Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-07-06T13:50:36Z No. of bitstreams: 1 CARLOS THIAGO CÂNDIDO CUNHA - TESE (PPGCEMat) 2015.pdf: 3145702 bytes, checksum: bad9f1c620f682b0e77a37c797d9bc37 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-06T13:50:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CARLOS THIAGO CÂNDIDO CUNHA - TESE (PPGCEMat) 2015.pdf: 3145702 bytes, checksum: bad9f1c620f682b0e77a37c797d9bc37 (MD5) Previous issue date: 2015-06-22 / Capes / O hidróxido de sódio (NaOH) e o cloro estão entres os produtos químicos mais importantes na indústria e são produzidos simultaneamente pela eletrólise da salmoura. As células eletrolíticas são compostas de uma câmara catódica e uma anódica, separadas por um diafragma que permite a passagem dos íons por migração iônica. A maioria dos diafragmas se utilizam de amianto e as leis ambientais vigentes direcionam para extinção ou substituição deste material. Assim, foi realizado um estudo sobre o desenvolvimento de diafragmas alternativos à base de materiais poliméricos e aditivos que pudessem substituir o amianto e possibilitassem sua aplicação na indústria de cloro-soda. Para tanto, empregou-se fibras poliméricas, a exemplo do Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (PEUAPM), que resiste as condições severas do processo eletrolítico. Também se fez necessário o emprego da dopagem com carga inorgânica (argilas) para conferir menor permeabilidade aos diafragmas. Diante disso, foram desenvolvidos sistemas para deposição e caracterização dos diafragmas que possibilitam a reprodutividade e análises adequadas comparadas ao âmbito industrial. Partindo de um planejamento experimental de misturas com 5 diferentes fibras pode-se avaliar qual composição de diafragma favoreceu melhores resultados nos parâmetros da eletrólise. Os resultados se mostraram promissores, tendo em vista que dentre as 15 formulações testadas conseguiu-se chegar a uma composição cujas propriedades eletroquímicas atendem todas as especificações podendo inclusive ser aplicado em escala industrial. / Sodium hydroxide (NaOH) and chlorine are among the most important chemicals in industry and are produced simultaneously by the electrolysis of brine. Electrolyte cells are consisted by a cathodic and anodic chamber, separated by a diaphragm that allows the passage of ions by ion migration. Most diaphragms using asbestos and environmental laws in use direct to extinction or replacement of this material. In this way, it was done a study on the development of alternative diaphragm based on polymeric materials and additives that could replace the asbestos and could allow its application in chlorine-soda industry. So, polymeric fibres was used, such as, Ultra High Molecular Weight polyethylene (UHMWPE), resisting the harsh conditions of the electrolytic process. Also it was studied the use of doping with inorganic fillers (clays) to provide less permeability to the diaphragms. For this, systems were developed for deposition and characterization of diaphragms that make it possible the reproducibility and suitable analysis compared to the industrial scope. Starting from experimental planning of mixtures with 5 different fibers, it was evaluated which composition of diaphragm given best results in the electrolysis parameters. The results were promising, considering that among the 15 formulations, it was reached a composition whose electrochemical properties meet all specifications and can even be applied on an industrial scale.

