Carbonato de Sódio

Carbonato de Sódio

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO RIO DE JANEIRO

INSTITUTO DE QUÍMICA

CARBONATO DE SÓDIO

Componentes do grupo

Anderson Nunes

Pedro Couteiro

Victor Mello

Disciplina de Introdução à Engenharia Química I

Curso de Graduação em Engenharia Química

Orientadores: Professor Jorge Navaes Caldas – DSc

Professor Antonio Carlos Moreira da Rocha -– MSc

Professor Marco Antonio Farah -– DSc

Rio de Janeiro

05/01/2010

Índice de Figuras

Figura 2.1.1 Fórmula Estrutural do carbonato de sódio 9

Figura 2.2.1 Aplicações do Carbonato de Sódio 10

Figura 3.1.1 Produtores mundiais do Carbonato de Sódio 10

Figura 3.1.2 Produção mundial de Carbonato de Sódio 11

Figura 3.2.1 Importação Nacional em toneladas 12

Figura 3.2.2 Importação Nacional em dólares 12

Figura 4.2.2.1 Fluxograma do Processo Leblanc 15

Figura 4.2.3.1 Fluxograma simplificado do Processo Solvay 16

Figura 5.1.1 Fluxograma completo do Processo Solvay 18

Figura 5.2.1.1 Torre de saturação 19

Figura 5.2.2.1 Esquema de um filtro-tambor 20

Figura 5.2.2.1 Esquema de um forno rotativo 21

Figura 5.3.2.1 Esquema de um forno de grelha giratória 22

Figura 5.3.2.1 Esquema de um filtro prensa 23

Índice de Tabelas

Tabela 2.1.1 Características Físico-Químicas do carbonato de sódio 9

Tabela 4.2.4.1 Comparação dos processos industriais de carbonato de sódio 17

Tabela 7.2.1 Disciplinas do curso de engenharia química relacionadas ao processo 25

INTRODUÇÃO

Tendo sua produção datada de mais de duzentos anos atrás, o Carbonato de Sódio é um dos mais antigos produtos químicos a ser utilizado pela humanidade. Sua importância é tamanha que está intimamente ligado à história da Química, sendo a fundação da primeira Indústria de carbonato de sódio muitas vezes referenciada como o marco do início da Indústria Química moderna como a conhecemos.

Industrialmente conhecido como Barrilha, o carbonato de sódio só fez aumentar a sua importância e produção no mundo ao longo destes séculos, configurando-se como um dos produtos químicos produzidos anualmente em maior escala, pouco atrás da Amônia e do Ácido Sulfúrico.

Este trabalho visa então realizar um estudo, sob a visão da Engenharia Química, a seu respeito, não se limitando, portanto, à sua caracterização química, mas também ao seu estudo de mercado, análise e comparação das rotas de produção, plantas industriais, estudo de efluentes e, por fim, o seu relacionamento com o curso de Engenharia Química.

  1. DEFINIÇÃO E CARACTERIZAÇÃO

2.1 CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

O carbonato de sódio é um sal branco e translúcido encontrado normalmente heptahidratado, de fórmula química Na2CO3. Apresenta pH alcalino quando em solução aquosa, devido a hidrólise básica sofrida pelo ânion carbonato.

Figura 2.1.1 Fórmula Estrutural do carbonato de sódio

Fórmula Molecular

Na2CO3

Massa Molar

105.9984 g/mol

Densidade

2.54 g/cm³

Ponto de Fusão

851ºC

Ponto de Ebulição

1600ºC

Solubilidade em água

22 g/100ml (20ºC)

Não-Inflamável

Irritante

Instável em Altas temperaturas

Tabela 2.1.1 Características Físico-Químicas do carbonato de sódio

    1. APLICAÇÕES

O Carbonato de Sódio é largamente utilizado em múltiplos campos, dos quais se destacam a indústria vidraceira, a própria indústria química e a indústria de sabões e detergentes. Existem ainda outros usos menores, como no tratamento de água e nas indústrias têxtil, de tintas e de cerâmicas.

Fonte: USGS Minerals Yearbook, Agosto 2006

Figura 2.2.1 Aplicações do Carbonato de Sódio

  1. ESTUDO DE MERCADO

3.1 MERCADO MUNDIAL

Dada a sua importância, o carbonato de sódio é produzido em alto volume no mundo todo, sendo seus principais produtores China e Estados Unidos, seguidos por Rússia, Índia e Alemanha.

Fonte: USGS Minerals Yearbook, Agosto 2006

Figura 3.1.1 Produtores mundiais do Carbonato de Sódio

Fonte: USGS Minerals Yearbook, Agosto 2006

Figura 3.1.2 Produção mundial de Carbonato de Sódio

3.2 MERCADO NACIONAL

Apesar da sua grande importância e larga utilização no mercado nacional, não há no momento produção de carbonato de sódio no país, o que leva a necessidade da total importação do mesmo. Isso se deve a vastas questões políticas, que serão debatidas mais adiante.

