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Processo cloralcali

1890
Impianto di elettrolisi per il processo cloro-alcali in un laboratorio d'epoca, ingegneria chimica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

The chloralkali process is an industrial method for the elettrolisi 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 elettrolisi, 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
- Ingegneria chimica

Tipo

Processo industriale

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • l'elettrolisi iniziale della salamoia di humphry davy
  • invenzione della dinamo per la generazione di energia elettrica su larga scala
  • sviluppo delle prime tecnologie del diaframma e delle celle a mercurio
  • leggi di faraday sull'elettrolisi

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

Idee e potenziali innovazioni

  • configurazioni di celle a gap zero per ridurre al minimo la resistenza ohmica e il consumo di energia
  • catodi depolarizzati all'ossigeno che consumano ossigeno invece di produrre idrogeno, abbassando la tensione della cella
  • conversione diretta di CO2 utilizzando idrogeno dal processo per produrre metanolo
  • membrane a scambio ionico avanzate con maggiore selettività e durata
  • elettrolisi dell'acqua di mare per produrre cloro per la prevenzione del biofouling in loco nelle centrali elettriche
  • impianti cloro-alcali modulari su piccola scala per il trattamento decentralizzato delle acque
  • using renewable energy to power the process, creating ‘green’ chlorine and naoh
  • catalytic electrodes that reduce the sovrapotenziale for chlorine evolution
Correlato a: processo cloroalcalino, elettrolisi, cloro, idrossido di sodio, soda caustica, salamoia, cella a membrana, chimica industriale.

Contesto storico

Processo cloralcali

1875-01-01
1881
1884
1890
1890
1899-01-01
1900
1870
1876
1882-01-01
1886-04-23
1890
1897
1900
1900

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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