos de materiais construtivos Esses problemas passaram a ser solucionados com instalações que utilizam polímeros fluoretados A absorção do cloreto de hidrogênio pode ser feita com água ou com uma solução azeotrópica de HCl a 20 mm Processos de fabricação subproduto da cloração de hidrocarbonetos aromáticos e alifáticos Absorção do cloreto de hidrogênio em fase aquosa Processos de fabricação combustão de hidrogênio com cloro A reação entre hidrogênio e cloro é muito exotérmica e completase espontaneamente assim que iniciada 𝐻2 𝐶𝑙2 2𝐻𝐶𝑙 𝐻 184 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 É a rota que oferece o HCl mais puro Misturas de cloro e hidrogênio são explosivas em diversas concentrações portanto diversos cuidados devem ser tomados na execução dessa rota de processo Processos de fabricação combustão de hidrogênio com cloro Cloro e hidrogênio são alimentados separadamente a um câmara de combustão através de dois tubos concêntricos Após a ignição a queima ocorre a temperaturas maiores que 2000 C A câmara de combustão é construída em aço revestido por materiais refratários e com sistema de resfriamento adequado Processos de fabricação combustão de hidrogênio com cloro A mistura entre cloro e hidrogênio é determinada de acordo com a aplicação do cloreto de hidrogênio produzido Podese trabalhar com pequenos excessos de cloro ou de hidrogênio Usualmente trabalhase com 1 a 2 de excesso de hidrogênio pois fica mais fácil trabalhar com hidrogênio misturado com cloreto de hidrogênio do que cloro misturado com cloreto de hidrogênio Processos de fabricação reação de cloreto de sódio com ácido sulfúrico Processo também conhecido como do sal comum e ácido sulfúrico Ocorre em duas etapas sendo as duas endotérmicas A primeira ocorre em baixas temperaturas 150300 C mas a segunda necessita de temperaturas elevadas 550600 C 𝑁𝑎𝐶𝑙 𝐻2𝑆𝑂4 𝑁𝑎𝐻𝑆𝑂4 𝐻𝐶𝑙 𝑁𝑎𝐶𝑙 𝑁𝑎𝐻𝑆𝑂4 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 𝐻𝐶𝑙 Processos de fabricação reação de cloreto de sódio com ácido sulfúrico Na rota Mannheim é obtido sulfato de sódio como subproduto Os reagentes são alimentados a uma câmara reacional que possui um rastelo que remove continuamente o sal formado e que fica dentro de um forno para que as temperaturas de processo desejadas sejam obtidas A mistura gasosa que sai da câmara reacional contém cerca de 85 de cloreto de hidrogênio ar ácido sulfúrico e partículas de sulfato de sódio Processos de fabricação reação de cloreto de sódio com ácido sulfúrico Na sequência a corrente gasosa é resfriada em um resfriador em contracorrente com ácido sulfúrico que absorve as gotículas desse mesmo ácido Em uma torre de coque as impurezas sólidas são adsorvidas liberando a corrente gasosa agora constituída por cloreto de hidrogênio purificado O cloreto de hidrogênio purificado é alimentado a um absorvedorresfriador em contracorrente com ácido clorídrico diluído Processos de fabricação reação de cloreto de sódio com ácido sulfúrico Na saída do absorvedorresfriador tem a corrente líquida de ácido clorídrico concentrado que segue para o tanque de ácido clorídrico concentrado e uma corrente gasosa contendo o cloreto de hidrogênio não absorvido A corrente gasosa contendo ácido clorídrico não absorvido segue para uma segunda torre de absorção em contracorrente com ácido clorídrico diluído pelo seu fundo sai o ácido clorídrico diluído que alimenta o absorvedor resfriador e pelo seu topo sai o gás residual Processos de fabricação reação de cloreto de sódio com ácido sulfúrico Do tanque de ácido clorídrico concentrado sai uma corrente que alimenta o extrator destilador onde pelo topo é gerada uma corrente de vapor de cloreto de hidrogênio e pelo fundo uma corrente de ácido clorídrico diluído que deve ser armazenada no tanque de ácido clorídrico diluído Resfriador absorvedor de HCl fabricado em carbono estrutural Karbate Processos de fabricação reação de cloreto de sódio com ácido sulfúrico HCl é corrosivo para a maioria dos metais comuns portanto a seleção dos materiais dos equipamentos de processo deve ser muito cuidadosa A armazenagem normalmente é feita em tanques de aço revestidos por borracha Os absorvedores são fabricados em tântalo ou karbate Os trocadores de calor são todos em karbate devido às suas altas taxas de transferência de calor maior dureza e resistência aos ataques corrosivos Processos de fabricação processo Hargreaves É um processo minoritário utilizado em poucas fábricas no mundo Baseiase na reação do dióxido de enxofre com o cloreto de sódio Purificação Impurezas presentes no cloreto de hidrogênio como dióxido de enxofre arsênio e cloro podem ser removidas por adsorção em colunas de carvão ativado Hidrocarbonetos clorados podem ser removidos em lavadores de gases em baixa temperatura através da passagem de um solvente com alto ponto de ebulição que pode ser outro hidrocarboneto clorado ou algum óleo especial Hidrocarbonetos clorados muito voláteis podem ser removidos em colunas de stripping pela passagem de um gás inerte ou simplesmente por aquecimento da corrente gasosa que contém o cloreto de hidrogênio Impurezas inorgânicas como ferro podem ser removidas em resinas trocadoras de íons Transporte e Estocagem Materiais como ferro forjado e ferro fundido aço e ligas de aço são compatíveis com cloreto de hidrogênio gasoso ou líquido Para temperaturas até 280 C aço pode ser selecionado como material para tubulações e equipamentos inclusive vasos de pressão Pequenos traços de umidade podem elevar significativamente a taxa de corrosão em aços austeníticos Portanto se a temperatura de operação do processo não pode ser elevada acima do ponto de condensação materiais nãometálicos ou ligas metálicas especiais devem ser selecionadas Transporte e Estocagem Alguns exemplos de ligas metálicas especiais são ligas de níquelmolibdênio contendo alto teor de molibdênio zircônio nióbio tântalo ou metais nobres dos grupos do ouro e da platina Na prática é necessário conhecer as condições operacionais como a concentração de ácido e a temperatura Para altas temperaturas materiais nãometálicos como cerâmica carbono ou PTFE podem ser selecionados Para baixas temperaturas armazenagem e transporte os tanques podem ser fabricados em aço revestido com borracha poliolefinas PVC Hipoclorito de sódio Utilizado como desinfetante e desodorante na indústria de laticínios tratamento de águas e efluentes e como alvejante nas indústrias têxtil e papel e celulose É obtido a partir da reação do cloro gasoso com a soda cáustica Clorito de sódio Produzido a partir do cloro passando pelo carbonato de cálcio e dióxido de cloro Em seguida o carbonato de cálcio é filtrado e a solução resultante passa por evaporação e secagem Agente oxidante é muito utilizado nas indústrias de papel e têxtil pois é capaz de eliminar a coloração dos materiais celulósicos e de tecidos sem afetar a celulose Dióxido de cloro A partir do clorito de sódio também é possível produzir dióxido de cloro O dióxido de cloro tem poder oxidante 25 vezes maior que o cloro e é muito utilizado no tratamento de águas controle de odores e no branqueamento da polpa de madeira