Atualmente todo o montante de carbonato de sódio importado é trazido diretamente dos Estados Unidos, devido à proximidade e também ao custo relativamente baixo do produto americano, uma vez que este é extraído de minérios, ao invés de ser sintetizado industrialmente.

Percebem-se nos gráficos de volume de importação um crescimento não-linear do ano de 2006 para 2007, data da falência da única indústria produtora de carbonato de sódio do país.

Fontes: USGS Minerals Yearbook, Agosto 2006

Tribuna do Norte, Agosto 2007

Diário de Natal, Setembro 2007

Figura 3.2.1 Importação Nacional em toneladas

Fontes: USGS Minerals Yearbook, Agosto 2006

Tribuna do Norte, Agosto 2007

Diário de Natal, Setembro 2007

Figura 3.2.2 Importação Nacional em dólares

3.2.1 HISTÓRICO DA PRODUÇÃO NACIONAL

A produção de barrilha no país é, até hoje, alvo de processos, inquéritos e investigações, devido a graves problemas ligados à fundação e manutenção da Companhia Nacional de Álcalis.

A história tem início em 1943, quando Getúlio Vargas, em meio ao programa apara deixar o país auto-suficiente em alguns setores da indústria pesada, funda a Companhia Nacional de Álcalis em Arraial do Cabo – RJ, destinada à produção de carbonato de sódio. Esta, porém, só começa a funcionar de fato no final da década de 50.

Apesar de funcional, a planta nunca foi suficiente para atender a demanda nacional de barrilha, sendo fundada então, em 1976, a Álcalis do Rio Grande do Norte, indústria essa que, por estar situada em Macau – RN, teria acesso a todos os insumos em abundância e a preços baratos, hábil então a produzir carbonato de sódio a baixo custo, suprindo o mercado nacional.

Entretanto, esta indústria jamais chegou a funcionar. Parcialmente construída e abandonada com maquinário incompleto e ainda encaixotado, a planta permanece assim até os dias de hoje.

Em 1992, durante o governo Collor, ambas as empresas foram privatizadas ao Grupo Fragoso Pires, junto a créditos e empréstimos fornecidos pelo BNDES. A todas as questões políticas, somou-se ainda a desvalorização do dólar, barateando as importações, e o preço mais barato da barrilha norte-americana, obtida por extração direta. O que tornou por fim o produto nacional sem competitividade no mercado interno, culminando com o Grupo Fragoso Pires abandonando a Álcalis, “doando” a empresa ilegalmente aos funcionários em 2004 e deixando para trás uma dívida de 500 milhões de reais.

A Álcalis acaba por decretar sua falência em 2006, restando agora duas plantas industriais abandonadas, uma dívida junto ao BNDES e a produção nacional de carbonato de sódio zerada.

  1. MÉTODOS DE PRODUÇÃO

4.1 HISTÓRIA DA PRODUÇÃO

Originalmente, o carbonato de sódio era obtido através da extração de cinzas vegetais. Uma vez queimadas as plantas, suas cinzas eram submetidas à lixiviação, gerando um produto com até 25% de álcalis.

Porém, com a Revolução Industrial, esta produção começou a ser pressionada, necessitando-se cada vez de maiores quantidades do produto. Isto rapidamente se mostrou inviável, uma vez que era necessário queimar de 1 a 2 hectares de floresta, 400 a 500 toneladas de madeira ou 20 toneladas de algas para produzir-se uma tonelada de Álcali.

Claramente insustentável, esta situação levou ao Rei Luís XVI da França, junto a Academia Francesa de Ciências, oferecerem uma recompensa de 2400 libras para quem primeiro desenvolvesse um método de produção de carbonato de sódio a partir do sal marinho.

Em 1971 foi patenteado então o Método Leblanc de produção de carbonato de sódio. Este método perdurou por cerca de um século como principal meio de obtenção de carbonato de sódio. Seu principal problema era a imensa quantidade de poluição gerada, em liberações de ácido clorídrico na atmosfera e resíduos de sulfeto de cálcio em depósitos.

Esta poluição era tamanha que levou a publicação dos Alkali Acts em 1863, considerados a primeira legislação sobre poluição atmosférica do mundo. Devido a tais pressões, patenteou-se em 1861 o Método Solvay. Método este muito menos poluente, mais barato e viável, que acabou por suplantar completamente o método Leblanc, de tal maneira a não existir mais nenhuma indústria Leblanc no mundo, atualmente.

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