Submitted by Jesiel Ferreira Gomes (jesielgomes@ufcg.edu.br) on 2018-04-21T00:14:07Z No. of bitstreams: 1 TIAGO MARQUES DA SILVA – DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2015.pdf: 4540585 bytes, checksum: d5453ff1f557b40cde70f93665568858 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-21T00:14:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TIAGO MARQUES DA SILVA – DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2015.pdf: 4540585 bytes, checksum: d5453ff1f557b40cde70f93665568858 (MD5) Previous issue date: 2015-03-15 / As plantas de cloro soda formam um importante segmento na indústria moderna. Neste segmento, o mecanismo utilizado para geração dos produtos é a eletrólise. Este mecanismo usa eletricidade como fonte geradora de energia, desdobrando moléculas de água e alguns sais em produtos tais como cloro, hidrogênio e soda caustica. Para realizar eletrólise, em escala industrial, existem três tecnologias comercialmente disponíveis, são elas: Mercúrio, Diafragma e Membrana. Destas, a tecnologia diafragma tem um papel de destaque, pois, apesar de ter perdido espaço nos últimos anos para a tecnologia membrana, ainda tem a maior contribuição no volume de produção. O entendimento das características físico-químicas do diafragma é o grande desafio desta tecnologia, pois, isso represe nta o domínio da técnica de deposição do diafragma e conseqüentemente o conheci mento prévio das características de operação da célula. Este trabalho visou à obtenção de um modelo matemático, do diafragma sintético utilizado na Cloro-soda em Alagoas, a partir da concentração dos produtos que o constituem, parte A, B e C. Através este trabalho, também foi possível avaliarmos o comportamento das características físicas do diafragma diante da variação de concentração destes componentes no meio. Para esta avaliação, a técnica utilizada baseou-se num planejamento industrial chamado de DOE – Delineamento e experime nto, onde foram preparadas amostras de diferentes concentrações e a valiado os parâmetros que definem a caracterização do diafragma, que são número de MacMullin, permeabilidade e espessura. De posse destes dados e utilizando a modelagem de Van Zee (1984) foi possível prever algumas condições básicas de operação do diafragma, tais como: eficiência de corrente e concentração de álcali produzido. O modelo encontrado trouxe uma grande aproximação dos dados experimentais, trazendo o coeficiente de correção para NMac e β de 96,7% e 99,9% respectivamente. / The soda chlorine plants form an important segment in modern industry. In this segment, the mechanism used for generation of products is electrolysis. This mechanism uses electricity as a source of energy, unfolding water molecules and some salts in products such as chlorine, hydrogen and caustic soda. To perform electrolysis on an industrial scale, the re are three commercially available technologies, they are: Mercury, diaphragm and membrane. Of these, the diaphragm technology plays an important role because, despite having lost ground in recent years to the membrane technology, still has the largest contribution in volume production. Understanding the physical and chemical characteristics of the diaphragm is the great challenge of this technology , because it is the domain of the diaphragm deposition technique and therefore th e prior knowledge of cell operating characteristics. This work aimed to obtain a mathematical model, the synthetic diaphragm used in the chlorine-soda in Alagoas, from the concentration of products which are, A, B and C. Through this work, it was also possible to evaluate the behavior of the characteristics the physical diaphragm in response to varying concentration of these components in the medium. For this evaluation, the technique used was based on an industrial planning called DOE - Design and experiment, where samples were prepared in different concentrations and evaluated the parameters that define the characteristics of the diaphragm, which are number of MacMullin, permeability and thickness. With these data using the modeling Van Zee (1984) it was possible to provide for some basic conditions diaphragm operation, such as current efficiency and the concentration of the alkali produced. The model thus brought a great approximation of theexperimental data, bringing the correction coefficient for NMAC and β of 96.7% and 99.9% respectively.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-24T00:19:47Z No. of bitstreams: 1 JULIANA ZEYMER AUAD PAFFER – DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2015.pdf: 2369945 bytes, checksum: 31ce517399cfe89bebdd0e7c02c68852 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-24T00:19:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JULIANA ZEYMER AUAD PAFFER – DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2015.pdf: 2369945 bytes, checksum: 31ce517399cfe89bebdd0e7c02c68852 (MD5) / Um dos efluentes gerados na indústria de cloro e soda é uma corrente ácida (água saturada de cloro). Esta corrente deve passar por um sistema de tratamento antes de ser descartado, devido ao potencial de dano que este pode causar à flora e à fauna marinha, além de infringir as regulamentações ambientais. Visando reduzir o consumo de energia e atender à especificação do efluente, o objetivo deste trabalho é realizar e avaliar a simulação dinâmica de um sistema de tratamento de efluente ácido. O sistema estudado é composto por uma coluna de stripper e um trocador de calor que pré aquece a corrente de alimentação. O estudo se concentrou em avaliar o comportamento do sistema no estado estacionário e dinâmico frente a alterações nas condições de operação do trocador de calor. As simulações foram realizadas no AspenTM e validados com dados da planta industrial. De acordo com os resultados, reduzindo a eficiência de troca de calor do trocador leva no aumento do consumo de energia e o efluente fica fora das especificações. Desta forma, é muito importante manter a eficiência do trocador de acordo com a de projeto e os controladores sintonizados. / One of the effluents generated by chlor-alkali plant is an acid stream (saturated water chlorine). This stream must pass through a treatment system before being discarded because of damage potential that this may cause to the flora and marine fauna, in addition to breaching environmental regulations. In order to reduce energy consumption and meet the effluent specification, the objective is to implement and evaluate the dynamic simulation of an acid wastewater treatment system. The system is composed of a column stripper and a heat exchanger that heats the pre feed stream. The study focused on evaluating the system behavior in the steady state and dynamic against changes in operating conditions of the heat exchanger. The simulations were accomplished by the simulator Aspen™ and validated with data from industrial plant. According to the results, reducing the efficiency of heat exchanger can make the power consumption increase and the effluent is out of specification. This way, it is very important to keep the heat exchange efficiency according to design and tuned controls.