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Processo cloralcali

1890
Impostazione dell'elettrolisi per il processo cloroalcalino in un laboratorio vintage, ingegneria chimica.

(generate image for illustration only)

The chloralkali process is an industrial metodo for the electrolysis of sodium chloride (NaCl) solution, known as brine. It is the primary source for producing chlorine (Cl₂), sodium hydroxide (NaOH), and hydrogen (H₂), which are essential commodity chemicals. Modern methods use a membrane cell to separate the anode and cathode products, ensuring high purity and efficiency.

The chloralkali process is one of the largest-scale applications of electrolysis, fundamental to the modern chemical industry. The overall reaction is [latex]2NaCl + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + Cl_2 + H_2[/latex]. The process takes place in an electrolytic cell with a brine solution as the electrolyte. At the anode, chloride ions are oxidized to form chlorine gas: [latex]2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^-[/latex]. At the cathode, water is reduced to form hydrogen gas and hydroxide ions: [latex]2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-[/latex].

Un aspetto critico del processo è mantenere separati i prodotti, cloro e idrossido di sodio, che altrimenti reagirebbero formando ipoclorito di sodio e clorato. Storicamente, questo risultato veniva ottenuto utilizzando celle a mercurio o celle a diaframma, ma queste sono state ampiamente eliminate a causa di problemi ambientali (inquinamento da mercurio) e di una minore efficienza. Lo standard moderno è la cella a membrana. Questa cella utilizza una membrana a scambio cationico (tipicamente realizzata in un polimero perfluorurato come il Nafion) che separa i compartimenti anodico e catodico. La membrana è permeabile agli ioni positivi come Na⁺ ma impermeabile agli ioni negativi come Cl⁻ e OH⁻. Gli ioni sodio migrano attraverso la membrana dal compartimento anodico a quello catodico, dove si combinano con gli ioni idrossido prodotti al catodo per formare idrossido di sodio ad alta purezza.

Questa tecnologia ha migliorato significativamente l'efficienza energetica e la purezza del prodotto del processo cloro-alcali, eliminando al contempo i rischi ambientali associati al mercurio. La coproduzione di tre sostanze chimiche principali rende complessa l'economia del processo, poiché la domanda di mercato di cloro e soda caustica (NaOH) deve essere bilanciata.

UNESCO Nomenclature: 3305
– Chemical engineering

Tipo

Industrial Process

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • humphry davy’s initial electrolysis of brine
  • invenzione della dinamo per la generazione di energia elettrica su larga scala
  • sviluppo delle prime tecnologie del diaframma e delle celle a mercurio
  • faraday’s laws of electrolysis

Applicazioni

  • produzione di plastica pvc (da cloro)
  • purificazione dell'acqua e disinfettanti (cloro e ipoclorito di sodio)
  • produzione di cellulosa e carta (sbiancamento)
  • produzione di saponi, detergenti e tessuti (idrossido di sodio)
  • sintesi chimica per una vasta gamma di prodotti

Brevetti:

NA

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