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-09-27T18:51:38Z No. of bitstreams: 1 KALINE MELO DE SOUTO VIANA – TESE (PPGEP) 2006.pdf: 3746935 bytes, checksum: 4a030ab6637f715855808519f3e7825e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-27T18:51:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KALINE MELO DE SOUTO VIANA – TESE (PPGEP) 2006.pdf: 3746935 bytes, checksum: 4a030ab6637f715855808519f3e7825e (MD5) Previous issue date: 2009-02-06 / Para a avaliação de diafragmas alternativos ao de amianto para produção de cloro e soda cáustica a partir da eletrólise da salmoura, foi utilizada uma célula eletroquímica em escala de bancada pelo processo diafragma. O objetivo foi investigar a possível substituição dos diafragmas de amianto por diafragmas de PEUAPM. Desta forma, este trabalho foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa, foi realizada a investigação da resistência química do PEUAPM na forma de fibras, em meio ácido, básico e salino, numa temperatura de 90ºC, simulando-se as condições de operação das células eletroquímicas para produção cloro-soda. Para isto, foram utilizados os ensaios de infravermelho (FTIR), calorimetria diferencial exploratória (DSC), tração e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Na segunda etapa, foram realizadas eletrólises e para isto foram confeccionados diafragmas com diferentes composições, variando de 100% amianto (diafragma utilizado como referência), passando pelo balanço de 5:95 a 90:10% de PEUAPM:amianto, até 100% PEUAPM. Para caracterização eletroquímica utilizou-se a determinação do número de MacMullim, bem como determinação dos parâmetros operacionais após 72 horas de eletrólise, numa temperatura de aproximadamente 85ºC, onde foram quantificados os seguintes parâmetros: eficiência de corrente, eficiência de energia, teor de cloretos e teor de cloratos, com o objetivo de correlacionar os dados obtidos com o novo diafragma aos dados obtidos com o diafragma de amianto (utilizado industrialmente). As condições operacionais utilizadas foram: diafragma de amianto, PEUAPM: amianto e PEUAPM, alimentação contínua de uma salmoura ácida (pH entre 3,5 e 4,0) na concentração de 320 g/L, densidade de corrente anódica de 2,63 KA/m2 com um tempo total de operação da célula eletrolítica na intensidade de corrente de 13,1 A de aproximadamente 72 horas, até atingir a concentração de 12% de NaOH (de acordo com os parâmetros industriais). Os resultados obtidos na etapa I, evidenciaram que as fibras de PEUAPM apresentam boa resistência ao ataque químico das soluções de NaCl, HCl e salmoura na temperatura de 90ºC, durante as 96 horas de exposição, apresentando apenas um início de oxidação, detectada pela presença de carbonilas, além de uma redução de 15% na cristalinidade das fibras de PEUAPM. Já por meio dos resultados obtidos na etapa II, observou-se que os diafragmas amianto/PEUAPM estudados não apresentaram bom empacotamento de fibras e que há uma tendência de redução da eficiência de corrente (E.C.) e eficiência de energia (E.E.) com o aumento do percentual de PEUAPM. Assim, conclui-se que as fibras de PEUAPM são um substituto em potencial para as fibras de amianto na produção cloro-soda. / To evaluate the alternatives diaphragm in relation to the asbestos in the chloro-alkali production from the electrolysis of brine, it was used an electrochemical cell in a laboratory scale by diaphragm process. The aim of this work is to study the substitution of asbestos diaphragm by UHMWPE. So, this work was divided in two steps. Firstly, it was done an investigation related to the chemical resistance of the UHMWPE in a fiber shape and in acid, base and salty solutions and 90oC of temperature. This condition was similar to the electrochemical cell operation in the chloro-alkali industry. It was used test of infrared (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), tensile strength and scanning electron microscopy (SEM) to evaluate the UHMWPE fibers. In the second step it was done the electrolysis with different compositions of diaphragm, changing from 100% of asbestos (used as reference) to 5:95, 90:10% of UHMWPE, until 100% of UHMWPE. To chemical characterization it was estimated the MacMullin number, as well the operational cell parameters, such as, current and energy efficiency, amounts of chlorates and chlorides. The aim of to study these parameters is the correlate the new diaphragm with the asbestos (used currently in the industry). The operational conditions used in this study were: continue feed of acid brine (pH from 3.5 to 4.0), concentration of 320 g/L, anodic current density of 2.63 KA/m2, and total time operation in the electrolytic cell of approximately 74 ho urs (current intensity of 13.1A) until reach 12% of NaOH concentration (similar to the industrial conditions). The results obtained in the first step showed that the UHMWPE fibers presented good resistance to the chemical attack of NaCl, HCl and brine solution at 90oC and in the period of 96 hours of exposition. It was observed only an start of oxidation, with presence of carbonyl groups, also it was observed an decrease in 15% in the crystallinity of the UHMWPE fibers. From the results of the second step it was observed that the asbestos/UHMWPE diaphragms studied presented good fiber packing and a tendency to decrease current and energy efficiencies with the increase of the UHMWPE content. So, it was concluded that with the conditions of preparation of asbestos/UHMWPE diaphragm done in this study the use of these in the choro-alkali production still limited due to the low surface energy and physical interaction presented by the UHMWPE fibers and it was necessary an previous surface treatment of the fibers.

In this work, the formation and effects of chlorate ion were studied over hydrogen evolution reaction (HER), focusing for the chlorine and alkalis production by diaphragm process, using a pilot and bench cells, respectively. Studies in pilot cell revealed that chlorate formation is dependent of NaOH concentration in liquor and brine dwelling time. It was also observed that the NaOH concentration increase in the cathodic side provoked decreasing of diaphragm structure lifetime. This phenomenon reduced the blockage efficiency to back migration and consequently, increasing NaOH concentration in the anodic chamber, further increase in the undesirable parallels reaction rate, for example, the chlorate formation. After formation of chlorate in the anodic chamber the migration to the cathodic side is inevitable. Therefore to complete the studies we decided to verify the influence the chlorate, in bench cell, in the cathodic side, specifically for HER process. Potential polarization experiments in presence of chlorate, evidenced effects of HER wave displacement over SAE1020 mild steel carbon steel plate employed in industrial cells for chlorine and alkalis production using diaphragm process. Alternatively to SAE1020, other duplex alloys like SAF2205, SAF2304 and SAF2507 were also investigated. SAF2205 alloy presented a very interesting electrocatalytic response for HER. Pilot cell results pointed for the problem detected with the NaOH migration to the anodic side of cell, and invoked the single possibility to solve this problem - the changing of diaphragm cell separator. Bench experiments revealed chlorate influence on HER over SAE1020 carbon steel, claiming for urgent developing of alternative materials/cathodes with chlorate-immune character. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Esse trabalho estuda a formação e os efeitos de íon clorato sobre a reação de desprendimento de hidrogênio (RDH) com ênfase para a produção de cloro-soda por processo de diafragma, com a utilização de célula piloto e de bancada, respectivamente. Os estudos em célula piloto revelaram que a formação de clorato é dependente da concentração de hidróxido de sódio no licor de célula e do tempo de residência da salmoura. Observou-se também que o aumento da concentração de hidróxido de sódio no lado catódico provoca envelhecimento prematuro da estrutura do diafragma, e este fenômeno reduz a eficiência do bloqueio à back migration de forma mais intensa. Esta perda de eficiência promove uma maior alcalinização do anólito, e consequentemente, um aumento nas velocidades das reações paralelas indesejáveis, como por exemplo, a formação de clorato. Uma vez formado clorato no compartimento anódico, sua percolação para o lado catódico é inevitável. Por essa razão, optou-se por fazer estudos de bancada do processo catódico, particularmente na região de RDH. Os dados de polarização revelaram a dependência da RDH em presença de clorato sobre o aço carbono SAE1020, atualmente empregado nas células industriais no processo de diafragma para produção de cloro-soda. Alternativamente ao SAE1020, foram estudadas as ligas duplex SAF2205, SAF2304 e SAF2507. Os estudos de polarização mostraram a dependência da RDH para as ligas SAF2304 e SAF2507, por outro lado, a liga SAF2205 apresentou resposta eletrocatalítica para o desprendimento de hidrogênio. Os estudos em célula piloto mostram que a queda de rendimento de produção é observada de forma mais imediata na parte anódica do processo, e fica evidenciada a importância de otimização do separador de diafragma. Nos experimentos de bancada foi constatada a influência do clorato sobre a RDH para o SAE1020, mostrando a necessidade de materiais alternativos que não apresentem susceptibilidade em presença de clorato.